自動化立體倉庫入庫輸送系統的物流仿真優化

□ 劉 曄，張一玨

(上海中船重工船舶推進設備有限公司，上海 200031)

隨著自動化立體倉庫(AS/RS)[1-2]技術發展得越來越成熟，其在國內各行各業的應用也越來越普遍，而引入一套自動化立體倉庫，就必然需要為其配置自動化程度與其相當或更高的入庫、出庫等物流輸送系統[3]，若在入庫、出庫等輸送環節出現瓶頸，則必然會影響自動化立體倉庫的倉儲效率，導致沒有發揮出其應有的作用。

FlexSim[4-6]是一款通用離散仿真軟件，集計算機三維圖像處理技術、仿真技術、數據處理技術等為一體，為制造業、物流業等領域服務。運用FlexSim對系統進行仿真，可以在計算機內建立研究對象的系統三維模型，然后，對模型進行各種分析和數據驗證，最終獲得優化設計和改造方案。

本案例以某在建造紙廠的成品紙自動化立體倉庫的“入庫輸送系統”為研究對象，首先，對系統建立FlexSim模型，然后，對模型進行仿真運行，發現“擁堵點”，分析關鍵設備的統計數據，再根據這些信息進行模型優化，最后，對優化前后的統計數據進行對比，以證實優化結果的有效性[7]。

1 系統分析

該輸送系統方案中，實際設備數量為105臺，設備種類及功能見表1，系統布局見圖1。

表1 設備種類及功能

圖1 系統布局圖

1.1 系統主要工藝流程

本輸送系統主要功能有：紙垛輸送、托盤輸送、拆盤、托盤置入、成品紙垛入庫等，通過系統中各輸送設備及處理設備實現。具體工藝流程見圖2。

圖2 輸送系統工藝流程圖

2 系統建模

2.1 模型布置

根據該系統的實際設備尺寸、位置、輸送方向等，在FlexSim模型界面中布置128個實體來實現該系統的功能，具體實體種類及實現的功能見表2。

表2 模型實體種類及功能

2.2 模型連線及屬性設置

根據系統工藝流程，對模型中所有實體進行連線，以實現臨時實體(紙垛、托盤、成品紙垛)的輸送去向。

對每個固定實體進行屬性設置，主要設置參數見表2。

2.3 模型仿真運行

“重置——運行”模型，觀察系統運行情況：①2臺發生器(升降機)每30秒發出一個臨時實體，每個臨時實體具備不同的顏色，表示其不同的類型；②托盤從托盤發生器進入輸送系統，根據指令輸送至對應的托盤輸送線路，在分解器處分解為8個托盤，準備進入合成器工位；③臨時實體到達合成器，托盤同時進入，合成器輸出1件與原臨時實體顏色一樣的臨時實體；④臨時實體根據類型分別被輸送至對應的入庫位。

模型及運行情況見圖3。

圖3 FlexSim模型及運行情況

3 模型分析

3.1 系統擁堵分析

觀察系統運行，發現經過線路一、二、三加工完成后的成品紙垛，都需要匯入線路四，故在此交匯處產生擁堵導致停機，為“擁堵點”，如圖4。

圖4 系統擁堵點

3.2 主要設備利用率分析

分析處理器(托盤置入裝置)和分解器(拆盤機)：分解器的處理時間為70s，而處理器的處理時間為45s，這就導致紙垛輸送至處理器處時，需要等待分解器完成托盤拆垛工作再進行處理，從而處理器存在空閑時間，利用率較低。

模型運行24小時，處理器的統計數據如圖5。

圖5 模型運行24小時處理器的統計數據

3.3 系統總入庫量

統計系統運行24小時的總入庫量，以便與優化后的系統進行數據對比，如圖6。

圖6 模型運行24小時的總入庫量

4 系統優化

4.1 優化策略及結果

①考慮處理器的利用率低，故可以將線路二中的處理器二取消，從而撤銷線路二；

②保留為線路二提供托盤的拆盤機二所在的線路，改為可以為線路一、線路三的處理器隨時補充托盤，此規劃可以緩解處理器一、三的等待問題。

優化后的系統布局見圖7，FlexSim模型見圖8。

圖7 優化后的系統布局圖(部分)

圖8 優化后的FlexSim模型

4.2 優化數據分析

4.2.1 處理器統計數據

系統優化前后運行24小時處理器(托盤置入裝置)的統計數據見表3，對比可看出，單臺設備輸出量增加50%左右，設備利用率提高27%左右。

表3 處理器統計數據對比

4.2.2 系統入庫總量統計數據

系統優化前后總入庫量統計數據見表4，可以看出，單個貨位入庫量雖然有不同程度的上下浮動，但總入庫量是一樣的。

表4 總入庫量統計數據對比

4.2.3 設備數量及成本

經過優化，對系統中的設備進行了重新配置，減少了一臺專機(托盤置入裝置)和9條輸送線，系統總設備數從105臺減至95臺。

4.3 優化效果分析

通過以上數據，可以得出：①設備數量減少10%，故硬件成本減少10%；②2臺處理器(托盤置入裝置)的利用率大幅提高；③系統通過優化，無擁堵；④雖然設備數量減少，但是總入庫量保持不變。

5 結論

通過對本案例中自動化立體倉庫“入庫輸送系統”的FlexSim建模、仿真，分析了模型的運行情況及系統瓶頸，針對性的做了新的設備規劃，在保證系統輸送入庫產品總量不變的前提下，通過提高瓶頸設備的使用效率，減少了設備數量，降低了硬件成本。

本次工作驗證了利用FlexSim等計算機仿真軟件對物流系統整體規劃方案進行建模、仿真、優化的工作的可行性、有效性。