基于EIQFlexsim的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于eiqflexsim的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，eiq分析法作為現(xiàn)代倉(cāng)庫(kù)管理的一個(gè)新方法，在提升倉(cāng)庫(kù)管理效率，節(jié)約成本方面效果顯著，flexsim對(duì)其規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理具有極大地促進(jìn)作用，通過(guò)系統(tǒng)仿真，可以對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，從而完善自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的總體結(jié)構(gòu)和作業(yè)流程。文章綜合運(yùn)用兩種技術(shù)對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求達(dá)到提高倉(cāng)庫(kù)的利用率、降低成本的目標(biāo)。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)；倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備；eiq；flexsim 中圖分類號(hào)：f406.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 作為物流中心的一個(gè)組成部分，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是指采用幾層、十幾層乃至

2、幾十層的貨架儲(chǔ)存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運(yùn)設(shè)備在不直接進(jìn)行人工干預(yù)情況下，進(jìn)行貨物入庫(kù)和出庫(kù)作業(yè)的倉(cāng)庫(kù)。它集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、傳感器和自動(dòng)控制等多種技術(shù)于一體1，以搬運(yùn)機(jī)械化、控制自動(dòng)化、管理微機(jī)化、信息網(wǎng)絡(luò)化為特征2，對(duì)提高生產(chǎn)率和降低成本具有重要的意義。其組成部分包括立體貨架、堆垛機(jī)、出入庫(kù)托盤(pán)輸送機(jī)系統(tǒng)、尺寸檢測(cè)條碼閱讀系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及其他如電線電纜橋架配電柜、托盤(pán)、調(diào)節(jié)平臺(tái)、鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)等輔助設(shè)備組成的復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)相比，具有節(jié)約用地、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、消除差錯(cuò)、提高倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化水平及管理水平、提高管理和操作人員

3、素質(zhì)、降低儲(chǔ)運(yùn)損耗、有效地減少流動(dòng)資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。eiq分析是日本權(quán)威物流學(xué)家鈴木震先生通過(guò)40多年的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)積累，所獨(dú)創(chuàng)的一種分析方法。通過(guò)對(duì)eiq資料的分析與計(jì)算，可以為倉(cāng)儲(chǔ)所需要的設(shè)備種類或自動(dòng)化程度提供決策依據(jù)3，不致因?yàn)檫^(guò)度自動(dòng)化導(dǎo)致財(cái)力的浪費(fèi)，無(wú)法發(fā)揮設(shè)備預(yù)期效果，反而干擾作業(yè)。倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，難以用數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確描述，即便建立了數(shù)學(xué)模型，也可能由于其過(guò)于復(fù)雜而無(wú)法求解或優(yōu)化4。flexsim是一款針對(duì)生產(chǎn)、物流等系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)，具有面向?qū)ο蠼?、可視化、開(kāi)放性等諸多優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)仿真不僅可以對(duì)模型進(jìn)行精確的描述，而且節(jié)約時(shí)間，仿真結(jié)果直觀可信

4、。 1 倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 1.1 eiq分析 進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，通常考慮商品的分類方法、倉(cāng)庫(kù)總體規(guī)模的設(shè)置、基本作業(yè)流程和作業(yè)布局、倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部設(shè)計(jì)及倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)成本分析等方面的要求。這些都是基于大量數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計(jì)與分析的基礎(chǔ)上的，一般會(huì)從企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)中導(dǎo)出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行eiq分析，從客戶訂單的品項(xiàng)、數(shù)量、訂貨次數(shù)出發(fā)，分析en（每張訂單的訂貨品相數(shù)量分析）、eq（每張訂單的訂貨數(shù)量分析）、iq（每個(gè)單品的訂貨數(shù)量分析）、ik（每個(gè)單品的訂貨次數(shù)分析）項(xiàng)目的分析，同時(shí)考慮倉(cāng)庫(kù)的占地面積、商品的存儲(chǔ)量等多方因素來(lái)確定系統(tǒng)的貨位設(shè)計(jì)5、設(shè)備的選擇、物料的走向和效率。 以某倉(cāng)庫(kù)一周內(nèi)的出貨資料

5、為例，運(yùn)用eiq分析法對(duì)倉(cāng)庫(kù)設(shè)備選型和揀選策略進(jìn)行分析（如表1所示）。 根據(jù)iq-abc分類法6對(duì)各商品進(jìn)行分類得出：i7、i9的品種比為20%，數(shù)量比為37%，確定為a類商品；i4、i8、i5的品種比為33.3%，數(shù)量比為28.52%，確定為b類商品；其余品種比為46.7%，數(shù)量比為34.48%為c類商品。iq分析后可以看出貨物在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的流量，該倉(cāng)庫(kù)可將商品分類分區(qū)儲(chǔ)存，保證a類商品存貨充足且儲(chǔ)位固定，儲(chǔ)存空間較大，儲(chǔ)存位置接近出貨口以便出貨。 根據(jù)eq-abc法對(duì)各類訂單進(jìn)行分類得出：e5、e16、e15、e12、e4的訂單比為25%，數(shù)量比為34.17%；e17、e18、e19、e9、e

