雷振垅 LEI Zhen-long；黃靜 HUANG Jing

（①杭州德意智家股份有限公司，杭州 311231；②南京航空航天大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，南京 211100）

0 引言

現(xiàn)代化智能工廠布局正在從傳統(tǒng)的平面布局設(shè)計向集成化和立體化方向發(fā)展，其典型特征是不同功能的生產(chǎn)線、設(shè)備、物料等布置在不同的樓層，各個生產(chǎn)單元和物料單元通過貨運電梯、傳送帶等聯(lián)接起來，形成立體智能工廠。

智能工廠立體物流系統(tǒng)具有“跨度大、穩(wěn)定性差而動態(tài)性強”等特征，在智能物流的有關(guān)研究中，仿真技術(shù)受到了廣泛重視[1，2]，但當(dāng)前對智能物流的研究主要集中在平面物流[3，4]，鮮有針對立體工廠物流系統(tǒng)的研究[5]。立體物流系統(tǒng)往往由于路線存在交叉迂回、協(xié)同運輸?shù)仍?，?dǎo)致優(yōu)化難度大。因而，本研究以某廚衛(wèi)家電龍頭企業(yè)的智能工廠的立體物流系統(tǒng)設(shè)計為例，采用Anylogic 工具進行建模和仿真分析，為智能制造企業(yè)立體物流系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供方法參考。

1 智能工廠立體物流路徑規(guī)劃

某家電龍頭企業(yè)智能工廠一樓由沖壓精工車間和涂裝車間組成。涂裝車間是智能無人車間，沖壓精工車間加工形成的半成品有兩條物流運輸路線，一部分運輸?shù)揭粯请娞莸饺龢茄b配，一部分半成品運輸至涂裝車間進行加工，繼而通過涂裝車間的傳送帶運輸至三樓。

由于工藝的復(fù)雜性和物流通道限制等因素，首先采用系統(tǒng)設(shè)施布置法（Systematic Layout Planning，SLP）對人工運輸路線和AGV 運輸路線進行規(guī)劃，以減少物流路徑的交叉和迂回，一樓和三樓的內(nèi)部物流都由AGV 和人工搬運共同完成（見表1），兩個樓層由電梯聯(lián)接，其車間物流路線如圖1 所示。但是，在立體物流系統(tǒng)設(shè)計中，有A 型和B 型料車可供選擇，其中A 型料車的通用性更好但成本較高，并且AGV 的數(shù)量和速度仍需進一步分析確定。

圖1 智能工廠物流路徑

表1 智能工廠立體物流路徑

2 智能工廠立體物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化

2.1 仿真建模流程

研究主要考慮AGV 的活動，不考慮人工搬運的影響，即一切物流活動的起點是從AGV 的搬運開始的。由于車間物流是一個離散事件，本文利用Anylogic 8.7.2 Professional 仿真軟件和離散事件建模與仿真方法，對企業(yè)的物流活動進行建模和仿真。建模流程如圖2 所示。

圖2 仿真建模流程圖

2.2 仿真模型構(gòu)建

采用Anylogic 軟件中的物料搬運庫對智能工廠進行建模，以Source 為起點，產(chǎn)生智能體，再經(jīng)過各種流程，最終以Sink 為終點。涂裝車間無需人員進入，沒有人工物流運輸，故只在流程中用service 代替。邏輯流程圖如圖3所示。

圖3 邏輯流程圖

2.3 仿真參數(shù)設(shè)置

仿真允許AGV 進入電梯，即一樓AGV 運送貨物，等待電梯，然后進電梯繼續(xù)在三樓運輸，直至運輸任務(wù)結(jié)束。AGV 調(diào)度采取距離智能體最近的策略，同時取消的運輸車返回到歸屬地位置。為了減少碰撞，考慮在AGV 路徑密集的路口或節(jié)點增加區(qū)域限制，一次僅允許通過一輛AGV，如果路口或節(jié)點有AGV 正在通過，那么在區(qū)域外等待，直至區(qū)域內(nèi)的AGV 通過為止。主要技術(shù)參數(shù)及其數(shù)值或說明如表2 所示。

表2 主要參數(shù)設(shè)置

3 仿真優(yōu)化結(jié)果分析

仿真結(jié)果如表3 所示，在AGV 速度相同的情況下，采用A 型料車要求的AGV 數(shù)量要比采用B 型料車的多1臺，且采購件換車點托盤位增加1 個，且在AGV0.5m/s 的條件下采購件換車點料車位增加一個，從降低AGV 數(shù)量和減少不必要的車間空間占用的角度來看，B 型料車是一種更好的選擇。

表3 采用不同料車得到的優(yōu)化結(jié)果

分析表明，通過對AGV 密集路口設(shè)置區(qū)域限制，不僅緩解了物流壓力，避免了碰撞，還幫助企業(yè)減少了AGV 所需數(shù)量，提高了AGV 利用率，此時得到的最優(yōu)方案是，料車采用B 型，AGV 速度設(shè)置為1m/s，AGV 數(shù)量共8 臺，最終優(yōu)化效果對比如表4 所示，可以看出，通過仿真優(yōu)化，可以大大降低整個物流系統(tǒng)的成本、提高車間物流的效率。

表4 采用B 型料車時優(yōu)化成效

4 結(jié)論

智能物流系統(tǒng)的典型特征是AGV 的應(yīng)用，本文通過建立智能工廠立體物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化模型，為基于AGV的智能物流系統(tǒng)評估提供了新的視角。研究以某家電龍頭企業(yè)智能工廠的立體物流系統(tǒng)設(shè)計為例，對車間物料路徑進行規(guī)劃，提出仿真優(yōu)化方案，采用Anylogic 工具進行建模和仿真分析，并對優(yōu)化結(jié)果進行了對比分析，給出了最優(yōu)的料車選型、AGV 數(shù)量及其速度。本文為企業(yè)搭建了完整的AGV 運行仿真環(huán)境，推進企業(yè)同步立體物流系統(tǒng)的實施，有利于企業(yè)降低物流系統(tǒng)成本和智能制造成本。在以后的研究中，將會對參數(shù)進行再優(yōu)化，使建立的仿真模型更貼近實際，并且計劃運用機器學(xué)習(xí)算法對系統(tǒng)進行優(yōu)化，希望可以進一步優(yōu)化智能工廠立體物流系統(tǒng)。