于維民

摘要：本文結(jié)合E公司生鮮電商的實(shí)際作業(yè)情況及作業(yè)數(shù)據(jù)，對(duì)其配送中心冷庫區(qū)規(guī)劃方案進(jìn)行了基于SIM3D的仿真，發(fā)現(xiàn)了存在的問題，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找到了影響全局工作效率的瓶頸工序及閑置資源，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，得到最終的優(yōu)化方案，為生鮮電商解決運(yùn)作高效與存儲(chǔ)高效之間的矛盾提供了思路，同時(shí)為其節(jié)約了資源。

關(guān)鍵詞：生鮮電商：多層穿梭車：配送中心仿真

1、研究背景

隨著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人民的收入水平顯著增長(zhǎng)，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也在不斷提高，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、社區(qū)便民店和超市等居民購(gòu)買生鮮商品的傳統(tǒng)渠道越來越不能滿足人們多樣化的需求，因此生鮮電商應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)階段發(fā)展生鮮產(chǎn)品業(yè)務(wù)已經(jīng)成為電商業(yè)新的發(fā)展空間與利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。

發(fā)展生鮮電商，勢(shì)必要發(fā)展冷鏈物流。作為冷鏈物流運(yùn)作的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，物流配送中心是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速、準(zhǔn)確、按時(shí)配送的現(xiàn)代物流基礎(chǔ)設(shè)施。生鮮電商配送中心既要像普通電商配送中心一樣作業(yè)效率高，又因?yàn)樨浧返奶厥庑孕枰褂美鋷齑鎯?chǔ)。如何能夠提高寶貴的冷庫資源的利用率同時(shí)又提高其作業(yè)效率，成為生鮮電商企業(yè)亟待解決的問題。

多層穿梭車系統(tǒng)是一種由負(fù)責(zé)水平運(yùn)動(dòng)的軌道導(dǎo)引車輛（Rail GuidedVehicle，RGV）和負(fù)責(zé)垂直運(yùn)動(dòng)的提升機(jī)（Lift）共同組成的新型倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，于2000年左右在歐洲、美國(guó)等地開始陸續(xù)投入使用。多層穿梭車作業(yè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，在極大地提高了倉(cāng)庫空間的利用率的同時(shí)也提高了配送中心的作業(yè)效率，同時(shí)具有很好的適應(yīng)性，受到很多企業(yè)的青睞。因此此處擬采用多層穿梭車式立體庫進(jìn)行規(guī)劃同時(shí)采用SIM3D進(jìn)行仿真，進(jìn)而為生鮮電商解決冷庫的存儲(chǔ)效率與作業(yè)效率之間的矛盾提供解決方案。

2、課題研究的現(xiàn)狀

歐美、日本等國(guó)家，現(xiàn)代物流體系建設(shè)起步較早，物流業(yè)發(fā)展較為完善，對(duì)于物流行業(yè)指定的相關(guān)法律法規(guī)也較為完善，這些都使得其發(fā)展比我國(guó)相對(duì)成熟。

Hu Kuan-Yu和Chang Tian-sheng針對(duì)自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)承擔(dān)生鮮電商配送中心分揀任務(wù)的情況，結(jié)合生鮮電商產(chǎn)品出入庫頻率較高，同時(shí)包裝又不規(guī)則的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種更便捷靈活的自動(dòng)化存儲(chǔ)系統(tǒng)，并運(yùn)用蟻群算法，確定了揀選的最優(yōu)路線，并通過實(shí)際的仿真驗(yàn)證證明了該設(shè)計(jì)的有效性。

國(guó)內(nèi)相關(guān)研究，歐強(qiáng)在基于穿梭車技術(shù)的信息化冷庫建設(shè)的研究中指出當(dāng)前穿梭車技術(shù)在普通倉(cāng)庫的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，但對(duì)于溫度控制比較復(fù)雜的生鮮冷庫領(lǐng)域的應(yīng)用還有待探究，并結(jié)合實(shí)際案例對(duì)如何建設(shè)信息化冷庫進(jìn)行了研究。王勇勝對(duì)生鮮電商的物流配送模式進(jìn)行了研究，分析了其基礎(chǔ)設(shè)施水平，信息化程度，法規(guī)完善情況，并分析了生鮮電商的發(fā)展前景。

從以上文獻(xiàn)檢索的結(jié)果來看，對(duì)于生鮮電商配送中心的研究主要集中在兩個(gè)方面，一是從宏觀的角度研究生鮮電商的發(fā)展情況，評(píng)估目前現(xiàn)狀，通過對(duì)其物流模式等的研究探究其未來發(fā)展的出路，二是從設(shè)施設(shè)備的角度，探究生鮮電商配送中心的規(guī)劃，探究具體設(shè)備在冷庫中的應(yīng)用，研究新的適合生鮮電商使用的存儲(chǔ)及分揀設(shè)備。

