自动出入库输送系统的仿真分析过程

导语

大家好，我是智能仓储物流技术研习社的社长，你的老朋友，老K。

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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》

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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