多層立庫穿梭車運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化仿真

武明月 謝旦嵐

摘要：近年來物流倉儲(chǔ)中多層立庫的新概念提出，多層穿梭車立庫可以利用穿梭車在任意一層貨架的任意一個(gè)巷道內(nèi)進(jìn)行出入庫作業(yè)，在相同的空間里容積率得到了較大的提高。使用FlexSim對(duì)多層立庫穿梭車進(jìn)行仿真，經(jīng)過多次仿真實(shí)驗(yàn)，將原有的多層立庫雙向穿梭車改為四向穿梭車作業(yè)，使運(yùn)輸工具的入庫利用率提高了20%。仿真結(jié)果表明，該方案可大大提升倉儲(chǔ)能力，模型優(yōu)化效果明顯，從而驗(yàn)證了該優(yōu)化方案的可行性。

關(guān)鍵詞：多層立庫穿梭車;FlexSim;仿真優(yōu)化

自動(dòng)化立體倉庫，是近年來物流倉儲(chǔ)中出現(xiàn)的新概念，操縱立體倉庫設(shè)備可 輕松實(shí)現(xiàn)倉庫的存取自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)便化;自動(dòng)化立體倉庫，已成為當(dāng)前技術(shù)水平較高的形式。倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)已經(jīng)不單單是一個(gè)存取物料的自動(dòng)化立體倉庫，它已經(jīng)逐漸擴(kuò)大成為一個(gè)整體的物流輸送系統(tǒng)，成為了企業(yè)生產(chǎn)、銷售等過程中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。隨之而來的，客戶對(duì)倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)的輸送效率、精確度、穩(wěn)定性等方面的要求也日益提高。在這樣一個(gè)大的背景下，多層穿梭車立庫可以利用穿梭車在任意一層貨架的任意一個(gè)巷道內(nèi)進(jìn)行出入庫作業(yè)，在相同的空間里容積率得到了較大的提高。運(yùn)用FlexSim系列仿真軟件，可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立研究對(duì)象的系統(tǒng)三維模型，通過模擬運(yùn)行為分析者提供準(zhǔn)確的運(yùn)作績(jī)效報(bào)告，之后進(jìn)行方案 評(píng)估最終獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造方案。本文提出一種改進(jìn)運(yùn)輸工具的優(yōu)化方案。該方案優(yōu)化雙向穿梭車，模擬新型智能化設(shè)備四向穿梭車，從而增加運(yùn)輸方向，提高倉儲(chǔ)能力。

一、京東大連倉多層立庫穿梭車的簡(jiǎn)介

多層快速穿梭車系統(tǒng)是由小車、行走機(jī)構(gòu)、存取機(jī)構(gòu)、軌道系統(tǒng)組成，這種基于穿梭車的新型密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)，根據(jù)穿梭車是否可跨層作業(yè)，可分為兩種作業(yè)模式—單層作業(yè)模式和跨層作業(yè)模式適用于小尺寸、多規(guī)格物料的高速緩存系統(tǒng)，具有柔性化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、高精度、高速高效、穩(wěn)定可靠以及節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。 穿梭式子母車系統(tǒng)是一套新的密集倉儲(chǔ)系統(tǒng)，貨物或穿梭母車通過升降機(jī)進(jìn)行換層動(dòng)作，穿梭子車通過穿梭母車的接駁實(shí)現(xiàn)貨物的流轉(zhuǎn)，再輔之監(jiān)控系統(tǒng)（WCS）、倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS），從而實(shí)現(xiàn)貨物、子車、母車在庫內(nèi)的存儲(chǔ)管理。該系統(tǒng)較之堆垛機(jī)式自動(dòng)化立體系統(tǒng)具有庫容量大、集成度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，在冷鏈物流、醫(yī)藥、煙草等行業(yè)有廣泛的用途。

二、仿真應(yīng)用后的優(yōu)勢(shì)

（1）可根據(jù)客戶需求為其量身定制穿梭車系統(tǒng)。如，提供直行穿梭車和轉(zhuǎn)軌穿梭車，用以解決客戶高節(jié)拍、低投入的雙向選擇;穿梭車可根據(jù)貨物大小進(jìn)行貨叉夾抱式設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)貨物大小兼容存儲(chǔ)，適用性更廣;根據(jù)客戶場(chǎng)地布局，可定制設(shè)計(jì)穿梭車，實(shí)現(xiàn)單伸位、雙伸位多項(xiàng)選擇;根據(jù)巷道的數(shù)量、長(zhǎng)度及層高，穿梭車供電 模式可配置為電池式和滑觸線式。

（2）影響多層穿梭車系統(tǒng)效率高低的一個(gè)瓶頸是巷道端面貨物提升機(jī)，因此為提高多層穿梭車系統(tǒng)整體競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，自主研發(fā)了快速高效的雙轎廂式提升機(jī)，節(jié)拍效率是普通往復(fù)式提升機(jī)的3～4倍，大大提高了多層穿梭車系統(tǒng)出入庫效率。為解決空間場(chǎng)地多樣化的方案布局，同樣自主研發(fā)了高效的巷道端面式和巷道側(cè)面式穿梭車提升機(jī)，從而為穿梭車系統(tǒng)提供整套設(shè)備，在滿足客戶需求前提下，能針對(duì)客戶需求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備功能、結(jié)構(gòu)上調(diào)整，最大限度滿足客戶需求。