3、E公司生鮮電商配送中心案例介紹

E公司生鮮配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)共有2個(gè)大小一樣的倉(cāng)庫，每個(gè)長(zhǎng)26米，寬20米，凈高9米，總面積為1040m²，容積8320m³。目前庫區(qū)存儲(chǔ)包括進(jìn)口水果、國(guó)產(chǎn)水果、精選肉類、禽蛋產(chǎn)品、海鮮水產(chǎn)、乳品糕點(diǎn)、新鮮蔬菜、方便速食、糧油雜貨、飲料酒水、禮品禮券等11個(gè)大類，3200多種產(chǎn)品，溫度控制在-15℃左右，當(dāng)前每庫每日出庫入庫單品數(shù)量均在5000件左右。

3.1冷庫存儲(chǔ)區(qū)作業(yè)區(qū)域劃分

E公司冷庫存儲(chǔ)區(qū)多層穿梭車式自動(dòng)化立體冷庫分區(qū)如下：

此處倉(cāng)庫有比較大的裝卸貨月臺(tái)，并且是半封閉式的。為了節(jié)約冷庫的寶貴資源，盡量將能夠不占用冷庫區(qū)的功能區(qū)域放到月臺(tái)上進(jìn)行，因此收貨區(qū)和退貨區(qū)都位于月臺(tái)的指定區(qū)域，檢驗(yàn)區(qū)、配合性區(qū)域、冷庫區(qū)辦公室這3個(gè)區(qū)域位于冷庫旁邊的辦公場(chǎng)所內(nèi)。最終，布置在冷庫內(nèi)部的區(qū)域只有入庫暫存區(qū)、出入庫區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、出庫暫存區(qū)這4個(gè)區(qū)域。

3.2冷庫存儲(chǔ)區(qū)工藝流程分析

冷庫存儲(chǔ)區(qū)的工藝流程主要包括拆垛、裝箱貼標(biāo)、入庫、存儲(chǔ)、出庫、碼盤等工作，這些工作是順序依次完成的，其工藝流程如下：

4、建立仿真建模

對(duì)于物流系統(tǒng)的仿真一般按照如下流程進(jìn)行：確定仿真軟件，建立仿真模型，控制邏輯編程，運(yùn)行仿真系統(tǒng)，仿真結(jié)果分析和優(yōu)化。

本文根據(jù)實(shí)際需求采用Sim 3D仿真軟件，該軟件具有很好的物理效果和高效的仿真能力，具備一定的仿真數(shù)據(jù)分析能力，非常符合本文的仿真需求。

4.1仿真的要素

對(duì)于配送中心的仿真要素進(jìn)行分析，要遵循模型盡量簡(jiǎn)化，仿真模型層次化、模塊化的原則。

以下是根據(jù)E公司配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)的布置圖，同時(shí)結(jié)合Sim 3D仿真軟件進(jìn)行分析，從而得出的該仿真系統(tǒng)的仿真要素。由于此次仿真主要是測(cè)試硬件系統(tǒng)的性能，因此對(duì)于入庫以前的拆垛、貼標(biāo)等工序及出庫以后的碼垛等人工操作的工序不進(jìn)行仿真。該系統(tǒng)總共包括5個(gè)部分：

（1）入庫系統(tǒng)

入庫系統(tǒng)由4臺(tái)入庫輸送機(jī)及分別附著在輸送機(jī)上的4個(gè)貨物發(fā)生器組成。貨物發(fā)生器用來產(chǎn)生料箱，模擬貨物，入庫輸送機(jī)將這些模擬貨物送到出入庫調(diào)度系統(tǒng)的穿梭車上。

（2）出入庫調(diào)度系統(tǒng)

出入庫調(diào)度系統(tǒng)主要由環(huán)形穿梭車軌道、8臺(tái)穿梭車、穿梭車管理器、導(dǎo)流管理器構(gòu)成。

環(huán)形軌道用來承載調(diào)度系統(tǒng)的穿梭車，8臺(tái)穿梭車主要負(fù)責(zé)將入庫輸送機(jī)送來的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)給多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)的入庫輸送機(jī)，穿梭車管理器主要負(fù)責(zé)對(duì)穿梭車進(jìn)行任務(wù)的分配工作，導(dǎo)流管理器主要用來定義出入庫調(diào)度系統(tǒng)的貨物流向及分配。入庫時(shí)，貨物流向由4臺(tái)入庫輸送機(jī)經(jīng)過出入庫調(diào)度系統(tǒng)流向5臺(tái)多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)的入庫輸送機(jī)；出庫時(shí)，貨物流向由5臺(tái)多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)的出庫輸送機(jī)經(jīng)過出入庫調(diào)度系統(tǒng)流向4臺(tái)出庫輸送機(jī)。

