0 引言

近年来, 随着电商等虚拟经济的发展, 我国物流业也进入了一个快速发展阶段。其中, 仓储系统是物流业中最为核心的环节, 优良的仓储系统能够实现本地和异地多个仓库的精细化管理[1,2,3,4,5], 从而动态地管理仓库货物的进出流程。但目前仓储系统的发展水平仍较低, 存在仓库布局不合理, 管理水平较低等诸多问题。为了设计出优秀的仓储物流系统, 国内外大量学者致力于该领域的研究[6,7,8,9,10,11], 但这些文献大多是使用解析的方法, 即用数学表达式表示出物流系统[12,13,14,15], 逻辑推理后获得系统的最优解。因该方法是基于运筹学等数学理论的, 所以读者不能直观地查看和分析物流系统。为了能够回避这一缺点, 本文引入了Flesxim软件对仓储物流系统的设计进行仿真, 并建立模型。与解析方法相比, 该模型可直观地反映仓储的物理特性和逻辑特征, 方便了工作人员对仓储物流系统进行分析与优化。

1 仿真介绍

仓储系统的仿真是将仓储物流系统抽象化, 建立模型并研究其性能的方法。在物流过程中, 设计缺陷、管理失误和随机因素通常是仓储系统容易出现的问题, 在客观上以上问题降低了系统的可靠性、合理性和协调性。另外, 这些问题难以从数学角度来描述和求解, 所以解决这类问题只能采用计算机仿真的方法, 从而减少不合理的设计, 辅助使用者的决策行为, 降低随机因素的破坏。

2 库存分类

库存是仓库管理中的重要环节。为了尽量贴合实际, 仿真使用真实数据 (由于篇幅原因不再给出) , 库存物资按照下面ABC分析法的定义分成A类物资、B类物资和C类物资三类。A类物资是使用频率和价值高、进出流量大的库存物资, 通常品种占比为10%, 价值占比70%;B类物资是使用频率一般、价值适中、进出量中等的库存物资, 其品种占比和价值占比均为20%;C类物资是使用频率低、价值小、进出量小的库存物资, 其品种占比为70%, 价值占比10%。其具体分类结果, 如表1所示。

表1 ABC分类结果表 

3 仿真过程

以表1的数据为具体库存, 根据设计对仓储系统进行建模, 按照实际参数对仿真的项目进行设定, 其仿真的具体过程如下。

3.1 流程动画仿真

流程动画仿真是对设计的业务和物流进行动态展示, 复核整个流程。其目的在于检查业务流程与实际需求有无差异, 避免后期出现差错。本文使用3DSMAX软件对仓储系统进行动画仿真, 主要是根据项目设计方案来进行的。图1和图2分别为物流系统一、二层的仿真截图。

图1 一层布局动画仿真截图   

图2 二层布局动画仿真截图 

3.2 过程数据仿真

本节即为仿真的主要过程, 使用了Flesxim软件。仿真过程中需要在各个项目里设定诸多参数, 具体的设定如下:

(1) 横梁式货架。是存取货物的专业仓库货架, 其结构简单、安全可靠, 并可任意调整组合。本文的仓储系统托盘高架库区采用了该种货架, 设计方案中包括5个巷道双深位货架、8个巷道单深位货架, 货位数共计13506个。在Flesxim软件中设定横梁式货架的方法, 如图3所示。

图3 高架库仿真模型截图  

(2) 流利式货架。是一种可以从一边通道存货, 另一边通道取货的货架。流利架存储效率高, 适合大量货物的短期存放和拣选, 广泛应用于配送中心、装配车间及出货频率较高的仓库。在本设计方案中, B2C拣选区采用该种流利式货架, 其具体数量为114组*2套 (一层、二层各一套) 。在仿真软件中, 其设定方法如图4所示。

