基于3D設計軟件的倉儲資源規劃應用研究

文/黃東 瞿冬瑞 徐法權

隨著數字化轉型的創新模式持續推進，倉儲數字化、智能化建設逐步加速，對倉儲管理部門的倉儲資源有效規劃利用能力、倉儲運行作業效率提出更高要求。3D系統仿真技術是幫助倉庫設計管理人員實現上述目標的重要途徑。倉庫設施及庫內運行流程在設計時，需要對眾多的設計方案進行比選。本研究利用3D仿真軟件進行設計及運行仿真，參照仿真結果提供的回饋信息，對比選方案的優劣進行分析論證，綜合各方案的優點進行設計修正，支持方案不斷改進，使設計的方案達到最佳的效果，避免資金、人力的浪費和時間的消耗。

1.引言

基于3D仿真設計軟件，本研究開發適用于企業倉儲資源規劃業務所需的三維倉庫設計及運營模擬工具，以支持市場人員便捷快速地完成倉庫三維設計，出入庫運營過程模擬以及運營指標統計展示。采用三維模型展示設計內容，便于項目參與人員進行方案的交流、研討以及匯報，解決傳統的倉庫設計及修改過程中采用ppt等工具繪制初步設計圖所面臨的繪圖過程繁瑣、繪圖內容交流講解或評審專家理解費時耗力；詳細設計時繪制工程圖工作量大、修改難度高、顯示效果不直觀等問題。采用模擬技術計算運營指標，可基于倉庫實際任務情況，對業務執行過程進行模擬。對運營指標定量分析，解決運營分析主要憑借經驗等問題，為倉庫的設計及優化提供技術支撐。

2.3D倉儲模型仿真設計

2.1 3 D模型設計

Flexsim具備從專用模型庫中拖拽三維模型進行三維組裝設計的能力，根據現場場景，建立多個類型倉庫和貨架組合工程作為基礎構建，有利于后續拓展性建模。當再次使用時，可直接導入相關工程項目，在基礎上進行修改。根據場景總結，設計料箱庫、立庫、平置庫等工程。導入工程后，可按照實際情況對倉庫貨架、物資等進行修改。Flexsim可兼容的模型格式多樣，包括：*.jt；*.skp；*.w rl；*.3ds；*.dxf；*.stl；*.dae；*.obj；*.ac；*.x；*.ase；*.p ly；*.m s3d；*.cob；*.m d5m esh；*.irr；*.irrm esh；*.ter；*.lxo；*.csm；*.scn；*.q3o；*.q3s；*.raw；*.off；*.m dl；*.hm p；*.scn；*.xgl；*.zgl；*.lvo；*.lvs；*.blend等三十余種模型。但在實際開發測試中，由于軟件對不同格式三維模型的兼容性、表面渲染等處理能力存在較大偏差，大量格式的模型導入后存在完全褪色變形模型丟失、無法顯示等問題。通過對各種格式的三維模型進行持續兼容性測試，最終選擇兼容性好，穩定性最高的.skp格式模型作為模型庫的主要模型格式。按照園區規劃、倉庫規劃的場景，根據園區、倉儲設施、物資、容器等幾個維度，使用sketchup軟件進行三維模型的制作，將制作好的.skp模型進行格式校準及測試，導入到專用模型庫中并進行封裝，最終形成可直接加載使用的專用模型庫。

