方 達(dá) 梁成柱

（石家莊鐵道大學(xué) 河北石家莊 050000）

基于Flexsim軟件的制造企業(yè)物流系統(tǒng)優(yōu)化

方 達(dá) 梁成柱

（石家莊鐵道大學(xué) 河北石家莊 050000）

制造業(yè)企業(yè)的物流系統(tǒng)的運(yùn)作效率直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)效率，進(jìn)而影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了避免生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的產(chǎn)能瓶頸給企業(yè)帶來的損失，文章利用Flexsim仿真工具進(jìn)行有效的仿真分析，并給出有效的優(yōu)化建議。文章在闡述Flexsim基本步驟及關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，以某制造企業(yè)物流系統(tǒng)為研究對(duì)象，幫助企業(yè)改進(jìn)業(yè)務(wù)流程，提高效率，找到瓶頸所在，并且以系統(tǒng)分析的方法，優(yōu)化原有的生產(chǎn)系統(tǒng)模型。

Flexsim 生產(chǎn)物流系統(tǒng) 瓶頸 系統(tǒng)優(yōu)化

1 前言

不斷加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使企業(yè)進(jìn)一步關(guān)注物流成本和生產(chǎn)效率。作為制造企業(yè)整個(gè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)重要組成部分的物流系統(tǒng)，逐漸成為物流工程研究的重要對(duì)象。進(jìn)而系統(tǒng)仿真試驗(yàn)成為了提高工作效率的有效方法。系統(tǒng)仿真是融合了專家經(jīng)驗(yàn)和大量歷史統(tǒng)計(jì)資料后做出的計(jì)算機(jī)軟件，是幫助決策者進(jìn)行決策的工具。系統(tǒng)仿真分為離散事件仿真和連續(xù)系統(tǒng)仿真。目前絕大多數(shù)的物流系統(tǒng)是離散事件仿真。Flexsim軟件是一款商業(yè)化離散事件系統(tǒng)仿真軟件，是當(dāng)今的物流系統(tǒng)優(yōu)化與工業(yè)工程中常用的系統(tǒng)仿真軟件。使用Flexsim仿真軟件對(duì)物流中心的生產(chǎn)作業(yè)流程進(jìn)行仿真建模和深入分析，能夠優(yōu)化參數(shù)組合，消除系統(tǒng)瓶頸，提高系統(tǒng)運(yùn)作效率。通過仿真試驗(yàn)可使方案流程獲得改進(jìn)，達(dá)到最佳狀態(tài)。

2 Flexsim軟件簡(jiǎn)介

Flexsim軟件由位于美國(guó)猶他州奧勒姆市的Flexsim Software Products公司出品。Flexsim軟件應(yīng)用三維可視效果建立的仿真界面。軟件自身集成的C++IDE和編譯器。軟件本身自帶數(shù)據(jù)擬合功能，然后利用3D技術(shù)在試驗(yàn)環(huán)境中生成虛擬現(xiàn)實(shí)模型。Flexsim軟件還自帶有外接接口，以供試驗(yàn)者將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。提供的接口可以與ExperFit和Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。本文以實(shí)際物流系統(tǒng)為切入點(diǎn)，將實(shí)際物流系統(tǒng)抽象后，使用Flexsim軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。通過對(duì)Flexsim軟件在虛擬試驗(yàn)中生成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，找出存在的問題。并提出改進(jìn)建議。按照系統(tǒng)建模、仿真試驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)優(yōu)化的順序?qū)ιa(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)工作。

3 系統(tǒng)建模

3.1 流程描述

據(jù)調(diào)查某制造企業(yè)原有的生產(chǎn)物流系統(tǒng)中有3種類型的產(chǎn)品分別被標(biāo)示成藍(lán)、紅、綠色，產(chǎn)品按隨機(jī)的時(shí)間間隔從工廠的其他部門到達(dá)。模型中有3臺(tái)加工機(jī)器，每臺(tái)加工機(jī)器加工一種特定類型的產(chǎn)品。產(chǎn)品完成加工后，必須在一個(gè)共享的檢驗(yàn)設(shè)備中檢驗(yàn)質(zhì)量。如果質(zhì)量合格就被送到倉(cāng)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)。如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不合格產(chǎn)品，則必須返工，產(chǎn)品被送回到仿真模型的起始暫存區(qū)，然后由相應(yīng)的機(jī)器重新加工一遍，再經(jīng)過檢驗(yàn)送到倉(cāng)庫(kù)，凡是經(jīng)過檢驗(yàn)器的產(chǎn)品被標(biāo)示成黑色。生產(chǎn)物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 實(shí)體對(duì)象及相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)

