卷煙物流配送中心系統(tǒng)仿真及優(yōu)化研究

1、卷煙物流配送中心系統(tǒng)仿真及優(yōu)化研究【摘要】卷煙物流配送中心是煙草行業(yè)物流的重要節(jié)點(diǎn)，為消除物流瓶頸，提高設(shè)備效率，在卷煙物流配送中心的 設(shè)計(jì)中采用仿真軟件對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真和優(yōu)化。根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,解決設(shè)備利用率不高、空托盤流程不 合理等問(wèn)題#優(yōu)化后系統(tǒng)運(yùn)行通暢，設(shè)備使用效率配比合理，減少了資源浪費(fèi)，同時(shí)為配送中心未來(lái)的運(yùn)行維護(hù)提供了 信息模型。【關(guān)鍵詞】卷煙物流；配送中心；系統(tǒng)仿真;優(yōu)化設(shè)計(jì)Simulation and Optimization of Cigarette Logistics Distribution Center System【Abstract】 Cigarette

2、logistics distribution center is an important node of tobacco industry logistics. In order to eliminate logistics bottleneck and improve equipment efficiency, simulation software is used to simulate and optimize the logistics system in the design of cigarette logistics distribution center. According

3、 to the simulation results, the design scheme is optimized to solve the problems of low utilization rate of equipment and unreasonable process of empty tray. After optimization, the ratio of equipment efficiency is reasonable, the waste of resources is reduced, and the information model for future o

4、peration and maintenance of distribution center is provided.【Key words】 cigarette logistics; distribution center; system simulation; optimization design卷煙物流配送中心負(fù)責(zé)卷煙產(chǎn)品向零售終端的配送任 務(wù)，具有卷煙的倉(cāng)儲(chǔ)、分揀和送貨等職能。近年來(lái)，卷煙物流 行業(yè)自動(dòng)化及信息化發(fā)展較快,高架立體倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)出入庫(kù)設(shè) 備、射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)、自動(dòng)/半自動(dòng)分揀線等得到了廣泛 應(yīng)用，并配置了智能化倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)、卷煙分揀包裝管理系 統(tǒng)、智能優(yōu)化調(diào)度管理

5、系統(tǒng)等。卷煙物流配送中心存儲(chǔ)、分揀量大,不同區(qū)域卷煙的存放 形式不同，卷煙牌號(hào)的不斷增多,更增加了物流的復(fù)雜程度， 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法只對(duì)各物流環(huán)節(jié)物流量進(jìn)行簡(jiǎn)單衡算，目前 已無(wú)法滿足新的設(shè)計(jì)需要。本文在卷煙物流配送中心的設(shè)計(jì) 過(guò)程中采用仿真軟件對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真和優(yōu)化，消除物流 瓶頸，提高設(shè)備效率，節(jié)省了投資和運(yùn)行成本#1仿真平臺(tái)采用新一代面向?qū)ο蟮姆抡娼９ぞ?，在這個(gè)軟件環(huán)境 中，C* *不但能夠直接用來(lái)定義模型，而且不會(huì)在編譯中出現(xiàn) 任何問(wèn)題。這樣就不再需要傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和用戶定義變 量的復(fù)雜鏈接。它能使決策者輕易地在個(gè)人電腦中建構(gòu)及監(jiān) 控任何工業(yè)及企業(yè)的分散式流程。所采用的仿真軟件用于建

6、立離散事件流程過(guò)程，已應(yīng)用 于工業(yè)自動(dòng)化仿真、物流仿真、交通運(yùn)輸仿真、醫(yī)療管理研究、 先進(jìn)國(guó)防戰(zhàn)略仿真等研究方向。孟巧鳳等、倪玉晉等皿研 究了生產(chǎn)線的仿真與優(yōu)化;胡大偉等E研究了公路客運(yùn)站仿 真系統(tǒng);張立峰等也研究了采用系統(tǒng)仿真的軍事配送策略；張 慧穎等勺通過(guò)仿真對(duì)醫(yī)院業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化;楊瑋等頃對(duì)某 醫(yī)藥物流中心立體倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行了仿真優(yōu)化。系統(tǒng)仿真在卷煙物 流配送中心物流規(guī)劃中已有應(yīng)用,但相關(guān)研究還不多。仿真技術(shù)應(yīng)用到卷煙物流配送中心中，與控制仿真、視景 仿真、結(jié)構(gòu)和流體計(jì)算仿真、多物理場(chǎng)以及虛擬布置和裝配維 修等技術(shù)一起，在貫穿配送中心的設(shè)計(jì)、制造、改進(jìn)、運(yùn)行維護(hù) 乃至全壽命周期技術(shù)活動(dòng)中，發(fā)揮

