張 迪/文

基于Flexsim仿真技術(shù)AGV調(diào)度系統(tǒng)的物流方案可行性分析

張 迪/文

為了解決企業(yè)在確定AGV設(shè)備投入數(shù)量時(shí)面臨的難題，本文運(yùn)用Flexsim仿真技術(shù)對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行建模仿真，并使用編程語言準(zhǔn)確模擬AGV調(diào)度系統(tǒng)，從而協(xié)助企業(yè)選擇最佳的AGV數(shù)量配置，避免企業(yè)在投入AGV設(shè)備時(shí)因盲目決策而導(dǎo)致資金浪費(fèi)或系統(tǒng)能力不足。

AGV、物流方案、Flexsim、建模仿真、可行性分析

AGV（Automatic Guided Vehicle，自動(dòng)導(dǎo)引小車）具有靈巧、方便、智能、節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各大工廠車間的物流搬運(yùn)系統(tǒng)中。大多數(shù)企業(yè)或供應(yīng)商往往憑借經(jīng)驗(yàn)來確定最終的AGV投入數(shù)量，很容易導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)過程中，不是AGV系統(tǒng)能力不足，就是設(shè)備投入過多。

本文運(yùn)用系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)，試圖通過建模、仿真、數(shù)據(jù)輸出的方法，通過定量分析協(xié)助企業(yè)解決這一難題。

一、模型簡(jiǎn)介

本文選取大型企業(yè)物流系統(tǒng)為研究對(duì)象，例如某企業(yè)擬投入一套大型的AGV系統(tǒng)，用來連接其B2、B1、C2三棟廠房，實(shí)現(xiàn)AGV的自動(dòng)對(duì)接、自動(dòng)運(yùn)輸、自動(dòng)卸貨等過程。則此系統(tǒng)的簡(jiǎn)要流程為：AGV自動(dòng)行進(jìn)到B2廠房的立體庫（原材料庫），與傳送帶進(jìn)行自動(dòng)接駁，物料到達(dá)AGV上之后，AGV將物料運(yùn)送到人工上料點(diǎn)、熱處理區(qū)、B1廠房、C2廠房。其中B2廠房與B1、C2廠房之間通過空中連廊相連接，因此AGV在運(yùn)輸至B1廠房、C2廠房的過程中要完成自動(dòng)上提升機(jī)、自動(dòng)上連廊等過程，物料運(yùn)輸?shù)街付ǖ男枨簏c(diǎn)之后，如果需求點(diǎn)剛好有空托盤產(chǎn)生，則AGV將自動(dòng)對(duì)接接受空托盤并運(yùn)送返回立體庫。模型平面布局圖和物流流程圖，分別如圖1和圖2。

此模型的物流系統(tǒng)屬于大型物流系統(tǒng)，整體流程相對(duì)復(fù)雜，根據(jù)具體方案可將模型的AGV路線進(jìn)行分段，即從立體庫運(yùn)送至人工上料點(diǎn)和熱處理區(qū)并返回的循環(huán)路線為路線1，從立體庫上提升機(jī)并通過連廊卸載至B1廠房銜接傳送帶的循環(huán)路線為路線2，從立體庫上提升機(jī)并通過連廊卸載至C2廠房銜接傳送帶的循環(huán)路線為路線3，C2廠房?jī)?nèi)從銜接傳送帶接受物流并運(yùn)送至對(duì)應(yīng)的九條流水線的循環(huán)路線為路線4，B1廠房?jī)?nèi)從銜接傳送帶接受物流并運(yùn)送至對(duì)應(yīng)的四條流水線的循環(huán)路線為路線5。為更清晰展示路線劃分圖，此處直接放上建模完成后的路線圖，具體如圖3。

AGV具有靈巧、方便、智能、節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各大工廠車間的物流搬運(yùn)系統(tǒng)中

圖1 ：模型平面布局圖

圖2 ：物流流程圖

圖3 ：建模完成后的路線圖

二、模型建模及控制邏輯

模型根據(jù)實(shí)際CAD布局按1:1進(jìn)行建模，根據(jù)方案要求，實(shí)現(xiàn)B1、B2、C2三座廠房之間定轉(zhuǎn)子的AGV運(yùn)輸過程。如仿真布局圖3所示，將方案中的AGV路線共分為五個(gè)部分：分別為環(huán)線1、環(huán)線2、環(huán)線3、環(huán)線4、環(huán)線5。模型運(yùn)行過程假設(shè)生產(chǎn)無異常及設(shè)備無異常，具體邏輯為：

