基于Flexsim的自動化立體倉庫仿真與優(yōu)化

1、南 昌 工 程 學 院畢 業(yè) 設 計 (論 文) 工商管理 學院 物流管理 專業(yè)畢業(yè)設計（論文）題目 基于Flexsim的自動化立體倉庫仿真與優(yōu)化學 生 姓 名 何 波 班 級 08物流管理(2)班 學 號 2008100508 指 導 教 師 胡啟帆 完 成 日 期 2012 年 5 月 26 日基于Flexsim的自動化立體倉庫仿真與優(yōu)化The research of simulation and optimization for AS/RS based on the Flexsim software 畢業(yè)設計（論文） 34 頁 表 格 18 個插 圖 11 幅目錄目 錄摘 要IAbstr

2、actII第一章 緒論11.1 研究背景與意義11.2 國內外研究現狀21.3 研究內容3第二章 自動化立體倉庫仿真概述42.1 自動化立體倉庫簡介42.1.1 自動化立體倉庫系統(tǒng)構成42.1.2 自動化立體倉庫的分類52.2 常用物流仿真軟件簡介62.3 Flexsim5.0簡介72.3.1 Flexsim5.0主要功能82.3.2 Flexsim5.0建模步驟8第三章 基于Flexsim的自動化立體倉庫建模與仿真103.1 某自動化立體倉庫簡介103.1.1 自動化立體倉庫主要設備及其技術參數113.1.2 自動化立體倉庫出入庫流程123.2 自動化立體倉庫模型構建143.2.1 自動化立

3、體倉庫仿真目標143.2.2自動化立體倉庫仿真模型構建14第四章 自動化立體倉庫仿真分析與優(yōu)化194.1 自動化立體倉庫仿真報告分析194.1.1 進貨處理模塊仿真分析194.1.2 存儲處理模塊仿真分析204.1.3 出貨處理模塊仿真分析224.2 自動化立體倉庫仿真優(yōu)化244.2.1 仿真結果分析244.2.2 仿真優(yōu)化方案25結 語28參考文獻29致 謝30I摘要摘 要自動化立體倉庫是現代物流管理思想和技術應用在倉儲管理體系的產物，其主要包括AGVS、ASS、PLC等子系統(tǒng)。本文提出的將Flexsim軟件應用于自動化立體倉庫資源配置優(yōu)化的方法，主要運用Flexsim軟件對自動化立體倉庫進

4、行仿真分析，以提高系統(tǒng)內各設備作業(yè)效率為目的，對系統(tǒng)資源進行合理配置以滿足實際需求。針對某自動化立體倉庫的特點，將其分為進貨處理模塊、存儲處理模塊、出貨處理模塊等三個部分。對各模塊進行相應的抽象與并結合Flexsim軟件的動態(tài)仿真特點，構建了自動化立體倉庫的3D模型。通過運行系統(tǒng)仿真模型，探究當前系統(tǒng)所存在的問題，并提出優(yōu)化方案。對優(yōu)化前后的系統(tǒng)進行分析與對比，明確系統(tǒng)運行的最佳方案。關鍵詞：自動化立體倉庫 Flexsim 仿真 優(yōu)化AbstractAutomatic Storage & Retrieval System(AS/RS) is the product of the tho

5、ught and technology application of modern logistics management, it includes some subsystems such as AGVS、ASS、PLC and so on. Putting Flexsim software into optimization of resources configuration in Automatic Storage & Retrieval System, In order to improve the operating efficiency of various devic

6、es in the system, allocate system resources rationally to meet the actual demand, this paper presents a simulation analysis about Automatic Storage & Retrieval System by the use of Flexsim software.Aiming at the characteristics of Automatic Storage & Retrieval System, it will be divided into

7、 three parts: Stock-in operation system, stock-out operation system and storage operation system .The 3D model of Automatic Storage & Retrieval System is build on the basis of abstraction and optimization about the system, it also unites dynamic simulation characteristics of Flexsim software. By

8、 running the simulation model of this system, the paper explores the problems in current system and puts forward the optimization scheme. The best solution of the system is found though the analysis and comparison between the old system and the new.Key Words: AS/RS; Flexsim; Simulation; Optimization

9、I南昌工程學院本科畢業(yè)論文第一章 緒論1.1 研究背景與意義隨著我國物流行業(yè)的蓬勃發(fā)展，物流現代化水平的不斷提高，各物流企業(yè)間的競爭不斷加劇，企業(yè)都在追求最大化降低物流成本，提高客戶服務水平，運營模式也由傳統(tǒng)的標準化、人工作業(yè)和紙質單據傳遞發(fā)展為標準化、自動化、信息化。在所有物流活動中，倉儲是物流功能中非常重要的一環(huán)。倉儲是物流各環(huán)節(jié)的接合部，例如采購與生產之間，生產的初加工與精加工之間，生產與銷售之間，批發(fā)與零售之間，不同運輸方式轉換之間等等。倉儲體系是物流各環(huán)節(jié)之間存在不均衡性的表現，倉儲也正是解決這種不均衡性的手段。倉儲環(huán)節(jié)集中了上下游流程整合的所有矛盾，倉儲體系的管理就是在實現物流流程