7、著重要的作用#2卷煙物流配送中心項(xiàng)目設(shè)計(jì)2. 1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)某卷煙物流配送中心建設(shè)項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：年工作日250天;每日有效工作時(shí)間8小時(shí)（實(shí)際分揀 按7小時(shí)）。年設(shè)計(jì)卷煙分揀配送能力37.3萬(wàn)箱。省內(nèi)外卷煙比例：省內(nèi)煙:鄰省煙:遠(yuǎn)省煙=60. 24% : 13. 31% : 26.45%2.2.2工藝流程設(shè)計(jì)年分揀最大規(guī)格數(shù)192種，日分揀最大規(guī)格數(shù)156種, 日分揀最小規(guī)格數(shù)18種，日分揀平均規(guī)格數(shù)112種。倉(cāng)儲(chǔ)存量按年銷售量37.3萬(wàn)箱，省內(nèi)煙7天存量，鄰 省煙12天存量，省外煙25天存量，峰值系數(shù)1.3設(shè)計(jì)；出、入 庫(kù)能力按年銷售量37. 3萬(wàn)箱，不均衡系數(shù)1. 3設(shè)計(jì)。配送周

8、期7天，配送響應(yīng)方式為今訪明送，配送模式為 “一級(jí)配一級(jí)送”和“一級(jí)配二級(jí)送”。2.2 項(xiàng)目方案2.2.1工藝平面布局及動(dòng)線規(guī)劃工藝平面布局。根據(jù)數(shù)據(jù)分析、地塊特征，結(jié)合最新煙 草物流規(guī)劃設(shè)計(jì)理念及最新技術(shù)，進(jìn)行配送中心聯(lián)合工房工 藝平面布置。配送中心聯(lián)合工房由件煙卸車區(qū)、一層碼垛入 庫(kù)區(qū)、二層拆垛出庫(kù)區(qū)，高架立庫(kù)區(qū)、分揀區(qū)、籠車備貨區(qū)和空 紙箱暫存區(qū)、周轉(zhuǎn)箱暫存區(qū)等組成。平面布局科學(xué)合理，各個(gè) 功能區(qū)分區(qū)明確，動(dòng)線簡(jiǎn)潔不迂回，不交叉。配送中心聯(lián)合工 房平面布局如圖1所示。圖1配送中心聯(lián)合工房平面布局動(dòng)線規(guī)劃。配送中心聯(lián)合工房入庫(kù)、出庫(kù)、分揀裝籠、 空紙箱回收、發(fā)貨裝車幾類物流動(dòng)線如圖2所示。

9、圖2配送中心聯(lián)合工房物流動(dòng)線圖卷煙物流配送中心主要工藝流程如圖3所示圖3配送中心工藝流程圖工藝過(guò)程的實(shí)施是完全信息化的過(guò)程，上位計(jì)算機(jī)按照 事先設(shè)定的程序通過(guò)電氣控制使設(shè)備按一定的規(guī)律運(yùn)行，一 些由人工完成的環(huán)節(jié)按計(jì)算機(jī)終端、無(wú)線終端、顯示屏的信息 進(jìn)行操作，人工實(shí)施完成后通過(guò)計(jì)算機(jī)終端、無(wú)線終端、確認(rèn) 按鈕等把信息傳遞到上位計(jì)算機(jī)，使整個(gè)系統(tǒng)始終處于正確 的信息管理中運(yùn)行。件煙入庫(kù)流程。件煙碼垛入托盤立庫(kù)。對(duì)于占總銷量76. 74%以上的 A類煙，經(jīng)伸縮皮帶機(jī)卸車，一號(hào)工程掃碼后輸送到機(jī)器人碼 盤工位碼盤，系統(tǒng)自動(dòng)把件煙信息和托盤信息匹配，并傳送給 上位倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(WMS)，碼好的件煙托盤

