基于Flexsim仿真技術AGV調度系統的物流方案可行性分析

張 迪/文

基于Flexsim仿真技術AGV調度系統的物流方案可行性分析

張 迪/文

為了解決企業在確定AGV設備投入數量時面臨的難題，本文運用Flexsim仿真技術對實際情況進行建模仿真，并使用編程語言準確模擬AGV調度系統，從而協助企業選擇最佳的AGV數量配置，避免企業在投入AGV設備時因盲目決策而導致資金浪費或系統能力不足。

AGV、物流方案、Flexsim、建模仿真、可行性分析

AGV（Automatic Guided Vehicle，自動導引小車）具有靈巧、方便、智能、節省人力等優點，已被廣泛應用于各大工廠車間的物流搬運系統中。大多數企業或供應商往往憑借經驗來確定最終的AGV投入數量，很容易導致在實際生產過程中，不是AGV系統能力不足，就是設備投入過多。

本文運用系統模擬仿真技術，試圖通過建模、仿真、數據輸出的方法，通過定量分析協助企業解決這一難題。

一、模型簡介

本文選取大型企業物流系統為研究對象，例如某企業擬投入一套大型的AGV系統，用來連接其B2、B1、C2三棟廠房，實現AGV的自動對接、自動運輸、自動卸貨等過程。則此系統的簡要流程為：AGV自動行進到B2廠房的立體庫（原材料庫），與傳送帶進行自動接駁，物料到達AGV上之后，AGV將物料運送到人工上料點、熱處理區、B1廠房、C2廠房。其中B2廠房與B1、C2廠房之間通過空中連廊相連接，因此AGV在運輸至B1廠房、C2廠房的過程中要完成自動上提升機、自動上連廊等過程，物料運輸到指定的需求點之后，如果需求點剛好有空托盤產生，則AGV將自動對接接受空托盤并運送返回立體庫。模型平面布局圖和物流流程圖，分別如圖1和圖2。

此模型的物流系統屬于大型物流系統，整體流程相對復雜，根據具體方案可將模型的AGV路線進行分段，即從立體庫運送至人工上料點和熱處理區并返回的循環路線為路線1，從立體庫上提升機并通過連廊卸載至B1廠房銜接傳送帶的循環路線為路線2，從立體庫上提升機并通過連廊卸載至C2廠房銜接傳送帶的循環路線為路線3，C2廠房內從銜接傳送帶接受物流并運送至對應的九條流水線的循環路線為路線4，B1廠房內從銜接傳送帶接受物流并運送至對應的四條流水線的循環路線為路線5。為更清晰展示路線劃分圖，此處直接放上建模完成后的路線圖，具體如圖3。

AGV具有靈巧、方便、智能、節省人力等優點，已被廣泛應用于各大工廠車間的物流搬運系統中

圖1 ：模型平面布局圖

圖2 ：物流流程圖

圖3 ：建模完成后的路線圖

二、模型建模及控制邏輯

模型根據實際CAD布局按1:1進行建模，根據方案要求，實現B1、B2、C2三座廠房之間定轉子的AGV運輸過程。如仿真布局圖3所示，將方案中的AGV路線共分為五個部分：分別為環線1、環線2、環線3、環線4、環線5。模型運行過程假設生產無異常及設備無異常，具體邏輯為：

環線1：AGV從RGV下料點接受實筐，將實筐運輸入庫，再從庫中接收空筐送到RGV空筐上料點，同時當上端定轉子存儲區存在定轉子時，AGV接到命令接收暫存區的定轉子并運輸入庫；

環線2：AGV從立體庫中接收物料通過環線2上提升機，并通過連廊將實筐送至B1廠房，同時接收空筐返庫；

環線3：AGV從立體庫中接收物料通過環線3上提升機，并通過連廊將實筐送至C2廠房，同時接收空筐返庫；

環線4：AGV接到立體庫中轉運的實筐送至各生產線物料接駁位，并運送空筐返回；

環線5：AGV接到立體庫中轉運的實筐送至各生產線物料接駁位，并運送空筐返回。

模型對應的五條路線上分別投入一定數量的AGV小車，路線2和路線3的小車運行軌跡與路線1存在交叉，路線4和路線5的小車僅在對應路線完成循環運動，所有的AGV小車由一套中央調度系統控制。因部分區域小車運動軌跡存在交叉，且AGV小車要完成自動對接提升機、連廊及銜接傳送帶等動作，此模型整體控制邏輯較為復雜。根據模型的邏輯要求，每臺AGV小車中均需要使用腳本語言設置相應的代碼來控制小車的運行，每個銜接傳送帶中也均需使用腳本語言寫入相應的任務控制序列。

