曹沖振，李 赫，王鳳芹，許彤然，鹿國慶

（1.山東科技大學(xué) 交通學(xué)院，山東 青島 266590；2.山東科技大學(xué) 機械電子工程學(xué)院，山東 青島 266590）

1 引言

自動化立體倉庫又稱高層貨架倉庫，一般是采用幾層，十幾層乃至幾十層的貨架來儲存單元貨物，以巷道堆垛機為主，結(jié)合入庫和出庫周邊設(shè)備來進行自動化倉儲作業(yè)的一種倉庫[1]。巷道堆垛機是決定出入庫效率的關(guān)鍵設(shè)備，所以對堆垛機進行合理的布置十分重要。

Flexsim軟件是一款可視化的建模軟件，內(nèi)部有極其豐富的模型庫，具體在物流配送中心所需的暫存區(qū)、貨架、傳送帶、叉車、箱子等都有其對應(yīng)的實物對象，而這些對象的參數(shù)可以把物流倉儲作業(yè)流程的主要特征描述出來，運用Flexsim強大的數(shù)據(jù)分析能力，實現(xiàn)對仿真結(jié)果的分析[2]。根據(jù)現(xiàn)代物流企業(yè)的規(guī)范，對某立體倉庫的堆垛機利用率情況進行仿真分析，仿真結(jié)果對于立體倉庫中堆垛機的選用與布置具有一定的參考價值。

2 立體倉庫的布局及主要參數(shù)

某立體倉庫為兩層結(jié)構(gòu)，倉庫尺寸為330m×90m×24m（長×寬×高）；工作時間為365天（24h/d）；貨物入庫方式包括整托入庫、零散半托成品入庫、單件入庫等三種方式；出庫方式包括整托出庫和揀選零散出庫。庫區(qū)的最大貨物保有量為21 600托，如圖1所示。

圖1 立體倉庫模型

貨架：高密度貨架16排×40列×12層，高密度貨架4排×39列×12層，低密度貨架4排×39列×8層。其中，巷道數(shù)量為12條，巷道寬度為4m。

堆垛機：堆垛機數(shù)量為12臺，其中整托存儲區(qū)4臺堆垛機，人工揀選零散存儲區(qū)4臺堆垛機，非人工揀選零散存儲區(qū)4臺堆垛機。提升速度50m/min、提升加速度0.5m/s2;行走速度240m/min、行走加速度0.5m/s2;貨叉速度 15m/min、貨叉加速度 0.3m/s2；堆垛機貨叉叉取（存放）時間10s、作業(yè)附加時間5s。

3 堆垛機作業(yè)方式

堆垛機的作業(yè)效率是指堆垛機每小時平均入庫或者出庫的貨物單元數(shù)，其計算公式為：

上式中，η為系統(tǒng)運行效率；Ti為單臺堆垛機單次入庫或者出庫需要的時間，按堆垛機單一作業(yè)方式和復(fù)合作業(yè)方式進行分類[3]。

（1）單一作業(yè)方式。指堆垛機在庫中只進行單一的出入庫作業(yè)的方式，單一作業(yè)方式又稱為單循環(huán)作業(yè)方式，它的運動方式如圖2所示。

圖2 中，m代表貨架的列數(shù)，n代表單排貨架層數(shù)。對于單一作業(yè)方式，出入庫時間T1用如下公式表示：

（2）復(fù)合作業(yè)方式。復(fù)合作業(yè)方式是指堆垛機從出入庫臺先取出貨物送到選定貨位，然后轉(zhuǎn)移到另一個給定貨位，取出其中的貨物，再回到出入庫臺。在復(fù)合作業(yè)方式中堆垛機會在一個循環(huán)里完成不同商品的存取工作，它的工作過程如圖3所示。

圖3 復(fù)合作業(yè)方式

對于復(fù)合作業(yè)方式，出入庫時間T2用如下公式表示：

該倉儲系統(tǒng)貨物出入庫的方式為同側(cè)出入庫，并且出入庫分為兩層進行作業(yè)，一二層均可以進行出入庫作業(yè)。堆垛機出入庫作業(yè)分為8種循環(huán)方式，見表1。其中單一作業(yè)方式占16%，復(fù)合作業(yè)方式占84%。

表1 堆垛機循環(huán)方式

4 堆垛機利用率仿真

由于堆垛機利用率計算公式多為經(jīng)驗公式，考慮到堆垛機數(shù)量多且實際工作情況復(fù)雜，難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故使用Flexsim軟件對倉庫進行建模仿真，得到的仿真結(jié)果更接近實際情況[4]。

（1）倉庫建模。使用Flexsim軟件對貨架區(qū)域內(nèi)進行1:1比例實體建模，根據(jù)原始參數(shù)，在Flexsim中對坐標(biāo)軸進行調(diào)整，嚴(yán)格按照規(guī)劃設(shè)計數(shù)據(jù)建模，如圖4所示。

圖4 倉庫整體建模

（2）貨架設(shè)置。按照貨架的基本尺寸進行設(shè)置，貨架的設(shè)置如圖5所示。

（3）堆垛機設(shè)置。根據(jù)堆垛機的運動特性曲線，對Flexsim中的堆垛機模型進行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置堆垛機的水平運行速度、加速度，垂直升降速度、加速度以及貨叉叉?。ù娣牛r間、附加時間等。為了實現(xiàn)作業(yè)的多樣形式，對堆垛機的裝載卸載時間進行作業(yè)配比的百分比設(shè)置，如圖6所示。

（4）仿真運行。為保證仿真結(jié)果的真實性和有效性，仿真時間在72h以上，本次仿真的運行時間為84h。

（5）仿真結(jié)果分析。本次仿真設(shè)定任務(wù)需求量為峰值數(shù)據(jù)（入庫160托/h、出庫220托/h），得到12臺堆垛機利用率的仿真結(jié)果如圖7所示，每臺堆垛機的利用率均在85%左右，最大為85.34%，最小為84.42%。以7號堆垛機為例，其仿真工作占比如圖8所示。

各堆垛機的詳細工作情況見表2。

通過圖7和表2的仿真結(jié)果可以看出各堆垛機的利用率均在85%左右，其峰值利用率在合理利用率（75%—87%）之間，符合設(shè)計規(guī)范。

圖6 堆垛機參數(shù)設(shè)置

圖5 貨架參數(shù)設(shè)置

5 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代物流行業(yè)快速發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)對于倉儲系統(tǒng)的出入庫能力有了更高的要求，因此，在自動化立體倉庫的規(guī)劃設(shè)計中，保證堆垛機利用率在一個合理范圍內(nèi)十分必要。本文以某立體倉庫堆垛機作業(yè)過程為研究對象，利用Flexsim軟件對倉庫進行建模與仿真，通過仿真結(jié)果能直觀看出各堆垛機的利用率情況，從而驗證了倉庫布局的合理性。

圖7 堆垛機利用率仿真結(jié)果

圖8 堆垛機7工作占比

表2 堆垛機工作情況表