2022-09-14 09:44
[导读]随着自动化立体仓库(AS/RS)技术发展得越来越成熟，其在国内各行各业的应用也越来越普遍，而引入一套自动化立体仓库，就必然需要为其配置自动化程度与其相当或更高的入库、出库等物流输送系统，若在入库、出库等输送环节出现瓶颈，则必然会影响自动化立体仓库的仓储效率，导致没有发挥出其应有的作用。
FlexSim是一款通用离散仿真软件，集计算机三维图像处理技术、仿真技术、数据处理技术等为一体，为制造业、物流业等领域服务。运用FlexSim对系统进行仿真，可以在计算机内建立研究对象的系统三维模型，然后，对模型进行各种分析和数据验证，最终获得优化设计和改造方案。
本案例以某在建造纸厂的成品纸自动化立体仓库的“入库输送系统”为研究对象，首先，对系统建立FlexSim模型，然后，对模型进行仿真运行，发现“拥堵点”，分析关键设备的统计数据，再根据这些信息进行模型优化，最后，对优化前后的统计数据进行对比，以证实优化结果的有效性。
一、系统分析
该输送系统方案中，实际设备数量为105台，设备种类及功能见表1，系统布局见图1。
表1 设备种类及功能
图1 系统布局图
1.1 系统主要工艺流程
本输送系统主要功能有:纸垛输送、托盘输送、拆盘、托盘置入、成品纸垛入库等，通过系统中各输送设备及处理设备实现。具体工艺流程见图2。
图2 输送系统工艺流程图
二、系统建模
2.1 模型布置
根据该系统的实际设备尺寸、位置、输送方向等，在FlexSim模型界面中布置128个实体来实现该系统的功能，具体实体种类及实现的功能见表2。
2.2 模型连线及属性设置
根据系统工艺流程，对模型中所有实体进行连线，以实现临时实体(纸垛、托盘、成品纸垛)的输送去向。
对每个固定实体进行属性设置，主要设置参数见表2。
表2 模型实体种类及功能
2.3 模型仿真运行
“重置—运行”模型，观察系统运行情况:①2台发生器(升降机)每30秒发出一个临时实体，每个临时实体具备不同的颜色，表示其不同的类型;②托盘从托盘发生器进入输送系统，根据指令输送至对应的托盘输送线路，在分解器处分解为8个托盘，准备进入合成器工位;③临时实体到达合成器，托盘同时进入，合成器输出1件与原临时实体颜色一样的临时实体;④临时实体根据类型分别被输送至对应的入库位。
模型及运行情况见图3。”
图3 FlexSim 模型及运行情况
三、模型分析
3.1 系统拥堵分析
观察系统运行，发现经过线路一、二、三加工完成后的成品纸垛，都需要汇入线路四，故在此交汇处产生拥堵导致停机，为“拥堵点”，如图4。
图4 系统拥堵点
3.2 主要设备利用率分析
分析处理器(托盘置入装置)和分解器(拆盘机):分解器的处理时间为70s，而处理器的处理时间为45s，这就导致纸垛输送至处理器处时，需要等待分解器完成托盘拆垛工作再进行处理，从而处理器存在空闲时间，利用率较低。
模型运行24小时，处理器的统计数据如图5。
图5 模型运行24小时处理器的统计数据
3.3 系统总入库量
统计系统运行24小时的总入库量，以便与优化后的系统进行数据对比，如图6。
图6 模型运行24小时的总入库量
四、系统优化
4.1 优化策略及结果
①考虑处理器的利用率低，故可以将线路二中的处理器二取消，从而撤销线路二;②保留为线路二提供托盘的拆盘机二所在的线路，改为可以为线路一、线路三的处理器随时补充托盘，此规划可以缓解处理器一、三的等待问题。
优化后的系统布局见图7，FlexSim模型见图8。
图7 优化后的系统布局图( 部分)
图8 优化后的 FlexSim 模型
4.2 优化数据分析
4.2.1 处理器统计数据
系统优化前后运行24小时处理器(托盘置入装置)的统计数据见表3，对比可看出，单台设备输出量增加50%左右，设备利用率提高27%左右。
表3 处理器统计数据对比
4.2.2 系统入库总量统计数据
系统优化前后总入库量统计数据见表4，可以看出，单个货位入库量虽然有不同程度的上下浮动，但总入库量是一样的。
表4 总入库量统计数据对比
4.2.3 设备数量及成本
经过优化，对系统中的设备进行了重新配置，减少了一台专机(托盘置入装置)和9条输送线，系统总设备数从105台减至95台。
4.3 优化效果分析
通过以上数据，可以得出:①设备数量减少10%，故硬件成本减少10%;②2台处理器(托盘置入装置)的利用率大幅提高;③系统通过优化，无拥堵;④虽然设备数量减少，但是总入库量保持不变。
五、结论
通过对本案例中自动化立体仓库“入库输送系统”的FlexSim建模、仿真，分析了模型的运行情况及系统瓶颈，针对性的做了新的设备规划，在保证系统输送入库产品总量不变的前提下，通过提高瓶颈设备的使用效率，减少了设备数量，降低了硬件成本。
本次工作验证了利用FlexSim等计算机仿真软件对物流系统整体规划方案进行建模、仿真、优化的工作的可行性、有效性。
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作者：上海中船重工船舶推进设备有限公司刘晔/张一珏
来源：《物流工程与管理》
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