基于EIQFlexsim的自動化立體倉庫倉儲設備及系統(tǒng)設計

1、基于eiqflexsim的自動化立體倉庫倉儲設備及系統(tǒng)設計摘 要：自動化立體倉庫是一個復雜的系統(tǒng)，eiq分析法作為現(xiàn)代倉庫管理的一個新方法，在提升倉庫管理效率，節(jié)約成本方面效果顯著，flexsim對其規(guī)劃、設計、建設、管理具有極大地促進作用，通過系統(tǒng)仿真，可以對系統(tǒng)的參數(shù)進行設計和調試，從而完善自動化立體倉庫的總體結構和作業(yè)流程。文章綜合運用兩種技術對自動化立體倉庫的設備及系統(tǒng)進行設計，力求達到提高倉庫的利用率、降低成本的目標。 關鍵詞：自動化立體倉庫；倉儲設備；eiq；flexsim 中圖分類號：f406.5 文獻標識碼：a 作為物流中心的一個組成部分，自動化立體倉庫是指采用幾層、十幾層乃至

2、幾十層的貨架儲存單元貨物，用相應的物料搬運設備在不直接進行人工干預情況下，進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。它集機械、電子、計算機、通信、網(wǎng)絡、傳感器和自動控制等多種技術于一體1，以搬運機械化、控制自動化、管理微機化、信息網(wǎng)絡化為特征2，對提高生產(chǎn)率和降低成本具有重要的意義。其組成部分包括立體貨架、堆垛機、出入庫托盤輸送機系統(tǒng)、尺寸檢測條碼閱讀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、計算機管理系統(tǒng)以及其他如電線電纜橋架配電柜、托盤、調節(jié)平臺、鋼結構平臺等輔助設備組成的復雜的自動化系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的倉儲系統(tǒng)相比，具有節(jié)約用地、減輕勞動強度、消除差錯、提高倉儲自動化水平及管理水平、提高管理和操作人員

3、素質、降低儲運損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點。eiq分析是日本權威物流學家鈴木震先生通過40多年的實戰(zhàn)經(jīng)驗積累，所獨創(chuàng)的一種分析方法。通過對eiq資料的分析與計算，可以為倉儲所需要的設備種類或自動化程度提供決策依據(jù)3，不致因為過度自動化導致財力的浪費，無法發(fā)揮設備預期效果，反而干擾作業(yè)。倉儲設備系統(tǒng)是一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)，難以用數(shù)學模型準確描述，即便建立了數(shù)學模型，也可能由于其過于復雜而無法求解或優(yōu)化4。flexsim是一款針對生產(chǎn)、物流等系統(tǒng)所設計的仿真系統(tǒng)，具有面向對象建模、可視化、開放性等諸多優(yōu)點，通過仿真不僅可以對模型進行精確的描述，而且節(jié)約時間，仿真結果直觀可信

4、。 1 倉儲系統(tǒng)設計分析 1.1 eiq分析 進行倉儲系統(tǒng)的設計時，通?？紤]商品的分類方法、倉庫總體規(guī)模的設置、基本作業(yè)流程和作業(yè)布局、倉庫內部設計及倉庫運營成本分析等方面的要求。這些都是基于大量數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計與分析的基礎上的，一般會從企業(yè)的倉儲管理信息系統(tǒng)中導出基礎數(shù)據(jù)，進行eiq分析，從客戶訂單的品項、數(shù)量、訂貨次數(shù)出發(fā)，分析en（每張訂單的訂貨品相數(shù)量分析）、eq（每張訂單的訂貨數(shù)量分析）、iq（每個單品的訂貨數(shù)量分析）、ik（每個單品的訂貨次數(shù)分析）項目的分析，同時考慮倉庫的占地面積、商品的存儲量等多方因素來確定系統(tǒng)的貨位設計5、設備的選擇、物料的走向和效率。 以某倉庫一周內的出貨資料

