[摘 要] 在分析現(xiàn)代倉儲系統(tǒng)特點基礎(chǔ)上，構(gòu)建了復(fù)合作業(yè)流程下的倉儲系統(tǒng)仿真模型，對有序存放模式下倉儲作業(yè)進行了仿真，針對出現(xiàn)的堵塞問題進行了改進設(shè)計及仿真結(jié)果分析。結(jié)果表明，改進之后的設(shè)備配置更能有效地發(fā)揮出各個機械設(shè)備的效能，提高整個倉庫系統(tǒng)的效率。

[關(guān)鍵詞] 倉儲系統(tǒng)；Flexsim；仿真

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 23. 079

[中圖分類號] TP393 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2016）23- 0144- 05

1 引 言

自動化立體倉庫是一種基于高層貨架、采用計算機進行控制管理、采用自動化存取輸送設(shè)備自動進行存取作業(yè)的倉儲系統(tǒng)[1]，具有存儲量大、存儲效率高、自動化和信息化水平高等優(yōu)點，越來越得到廣泛認同和普遍使用。自動化倉庫作為物流系統(tǒng)的一個核心和樞紐，是物流系統(tǒng)實現(xiàn)物流合理化的關(guān)鍵所在，在物流中就充當這樣一個貨物儲存的角色。

利用計算機對立體倉庫進行建模與仿真，通過系統(tǒng)三維仿真設(shè)計，對系統(tǒng)進行實時跟蹤與分析，是構(gòu)建自動化倉儲系統(tǒng)、評價系統(tǒng)效率、發(fā)現(xiàn)改進瓶頸問題的快捷有效手段。Flexsim是一套系統(tǒng)仿真模型設(shè)計、制作與分析的工具軟件。它集計算機二維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體，專門面向制造、物流等領(lǐng)域。運用Flexsim系統(tǒng)仿真軟件，可在計算機內(nèi)建立研究對象的二維模型，然后對模型進行各種系統(tǒng)分析和工程驗證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計或改造方案[2]。

在物流領(lǐng)域，應(yīng)用Flexsim進行系統(tǒng)仿真方法，進行了相關(guān)的研究工作。常鵬[3]針對散貨碼頭物流系統(tǒng)建立了散貨碼頭設(shè)備的三維模型，并應(yīng)用Flexsim對其進行了仿真研究。張曉萍[4]研究了基于Flexsim的倉儲系統(tǒng)仿真問題。肖江波等[5]以某物流配送中心為例，基于Flexsim軟件探討了物流配送中心規(guī)劃中的規(guī)模確定、功能布置方案以及裝卸工作對配送中心倉庫布局的要求，配送中心倉庫建筑物的位置布局等要求。肖鋒[6]利用建立集裝箱碼頭裝卸作業(yè)仿真模型，應(yīng)用Flexsim為生產(chǎn)管理者提供視覺上的決策支持，利用其核心機制一任務(wù)序列驅(qū)動設(shè)備模型，實現(xiàn)裝卸作業(yè)過程的三維動態(tài)仿真。李俊等[7]從企業(yè)倉儲作業(yè)中出入庫調(diào)度策略的需求出發(fā)，利用面向?qū)ο蠼＠碚摵虵lexsim仿真軟件進行入庫策略的建模，給出一種將復(fù)雜策略結(jié)果映射到仿真模型的方法并將其應(yīng)用與仿真實例中。目前文獻對于入庫流程的優(yōu)化研究較少，本文基于Flexsim軟件對復(fù)合作業(yè)流程下的倉儲系統(tǒng)進行了建模和仿真優(yōu)化研究，改進設(shè)備配置，以便更有效發(fā)揮各個機械設(shè)備的效能，提高整個倉庫系統(tǒng)的效率。

2 倉儲系統(tǒng)復(fù)合作業(yè)流程建模

復(fù)合作業(yè)流程主要模擬的是日常工作中最為普遍的一種作業(yè)形式。一方面，各物資需求單位向倉庫不斷請領(lǐng)而獲得各類物資器材，倉庫不斷向外出貨。另一方面，各個生產(chǎn)廠家會根據(jù)合同不斷向倉庫交付新品或者返還返廠修理的器材，其他單位借走調(diào)用的器材也會不定時的退還倉庫，倉庫不斷向內(nèi)進貨，根據(jù)業(yè)務(wù)活動流程構(gòu)建系統(tǒng)模型。

首先，進行仿真數(shù)據(jù)建模，對仿真對象的相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集，分析采集的數(shù)據(jù)，得出近似的數(shù)據(jù)分布函數(shù)，將實際業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入并得到各種數(shù)據(jù)的均值、最值，選擇最佳的概率分布函數(shù)，確定其分布函數(shù)的具體參數(shù)；然后，確定入庫作業(yè)的影響因子，通過業(yè)務(wù)模型與Flexsim所含控件比較，確定參數(shù)設(shè)置；最后，通過Flexsim的導(dǎo)入功能直接生成二維模型。

根據(jù)參數(shù)對系統(tǒng)模型進行設(shè)置，對貨架送往端口選擇用連續(xù)巡回的方式發(fā)送特定數(shù)量的臨時實體到特定的端口，使用運輸工具，如圖1所示。同樣，對緩存區(qū)、傳送帶、處理機等進行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，構(gòu)建倉儲系統(tǒng)仿真模型，如圖2所示。

