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基于Flexsim的物流配送中心仿真及優(yōu)化研究

發(fā)布時間:2014-07-22 22:27

    摘要:配送中心的合理規(guī)劃建設,對企業(yè)提升市場競爭力,提高顧客滿意度,降低物流成本等有著極其重要的作用。配送中心運作過程中存在很多決策分析的問題,現(xiàn)有的研究多致力于采用“解析方法”,如啟發(fā)式算法、目標規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法、人工智能規(guī)劃法等來加以求解,但用傳統(tǒng)的數(shù)學模型和優(yōu)化算法往往無法預測其在實際運作過程中可能會出現(xiàn)的各種瓶頸。物流仿真軟件不僅能很好的解決這一難題,還可以通過改變一些重要參數(shù)的設置以及改善配送中心的作業(yè)流程對整個系統(tǒng)進行優(yōu)化,以提高配送中心的整體經(jīng)濟效益。因此,近年來,運用物流仿真軟件對配送中心系統(tǒng)進行動態(tài)研究已得到越來越多學者的青睞。一般情況下,建立配送中心,主要考慮的:配送中心設施、設備的運行效率與利用率;配送中心在進行出、入庫等作業(yè)時有無阻塞現(xiàn)象發(fā)生;配送中心的揀選系統(tǒng)是否存在瓶頸等。Flexsim作為針對離散物流系統(tǒng)進行建模和仿真的軟件平臺,是配送中心仿真研究的理想選擇。本文首先對某配送中心欲實現(xiàn)的功能和運作流程進行深入、系統(tǒng)的分析;接著運用Flexsim建立仿真模型,通過仿真數(shù)據(jù)分析配送中心庫存水平、設備利用率及訂單完成效率等重要性能指標;最后,從補貨策略、人員、設備數(shù)量及設備工作效率等方面對模型進行優(yōu)化,并給出改進意見和建議。

    關鍵詞:配送中心  系統(tǒng)仿真  系統(tǒng)建模  物流仿真

    1 某配送中心功能概述

    配送中心仿真不僅可以為即將建立的配送中心提供方案評估及論證依據(jù),也可以對已建成配送中心的經(jīng)濟效益及人員、設備配置的合理性進行科學評價,從而避免資金、人力和物力的浪費,提高配送中心的綜合效益,為消除配送中心運行“瓶頸”、挖掘配送中心發(fā)展?jié)摿μ峁┛茖W、合理的理論依據(jù)和決策支持。本文所研究配送中心接收上游3個供應商提供的3種不同類型的產(chǎn)品,由產(chǎn)品入庫區(qū)、產(chǎn)品儲存區(qū)、產(chǎn)品分揀區(qū)、產(chǎn)品出庫區(qū)四個主要功能區(qū)組成。配送中心功能區(qū)分布如圖1所示。
 

