基于FlexSim的订单分拣系统仿真及优化*

□ 韩嘉童，张莹莹

(重庆大学 自动化学院，重庆 400044)

订单分拣就是依照顾客的订货要求或配送中心的送货计划，尽可能迅速、准确地将商品从其储位拣取出来，并按一定的方式进行分类、集中，等待配装送货的作业过程[1]。随着电子商务的飞速发展，个性化、多样化的需求也在增加，单笔订单中货品的数量越来越少，涉及货品的种类越来越多，进而分拣的难度也在逐渐增加，极大制约了仓库或配送中心的运行效率。分拣作为劳动密集程度最高、占用成本最多的运作方式之一，如何提高其效率成为了各企业优先考虑的问题。近年来，物流业中出现了采用分拣机器人进行分拣的仓库，然而其投资规模大，回报时间长，还不适用于当前国内绝大多数半自动化仓库的现状。因此，采用仿真软件建立模型，对半自动化仓库的分拣过程进行仿真模拟分析，进而改进现有安排成为了各企业的不二之选。

本文采用FlexSim仿真软件建立了一个订单分拣模型并对其进行了仿真运行，将所得数据进行了深入分析，找到了提升整体运作效率的方法，并证实了其可行性，这对其他订单分拣设施的设计安排具有指导意义。

1 FlexSim仿真软件简介

FlexSim是美国的FlexSim Software Production公司开发的一款全新的面向对象的仿真建模软件，三维效果十分逼真，它在图形环境下集成了C++IDE和编译器。在这个软件环境中，C++可以直接用来设计或改进模型，而且在编译过程中不会出现任何问题，极大地满足了使用者的多层次需求。FlexSim中架设有高效的仿真引擎，该引擎可以实时动态地显示所建系统中的三维模型。在仿真进行时，利用该引擎也可以改变模型的部分属性[2]。

FlexSim软件的应用范围十分广泛，可以用于交通线路的规划安排、交通流量的数据分析、生产能力的仿真与分析、物流设施的设计与规划等多个方面。它是用来对生产制造、物料处理、物流、交通、管理等离散时间系统进行仿真的软件，也可以使用FlexSim对模型中含有真实的物理实体的模型进行仿真研究。它提供了建模、三维模型显示、运行仿真、数据分析及生成三维动画等功能，还提供了Microsoft Excel的接口，可以将数据通过Excel文件轻松导入其中。总体来说，FlexSim软件具有三维模型显示效果好、建模与调试简单、仿真模型扩展性强等诸多优点。

2 基于FlexSim的订单分拣仿真建模

下面以某物流中心的订单分拣过程为例，详细介绍订单分拣作业环节在FlexSim中的仿真建模。

2.1 订单分拣作业过程描述

该物流中心储存有8种不同类型的货物，分别存放在8个货架上，拣货车辆需要将货物按订单要求搬运至分拣台，待分拣台分拣完毕后由运货车辆将货物搬运至对应的暂存区。

订单分拣作业过程FlexSim布局如图1所示。

图1 订单分拣作业平面布局

2.2 实体对象及参数设置

该物流中心订单分拣作业需要用到的实体对象均可从FlexSim仿真软件的实体库中找到，无需额外导入或设计其他实体。订单分拣作业实体设备与FlexSim仿真软件实体库中对象的对应关系如表1所示。

表1 订单分拣设施与FlexSim实体对应关系

在仿真模型中，实体对象的参数设置如下：

货物：设置有8种类型的货物，且到达时间间隔均服从(0,40)的指数分布，不同类型的货物以不同颜色的盒子表示。

货架：设置有8个立体货架，8种货物分别储存在这8个货架上，货架规格为10行10列，最大存储容量均为200，当仿真开始时，货架上均存放有20件对应品种的货物。当货架达到最大存储容量时，自动停止补货。

分拣叉车：设置有8辆分拣叉车，负责将订单中的货物分拣至分拣台。每辆叉车最多可以运载2个单位的货物，最大运行速度为2m/s，载货时间服从均值为5，标准差为2的正态分布，卸货时间服从均值为3，标准差为1的正态分布。

分拣台：设置有2座分拣台，相互独立运行，将分拣来的货物合成一个订单，无预置时间，分拣时间服从均值为10，标准差为3的正态分布。

运货叉车：设置有2辆运货叉车，负责将分拣台上合成的订单运送至指定的订单暂存处。每辆叉车最多可以运载1个订单的货物，最大运行速度为2m/s，载货时间服从均值为7，标准差为2的正态分布，卸货时间服从均值为5，标准差为2的正态分布。

队列：设置有6个队列，分别存储6种订单的货物，无最大存储容量。

其中，订单由托盘生成器发起，到达时间间隔服从(0,6)的指数分布。订单详情见表2。

表2 订单详情

3 仿真模型的运行与数据收集

将仿真系统中1个单位的仿真时间设置为1s,设置仿真模型运行28800个单位时间，即对物流中心的订单分拣过程仿真8小时的情况，仿真过程见图2。

图2 订单分拣流程图

为减少实验误差，对该仿真模型重复仿真运行10次，对所得重要指标求取平均值，即可得到该物流中心订单分拣过程的各项重要指标见表3和表4。

表3 分拣台的订单数及时间利用率

表4 运货叉车的时间利用率

4 数据分析及优化

通过FlexSim软件建立仿真模型，运行该模型并观察其仿真过程，结合输出结果对订单分拣系统加以分析，我们可以发现该系统在运行过程中的问题。

由表3可以看出，分拣台有近40%的时间处于闲置的状态，这说明了运货叉车的效率不足，不能够满足分拣台输出的需要。由表4可知，运货叉车的闲置时间占总时间的20%左右，也处于较高的水平，这进一步说明运货叉车与分拣台的配合不合理，使得双方都存在时间的浪费，制约了效率的提升。因此，可以考虑通过增加拣货车辆数量来增加拣货效率，而采用自动化的流水线完成将分拣后的订单运至对应暂存区的环节，使得整个分拣系统的运作效率得到提高。

在分拣货物环节增加2辆拣货车辆，即将原来属于运送订单的车辆移动至分拣环节，在原系统中增加运行速度为2m/s的自动化流水线完成对货物的运送。

对调整参数后的仿真模型重新运行10次，对所得重要指标求取平均值，即可得到该物流中心改进后的订单分拣过程的重要指标见表5。

表5 改进后分拣台分拣订单数及时间利用率

由表5可以看出，改进后分拣台的闲置时间比例接近为0，这说明改进后的分拣台的效率得到了极大提升，而该物流系统中的叉车数量并未增多，控制了物流分拣过程的人力成本。在采取传送带后，两分拣台由于不需要等待运货车辆将该订单的货物运走，而提高了整体的分拣效率，由之前的317单增长为380单，提升了近20%的效率。这直接体现了自动化设备在物流作业中的巨大优势，虽然采用全自动传送带的使得该物流中心的前期投入较大，但从长远来看，仍不失为一个经济实用的方案。改进后系统的效率主要由分拣货物环节制约，可以采用堆垛机代替人工叉车使其进一步提升。

5 结论

订单分拣系统基于客户订单实现物品的拣选与组配，是企业满足需求变化、提高服务质量、促进物流成本的合理化的重要环节，也是物流配送的核心设施。订单分拣是降低订单交付时间和运营成本的关键流程，在很大程度上影响着整个物流过程的运行效率与运作成本[3]。利用FlexSim等仿真软件对订单分拣系统进行仿真建模、运行、分析并优化改进，可以进一步提高物流系统的运行效率，降低成本，为企业带来经济效益，给客户带来方便与实惠。