基于Flexsim的某自動化倉儲系統的仿真結果和分析

蔡 靖，申婷婷，王海丹

CAI Jing1, SHEN Ting-ting2, WANG Hai-dan1

(1.北京機械工業自動化研究所，北京 100120 ；2.河北大學 電子信息工程學院，保定 071002)

0 引言

仿真研究的重點一般是一個系統。為了能科學的研究這個系統，我們必須作出一組關于其如何運作的假設。這些假設通常是系統各部分間的數學關系或邏輯關系，所有的假設構成了一個模型，人們通過這個模型可以了解原始系統的行為方式和特點。

如果組成模型的只是簡單關系，我們可以通過數學方法來獲取所需要的準確信息，而現實生活中多數的系統都很復雜，無法用數學模型來解析求解，它們必須用仿真的方法進行研究。仿真通過在計算機上建立仿真模型，進行仿真實驗，以獲得系統設計所需要的各種信息。

現代科技的進步使得我們得以依靠仿真技術進行系統驗證，在計算機上構建虛擬生產過程，取代現實中的機械設備和工人，通過模擬仿真估算物流強度、產能產量、生產率、在制品數量等眾多生產中的重要參數，得到設備布局、生產流程和人員配置的最優化模型規劃，以此指導系統設計及生產實際。

1 基于FLEXSIM的仿真優化簡介

本文選用Flexsim仿真軟件進行仿真。

Flexsim通過內部函數構造各種分布，將系統的實時過程通過動畫直觀演示。

對于企業仿真，Flexsim通過比較各功能機構的相互關系，計算物流強度，以計算機的運算能力得到最小物流消耗的企業布局。然后模擬每個具體功能機構的機器設備和工人、搬運工具、調度臺等實際設施，輸入統計得到的各種參數（原料到達率、生產率、產品完成率、平均等待時間、緩沖區容量、工人工作效率等），在計算機上用短時間實現對一段較長生產時期的模擬，從而得出最優的機器、工人和搬運工具等設備的數量和位置，以期用最少的投入獲得最大的收益，得到工廠的實際布局。

2 應用案例

以一家企業的自動化倉庫系統的為例，本文對仿真過程簡要介紹，著重對仿真進行分析和提出優化方案。

下面是此倉儲系統的俯視圖。

圖1 自動化倉儲系統的俯視圖

此系統包括：12排立體貨架，6個入庫站臺，6臺堆垛機，12段輸送機，2個穿梭車，2輛叉車，4名搬運工（出入庫兩端各2人）。

入庫流程：在入庫端由人工把產品碼放在托盤上，叉車把托盤置于入庫站臺，堆垛機把托盤送入貨架。

出庫流程：在出庫端由堆垛機把托盤從貨架取出，放在出庫輸送機上，穿梭車將托盤送到出庫站臺，人工卸貨。

產品有兩種，圖1中分別為紅色和藍色。根據實際情況統計，產品1（紅色）產出速率按指數分布，X-Exponential（0,5,1），產品2（藍色）產出速率按指數分布為X-Exponential（0,30,1）。

堆垛機、穿梭車、叉車、工人的速度都按照實際統計把參數設好后，仿真一天的工作量來加以分析，一天按生產9小時計算。

1）產品1一天生產量為1588件，產品2一天生產量為596件。

圖2 兩種產品生產狀態統計圖

結論：產品1產量比產品2大得多，所以此圖容易理解。兩種產品都有一定程度的堵塞狀況。

解決辦法：適當增加工人數量。

2）堆垛機6臺。由于產品入庫是6個巷道平均分布的，就以其中1臺來分析，現選取1號堆垛機為例。

圖3 1號堆垛機狀態統計圖

結論：可以清晰的看出1號堆垛機的空閑時間達到75.9%，另其他5臺的空閑率也從71.9%到86.4%不等。說明堆垛機還有很大的潛力，近期不會成為系統的瓶頸。

3）穿梭車2臺。

圖4 2臺穿梭車狀態統計圖

結論：兩臺穿梭車空閑時間都在80%以上，和堆垛機情況相似，還有很大的利用空間。

4）鏈式機12臺。其中出庫端鏈式機近庫端8臺情況接近。遠庫端4臺情況接近。

圖5 出庫端近庫端和遠庫端的鏈式機狀態統計圖

結論：遠庫4臺鏈式機的載貨等待時間比近庫端的要多很多，因為這4臺設備直接關聯人工裝卸操作，裝卸速度比較慢，所以需要載貨等待。而近庫端8臺設備17.3%的載貨等待也是受遠庫端4臺影響，在這4臺設備都在載貨等待的時候，近庫端8臺設備的載貨也不能前進，只能等待。而之前分析的，穿梭車有很大的空閑，也充分說明前8臺的載貨等待不是因為穿梭車，這進一步印證了這一點。

5）入庫端搬運工2名。

圖6 入庫端搬運工狀態統計圖

結論：由兩圖可以看出，兩名搬運工也有一半左右的空閑時間。而前面分析的產品產出時發生了堵塞，解決方法是增加工人。看似矛盾，其實不然。產品的等待時間實際是由于出產品速度比較快而造成，正好兩名搬運工同時都在工作。而搬運工空閑的時間兩種產品又都沒有出產品，所以造成這樣一種現象。所以比較好的辦法是能兩種產品錯時生產，調整產品產出的時間點。6）出庫端搬運工2名

圖7 出庫端搬運工狀態統計圖

結論：和上面入庫端的兩名搬運工比較，出庫端的兩名搬運工空閑時間特別少，分別為7.6%和8.8%，這也就說明了出庫端的工作比較多，而出庫端鏈式機的情況也印證了這點。可以看出，出庫端人工裝車為本系統的瓶頸。

解決辦法：增加1到2名搬運工。再進行仿真確定增加的數量。

7）叉車2個

圖8 叉車狀態統計圖

結論：運行良好。但可以考慮撤掉一輛叉車，再做仿真。看看對效率損失有多少，如果不大。可以去掉一輛叉車，可以節約成本。

8）由前面分析得知，入庫時，主要設備大部分時間都是空閑。所以目前設備的能力和速度取決于生產的能力和速度。隨著產量的增加，設備能得到更充分的應用。目前設備完全可以適應生產。出庫時，裝車環節為瓶頸，需要增加搬運工，隨著產量、銷量加大，會越發突出，應該及時解決。

3 結束語

本文舉了一個比較簡單的例子，是對目前運行中的物流系統的仿真，對仿真結果的分析的思路做了一個介紹。而這只是對目前物流設備的一個仿真。文中提出了一些解決的辦法，那么具體的量是多少，還要對優化后的系統再進行仿真，

并且不是一遍可以做到最優。這樣就要求我們不斷的仿真，不斷的優化。最后的結果反饋到生產，使實際的生產提高效率，節約成本。

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