基于ED軟件的物流系統仿真研究

彭瓊瓊，羅紅恩,2，葉 勇,2，繆桂根,2，高羽佳,2

(1.安徽農業大學 信息與計算機學院,安徽 合肥 230036；2.安徽農業大學 農業信息學省級重點實驗室，安徽 合肥 230036)

仿真方法已經成為解決復雜物流系統問題的重要方法之一[1-2]。當新建、改建和擴建物流工程項目時,由于缺乏充足和準確的數據,容易造成項目建設的盲目性和效益不佳[3]。借助計算機技術對物流系統進行仿真,可以得到各種條件下物流系統的運行情況,為企業工程項目建設的決策提供科學依據。

本文使用ED軟件對某物流配送中心的配送過程進行了仿真，通過確定合適的停車位、叉車的數量、卸載區域的面積等，提出提高系統效率的改進建議。

1 主要仿真軟件簡介

1.1 eM-Plant軟件

eM-Plant是一款的關于生產、物流和工程的仿真軟件，又稱為SiMPLE++，是一個面向對象的、圖形化的、集成的建模和仿真工具,系統結構和實施都滿足面向對象的要求[4-6]。eM-Plant可以對各種規模的工廠和生產線,包括大規模的跨國企業的生產系統進行建模、仿真和優化，分析和優化生產布局、資源利用率、產能和效率、物流和供需鏈等。

1.2 Flexsim軟件

Flexsim是的一款采用面向對象技術，具有三維顯示功能的離散事件系統仿真軟件，它是迄今為止世界上唯一在圖形建模環境中集成了C++IDE和編譯器的仿真軟件[7-9]。Flexsim能應用于建立離散事件過程，如制造業、物料處理、辦公室工作流等，并實現業務流程可視化。

1.3 ED軟件

ED(enterprise dynamics)是一款面向對象的仿真軟件，可以用于建模、仿真、可視化和對動態系統的控制[10]。使用者可以從標準庫中選取元素來建立自己的模型，每一個元素可以代表一個機器、計數器或產品，也可以代表沒有物理形態的對象。元素按照類型分類，可以分成基礎元素(通常包括產品、發生器、吸收器、服務器和隊列)、運輸元素(傳送帶、運輸裝置)、結果元素等。高級建模者還可以建立并使用自己的元素。目前ED大約包括100個標準元素，而且這個數量在不斷增長。ED也有自己的編程語言——4D Script語言，它可以用來在模型中描述現實中的具體條件。

1.4 其他軟件

除了以上軟件外，還有Witness[11-12]、Arena[13-14]、Automod[15]等仿真軟件，每種軟件都各有特色，應該根據研究內容和研究目的的不同，選擇適合的軟件。

2 物流系統仿真模型的建立

配送中心是對貨物進行檢測、儲存、保管、加工、分揀的重要場所，是構成供應鏈和物流系統的重要環節[16]。一個好的配送中心可以減少配送時間和不必要的工作流程。通過對配送中心不斷優化，能夠節省成本，在更短時間內完成更多任務量。

2.1 配送中心的作業流程

當貨車載著托盤到達配送中心后，司機要把貨車停入車位(如果暫時沒有停車位則需等待)。貨物托盤被卸載到卸載區后，貨車離開配送中心。然后，叉車把卸載區的托盤搬運到倉庫(可以有多臺叉車同時作業)。當卸載區域的托盤已經搬運完，叉車將一直等待新的托盤到來，這期間管理人員不會為空閑的叉車安排其他任務。

2.2 模型數據

配送中心運行的相關數據如表1所示。

表1 配送中心運行參數

由表1可知：貨車數量服從平均值為40的負指數分布；每臺貨車裝載的托盤數量符合6到16的離散平均分布，平均值為11；那么平均每小時有55只托盤到達配送中心(40×11÷8)；每只托盤卸載的平均時間為2.5 min，每個停車位每小時能卸載24只托盤(60÷2.5)；同理，一臺叉車每小時搬運20只托盤(60÷3)。

如果在單位時間內卸載和搬運的托盤數量比來到配送中心的托盤數量少，那么卸載區域的托盤將越積越多，因此停車位和叉車的數量不能少于3臺(3×24>55，3×20>55)。

