自動化立體倉庫入庫輸送系統(tǒng)的物流仿真優(yōu)化

□ 劉 曄，張一玨

(上海中船重工船舶推進(jìn)設(shè)備有限公司，上海 200031)

隨著自動化立體倉庫(AS/RS)[1-2]技術(shù)發(fā)展得越來越成熟，其在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用也越來越普遍，而引入一套自動化立體倉庫，就必然需要為其配置自動化程度與其相當(dāng)或更高的入庫、出庫等物流輸送系統(tǒng)[3]，若在入庫、出庫等輸送環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸，則必然會影響自動化立體倉庫的倉儲效率，導(dǎo)致沒有發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

FlexSim[4-6]是一款通用離散仿真軟件，集計算機三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等為一體，為制造業(yè)、物流業(yè)等領(lǐng)域服務(wù)。運用FlexSim對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以在計算機內(nèi)建立研究對象的系統(tǒng)三維模型，然后，對模型進(jìn)行各種分析和數(shù)據(jù)驗證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計和改造方案。

本案例以某在建造紙廠的成品紙自動化立體倉庫的“入庫輸送系統(tǒng)”為研究對象，首先，對系統(tǒng)建立FlexSim模型，然后，對模型進(jìn)行仿真運行，發(fā)現(xiàn)“擁堵點”，分析關(guān)鍵設(shè)備的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些信息進(jìn)行模型優(yōu)化，最后，對優(yōu)化前后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以證實優(yōu)化結(jié)果的有效性[7]。

1 系統(tǒng)分析

該輸送系統(tǒng)方案中，實際設(shè)備數(shù)量為105臺，設(shè)備種類及功能見表1，系統(tǒng)布局見圖1。

表1 設(shè)備種類及功能

圖1 系統(tǒng)布局圖

1.1 系統(tǒng)主要工藝流程

本輸送系統(tǒng)主要功能有：紙垛輸送、托盤輸送、拆盤、托盤置入、成品紙垛入庫等，通過系統(tǒng)中各輸送設(shè)備及處理設(shè)備實現(xiàn)。具體工藝流程見圖2。

圖2 輸送系統(tǒng)工藝流程圖

2 系統(tǒng)建模

2.1 模型布置

根據(jù)該系統(tǒng)的實際設(shè)備尺寸、位置、輸送方向等，在FlexSim模型界面中布置128個實體來實現(xiàn)該系統(tǒng)的功能，具體實體種類及實現(xiàn)的功能見表2。

表2 模型實體種類及功能

2.2 模型連線及屬性設(shè)置

根據(jù)系統(tǒng)工藝流程，對模型中所有實體進(jìn)行連線，以實現(xiàn)臨時實體(紙垛、托盤、成品紙垛)的輸送去向。

對每個固定實體進(jìn)行屬性設(shè)置，主要設(shè)置參數(shù)見表2。

2.3 模型仿真運行

“重置——運行”模型，觀察系統(tǒng)運行情況：①2臺發(fā)生器(升降機)每30秒發(fā)出一個臨時實體，每個臨時實體具備不同的顏色，表示其不同的類型；②托盤從托盤發(fā)生器進(jìn)入輸送系統(tǒng)，根據(jù)指令輸送至對應(yīng)的托盤輸送線路，在分解器處分解為8個托盤，準(zhǔn)備進(jìn)入合成器工位；③臨時實體到達(dá)合成器，托盤同時進(jìn)入，合成器輸出1件與原臨時實體顏色一樣的臨時實體；④臨時實體根據(jù)類型分別被輸送至對應(yīng)的入庫位。

模型及運行情況見圖3。

圖3 FlexSim模型及運行情況

3 模型分析

3.1 系統(tǒng)擁堵分析

觀察系統(tǒng)運行，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過線路一、二、三加工完成后的成品紙垛，都需要匯入線路四，故在此交匯處產(chǎn)生擁堵導(dǎo)致停機，為“擁堵點”，如圖4。

圖4 系統(tǒng)擁堵點

3.2 主要設(shè)備利用率分析

分析處理器(托盤置入裝置)和分解器(拆盤機)：分解器的處理時間為70s，而處理器的處理時間為45s，這就導(dǎo)致紙垛輸送至處理器處時，需要等待分解器完成托盤拆垛工作再進(jìn)行處理，從而處理器存在空閑時間，利用率較低。

模型運行24小時，處理器的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖5。

圖5 模型運行24小時處理器的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

3.3 系統(tǒng)總?cè)霂炝?/h3>

統(tǒng)計系統(tǒng)運行24小時的總?cè)霂炝浚员闩c優(yōu)化后的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，如圖6。

圖6 模型運行24小時的總?cè)霂炝?/p>

4 系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 優(yōu)化策略及結(jié)果

①考慮處理器的利用率低，故可以將線路二中的處理器二取消，從而撤銷線路二；

②保留為線路二提供托盤的拆盤機二所在的線路，改為可以為線路一、線路三的處理器隨時補充托盤，此規(guī)劃可以緩解處理器一、三的等待問題。

優(yōu)化后的系統(tǒng)布局見圖7，F(xiàn)lexSim模型見圖8。

圖7 優(yōu)化后的系統(tǒng)布局圖(部分)

圖8 優(yōu)化后的FlexSim模型

4.2 優(yōu)化數(shù)據(jù)分析

4.2.1 處理器統(tǒng)計數(shù)據(jù)

系統(tǒng)優(yōu)化前后運行24小時處理器(托盤置入裝置)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3，對比可看出，單臺設(shè)備輸出量增加50%左右，設(shè)備利用率提高27%左右。

表3 處理器統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比

4.2.2 系統(tǒng)入庫總量統(tǒng)計數(shù)據(jù)

系統(tǒng)優(yōu)化前后總?cè)霂炝拷y(tǒng)計數(shù)據(jù)見表4，可以看出，單個貨位入庫量雖然有不同程度的上下浮動，但總?cè)霂炝渴且粯拥摹?/p>

表4 總?cè)霂炝拷y(tǒng)計數(shù)據(jù)對比

4.2.3 設(shè)備數(shù)量及成本

經(jīng)過優(yōu)化，對系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行了重新配置，減少了一臺專機(托盤置入裝置)和9條輸送線，系統(tǒng)總設(shè)備數(shù)從105臺減至95臺。

4.3 優(yōu)化效果分析

通過以上數(shù)據(jù)，可以得出：①設(shè)備數(shù)量減少10%，故硬件成本減少10%；②2臺處理器(托盤置入裝置)的利用率大幅提高；③系統(tǒng)通過優(yōu)化，無擁堵；④雖然設(shè)備數(shù)量減少，但是總?cè)霂炝勘３植蛔儭?/p>

5 結(jié)論

通過對本案例中自動化立體倉庫“入庫輸送系統(tǒng)”的FlexSim建模、仿真，分析了模型的運行情況及系統(tǒng)瓶頸，針對性的做了新的設(shè)備規(guī)劃，在保證系統(tǒng)輸送入庫產(chǎn)品總量不變的前提下，通過提高瓶頸設(shè)備的使用效率，減少了設(shè)備數(shù)量，降低了硬件成本。

本次工作驗證了利用FlexSim等計算機仿真軟件對物流系統(tǒng)整體規(guī)劃方案進(jìn)行建模、仿真、優(yōu)化的工作的可行性、有效性。