基于Flexsim的倉儲作業仿真優化研究

[摘 要] 在分析現代倉儲系統特點基礎上，構建了復合作業流程下的倉儲系統仿真模型，對有序存放模式下倉儲作業進行了仿真，針對出現的堵塞問題進行了改進設計及仿真結果分析。結果表明，改進之后的設備配置更能有效地發揮出各個機械設備的效能，提高整個倉庫系統的效率。

[關鍵詞] 倉儲系統；Flexsim；仿真

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 23. 079

[中圖分類號] TP393 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）23- 0144- 05

1 引 言

自動化立體倉庫是一種基于高層貨架、采用計算機進行控制管理、采用自動化存取輸送設備自動進行存取作業的倉儲系統[1]，具有存儲量大、存儲效率高、自動化和信息化水平高等優點，越來越得到廣泛認同和普遍使用。自動化倉庫作為物流系統的一個核心和樞紐，是物流系統實現物流合理化的關鍵所在，在物流中就充當這樣一個貨物儲存的角色。

利用計算機對立體倉庫進行建模與仿真，通過系統三維仿真設計，對系統進行實時跟蹤與分析，是構建自動化倉儲系統、評價系統效率、發現改進瓶頸問題的快捷有效手段。Flexsim是一套系統仿真模型設計、制作與分析的工具軟件。它集計算機二維圖像處理技術、仿真技術、人工智能技術、數據處理技術為一體，專門面向制造、物流等領域。運用Flexsim系統仿真軟件，可在計算機內建立研究對象的二維模型，然后對模型進行各種系統分析和工程驗證，最終獲得優化設計或改造方案[2]。

在物流領域，應用Flexsim進行系統仿真方法，進行了相關的研究工作。常鵬[3]針對散貨碼頭物流系統建立了散貨碼頭設備的三維模型，并應用Flexsim對其進行了仿真研究。張曉萍[4]研究了基于Flexsim的倉儲系統仿真問題。肖江波等[5]以某物流配送中心為例，基于Flexsim軟件探討了物流配送中心規劃中的規模確定、功能布置方案以及裝卸工作對配送中心倉庫布局的要求，配送中心倉庫建筑物的位置布局等要求。肖鋒[6]利用建立集裝箱碼頭裝卸作業仿真模型，應用Flexsim為生產管理者提供視覺上的決策支持，利用其核心機制一任務序列驅動設備模型，實現裝卸作業過程的三維動態仿真。李俊等[7]從企業倉儲作業中出入庫調度策略的需求出發，利用面向對象建模理論和Flexsim仿真軟件進行入庫策略的建模，給出一種將復雜策略結果映射到仿真模型的方法并將其應用與仿真實例中。目前文獻對于入庫流程的優化研究較少，本文基于Flexsim軟件對復合作業流程下的倉儲系統進行了建模和仿真優化研究，改進設備配置，以便更有效發揮各個機械設備的效能，提高整個倉庫系統的效率。

2 倉儲系統復合作業流程建模

復合作業流程主要模擬的是日常工作中最為普遍的一種作業形式。一方面，各物資需求單位向倉庫不斷請領而獲得各類物資器材，倉庫不斷向外出貨。另一方面，各個生產廠家會根據合同不斷向倉庫交付新品或者返還返廠修理的器材，其他單位借走調用的器材也會不定時的退還倉庫，倉庫不斷向內進貨，根據業務活動流程構建系統模型。

首先，進行仿真數據建模，對仿真對象的相關數據進行采集，分析采集的數據，得出近似的數據分布函數，將實際業務中的數據導入并得到各種數據的均值、最值，選擇最佳的概率分布函數，確定其分布函數的具體參數；然后，確定入庫作業的影響因子，通過業務模型與Flexsim所含控件比較，確定參數設置；最后，通過Flexsim的導入功能直接生成二維模型。

根據參數對系統模型進行設置，對貨架送往端口選擇用連續巡回的方式發送特定數量的臨時實體到特定的端口，使用運輸工具，如圖1所示。同樣，對緩存區、傳送帶、處理機等進行相關的參數設置，構建倉儲系統仿真模型，如圖2所示。

3 倉儲系統復合作業流程仿真與優化

3.1 貨物有序存放模式下的倉儲仿真

一般而言，貨架在有序存放的情況下，整體效率大大高于無序存放。因此，在復合作業流程的建模仿真里，本文只考慮有序存放模式。

在復合作業流程模型中，輸入曲線采用正態分布，參數為：

μ=9.9，σ=1.9， （1）

有序存放模式下的模型如圖2所示。圖中，以緩存區1作為裝卸貨的平臺，處理機1模擬條碼掃描、出入庫貨物檢查、油封拆包等步驟，傳送帶將貨物送到入庫緩存區2，然后堆垛機將貨物從緩存區2送入貨架。同時，堆垛機又會接受指令，從貨架上取貨放入出庫緩存區3，傳送帶將取出的貨物送到處理機2進行處理，再裝卸出庫。