10、經(jīng)輸送設(shè)備、穿 梭車、巷道堆垛機(jī)送到托盤庫(kù)指定貨位。件煙入多層穿梭車件煙庫(kù)。對(duì)于占總銷量23. 26%的 B、C類煙，可以件煙形式經(jīng)多層穿梭車送到貨架存放,也可像 A類煙一樣碼垛后進(jìn)入托盤庫(kù)。c.整托盤入庫(kù)流程。對(duì)于整托盤聯(lián)運(yùn)輸送過(guò)來(lái)的件煙, 卸車后經(jīng)RFID讀寫器讀取托盤信息，再送到托盤立體庫(kù)指定 貨位。件煙出庫(kù)流程。a.托盤件煙出庫(kù)拆垛。A類件煙托盤從托盤立庫(kù)由堆垛 機(jī)取出，經(jīng)輸送設(shè)備和穿梭車輸送到3臺(tái)機(jī)器人的12個(gè)拆垛 站臺(tái)，由機(jī)器人拆垛后進(jìn)入件煙緩存線#在每個(gè)拆垛工位前， 設(shè)置有至少一個(gè)緩存工位,保證機(jī)器人拆垛連續(xù)進(jìn)行。機(jī)器人拆垛后產(chǎn)生的空盤送回到托盤碼盤機(jī)按10個(gè)一 組堆碼，并經(jīng)二層

11、穿梭車送回庫(kù)內(nèi)存放。件煙庫(kù)件煙出庫(kù)。B、C類件煙由多層穿梭車從件煙庫(kù) 取出，與從機(jī)器人拆垛后的A類件煙合流,輸送到一層對(duì)應(yīng)分 揀線。件煙向下游分揀線補(bǔ)貨。B、C類件煙與A類件煙合 流,經(jīng)掃碼后分別送到下游四條半自動(dòng)分揀線和一條人工分 揀線。掃碼不合格的件煙經(jīng)剔除口剔除，人工復(fù)檢上線#托盤庫(kù)向件煙庫(kù)補(bǔ)貨。為充分發(fā)揮托盤庫(kù)的庫(kù)存能 力，B、C類件煙也可經(jīng)機(jī)器人碼盤后入托盤庫(kù)存放。當(dāng)這部 分件煙需要發(fā)貨時(shí)，從托盤庫(kù)中調(diào)度件煙托盤出庫(kù)，輸送到一 層件煙碼垛機(jī)器人專用拆垛站臺(tái)，利用一層機(jī)器人工作間隙 進(jìn)行拆垛,拆垛后的件煙輸送到一層件煙庫(kù)。異形煙出庫(kù)。異形煙平時(shí)碼垛在托盤上，需要打碼時(shí)， 從托盤庫(kù)出庫(kù)，

12、經(jīng)人工處理后輸送至異形煙打碼線打碼。剩 余的件煙返回到托盤庫(kù)，供下次揀貨使用。如異形煙無(wú)法采 用輸送方式,則由人工送至異形煙分揀線#盤庫(kù)流程。盤點(diǎn)作業(yè)流程分為作業(yè)盤點(diǎn)和日盤點(diǎn)。由上位系統(tǒng)調(diào)度 需要盤點(diǎn)的卷煙托盤，送到抽檢站臺(tái),人工進(jìn)行信息核對(duì)。如 正確,則對(duì)信息進(jìn)行確認(rèn);如不正確，在旁邊的終端進(jìn)行信息 更正,并返庫(kù)存放。分揀作業(yè)流程。分揀區(qū)域共設(shè)置4條復(fù)合式半自動(dòng)分揀線和2條異形煙 分揀線#半自動(dòng)分揀系統(tǒng):根據(jù)系統(tǒng)指令,B、C類件煙從件煙 庫(kù)出庫(kù)，與托盤庫(kù)出庫(kù)的A類件煙合流后，送到對(duì)應(yīng)的補(bǔ)貨 口，大中品種的件煙被自動(dòng)補(bǔ)煙小車補(bǔ)貨到對(duì)應(yīng)的臥式機(jī)煙 倉(cāng),小品種的件煙輸送到立式分揀機(jī)處，投放到貨架上

