□ 劉 曄，張一玨

(上海中船重工船舶推進(jìn)設(shè)備有限公司，上海 200031)

隨著自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)(AS/RS)[1-2]技術(shù)發(fā)展得越來(lái)越成熟，其在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越普遍，而引入一套自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，就必然需要為其配置自動(dòng)化程度與其相當(dāng)或更高的入庫(kù)、出庫(kù)等物流輸送系統(tǒng)[3]，若在入庫(kù)、出庫(kù)等輸送環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸，則必然會(huì)影響自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的倉(cāng)儲(chǔ)效率，導(dǎo)致沒(méi)有發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

FlexSim[4-6]是一款通用離散仿真軟件，集計(jì)算機(jī)三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等為一體，為制造業(yè)、物流業(yè)等領(lǐng)域服務(wù)。運(yùn)用FlexSim對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立研究對(duì)象的系統(tǒng)三維模型，然后，對(duì)模型進(jìn)行各種分析和數(shù)據(jù)驗(yàn)證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造方案。

本案例以某在建造紙廠的成品紙自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的“入庫(kù)輸送系統(tǒng)”為研究對(duì)象，首先，對(duì)系統(tǒng)建立FlexSim模型，然后，對(duì)模型進(jìn)行仿真運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)“擁堵點(diǎn)”，分析關(guān)鍵設(shè)備的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些信息進(jìn)行模型優(yōu)化，最后，對(duì)優(yōu)化前后的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以證實(shí)優(yōu)化結(jié)果的有效性[7]。

1 系統(tǒng)分析

該輸送系統(tǒng)方案中，實(shí)際設(shè)備數(shù)量為105臺(tái)，設(shè)備種類(lèi)及功能見(jiàn)表1，系統(tǒng)布局見(jiàn)圖1。

表1 設(shè)備種類(lèi)及功能

圖1 系統(tǒng)布局圖

1.1 系統(tǒng)主要工藝流程

本輸送系統(tǒng)主要功能有：紙垛輸送、托盤(pán)輸送、拆盤(pán)、托盤(pán)置入、成品紙垛入庫(kù)等，通過(guò)系統(tǒng)中各輸送設(shè)備及處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)。具體工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 輸送系統(tǒng)工藝流程圖

2 系統(tǒng)建模

2.1 模型布置

根據(jù)該系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)備尺寸、位置、輸送方向等，在FlexSim模型界面中布置128個(gè)實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的功能，具體實(shí)體種類(lèi)及實(shí)現(xiàn)的功能見(jiàn)表2。

表2 模型實(shí)體種類(lèi)及功能

2.2 模型連線及屬性設(shè)置

根據(jù)系統(tǒng)工藝流程，對(duì)模型中所有實(shí)體進(jìn)行連線，以實(shí)現(xiàn)臨時(shí)實(shí)體(紙垛、托盤(pán)、成品紙垛)的輸送去向。

對(duì)每個(gè)固定實(shí)體進(jìn)行屬性設(shè)置，主要設(shè)置參數(shù)見(jiàn)表2。

2.3 模型仿真運(yùn)行

“重置——運(yùn)行”模型，觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況：①2臺(tái)發(fā)生器(升降機(jī))每30秒發(fā)出一個(gè)臨時(shí)實(shí)體，每個(gè)臨時(shí)實(shí)體具備不同的顏色，表示其不同的類(lèi)型；②托盤(pán)從托盤(pán)發(fā)生器進(jìn)入輸送系統(tǒng)，根據(jù)指令輸送至對(duì)應(yīng)的托盤(pán)輸送線路，在分解器處分解為8個(gè)托盤(pán)，準(zhǔn)備進(jìn)入合成器工位；③臨時(shí)實(shí)體到達(dá)合成器，托盤(pán)同時(shí)進(jìn)入，合成器輸出1件與原臨時(shí)實(shí)體顏色一樣的臨時(shí)實(shí)體；④臨時(shí)實(shí)體根據(jù)類(lèi)型分別被輸送至對(duì)應(yīng)的入庫(kù)位。