6、3、e20的訂單比為33.3%，數(shù)量比為30.09%；其余訂單的訂單比為41.7%，數(shù)量比為35.74%確定為c類訂單。通過(guò)eq分析可以得出，倉(cāng)庫(kù)可對(duì)訂單進(jìn)行分類管理，保證a類訂單優(yōu)先處理，保證其訂貨信息準(zhǔn)確迅速傳遞。 對(duì)en分析，可以看出出庫(kù)商品總品種數(shù)共10種，而出貨品種累計(jì)數(shù)達(dá)194種，說(shuō)明該倉(cāng)庫(kù)的訂單出貨重復(fù)率高，可以采取批量撿取方式揀貨。 進(jìn)行ik分析時(shí)，結(jié)合iq計(jì)算出各種物品平均單次訂貨數(shù)量，進(jìn)行分類，最終確定其儲(chǔ)位安排7及設(shè)備使用（如表2所示）。 該倉(cāng)庫(kù)i7和i9的總出貨量和物品平均單次訂貨數(shù)量均大，揀貨系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)應(yīng)分配固定儲(chǔ)位8，保證較高存貨水平，另外為保證其出貨，一些先進(jìn)設(shè)備

7、應(yīng)優(yōu)先使用。i4、i8和i5的總出貨量和物品平均單次訂貨數(shù)量均較大，為分類意義不突出的商品，根據(jù)商品分類特性歸為相應(yīng)的分類商品中。i1、i10和i3的總出貨量和物品平均單次訂貨數(shù)量均較小，分配彈性儲(chǔ)位且貨位大小宜于調(diào)整9，通常揀貨區(qū)和倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)合并規(guī)劃以減少多余庫(kù)存，降低存貨水平。i2、i5總出貨量較大但單次出貨量較小，出貨頻繁，分配固定儲(chǔ)位但采取零星出貨方式出貨并保持適中的存貨水平，i6總出貨量較小但物品平均單次訂貨數(shù)量均較大，分配彈性儲(chǔ)位，優(yōu)先實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，以保證其單次較高的出貨量。 另外，商品從入庫(kù)儲(chǔ)存到揀選，出庫(kù)的搬運(yùn)過(guò)程中，貨物的集裝單元狀態(tài)會(huì)隨其儲(chǔ)存和揀選的不同要求而發(fā)生變化10，這就是

8、pcb分析所解決的問(wèn)題。常見(jiàn)的貨物的集裝單元形式有：托盤(pán)（p）、箱（c）和單品（b）。一般對(duì)于p-p和c-c的貨物，由于儲(chǔ)存和揀選/分揀出貨的集裝單元一致，所以儲(chǔ)存和揀選區(qū)域是同區(qū)的。對(duì)于p-c 和c-b的貨物，則會(huì)設(shè)置專門(mén)的揀選拆零區(qū)，將p或c的貨物從p和c的儲(chǔ)存區(qū)域取出，然后在相應(yīng)的揀選拆零區(qū)進(jìn)行p-c和c-b揀選。對(duì)于b-b的方式，也應(yīng)為拆零區(qū)的模式，通過(guò)對(duì)貨物配送中心所有貨物的pcb分析，可以幫助配送中心確定不同的儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)區(qū)域。不同的儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)區(qū)域由于貨物儲(chǔ)存和揀選的集裝單元差異，會(huì)選擇不同的儲(chǔ)存、揀選和搬運(yùn)設(shè)備11。 1.2 作業(yè)流程設(shè)計(jì)及設(shè)備選型 零售型配送中心主要是把供應(yīng)商的各類產(chǎn)

9、品匯集起來(lái)，然后根據(jù)用戶訂單，為大型超市、百貨商店、連鎖店等提供倉(cāng)儲(chǔ)與運(yùn)輸配送服務(wù)?？梢园褌}(cāng)庫(kù)劃分為入庫(kù)區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、出庫(kù)區(qū)、退貨區(qū)等部分組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。入庫(kù)區(qū)主要負(fù)責(zé)到達(dá)貨物的驗(yàn)收、檢驗(yàn)、卸貨、清點(diǎn)、分揀、包裝、貼標(biāo)等工作。設(shè)有進(jìn)貨口、暫存區(qū)、分類區(qū)、驗(yàn)收區(qū)及相應(yīng)的設(shè)施。存儲(chǔ)區(qū)是專門(mén)用于存放貨物的區(qū)域，此區(qū)域主要完成貨物的存儲(chǔ)保管和養(yǎng)護(hù)，是相對(duì)靜態(tài)的區(qū)域。貨物在進(jìn)入存儲(chǔ)區(qū)前，根據(jù)分揀需求，對(duì)存儲(chǔ)單元的大小進(jìn)行調(diào)整，使其符合存儲(chǔ)和分揀的需求。分揀區(qū)是分揀人員在分揀信息的引導(dǎo)下，通過(guò)查找貨位、撿取和搬運(yùn)貨物進(jìn)行貨物分揀活動(dòng)的區(qū)域。流通加工區(qū)進(jìn)行分裝、切割、貼標(biāo)簽、包裝等流通加工作業(yè)。出