5、為例，運用eiq分析法對倉庫設備選型和揀選策略進行分析（如表1所示）。 根據(jù)iq-abc分類法6對各商品進行分類得出：i7、i9的品種比為20%，數(shù)量比為37%，確定為a類商品；i4、i8、i5的品種比為33.3%，數(shù)量比為28.52%，確定為b類商品；其余品種比為46.7%，數(shù)量比為34.48%為c類商品。iq分析后可以看出貨物在倉庫內的流量，該倉庫可將商品分類分區(qū)儲存，保證a類商品存貨充足且儲位固定，儲存空間較大，儲存位置接近出貨口以便出貨。 根據(jù)eq-abc法對各類訂單進行分類得出：e5、e16、e15、e12、e4的訂單比為25%，數(shù)量比為34.17%；e17、e18、e19、e9、e

6、3、e20的訂單比為33.3%，數(shù)量比為30.09%；其余訂單的訂單比為41.7%，數(shù)量比為35.74%確定為c類訂單。通過eq分析可以得出，倉庫可對訂單進行分類管理，保證a類訂單優(yōu)先處理，保證其訂貨信息準確迅速傳遞。 對en分析，可以看出出庫商品總品種數(shù)共10種，而出貨品種累計數(shù)達194種，說明該倉庫的訂單出貨重復率高，可以采取批量撿取方式揀貨。 進行ik分析時，結合iq計算出各種物品平均單次訂貨數(shù)量，進行分類，最終確定其儲位安排7及設備使用（如表2所示）。 該倉庫i7和i9的總出貨量和物品平均單次訂貨數(shù)量均大，揀貨系統(tǒng)規(guī)劃時應分配固定儲位8，保證較高存貨水平，另外為保證其出貨，一些先進設備

7、應優(yōu)先使用。i4、i8和i5的總出貨量和物品平均單次訂貨數(shù)量均較大，為分類意義不突出的商品，根據(jù)商品分類特性歸為相應的分類商品中。i1、i10和i3的總出貨量和物品平均單次訂貨數(shù)量均較小，分配彈性儲位且貨位大小宜于調整9，通常揀貨區(qū)和倉儲區(qū)合并規(guī)劃以減少多余庫存，降低存貨水平。i2、i5總出貨量較大但單次出貨量較小，出貨頻繁，分配固定儲位但采取零星出貨方式出貨并保持適中的存貨水平，i6總出貨量較小但物品平均單次訂貨數(shù)量均較大，分配彈性儲位，優(yōu)先實現(xiàn)機械化，以保證其單次較高的出貨量。 另外，商品從入庫儲存到揀選，出庫的搬運過程中，貨物的集裝單元狀態(tài)會隨其儲存和揀選的不同要求而發(fā)生變化10，這就是

8、pcb分析所解決的問題。常見的貨物的集裝單元形式有：托盤（p）、箱（c）和單品（b）。一般對于p-p和c-c的貨物，由于儲存和揀選/分揀出貨的集裝單元一致，所以儲存和揀選區(qū)域是同區(qū)的。對于p-c 和c-b的貨物，則會設置專門的揀選拆零區(qū)，將p或c的貨物從p和c的儲存區(qū)域取出，然后在相應的揀選拆零區(qū)進行p-c和c-b揀選。對于b-b的方式，也應為拆零區(qū)的模式，通過對貨物配送中心所有貨物的pcb分析，可以幫助配送中心確定不同的儲運作業(yè)區(qū)域。不同的儲運作業(yè)區(qū)域由于貨物儲存和揀選的集裝單元差異，會選擇不同的儲存、揀選和搬運設備11。 1.2 作業(yè)流程設計及設備選型 零售型配送中心主要是把供應商的各類產(chǎn)