10、的整合。近年來，為提高企業(yè)物流現代化水平，企業(yè)不斷對物流各環(huán)節(jié)加大投入，尤其是物流自動化技術的應用。在倉儲方面，隨著自動化立體倉庫發(fā)展的逐漸成熟，得到了越來越多的企業(yè)的青睞。相較于傳統(tǒng)的物流倉儲技術，自動化立體倉庫具有以下優(yōu)勢。1.空間利用率高，單位面積存儲量大。目前，世界上最高的自動化立體倉庫可達40多米，容量多達30萬個貨位。2.機械化與自動化水平高。自動化設備的應用降低了人力資源的指出，又大大提高了作業(yè)效率。3.采用計算機進行倉儲管理，降低了出入庫錯誤率，實現了作業(yè)的自動控制同時能夠進行相應的信息處理。4.提高了整個企業(yè)的管理水平和生產作業(yè)效率。從近年來自動化立體倉庫研究發(fā)展來看，人們對

11、自動化立體倉庫的管理優(yōu)化、設備調度和作業(yè)優(yōu)化的關注程度逐漸提高，但因為國內物流產業(yè)起步較晚，發(fā)展水平較低，對該方面的研究仍未完全成熟。因此，加大對此方面的研究力度，對提高立體倉庫的運作效率、減少作業(yè)時間等方面有著重大意義。本文基于Flexsim軟件對自動化立體倉庫進行模型仿真和研究，旨在探究自動化立體倉庫建模和仿真的構建方法與流程，為進行相關的研究提供思路和參考。通過Flexsim軟件構建的系統(tǒng)模型，得到真實的系統(tǒng)運行情況，針對自動化立體倉庫中所出現的瓶頸問題進行全面研究與優(yōu)化，以證明仿真方法的應用能有效提高自動化立體倉庫研究的科學性和實用性。1.2 國內外研究現狀在國內自動化立體倉庫仿真研究

12、領域，有以下研究者針對自動化立體倉庫不同方面進行了研究。田國會、張攀(2004)在基于混合遺傳算法的固定貨架揀選優(yōu)化問題研究一文中利用Hopfield網絡模型遺傳算法，對自動化立體倉庫的固定貨架揀選作業(yè)路徑優(yōu)化問題進行了研究，克服了Hopfield神經網絡方法不能適應待揀選貨物數目變化的弊端1。李俊、羅呈(2007)在基于Flexsim軟件的高層貨架入庫策略仿真與比較一文中利用面向對象建模理論和Flexsim仿真軟件對貨物入庫進行了仿真，通過比較兩張不同的入庫策略對入庫調度產生的影響，得出其使用范圍，為企業(yè)決策提供依據2。王雯(2008)在自動化立體倉庫出入庫調度優(yōu)化一文中提出了一種基于遺傳算

13、法/層次分析法(GA/AHP)的調度規(guī)則優(yōu)化方法。通過遺傳算法對出庫策略進行了優(yōu)化，證明了該方法能很好的應用與自動化立體倉庫的研究3。魏蘭、秦敘斌(2009)在基于Flexsim的物流倉儲系統(tǒng)的建模與仿真一文中針對某集團的物流設施規(guī)劃問題進行了倉儲作業(yè)流程的仿真，通過Flexsim軟件的仿真結果對系統(tǒng)進行分析與評價，為系統(tǒng)運行和優(yōu)化提供了理論和數據的支持4。龐龍、陸金桂(2012)在基于蟻群遺傳算法的自動化立體倉庫揀選路徑優(yōu)化一文中利用蟻群算法生成初始種群，通過遺傳算法對數學模型進行優(yōu)化求解，從而改善揀選作業(yè)的效率5。在國外自動化立體倉庫仿真研究領域，主要有以下研究者進行了相關的研究。Bo Y

14、an(2009)在AS/RS Simulation and Optimization Based on Flexsim一文中利用Flexsim軟件簡歷了AS/RS系統(tǒng)模型，重點研究了輸送和堆垛機的使用率以及如何減少關鍵環(huán)節(jié)的閑置時間，提供了兩種不同的方法解決瓶頸問題，最大化的提高了系統(tǒng)運行效率6。Guiliang Zhou、Lina Mao(2010)在一文Design and Storage Location Optimization Module in AS/RS Based on FLEXSIM中強調了AS/RS的貨物存儲儲位優(yōu)化的重要性，并設計了一種數學模型以優(yōu)化存儲模塊中貨物儲位分配

15、，結合Flexsim軟件進行了模型驗證，為企業(yè)在儲位優(yōu)化問題中提供了技術支持7。1.3 研究內容通過運用Flexsim仿真軟件，針對自動化立體倉庫出入庫進行相關研究。論文主要分為以下幾大部分進行敘述。1.緒論。闡述課題研究背景及意義，國內外研究現狀及主要研究內容。2.自動化立體倉庫仿真概述。闡述自動化立體倉庫發(fā)展歷史、分類、系統(tǒng)構成及特點。同時介紹了Flexsim軟件主要功能和建模步驟。3.基于Flexsim的自動化立體倉庫建模與仿真。首先對某自動化立體倉庫情況進行概述，介紹主要設備和技術參數及其出入庫流程，闡述Flexsim軟件具體建模過程。4.自動化立體倉庫仿真分析與優(yōu)化。運行構建好的自動

16、化立體倉庫仿真模型，得到實體運行數據，對數據進行分析，并提出優(yōu)化方案，進行驗證得出最終結果。5.結論。總結歸納全文研究內容和研究經驗。3南昌工程學院本科畢業(yè)論文第二章 自動化立體倉庫仿真概述2.1 自動化立體倉庫簡介自動化立體倉庫是在不直接進行人工處理的情況下，無需人工作業(yè)而自動存儲和取出物料的系統(tǒng)。當前，其被廣泛應用與大型生產性企業(yè)的采購件、成品件倉庫、柔性自動化生產系統(tǒng)、流通領域的大型流通中心、配送中心等場合。立體倉庫的產生和發(fā)展是第二次世界大戰(zhàn)之后生產和技術發(fā)展的結果。50年代初，美國出現了采用橋式堆垛起重機的立體倉庫；50年代末60年代初出現了司機操作的巷道式堆垛起重機立體倉庫；196

