基于ED仿真軟件的海外倉布局與優化*

□ 曾倩琳

(福建江夏學院 工商管理學院，福建 福州 350108)

1 引言

近幾十年來，仿真軟件因融合了多項技術的新成果而取得了極大的發展，如采用面向對象建模的Witness軟件，集成其他系統，可用于仿真物流系統、離散事件、連續流體系統等[1-2]；Flexsim軟件集多種技術為一體，以制造、物流等領域為主進行模型設計、制作與分析[3]；Arena軟件提供了多種建模模板和模型的層次結構，可以與Visual Basic、C語言等通用語言進行集成，主要仿真離散和連續系統[4]；EM-Plant軟件采用C++語言開發而成，是面向對象階層式模擬軟件[5]；Enterprise Dynamics(ED)軟件以對象為導向進行開放的建模、仿真，廣泛應用于生產制造、物流、基建等領域，可對時間、成本、資源、可靠性、安全性、可持續性等指標建模進行統計分析[6-7]。各軟件特征相異，需針對分析的對象、內容、目的選擇適合的軟件。

隨著跨境電商交易的蓬勃發展，創建海外倉是跨境物流發展的一個必然走向[8]。作為跨境物流關鍵節點的海外倉是一個復雜系統，其設施的規劃直接影響系統的工作效率，目前多數文獻基于系統布置設計(System Layout Design，SLP)方法，設計配送中心各個功能區域的布置[9-10]，在此基礎上，大多數學者利用 Flexsim 軟件構建仿真模型對配送中心或是自動化立體倉庫的物流設施進行仿真，尋找合理的布局方案[11-12]。海外倉是跨境電商物流發展的重要樞紐點，是配送中心或自動化立體倉庫在跨境電商井噴式發展環境下的另一稱謂。本文擬運用Enterprise Dynamics 軟件，仿真海外倉作業流程，尋找可能出現的擁堵環節或是設備使用效率帶來的成本問題，并通過模型的優化來提高海外倉的效率。

2 案例背景及模型構建分析

2.1 背景介紹

S公司因跨境電商業務發展需要，準備在俄羅斯建立“東歐倉”，以此進行了相關的市場調研，為節約成本同時保證中心的工作效率，該公司在該海外倉實際構建前要進行仿真，具體情況如下：

該海外倉的貨物類型主要有三類，三類產品隨機到達，遵循均勻分布。貨物均采用1.2mx1.0mx0.14m的托盤進行包裝，貨物在托盤上的擺放高度為0.8m，發送到三個獨立的高層貨架中進行存放，貨物經由鏈式輸送帶輸送到各巷道口，后由各輥式輸送機進行銜接，利用巷道堆垛機完成上架，儲存采用的ASRS高架倉庫存放，共三組ASRS貨架，各貨架存放貨量相等，即各放置貨物總量的1/3。三組貨架中，第一組貨架的第二列和第三列均已被占用，第二組貨架的第一列和第三列被占用，第三組貨架為空，貨物可任意存放。當ASRS貨架存放的貨物達到貨物總量的95%時即安排出庫，如此往復，要求貨物出庫需遵循先進先出的原則。巷道堆垛機將貨物運送到巷道口后由輸送帶完成分揀，最后由叉車完成出庫，叉車需沿著固定路徑行走。相關參數如下，貨物到達的平均時間間隔為5秒，符合負指數分布。所有運輸帶的速度均為1m/s，ASRS貨架為10行x20列，貨格尺寸為1.3mx1.3mx1m。叉車行走速度為3m/s，舉升速度為0.5m/s。

該公司希望：①按照要求進行合理簡化后建模。②要求計算一臺叉車的忙閑狀態，同時基于成本和效率考慮叉車的配置數量，如果叉車利用率控制在80%以下，問現有系統狀態能不能滿足此要求，需不需要增加叉車？

2.2 建模構思

海外倉物流的作業主要包括：卸貨、驗貨、入庫、分類、存儲、揀貨、出庫前檢查、送至備貨區、發貨等任務，該案例的焦點主要集中在入庫、存儲與發送至出庫區三個環節。所以，將模型分成三個部分進行構建，一是入庫系統，二是高層貨架系統，三是產品的分流系統，基于ED仿真軟件的基本功能，使用ASRS元件模擬高層貨架系統，采用Accumulating Conveyor模擬輥式輸送機，采用non Accumulating Conveyor模擬鏈式輸送機，采用Advanced Accumulating Conveyor或 Corner Transfer Unit模擬輸送帶的轉向裝置。而后通過在產品上設置標簽，在轉向裝置上編輯4DScript命令，實現產品分流；其次，采用Advanced Transporter模擬按照既定路徑行走的叉車，使用Network的相關元件構建欲行走的路徑；最后，采用VB元件對視覺效果進行美化。

