基于Flexsim 的AGV“貨到人”揀選模式的仿真實現(xiàn)

文/劉芷均 李琪

本文基于Flexsim仿真技術(shù)，以某公司化妝品倉庫為研究對象，首先分析人工倉現(xiàn)狀問題，運用Flexsim 仿真軟件對人工倉進行仿真建模，通過運行數(shù)據(jù)，分析人工倉的運行效率；再對智能倉仿真建模，并分析其運行效率；最后對比人工倉與智能倉的運行數(shù)據(jù)。驗證方案合理性，提高某公司化妝品倉庫整體運行效率。

一、引言

隨著時代的發(fā)展，智能倉在現(xiàn)代化高速發(fā)展的物流時代中占據(jù)著重要的地位。訂單轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、大頻次，商品供應(yīng)也隨之形成少批量、多品種的特點。減少智能倉作業(yè)的作業(yè)成本，提高智能倉運行效率，對于整個物流系統(tǒng)的效率提高有相當重要的意義。在倉儲物流中，“貨到人”與“人到貨”是指兩種不同的揀選方式。貨到人是指在通過自主移動機器人實現(xiàn)自動化揀選的場景下，即由自主移動機器人背負著貨架或揀選貨箱運送至固定揀選工作臺，員工在固定工作臺進行揀選工作，具有揀選效率提升、勞動強度降低的優(yōu)點。貨到人系統(tǒng)最初主要應(yīng)用于圖書、醫(yī)藥等存儲小型物品的行業(yè)，隨著電商企業(yè)的發(fā)展，逐漸在電商行業(yè)應(yīng)用[1]。將Flexsim 建模仿真軟件運用到物流行業(yè)，國內(nèi)外學者均有較深入的研究，大量應(yīng)用實例驗證了Flexsim 建模仿真的可行性和有效性[2]。本文基于Flexsim仿真軟件實現(xiàn)AGV“貨到人”揀選模式建模。

二、研究背景

智能倉儲可通過多種自動化和互聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)。這些技術(shù)協(xié)同工作以提高倉庫的生產(chǎn)率和效率，最大限度地減少人工數(shù)量，同時近幾年來，隨著消費者對于貨物快速到達的需求的增加，已經(jīng)實現(xiàn)了同個城市貨物當天到達的快速物流需求，不僅僅可以在物流運輸?shù)乃俣壬线M行提升，還可以在倉庫進行升級，提高貨物在倉庫內(nèi)的流轉(zhuǎn)，提高整個倉庫的運行效率減少錯誤。利用Flexsim仿真建模軟件，將人工倉升級為智能倉，將人工倉的“人到貨”模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軅}的“貨到人”模式，以此來提高整體的運行效率。

三、某公司人工倉現(xiàn)狀

1.分揀及分撥中心老舊化嚴重問題。某公司主打化妝品，隨著時代的更新，倉庫已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代化高速的物流時代。倉庫內(nèi)還選用人工搬運貨物的問題。貨物流轉(zhuǎn)運行效率低，超負荷的工作量、反復的分揀操作導致揀貨人員的工作熱情急劇下降，從而影響了倉庫內(nèi)的整體運行效率。2.叉車及工作人員利用率低問題。運用叉車來進行貨物的上架及下架的搬運，易產(chǎn)生叉車利用率低，造成了貨物在貨架的堆積，當新貨物到達后，前一批次的貨物未完全進行下架，從而產(chǎn)生更多的貨物積壓在貨架上，導致整體運行效率低。

四、基于Flexsim仿真軟件的建模仿真

建立3D虛擬仿真系統(tǒng)有助于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實系統(tǒng)運行中存在的問題，幫助對現(xiàn)實物流系統(tǒng)設(shè)計和運行做出明智的決策[3]。通過不斷修改3D模型參數(shù)并進行仿真可以試探出解決問題的方案，并通過仿真對方案進行驗證[4]。本文利用Flexsim軟件方便用戶建模，且省時省投資[5]。

1.構(gòu)建模型布局（預(yù)先定義長度單位為米，時間單位為秒）

通過數(shù)據(jù)搜集建立模型時，對于工作人員的休息，機械設(shè)備出現(xiàn)故障，以及管理不當?shù)葐栴}都不做考量。對所要建立的模型進行簡化處理。本模型用一個AGV小車載有10個貨物，仿真模擬10個貨架，即現(xiàn)實中10次AGV“貨到人”揀選模式。根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)利用Flexsim仿真軟件，創(chuàng)建模型布局，如圖1所示。