17、3年美國率先在高架倉庫中采用計算機控制技術，建立了第一座計算機控制的立體倉庫。此后，自動化立體倉庫在美國和歐洲得到迅速發(fā)展，并形成了專門的學科。60年代中期，日本開始興建立體倉庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當今世界上擁有自動化立體倉庫最多的國家之一。我國對立體倉庫及其物料搬運設備的研制開始并不晚，1963年研制成第一臺橋式堆垛起重機（機械部北京起重運輸機械研究所），1973年開始研制我國第一座由計算機控制的自動化立體倉庫(高15米，機械部起重所負責)，該庫1980年投入運行。到目前為止，我國每年新建自動化立體倉庫數量大約在100座左右。立體倉庫由于具有很高的空間利用率、很強的入出庫能力、采用計

18、算機進行控制管理而利于企業(yè)實施現代化管理等特點，已成為企業(yè)物流和生產管理不可缺少的倉儲技術，越來越受到企業(yè)的重視。自動化高架倉庫應用范圍很廣，幾乎遍布所有行業(yè)。在我國，自動化高架倉庫應用的行業(yè)主要有機械、冶金、化工、航空航天、電子、醫(yī)藥、食品加工、煙草、印刷、配送中心、機場、港口等。2.1.1 自動化立體倉庫系統(tǒng)構成自動化立體倉庫系統(tǒng)通常包括以下幾種自動化物流子系統(tǒng)：自動存取系統(tǒng)(automated storage and retrieve system，AS/RS)、自動導引小車系統(tǒng)(automatically guided vehicle system，AGVS)、自動輸送系統(tǒng)(autom

19、ated sorting system，ASS)、自動揀選系統(tǒng)(picking system)、機器人作業(yè)系統(tǒng)(robot)/可編程邏輯控制器(programmable logic controller，PLC)、實時監(jiān)控系統(tǒng)、計算機集成管理系統(tǒng)，以及攝像監(jiān)控系統(tǒng)、多媒體遠程服務診斷系統(tǒng)和自動報警滅火系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。其中，AS/RS、AGVS和ASS是當今物流科技的三大標志。自動化立體倉庫倉儲設備主要由三大類設施組成。1.土建及公用工程設施。主要包括庫房、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風及采暖系統(tǒng)和其他設施。2.機械設備。主要包括貨架、貨箱和托盤、堆垛機、出入庫處理器及其他搬運設備。其中，堆垛機是自動

20、化立體倉庫中最重要的設備，是應用于自動化立體倉庫的專用起重設備，可由手動操作、半自動操作或全自動操作把貨物從貨架出口搬運至指定貨位進行存儲。3.電氣與電子設備。主要包括計算機管理系統(tǒng)、檢測裝置、信息識別設備和控制裝置等。2.1.2 自動化立體倉庫的分類隨著倉儲制造技術的不斷發(fā)展，以及自動化立體倉庫在各行業(yè)各領域的廣泛應用，為滿足不同企業(yè)需求個性化的要求，出現了以下幾大類自動化立體倉庫，具體分類如圖2.1所示。1.按貨架構造形式劃分。包括單元式貨架倉庫、貫通式貨架倉庫和循環(huán)式貨架倉庫。其中，單元式貨架倉庫應用最為廣泛，其兩排貨架共用一個巷道，行程一組，共用一臺堆垛機或者其他倉儲機械作業(yè)，各組之間

21、留較小縫隙。2.按建筑形式劃分。包括分離式倉庫和整體式倉庫兩類。分離式倉庫的鋼架和建筑物是分離的，安裝在室內，分離式倉庫的高度一般在15m以下。整體式倉庫是指鋼架與建筑物結構是一體的，承受能力強，高度一般在15m以上。3.按容量大小劃分。包括小型、中型和大型。小型立體倉庫存儲容量在2000托盤以下，中型立體倉庫存儲容量在20005000個托盤，大型立體倉庫存儲容量在5000個托盤以上。4.按作業(yè)方式劃分。包括單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式。5.按與生產聯(lián)系的緊密程度劃分。包括獨立型、半緊密型和緊密型。自動化立體倉庫按貨架構造形式按建筑形式按容量大小按作業(yè)形式按生產聯(lián)系緊密程度單元式貨架貫通

22、式貨架循環(huán)式貨架分離式貨架整體式貨架小型立體倉庫中型立體倉庫大型立體倉庫單元式貨架揀選式貨架移動式貨架獨立型半緊密型緊密型圖2.1 自動化立體倉庫分類2.2 常用物流仿真軟件簡介當前，仿真技術已經成為分析、研究各種復雜系統(tǒng)的重要工具，它廣泛用于工程領域和非工程領域。因此對物流系統(tǒng)的設計和仿真的研究，也日益受到人們的重視。當前主流物流仿真軟件主要有以下幾種。1.AUTOMODAutoMod的建模特點及步驟仿真，仿真論壇，仿真軟件，物流仿真，供應鏈仿真，生產仿真，交通系統(tǒng)仿真，流程仿真AutoMod作為物流專用仿真專用軟件，它內置的系統(tǒng)模塊為配送中心的仿真建模提供了很多方便。2.SIMAnimat