（3）多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)

在整個(gè)系統(tǒng)中，多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)最為復(fù)雜，主要包括5臺(tái)入庫輸送機(jī)、5臺(tái)出庫輸送機(jī)、10臺(tái)提升機(jī)、70臺(tái)入庫平臺(tái)、70臺(tái)出庫平臺(tái)、70臺(tái)穿梭車、70個(gè)穿梭車軌道、10列14層貨架、4200個(gè)貨位。

（4）出庫系統(tǒng)

出庫系統(tǒng)由4臺(tái)出庫輸送機(jī)及分別附著在輸送機(jī)上的4個(gè)貨物消除器組成。，出庫輸送機(jī)與出入庫調(diào)度系統(tǒng)的穿梭車進(jìn)行接駁，其上的貨物消除器用完成模擬貨物的消除工作。

（5）統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)主要由Experiments插件，Analysis插件，Throughput數(shù)據(jù)收集器構(gòu)成。Experiments插件用來完成仿真實(shí)驗(yàn)的仿真時(shí)間、仿真變量設(shè)置工作，Analysis插件類似于Excel用來完成仿真數(shù)據(jù)的分析、圖表繪制工作，Throughput數(shù)據(jù)收集器用來完成系統(tǒng)的吞吐能力、設(shè)備利用情況的數(shù)據(jù)的收集工作。

4.2建立仿真模型

仿真模型的建立階段，首先要在分析實(shí)際物流系統(tǒng)運(yùn)行流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真實(shí)體的布局工作，其次要在分析各個(gè)仿真實(shí)體之間邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)之上進(jìn)行必要的編程工作，最后要將仿真的數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的分析提煉，作為仿真實(shí)體的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

基于以上對(duì)于E公司配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，同時(shí)為了達(dá)到盡量真實(shí)的仿真效果，此處采用1：1的比例對(duì)該仿真系統(tǒng)進(jìn)行模型的布局搭建，并按照整體系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)作邏輯對(duì)仿真模型進(jìn)行了編程。E公司配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)仿真系統(tǒng)立體圖如下：

5、仿真結(jié)果分析與優(yōu)化

基于以上仿真模型分析、邏輯編程、參數(shù)設(shè)置的結(jié)果進(jìn)行仿真，采用Sim3D數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行整體系統(tǒng)的吞吐量、設(shè)備利用率、作業(yè)效率的統(tǒng)計(jì)。

5.1運(yùn)行仿真模型

對(duì)E公司配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)仿真系統(tǒng)整體進(jìn)行仿真，仿真模型整體同時(shí)運(yùn)行，出入庫工作同時(shí)開展。當(dāng)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到40分鐘左右時(shí)出現(xiàn)了明顯的系統(tǒng)瓶頸問題，即出入庫調(diào)度系統(tǒng)的環(huán)形軌道上的RGV小車全部載有等待入庫的貨物，沒有小車執(zhí)行出庫任務(wù)，而倉(cāng)庫中所有的穿梭車又在等待執(zhí)行出庫指令，沒有穿梭車執(zhí)行入庫任務(wù)，系統(tǒng)至此陷入死循環(huán)，導(dǎo)致整體系統(tǒng)的貨物流斷流，實(shí)驗(yàn)至此停止，沒有任何有價(jià)值的結(jié)果輸出。

5.2仿真結(jié)果分析

導(dǎo)致以上問題的原因，除了明顯能夠看到的出入庫調(diào)度系統(tǒng)的問題以外，系統(tǒng)中是否存在其他問題，我們并不清楚，因此擬將該系統(tǒng)的模塊分開進(jìn)行測(cè)試，從而發(fā)現(xiàn)每個(gè)部分存在的問題。

1.對(duì)于多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)的仿真研究

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)的吞吐能力約為584件/小時(shí)，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，并且沒有超出太多，因此該部分并不是影響系統(tǒng)作業(yè)效率的因素。

由于此處軟件底層沒有定義設(shè)備的狀態(tài)量，因此無法統(tǒng)計(jì)設(shè)備的利用率，我們只能試根據(jù)實(shí)際的布局情況，在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上減少設(shè)備的數(shù)量，以求得系統(tǒng)設(shè)備的最小數(shù)量。