13、#每套 分揀系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)指令獨(dú)立逐單分揀，當(dāng)煙倉(cāng)對(duì)當(dāng)前訂單的 分揀完成后,此訂單經(jīng)過(guò)自動(dòng)合單、自動(dòng)打碼、自動(dòng)裝箱、自動(dòng) 貼標(biāo)四道工藝最終以周轉(zhuǎn)箱為單位人工碼貨到籠車并搬運(yùn)到 發(fā)貨暫存區(qū)。暫存發(fā)貨流程。發(fā)貨暫存區(qū)用于籠車的暫存，由于嚴(yán)格按照順序分揀，故 籠車可集中堆放。每個(gè)裝滿的籠車均按照系統(tǒng)信息提示推到 指定的暫存位置存放。發(fā)貨時(shí)，系統(tǒng)提示發(fā)貨人員到指定位 置尋找對(duì)應(yīng)路線的籠車，做到籠車的信息化管理。卷煙送貨作業(yè)分為“一級(jí)配一級(jí)送”和“一級(jí)配二級(jí)送”。 “一級(jí)配一級(jí)送”由駕駛員和送貨員共同完成,將卷煙按照規(guī) 定線路送至商戶處,完成貨物交接和收款“一級(jí)配二級(jí)送”由 駕駛員將卷煙按照規(guī)定線路送至中

14、轉(zhuǎn)站，完成與當(dāng)?shù)囟?jí)配 送駕駛員和送貨員的貨物交接和收款。3卷煙物流系統(tǒng)仿真3. 1 仿真需求和效果傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對(duì)配送中心聯(lián)合工房進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，相關(guān) 計(jì)算主要通過(guò)靜態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算分析，不能基于實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變 化進(jìn)行成本、風(fēng)險(xiǎn)分析。部分制作三維動(dòng)畫進(jìn)行演示，但只能 觀看配送中心流程與布局，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)劃分析等功能。通過(guò)仿真軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)實(shí)模擬，盡可能接近實(shí)際生 產(chǎn)狀態(tài),并且根據(jù)未來(lái)需求變化更改仿真模型參數(shù)，對(duì)多個(gè)方 案從成本、運(yùn)作效率等多個(gè)維度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,提升規(guī)劃方案 的實(shí)際效果。通過(guò)仿真還可以識(shí)別一般手段分析無(wú)法識(shí)別的 問(wèn)題，有利于在方案實(shí)施之前進(jìn)行問(wèn)題識(shí)別改善。采用動(dòng)態(tài) 仿真方法擬達(dá)到的效

15、果主要有以下幾個(gè)方面。瓶頸分析、提高產(chǎn)能。仿真技術(shù)把數(shù)據(jù)和動(dòng)畫結(jié)合在一 起,在運(yùn)行模型的過(guò)程中，快速、直觀的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)瓶頸。發(fā)現(xiàn) 問(wèn)題后進(jìn)行改進(jìn),并仿真改進(jìn)后的方案#建立合適的庫(kù)存水平。庫(kù)存太高會(huì)占用更多土地空間， 增加成本，庫(kù)存太低有可能導(dǎo)致缺貨，同樣會(huì)有損失。通過(guò)仿 真得出合理的庫(kù)存水平。成本分析、合理解釋資金支出。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)存在浪費(fèi) 的地方和物流瓶頸,對(duì)投資和運(yùn)行成本進(jìn)行客觀分析。指導(dǎo)生產(chǎn)。對(duì)最終確定好布局、資源、邏輯等的仿真模 型,通過(guò)提前運(yùn)行仿真指導(dǎo)未來(lái)的生產(chǎn)#可視化。仿真技術(shù)最初是用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，并根據(jù)計(jì) 算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化的。隨著計(jì)算機(jī)處理速度的加快，后臺(tái)的數(shù) 據(jù)可直接反應(yīng)到前臺(tái)的