模型及運(yùn)行情況見(jiàn)圖3。

圖3 FlexSim模型及運(yùn)行情況

3 模型分析

3.1 系統(tǒng)擁堵分析

觀察系統(tǒng)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)線路一、二、三加工完成后的成品紙垛，都需要匯入線路四，故在此交匯處產(chǎn)生擁堵導(dǎo)致停機(jī)，為“擁堵點(diǎn)”，如圖4。

圖4 系統(tǒng)擁堵點(diǎn)

3.2 主要設(shè)備利用率分析

分析處理器(托盤(pán)置入裝置)和分解器(拆盤(pán)機(jī))：分解器的處理時(shí)間為70s，而處理器的處理時(shí)間為45s，這就導(dǎo)致紙垛輸送至處理器處時(shí)，需要等待分解器完成托盤(pán)拆垛工作再進(jìn)行處理，從而處理器存在空閑時(shí)間，利用率較低。

模型運(yùn)行24小時(shí)，處理器的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖5。

圖5 模型運(yùn)行24小時(shí)處理器的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

3.3 系統(tǒng)總?cè)霂?kù)量

統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行24小時(shí)的總?cè)霂?kù)量，以便與優(yōu)化后的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖6。

圖6 模型運(yùn)行24小時(shí)的總?cè)霂?kù)量

4 系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 優(yōu)化策略及結(jié)果

①考慮處理器的利用率低，故可以將線路二中的處理器二取消，從而撤銷(xiāo)線路二；

②保留為線路二提供托盤(pán)的拆盤(pán)機(jī)二所在的線路，改為可以為線路一、線路三的處理器隨時(shí)補(bǔ)充托盤(pán)，此規(guī)劃可以緩解處理器一、三的等待問(wèn)題。

優(yōu)化后的系統(tǒng)布局見(jiàn)圖7，F(xiàn)lexSim模型見(jiàn)圖8。

圖7 優(yōu)化后的系統(tǒng)布局圖(部分)

圖8 優(yōu)化后的FlexSim模型

4.2 優(yōu)化數(shù)據(jù)分析

4.2.1 處理器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

系統(tǒng)優(yōu)化前后運(yùn)行24小時(shí)處理器(托盤(pán)置入裝置)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，對(duì)比可看出，單臺(tái)設(shè)備輸出量增加50%左右，設(shè)備利用率提高27%左右。

表3 處理器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比

4.2.2 系統(tǒng)入庫(kù)總量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

系統(tǒng)優(yōu)化前后總?cè)霂?kù)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，可以看出，單個(gè)貨位入庫(kù)量雖然有不同程度的上下浮動(dòng)，但總?cè)霂?kù)量是一樣的。

表4 總?cè)霂?kù)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比

4.2.3 設(shè)備數(shù)量及成本

經(jīng)過(guò)優(yōu)化，對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行了重新配置，減少了一臺(tái)專(zhuān)機(jī)(托盤(pán)置入裝置)和9條輸送線，系統(tǒng)總設(shè)備數(shù)從105臺(tái)減至95臺(tái)。

4.3 優(yōu)化效果分析

通過(guò)以上數(shù)據(jù)，可以得出：①設(shè)備數(shù)量減少10%，故硬件成本減少10%；②2臺(tái)處理器(托盤(pán)置入裝置)的利用率大幅提高；③系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化，無(wú)擁堵；④雖然設(shè)備數(shù)量減少，但是總?cè)霂?kù)量保持不變。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)本案例中自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)“入庫(kù)輸送系統(tǒng)”的FlexSim建模、仿真，分析了模型的運(yùn)行情況及系統(tǒng)瓶頸，針對(duì)性的做了新的設(shè)備規(guī)劃，在保證系統(tǒng)輸送入庫(kù)產(chǎn)品總量不變的前提下，通過(guò)提高瓶頸設(shè)備的使用效率，減少了設(shè)備數(shù)量，降低了硬件成本。

本次工作驗(yàn)證了利用FlexSim等計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)物流系統(tǒng)整體規(guī)劃方案進(jìn)行建模、仿真、優(yōu)化的工作的可行性、有效性。