模型建立后，經編譯、重置后就可以點擊仿真時間控件“運行”來運行模型。仿真運行50 000秒后結束，通過“統計>狀態報告（標準報告）”輸出Excel狀態報表和標準報表，如圖3和圖4所示。

通過統計功能，可以查看各個實體在仿真過程中處于各個狀態的情況。貨架容量-時間曲線如圖5所示。

可以看出，貨架在接受了出貨指令后，一直在請求出貨。但由于得不到堆垛機響應，使得貨架一直處在等待的過程中，造成堵塞。而貨架的容量-時間圖顯示，在仿真時間的大約前10 000秒，貨架的容量保持在較低水平，但到了中后期，由于堵塞，貨架的容量隨著時間線性增長。

緩存區和傳送帶在仿真過程中的狀態餅圖如圖6、圖7所示。

由餅圖可知，傳送帶96.8%的時間處于阻塞狀態，而出庫緩存區93.2%的時間都在釋放貨物，可以認為正是由于傳送帶的阻塞導致了出庫緩存區、堆垛機的低效和貨架的阻塞。

3.2 貨物有序存放模式下的仿真優化

鑒于模型運行過程中出現了明顯的阻塞現象，必須對其進行改進優化，以滿足要求。由于堵塞出在出庫階段的傳送帶，改進的模型中增加一條傳送帶進行出庫作業所建模型。

編譯后重置運行，導出標準報告和狀態報告，如圖8、圖9所示。

在改進模型仿真結束之后，同樣需要觀察貨架、出庫緩存區以及傳送帶的運行狀態，如圖10圖所示。

由圖10可知，真個仿真過程中貨架的容量持續波動，但仍然相對穩定在某個定值左右，已經和改進前的曲線樣式大不一樣。優化后，緩存區和傳送帶1、2的狀態餅圖如圖11-圖13所示。

經過改進后，出庫緩存區釋放貨物釋放得比較徹底，兩條傳送帶大部分時間在空載運行，沒有發生阻塞的情況，之前模型的問題得到了較好的解決，達到了預期的目標。

3.3 仿真結果分析

將改進前后模型對應的兩份報告拿出來進行對比，找出變化比較明顯的部分（即圖中圈出的部分），如圖14-圖17所示。

優化報告及狀態報告的明顯變化數據見表1。

可以看出，改進之前貨物在緩存區滯留的時間比較長，最長時間達到了56 s，平均時間也有6.1 s；傳送帶上貨品有積壓現象，其阻塞時間占到了總時間的96.8%，情況相當嚴重，每個貨物的平均等待時間達到了659.7s，而處理機工作正常。因此可以認為是因為傳送帶的負載過大造成設備崩潰引起阻塞。

改進的模型增加了一條傳送帶，以減輕其工作負荷。出庫時貨物在緩存區的等待時間已經為0，意味著可以做到隨到隨走；貨物在傳送帶上的平均等待時間也由之前的659.7 s減小到14.6 s，最長等待時間變化最為明顯，由改進前的1 260.9 s減少到27.2 s，變化的幅度相當大，阻塞時間百分比也只有5%，處理機依然工作正常。

改進之后的設備配置更能有效地發揮出各個機械設備的效能，提高整個倉庫系統的效率。

4 結 語

本文基于Flexsim軟件對倉儲系統復合作業進行了仿真優化研究，通過仿真可以發現系統運行的瓶頸問題，改進設計后可以提高系統工作效率。

主要參考文獻

[1]孫紅.物流設備與技術[M].江蘇：東南大學出版社.2006.

[2]張曉萍，劉玉坤.系統仿真軟件Flexsim3.0實用教程[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3]常鵬.基于Flexsim的散貨碼頭物流系統仿真[J].中國水運：理論版，2007，5（4）：156-157.

[4]石曉輝.基于Flexsim的生產流程建模與仿真研究[D].淮南：安徽理工大學，2009.

[5]肖江波，楊福興.基于Flexsim仿真的物流配送中心優化探討[J].現代商貿工業，2007，19（10）：61-62.

[6]肖鋒.基于Flexsim集裝箱碼頭仿真平臺關鍵技術研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[7]李俊，等.基于Flexsim軟件的高層貨架入庫策略仿真與比較[J].科學技術與工程，2007，14（7）：3418-3422.