基于Flexsim的自動(dòng)化立體倉庫仿真與優(yōu)化

張?jiān)冇? 張培斯

【摘要】由于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，市場競爭激烈，對(duì)于企業(yè)的要求也就越高，隨著企業(yè)規(guī)模的發(fā)展，其物流系統(tǒng)就會(huì)越來越受到重視，自動(dòng)化立體倉庫由于其的存取自動(dòng)和操作簡便，大大受到了社會(huì)的關(guān)注和廣泛的應(yīng)用，如何提高自動(dòng)化立體倉庫的運(yùn)行效率也成了各個(gè)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。計(jì)算機(jī)仿真軟件能夠進(jìn)行離散系統(tǒng)建模仿真，是優(yōu)化分析立體自動(dòng)化倉庫的理想選擇。本文以某企業(yè)為例，通過實(shí)地考察該企業(yè)的倉庫，了解該倉庫的設(shè)備擺放以及作業(yè)流程，將其在flexsim中進(jìn)行建模，然后在對(duì)其進(jìn)行仿真分析。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化立體倉庫 Flexsim 建模 仿真

一、基于Flexsim的某企業(yè)自動(dòng)化立體倉庫分析

（一）某企業(yè)自動(dòng)化立體倉庫概述

某企業(yè)主要從事單車零部件的儲(chǔ)存與組裝，倉庫為單元貨架式自動(dòng)化立體倉庫，主要存儲(chǔ)四種貨物，每種貨物都有相對(duì)應(yīng)的貨架。貨架分為兩組，每組兩排，中間留有空道，供堆垛起重機(jī)行走。該倉庫的貨物存取、搬運(yùn)都是計(jì)算機(jī)自行控制完成的。

（二）某自動(dòng)化立體倉庫相關(guān)設(shè)備及其技術(shù)參數(shù)

圖1某企業(yè)倉庫平面布局圖

（1）訂單最近呈上升趨勢，貨物日到達(dá)倉庫的量由600上升到900到1200不等。

（2）自動(dòng)化立體倉庫面積：庫區(qū)長60m，寬15m，面積為900m2，高度15m；物品外形尺寸（mm）：1000×900×（≤1200）；空托盤外形尺寸（mm）：1000×900×200；實(shí)托盤外形尺寸（mm）：1000×900×（≤1400）。

（3）常用倉儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)：①貨架。貨位空間尺寸為：1200長×800寬×1500高mm；貨架間距：250mm，巷道間距：1200mm；貨位數(shù)：10列×10行×4=400個(gè)。②處理器。處理器用于檢驗(yàn)貨物是否合格，入庫區(qū)有4臺(tái)；處理器的處理時(shí)間（為30S。③輸送機(jī)。入庫區(qū)輸送機(jī)的速度為2m/s，容量1盤，貨格相距0.5m。其余各部分的輸送速度也均為1m/s。④人工叉車。倉庫中共有1臺(tái)叉車，用來負(fù)責(zé)出庫的運(yùn)送。它的最大行走速度為200m/min行走加速度為1m/s2。⑤巷道堆垛機(jī)。該倉庫有2個(gè)堆垛機(jī)用于負(fù)責(zé)兩側(cè)貨架的存取。最大行走速度為300m/min，行走加速度為2m/s2，最大升降速度為35m/min，升降加速度為2m/s2，最大伸叉速度為30m/min，伸叉加速度為2m/s2。圖1是該倉庫的平面示意圖。

（三）建立FLEXSIM模型

建模分為兩個(gè)階段入庫與出庫，以下是FLEXSIM建模圖（見圖2和圖3）。

二、自動(dòng)化立體倉庫仿真分析

（一）仿真模型運(yùn)行及結(jié)果統(tǒng)計(jì)

建模完成后，輸出成excel表格，如圖4和圖5。

以下從模型的各個(gè)基本實(shí)體中，抽取出其中一部分實(shí)體，統(tǒng)計(jì)其在運(yùn)行過程中的各種狀態(tài)、所占比例，制成綜合成表。

（1）檢驗(yàn)器。檢驗(yàn)器主要將分揀出來的貨物進(jìn)行查驗(yàn)，查看貨物是否合格。檢驗(yàn)器的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為工作時(shí)間、閑置率。通過檢驗(yàn)器屬性統(tǒng)計(jì)分頁，可以得到工作臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)所占百分比。

根據(jù)檢驗(yàn)臺(tái)屬性統(tǒng)計(jì)，繪制成以下表格，各工作臺(tái)運(yùn)行情況如表1所示。

（2）堆垛機(jī)。堆垛機(jī)主要進(jìn)行對(duì)已檢驗(yàn)的貨物進(jìn)行上架和對(duì)需要出庫的貨物進(jìn)行取貨運(yùn)送。堆垛機(jī)運(yùn)行狀況的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是空載行駛、滿載行駛。通過堆垛機(jī)的屬性統(tǒng)計(jì)分頁，可以得出表2。（3）貨架。貨架的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是最大庫存量、庫存均值、輸入貨物總數(shù)、輸出貨物總數(shù)，現(xiàn)將仿真數(shù)據(jù)記錄如表