料箱到人倉庫模型

2.2 協調器設計

倉儲運行過程中的實際參數數據，是仿真準確性的重要依據。開發數據導入功能，可基于出入庫的物料信息以及設備參數進行設定。所以設計協調器用于數據初始化設定以及參數設定。在完成針對倉儲的三維設計后，通過設計業務流，定義各環節物資流轉邏輯及作業過程邏輯實現生產作業過程的動態模擬。例如，有貨車到達送貨或取貨，使用叉車、堆垛機、行車以及傳送帶等倉儲設備執行出入庫作業等。Flexsim作為離散型模擬軟件，以時間流為基準，逐秒模擬物資流轉及設備執行作業動作。在模擬設置的過程中，需要基于作業特點設置入庫或出庫作業的物資初始狀態、出入庫作業的作業內容以及作業設備的性能參數。其中初始狀態包括設計的庫位哪些為空，哪些中有物資，有什么物資。出入庫作業內容包括要將計劃入庫的物資放入哪些庫位以及從哪些庫位中取多少物資執行出庫。設備性能參數包括叉車的運動速度、插齒的提升速度、吊車的運動速度、提升速度等等。設計標準化的表格，用于庫位初始化設置、作業設置以及設備性能參數設置。設計標準參數表，數據表包括物資初始化狀態表、出入庫作業表、庫存表以及設備參數設定表。出入庫作業表包括兩部分：庫位與物資。庫位為入庫作業時物資分配的庫位或出庫作業時物資所在庫位。物資為物資編碼與物資名稱，用于匹配物資的三維模型。通過建立并導入出入庫作業表，系統可根據作業表模擬對應的出入庫作業過程。

庫存表包括三部分：庫位、物資與數量。庫位為初始狀態時，庫內物資所在庫位，物資為物資編碼與物資名稱，用于匹配物資的三維模型。數量為在庫內的物資數量。通過建立并導入庫存表，系統可根據庫存表在模擬初始時，在對應的庫位上添加相應數量的物資。設備參數表包括六類設備15個參數配置。通過設定導入參數表，模擬時相應的設備會被自動賦予相應的性能。按照物資初始化表、出入庫作業表以及設備參數設定表，分別配置全局數據表，用于數據導入配置、導入設置并測試數據導入。配置設備參數全集參數表，導入設置設備參數的excel數據表，包括堆垛機、行車、叉車與輸送線參數。完成數據導入后，可直接調用相關模型，模型的性能參數已通過程序定義。模擬啟動時，系統會優先將人工定義設備性能參數賦值給設備，用于模擬。

2.3 運營模擬設計

在設計倉庫三維模型的基礎上，加載對應物流邏輯以及作業設備的工作邏輯，動態模擬出入庫作業過程，比較不同的物資存儲邏輯、設備配置、流程設計等對作業的影響。根據倉庫布局及尺寸，添加設備設施三維模型，如管線立庫、管線堆垛機、輸送線、吊車、卡車、叉車、貨籠RGV、貨籠立庫、貨籠堆垛機、貨籠輸送線等，設定尺寸并調整位置。建立物流方向，物資入庫的過程從貨車->滾筒輸送線->貨架。指定搬運工具：貨車->輸送線，使用行吊搬運，輸送線->庫位，使用堆垛機搬運。定義物資流轉時參與執行的設備并設定物資入庫存儲庫位為隨機庫位。設定入庫庫位。再設定任務生成規律，因為模擬過程針對考慮倉庫平均運轉效能，不針對某次特殊作業，故隨機選擇庫位將物資入庫的假設是合理的。由此形成運營仿真模擬閉環，可隨著時間軸的設置，進行模擬仿真運行得出效率結論。