AGV中控制代碼如下：

圖4 ：AGV設備利用率（數量為6臺）

圖5 ：AGV設備利用率（數量為8臺）

圖6 ： AGV設備利用率（數量為9臺）

三、模型數據輸入

在模型中輸入表1、表2、表3、表4等數據。

四、模型仿真

方案采用AGV類型為移載式AGV，AGV路線既有單向路線也有雙向路線。在給定物流量的前提下，向五條AGV路線各投放一臺AGV設備，多次運行仿真模型，如發現在這種情況下，路線1出現嚴重阻塞，那是因路線1與其它路線存在交叉關系導致其它路線也無法正常運轉，說明此種情況下路線1中AGV數量不足，需增加路線1中AGV數量。

方案評價采取AGV設備的利用率為指標，根據企業的產能擴張策略，即后續每年的產能都會在此模型數據的基礎上有所增加，按照企業的要求，設定80%的AGV設備利用率為理想狀態，此狀態下也更加有利于工廠應對突發狀況的能力（突發狀況包括生產異常和設備異常等，此模型未考慮這些因素，因此AGV設備的利用率應得到嚴格控制，極端情況下也需保證不能超過90%）。

1.路線1至路線5分別投放AGV數量為2臺、1臺、1臺、1臺、1臺，即總數量為6臺時，假定工廠每天工作20小時，模型設定運轉時間為20小時，多次運行該模型，根據模型輸出數據得出所有AGV設備的利用率，如圖4所示。

如圖4所示，當AGV設備數量為6臺時，即路線1至路線5的數量分別為2臺、1臺、1臺、1臺、1臺時，除路線5和路線3外，其它路線的AGV小車利用率都在94%以上，處于滿負載運轉。此種情況非常不利于企業后續產能提升，同時說明生產現場應對生產異常和設備異常的能力也不足，非常容易導致產線停線停產，影響正常生產；而且AGV利用率過高對AGV設備的磨損也較為嚴重，極容易導致AGV設備壽命縮短。因此，6臺AGV設備無法滿足實際的生產需求，路線1、路線2、路線4均需增加設備數量（為使模型更加嚴謹，采取控制變量法的試驗方法，即路線1的AGV數量暫不增加，增加路線2和路線4的數量考察對整個模型的影響）。

2.路線1至路線5分別投放AGV數量為2臺、2臺、1臺、2臺、1臺，即總數量為8臺時，假定工廠每天工作20小時，模型設定運轉時間為20小時，多次運行該模型，根據模型輸出數據得出所有AGV設備的利用率，如圖5。

圖7 ：模型仿真運行過程圖

表1 ：路線1物流量參數

表2 ：路線4物流量參數

表3 ：路線5物流量參數

表4 ：AGV設備參數

如圖5所示，當AGV數量為8臺時，即路線1至路線5的數量分別為2臺、2臺、1臺、2臺、1臺時，路線2至路線5的AGV設備利用率均有了較大改善，不至于達到滿負載運轉影響設備壽命，導致停線停產等，但是路線1的設備利用率仍然偏高，需再次增加路線1的AGV設備數量，其它路線設備數量保持不變。

3.路線1至路線5分別投放AGV數量為3臺、2臺、1臺、2臺、1臺，即總數量為9臺時，假定工廠每天生產20小時，模型設定運轉時間為20小時，多次運行該模型，根據模型輸出數據得出所有AGV設備的利用率，如圖6。

如圖6所示，當AGV設備數量為9臺時，即路線1至路線5的數量分別為3臺、2臺、1臺、2臺、1臺時，路線1的AGV設備利用率也得到了明顯降低，說明整體AGV設備的利用率都在可接受范圍內，大大緩解了AGV設備過度利用及能力不足等問題，也有利于工廠后續的產能提升。此設備數量組合可作為設備投入的最優解。

五、仿真結果

通過以上分析，最佳的AGV設備數量為9臺，即路線1、路線2、路線3、路線4、路線5的AGV設備數量分別為3臺、2臺、1臺、2臺、1臺，此方案可保證滿足實際的生產需求，解決設備過度利用的問題，同時也為企業后續產能提升預留了一定的空間。

附模型仿真運行過程圖，如圖7。

六、結束語

本文的創新點在于通過仿真技術手段協助企業找到設備投入數量的最佳組合，解決實際生產過程中的難點，與僅僅通過仿真對一些方案進行改善優化不同，本文對企業在AGV系統投入前的決策過程具有較大的指導意義。

在物流行業，AGV小車的應用已經非常廣泛，很多企業在物流規劃過程中也越來越傾向于選擇AGV小車，但是如何科學、有效、合理地布局小車路線及投入數量仍缺少有效手段。而本文的研究方法建立在仿真技術基礎上，準確模擬了實際生產過程中的AGV調度系統。事實證明，即使面對大型復雜系統，亦可使用本文的研究方法給予解決，此方法對企業后續投入設備的決策過程有一定的指導意義。

作者單位為珠海格力電器股份有限公司