圖1 某公司人工倉仿真布局圖

圖2 人工倉叉車利用率

2.定義系統(tǒng)流程邏輯

人工倉一共有兩種貨架，重型貨架及輕型貨架，貨物到達站臺后，通過傳送帶送至暫存區(qū)等待檢驗品類及規(guī)格；將檢驗完畢的貨物送至等待區(qū)，等待與托盤相結(jié)合，結(jié)合后的貨物等待上架；下架后的貨物經(jīng)過打包臺打包后，送至分撥中心；將初步分撥后的貨物送至合成器處進行建包，每10個貨物建成一個包；建包后通過傳送帶將包裹運送到不同的暫存區(qū)進行裝車，貨物離開分撥中心。

3.編輯系統(tǒng)對象（實體）參數(shù)

（1）快件到達的時間序列設(shè)置。在貨物入庫時，工作人員把卸貨的時間定為貨物的入庫時間，根據(jù)搜集到的數(shù)據(jù)得出貨物到達的時間情況為每4小時到達一次。分揀中心正常工作14小時，每4小時到達一批貨物，按照時間表來完成貨物的到達，分別為第0秒時到達第一批貨物，第14400秒時到達第二批貨物，第28800秒時到達第三批貨物，每批貨物均為4000件，因此一共到達貨物12000件。（2）模擬流程的暫存區(qū)、檢驗區(qū)及上架設(shè)置?？捎玫拇娣艛?shù)量為100000個貨物。選擇使用運輸工具，輸出端口為隨機輸出。Processor1-4檢驗時間一般平均為30秒每個貨物，Processor5-8檢驗時間一般平均為20秒每個貨物。Processor9-12檢驗時間一般平均為25秒每個貨物。分揀中心重型貨架的貨物上貨架時使用叉車進行上架，貨物采取整托上架的形式，加工時間一般平均為20秒每托貨物。分撥中心進行初步建包，每10個貨物合成一個包裹。重型貨架設(shè)置貨架的屬性為：層數(shù)10，層高1米，列數(shù)10，列寬2米。輕型貨架設(shè)置貨架的屬性為：層數(shù)4，層高1米，列數(shù)10，列寬2米。（3）模擬流程的分撥中心參數(shù)設(shè)置。分解器加工時間為20秒每托貨物。建包后的貨物經(jīng)過決策點，根據(jù)不同地點送至不同的暫存區(qū)，所以設(shè)置一個決策點，決策點的作用是不同地區(qū)的貨物到達不同的暫存區(qū)，由人工從傳送帶上取貨。

4.模型仿真及結(jié)果分析

因為在Flexsim軟件仿真模型的過程中，需要對模型中的每一個實體進行監(jiān)控。

由圖所示，人工倉的叉車利用率，通過上圖可知，上架叉車Transport1-Transport4中Transport1與Transport4利用率分別在2.05% 和11.16% ，Transport2-Transport3與 Transport5-Transport6利用率分別在64.91%、59.58%、68.52%、69.21%，通過數(shù)據(jù)表明叉車并未完全得到充分利用，叉車的使用不均勻。貨架的吞吐量是一個重要的指標，貨架的吞吐量不僅僅表示貨架的吞吐能力，而且也能說明整個倉庫的負載能力。人工倉貨架整體吞吐量在6705，接近50%的貨物未進入倉庫，因此也說明人工倉整體運行效率較低。

5.模型仿真優(yōu)化

通過仿真運行，對模型進行修改，將人工倉升級為智能倉，將重型及輕型貨架更換成自動堆垛機系統(tǒng)。貨物的下架揀選由原本的“人到貨”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤柏浀饺恕蹦Ｊ??；谇拔模壓蟮膫}庫有作業(yè)單位的變化，增加了自動堆垛機系統(tǒng)（AS/RS系統(tǒng)），減少了叉車及對貨物進行上架和下架的工作人員；貨物上架及下架采用自動堆垛機（AS/RS），取消叉車及人工的上架和下架模式，下架后的貨物采用AGV進行揀選，仿真模擬完成“貨到人”形式。圖3為優(yōu)化后仿真模型

圖3 優(yōu)化后仿真布局

圖4 AGV“貨到人”物理模型

假設(shè)一個倉庫中擁有N個貨架，M 個揀貨員，完成100單的揀選需要用時10分鐘?！柏浀饺恕蹦Ｊ娇梢院喕癁?個AGV機器人和1個貨架的組合到達一個揀貨工作人員位置，在整個倉庫中，進行N個循環(huán)。