（3）有些多層穿梭車系統(tǒng)還具備有綠色節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，甚至榮獲了“中國綠色倉儲(chǔ)與配送技術(shù)與設(shè)備標(biāo)識(shí)”證書，也體現(xiàn)出了穿梭車的長(zhǎng)遠(yuǎn)投資回報(bào)效果。

（4）增加穿梭車的運(yùn)動(dòng)方向。由于多層立庫建立是廠庫里面的貨架都是連在一起的，只有兩列貨架之間才擁有一些縫隙，之后穿梭車的發(fā)明，讓這些縫隙有效利用，但是也就是這樣的貨架排列方式，使穿梭車在研究初期只是讓它前后進(jìn)行儲(chǔ)存和分揀貨物，這就導(dǎo)致了在時(shí)間的利用率會(huì)降低很多，于是我們現(xiàn)在提出把穿梭車的前后向移動(dòng)的方式改進(jìn)為前后左右四向發(fā)展，在時(shí)間上可以節(jié)省出更多的時(shí)間。

三、應(yīng)用案例

為了對(duì)京東大連倉多層立庫穿梭車進(jìn)行仿真建模，運(yùn)行FlexSim軟件，不同的AGV在同樣的工作時(shí)間和工作模式下，按照所需的仿真實(shí)體對(duì)象添加對(duì)象并按照該自動(dòng)化立體多層倉庫的平面布局圖進(jìn)行布局，然后進(jìn)行邏輯編輯，以實(shí)現(xiàn)所需功能，如下圖為仿真效果模型：

在仿真模型中輸入相關(guān)參數(shù)，對(duì)同一個(gè)穿梭車由雙向改為四向的模型記錄優(yōu)化后各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備的數(shù)據(jù)，將優(yōu)化后各設(shè)備的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，選擇與之前相同的90%的置信區(qū)間。

①優(yōu)化前：雙向穿梭車在90%的置信區(qū)間下的利用率的數(shù)據(jù)分析

上圖表示優(yōu)化前四種穿梭車的利用率最低為25.27%，最高為65.50%，可得出雙向穿梭車在配送中利用率較低，而且不同的穿梭車之間利用率差距居然到達(dá)了39.93%之高，這四種樣品標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.26、1.40、0.69、0.35。

②優(yōu)化后：四向穿梭車在90%的置信區(qū)間下的利用率的數(shù)據(jù)分析

上圖表示優(yōu)化前四種穿梭車的利用率最低為53.52%，最高為89.09%，可得出四向穿梭車在配送中利用率基本上滿足50%以上，而不同的穿梭車之間利用率差距為35.57%，這四種樣品標(biāo)準(zhǔn)差分別為2.74、2.81、0.49、0.20。

③優(yōu)化前后數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論

經(jīng)過對(duì)①和②中的圖表分析可知我們四向穿梭車比雙向的入庫利用率提高了20%左右，而且多個(gè)穿梭車之間的差距也在逐步減少，由此可得四向穿梭車的仿真模型很成功，可以幫助物流倉儲(chǔ)貨物更快入庫，提高了貨物存取速率，增強(qiáng)運(yùn)輸系統(tǒng)的魯棒性，提高了關(guān)鍵設(shè)備利用率。將出入庫輸送系統(tǒng)劃分為多個(gè)模塊，既節(jié)省了成本，使空間布局更為緊湊，整體輸送能力也得到優(yōu)化，所以京東大連倉多層立庫穿梭車仿真優(yōu)化方案值得實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]?謝旦嵐，俞海宏，陳靖，高志蓬，章張浩.自動(dòng)化物流設(shè)備充電模式的仿真優(yōu)化研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2017，29（09）：2213-2220.

[2]?趙凌興，仲梁維.基于Flexsim的智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化仿真[J].軟件導(dǎo)刊，2018，17（04）：161-163.

[3]?任芳.四向穿梭車市場(chǎng)前景看好[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2020，25（03）：66-68.

[4]?鄒佰翰，夏鑫，張吉懿.基于貪心策略的環(huán)形穿梭車調(diào)度算法設(shè)計(jì)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2020（04）：52-53.

[5]?曹偉潔. 四向多層穿梭車系統(tǒng)建模與優(yōu)化研究[D].山東大學(xué)，2019.

作者簡(jiǎn)介：武明月（2001.11.09），女，漢族，河北邯鄲人，學(xué)生，專業(yè)：物流工程。

謝旦嵐（1992.11.19），女，漢族，浙江紹興人，講師，碩士，主要研究方向物流系統(tǒng)仿真。

（作者單位：大連東軟信息學(xué)院）