管理人員要求，改進配送中心后，要保證每個貨車司機等待空閑停車位的時間不超過5 min。根據上述條件需要研究3～4個停車位和3～4臺叉車(3×3、3×4、4×3、4×4)的模型。如果某種模型的運行結果使貨車等待時間、工作效率等指標滿足要求，就沒有必要研究5×5的模型。

2.3 構建原子模型

根據配送中心的運作流程，模型原子設計及連接端口如圖1所示，原子與系統元素的對應關系如表2所示。

圖1 配送中心仿真模型

表2 原子與系統元素的對應關系

2.4 定義各種原子

(1) 產品原子：在模型中雙擊Product原子，打開參數視窗。改變Visualization選項卡中的選項“3D icon”，選擇“Cube”。

(2) 源原子：每小時5輛貨車到達，所以平均到達間隔時間12 min(60÷5=12)。設置貨車到達時間間隔和第一個到達時間均服從均值為12 min的負指數分布negxp(mins(12))。

(3) 序列原子：序列原子參數設置見表3。

表3 序列原子參數設置

(4) 代表停車場的4個服務器原子Dock1、Dock2、Dock3、Dock4的參數設置為：

預置時間：0

循環時間：0

離開時觸發：icon(i):=IconByName([Pallet.bmp])

分批：duniform(6,16)

分批規則：1 in B out

(5) 代表卸載托盤的4個服務器原子Unload Pallets1、Unload Pallets2、Unload Pallets3、Unload Pallets4的參數設置為：

預置時間：0

循環時間：uniform(mins(2),mins(3))

(6) 代表叉車的4個服務器原子Forklift 1、Forklift 2、Forklift 3、Forklift 4的參數設置為：

預置時間：0

循環時間：uniform(mins(2),mins(4))

(7) 貨車停車位開放時間的可用性控制器和時間表可用性原子。在貨車可用性控制器設置界面中勾選Inputs，以控制Queue2的輸入通道。在貨車時間表(見圖2)中，Down=1的列，0表示允許通過，1表示禁止通過。仿真時鐘開始的0時到8時，Queue2的輸入通道允許通過。

圖2 貨車時間表可用性設置圖

(8) 叉車停車位開放時間的可用性控制器和時間表可用性原子。仿真開始1小時后，叉車才開始工作。因為下班之前，叉車不停地搬運，直到把所有的托盤搬運完，叉車才停止工作，所以這里不必設置叉車的停止時間，方法同(7)。

2.5 實驗步驟

(1) 定義實驗設置。在界面對話框中設置仿真方法、觀察期、觀察次數和預熱期，對配送中心每個工作日工作12 h、獨立運行100次(相當于5個月)的結果進行統計(見圖3)。

圖3 實驗設置

(2) 定義執行方式

PFM1 貨車的平均等待時間，Avg Wait (in Min)，AvgStay(cs)/60；

PFM2叉車日工作時間，AvgWorkday(in Min)，Label([lastarrival],cs)/60-60；

PFM3卸載區域的平均托盤數量，Avg Stock，AvgContent(cs)；

PFM4 卸載區域托盤數量的最大值Max Stock，MaxinumContent(c)。

3 實驗結果分析

若生成標準報告，設置置信度為95%，得到表4。

依照上述方法，分別研究停車位與叉車數量為3×3、3×4、4×3、4×4的情況(見表5)。

表4 標準報告

表5 不同停車位與叉車數量情況比較

4 討論

(1) 貨車司機的平均等待時間與停車位的數量相關。設置3個停車位時，等待時間是8 min，比規定的目標時間長。設置4個停車位時，平均等待時間是2 min，低于要求的5 min。

(2) 在所有組合的情況下，叉車的平均工作時間達到了480 min的要求。設置4個停車位比設置3個停車位，叉車的平均工作時間減少2 030 min。

(3) 只有4×3和4×4的設置才能滿足要求(貨車司機等待時間不超過5 min)，若設置3個叉車則司機工作量太大。在高峰期時，為了滿足托盤數量對卸載區域容量的要求，應提供70個托盤存位。這種設置的優點是將來業務增加時，可增設第4臺叉車。

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