基于Flexsim 的某汽车配件中心仓储优化设计

文/朱华健 姜欢

0.引言

自动化立体仓库是高技术仓储的代名词，拥有机械化程度高、信息覆盖全面、各个环节协同配置、大量解放人力以及降低企业成本等优点。在现代仓储系统运转中，大量物资入以及大量订单出库时会造成部分堆垛机繁忙，工作过程中环境复杂，很难准确发现瓶颈。本文应用Flexsim 仿真软件对汽车配件厂进行仿真，发现了存在的问题，并对其进行了自动化优化。

1.仓储系统仿真模型的建立

1.1 案例背景

汽车配件厂生产7种产品，前大灯、后大灯、雨刷、座椅、方向盘、安全气囊、轮毂。生产之后传送带运输，储存在立体化仓库中，配件放置在木制或塑料托盘上，仓库储存量约为7000托，订单以箱为单位进行配送。配件仓库面临的主要问题是拣选设备拣选效率低，闲置率不均匀，搬运的任务量和得到的空闲时间不成正比。随着企业的不断发展，客户订单量也会逐渐加大，物流系统的拣选能力便不能满足企业需求，亟待优化。

1.2 作业流程

汽车配件厂目前的拣选方式是订单别拣选，具体操作是按照客户订单到达的先后顺序拣选配货，各个储存区负责拣选的工作人员将订单上各自的货物用堆垛机拣选完成后，将货物汇总完成整份订单的拣选配货，也称为分区按单拣选。

1.3 仿真的建立

为使仿真模型简洁明了的运行，将商品模拟当作托盘，将拣选系统中冗长繁杂的步骤（如补货流程)进行简化，在不影响拣选模拟结果的前提下化繁为简，简明直观地进行分析。本文选取配件厂7种产品，前大灯、后大灯、雨刷、座椅、方向盘、安全气囊、轮毂，分别设置为红、黑、黄、粉、白、蓝、橙。根据上述资料应用Flexsim软件建立对应的传统模式下仓库拣选的模型如图2所示。

图2 优化模型流程框图

图2 仓库拣选系统模型图

图2中暂存区1～暂存区7分别表示前大灯、后大灯、雨刷、座椅、方向盘、安全气囊、轮毂7种产品的储存区，发生器1至发生器7分别表示7种产品的补货入库过程，发生器8表示客户订单的产生，合成器表示拣选作业的发生，暂存区1至暂存区7分别7个客户订单拣选完成后的暂存。

1.4 参数设置

1.4.1 设置参数

将所需的实体拖入建模页面后，根据实际系统中的流程顺序将不同类型的实体分别用对应的“A连接”或“S连接”建立连接关系，各实体参数具体参数设置如表1所示：

表1 客户订单信息（单位：箱）

表2 合成器

表3 堆垛机

表4 合成器

表5 堆垛机

表6 数据对比

发生器1至发生器7模拟货物的补给入库，货物前大灯的到达时间间隔服从统计分布的exponential(0.0,10.5,getstream(current))分布，后大灯的到达时间间隔返回一个常数12.6，雨刷的到达时间间隔返回一个常数12.6，座椅的到达时间间隔返回一个常数17.27，方向盘的到达时间间隔服从统计分布的exponential（0.0，11.17,getstream（current））分布，安全气囊方向盘的到达时间间隔服从统计分布的exponential(0.0，12.66，getstream（current））分布，轮毂的到达时间间隔返回一个常数7.3。发生器8模拟客户订单的产生，订单产生时间间隔返回一个常量200。暂存区1至暂存区7的最大货物容量设置为50。堆垛机拣选上架容量为10，即每次可搬运10箱。合成器1模拟订单货物拣选的汇合，合成时间设为15秒。同样以前大灯为例，用发生器1表示前大灯的补货，货物前大灯的到达时间间隔服从统计分布的exponential（0.0,10.5，getstream（current））分布，其他6种产品的设置流程相同。设置立体货架选项卡中的“最大容量”为“100”，并在立体货架1至立体货架7的“临时实体流”选项卡中，勾选“使用运输工具”，故拣选由堆垛机完成。设置堆垛机1至堆垛机4的容量为“10”，“装载时间”和“卸载时间”均设置为“2”。

1.4.2 客户订单产生的设置

在合成器的“合成器”选项卡的“合成模式”，下拉菜单中选择“打包”即实现货物的拣选配货。同时，根据订单到达的先后顺序将合成器1的“常规”选项卡的“输入端口1”设置为：“发生器8”，即实现拣选作业，根据订单配货。

2.仿真模型运行及结果分析

设置运行速度和运行时间并进行模拟运行，“运行速度”设置为“4.00”，运行时间设置为“860000”，根据简单的汇总分析后，得出下列数据信息。

从堆垛机的搬运量和空闲时间来看，搬运量大的堆垛机的空闲时间并不多，而搬运量小的堆垛机却有着多倍的空闲时间，搬运量和空闲时间存在匹配的差异，对下一步升级改造以及长时间的使用埋下隐患。因此根据上述问题做出如下所述的优化方案。以期原有的问题得以改进优化，实现拣选的合理化、高效化。

3.仿真模型优化

3.1 仿真优化模型的构建

优化后的模型流程图如图2所示，通过数据分析，可以看到货架1和货架7的出货量最大。通过调整（在此为了方便，改变位置货架，不改变产品储存位置，实际应用中可以），堆垛机1负责货架1和货架4，堆垛机3负责货架2和货架3，其余保持不变。在原有基础上增加一个合成器2，合成器2与合成器1设置一致。优化后堆垛机建模结果如图3所示：

图3 堆垛机建模结果

3.2 模型运行与优化结果分析

仿真模型开始运行后，模型运行86000秒，根据简单的汇总分析后，得出下列数据信息。

从堆垛机的搬运量和空闲时间来看，搬运量大的堆垛机的空闲时间均匀，单独负责货架7的堆垛机空闲时间合理。从合成器输出量、空闲时间比率、处理时间比率、收集时间比率两者相对比均较合理。

3.3.3 运行数据比较

经过改变配件存储的位置，均匀分配搬运量，使堆垛机平均空闲时间比率降低，平均搬运量增加，客户订单数增加。实现了资源合理化。

4.总结

本文对汽车配件厂进行了现状的仿真，并应用自动化技术进行了优化，使得配件厂拣选设备的使用率，平均空闲时间都得到了优化。采用并行拣选的方式，实现两单并行拣选，增加了订单处理能力，实现了资源合理化。最后给出建议为：厂家根据订单量改变配件存储货位，使每个拣选设备拣货量均匀分配。采用并行拣选的方式，实现两单并行拣选，增加订单处理能力。