23、ionSIMAnimation是美國3i公司設計開發(fā)的集成化物流仿真軟件。SIMAnimation使用的是先進的基于圖像的仿真語言，這種語言可以簡化仿真模型的創(chuàng)建。它使用了OpenGL三維建模技術和Petri網模型技術。具有精確性較高的建模功能，在仿真軟件開發(fā)和終端用戶實用方面，具有較高的靈活性。同時軟件在仿真運行結束后可根據統(tǒng)計數據生成仿真報告，用戶可根據仿真報告提供的數據對物流系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行判斷，做出科學決策。3.AnyLogicAnyLogicTM是一種創(chuàng)新的建模工具，它是基于過去十年內建?？茖W和信息技術中出現的最新進展而創(chuàng)建的。其擁有最靈活最強大的仿真建模技術，開放式體系結構；能使用

24、啟發(fā)式方法，神經網絡和數學優(yōu)化方法，找到使目標函數值最大或最小的離散和連續(xù)模型參數的值；擁有十分靈活的動畫框架，能將仿真模型轉化為一個適合決策者的圖板，支持二維和三維動畫。4.FlexsimFlexsim是一套系統(tǒng)仿真模型設計、制作與分析工具軟件。它集計算機三維圖像處理技術、仿真技術、人工智能技術、數據處理技術為一體，專門面向制造、物流等領域。其在圖形建模環(huán)境中集成了C+IDE和編譯器，不需要動態(tài)鏈接庫和用戶定義變量的復雜鏈接?？梢允鼓Ｐ蜆嬙旄哂袑哟谓Y構，節(jié)省開發(fā)時間；擁有更多的用戶化設定，可在對象中根據需要改變已經存在的代碼，創(chuàng)建全新的對象；同時對象的屬性有很強的自定義性，可大大提高建模的

25、速度；軟件可以直接導入3DS等模型文件，內置了VR瀏覽窗口，可以添加光源、霧化等效果。根據不同仿真軟件的特點，并且學校購置安裝了Flexsim軟件，因此采用Flexsim仿真軟件進行自動化立體倉庫的研究。2.3 Flexsim5.0簡介Flexsim是一款離散事件仿真軟件，它可以用來模擬根據特定事件發(fā)生的結果，在離散時間點改變狀態(tài)的系統(tǒng)?？梢詭椭藗儗ο到y(tǒng)設計和運行做出更加明智的決策與現實系統(tǒng)相比，使用Flexsim建立3D計算機模擬系統(tǒng)，可以節(jié)省更多的時間與投資。作為“假如-怎樣”分析工具，面對眾多方案，Flexsim可以提供大量的回饋信息，幫助管理者選定最恰當的方案。利用Flexsim的模

26、擬現實圖像動畫功能及更加龐大的運行報告輸出功能，可以輕松發(fā)現問題，并且在有限時間內，對解決方案做出準確評價。Flexsim的主窗口界面如下圖2.2所示。圖2.2 Flexsim5.0軟件主窗口視圖2.3.1 Flexsim5.0主要功能相較于市場上其他仿真軟件，Flexsim擁有以下幾大主要功能。1.模型構建。Flexsim軟件提供平面與三維建模窗口，可直接將CAD的平面布置圖導入建模窗口，同時也支持導入建立好的3D模型、紋理等等，使所構建的模型更加形象生動。其不僅在離散系統(tǒng)仿真方面應用廣泛，對連續(xù)型生產建模也能提供良好的支持。2.分析優(yōu)化功能。Flexsim軟件中可對模型實體設置多種概率分布

27、，如指數分布、二項分布、泊松分布等等，可使模型更為貼近實際系統(tǒng)?？稍谀Ｐ瓦\行過程中記錄所有設備的所有狀態(tài)，除了可以在仿真運行環(huán)境內顯示外，也可以直接到處Excel和文本文件形式的報表，提供數據庫以自定義表形式存儲報表。3.按需編譯。Flexsim完美支持C+編程語言，用戶可以隨時修改Flexsim滿足特定需求，而不必學習專有代碼。同時建模人員可以自由地操作部件、視窗、不見參數等，在部件內增加自定義邏輯、改變或刪除存在的編碼，也可完全建立一個新部件。2.3.2 Flexsim5.0建模步驟運用Flexsim軟件對自動化立體倉庫系統(tǒng)仿真建模主要有以下幾個步驟。1.系統(tǒng)模型的抽象。確定處于系統(tǒng)中核心

28、部分的設備，將對系統(tǒng)影響程度低的設備實體簡化或去除。同時將抽象后的系統(tǒng)模型與Flexsim軟件中的是實體庫進行比較，確保能使系統(tǒng)仿真模型良好運行。2.系統(tǒng)模型的構建。通過系統(tǒng)平面布局圖和確定好的實體類別，運用Flexsim軟件進行模型的構建，建立好各實體間的連接，確定輸入/輸出端口和中間端口的連接。同時根據系統(tǒng)設備情況，設置Flexsim仿真模型中各實體參數。3.系統(tǒng)模型的運行和分析。通過Flexsim中直觀的3D視圖運行構建好的系統(tǒng)模型，查看仿真模型運行情況，最后通過“報告與統(tǒng)計”生成各個實體的運行數據，針對數據進行分析，找出所存在的問題，進行相應的優(yōu)化。9南昌工程學院本科畢業(yè)論文第三章 基