9、品匯集起來，然后根據(jù)用戶訂單，為大型超市、百貨商店、連鎖店等提供倉儲與運輸配送服務?？梢园褌}庫劃分為入庫區(qū)、存儲區(qū)、出庫區(qū)、退貨區(qū)等部分組成，其總體結構如圖1所示。入庫區(qū)主要負責到達貨物的驗收、檢驗、卸貨、清點、分揀、包裝、貼標等工作。設有進貨口、暫存區(qū)、分類區(qū)、驗收區(qū)及相應的設施。存儲區(qū)是專門用于存放貨物的區(qū)域，此區(qū)域主要完成貨物的存儲保管和養(yǎng)護，是相對靜態(tài)的區(qū)域。貨物在進入存儲區(qū)前，根據(jù)分揀需求，對存儲單元的大小進行調整，使其符合存儲和分揀的需求。分揀區(qū)是分揀人員在分揀信息的引導下，通過查找貨位、撿取和搬運貨物進行貨物分揀活動的區(qū)域。流通加工區(qū)進行分裝、切割、貼標簽、包裝等流通加工作業(yè)。出

10、庫區(qū)進行貨物分揀出來的組配作業(yè)，并將配好的貨物暫時存放，為送貨做準備。退貨區(qū)主要對賣場退回的貨物進行分揀存儲。物流作業(yè)配合區(qū)主要是容器回收、容器暫存、廢料回收的區(qū)域。 在倉庫管理系統(tǒng)中，廣泛應用了無線手持終端包括手持rfid讀取器和條碼無線手持終端等完成實現(xiàn)對倉庫物資（貼有電子標簽）進行倉儲管理，并將信息傳遞到輸送設備。如果采用手持機對物資進行盤點效驗等，其基本的操作是：用手持機掃描貼放在物資上的電子標簽，手持機通過無線方式（wifi無線通信或gprs/3g數(shù)據(jù)通信）與后臺數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互12，并完成相應的數(shù)據(jù)服務請求，其應用包括組箱、組盤、下達入庫任務、入庫任務確認、出庫確認、庫存查詢、物

11、料信息查詢。自動化立體倉庫入庫、出庫流程如圖2、圖3所示；主要設備如表3所示。 1.3 flexim 系統(tǒng)仿真 1.3.1 模型說明 左上部分為上文倉庫入庫流程對應的退貨區(qū)，人工揀選可以調入庫的退貨，經(jīng)自動輸送機送到儲存區(qū)入口，并由巷道堆垛機根據(jù)wms系統(tǒng)傳來的信息，將貨品送到指定貨位上。按照降低庫存的原則，部分商品在運到配送中心后，并不需要入庫儲存，而是直接按照訂單，人工揀選，組盤或拼箱包裝后，直接由自動輸送機傳到出口，由叉車將整盤的商品送上運輸工具，直接出庫，這就是自流區(qū)的流程。而更多的是整箱整盤入庫，經(jīng)rfid掃碼后，叉車將貨品送到自動傳輸帶上，在由巷道堆垛機放到相應的庫位上。 出庫流程

12、也是由巷道堆垛機先將高位上的貨品送到低位，人工拆零，按照電子標簽自動揀選系統(tǒng)的提示，將訂單所需的貨品放到貼有二維碼的周轉箱中，叉車將周轉箱放到自動分揀機的傳輸帶上，按不同要求自動分揀后出庫。 1.3.2 模型數(shù)據(jù) 退貨區(qū)內三個發(fā)生器（source），分別發(fā)送紅、黃、藍三種不同類型的臨時實體，代表退貨，發(fā)生器1到達速率：normal（25，5）s，發(fā)生器2到達速率：normal（25，5）s，發(fā)生器3到達速率：normal（21，4）s，緩存區(qū)（queue）容量設置為10 000，雙擊queue，在flow屬性中選擇use transport，即使用叉車，這樣才能在搬運過程中使用叉車。為了提高a

13、gv小車的效率，特設置為速度6m/s，最大容量為10，緩存區(qū)也設置為batch的處理方式，每次分別以發(fā)生的數(shù)量按批次處理，加快運行的效率。 在自流區(qū)發(fā)生器4到達速率：normal（25，5）s，發(fā)生器5到達速率：normal（25，5）s，每次發(fā)出數(shù)量為10、4、5的紅、黃、藍臨時實體，以arrival schedule形式循環(huán)發(fā)生。設置分離器（separator）和2個處理器（processor），雙擊separator，在屬性欄的separator中，選擇slipt，并編輯split or unpack quantity下拉列框中的by expression：3，該步驟的意義在于指定分離器