图4 拣选区仿真模型截图   

(3) 巷道堆垛机。是从叉车等物流设备演变而来的, 主要用于高层货架的巷道内存取货物, 其重量轻, 精度高, 可提升仓库的利用率。在本设计方案中, 托盘高架库采用8台单深位、5台双深位堆垛机以及二级缓存库采用1台单深位堆垛机, 共计14台。这些堆垛机的设定参数如下:

行走速度:125 m/min

行走加速度:0.5 m/s2

提升速度:31.5 m/min

货叉速度:31.5 m/min

取放货时间:3 s

设定以上参数的方法, 如图5所示。

图5 堆垛机仿真模型截图 

(4) 多穿小车。是一种具有绿色物流概念的新模式, 主要用于流利式货架的补货。在本设计方案中, 多穿小车有15台被设计用来为流利式货架补货, 其中多穿小车的主要参数为:

行走速度:240 m/min

行走加速度:2 m/s2

取放货时间:5 sec

在仿真软件中其设计方法, 图6所示。

图6 多穿车仿真模型截图 

(5) 环形穿梭车。是仓储系统中的分拣和转运设备, 被广泛应用于自动立体仓库, 具有快速准确等优点。在本设计中, 环形穿梭车用于托盘高架库的分拣和转运, 设计数量为7台。其的主要参数为:

行走速度:120 m/min

行走加速度:0.5 m/s2

取放货时间:9.5 s

该设备在仿真软件中的设定方法, 图7所示。

图7 环形穿梭车仿真模型截图  

4 仿真结果

根据仓储系统设计, 输入上面的具体参数之后, 本文对系统的模型运行了10小时, 得到了仿真结果。其仿真结果可分为系统流量、堆垛机、多穿小车和环形穿梭机等项目的结果, 具体如下:

(1) 系统流量。首先, 使用Flesxim软件运行10小时可以充分检验仓储系统的稳定性和可靠性。同时将这10小时内进出的货物量统计出来, 即按照仓储的类型将系统流量详细进行统计, 统计结果如表2所示。

表2 系统流量仿真表

(2) 堆垛机利用率。堆垛机是仓储系统中各项操作的主要设备, 其利用率是检验仓储系统设计性能的重要指标。表3和表4详细列举了本设计的仿真结果, 利用这些仿真结果可顺利计算出其利用率。需要指出的是, 多穿小车和环形穿梭机利用率的计算方法是一致的。故鉴于篇幅的原因, 本文不再赘述, 其计算方法是:

表3 堆垛机流量仿真表  

表4 堆垛机能力仿真表  

由表3和表4可知, 在高架托盘库的运行中, 双深位堆垛机每小时平均完成约22个作业, 平均利用率为43.4%;单深位堆垛机每小时平均完成约19个作业, 平均利用率为33.7%;而在二级缓存区的运行过程中, 堆垛机每小时平均完成44个作业, 平均利用率为47.0%。

(3) 多穿小车利用率。多穿小车的利用率直接影响了流利式货架的补货能力, 进而影响仓储系统的整体性能。其仿真结果, 如表5和表6所示。根据表中的结果可知, 多穿小车平均每小时完成约93个作业, 平均利用率为53.4%。

表5 多穿车流量仿真表 

表6 多穿车能力仿真表

(4) 环形穿梭车利用率。环形穿梭车利用率反映了系统的分拣和转运性能, 表7和表8详细地列举了本文的仿真结果。由这两个表可知, 环形穿梭车平均每小时完成约19.4个作业, 平均利用率为32.4%。

表7 环形穿梭车流量仿真表

表8 环形穿梭车能力仿真表  

综上所述, 堆垛机、多穿小车和环形穿梭车能力均满足系统流量的要求, 并有冗余, 因此达到了系统的设计要求。

5 结束语

本文应用Flesxim软件对仓储物流系统的作业流程进行了仿真, 并建立了完整的模型。同时详细地展示了仓储系统模型的操作步骤和方法, 经过运行得到了该系统的仿真结果。试验证明, 本文提出的仿真方法可以被用来寻找设计方案终的设计缺陷, 从而优化仓储系统的整个作业流程。