3 倉儲系統(tǒng)復(fù)合作業(yè)流程仿真與優(yōu)化

3.1 貨物有序存放模式下的倉儲仿真

一般而言，貨架在有序存放的情況下，整體效率大大高于無序存放。因此，在復(fù)合作業(yè)流程的建模仿真里，本文只考慮有序存放模式。

在復(fù)合作業(yè)流程模型中，輸入曲線采用正態(tài)分布，參數(shù)為：

μ=9.9，σ=1.9， （1）

有序存放模式下的模型如圖2所示。圖中，以緩存區(qū)1作為裝卸貨的平臺，處理機1模擬條碼掃描、出入庫貨物檢查、油封拆包等步驟，傳送帶將貨物送到入庫緩存區(qū)2，然后堆垛機將貨物從緩存區(qū)2送入貨架。同時，堆垛機又會接受指令，從貨架上取貨放入出庫緩存區(qū)3，傳送帶將取出的貨物送到處理機2進行處理，再裝卸出庫。

模型建立后，經(jīng)編譯、重置后就可以點擊仿真時間控件“運行”來運行模型。仿真運行50 000秒后結(jié)束，通過“統(tǒng)計>狀態(tài)報告（標準報告）”輸出Excel狀態(tài)報表和標準報表，如圖3和圖4所示。

通過統(tǒng)計功能，可以查看各個實體在仿真過程中處于各個狀態(tài)的情況。貨架容量-時間曲線如圖5所示。

可以看出，貨架在接受了出貨指令后，一直在請求出貨。但由于得不到堆垛機響應(yīng)，使得貨架一直處在等待的過程中，造成堵塞。而貨架的容量-時間圖顯示，在仿真時間的大約前10 000秒，貨架的容量保持在較低水平，但到了中后期，由于堵塞，貨架的容量隨著時間線性增長。

緩存區(qū)和傳送帶在仿真過程中的狀態(tài)餅圖如圖6、圖7所示。

由餅圖可知，傳送帶96.8%的時間處于阻塞狀態(tài)，而出庫緩存區(qū)93.2%的時間都在釋放貨物，可以認為正是由于傳送帶的阻塞導(dǎo)致了出庫緩存區(qū)、堆垛機的低效和貨架的阻塞。

3.2 貨物有序存放模式下的仿真優(yōu)化

鑒于模型運行過程中出現(xiàn)了明顯的阻塞現(xiàn)象，必須對其進行改進優(yōu)化，以滿足要求。由于堵塞出在出庫階段的傳送帶，改進的模型中增加一條傳送帶進行出庫作業(yè)所建模型。

編譯后重置運行，導(dǎo)出標準報告和狀態(tài)報告，如圖8、圖9所示。

在改進模型仿真結(jié)束之后，同樣需要觀察貨架、出庫緩存區(qū)以及傳送帶的運行狀態(tài)，如圖10圖所示。

由圖10可知，真?zhèn)€仿真過程中貨架的容量持續(xù)波動，但仍然相對穩(wěn)定在某個定值左右，已經(jīng)和改進前的曲線樣式大不一樣。優(yōu)化后，緩存區(qū)和傳送帶1、2的狀態(tài)餅圖如圖11-圖13所示。

經(jīng)過改進后，出庫緩存區(qū)釋放貨物釋放得比較徹底，兩條傳送帶大部分時間在空載運行，沒有發(fā)生阻塞的情況，之前模型的問題得到了較好的解決，達到了預(yù)期的目標。

3.3 仿真結(jié)果分析

將改進前后模型對應(yīng)的兩份報告拿出來進行對比，找出變化比較明顯的部分（即圖中圈出的部分），如圖14-圖17所示。

優(yōu)化報告及狀態(tài)報告的明顯變化數(shù)據(jù)見表1。

可以看出，改進之前貨物在緩存區(qū)滯留的時間比較長，最長時間達到了56 s，平均時間也有6.1 s；傳送帶上貨品有積壓現(xiàn)象，其阻塞時間占到了總時間的96.8%，情況相當嚴重，每個貨物的平均等待時間達到了659.7s，而處理機工作正常。因此可以認為是因為傳送帶的負載過大造成設(shè)備崩潰引起阻塞。

改進的模型增加了一條傳送帶，以減輕其工作負荷。出庫時貨物在緩存區(qū)的等待時間已經(jīng)為0，意味著可以做到隨到隨走；貨物在傳送帶上的平均等待時間也由之前的659.7 s減小到14.6 s，最長等待時間變化最為明顯，由改進前的1 260.9 s減少到27.2 s，變化的幅度相當大，阻塞時間百分比也只有5%，處理機依然工作正常。

改進之后的設(shè)備配置更能有效地發(fā)揮出各個機械設(shè)備的效能，提高整個倉庫系統(tǒng)的效率。

4 結(jié) 語

本文基于Flexsim軟件對倉儲系統(tǒng)復(fù)合作業(yè)進行了仿真優(yōu)化研究，通過仿真可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行的瓶頸問題，改進設(shè)計后可以提高系統(tǒng)工作效率。

主要參考文獻

[1]孫紅.物流設(shè)備與技術(shù)[M].江蘇：東南大學(xué)出版社.2006.

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[3]常鵬.基于Flexsim的散貨碼頭物流系統(tǒng)仿真[J].中國水運：理論版，2007，5（4）：156-157.

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[5]肖江波，楊福興.基于Flexsim仿真的物流配送中心優(yōu)化探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2007，19（10）：61-62.

[6]肖鋒.基于Flexsim集裝箱碼頭仿真平臺關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

[7]李俊，等.基于Flexsim軟件的高層貨架入庫策略仿真與比較[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2007，14（7）：3418-3422.