基于Arena的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化研究

唐麗　胡涵　徐海華

摘 要：采用 Arena 仿真軟件對(duì)某汽車制造企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真優(yōu)化研究，以某試制車間為對(duì)象，根據(jù)企業(yè)規(guī)劃方案對(duì)其倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，找出了仿真過(guò)程中出現(xiàn)的運(yùn)作問(wèn)題和瓶頸。仿真結(jié)果表明，規(guī)劃方案能夠滿足日常輸入下的物流運(yùn)作需求。然而在高峰時(shí)期，很多物流資源利用率過(guò)高，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，高峰時(shí)期的物流壓力得到緩解，物流資源平均利用率得到降低，浪費(fèi)得到減少。

關(guān)鍵詞：汽車制造企業(yè) 倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng) 仿真優(yōu)化

Research on Simulation and Optimization of Warehousing Logistics System Based on Arena

Tang Li，Hu Han，Xu Haihua

Abstract：The Arena simulation software is used to simulate and optimize the warehouse logistics system of an automobile manufacturing enterprise. With a trial workshop as the object， the warehouse logistics system is simulated and modeled according to the enterprise planning scheme to find out the problems and bottlenecks appearing in the simulation process. The simulation results show that the planning scheme can meet the logistics operation requirements under daily input. However， during the peak period， the utilization rate of many logistics resources is too high. After optimization， the logistics pressure during the peak period is relieved， the average utilization rate of logistics resources is reduced， and the waste is reduced.

Key words：automobile manufacturing enterprise， warehousing logistics system， simulation optimization

1 引言

隨著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和物流技術(shù)的發(fā)展，物流成為決定汽車制造企業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，物流的成本和效率開(kāi)始受到企業(yè)越來(lái)越多的關(guān)注。倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)作為整個(gè)物流系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，直接影響著企業(yè)物流網(wǎng)運(yùn)作的通暢性[1]。因此，汽車制造企業(yè)越來(lái)越重視倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的建設(shè)，尤其是建設(shè)前期對(duì)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)和優(yōu)化，以減少倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)建成后產(chǎn)生的浪費(fèi)，提高企業(yè)物流與生產(chǎn)效率。

倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)，受很多隨機(jī)因素的影響，傳統(tǒng)的解析法很難對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的分析[2]。而系統(tǒng)仿真方法是一種非解析法，該方法通過(guò)實(shí)際調(diào)研獲得的數(shù)據(jù)仿真建模，能夠較為準(zhǔn)確、直觀地描述離散事件系統(tǒng)，并充分反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性。同時(shí)，系統(tǒng)仿真方法的模型更接近實(shí)際，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析[3]。目前仿真領(lǐng)域有很多仿真軟件，Arena由于其善于解決隨機(jī)問(wèn)題、分析與記錄功能強(qiáng)大、柔性化、簡(jiǎn)單化、可視性強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)物流領(lǐng)域[4]。

本研究以某汽車制造企業(yè)為背景，運(yùn)用 Arena仿真軟件對(duì)該企業(yè)試制車間的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬，找到該車間倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)未來(lái)可能出現(xiàn)的運(yùn)作問(wèn)題和瓶頸，提出改進(jìn)建議，指導(dǎo)車間倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的實(shí)際建設(shè)。

2 研究背景

2.1 倉(cāng)庫(kù)概況

某汽車制造企業(yè)為更有效地研發(fā)產(chǎn)品，計(jì)劃建立一個(gè)車間，該車間擁有兩個(gè)倉(cāng)庫(kù)：外包倉(cāng)庫(kù)和車間內(nèi)倉(cāng)。外包倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)著 1/5 的物料，而車間內(nèi)倉(cāng)存儲(chǔ)著 4/5 的物料，并且車間內(nèi)倉(cāng)的物料需要在外包倉(cāng)庫(kù)內(nèi)中轉(zhuǎn)暫存。車間內(nèi)倉(cāng)共三層，并擁有一個(gè)Dock。內(nèi)倉(cāng)計(jì)劃面積為每層 2000 平方米，Dock 計(jì)劃面積為 250 平方米。內(nèi)倉(cāng)除了具有存儲(chǔ)物料的功能，還負(fù)責(zé)物料的組盤，因此，內(nèi)倉(cāng)主要包括貨架區(qū)、物料暫放區(qū)、設(shè)備停放區(qū)和組盤區(qū)。Dock 連結(jié)著車間內(nèi)倉(cāng)和外包倉(cāng)庫(kù)的一切物流活動(dòng)，包括卡車泊位、物料暫放區(qū)和空托盤/鐵箱回收區(qū)三個(gè)區(qū)域，供外倉(cāng)發(fā)來(lái)的物料在此卸貨、暫存，然后發(fā)往車間內(nèi)倉(cāng)或車間工位，空托盤/鐵箱也在此暫存回收。