29、于Flexsim的自動化立體倉庫建模與仿真3.1 某自動化立體倉庫簡介該自動化立體倉庫采用采用特制的組合式貨架，橫梁結構。該貨架結構美觀大方，省料實用，易安裝施工，屬一種優(yōu)化的設計結構。倉庫內主要存儲各種低壓工業(yè)電器、部分中高壓電器、電氣成套設備、汽車電器、通信電器、儀器儀表等。作為整個物流系統(tǒng)的重要部分，其負責準確、實時、靈活地向各銷售部門提供所需產成品。并為物資采購、生產調度、計劃制訂、產銷銜接提供準確信息。整個倉庫內貨物的入庫、存取、出庫等流程都靠計算機管理系統(tǒng)控制完成。倉庫面積共計3200m2，高約20m。擁有6排高層貨架，采用雙貨位自動堆垛機進行貨物的存取，形成了6貨架3巷道的結構。

30、其具體布局如下圖3.1所示。圖3.1 自動化立體倉庫平面布局圖在倉庫中，貨物的入庫和出庫處理均在貨架的同一側完成。同時，為了避免貨物在出入庫的過程中出現擁堵，因此將入庫處理區(qū)和出庫處理區(qū)分別設在貨架的不同方向，并在出庫和入庫處理區(qū)與貨架銜接處均設置了相應的緩沖區(qū)。貨物的入庫按照均勻分配、先下后上、下重上輕、就近入庫、ABC分類的原則進行，出庫按照先進先出、就近出庫、出庫優(yōu)先等原則進行，以保證貨物快速的出入庫。3.1.1 自動化立體倉庫主要設備及其技術參數1.自動化立體倉庫主要參數該自動化立體倉庫長80m，寬40m，總計面積為3200m2，高度為20m。年工作日為280天，平均日工作8小時，高峰

31、入庫流量在130盤/小時左右，高峰出庫流量在90盤/小時左右。所有貨物使用統(tǒng)一的鋼制托盤進行存放，托盤尺寸為1200mm×800mm×150mm。2.主要設備技術參數(1) 立體倉庫貨架主要參數立體倉庫貨架主要有貨位寬度，貨位高度，巷道寬度等參數，具體如表3.1所示。表3.1 立體倉庫貨架主要參數參數數值參數數值貨位寬度2150單元貨物最大重量300kg(含托盤自重)貨位高度1150/1300巷道數量3巷道寬度1600貨位總數1800貨位布局為6排25列12層，共計1800個貨位。貨架區(qū)總長約49.3m，寬12.7m，高16.5m。(2) 巷道堆垛機主要參數巷道堆垛機主要由

32、堆垛機高度，水平、垂直運行速度等參數，具體如表3.2所示。表3.2 巷道堆垛機主要參數參數數值參數數值堆垛機高度16.5m最大起重量300kg水平運行最大速度(負載)180m/min貨叉伸縮運行最大速度(負載)35m/min最大速度(空載)180m/min最大速度(空載)50m/min最大加速度0.5m/s2最大加速度0.5m/s2垂直運行最大速度(負載)63m/min最大速度(空載)80m/min最大加速度0.3m/s2(3) 托盤分發(fā)(收集)器分發(fā)(收集)器處理托盤規(guī)格為：1200mm×800mm×150mm，一次處理6個，處理周期約為20秒左右。(4) 出(入)庫處理

33、區(qū)出(入)庫處理區(qū)分別設有3臺處理器以供貨物處理，共計6臺處理器。處理器在貨物出(入)庫高峰時期處理時間約為30秒左右。(5) 輸送機輸送機采用鏈式輸送結構，輸送速度為16m/min。3.1.2 自動化立體倉庫出入庫流程在該自動化立體倉庫中主要有進貨處理模塊、存儲處理模塊、出貨處理模塊三大重要模塊系統(tǒng)。1.進貨處理。貨物自輸送帶傳送至入庫處理器，同時，機器人從托盤存儲區(qū)抓取托盤放置于處理器上，由處理器對貨物進行打包，將貨物按指定數量打包放置于托盤上。通過輸送帶將打包好的貨物傳輸至入庫暫存區(qū)，等待堆垛機作業(yè)入庫。2.存儲處理。通過信息系統(tǒng)下達貨物入庫存儲命令，并為貨物先行調配儲位，通過堆垛機將貨

34、物存儲至指定貨位。若指定貨位距離與入庫暫存區(qū)較遠，則讓堆垛機于該貨位待命，等待下一次存儲命令，以減少堆垛機空駛率。3.出貨處理。在系統(tǒng)接收到訂單后，系統(tǒng)向堆垛機下達出貨命令，由堆垛機將指定貨物從貨架上取出，通過輸送帶輸送至出庫處理區(qū)。當貨物到達出庫處理區(qū)后，由出庫處理器將貨物進行拆包，并通過機器人的操作將貨物放置于出庫暫存區(qū)，將拆包后的托盤放置于托盤暫存區(qū)，通過操作員搬運貨物到輸送帶，由出庫輸送帶輸送至貨車，完成出庫流程。整個倉庫系統(tǒng)出入庫流程如下圖3.2所示。貨物到貨輸送帶傳送貨物貨物放到托盤上打包貨物傳送至入庫暫存區(qū)堆垛機取貨存入貨位存取堆垛機從貨位取出貨物輸送帶傳至出庫處理區(qū)出庫處理器解