本模型中的相應(yīng)實(shí)體對(duì)象全部從Flexsim提供的對(duì)象庫(kù)中選取。模型中要用到的固定對(duì)象包括發(fā)生器（source）、暫存區(qū)（Queue）、處理器（processer）、檢驗(yàn)器（Tester）、貨架（Rack）。移動(dòng)對(duì)象包括分配器（Dispatcher）、操作員（Operator）、叉車（Transporter）。約定時(shí)間單位為秒。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：

發(fā)生器：產(chǎn)品到達(dá)時(shí)間間隔服從均值10秒的Gamma分布：Gamma(0,10,1)

暫存區(qū)容量：1000

處理器：生產(chǎn)時(shí)間服從均值10秒指數(shù)分布:exponential(0,10,1)

檢驗(yàn)器：檢驗(yàn)時(shí)間常數(shù)15秒，10%的不合格產(chǎn)品，90%的合格產(chǎn)品

4 仿真運(yùn)行及數(shù)據(jù)收集與分析

4.1 仿真模型運(yùn)行

對(duì)模型進(jìn)行仿真運(yùn)行，抽取1個(gè)小時(shí)即3600秒的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，假設(shè)倉(cāng)庫(kù)貨位數(shù)量不受限制。因?yàn)镕lexsim軟件是針對(duì)離散的隨機(jī)事件進(jìn)行仿真，每次運(yùn)行的結(jié)果具有不確定性，所以選取反復(fù)運(yùn)行模型10次后的均值作為數(shù)據(jù)分析的數(shù)值。仿真運(yùn)行實(shí)驗(yàn)圖如圖2所示。

4.2 仿真模型數(shù)據(jù)收集

對(duì)模型進(jìn)行反復(fù)10次的仿真運(yùn)行取均值。截取的指標(biāo)體系分為三部分：處理器和檢驗(yàn)器運(yùn)行狀態(tài)，包括空置時(shí)間，處理時(shí)間；暫存區(qū)狀態(tài)，包括空置時(shí)間，到貨時(shí)間，等待時(shí)間，最大滯留時(shí)間，平均滯留時(shí)間，最大滯留量，平均滯留量；移動(dòng)資源運(yùn)行狀態(tài)，包括空閑時(shí)間，空運(yùn)時(shí)間，載運(yùn)時(shí)間，未按線路空運(yùn)時(shí)間、未按線路載運(yùn)時(shí)間。數(shù)據(jù)收集如表1~3所示。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)仿真模型

表1 檢驗(yàn)器處理器運(yùn)行時(shí)間占比

表2 暫存區(qū)狀態(tài)

表3 移動(dòng)資源運(yùn)行狀態(tài)

圖3 仿真運(yùn)行結(jié)果

4.3 數(shù)據(jù)分析

通過仿真收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先從直觀來看，仿真運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。暫存區(qū)2的存量是比較大的，可以看到有大量堆積，這說明流程的瓶頸在暫存區(qū)2后面的環(huán)節(jié)，可能是檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，也可能是入庫(kù)運(yùn)輸環(huán)節(jié)。然后針對(duì)相應(yīng)的環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析。表1中Tester的空置時(shí)間占比只有0.8%，運(yùn)行時(shí)間占比99.2%，而其余的Processer的時(shí)間分布比較均勻，表1的分析說明瓶頸存在于檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。表2中Queue2的空閑時(shí)間占比0.8%，到貨時(shí)間99.2%，最大滯留時(shí)間，平均滯留時(shí)間由大向小排序Queue2、Queue3、Queue1，最大滯留量，平均滯留量由大向小排序Queue2、Queue3、Queue1，說明不僅是暫存區(qū)2，暫存區(qū)3的入庫(kù)運(yùn)送環(huán)節(jié)上也可能存在瓶頸。結(jié)合表3的移動(dòng)資源的運(yùn)行狀態(tài)分析，相比于Operator，Transport的空閑時(shí)間占比最小，只有1.4%，這說明叉車的繁忙程度比較高，更加確定可入庫(kù)環(huán)節(jié)也存在瓶頸。基于上述的分析可以確定優(yōu)化的方向，增加檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)器數(shù)量和增加叉車的數(shù)量來減少瓶頸帶來的影響。