10、庫(kù)區(qū)進(jìn)行貨物分揀出來(lái)的組配作業(yè)，并將配好的貨物暫時(shí)存放，為送貨做準(zhǔn)備。退貨區(qū)主要對(duì)賣場(chǎng)退回的貨物進(jìn)行分揀存儲(chǔ)。物流作業(yè)配合區(qū)主要是容器回收、容器暫存、廢料回收的區(qū)域。 在倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用了無(wú)線手持終端包括手持rfid讀取器和條碼無(wú)線手持終端等完成實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)物資（貼有電子標(biāo)簽）進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)管理，并將信息傳遞到輸送設(shè)備。如果采用手持機(jī)對(duì)物資進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)效驗(yàn)等，其基本的操作是：用手持機(jī)掃描貼放在物資上的電子標(biāo)簽，手持機(jī)通過(guò)無(wú)線方式（wifi無(wú)線通信或gprs/3g數(shù)據(jù)通信）與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互12，并完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求，其應(yīng)用包括組箱、組盤(pán)、下達(dá)入庫(kù)任務(wù)、入庫(kù)任務(wù)確認(rèn)、出庫(kù)確認(rèn)、庫(kù)存查詢、物

11、料信息查詢。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)入庫(kù)、出庫(kù)流程如圖2、圖3所示；主要設(shè)備如表3所示。 1.3 flexim 系統(tǒng)仿真 1.3.1 模型說(shuō)明 左上部分為上文倉(cāng)庫(kù)入庫(kù)流程對(duì)應(yīng)的退貨區(qū)，人工揀選可以調(diào)入庫(kù)的退貨，經(jīng)自動(dòng)輸送機(jī)送到儲(chǔ)存區(qū)入口，并由巷道堆垛機(jī)根據(jù)wms系統(tǒng)傳來(lái)的信息，將貨品送到指定貨位上。按照降低庫(kù)存的原則，部分商品在運(yùn)到配送中心后，并不需要入庫(kù)儲(chǔ)存，而是直接按照訂單，人工揀選，組盤(pán)或拼箱包裝后，直接由自動(dòng)輸送機(jī)傳到出口，由叉車將整盤(pán)的商品送上運(yùn)輸工具，直接出庫(kù)，這就是自流區(qū)的流程。而更多的是整箱整盤(pán)入庫(kù)，經(jīng)rfid掃碼后，叉車將貨品送到自動(dòng)傳輸帶上，在由巷道堆垛機(jī)放到相應(yīng)的庫(kù)位上。 出庫(kù)流程

12、也是由巷道堆垛機(jī)先將高位上的貨品送到低位，人工拆零，按照電子標(biāo)簽自動(dòng)揀選系統(tǒng)的提示，將訂單所需的貨品放到貼有二維碼的周轉(zhuǎn)箱中，叉車將周轉(zhuǎn)箱放到自動(dòng)分揀機(jī)的傳輸帶上，按不同要求自動(dòng)分揀后出庫(kù)。 1.3.2 模型數(shù)據(jù) 退貨區(qū)內(nèi)三個(gè)發(fā)生器（source），分別發(fā)送紅、黃、藍(lán)三種不同類型的臨時(shí)實(shí)體，代表退貨，發(fā)生器1到達(dá)速率：normal（25，5）s，發(fā)生器2到達(dá)速率：normal（25，5）s，發(fā)生器3到達(dá)速率：normal（21，4）s，緩存區(qū)（queue）容量設(shè)置為10 000，雙擊queue，在flow屬性中選擇use transport，即使用叉車，這樣才能在搬運(yùn)過(guò)程中使用叉車。為了提高a

13、gv小車的效率，特設(shè)置為速度6m/s，最大容量為10，緩存區(qū)也設(shè)置為batch的處理方式，每次分別以發(fā)生的數(shù)量按批次處理，加快運(yùn)行的效率。 在自流區(qū)發(fā)生器4到達(dá)速率：normal（25，5）s，發(fā)生器5到達(dá)速率：normal（25，5）s，每次發(fā)出數(shù)量為10、4、5的紅、黃、藍(lán)臨時(shí)實(shí)體，以arrival schedule形式循環(huán)發(fā)生。設(shè)置分離器（separator）和2個(gè)處理器（processor），雙擊separator，在屬性欄的separator中，選擇slipt，并編輯split or unpack quantity下拉列框中的by expression：3，該步驟的意義在于指定分離器