3.設計實踐案例

3.1 仿真案例描述

某庫為平置庫，包括兩個廠房，每個倉庫各有兩個通道，每個通道兩側各7個庫位，總計56個庫位，存放56種不同的物資。由于叉車駕駛員無法快速認識物資并記住物資在庫位置，故在裝卸貨作業中，需要倉庫管理人員導引進行裝卸貨作業。當發生卸貨任務時，調度員會集中派遣4-5輛叉車進行作業。在叉車從運輸車輛上卸下物資后，需要倉庫管理員辨識物資，根據自己對倉庫的了解，判斷該物資存放的庫位，并步行引導叉車將物資搬運至庫位，倉庫管理員需在臨近庫位的位置通過手勢指示庫位，告知叉車駕駛員后，方可返回卸貨點導引下一輛叉車作業。此作業方式在執行過程中，叉車需降速配合倉庫管理員步行速度，并存在大量等待導引的時間浪費，造成導引效率低的問題。此外倉庫管理員需步行大量無效距離進行庫位導引，存在勞動強度大，價值低的問題。根據該庫的導引需求，開發部署了電子指示牌導引系統，倉庫管理員手持移動端，在庫門卸車點位。當叉車完成卸車后，駕駛至倉庫管理員位置，倉庫管理員辨識物資信息，通過手持移動端確認物資及庫位，此時該物資所在的通道口大屏開始閃爍，同時該物資所在的庫位上電子顯示屏開始閃爍，叉車駕駛員可按照叉車速度進行駕駛卸貨，倉庫管理員可同時導引多輛叉車，有效提升導引作業效率。該模擬案例即比較兩種作業狀態下的作業過程與作業效率。1.為了測試兩種作業方式的效率，消除庫位位置的影響，到庫物資采用隨機生成的形式。2.按照該庫的尺寸，設計該庫的三維模型。3.入庫過程設計兩名倉儲管理員，三輛叉車作業。4.按照入庫過程的邏輯判斷，設計作業邏輯流程。5.設計數據看板，采集入庫作業量、人員及設備的行駛里程以及叉車作業、等待和空載的實際分布關系。

3.2 仿真結果

加載倉庫模型、庫位模型，叉車模型、作業人員模型、卡車模型，設定入庫物資隨機生成。物資生成時，同時隨機生成該物資應存儲的庫位。

設計叉車配合叉車運送物資邏輯并啟動模擬。模擬設定時間為1小時，即在一小時的時間內全力作業的情況下，二者作業效率比較如圖：

人工導引數字化導引

1.作業量：人工導引的模式下，三輛叉車在一小時內分布入庫物資15袋、13袋以及18袋，總計46袋。數字化導引模式下，三輛叉車在一小時內分別入庫物資31袋、29袋以及27袋，總計87袋。可見，假設從車上卸貨速率一致，叉車速度一致的情況下，數字化導引完成的作業量是人工導引作業量的1.89倍。

2.步行距離：在人工導引模式下，兩名管理員分布行走了3.85公里和3.79公里，大約對應10000步非必要工作消耗。數字化導引模式下，倉庫管理員僅需要辨識物資并通過手持移動端控制電子標識牌進行作業指引。

3.叉車使用率：在人工導引模式下，叉車有三分之一的時間等待導引人員，有三分之一的時間運送物資，三分之一的時間空車返回。說明配置兩名倉庫管理員導引三輛叉車，管理員由于步行速度較慢，仍然無法保障叉車的作業效率。數字化導引模式下，叉車僅有十分之一的時間在等待，該等待時間為人工辨識物資并操作導引系統的時間。該情況下，兩個倉庫三輛叉車同時卸貨，僅需配備一名倉庫管理員即可高效完成作業。綜上，通過模擬比較人工導引與數字化導引對作業效率、作業強度以及設備的使用率三個方面，均說明倉庫數字化導引的技改能夠起到降本增效的作用，有利于改善員工作業強度，提升作業效率的同時，提升設備的使用率。

4.結論

倉儲作為內部供應鏈的重要一環，越來越受到公司重視，公司對倉儲管理要求逐漸提高。3D仿真設計軟件在倉儲規劃設計方面的應用，可覆蓋新投入倉庫的設計、倉庫提升改造的設計、區域性倉儲資源的規劃與整合方面，可在倉儲資源優化方案快速制定與驗證上大力輔助設計人員工作。從技術上滿足供應鏈一體化發展對倉儲環節的要求。C

引用出處

[1]楊帆.基于Flexsim的生產線仿真優化[J].物流工程與管理，2017(12)：131-133.

[2]張云帆，李莉.基于Flexsim的物流配送中心設施布置優化與仿真[J].物流科技，2020，43(08)：61-63.

[1]田凌峰.基于FLEXSIM 的A公司生產線平衡問題優化研究[D].成都理工大學，2017.