3 海外倉模型的構建與優化

向模型圖層窗口拖入Source元件以模擬貨物的輸入，采用Accumulating Conveyor模擬輥式輸送機，采用non Accumulating Conveyor模擬鏈式輸送機，拖入Corner Transfer Unit元件模擬轉向裝置。

3.1 入庫部分元件的參數設置

①Source元件的參數設置。

對Source元件進行參數設置，在Source元件中的Trigger on enter內輸入setlabel([type],duniform(1,3),i)表示生成三種離散均勻分布貨物，貨物的標簽名為type，在Trigger on exit內輸入：

Case(label([type],i),color(i):=ColorRed,color(i):=ColorGreen,color(i):=ColorYellow)

為了便于區分，能有更好的視覺效果，將三類產品設置成紅、綠、黃三種不同的顏色。

②Corner Transfer Unit元件的參數設置。

在第一個輸入口即 Corner Transfer Unit7的Send to選擇5，其中33%的貨物發往通道一，即發往第一個貨架，66%的產品發往通道二，即發往貨架二、三。同理，對其他 Corner Transfer Unit元件進行設置，在第二個輸入口即 Corner Transfer Unit 8的Send to選擇5，其中50%的貨物發往通道一，即發往第二個貨架，66%的產品發往通道二，即發往貨架三。

圖1 Source元件的參數設置

圖2 Corner Transfer Unit 7元件的參數設置

3.2 儲存部分元件的參數設置

向模型圖層拖入3個Advanced ASRS元件用于模擬高層貨架，ASRS貨架由輸入系統、巷道堆垛機和輸出系統三個部分構成，巷道堆垛機沿著軌道運行進行貨物的存放，貨架分設在軌道兩側，即左側貨架和右側貨架，如圖3所示。對Advanced ASRS的參數進行設置，該元件的參數設置選項卡較多，包括常規設置、儲存、輸入、輸出、移動、裝載、揀貨、放入策略以及視覺效果9個。

①Storage選項卡。貨物的存放位置可選擇軌道兩側的貨架均可以存放，也可只選擇左側或右側貨架。Z location表示貨架底部的位置，如輸入數字5，表示貨架底部位置距離地面距離為5，一般而言，取0即可。在ED軟件中，貨架的旋轉角度為順時針為正，用戶可根據建模需求對貨架的擺放方向進行調整。因此，根據輸送帶的方向，將旋轉角度設置為270度。在高層貨架的行、列中輸入10和20，表示該貨架為10行20列。對高層貨架的貨格大小進行設置，輸入1.3m*1.3m*1m，軌道寬度為1.5米，參數設置如圖3所示。

圖3 Advanced ASRS的拖入

圖4 Advanced ASRS元件的參數設置一

②Inbound和Outbound。在這兩個選項卡中，對貨物的輸入策略、輸出通道選擇、進出貨的位置以及觸發事件等進行設置。

③Motion。巷道堆垛機取貨物的過程為：巷道堆垛機沿軌道行駛到出庫貨物所在列位置，伸縮叉上/下移動至貨物所在貨位，伸出伸縮叉取貨，縮回伸縮叉，再行駛到巷道口將貨物擺放于承載臺，則一次取貨完成。放貨物的過程則正好相反。因此，在這個選項卡中，可對巷道堆垛機、伸縮叉上舉/下降、伸縮叉移動取貨的速度以及加減速度進行設置。

④Load。可對進出貨的次序進行設置，可設置為進出貨輪流、優先進貨或優先出貨、只進貨或只出貨、通過標簽條件設定或者通過外部命令來定義進出貨。當選擇6，按照標簽條件設定來定義進出貨時，可在下面的Lable中對貨物標簽進行定義，即當貨架的貨物存放已達到貨架容量的95%時，則進、出貨同時進行，否則只進不出。

圖5 Advanced ASRS元件的參數設置二

⑤Pick和Place。可設置取、放貨策略。取貨策略包括隨機取貨，隨機取貨(選擇存放水平較低的貨架)、離第一行第一列的貨格最近或最遠的貨格開始取貨、先進先出/后進先出、通過標簽定義或通過外部命令指定等多種方法，在此，選擇先進先出策略。放貨策略與取貨策略一樣，選擇先進先出。

3.3 分流部分元件的參數設置

①向模型圖層窗口拖入Accumulating Conveyor元件和Corner Transfer Unit元件并將相關通道進行連接，用以模擬巷道堆垛機的周邊輸送帶的布置。

