基于Flexsim的自动化立体仓库仿真与优化

张询影 张培斯

【摘要】由于计算机信息技术的迅猛发展，市场竞争激烈，对于企业的要求也就越高，随着企业规模的发展，其物流系统就会越来越受到重视，自动化立体仓库由于其的存取自动和操作简便，大大受到了社会的关注和广泛的应用，如何提高自动化立体仓库的运行效率也成了各个企业关注的焦点。计算机仿真软件能够进行离散系统建模仿真，是优化分析立体自动化仓库的理想选择。本文以某企业为例，通过实地考察该企业的仓库，了解该仓库的设备摆放以及作业流程，将其在flexsim中进行建模，然后在对其进行仿真分析。

【关键词】自动化立体仓库 Flexsim 建模 仿真

一、基于Flexsim的某企业自动化立体仓库分析

（一）某企业自动化立体仓库概述

某企业主要从事单车零部件的储存与组装，仓库为单元货架式自动化立体仓库，主要存储四种货物，每种货物都有相对应的货架。货架分为两组，每组两排，中间留有空道，供堆垛起重机行走。该仓库的货物存取、搬运都是计算机自行控制完成的。

（二）某自动化立体仓库相关设备及其技术参数

图1某企业仓库平面布局图

（1）订单最近呈上升趋势，货物日到达仓库的量由600上升到900到1200不等。

（2）自动化立体仓库面积：库区长60m，宽15m，面积为900m2，高度15m；物品外形尺寸（mm）：1000×900×（≤1200）；空托盘外形尺寸（mm）：1000×900×200；实托盘外形尺寸（mm）：1000×900×（≤1400）。

（3）常用仓储设备的技术参数：①货架。货位空间尺寸为：1200长×800宽×1500高mm；货架间距：250mm，巷道间距：1200mm；货位数：10列×10行×4=400個。②处理器。处理器用于检验货物是否合格，入库区有4台；处理器的处理时间（为30S。③输送机。入库区输送机的速度为2m/s，容量1盘，货格相距0.5m。其余各部分的输送速度也均为1m/s。④人工叉车。仓库中共有1台叉车，用来负责出库的运送。它的最大行走速度为200m/min行走加速度为1m/s2。⑤巷道堆垛机。该仓库有2个堆垛机用于负责两侧货架的存取。最大行走速度为300m/min，行走加速度为2m/s2，最大升降速度为35m/min，升降加速度为2m/s2，最大伸叉速度为30m/min，伸叉加速度为2m/s2。图1是该仓库的平面示意图。

（三）建立FLEXSIM模型

建模分为两个阶段入库与出库，以下是FLEXSIM建模图（见图2和图3）。

二、自动化立体仓库仿真分析

（一）仿真模型运行及结果统计

建模完成后，输出成excel表格，如图4和图5。

以下从模型的各个基本实体中，抽取出其中一部分实体，统计其在运行过程中的各种状态、所占比例，制成综合成表。

（1）检验器。检验器主要将分拣出来的货物进行查验，查看货物是否合格。检验器的主要评价指标为工作时间、闲置率。通过检验器属性统计分页，可以得到工作台相关数据所占百分比。

根据检验台属性统计，绘制成以下表格，各工作台运行情况如表1所示。

（2）堆垛机。堆垛机主要进行对已检验的货物进行上架和对需要出库的货物进行取货运送。堆垛机运行状况的主要评价指标是空载行驶、满载行驶。通过堆垛机的属性统计分页，可以得出表2。（3）货架。货架的主要评价指标是最大库存量、库存均值、输入货物总数、输出货物总数，现将仿真数据记录如表

（4）出库缓存区。在出库缓存区的叉车只有一辆，导致货物堆积。

（二）仿真结果分析

根据模型模拟运行24349s时的图表，分析结果如下：

（1）通过表1可以看出，检验台运行是空闲时间较长。这主要是因为，检验器主要接收按系列分拣后的产品，而货物出库速度并不快，检验后直接由传送带送走。因此，模型中的临时实体到达时间间隔应制定得更短为宜。

（2）从表2和表3可以看出货架和堆垛机的利用率都很高，而堆垛机不能跟上货物运输的速度。导致货物在传送带堵住。在开始仿真后期，货架上的货物数量不断增加的，说明在这段时间内货物入库的速度远大于货物出库的速度。

三、自动化立体仓库的分析优化

（一）优化方案

通过分析结果中可以清楚的了解到该系统现在的运行方式在接下来的货物到达时，检验器的空闲时间明显比处理时间所占百分比大，堆垛机入库速度赶不上货物到出库速度，仿真后期货架的容量明显不够。对于这些问题，可以通过修改货物入库的时间间隔，货物的运输方式，还有货架的参数还解决。

本文在不改动其他参数的前提下，单一的修改某一个参数，从而观察其对整个过程的影响，具体操作如下：

（1）不改变其他参数，修改发生器的临时实体到达时间间隔，在对该系统进行仿真；

（2）改变运输工具的个数，或者改变运输工具的参数，再对该系统进行仿真。

（3）添加一个新的仿真实体使得其能解决该问题，再对该系统进行仿真。

（4）结果前面三个步骤，对新的模型最后进行运行并生产结果。

在优化该系统的过程中，通过逐一对参数的修改，了解该参数对系统的影响，找到最终适合的参数，通过这些步骤来达到优化模型。

（二）模型修改及仿真

以上面对该仓库的分析和优化方案为依据，将模型进行多次修改，从而找出目前最合适的修改方案，现对该模型做出如下修改：

（1）由于检验台的空闲时间太长，根据最近订单统计，预计未来入库货物会增加，所以缩短货物入库的时间间隔。做出以下修改：将发生器临时实体的到达时间间隔从10秒改为4秒；提高分拣传送带的运输速度，将原来的1改为3。

（2）不改变其他参数，只改变运输工具，发现运输工具不影响该系统的运行结果，所以不对运输方式进行修改。

（3）由仿真运行结果可知，当仿真过程运行至后半段时，货物会在货架台的传送带上堆积，导致堵塞。可以考虑在传送带前添加一个入库缓冲区。

（4）因出库效率太低，货物在出库缓冲区内堆积。从而可以考虑在出库缓冲台边再加一台叉车作为出库运输工作。

（5）因货物在货架前等候时间太长，故将堆垛机的一次运输的容量由1改为2。修改模型如图6所示：

（三）模型优化分析

通过以上修改，重置运行模型后，得到以下的统计结果。对比优化前的数据，得到以下表格：

（2）堆垛机优化前后运行对比情况如表5所示。

以上结果可以知道，通过修改模型，使得该仓库的运行效率得到提高，从而优化了投资效益。