基于ED仿真软件的海外仓布局与优化*

□ 曾倩琳

(福建江夏学院 工商管理学院，福建 福州 350108)

1 引言

近几十年来，仿真软件因融合了多项技术的新成果而取得了极大的发展，如采用面向对象建模的Witness软件，集成其他系统，可用于仿真物流系统、离散事件、连续流体系统等[1-2]；Flexsim软件集多种技术为一体，以制造、物流等领域为主进行模型设计、制作与分析[3]；Arena软件提供了多种建模模板和模型的层次结构，可以与Visual Basic、C语言等通用语言进行集成，主要仿真离散和连续系统[4]；EM-Plant软件采用C++语言开发而成，是面向对象阶层式模拟软件[5]；Enterprise Dynamics(ED)软件以对象为导向进行开放的建模、仿真，广泛应用于生产制造、物流、基建等领域，可对时间、成本、资源、可靠性、安全性、可持续性等指标建模进行统计分析[6-7]。各软件特征相异，需针对分析的对象、内容、目的选择适合的软件。

随着跨境电商交易的蓬勃发展，创建海外仓是跨境物流发展的一个必然走向[8]。作为跨境物流关键节点的海外仓是一个复杂系统，其设施的规划直接影响系统的工作效率，目前多数文献基于系统布置设计(System Layout Design，SLP)方法，设计配送中心各个功能区域的布置[9-10]，在此基础上，大多数学者利用 Flexsim 软件构建仿真模型对配送中心或是自动化立体仓库的物流设施进行仿真，寻找合理的布局方案[11-12]。海外仓是跨境电商物流发展的重要枢纽点，是配送中心或自动化立体仓库在跨境电商井喷式发展环境下的另一称谓。本文拟运用Enterprise Dynamics 软件，仿真海外仓作业流程，寻找可能出现的拥堵环节或是设备使用效率带来的成本问题，并通过模型的优化来提高海外仓的效率。

2 案例背景及模型构建分析

2.1 背景介绍

S公司因跨境电商业务发展需要，准备在俄罗斯建立“东欧仓”，以此进行了相关的市场调研，为节约成本同时保证中心的工作效率，该公司在该海外仓实际构建前要进行仿真，具体情况如下：

该海外仓的货物类型主要有三类，三类产品随机到达，遵循均匀分布。货物均采用1.2mx1.0mx0.14m的托盘进行包装，货物在托盘上的摆放高度为0.8m，发送到三个独立的高层货架中进行存放，货物经由链式输送带输送到各巷道口，后由各辊式输送机进行衔接，利用巷道堆垛机完成上架，储存采用的ASRS高架仓库存放，共三组ASRS货架，各货架存放货量相等，即各放置货物总量的1/3。三组货架中，第一组货架的第二列和第三列均已被占用，第二组货架的第一列和第三列被占用，第三组货架为空，货物可任意存放。当ASRS货架存放的货物达到货物总量的95%时即安排出库，如此往复，要求货物出库需遵循先进先出的原则。巷道堆垛机将货物运送到巷道口后由输送带完成分拣，最后由叉车完成出库，叉车需沿着固定路径行走。相关参数如下，货物到达的平均时间间隔为5秒，符合负指数分布。所有运输带的速度均为1m/s，ASRS货架为10行x20列，货格尺寸为1.3mx1.3mx1m。叉车行走速度为3m/s，举升速度为0.5m/s。

该公司希望：①按照要求进行合理简化后建模。②要求计算一台叉车的忙闲状态，同时基于成本和效率考虑叉车的配置数量，如果叉车利用率控制在80%以下，问现有系统状态能不能满足此要求，需不需要增加叉车？

2.2 建模构思

海外仓物流的作业主要包括：卸货、验货、入库、分类、存储、拣货、出库前检查、送至备货区、发货等任务，该案例的焦点主要集中在入库、存储与发送至出库区三个环节。所以，将模型分成三个部分进行构建，一是入库系统，二是高层货架系统，三是产品的分流系统，基于ED仿真软件的基本功能，使用ASRS元件模拟高层货架系统，采用Accumulating Conveyor模拟辊式输送机，采用non Accumulating Conveyor模拟链式输送机，采用Advanced Accumulating Conveyor或 Corner Transfer Unit模拟输送带的转向装置。而后通过在产品上设置标签，在转向装置上编辑4DScript命令，实现产品分流；其次，采用Advanced Transporter模拟按照既定路径行走的叉车，使用Network的相关元件构建欲行走的路径；最后，采用VB元件对视觉效果进行美化。