35、包托盤機器人將貨物放到出庫暫存區(qū)操作員搬運貨物到出庫輸送帶裝車離開出庫完成機器人取出托盤托盤放置于貨物處理器下達訂單出庫指令機器人將托盤放到托盤暫存區(qū)圖3.2 自動化立體倉庫出入庫作業(yè)流程圖3.2 自動化立體倉庫模型構建3.2.1 自動化立體倉庫仿真目標通過在Flexsim軟件中對自動化立體倉庫進行模擬運行，統(tǒng)計自動化立體倉庫系統(tǒng)各主要模塊運行情況的數據，在分析數據后，得出一個對整個系統(tǒng)的客觀評價，了解系統(tǒng)中所存在的問題，針對這些問題采取相應的措施進行優(yōu)化，以使整個系統(tǒng)運行達到最優(yōu)水平，并為管理者提高自動化立體倉庫的管理和優(yōu)化決策提供科學的依據。本文對自動化立體倉庫進行仿真的主要目標有以下兩點

36、。1.對系統(tǒng)中各模塊主要設備的利用率等數據進行統(tǒng)計，如巷道堆垛機、出(入)庫處理器、輸送帶等。通過對統(tǒng)計數據的分析借以得到系統(tǒng)運行情況，判斷在當前系統(tǒng)資源配置下是否能滿足實際情況的要求。2.對各模塊設備進行不同的參數設定，比較不同的系統(tǒng)運行方案，對系統(tǒng)中各設備進行分析，以得出各設備的利用率對系統(tǒng)的影響程度，進而找出最佳的系統(tǒng)運行方案。3.2.2自動化立體倉庫仿真模型構建整個系統(tǒng)主要由進貨處理模塊、存儲處理模塊、出貨處理模塊三部分組成。因此，在運用Flexsim軟件對自動化立體倉庫進行仿真模型構建時也將整個系統(tǒng)分為三大模塊進行構建。1.進貨處理模塊仿真進貨處理模塊主要由入庫貨物、進貨處理器、處理

37、機器人、托盤等實體構成，其在Flexsim中的設置如下表3.3所示。表3.3 入庫處理模塊實體在Flexsim中的設置設備名稱Flexsim實體設備名稱Flexsim實體入庫貨物發(fā)生器(Box)輸送帶輸送帶進貨打包處理機合成器貨物處理機器人機器人托盤發(fā)生器(Pallet)進貨處理模塊各設備在Flexsim軟件中的3D模型如下圖3.3所示。圖3.3 入庫處理模塊仿真3D圖(1) 貨物發(fā)生器用以模擬實際情況下的入庫貨物，設置其輸出臨時實體種類為“Box”，Box模擬系統(tǒng)中的入庫貨物。通過分析一天的入庫量可見其入庫貨物流量大致成泊松分布的狀態(tài)，故設置其輸出時間間隔為poisson(40，1)。(2)

38、 托盤的設置也是利用發(fā)生器來達成，只需設置發(fā)生器的輸出臨時實體種類為“Pallet”即可，在運行后，發(fā)生器便會自動生成托盤供機器人抓取。(3) 機器人用以模擬系統(tǒng)中的貨物處理機器人，負責抓取托盤放置于合成器上，同時將傳送帶上的貨物揀取至合成器上的托盤進行打包處理。(4) 合成器用以模擬對貨物進行處理的入庫打包處理器，合成器以8個單位貨物為一組進行與托盤的打包，設置其處理時間為5個仿真單位，處理完成后通過輸送帶傳輸至貨架區(qū)域入庫。2.存儲處理模塊仿真存儲處理模塊主要由入庫輸送帶、出庫輸送帶、入庫暫存區(qū)、出庫暫存區(qū)、堆垛機和高層貨架等實體構成。其在Flexsim中的設置如下表3.4所示。表3.4

39、存儲處理模塊在Flexsim中的設置設備名稱Flexsim實體設備名稱Flexsim實體出(入)庫輸送帶輸送帶出(入)庫暫存區(qū)暫存區(qū)堆垛機堆垛機高層貨架貨架存儲處理模塊各設備在Flexsim軟件中的3D模型如下圖3.4所示。圖3.4 存儲處理模塊仿真3D圖(1) 堆垛機用以模擬系統(tǒng)中的堆垛機，根據系統(tǒng)參數，設置其最大速度為3m/s。(2) 出(入)庫暫存區(qū)用以模擬系統(tǒng)中貨物緩沖區(qū)域，其最大容量為20托盤。并將其與相鄰的兩排高層貨架連接，使入庫暫存區(qū)的輸出端口為高層貨架，高層貨架的輸出端口為出庫暫存區(qū)，并設置堆垛機為中間端口，負責貨物的出庫與入庫。以使整個出入庫流程得以流暢執(zhí)行。(3) 貨架用以

40、模擬系統(tǒng)中的高層貨架，其具體參數為25列12層，層高1.1m，寬2m，共計1800個貨位。由于每天的訂單產生時間不確定，通過分析，訂單產生時間間隔呈正態(tài)分布的狀態(tài)。故設置貨架上貨物的最小停留時間間隔為normal(120，10，1)，即為訂單響應時間間隔。3.出貨處理模塊仿真出貨處理模塊主要包括出貨處理器、出貨處理機器人、托盤存儲區(qū)、出貨暫存區(qū)、操作員、出貨輸送帶等構成。其在Flexsim中的設置如下表3.5所示。表3.5 出貨處理模塊在Flexsim中的設置設備名稱Flexsim實體設備名稱Flexsim實體出貨處理器分解器出貨暫存區(qū)暫存區(qū)出貨處理機器人機器人操作員操作員托盤存儲區(qū)吸收器(P