環(huán)線1：AGV從RGV下料點(diǎn)接受實(shí)筐，將實(shí)筐運(yùn)輸入庫，再從庫中接收空筐送到RGV空筐上料點(diǎn)，同時(shí)當(dāng)上端定轉(zhuǎn)子存儲(chǔ)區(qū)存在定轉(zhuǎn)子時(shí)，AGV接到命令接收暫存區(qū)的定轉(zhuǎn)子并運(yùn)輸入庫；

環(huán)線2：AGV從立體庫中接收物料通過環(huán)線2上提升機(jī)，并通過連廊將實(shí)筐送至B1廠房，同時(shí)接收空筐返庫；

環(huán)線3：AGV從立體庫中接收物料通過環(huán)線3上提升機(jī)，并通過連廊將實(shí)筐送至C2廠房，同時(shí)接收空筐返庫；

環(huán)線4：AGV接到立體庫中轉(zhuǎn)運(yùn)的實(shí)筐送至各生產(chǎn)線物料接駁位，并運(yùn)送空筐返回；

環(huán)線5：AGV接到立體庫中轉(zhuǎn)運(yùn)的實(shí)筐送至各生產(chǎn)線物料接駁位，并運(yùn)送空筐返回。

模型對(duì)應(yīng)的五條路線上分別投入一定數(shù)量的AGV小車，路線2和路線3的小車運(yùn)行軌跡與路線1存在交叉，路線4和路線5的小車僅在對(duì)應(yīng)路線完成循環(huán)運(yùn)動(dòng)，所有的AGV小車由一套中央調(diào)度系統(tǒng)控制。因部分區(qū)域小車運(yùn)動(dòng)軌跡存在交叉，且AGV小車要完成自動(dòng)對(duì)接提升機(jī)、連廊及銜接傳送帶等動(dòng)作，此模型整體控制邏輯較為復(fù)雜。根據(jù)模型的邏輯要求，每臺(tái)AGV小車中均需要使用腳本語言設(shè)置相應(yīng)的代碼來控制小車的運(yùn)行，每個(gè)銜接傳送帶中也均需使用腳本語言寫入相應(yīng)的任務(wù)控制序列。

AGV中控制代碼如下：

圖4 ：AGV設(shè)備利用率（數(shù)量為6臺(tái)）

圖5 ：AGV設(shè)備利用率（數(shù)量為8臺(tái)）

圖6 ： AGV設(shè)備利用率（數(shù)量為9臺(tái)）

三、模型數(shù)據(jù)輸入

在模型中輸入表1、表2、表3、表4等數(shù)據(jù)。

四、模型仿真

方案采用AGV類型為移載式AGV，AGV路線既有單向路線也有雙向路線。在給定物流量的前提下，向五條AGV路線各投放一臺(tái)AGV設(shè)備，多次運(yùn)行仿真模型，如發(fā)現(xiàn)在這種情況下，路線1出現(xiàn)嚴(yán)重阻塞，那是因路線1與其它路線存在交叉關(guān)系導(dǎo)致其它路線也無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，說明此種情況下路線1中AGV數(shù)量不足，需增加路線1中AGV數(shù)量。

方案評(píng)價(jià)采取AGV設(shè)備的利用率為指標(biāo)，根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)張策略，即后續(xù)每年的產(chǎn)能都會(huì)在此模型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上有所增加，按照企業(yè)的要求，設(shè)定80%的AGV設(shè)備利用率為理想狀態(tài)，此狀態(tài)下也更加有利于工廠應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況的能力（突發(fā)狀況包括生產(chǎn)異常和設(shè)備異常等，此模型未考慮這些因素，因此AGV設(shè)備的利用率應(yīng)得到嚴(yán)格控制，極端情況下也需保證不能超過90%）。

1.路線1至路線5分別投放AGV數(shù)量為2臺(tái)、1臺(tái)、1臺(tái)、1臺(tái)、1臺(tái)，即總數(shù)量為6臺(tái)時(shí)，假定工廠每天工作20小時(shí)，模型設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為20小時(shí)，多次運(yùn)行該模型，根據(jù)模型輸出數(shù)據(jù)得出所有AGV設(shè)備的利用率，如圖4所示。