圖1 配送中心功能區(qū)分布圖
 
    1.1 配送中心人員及設備配置
(1)入庫區(qū):由3個產(chǎn)品入庫口,3個入庫加工臺,3個入庫產(chǎn)品暫存區(qū),3個組盤器,1個托盤入庫口,1個托盤存放區(qū),1個托盤回轉(zhuǎn)區(qū),3個組盤機械手和1輛托盤運送叉車組成。配送中心共有200個托盤,入庫區(qū)中每個托盤可以裝載8個單位產(chǎn)品,托盤運送叉車負責將托盤從存放區(qū)運至入庫區(qū)組盤器。同時,為了保證配送中心的合理庫存量和較好經(jīng)濟效益,當入庫產(chǎn)品暫存區(qū)的存儲量達到20個時,它的輸入端口自動關閉;當存儲量小于8個時,輸入端口自動開啟。
(2)儲存區(qū):由3個貨架和3臺自動堆垛機組成,每臺堆垛機負責相應貨架的出入庫作業(yè)。3個貨架均設置成10行10列,每個貨格只允許存放一個托盤貨物,即每個貨架存儲托盤最大量為100?紤]到存儲成本和安全庫存量,結(jié)合各類貨物的以往銷售數(shù)據(jù),設置貨架當存儲量大于80時自動關閉輸入端口,當存儲量小于20時自動開啟輸入端口。
(3)分揀區(qū):由3個拆盤器,3個托盤暫存區(qū)、3個產(chǎn)品暫存區(qū),3個拆盤機械手,1輛托盤回送叉車,1個產(chǎn)品打包臺,1個打包箱生成器和1個揀選操作人員組成。其中,3個拆盤器負責從入庫區(qū)進入的對應托盤產(chǎn)品的拆盤作業(yè),機械手則負責把拆卸下來的空托盤放入托盤暫存區(qū),并把產(chǎn)品放入對應的產(chǎn)品暫存區(qū)。當訂單來臨時,揀選操作人員負責按照訂單要求的數(shù)量將所需產(chǎn)品送至打包臺進行打包作業(yè),訂單由20組隨機生成的0-10之間的數(shù)字組成,并設置生成類型服從(1,20)的均勻分布。為了更好的控制整個配送中心的作業(yè)流程,分揀區(qū)內(nèi)的3個產(chǎn)品暫存區(qū)的最大容量均設置為10。
(4)出庫區(qū):由1個產(chǎn)品分類器,10個傳送帶,10個產(chǎn)品暫存區(qū)和1個產(chǎn)品接收器組成。出庫區(qū)主要功能是,把按訂單打包好的產(chǎn)品按預先設定好的配送路線進行分類整理,并放置到對應的產(chǎn)品暫存區(qū)。在出庫區(qū),每個產(chǎn)品暫存區(qū)將分別接收兩類訂單組成的產(chǎn)品。
   1.2 配送中心人員及設備建模
    上節(jié)所列配送中心需要用到的實體設備均可在Flexsim仿真軟件的實體庫里找到對應的仿真對象,不需導入使用AutoCAD等繪圖工具制作的三維文件。配送中心實體設備與Flexsim仿真軟件實體庫仿真對象的對應關系如表1所示。
 
表1 配送中心實體設備與Flexsim實體庫對象對應表
 
實體設備 Flexsim仿真軟件實體庫對象
產(chǎn)品、托盤、打包箱 生成器(Source)
入庫加工臺 處理器(Processor)
組盤臺、打包臺 合成器(Combiner)
暫存區(qū) 隊列(Queue)
機械手 機械手(Robot)
操作人員 操作員(Operator)
叉車 叉車(Transporter)
貨架 貨架(Rack)
拆盤臺 分離器(Separator)
堆垛機 堆垛機(ASRSvehicle)
產(chǎn)品分類器 分類輸送機(MergeSort)
傳送帶 輸送機(Conveyor)
產(chǎn)品接收器 吸收器(Sink)
 
    2 配送中心系統(tǒng)流程
該配送中心的系統(tǒng)流程分為以下兩個主要環(huán)節(jié):入庫儲存和出庫分揀,其運作流程分別如圖2(a)和(b)所示。
    3 配送中心仿真
在對配送中心人員、設備進行分析、配置的基礎上,構(gòu)建其整體仿真模型。
3.1 入庫區(qū)實體及參數(shù)設置
入庫區(qū)由4個生成器,3個處理器,5個隊列,2輛叉車,3個機械手和3個合成器組成。入庫區(qū)實體參數(shù)設置如表2所示。

 
 