5 模型優(yōu)化

5.1 模型優(yōu)化設(shè)計(jì)

每隔10秒有一個(gè)原材料到達(dá)，處理器每10秒加工一個(gè)單位原材料，三臺(tái)處理器每10秒加工3個(gè)產(chǎn)品，平均3.33秒加工一個(gè)產(chǎn)品，檢驗(yàn)器每15秒檢驗(yàn)一個(gè)產(chǎn)品，瓶頸出現(xiàn)在檢驗(yàn)器環(huán)節(jié)，增加一個(gè)檢驗(yàn)器使得檢驗(yàn)時(shí)間縮短一倍，檢驗(yàn)時(shí)間變?yōu)?.5秒，根據(jù)貨架統(tǒng)計(jì)，3600秒內(nèi)叉車的運(yùn)量是168個(gè)單位，檢驗(yàn)時(shí)間縮短一倍，暫存區(qū)3貨量增加一倍，所以要想應(yīng)增加一輛叉車，這樣才能避免新的瓶頸產(chǎn)生。

5.2 優(yōu)化后模型運(yùn)行

在原有模型的基礎(chǔ)上增加一臺(tái)檢驗(yàn)器和一輛叉車，所有新增對(duì)象的實(shí)驗(yàn)參數(shù)不變。反復(fù)運(yùn)行模型10次。結(jié)果如圖4所示，各項(xiàng)指標(biāo)如表4~6所示。

表4 檢驗(yàn)器處、理器運(yùn)行時(shí)間占比

表5 暫存區(qū)狀態(tài)

表6 移動(dòng)資源運(yùn)行狀態(tài)

5.3 優(yōu)化后數(shù)據(jù)分析

從模型的運(yùn)行結(jié)果上可以看出，原有的瓶頸約束減少，暫存區(qū)2的最大滯留時(shí)間有原來的1434.2秒下降到62.2秒，平均滯留時(shí)間由原來的721.2秒下降到11.8秒，最大滯留量有原來的181個(gè)下降到9個(gè)，平均滯留量由原來80個(gè)下降到1.3個(gè)。這些數(shù)據(jù)表明暫存區(qū)2的瓶頸約束已經(jīng)消失。暫存區(qū)3的最大滯留時(shí)間由573.8秒下降到261.3秒，平均滯留時(shí)間由310秒下降到99.4秒，最大滯留量由原來27個(gè)稍微上升到30個(gè)，但整體的平均滯留量有原來16.2下降到10.3。說明在增加了檢驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)備后，增加的叉車數(shù)量抵消了新的產(chǎn)量帶來的瓶頸約束，使系統(tǒng)的狀態(tài)穩(wěn)定在優(yōu)化前，沒有因?yàn)樾略霎a(chǎn)能帶來資源的浪費(fèi)。

圖4 模型運(yùn)行結(jié)果

通過系統(tǒng)仿真，合理的增加了瓶頸約束環(huán)節(jié)的產(chǎn)能，避免了資源的浪費(fèi)，又疏通了該企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)的流程，提高了生產(chǎn)效率。

[1]朱曉蓉.基于Flexsim的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)系統(tǒng)仿真及優(yōu)化[J].物流技術(shù),2012

[2]李暄,洪怡恬等.Flexsim系統(tǒng)仿真軟件在配送中心分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].物流工程與管理,2009

[3]龔小剛.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)及其應(yīng)用[J].硅谷,2008

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Optimization of Manufacturer’s Logistics System Based on Flexsim

FANG Da LIANG Cheng-zhu

(School of Economics and Management Shijiazhuang Tiedao University Shijiazhaung Hebei 050000)

The operation efficiency of manufacturer’s logistics system directly affects the efficiency of production, and then affects the profits of the enterprise. In order to avoid the loss caused by the production capacity bottleneck in the production logistics system, this paper uses the Flexsim simulation tool to carry on effective simulation analysis, and gives effective optimization suggestions. Based on the basic steps and key technologies of Flexsim and taking a certain manufacturer’s logistics system as a research object, this paper helps enterprises to improve their work process, promote their efficiency, find out where the bottleneck is, and optimize the original model of their production system with a systematic analysis method,.

Flexsim production logistics system bottleneck system optimization

A

1673-1816(2017)02-0070-06

2016-06-29

方達(dá)，男，回族，河北唐山，碩士，研究方向計(jì)算機(jī)軟件。