3 海外仓模型的构建与优化

向模型图层窗口拖入Source元件以模拟货物的输入，采用Accumulating Conveyor模拟辊式输送机，采用non Accumulating Conveyor模拟链式输送机，拖入Corner Transfer Unit元件模拟转向装置。

3.1 入库部分元件的参数设置

①Source元件的参数设置。

对Source元件进行参数设置，在Source元件中的Trigger on enter内输入setlabel([type],duniform(1,3),i)表示生成三种离散均匀分布货物，货物的标签名为type，在Trigger on exit内输入：

Case(label([type],i),color(i):=ColorRed,color(i):=ColorGreen,color(i):=ColorYellow)

为了便于区分，能有更好的视觉效果，将三类产品设置成红、绿、黄三种不同的颜色。

②Corner Transfer Unit元件的参数设置。

在第一个输入口即 Corner Transfer Unit7的Send to选择5，其中33%的货物发往通道一，即发往第一个货架，66%的产品发往通道二，即发往货架二、三。同理，对其他 Corner Transfer Unit元件进行设置，在第二个输入口即 Corner Transfer Unit 8的Send to选择5，其中50%的货物发往通道一，即发往第二个货架，66%的产品发往通道二，即发往货架三。

图1 Source元件的参数设置

图2 Corner Transfer Unit 7元件的参数设置

3.2 储存部分元件的参数设置

向模型图层拖入3个Advanced ASRS元件用于模拟高层货架，ASRS货架由输入系统、巷道堆垛机和输出系统三个部分构成，巷道堆垛机沿着轨道运行进行货物的存放，货架分设在轨道两侧，即左侧货架和右侧货架，如图3所示。对Advanced ASRS的参数进行设置，该元件的参数设置选项卡较多，包括常规设置、储存、输入、输出、移动、装载、拣货、放入策略以及视觉效果9个。

①Storage选项卡。货物的存放位置可选择轨道两侧的货架均可以存放，也可只选择左侧或右侧货架。Z location表示货架底部的位置，如输入数字5，表示货架底部位置距离地面距离为5，一般而言，取0即可。在ED软件中，货架的旋转角度为顺时针为正，用户可根据建模需求对货架的摆放方向进行调整。因此，根据输送带的方向，将旋转角度设置为270度。在高层货架的行、列中输入10和20，表示该货架为10行20列。对高层货架的货格大小进行设置，输入1.3m*1.3m*1m，轨道宽度为1.5米，参数设置如图3所示。

图3 Advanced ASRS的拖入

图4 Advanced ASRS元件的参数设置一

②Inbound和Outbound。在这两个选项卡中，对货物的输入策略、输出通道选择、进出货的位置以及触发事件等进行设置。

③Motion。巷道堆垛机取货物的过程为：巷道堆垛机沿轨道行驶到出库货物所在列位置，伸缩叉上/下移动至货物所在货位，伸出伸缩叉取货，缩回伸缩叉，再行驶到巷道口将货物摆放于承载台，则一次取货完成。放货物的过程则正好相反。因此，在这个选项卡中，可对巷道堆垛机、伸缩叉上举/下降、伸缩叉移动取货的速度以及加减速度进行设置。

④Load。可对进出货的次序进行设置，可设置为进出货轮流、优先进货或优先出货、只进货或只出货、通过标签条件设定或者通过外部命令来定义进出货。当选择6，按照标签条件设定来定义进出货时，可在下面的Lable中对货物标签进行定义，即当货架的货物存放已达到货架容量的95%时，则进、出货同时进行，否则只进不出。

图5 Advanced ASRS元件的参数设置二

⑤Pick和Place。可设置取、放货策略。取货策略包括随机取货，随机取货(选择存放水平较低的货架)、离第一行第一列的货格最近或最远的货格开始取货、先进先出/后进先出、通过标签定义或通过外部命令指定等多种方法，在此，选择先进先出策略。放货策略与取货策略一样，选择先进先出。

3.3 分流部分元件的参数设置

①向模型图层窗口拖入Accumulating Conveyor元件和Corner Transfer Unit元件并将相关通道进行连接，用以模拟巷道堆垛机的周边输送带的布置。