       
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

圖2 配送中心系統(tǒng)流程圖
(a)入庫儲存流程; (b)出庫分揀流程
 
表2 入庫區(qū)對象參數(shù)設置
實體名稱 對象說明 參數(shù)設置
Source1-3 產(chǎn)品發(fā)生器 Source1和2分別服從uniform(7,11)和uniform(6,10)的均勻分布,Source3固定到達時間設置為8分鐘,共生成3種不同類型的產(chǎn)品
Source4 托盤發(fā)生器 系統(tǒng)一開始運行即生產(chǎn)200單位的托盤
Processor1-3 入庫加工臺 加工時間均設置為2分鐘
Queue1-3 產(chǎn)品暫存區(qū) 最大容量均設置為30
Queue4、5 托盤存放區(qū) 托盤回收暫存區(qū)最大容量設置為10,托盤存放區(qū)最大容量設置為300
Transporter1、2 托盤叉車 最大運載能力分別設置為3和10,運行速度設置為20分鐘和2分鐘
Robot1-3 組盤機械手 一次最多可搬運8個單位產(chǎn)品,最大工作速度設置為2分鐘
Combiner1-3 組盤合成器 加工時間設置為10分鐘
 
3.2 儲存區(qū)實體及參數(shù)設置
儲存區(qū)由3個貨架和3個堆垛機組成,儲存區(qū)實體參數(shù)設置如表3所示。
 
 
表3 儲存區(qū)對象參數(shù)設置
實體名稱 對象說明 參數(shù)設置
Rack 1-3 貨架 貨架設置成10行10列,最大容量為100,每個貨格存放一個托盤產(chǎn)品,當貨架的存儲量達到80個時,系統(tǒng)將關閉貨架的輸入端口;當存儲量減少到20個時,系統(tǒng)將自動打開貨架的輸入端口繼續(xù)補貨
ASRSvehicle1-3 堆垛機 每次運送數(shù)量設為1,最大工作速度為2分鐘
 
3.3 分揀區(qū)實體及參數(shù)設置
分揀區(qū)由3個分離器,3個機械手,6個隊列,1個合成器,1個發(fā)生器和1個操作人員組成。分揀區(qū)實體參數(shù)設置如表4所示。
 
表4 分揀區(qū)對象參數(shù)設置
實體名稱 對象說明 參數(shù)設置
Separator 1-3 托盤分離器 參數(shù)保持默認設置
Robot1-3 托盤分離機械手 一次最多可搬運8個單位產(chǎn)品,最大工作速度設置為2分鐘
Processor1-3 入庫加工臺 加工時間均設置為2分鐘
Queue6-8 托盤暫存區(qū) 最大容量均設置為10
Queue9-11 出庫產(chǎn)品存放區(qū) 最大容量均設置為10
Combiner4 打包合成器 加工時間設置為20分鐘
Source5 包裝箱生成器 每1分鐘生成1個包裝箱;在生成觸發(fā)中,設置生成類型服從(1,20)的均勻分布
Operator1 打包人員 設置最大搬運量為30個,工作速度為2
 
3.4 出庫區(qū)實體及參數(shù)設置
出庫區(qū)由1個分類輸送機,10個輸送機,10個隊列和10個吸收器組成。出庫區(qū)實體參數(shù)設置如表5所示。
 
表5 分揀區(qū)對象參數(shù)設置
實體名稱 對象說明 參數(shù)設置
MergeSort1 分類輸送機 在恰當位置設置10個輸出端口
Conveyor1-10 輸送機 保持默認設置
Queue12-21 出庫暫存區(qū) 保持默認設置
Sink1-10 出庫吸收器 保持默認設置
 
    4 仿真運行及數(shù)據(jù)收集
假設系統(tǒng)的1個單位仿真時間相當于實際的1分鐘。設置仿真時間為43200個單位,即模擬配送中心實際運行1個月的情況。運行模型,得到的配送中心各項重要性能指標如表6至表8所示。
 
表6 庫存水平
貨架編號 最大存貨量(箱) 周轉(zhuǎn)量(箱) 平均存貨量(箱) 平均存放時間(m)
1 3 599 0.17 12.22
2 65 609 31.84 2050.19
3 80 456 43.41 4005.09
 