此處對(duì)貨架的層數(shù)進(jìn)行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)當(dāng)貨架層數(shù)為8層，貨位數(shù)為2400個(gè)時(shí)，該系統(tǒng)仍然能夠完成出入庫任務(wù)，只是此時(shí)應(yīng)對(duì)庫存增加的能力下降。

2.對(duì)于入庫模塊、出入庫調(diào)度模塊、出庫模塊的仿真研究

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知入庫模塊、出入庫調(diào)度模塊、出庫模塊的吞吐能力約為每小時(shí)202件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，因此此處成為整體系統(tǒng)的瓶頸，需要進(jìn)一步調(diào)整改進(jìn)。

5.3仿真系統(tǒng)優(yōu)化

對(duì)于物流系統(tǒng)瓶頸問題的處理一般有三種思路：一是提高瓶頸模塊物流設(shè)備的運(yùn)行速度，二是增加該模塊的設(shè)備的數(shù)量，三是對(duì)該模塊進(jìn)行重新的規(guī)劃，或者更換更高效的設(shè)備。

因?yàn)榇颂幊鋈霂煺{(diào)度模塊的RGV小車的速度設(shè)置到了3m/s，而一般的RGV的速度為120-250m/min，所以其速度提升空間不大，而且由于環(huán)形軌道的轉(zhuǎn)彎處為180。轉(zhuǎn)彎，如果將其速度調(diào)高，現(xiàn)實(shí)中RGV容易沖出軌道，所以不應(yīng)當(dāng)對(duì)其速度進(jìn)行調(diào)整。因此此處最好的方法是增加RGV的數(shù)量，或者對(duì)該模塊進(jìn)行重新的規(guī)劃、更換更高效的設(shè)備。

5.4優(yōu)化結(jié)果

通過以上對(duì)于E公司配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)的模擬仿真及三次調(diào)整，此處得以最終確定該配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)的布置及設(shè)備參數(shù)。

最終能夠完成系統(tǒng)任務(wù)目標(biāo)的設(shè)備最少數(shù)量為：1、入庫模塊，4臺(tái)入庫輸送機(jī)；2、出入庫調(diào)度系統(tǒng)，8臺(tái)RGV小車；3、多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)，5臺(tái)入庫輸送機(jī)，10臺(tái)提升機(jī)，40個(gè)入庫平臺(tái)，40臺(tái)穿梭車，40個(gè)出庫平臺(tái)，8層貨架2400個(gè)貨位，5臺(tái)出庫輸送機(jī)；4、出庫系統(tǒng)，5條輥筒輸送線，總長(zhǎng)約40米。

此處結(jié)合改進(jìn)后的配置最后一次整體的仿真驗(yàn)證。E公司配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)仿真的模型如下圖，仿真模型整體同時(shí)運(yùn)行，出入庫工作同時(shí)開展。

以下是對(duì)于E公司配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)仿真系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果：

規(guī)劃的目標(biāo)為每一個(gè)庫每天10小時(shí)出入庫數(shù)量均為5000件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知E公司配送中心冷庫存儲(chǔ)區(qū)仿真系統(tǒng)的入庫能力約為500件/小時(shí)出庫能力約為505件/小時(shí)，剛剛能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，最終，保留以上配置作為E公司冷庫存儲(chǔ)區(qū)的最終配置。

經(jīng)過仿真，雖然增加了出庫輸送線的長(zhǎng)度，但對(duì)于多層穿梭車存儲(chǔ)系統(tǒng)節(jié)約了30臺(tái)穿梭車，極大的減少了設(shè)備投資。此時(shí)的空間利用情況接近3000m3，相對(duì)于原來采用托盤貨架時(shí)1000m³左右空間利用率提高了3倍，作業(yè)能力為原來人工作業(yè)時(shí)晌2.5倍。

6、結(jié)論

本文通過對(duì)于E公司冷庫存儲(chǔ)區(qū)多層穿梭車作業(yè)系統(tǒng)的分析，同時(shí)結(jié)合Sim3D軟件，對(duì)仿真要素進(jìn)行了簡(jiǎn)化、布置、邏輯編程以及實(shí)際的運(yùn)行。通過10小時(shí)的仿真運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)了整體系統(tǒng)中存在的問題，并通過3次不斷的優(yōu)化，確定了其最終的設(shè)備參數(shù)及布局情況。

相對(duì)于普通貨架存儲(chǔ)，提高了冷庫空間的利用率，同時(shí)提高了出入庫的作業(yè)效率，使得E公司冷庫存儲(chǔ)區(qū)多層穿梭車作業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以完成每天出入庫量10000件的目標(biāo)。從而為生鮮電商配送中心通過采用自動(dòng)化設(shè)備在保證冷庫空間利用率的情況下提高作業(yè)效率提供了思路。