41、allet)出貨輸送帶輸送帶出貨處理模塊各設備在Flexsim軟件中的3D模型如下圖3.5所示。圖3.5 出貨處理模塊仿真3D圖(1) 分解器用以模擬出庫處理器，其功能為將出庫貨物進行解包，通過機器人將貨物從托盤上取下放置于出庫貨物暫存區(qū)。設置其加工時間為18個仿真單位。(2) 機器人用以模擬系統(tǒng)中的出貨處理機器人，負責將貨物搬運至出貨暫存區(qū)，同時將托盤放置于托盤暫存區(qū)。(3) 托盤吸收器用以模擬托盤存儲區(qū)，將吸收器的回收屬性設置為“Recycle to Pallet”即可。(4) 操作員即為系統(tǒng)中的工作人員，負責將出庫貨物暫存區(qū)的貨物搬運至出庫輸送帶上。通過在Flexsim中添加各處理模塊的

42、設備的相應實體，連接各實體輸入輸出端口和中間端口，并設置好其各項屬性。經過運行驗證，仿真模型各實體均能正常工作，模型運行情況基本符合系統(tǒng)真實工作情況。入庫貨物能通過合成器打包，輸送帶傳輸至存儲區(qū)域并由堆垛機存放至指定貨位。出庫貨物能及時通過堆垛機出庫輸送至出貨處理模塊進行解包工作，實現托盤、貨物的分離，貨物成功由操作員輸送出庫。17南昌工程學院本科畢業(yè)論文第四章 自動化立體倉庫仿真分析與優(yōu)化4.1 自動化立體倉庫仿真報告分析按該公司自動化立體倉庫一天運轉8小時計算，在Flexsim軟件中設置仿真運行時間為28800個仿真時間單位。通過運行仿真模型，進行動態(tài)模擬，借助于Flexsim軟件的統(tǒng)計工

43、具，生成實體運行狀態(tài)統(tǒng)計報表，可得到各主要設備運行情況，并根據相關數據，進行設備利用率的計算。計算公式為：因為該自動化立體倉庫主要分為進貨處理模塊、存儲處理模塊、出貨處理模塊三大部分，所以下面對三大部分一一進行分析。4.1.1 進貨處理模塊仿真分析進貨處理模塊主要包括進貨處理機器人和貨物合成器等實體。其中機器人的效率評價指標主要為閑置率、空載運轉率和裝載運轉率，通過Flexsim仿真得到的運行數據如下表4.1所示。表4.1 機器人仿真數據表Object機器人1機器人2機器人3Idle32.7%33.6%30.8%Offset_travel_empty16.1%14.1%16.4%Offset_

44、travel_loaded51.2%52.3%52.8%合成器的效率評價指標主要為閑置率、處理率、貨物阻塞率、貨物收集率，具體仿真數據如表4.2所示。表4.2 合成器仿真數據表Object合成器1合成器2合成器3Idle3.53%3.61%3.42%Processing54.34%55.26%54.73%Blocked000Collecting42.13%41.13%41.85%通過表4.1、表4.2中數據，可分別計算得到機器人、合成器的平均利用率，具體如圖4.1所示圖4.1 進貨處理模塊設備平均利用率由圖4.1可分析得到三臺進貨區(qū)機器人的平均利用率為67.63%，工作效率處于較理想狀態(tài)，但仍

45、然還有很大的提升空間。三臺進貨區(qū)合成器閑置率較低，平均利用率為96.48%，能很好發(fā)揮合成器的處理能力。4.1.2 存儲處理模塊仿真分析存儲處理模塊主要包括堆垛機、貨架、出庫暫存區(qū)和入庫暫存區(qū)等實體。其中堆垛機的性能評價指標主要為閑置率、空載運轉率和裝載運轉率，通過Flexsim仿真軟件運行后其運行數據如下表4.3所示。4.3 堆垛機仿真數據表Object堆垛機1堆垛機2堆垛機3Idle28.7%26.8%27.9%Staytimemin7.36s7.48s7.38sStaytimemax46.32s46.38s46.36sStaytimeavg26.84s26.93s26.87sOffset

46、_travle_empty21.7%22.6%22.1%Offset_travle_loaded35.2%36.8%36.2%高層貨架的性能評價指標主要為最大存儲量、入庫量、出庫量和貨位利用率，其具體數據如表4.4所示。表4.4 貨架仿真數據表ObjectRack1Rack2Rack3Rack4Rack5Rack6Content737069717572Contentmax757071747673Contentmin74707072.575.572.5Input168171169172173171Output119122122121120121staytimeavg6873s7012s7003s

47、6937s6998s7015通過對貨架進行仿真后，其入庫總量為1024，出庫總量為725，入庫總量與額定入庫量1040略有偏差，出庫總量超過了額定出庫量720。由此可見存儲處理模塊能較好的模擬真實倉庫系統(tǒng)的運轉情況。出入庫暫存區(qū)性能評價指標主要為出入庫暫存區(qū)性能評價指標主要為空置率、貨物釋放率，其具體仿真運行數據如表4.5所示。表4.5 出入庫暫存區(qū)仿真數據表ObjectEmptyReleasingWaiting_for_trasporter入庫暫存區(qū)177.2%18.6%4.2%入庫暫存區(qū)277.8%17.8%5.4%入庫暫存區(qū)376.9%18.5%5.6%出庫暫存區(qū)187.8%9.7%2.