14、將整箱產(chǎn)品分離為3個類型的產(chǎn)品。processor分別模擬拆零、掃碼揀選流程，設置為批處理，每次可以處理多個產(chǎn)品。對不需要入庫儲存的產(chǎn)品，直接按照訂單，人工揀選，組盤或拼箱包裝后，由自動輸送機傳到出口。設置傳送機（conveyor）速率：1m/s，并在triggers中的on entry屬性中選擇set color，對產(chǎn)品的顏色進行設置，四種不同類型的臨時實體按照正態(tài)分布均勻到達，經(jīng)由合成器打包，放置于托盤上。雙擊打開transporter的參數(shù)設置頁。在transporter屬性中，點擊選取load time（舉起速度）下拉菜單中的by expression，lift speed：1m/s，

15、capability：1.00，acceleration：1.00，max speed：2.00m/s。對操作人員（operator）設置參照transporter。 在存儲區(qū)，每個合成器都有兩個發(fā)生器a、b與之對應，一個發(fā)射臨時實體，一個發(fā)射托盤，sourcea下的inter-arrivaltime的下拉選項中選擇statistical distribution來尋找分布函數(shù)。點擊inter-arrivaltime下拉菜單后的參數(shù)編輯按鈕進行編輯，選擇normal的正態(tài)分布。單擊后，編輯為statistical distribution： normal（10，1，1）。這個指令的意思是sou

16、rce將會在均值為10秒，標準差為1秒的時間內產(chǎn)生一個包裝箱。在flow item class的下拉列表中選擇flexsim box用以產(chǎn)生包裝箱。combiner在combiner屬性下的combine mode的下拉列表中選擇jion，在components list中選擇合成器的捆包產(chǎn)品的目標數(shù)量，設置為4及讓4個產(chǎn)品捆成一箱。 在揀選區(qū)，5個分揀道口分別對應五種不同類型的訂單，五個暫存區(qū)分別存放按訂單分類后的待配送中心產(chǎn)品。雙擊分揀帶，在send requirement中選擇按類型分揀，正好對應了前面托盤所設的五種類型的訂單。在連接了五條傳送帶后，將會出現(xiàn)五個出口設置，并設置對應的出口

17、。在layout中對其進行長度以及高度等設置，type 1， length 10， angle90.00， radians 5.00。在這里我們對托盤的類型進行設置，由于有五種訂單，因為我們將設置五種類型。對于多訂單，可以采用excel表導入的方法。 2 結 論 立體庫的設備選型過程中，用flexsim進行倉庫的建模和仿真，可以得到不同條件下的運行數(shù)據(jù)，為自動化倉庫的實際運行參數(shù)提供了理論數(shù)據(jù)和管理依據(jù)。但是自動化倉庫的建設并不一味追求高度機械化，而是實現(xiàn)信息化指導下的機械作業(yè)，以求最大限度的減輕人員的勞動強度，以改善工作條件，提高工作效率。因此，在設計自動庫的倉儲系統(tǒng)時，根據(jù)eiq分析的結論

18、，進行分區(qū)設計，選用自動傳輸帶、手持終端、立體庫貨架、自動分揀系統(tǒng)、巷道堆垛機、電子標簽自動揀貨系統(tǒng)、agv小車等設備，完成貨品的出入庫流程。最后用flexim仿真軟件，對設計的系統(tǒng)進行仿真模擬，調試各系統(tǒng)的參數(shù)設置，為系統(tǒng)的改進提供決策依據(jù)。 參考文獻： 1 rish k， naiah chetty o v， sarveswar reddy m. genetic algorithms for studies on as/rs integrated with machinesj. the international journal of advanced manufacturing technology， 2003，22（11/12）：932-940. 2 劉宇鵬. 基于flexim的自動化立體倉庫仿真優(yōu)化研究j. 遼寧省高等專