□ 韓嘉童，張瑩瑩

(重慶大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，重慶 400044)

訂單分揀就是依照顧客的訂貨要求或配送中心的送貨計(jì)劃，盡可能迅速、準(zhǔn)確地將商品從其儲(chǔ)位揀取出來，并按一定的方式進(jìn)行分類、集中，等待配裝送貨的作業(yè)過程[1]。隨著電子商務(wù)的飛速發(fā)展，個(gè)性化、多樣化的需求也在增加，單筆訂單中貨品的數(shù)量越來越少，涉及貨品的種類越來越多，進(jìn)而分揀的難度也在逐漸增加，極大制約了倉庫或配送中心的運(yùn)行效率。分揀作為勞動(dòng)密集程度最高、占用成本最多的運(yùn)作方式之一，如何提高其效率成為了各企業(yè)優(yōu)先考慮的問題。近年來，物流業(yè)中出現(xiàn)了采用分揀機(jī)器人進(jìn)行分揀的倉庫，然而其投資規(guī)模大，回報(bào)時(shí)間長，還不適用于當(dāng)前國內(nèi)絕大多數(shù)半自動(dòng)化倉庫的現(xiàn)狀。因此，采用仿真軟件建立模型，對(duì)半自動(dòng)化倉庫的分揀過程進(jìn)行仿真模擬分析，進(jìn)而改進(jìn)現(xiàn)有安排成為了各企業(yè)的不二之選。

本文采用FlexSim仿真軟件建立了一個(gè)訂單分揀模型并對(duì)其進(jìn)行了仿真運(yùn)行，將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析，找到了提升整體運(yùn)作效率的方法，并證實(shí)了其可行性，這對(duì)其他訂單分揀設(shè)施的設(shè)計(jì)安排具有指導(dǎo)意義。

1 FlexSim仿真軟件簡介

FlexSim是美國的FlexSim Software Production公司開發(fā)的一款全新的面向?qū)ο蟮姆抡娼＼浖?，三維效果十分逼真，它在圖形環(huán)境下集成了C++IDE和編譯器。在這個(gè)軟件環(huán)境中，C++可以直接用來設(shè)計(jì)或改進(jìn)模型，而且在編譯過程中不會(huì)出現(xiàn)任何問題，極大地滿足了使用者的多層次需求。FlexSim中架設(shè)有高效的仿真引擎，該引擎可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示所建系統(tǒng)中的三維模型。在仿真進(jìn)行時(shí)，利用該引擎也可以改變模型的部分屬性[2]。

FlexSim軟件的應(yīng)用范圍十分廣泛，可以用于交通線路的規(guī)劃安排、交通流量的數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)能力的仿真與分析、物流設(shè)施的設(shè)計(jì)與規(guī)劃等多個(gè)方面。它是用來對(duì)生產(chǎn)制造、物料處理、物流、交通、管理等離散時(shí)間系統(tǒng)進(jìn)行仿真的軟件，也可以使用FlexSim對(duì)模型中含有真實(shí)的物理實(shí)體的模型進(jìn)行仿真研究。它提供了建模、三維模型顯示、運(yùn)行仿真、數(shù)據(jù)分析及生成三維動(dòng)畫等功能，還提供了Microsoft Excel的接口，可以將數(shù)據(jù)通過Excel文件輕松導(dǎo)入其中?？傮w來說，F(xiàn)lexSim軟件具有三維模型顯示效果好、建模與調(diào)試簡單、仿真模型擴(kuò)展性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2 基于FlexSim的訂單分揀仿真建模

下面以某物流中心的訂單分揀過程為例，詳細(xì)介紹訂單分揀作業(yè)環(huán)節(jié)在FlexSim中的仿真建模。

2.1 訂單分揀作業(yè)過程描述

該物流中心儲(chǔ)存有8種不同類型的貨物，分別存放在8個(gè)貨架上，揀貨車輛需要將貨物按訂單要求搬運(yùn)至分揀臺(tái)，待分揀臺(tái)分揀完畢后由運(yùn)貨車輛將貨物搬運(yùn)至對(duì)應(yīng)的暫存區(qū)。

訂單分揀作業(yè)過程FlexSim布局如圖1所示。

圖1 訂單分揀作業(yè)平面布局

2.2 實(shí)體對(duì)象及參數(shù)設(shè)置

該物流中心訂單分揀作業(yè)需要用到的實(shí)體對(duì)象均可從FlexSim仿真軟件的實(shí)體庫中找到，無需額外導(dǎo)入或設(shè)計(jì)其他實(shí)體。訂單分揀作業(yè)實(shí)體設(shè)備與FlexSim仿真軟件實(shí)體庫中對(duì)象的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 訂單分揀設(shè)施與FlexSim實(shí)體對(duì)應(yīng)關(guān)系

在仿真模型中，實(shí)體對(duì)象的參數(shù)設(shè)置如下：

貨物：設(shè)置有8種類型的貨物，且到達(dá)時(shí)間間隔均服從(0,40)的指數(shù)分布，不同類型的貨物以不同顏色的盒子表示。

貨架：設(shè)置有8個(gè)立體貨架，8種貨物分別儲(chǔ)存在這8個(gè)貨架上，貨架規(guī)格為10行10列，最大存儲(chǔ)容量均為200，當(dāng)仿真開始時(shí)，貨架上均存放有20件對(duì)應(yīng)品種的貨物。當(dāng)貨架達(dá)到最大存儲(chǔ)容量時(shí)，自動(dòng)停止補(bǔ)貨。

分揀叉車：設(shè)置有8輛分揀叉車，負(fù)責(zé)將訂單中的貨物分揀至分揀臺(tái)。每輛叉車最多可以運(yùn)載2個(gè)單位的貨物，最大運(yùn)行速度為2m/s，載貨時(shí)間服從均值為5，標(biāo)準(zhǔn)差為2的正態(tài)分布，卸貨時(shí)間服從均值為3，標(biāo)準(zhǔn)差為1的正態(tài)分布。

