基于Arena的仓储物流系统仿真优化研究

来源：本站 | 发布日期：2023-02-21

1 引言

随着企业竞争的加剧和物流技术的发展，物流成为决定汽车制造企业生产效率的关键因素，物流的成本和效率开始受到企业越来越多的关注。仓储物流系统作为整个物流系统的重要环节，直接影响着企业物流网运作的通畅性[1]。因此，汽车制造企业越来越重视仓储物流系统的建设，尤其是建设前期对规划方案的评价和优化，以减少仓储物流系统建成后产生的浪费，提高企业物流与生产效率。

仓储物流系统是一个复杂的离散事件系统，受很多随机因素的影响，传统的解析法很难对其进行准确的分析[2]。而系统仿真方法是一种非解析法，该方法通过实际调研获得的数据仿真建模，能够较为准确、直观地描述离散事件系统，并充分反映系统的动态性。同时，系统仿真方法的模型更接近实际，方便对系统进行分析[3]。目前仿真领域有很多仿真软件，Arena由于其善于解决随机问题、分析与记录功能强大、柔性化、简单化、可视性强的特点，被广泛应用于生产物流领域[4]。

本研究以某汽车制造企业为背景，运用 Arena仿真软件对该企业试制车间的仓储物流系统设计进行仿真模拟，找到该车间仓储物流系统未来可能出现的运作问题和瓶颈，提出改进建议，指导车间仓储物流系统的实际建设。

2 研究背景

2.1 仓库概况

某汽车制造企业为更有效地研发产品，计划建立一个车间，该车间拥有两个仓库：外包仓库和车间内仓。外包仓库存储着 1/5 的物料，而车间内仓存储着 4/5 的物料，并且车间内仓的物料需要在外包仓库内中转暂存。车间内仓共三层，并拥有一个Dock。内仓计划面积为每层 2000 平方米，Dock 计划面积为 250 平方米。内仓除了具有存储物料的功能，还负责物料的组盘，因此，内仓主要包括货架区、物料暂放区、设备停放区和组盘区。Dock 连结着车间内仓和外包仓库的一切物流活动，包括卡车泊位、物料暂放区和空托盘/铁箱回收区三个区域，供外仓发来的物料在此卸货、暂存，然后发往车间内仓或车间工位，空托盘/铁箱也在此暂存回收。

2.2 仓储物流规划

该试制车间物流作业主要包含四类：内仓物料入库、内仓物料出库、外仓物料进入车间以及空托盘/铁箱的回收。首先，卡车将物料运至车间 Dock，Dock 铲车将物料从卡车上卸下，在外包仓库存储并配送至内仓的物料由拖车/人工直接运至车间工位；在车间内仓存储的物料由铲车运至 Dock 物料暂放区存储，然后再由铲车运至车间内仓。其次，内仓存储物料出库时生成物料需求清单。然后根据物料需求清单取货，一楼、三楼内仓的物料为大中件，由铲车和料架车取货；二楼内仓的物料为小件，由人工和小推车取货。取完货后，依次组盘、待发，由拖车运至工位。最后，空托盘和空铁箱先统一运回一楼内仓物料暂放区，再由 Dock 铲车运至空托盘/铁箱回收区，最终由卡车运回外包仓库。

3 仓储物流系统仿真与优化

3.1 仿真主要内容

该试制车间仓储物流系统由于涉及多种不同的物流作业模块，并在运作过程中涉及到多种运输资源，导致其物流系统具有极高的复杂性和不确定性。本研究仿真的主要内容如下：

(1)评估车间各种物流资源的利用率。

该试制车间包含多种形式的物流资源，对物流资源的合理规划是衡量一个物流系统是否优良的重要标准。通过仿真，分析各类资源在不同生产环境下的利用率，实现物流资源的最佳配置。

(2)寻找仓储物流系统的瓶颈环节。

仓储物流系统与生产系统密切相关，而仓库各物流作业之间也相互制约，因此，仓储物流系统的瓶颈环节将直接影响车间的运作效率。通过仿真中的动画演示以及仿真后的数据分析，寻找瓶颈环节。

3.2 仿真设计

由于该试制车间拥有一个十分庞大和复杂的仓储物流系统，因此，仿真设计时采取自顶向下的建模思想。根据规划方案，首先，将整个仓储物流系统划分为三大模块：Dock 作业模块、库区作业模块和车间作业模块。其中，Dock 作业模块包括物料的接收和转运，库区作业模块包括物料的入库和出库，车间作业模块包括送料过程。因此，为了实现每个模块的功能，每个大的作业模块又被划分为若干个小作业模块，得到整个仿真模型架构见图 1。

4 仿真输出及优化

模型运行完成后，导出运行结果，仿真输出统计为各物流资源的利用率。各物流资源的利用率需要在一个合理的范围内，才能保证物流系统的有效运行，并不超过其工作负荷。考虑到物料暂放区以及空托盘/铁箱回收区需要留出一定的通道供铲车操作，而运输资源需要一定的维修和休息时间，因此，各物流资源利用率在 60%-75%较为正常[5,6]。工作负荷较小时，存在资源浪费的现象；当利用率大于75%时，说明该物流资源工作负荷较大，是一个瓶颈资源，物流系统在此处会出现阻塞的现象。

通过对瓶颈物流资源数量的优化，以及影响物流资源利用率的相关物流作业的优化，极大地改善了物流资源的利用率，优化前后几种物流资源利用率的变化见表1。可以看出，物流资源利用率得到了显著的改善。

总的来说，优化后，各物流资源平均利用率得到显著改善。优化后的方案，不仅缓解了物料到达高峰的压力，而且减少了资源浪费。