如圖4所示，當(dāng)AGV設(shè)備數(shù)量為6臺(tái)時(shí)，即路線1至路線5的數(shù)量分別為2臺(tái)、1臺(tái)、1臺(tái)、1臺(tái)、1臺(tái)時(shí)，除路線5和路線3外，其它路線的AGV小車?yán)寐识荚?4%以上，處于滿負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。此種情況非常不利于企業(yè)后續(xù)產(chǎn)能提升，同時(shí)說明生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)生產(chǎn)異常和設(shè)備異常的能力也不足，非常容易導(dǎo)致產(chǎn)線停線停產(chǎn)，影響正常生產(chǎn)；而且AGV利用率過高對(duì)AGV設(shè)備的磨損也較為嚴(yán)重，極容易導(dǎo)致AGV設(shè)備壽命縮短。因此，6臺(tái)AGV設(shè)備無法滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求，路線1、路線2、路線4均需增加設(shè)備數(shù)量（為使模型更加嚴(yán)謹(jǐn)，采取控制變量法的試驗(yàn)方法，即路線1的AGV數(shù)量暫不增加，增加路線2和路線4的數(shù)量考察對(duì)整個(gè)模型的影響）。

2.路線1至路線5分別投放AGV數(shù)量為2臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)，即總數(shù)量為8臺(tái)時(shí)，假定工廠每天工作20小時(shí)，模型設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為20小時(shí)，多次運(yùn)行該模型，根據(jù)模型輸出數(shù)據(jù)得出所有AGV設(shè)備的利用率，如圖5。

圖7 ：模型仿真運(yùn)行過程圖

表1 ：路線1物流量參數(shù)

表2 ：路線4物流量參數(shù)

表3 ：路線5物流量參數(shù)

表4 ：AGV設(shè)備參數(shù)

如圖5所示，當(dāng)AGV數(shù)量為8臺(tái)時(shí)，即路線1至路線5的數(shù)量分別為2臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)時(shí)，路線2至路線5的AGV設(shè)備利用率均有了較大改善，不至于達(dá)到滿負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)影響設(shè)備壽命，導(dǎo)致停線停產(chǎn)等，但是路線1的設(shè)備利用率仍然偏高，需再次增加路線1的AGV設(shè)備數(shù)量，其它路線設(shè)備數(shù)量保持不變。

3.路線1至路線5分別投放AGV數(shù)量為3臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)，即總數(shù)量為9臺(tái)時(shí)，假定工廠每天生產(chǎn)20小時(shí)，模型設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為20小時(shí)，多次運(yùn)行該模型，根據(jù)模型輸出數(shù)據(jù)得出所有AGV設(shè)備的利用率，如圖6。

如圖6所示，當(dāng)AGV設(shè)備數(shù)量為9臺(tái)時(shí)，即路線1至路線5的數(shù)量分別為3臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)時(shí)，路線1的AGV設(shè)備利用率也得到了明顯降低，說明整體AGV設(shè)備的利用率都在可接受范圍內(nèi)，大大緩解了AGV設(shè)備過度利用及能力不足等問題，也有利于工廠后續(xù)的產(chǎn)能提升。此設(shè)備數(shù)量組合可作為設(shè)備投入的最優(yōu)解。

五、仿真結(jié)果

通過以上分析，最佳的AGV設(shè)備數(shù)量為9臺(tái)，即路線1、路線2、路線3、路線4、路線5的AGV設(shè)備數(shù)量分別為3臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)、2臺(tái)、1臺(tái)，此方案可保證滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求，解決設(shè)備過度利用的問題，同時(shí)也為企業(yè)后續(xù)產(chǎn)能提升預(yù)留了一定的空間。

附模型仿真運(yùn)行過程圖，如圖7。

六、結(jié)束語

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于通過仿真技術(shù)手段協(xié)助企業(yè)找到設(shè)備投入數(shù)量的最佳組合，解決實(shí)際生產(chǎn)過程中的難點(diǎn)，與僅僅通過仿真對(duì)一些方案進(jìn)行改善優(yōu)化不同，本文對(duì)企業(yè)在AGV系統(tǒng)投入前的決策過程具有較大的指導(dǎo)意義。

在物流行業(yè)，AGV小車的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，很多企業(yè)在物流規(guī)劃過程中也越來越傾向于選擇AGV小車，但是如何科學(xué)、有效、合理地布局小車路線及投入數(shù)量仍缺少有效手段。而本文的研究方法建立在仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確模擬了實(shí)際生產(chǎn)過程中的AGV調(diào)度系統(tǒng)。事實(shí)證明，即使面對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)，亦可使用本文的研究方法給予解決，此方法對(duì)企業(yè)后續(xù)投入設(shè)備的決策過程有一定的指導(dǎo)意義。

作者單位為珠海格力電器股份有限公司