②繼續向模型圖層窗口拖入Accumulating Conveyor元件和Corner Transfer Unit元件并用以模擬產品的分流系統。ASRS倉庫系統和分流系統整體布局如圖6所示。

圖6 ASRS倉庫系統模型布置

右擊第一個分揀口的Corner Transfer Unit元件打開參數設置對話框，在Send to通道選擇中輸入：if(label([type],first(c))=1,1,2)，表示混合貨物流經過該分揀口時，貨物標簽值為1的從該分揀口出，貨物標簽值為2和3的繼續向前輸送，進入到第2個分揀口時，再右擊第二個分揀口的Coerner Transfer Unit元件，在Send to通道選擇中輸入：if(label([type],first(c))=2,1,2)，從而使標簽值為2的貨物從分揀口2輸出，剩余貨物即標簽值為3的貨物從分揀口3輸出，從而完成貨物的分流。

圖7 第一個分揀口參數設置

③向模型圖層窗口拖入三個Accumulating Conveyor元件和三個Sink元件以模擬貨物的輸出。

④拖入6個節點以構建高級叉車的行走網絡的節點，拖入Network Manipulator用以連接各個節點，拖入Network Controller對網絡進行優化。雙擊Network Manipulator元件，打開參數設置對話框，設置所有連接線段均為雙向線段，顯示節點名稱、連接線段、節點等相關信息。

⑤向模型圖層窗口中拖入Advanced Transporter元件以及與之配套使用的Dispatcher元件和Destinator元件。將Dispatcher元件的三個輸入通道與三個分揀口的輸出通道相連，輸出通道與Advanced Transporter元件的輸入通道相連。將Destinator元件的輸入通道與Advanced Transporter元件的輸出通道相連，該元件的三個輸出通道與3個Sink元件的輸入通道相連。右擊Advancaed Transporter元件，打開參數設置對話框，打開General選項卡，在Send to內輸入：label([type],first(c))，表示按照標簽值將貨物輸往不同的通道內，分流系統的參數設置和建模如圖8、圖9、圖10所示。

圖8 第二個分揀口參數設置

圖9 Advanced Transporter參數設置

圖10 配送中心分流系統模擬

⑥向模型圖層窗口拖入VR building元件，點擊display-3D model view，可見整個模型的3D視圖，如圖11所示。

圖11 配送中心仿真模型3D視圖

3.4 海外倉的仿真模擬與改善

檢查各個元件的輸入通道與輸出通道連接無誤后，即可運行系統。在模型運行將近4小時時，模型停止運行，跳出的對話框顯示ASRS在分揀處出現貨物堆積而造成整個系統停滯，因此，ED軟件可以通過模型仿真運行發現問題。該問題同時也是回答第二問題的前提，案例要求分析高級叉車的利用率，可向模型圖層窗口拖入Status Monitor元件，其可以反映叉車的實時工作情況，將Status Monitor元件的輸入通道與Advanced Transporter的中心通道相連，同樣，模型運行一會后，跳出對話框顯示整個系統停滯，故而得出結論：一臺高級叉車不足以支撐整個海外倉的短距離運輸需求，它不停歇工作，利用率達到100%之時，仍無法完成貨物在出庫分流環節的任務，從而引起了整個海外倉效率低下甚至出現了停滯。為保證海外倉整個系統的順暢運行，同時滿足公司基于效率和成本考慮控制叉車的利用率在80%以下，目前系統一臺叉車無法滿足需求，極其需要增加一臺叉車。在增加一臺高級叉車后，整個海外倉模型系統運行恢復正常，同時利用Status Monitor元件可以分析兩臺高級叉車的空閑、滿載運貨、空車返回三種狀態的利用率，兩臺叉車的滿載運貨的利用率皆在80%以下，滿足了公司的需求同時，保證了整個海外倉系統的運行順暢。因此，利用ED軟件不僅發現了海外倉系統運行的問題，而且在分析系統的擁堵環節和擁堵原因后，通過設施規劃的改善解決問題并提高海外倉效率的提升。

4 總結

本文利用 Enterprise Dynamics仿真軟件建立了跨境電商海外倉的仿真模型，研究了不同類產品在海外倉的儲存、高層立體貨架的進出規律、按貨物類別進行分揀配送的運作流程，在兼顧運行效率和成本時，通過高級叉車的增減運行模型并分析數據，確定高級叉車的購買數量，對跨境電商海外倉投資建設的運行，海外倉的分揀、配送等環節的效益優化有較高的參考價值。