14、將整箱產(chǎn)品分離為3個(gè)類型的產(chǎn)品。processor分別模擬拆零、掃碼揀選流程，設(shè)置為批處理，每次可以處理多個(gè)產(chǎn)品。對(duì)不需要入庫(kù)儲(chǔ)存的產(chǎn)品，直接按照訂單，人工揀選，組盤(pán)或拼箱包裝后，由自動(dòng)輸送機(jī)傳到出口。設(shè)置傳送機(jī)（conveyor）速率：1m/s，并在triggers中的on entry屬性中選擇set color，對(duì)產(chǎn)品的顏色進(jìn)行設(shè)置，四種不同類型的臨時(shí)實(shí)體按照正態(tài)分布均勻到達(dá)，經(jīng)由合成器打包，放置于托盤(pán)上。雙擊打開(kāi)transporter的參數(shù)設(shè)置頁(yè)。在transporter屬性中，點(diǎn)擊選取load time（舉起速度）下拉菜單中的by expression，lift speed：1m/s，

15、capability：1.00，acceleration：1.00，max speed：2.00m/s。對(duì)操作人員（operator）設(shè)置參照transporter。 在存儲(chǔ)區(qū)，每個(gè)合成器都有兩個(gè)發(fā)生器a、b與之對(duì)應(yīng)，一個(gè)發(fā)射臨時(shí)實(shí)體，一個(gè)發(fā)射托盤(pán)，sourcea下的inter-arrivaltime的下拉選項(xiàng)中選擇statistical distribution來(lái)尋找分布函數(shù)。點(diǎn)擊inter-arrivaltime下拉菜單后的參數(shù)編輯按鈕進(jìn)行編輯，選擇normal的正態(tài)分布。單擊后，編輯為statistical distribution： normal（10，1，1）。這個(gè)指令的意思是sou

16、rce將會(huì)在均值為10秒，標(biāo)準(zhǔn)差為1秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)包裝箱。在flow item class的下拉列表中選擇flexsim box用以產(chǎn)生包裝箱。combiner在combiner屬性下的combine mode的下拉列表中選擇jion，在components list中選擇合成器的捆包產(chǎn)品的目標(biāo)數(shù)量，設(shè)置為4及讓4個(gè)產(chǎn)品捆成一箱。 在揀選區(qū)，5個(gè)分揀道口分別對(duì)應(yīng)五種不同類型的訂單，五個(gè)暫存區(qū)分別存放按訂單分類后的待配送中心產(chǎn)品。雙擊分揀帶，在send requirement中選擇按類型分揀，正好對(duì)應(yīng)了前面托盤(pán)所設(shè)的五種類型的訂單。在連接了五條傳送帶后，將會(huì)出現(xiàn)五個(gè)出口設(shè)置，并設(shè)置對(duì)應(yīng)的出口

17、。在layout中對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)度以及高度等設(shè)置，type 1， length 10， angle90.00， radians 5.00。在這里我們對(duì)托盤(pán)的類型進(jìn)行設(shè)置，由于有五種訂單，因?yàn)槲覀儗⒃O(shè)置五種類型。對(duì)于多訂單，可以采用excel表導(dǎo)入的方法。 2 結(jié) 論 立體庫(kù)的設(shè)備選型過(guò)程中，用flexsim進(jìn)行倉(cāng)庫(kù)的建模和仿真，可以得到不同條件下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)提供了理論數(shù)據(jù)和管理依據(jù)。但是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)并不一味追求高度機(jī)械化，而是實(shí)現(xiàn)信息化指導(dǎo)下的機(jī)械作業(yè)，以求最大限度的減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，以改善工作條件，提高工作效率。因此，在設(shè)計(jì)自動(dòng)庫(kù)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)eiq分析的結(jié)論

18、，進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，選用自動(dòng)傳輸帶、手持終端、立體庫(kù)貨架、自動(dòng)分揀系統(tǒng)、巷道堆垛機(jī)、電子標(biāo)簽自動(dòng)揀貨系統(tǒng)、agv小車等設(shè)備，完成貨品的出入庫(kù)流程。最后用flexim仿真軟件，對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，調(diào)試各系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，為系統(tǒng)的改進(jìn)提供決策依據(jù)。 參考文獻(xiàn)： 1 rish k， naiah chetty o v， sarveswar reddy m. genetic algorithms for studies on as/rs integrated with machinesj. the international journal of advanced manufacturing technology， 2003，22（11/12）：932-940. 2 劉宇鵬. 基于flexim的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)仿真優(yōu)化研究j. 遼寧省高等專