2.2 倉(cāng)儲(chǔ)物流規(guī)劃

該試制車間物流作業(yè)主要包含四類：內(nèi)倉(cāng)物料入庫(kù)、內(nèi)倉(cāng)物料出庫(kù)、外倉(cāng)物料進(jìn)入車間以及空托盤/鐵箱的回收。首先，卡車將物料運(yùn)至車間 Dock，Dock 鏟車將物料從卡車上卸下，在外包倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)并配送至內(nèi)倉(cāng)的物料由拖車/人工直接運(yùn)至車間工位;在車間內(nèi)倉(cāng)存儲(chǔ)的物料由鏟車運(yùn)至 Dock 物料暫放區(qū)存儲(chǔ)，然后再由鏟車運(yùn)至車間內(nèi)倉(cāng)。其次，內(nèi)倉(cāng)存儲(chǔ)物料出庫(kù)時(shí)生成物料需求清單。然后根據(jù)物料需求清單取貨，一樓、三樓內(nèi)倉(cāng)的物料為大中件，由鏟車和料架車取貨;二樓內(nèi)倉(cāng)的物料為小件，由人工和小推車取貨。取完貨后，依次組盤、待發(fā)，由拖車運(yùn)至工位。最后，空托盤和空鐵箱先統(tǒng)一運(yùn)回一樓內(nèi)倉(cāng)物料暫放區(qū)，再由 Dock 鏟車運(yùn)至空托盤/鐵箱回收區(qū)，最終由卡車運(yùn)回外包倉(cāng)庫(kù)。

3 倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)仿真與優(yōu)化

3.1 仿真主要內(nèi)容

該試制車間倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)由于涉及多種不同的物流作業(yè)模塊，并在運(yùn)作過(guò)程中涉及到多種運(yùn)輸資源，導(dǎo)致其物流系統(tǒng)具有極高的復(fù)雜性和不確定性。本研究仿真的主要內(nèi)容如下：

（1）評(píng)估車間各種物流資源的利用率。該試制車間包含多種形式的物流資源，對(duì)物流資源的合理規(guī)劃是衡量一個(gè)物流系統(tǒng)是否優(yōu)良的重要標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)仿真，分析各類資源在不同生產(chǎn)環(huán)境下的利用率，實(shí)現(xiàn)物流資源的最佳配置。

（2）尋找倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)。倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)密切相關(guān)，而倉(cāng)庫(kù)各物流作業(yè)之間也相互制約，因此，倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)將直接影響車間的運(yùn)作效率。通過(guò)仿真中的動(dòng)畫(huà)演示以及仿真后的數(shù)據(jù)分析，尋找瓶頸環(huán)節(jié)。

3.2 仿真設(shè)計(jì)

由于該試制車間擁有一個(gè)十分龐大和復(fù)雜的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)，因此，仿真設(shè)計(jì)時(shí)采取自頂向下的建模思想。根據(jù)規(guī)劃方案，首先，將整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)劃分為三大模塊：Dock 作業(yè)模塊、庫(kù)區(qū)作業(yè)模塊和車間作業(yè)模塊。其中，Dock 作業(yè)模塊包括物料的接收和轉(zhuǎn)運(yùn)，庫(kù)區(qū)作業(yè)模塊包括物料的入庫(kù)和出庫(kù)，車間作業(yè)模塊包括送料過(guò)程。因此，為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的功能，每個(gè)大的作業(yè)模塊又被劃分為若干個(gè)小作業(yè)模塊，得到整個(gè)仿真模型架構(gòu)見(jiàn)圖 1。

4 仿真輸出及優(yōu)化

模型運(yùn)行完成后，導(dǎo)出運(yùn)行結(jié)果，仿真輸出統(tǒng)計(jì)為各物流資源的利用率。各物流資源的利用率需要在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，才能保證物流系統(tǒng)的有效運(yùn)行，并不超過(guò)其工作負(fù)荷。考慮到物料暫放區(qū)以及空托盤/鐵箱回收區(qū)需要留出一定的通道供鏟車操作，而運(yùn)輸資源需要一定的維修和休息時(shí)間，因此，各物流資源利用率在 60%-75%較為正常[5-6]。工作負(fù)荷較小時(shí)，存在資源浪費(fèi)的現(xiàn)象;當(dāng)利用率大于75%時(shí)，說(shuō)明該物流資源工作負(fù)荷較大，是一個(gè)瓶頸資源，物流系統(tǒng)在此處會(huì)出現(xiàn)阻塞的現(xiàn)象。

通過(guò)對(duì)瓶頸物流資源數(shù)量的優(yōu)化，以及影響物流資源利用率的相關(guān)物流作業(yè)的優(yōu)化，極大地改善了物流資源的利用率，優(yōu)化前后幾種物流資源利用率的變化見(jiàn)表1。可以看出，物流資源利用率得到了顯著的改善。

總的來(lái)說(shuō)，優(yōu)化后，各物流資源平均利用率得到顯著改善。優(yōu)化后的方案，不僅緩解了物料到達(dá)高峰的壓力，而且減少了資源浪費(fèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)是整個(gè)物流系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于提高企業(yè)物流效率有著重要的實(shí)際意義。本研究以某汽車制造企業(yè)為背景，以某試制車間的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)為對(duì)象，進(jìn)行仿真建模，找出了倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行了仿真，提高了企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)物流運(yùn)作效率，降低了物流運(yùn)作成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊二石.物流工程（工業(yè)工程管理系列教材）[M].清華大學(xué)出版社，2009.

[2]涂琰.基于Flexsim的物流裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)仿真研究[D].華中科技大學(xué)，2008.

[3]徐林華.基于Flexsim的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)仿真與優(yōu)化研究[D].山東科技大學(xué)，2011.

[4]薛永吉.倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)仿真及應(yīng)用研究 [D]. 東南大學(xué)，2006.

[5]姜明.某企業(yè)車間物流建模與仿真分析[D]. 上海交通大學(xué)，2012.

[6]郭斐.制造企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化[D].北京郵電大學(xué)，2012.