（4）出庫緩存區(qū)。在出庫緩存區(qū)的叉車只有一輛，導(dǎo)致貨物堆積。

（二）仿真結(jié)果分析

根據(jù)模型模擬運(yùn)行24349s時(shí)的圖表，分析結(jié)果如下：

（1）通過表1可以看出，檢驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行是空閑時(shí)間較長。這主要是因?yàn)椋瑱z驗(yàn)器主要接收按系列分揀后的產(chǎn)品，而貨物出庫速度并不快，檢驗(yàn)后直接由傳送帶送走。因此，模型中的臨時(shí)實(shí)體到達(dá)時(shí)間間隔應(yīng)制定得更短為宜。

（2）從表2和表3可以看出貨架和堆垛機(jī)的利用率都很高，而堆垛機(jī)不能跟上貨物運(yùn)輸?shù)乃俣取?dǎo)致貨物在傳送帶堵住。在開始仿真后期，貨架上的貨物數(shù)量不斷增加的，說明在這段時(shí)間內(nèi)貨物入庫的速度遠(yuǎn)大于貨物出庫的速度。

三、自動(dòng)化立體倉庫的分析優(yōu)化

（一）優(yōu)化方案

通過分析結(jié)果中可以清楚的了解到該系統(tǒng)現(xiàn)在的運(yùn)行方式在接下來的貨物到達(dá)時(shí)，檢驗(yàn)器的空閑時(shí)間明顯比處理時(shí)間所占百分比大，堆垛機(jī)入庫速度趕不上貨物到出庫速度，仿真后期貨架的容量明顯不夠。對(duì)于這些問題，可以通過修改貨物入庫的時(shí)間間隔，貨物的運(yùn)輸方式，還有貨架的參數(shù)還解決。

本文在不改動(dòng)其他參數(shù)的前提下，單一的修改某一個(gè)參數(shù)，從而觀察其對(duì)整個(gè)過程的影響，具體操作如下：

（1）不改變其他參數(shù)，修改發(fā)生器的臨時(shí)實(shí)體到達(dá)時(shí)間間隔，在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真；

（2）改變運(yùn)輸工具的個(gè)數(shù)，或者改變運(yùn)輸工具的參數(shù)，再對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

（3）添加一個(gè)新的仿真實(shí)體使得其能解決該問題，再對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

（4）結(jié)果前面三個(gè)步驟，對(duì)新的模型最后進(jìn)行運(yùn)行并生產(chǎn)結(jié)果。

在優(yōu)化該系統(tǒng)的過程中，通過逐一對(duì)參數(shù)的修改，了解該參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，找到最終適合的參數(shù)，通過這些步驟來達(dá)到優(yōu)化模型。

（二）模型修改及仿真

以上面對(duì)該倉庫的分析和優(yōu)化方案為依據(jù)，將模型進(jìn)行多次修改，從而找出目前最合適的修改方案，現(xiàn)對(duì)該模型做出如下修改：

（1）由于檢驗(yàn)臺(tái)的空閑時(shí)間太長，根據(jù)最近訂單統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)未來入庫貨物會(huì)增加，所以縮短貨物入庫的時(shí)間間隔。做出以下修改：將發(fā)生器臨時(shí)實(shí)體的到達(dá)時(shí)間間隔從10秒改為4秒；提高分揀傳送帶的運(yùn)輸速度，將原來的1改為3。

（2）不改變其他參數(shù)，只改變運(yùn)輸工具，發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸工具不影響該系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，所以不對(duì)運(yùn)輸方式進(jìn)行修改。

（3）由仿真運(yùn)行結(jié)果可知，當(dāng)仿真過程運(yùn)行至后半段時(shí)，貨物會(huì)在貨架臺(tái)的傳送帶上堆積，導(dǎo)致堵塞。可以考慮在傳送帶前添加一個(gè)入庫緩沖區(qū)。

（4）因出庫效率太低，貨物在出庫緩沖區(qū)內(nèi)堆積。從而可以考慮在出庫緩沖臺(tái)邊再加一臺(tái)叉車作為出庫運(yùn)輸工作。

（5）因貨物在貨架前等候時(shí)間太長，故將堆垛機(jī)的一次運(yùn)輸?shù)娜萘坑?改為2。修改模型如圖6所示：

（三）模型優(yōu)化分析

通過以上修改，重置運(yùn)行模型后，得到以下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。對(duì)比優(yōu)化前的數(shù)據(jù)，得到以下表格：

（2）堆垛機(jī)優(yōu)化前后運(yùn)行對(duì)比情況如表5所示。

以上結(jié)果可以知道，通過修改模型，使得該倉庫的運(yùn)行效率得到提高，從而優(yōu)化了投資效益。