16、動(dòng)畫演示上，實(shí)現(xiàn)可視化。建立一個(gè) 仿真模型就可以非常直觀的反應(yīng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)作過(guò)程# 3.2物流系統(tǒng)模型建立在參數(shù)化的物流系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)中，為保證仿真結(jié)論真實(shí) 可信、準(zhǔn)確可靠，所有仿真系統(tǒng)中使用的參數(shù)都與實(shí)際設(shè)計(jì)參 數(shù)相符，關(guān)鍵設(shè)備單機(jī)輸入數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)中使用的同類型設(shè)備 參數(shù)相同。本仿真系統(tǒng)模擬參數(shù)完全依據(jù)前文所述卷煙物流配送中 心設(shè)計(jì)方案及主要設(shè)備實(shí)際參數(shù),并以此在物流仿真軟件中建 立仿真環(huán)境,并運(yùn)用C+ +進(jìn)行必要的編程。主要物流設(shè)備采 用參數(shù)化建模，依次建立貨架、巷道堆垛機(jī)、直行穿梭車、拆/碼 機(jī)器人等設(shè)備模型,并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。其中，堆垛機(jī)選擇負(fù) 責(zé)兩排貨架的堆垛機(jī)，同時(shí)選擇出入庫(kù)臺(tái)的布

17、局為同端出入 庫(kù)。自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)模型和參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示。圖4自動(dòng)化立體庫(kù)系統(tǒng)模型3.3 仿真結(jié)果輸出與分析根據(jù)卷煙物流配送中心方案進(jìn)行流量仿真模擬,確定物 流系統(tǒng)方案的可行性，仿真環(huán)境按照物流設(shè)備實(shí)際參數(shù)進(jìn)行 設(shè)定。物流配送中心仿真界面如圖5所示。圖5物流配送中心仿真界面3.4仿真情況分析仿真結(jié)果均是通過(guò)模擬10小時(shí)出入庫(kù)情況得出的，其 中，設(shè)備利用率=(36000 -閑置時(shí)間)/36000#巷道堆垛機(jī)、 直行穿梭車、機(jī)器人利用情況如表1所示。表1巷道堆垛機(jī)利用情況表項(xiàng)目閑置時(shí)間(S)卸貨利用率空載移動(dòng)實(shí)載移動(dòng)取貨堆垛機(jī)110711.47632. 29380. 14144. 44131

18、.970.2%堆垛機(jī)210537. 17978. 29196. 34144. 24144. 270.7I堆垛機(jī)310979. 27620. 99111.54144. 24144. 269.5%堆垛機(jī)410607. 67789. 39277. 94168. 74156. 570.5%一樓穿梭車9153.95737. 85511. 37803. 07794. 074. 6%二樓穿梭車17638. 32836. 62792. 16366. 56366. 551. 0%一樓機(jī)器人17138.814430. 614430. 680. 2%一樓機(jī)器人26850. 514574. 814574. 781.

19、0%二樓機(jī)器人36482. 214758. 914758. 982. 0%二樓機(jī)器人46482. 214758. 914758. 982. 0%二樓機(jī)器人56482. 214758. 914758. 982. 0%每批訂單需在5小時(shí)內(nèi)完成,完成情況如表2所示:入庫(kù)需要大量的空托盤，原方案空托盤出庫(kù)后經(jīng)過(guò)托盤 碼分機(jī)堆疊后入庫(kù)待用，需要使用時(shí)出庫(kù)，經(jīng)托盤拆分機(jī)拆分 后進(jìn)入入庫(kù)系統(tǒng)。對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整空托盤輸送路徑，增加 一條單獨(dú)的托盤輸送路線，出入庫(kù)同時(shí)工作時(shí)，出庫(kù)后的空托 盤可以直接進(jìn)入入庫(kù)端使用。4.1.2優(yōu)化工藝布局出庫(kù)卷煙品規(guī)較多，通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)出庫(kù)輸送系統(tǒng)存在品規(guī) 間交叉、迂回現(xiàn)象。對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整出庫(kù)系統(tǒng)布局，實(shí)現(xiàn)較 大品規(guī)專線輸送，同時(shí)優(yōu)化調(diào)整分揀及外發(fā)線間距，節(jié)省出的 空間預(yù)留一條分揀及外發(fā)線，適應(yīng)未來(lái)物流量增加的需要# 4.2 仿真結(jié)果對(duì)比對(duì)