②继续向模型图层窗口拖入Accumulating Conveyor元件和Corner Transfer Unit元件并用以模拟产品的分流系统。ASRS仓库系统和分流系统整体布局如图6所示。

图6 ASRS仓库系统模型布置

右击第一个分拣口的Corner Transfer Unit元件打开参数设置对话框，在Send to通道选择中输入：if(label([type],first(c))=1,1,2)，表示混合货物流经过该分拣口时，货物标签值为1的从该分拣口出，货物标签值为2和3的继续向前输送，进入到第2个分拣口时，再右击第二个分拣口的Coerner Transfer Unit元件，在Send to通道选择中输入：if(label([type],first(c))=2,1,2)，从而使标签值为2的货物从分拣口2输出，剩余货物即标签值为3的货物从分拣口3输出，从而完成货物的分流。

图7 第一个分拣口参数设置

③向模型图层窗口拖入三个Accumulating Conveyor元件和三个Sink元件以模拟货物的输出。

④拖入6个节点以构建高级叉车的行走网络的节点，拖入Network Manipulator用以连接各个节点，拖入Network Controller对网络进行优化。双击Network Manipulator元件，打开参数设置对话框，设置所有连接线段均为双向线段，显示节点名称、连接线段、节点等相关信息。

⑤向模型图层窗口中拖入Advanced Transporter元件以及与之配套使用的Dispatcher元件和Destinator元件。将Dispatcher元件的三个输入通道与三个分拣口的输出通道相连，输出通道与Advanced Transporter元件的输入通道相连。将Destinator元件的输入通道与Advanced Transporter元件的输出通道相连，该元件的三个输出通道与3个Sink元件的输入通道相连。右击Advancaed Transporter元件，打开参数设置对话框，打开General选项卡，在Send to内输入：label([type],first(c))，表示按照标签值将货物输往不同的通道内，分流系统的参数设置和建模如图8、图9、图10所示。

图8 第二个分拣口参数设置

图9 Advanced Transporter参数设置

图10 配送中心分流系统模拟

⑥向模型图层窗口拖入VR building元件，点击display-3D model view，可见整个模型的3D视图，如图11所示。

图11 配送中心仿真模型3D视图

3.4 海外仓的仿真模拟与改善

检查各个元件的输入通道与输出通道连接无误后，即可运行系统。在模型运行将近4小时时，模型停止运行，跳出的对话框显示ASRS在分拣处出现货物堆积而造成整个系统停滞，因此，ED软件可以通过模型仿真运行发现问题。该问题同时也是回答第二问题的前提，案例要求分析高级叉车的利用率，可向模型图层窗口拖入Status Monitor元件，其可以反映叉车的实时工作情况，将Status Monitor元件的输入通道与Advanced Transporter的中心通道相连，同样，模型运行一会后，跳出对话框显示整个系统停滞，故而得出结论：一台高级叉车不足以支撑整个海外仓的短距离运输需求，它不停歇工作，利用率达到100%之时，仍无法完成货物在出库分流环节的任务，从而引起了整个海外仓效率低下甚至出现了停滞。为保证海外仓整个系统的顺畅运行，同时满足公司基于效率和成本考虑控制叉车的利用率在80%以下，目前系统一台叉车无法满足需求，极其需要增加一台叉车。在增加一台高级叉车后，整个海外仓模型系统运行恢复正常，同时利用Status Monitor元件可以分析两台高级叉车的空闲、满载运货、空车返回三种状态的利用率，两台叉车的满载运货的利用率皆在80%以下，满足了公司的需求同时，保证了整个海外仓系统的运行顺畅。因此，利用ED软件不仅发现了海外仓系统运行的问题，而且在分析系统的拥堵环节和拥堵原因后，通过设施规划的改善解决问题并提高海外仓效率的提升。

4 总结

本文利用 Enterprise Dynamics仿真软件建立了跨境电商海外仓的仿真模型，研究了不同类产品在海外仓的储存、高层立体货架的进出规律、按货物类别进行分拣配送的运作流程，在兼顾运行效率和成本时，通过高级叉车的增减运行模型并分析数据，确定高级叉车的购买数量，对跨境电商海外仓投资建设的运行，海外仓的分拣、配送等环节的效益优化有较高的参考价值。