本模型中“貨到人”模式，模擬的是AGV“貨到人”的形式，設(shè)置AGV最外圈揀選路徑，揀貨工作人員位置設(shè)置揀貨工作人員，在Flexsim仿真模型運行中，F(xiàn)lexsim 仿真軟件模擬的是貨物在倉庫內(nèi)的流通的過程，因此本模型貨架不能夠在模型運行過程中體現(xiàn)出AGV將貨架馱起這一形式，使用TaskExecuter作為AGV，路徑上設(shè)置10個ControlPoint作為卸貨點，以此來仿真模擬揀貨工作人員，從而形成在Flexsim 仿真模型中1個TaskExecuter后面帶著10個貨物，到達10個ControlPoint的現(xiàn)象，以此來完成揀選。在此模型中可以簡化為1個AGV和N個貨架的組合，在整個倉庫中進行M 個循環(huán)，以此來完成本模型中“貨到人”揀選模式。

綜上，本模型中一共設(shè)計了四條AGV“貨到人”揀選路線，四條路線都是相同的內(nèi)部邏輯，從現(xiàn)實生活中1個AGV和1個貨架，進行N個循環(huán)，轉(zhuǎn)變?yōu)镕lexsim 仿真模型中，1個AGV和N個貨架，進行M 個循環(huán)。其中一個AGV“貨到人”物理模型如上圖所示。

通過表1所示，人工倉庫及智能倉庫輸入均為12000，人工倉輸出值為6060，智能倉輸入值為10900。說明人工倉總體運行效率為50.5%，智能倉總體運行效率為90.8%，倉庫升級后整體運行效率提升40.3%。智能倉庫吞吐量是11950，因此通過計算，智能倉庫的吞吐量提升了43.9%。吞吐量的提升，大大說明了智能倉庫中的自動堆垛機在現(xiàn)代環(huán)境下比人工倉庫中采用叉車及工作人員上架及下架的效率高，機械化的自動堆垛機系統(tǒng)與叉車及工作人員相比，在一定程度上占據(jù)了優(yōu)勢。根據(jù)倉庫分撥前等待區(qū)對比分析報告表，人工倉輸出值為6203；智能倉輸出值為10979。能夠說明智能倉庫中分撥前等待區(qū)上一環(huán)節(jié)的AGV“貨到人”形式的運行效率，對比人工倉中由人工進行揀選打包等環(huán)節(jié)的運行效率提高了43.7%。本模型仿真模擬一天運行14小時，現(xiàn)實生活中AGV的使用，能夠連續(xù)24h全天候的工作,夜間也可進行無人化的作業(yè),減少了人力的操作,同時還避免了由于人工疏忽而導致的不必要的損失。AGV小車的自動化搬運系統(tǒng)也優(yōu)化了整個工藝流程，從而提高整體的運行效率。

表1 倉庫總體數(shù)據(jù)對比分析報告表

五、結(jié)論

本文基于Flexsim 仿真以某公司化妝品倉庫為例，為解決人工倉工作人員超負荷、整體運行效率低等問題，進行了Flexsim 的仿真分析研究，對人工倉進行仿真建模以及運行效率分析，得出人工倉升級為智能倉的優(yōu)化思路。根據(jù)優(yōu)化思路，將人工倉升級為智能倉通過最后運行數(shù)據(jù)分析得出，升級為智能倉后的貨架吞吐量提升43.9%；加入AGV“貨到人”揀選系統(tǒng)后，分撥前等待區(qū)環(huán)節(jié)運行效率提升43.7%；整體運行效率提高了40.3%，驗證了方案的合理性。

引用出處

[1]李斌,魏鑫,張敬敏.貨到人自動揀選系統(tǒng)研發(fā)及其工程應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化,2017,39(09):149-152.

[2]周子一,趙小勇,董瑞娟.基于Flexsim的某高校快遞聯(lián)盟服務(wù)站分揀系統(tǒng)仿真[J].物流技術(shù),2015,34(14):152-155.

[3]凌翔天,王赫鑫.菜鳥驛站作業(yè)流程仿真與優(yōu)化[J].物流技術(shù),2021,40(10):103-110.

[4]汪傳雷,李磊,劉宏偉.基于Flexsim的某生產(chǎn)線物流仿真優(yōu)化[J].物流技術(shù),2011,30(8):58-60.

[5]馬向國,余佳敏,任宇佳.物流系統(tǒng)建模與仿真案例實訓[M].北京:化學工業(yè)出版社,2018.