 
表7 訂單完成效率
設備名稱 運行時間(%) 收集訂單時間(%) 訂單完成平均時間(m)
打包合成器 40.3 59.7 49.6
 
 
表8 主要設備利用率
設備名稱 閑置率(%) 空程比率(%) 工作行程比率(%)
托盤回收叉車 8.3 41.3 50.4
托盤運送叉車 66.4 17.3 16.3
組盤機械手 59.2 20.1 20.7
堆垛機 52.2 23.9 23.9
拆盤機械手 73 8.8 18.2
打包人員 57.7 14 28.3
 
 
    5 效率分析及系統(tǒng)優(yōu)化
各個功能區(qū)參數(shù)設置好后運行仿真模型,觀察仿真數(shù)據(jù),可以看出一些參數(shù)設置得不夠合理。比如,貨架1的最大存貨量為3箱,平均存貨量僅為0.17箱,也就是說貨架1上基本沒有存貨,托盤經(jīng)過組盤合成器進入儲存區(qū)后很快又被運出至分揀區(qū),倉庫利用率很低,造成這種現(xiàn)象的主要原因是產(chǎn)品入庫加工和組盤的速度趕不上分揀的速度,以至于產(chǎn)品停留在儲存區(qū)的時間很短。除此之外,打包合成器的收集訂單所占時間比率太大,說明分揀效率太低,常常需要等待;組盤合成器3的等待運輸時間過長,說明相對應的堆垛機的運行效率設置得不合理;托盤運送叉車和打包人員閑置率分別高達66.4%和57.7%,反映出組盤時間過長和分揀效率太低,經(jīng)常造成設備和人員的閑置。
通過分析可以得出,配送中心的綜合效率和重要性能指標跟入庫區(qū)的工作效率、儲存區(qū)的存貨策略以及分揀區(qū)人員、設備是否協(xié)調(diào)運作都有直接的關系。下面分別從補貨策略、人員、設備數(shù)量及設備工作效率等方面對模型進行優(yōu)化分析。
(1)改變儲存區(qū)安全庫存
原來模型中設置當貨架存量大于80時,關閉貨架的輸入端口,停止補貨;當貨架存量小于20時打開貨架的輸入端口,繼續(xù)補貨,這樣造成貨架的利用率較低。為了提高貨架的利用率和平均存貨量,可以設置當貨架存量大于90時停止補貨,當貨架存量小于50時繼續(xù)補貨。
(2)調(diào)整人員、設備數(shù)量
由于托盤運送叉車和組盤機械手的閑置率分別高達66.4%和59.2%,可以考慮不另外設置托盤運送叉車,而是讓組盤機械手完成托盤領取任務。另外,拆盤機械手的平均閑置率也較高,可以減少其數(shù)量,使用一臺拆盤機械手即可滿足需要。
(3)提高人員、設備效率
在原模型中,組盤合成器的收集時間和等待時間均較長,原因是產(chǎn)品到達速度較慢和堆垛機效率較低,為了使這一作業(yè)能更好的銜接,可以加快產(chǎn)品入庫速度,同時提高堆垛機的工作效率。
    結(jié)論與總結(jié)
配送中心的仿真研究,目的是分析配送中心的各項重要性能指標是否合理,從而為配送中心規(guī)劃、建設與升級、改造提供科學決策依據(jù)。本文研究一個由3種不同類型產(chǎn)品的入庫、儲存、分揀及出庫作業(yè)構(gòu)成的完整配送體系,通過Flexsim仿真,運行模型并分析數(shù)據(jù),從安全庫存量選取、人員和設備配置及效率的提高等方面對系統(tǒng)進行優(yōu)化,對配送中心的規(guī)劃和改進有較高的參考價值。
作者單位:福建農(nóng)林大學交通學院交通運輸系
    參考文獻:
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[3] 張曉萍,劉玉坤,系統(tǒng)仿真軟件Flexsim3.0實用教程.北京:清華大學出版社,2006.12:411-412
 


本文編號:4148

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