分揀臺(tái)：設(shè)置有2座分揀臺(tái)，相互獨(dú)立運(yùn)行，將分揀來的貨物合成一個(gè)訂單，無預(yù)置時(shí)間，分揀時(shí)間服從均值為10，標(biāo)準(zhǔn)差為3的正態(tài)分布。

運(yùn)貨叉車：設(shè)置有2輛運(yùn)貨叉車，負(fù)責(zé)將分揀臺(tái)上合成的訂單運(yùn)送至指定的訂單暫存處。每輛叉車最多可以運(yùn)載1個(gè)訂單的貨物，最大運(yùn)行速度為2m/s，載貨時(shí)間服從均值為7，標(biāo)準(zhǔn)差為2的正態(tài)分布，卸貨時(shí)間服從均值為5，標(biāo)準(zhǔn)差為2的正態(tài)分布。

隊(duì)列：設(shè)置有6個(gè)隊(duì)列，分別存儲(chǔ)6種訂單的貨物，無最大存儲(chǔ)容量。

其中，訂單由托盤生成器發(fā)起，到達(dá)時(shí)間間隔服從(0,6)的指數(shù)分布。訂單詳情見表2。

表2 訂單詳情

3 仿真模型的運(yùn)行與數(shù)據(jù)收集

將仿真系統(tǒng)中1個(gè)單位的仿真時(shí)間設(shè)置為1s,設(shè)置仿真模型運(yùn)行28800個(gè)單位時(shí)間，即對(duì)物流中心的訂單分揀過程仿真8小時(shí)的情況，仿真過程見圖2。

圖2 訂單分揀流程圖

為減少實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)該仿真模型重復(fù)仿真運(yùn)行10次，對(duì)所得重要指標(biāo)求取平均值，即可得到該物流中心訂單分揀過程的各項(xiàng)重要指標(biāo)見表3和表4。

表3 分揀臺(tái)的訂單數(shù)及時(shí)間利用率

表4 運(yùn)貨叉車的時(shí)間利用率

4 數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化

通過FlexSim軟件建立仿真模型，運(yùn)行該模型并觀察其仿真過程，結(jié)合輸出結(jié)果對(duì)訂單分揀系統(tǒng)加以分析，我們可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的問題。

由表3可以看出，分揀臺(tái)有近40%的時(shí)間處于閑置的狀態(tài)，這說明了運(yùn)貨叉車的效率不足，不能夠滿足分揀臺(tái)輸出的需要。由表4可知，運(yùn)貨叉車的閑置時(shí)間占總時(shí)間的20%左右，也處于較高的水平，這進(jìn)一步說明運(yùn)貨叉車與分揀臺(tái)的配合不合理，使得雙方都存在時(shí)間的浪費(fèi)，制約了效率的提升。因此，可以考慮通過增加揀貨車輛數(shù)量來增加揀貨效率，而采用自動(dòng)化的流水線完成將分揀后的訂單運(yùn)至對(duì)應(yīng)暫存區(qū)的環(huán)節(jié)，使得整個(gè)分揀系統(tǒng)的運(yùn)作效率得到提高。

在分揀貨物環(huán)節(jié)增加2輛揀貨車輛，即將原來屬于運(yùn)送訂單的車輛移動(dòng)至分揀環(huán)節(jié)，在原系統(tǒng)中增加運(yùn)行速度為2m/s的自動(dòng)化流水線完成對(duì)貨物的運(yùn)送。

對(duì)調(diào)整參數(shù)后的仿真模型重新運(yùn)行10次，對(duì)所得重要指標(biāo)求取平均值，即可得到該物流中心改進(jìn)后的訂單分揀過程的重要指標(biāo)見表5。

表5 改進(jìn)后分揀臺(tái)分揀訂單數(shù)及時(shí)間利用率

由表5可以看出，改進(jìn)后分揀臺(tái)的閑置時(shí)間比例接近為0，這說明改進(jìn)后的分揀臺(tái)的效率得到了極大提升，而該物流系統(tǒng)中的叉車數(shù)量并未增多，控制了物流分揀過程的人力成本。在采取傳送帶后，兩分揀臺(tái)由于不需要等待運(yùn)貨車輛將該訂單的貨物運(yùn)走，而提高了整體的分揀效率，由之前的317單增長為380單，提升了近20%的效率。這直接體現(xiàn)了自動(dòng)化設(shè)備在物流作業(yè)中的巨大優(yōu)勢，雖然采用全自動(dòng)傳送帶的使得該物流中心的前期投入較大，但從長遠(yuǎn)來看，仍不失為一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。改進(jìn)后系統(tǒng)的效率主要由分揀貨物環(huán)節(jié)制約，可以采用堆垛機(jī)代替人工叉車使其進(jìn)一步提升。

5 結(jié)論

訂單分揀系統(tǒng)基于客戶訂單實(shí)現(xiàn)物品的揀選與組配，是企業(yè)滿足需求變化、提高服務(wù)質(zhì)量、促進(jìn)物流成本的合理化的重要環(huán)節(jié)，也是物流配送的核心設(shè)施。訂單分揀是降低訂單交付時(shí)間和運(yùn)營成本的關(guān)鍵流程，在很大程度上影響著整個(gè)物流過程的運(yùn)行效率與運(yùn)作成本[3]。利用FlexSim等仿真軟件對(duì)訂單分揀系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模、運(yùn)行、分析并優(yōu)化改進(jìn)，可以進(jìn)一步提高物流系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低成本，為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，給客戶帶來方便與實(shí)惠。