48、5%出庫暫存區(qū)289.6%10.2%0.2%出庫暫存區(qū)391.1%7.7%1.2%通過表4.3、表4.4和表4.5中數據，可分別計算得到堆垛機、貨架、出入庫暫存區(qū)的利用率，由于設備較多，故取其平均值進行分析，具體數據如下圖4.2所示。圖4.2 存儲處理模塊設備平均利用率由圖4.1分析可得，堆垛機平均利用率為72.2%，未達到80%，設備利用程度仍然不夠高。通過對貨架中貨物停留時間的分析，我們可以看到，貨物在貨架中停留時間過長，造成了單一的出庫、入庫作業(yè)過多，因而增加了堆垛機的空載運轉率，降低了堆垛機的整體利用率。貨架的平均利用率為24.39%，利用率比較低。每個貨架的平均庫存量為73.16，由

49、于要考慮到自動化立體倉庫在運轉一天后需要空置的貨位來滿足剩余未出庫的貨物的存放，故利用率仍在可接受的范圍內。入庫暫存區(qū)的平均利用率為17.63%，出庫暫存區(qū)的平均利用率為9.2%。兩者的利用程度都十分低，可見貨物在從貨架上取出到運送到出庫傳送帶時并未出現阻塞的過程。兩個暫存區(qū)的設置對系統(tǒng)流暢運行并未起到很大的作用，故應考慮是否取消暫存區(qū)的設置。4.1.3 出貨處理模塊仿真分析出貨處理模塊主要包括出貨處理機器人、分解器、操作員和出貨暫存區(qū)等設備。其中機器人的性能評價指標主要為閑置率、空載運轉率和載貨運轉率，仿真運行數據如表4.6所示。表4.6 出貨機器人仿真數據表Object出貨機器人1出貨機器

50、人2出貨機器人3Idle27.4%26.3%26.8%Offset_travel_empty17.8%18.2%17.7%Offset_travel_loaded54.8%56.5%56.5%分解器的性能評價指標主要為閑置率、處理率、阻塞率和收集率。具體仿真數據如表4.7所示。表4.7 分解器仿真數據表Object分解器1分解器2分解器3Idle2.82%2.93%2.87%Processing57.36%58.13%57.68%Blocked0.12%0.08%0%Collecting39.6%38.86%39.45%操作員的性能評價指標主要為閑置率、空載運轉率和載貨運轉率。具體仿真數據如表

51、4.8所示。表4.8 操作員仿真數據表Object操作員1操作員2操作員3Idle25.16 %24.83 %25.08 %Travel_empty37.1 %36.32 %37.62 %Travel_loaded37.47 %38.28 %36.68 %Offset_travel_loaded0.27 %0.57 %0.52 %暫存區(qū)的性能評價指標主要為空置率、貨物釋放率，其具體仿真運行數據如表4.9所示。表4.9 出貨模塊暫存區(qū)仿真數據表ObjectEmptyReleasingWaiting_for_trasporter暫存區(qū)148.8%41.7%10.5%暫存區(qū)247.2%41.5%11

52、.3%暫存區(qū)348.3%40.6%10.1%通過表4.6、表4.7、表4.8和表4.9中數據，可計算得到各出貨處理模塊各設備平均利用率，具體如下圖4.3所示。圖4.3 出貨處理模塊設備平均利用率通過分析圖4.3可見，出貨機器人平均利用率為73.17%，利用程度較高。分解器的平均利用率為97.13%，利用程度十分高。但貨物處理時間過長，造成了一定的阻塞率，需要進行進一步的優(yōu)化。操作員的平均利用率為74.98%，利用程度較高，能滿足當前系統(tǒng)資源配置下的出貨要求。暫存區(qū)的平均利用率為41.27%，利用程度較低，仍有大部分空間可以挖掘利用，因此，對暫存區(qū)的設置仍可以進行優(yōu)化。4.2 自動化立體倉庫仿真

53、優(yōu)化4.2.1 仿真結果分析通過上一節(jié)對自動化立體倉庫仿真運行結果的分析，可以發(fā)現當前系統(tǒng)主要有以下兩個需要改善的部分。1.設備利用率過低。在設備狀態(tài)報告中，可以看到存儲處理模塊的出入庫暫存區(qū)平均利用率分別為17.63%、9.2%，出貨處理模塊暫存區(qū)平均利用率為41.27%，設備利用率都不高。由于設備閑置時間過長，造成了資源的浪費，增加了運轉成本，這與以降低物流成本為目標的自動化立體倉庫是相符合的。2.部分設備設置不合理。可以看到，在存儲處理模塊，出入庫暫存區(qū)閑置率均較高，因此，出入庫暫存區(qū)的設置存在不合理性。另外在出貨處理模塊，暫存區(qū)閑置率達58.63%，利用程度不夠高。分解器的處理時間過長，造成了處理機器人的等待時間過長，也需要進行優(yōu)化。4.2.2 仿真優(yōu)化方案針對自動化立體倉庫中所存在的問題，經過對Flexsim軟件中的模型進行不斷修改、優(yōu)化以及參數設定后，主要對以下三個方面進行改進。1.取消存儲處理模塊出入庫暫存區(qū)的設置，將輸送帶延長至貨架口，設置貨物在輸送帶上直接通過堆垛機出入庫。2.取消出貨處理模塊中“出貨暫存區(qū)2號”的設置。將三臺分解器與剩余的兩個暫存區(qū)相連接，讓三臺分解器共用兩個暫存區(qū)，并依據下游端口空閑的原則進行輸出。3.調整出貨處理模塊分解器的處理速度，將以前的18個仿真時間單位調整為13個仿