现代工程设计结课论文-基于flexsim平台的自动立体化仓库仿真设计.doc

现代工程设计结课论文 题 目 基于flexsim平台的自动立体化仓库仿真设计学 院 机电工程学院 专 业 农产品物流技术与系统工程 姓 名 学 号 基于flexsim平台的自动立体化仓库仿真设计【摘要】自动化立体仓库系统(AntomatedStorageandRetrievalSystem,简称As/Rs)是现代物流供应链中最为重要的网络结点之一,它在社会的各种不同行业中得到了多种形式的应用。是否拥有属于自己的自动化立体仓库系统决定着企业生成管理的自动化与信息化的建设水平。本文基于Flexsim的规划设计与仿真研究,建立仿真模型，直观形象的表现出配送中心的作业流程，对瓶颈设备与故障进行了分析，并提出了改进措施。【关键词】自动立体化仓库；flexsim仿真；优化1引言当前，仿真技术已经成为分析、研究各种复杂系统的重要工具，它广泛应用于工程领域和非工程领域。仿真可定义为：在全部时间内，通过对系统的动态模型性能的观测来求解问题的技术。物流系统是企业生产的一个重要组成部分，物流合理化是提高企业生产率最重要的方法之一。因此对物流系统的设计和仿真的研究，也日益受到人们的重视。本文主要介绍了自动立体化的功能、设计以及基于flexsim软件的仿真设计实例。通过仿真系统的数据报表分析工具和图形分析工具，可以直观的、并准确的诊断出物流系统中的结构问题、运行瓶颈以及可能的设计隐患。并对修改设计方案进行验证分析，对设备运行能力准确评估。2 flexsim仿真系统简介 Flexsim是工程师、管理者和决策人对提出的“关于操作、流程、动态系统的方案”进行试验、评估、视觉化的工具。它具有完全的C+ 面向对象(object-oriented)属性，超强的3D虚拟现实（3D动画），直观的、易懂的用户接口，卓越的柔韧性（可伸缩性）。Flexsim是世界唯一的在图形的模型环境中应用C+ IDE和编译程序的仿真软件。定义模型逻辑时，可直接使用C+，而且可立刻编译到 Flexsim 中。因为Flexsim 具有高度的开放性和柔韧性，所以能为几乎所有产业定制特定的模型。Flexsim的主要特性：1） 模型；2）层次结构；3）量身定制；4）可移植性；5）仿真；6）可视性；7）输出。3 仿真设计方案3.1 仿真模型的建立3.3.1无锡某仓库的概况该仓库有硅胶区，电池区和接线盒区三大部分组成，主要依靠仓库管理员依据车间开具的出库单进行配货。然后由车间人员拉回，仓库各个区域之间并没有自动化连接，完全靠人力及推车搬运，没有付诸现代化物流设备,仓库面积没有得到合理利用,配送效率不高,在旺季到来时通常靠增加人力,延长工作时间来满足实际需求。现以此仓库为例,对该仓库的出入库进行优化。 图 3-1无锡某仓库平面图3.3.2优化后仿真模型的描述在模型中将研究三种货物（硅胶、电池片、接线盒）在立体化仓库的入库、拣选、存储、出库的过程。有三种不同类型的临时实体将按照指数分布间隔到达。临时实体的类型在类型1、2、3三个类型之间均匀分布。当临时实体到达时，在第一个输送机上进行第一次拣选，分成，硅胶，电视片，接线盒，经过处理器后依靠各自的标签进行第二次拣选，再区分成两种临时实体，然后经由叉车入库。出库时，有叉车将货物运到输送机，再到暂存区,最后由操作员完成复核并装车。 图3-2自动立体仓库作业流程图3.3.3模型数据发生器到达速率（Inter-Arrivaltime）：按指数分布，位置参数为0，尺度参数为3到达（an exponential distribution with location value of 0 and scale value of 3 using random number stream 1）。 暂存区最大容量（Maximum Content）：20个临时实体。 输送机速度（Speed）：1米/秒。 临时实体路径：类型 1、类型2、类型3，随机由操作员搬运到输入输送机，由分类输送机分类拣选然后输出，继而在处理器上与托盘打包。分类随机存放于相应的货架上。3.3.4 建模步骤1）.建立模型将对象库栅格面板中的各实体对象拖放到模型正投影视图中，完成后，模型中有1个发生器（Source）、9个输送机（Conveyor）、3个处理器（processor）、3个货架（Rack）、4个运输机（Conveyor）和1个暂存区（Queue）。将各实体对象的输出、输入和中间端口按图3-3所示进行连接。图3- 3-3 各实体间的端口连接2）运行模型按主视窗的按钮。完成编译过程后就可以运行模型了。为了在运行模型前设置系统和模型参数的初始状态，总是要先点击主视窗底部的键。按按钮使模型运行起来。可以看到临时实体进入输送机，然后按设定分送到各个处理器。由三个叉车将货物运送到货架，再到处理器，最后由叉车运送到暂存区，出库。图 3-4 模型运行效果图3.4 模型分析及改进措施由于 Flexsim 是实时的仿真软件，在仿真过程中，可对每一个堆垛机、货架进行操作，检测其当前的状态。仿真结束后，通过“统计状态报告”输出 Excel状态报表。存储区货架的主要评价指标是最大库存量、现有库存量、输入货物总数、输出货物总数和库位利用率，将仿真数据记录于表3-1 中。设备当前库存量（盘/p）最大库存量（盘/p）平均库存量（盘/p）入库总数（盘/p）出库总数（盘/p）平均停留时间（秒/s)货架1546044.991841307750.34货架2 666742.662031376773.98货架3757551.452241497018.89表 3-1 货架仿真输出数据 由表 3-1 的数据可以得出三排货架入库总量为 801，出库总量为 554，均超出了额定的入/出库量，所以模型中发生器的到达时间间隔和货架的最小停留时间均要调整。 由于篇幅的原因，本文只给出了 Rack1 的 Content vs.Time 曲线图，如图3-5 所示。 图3-5 货架 1 仿真结束后的数量随时间变化曲线图输送机从发生器至吸收器依次为 Conveyor1Conveyor4，其主要评价指标为空载时间、阻塞时间。模型仿真结束后的数据记录于表 6-2 中。 表3-2 1-4 号输送机仿真输出数据6.4.1 模型分析根据表3-1可以得出货架库位的利用率，如表3-3所示表3- 3 仿真试验数据分析结果货架1货架2货架3利用率2022.325（1）由表6-3可以看出，货架 1 在仿真结束后的临时实体数量曲线图也可以看出，在开始仿真后的三分之一的时间内，货架上的货物数量是在一直增加的，这就说明在这段时间内入库量远大于出库量。在这之后的一段时间内，由于先前存入的货物按照先进先出的原则，在停留时间陆续到达后，此批货物会陆续出库，这就造成货架的货物急剧减少，在出库货物量接近总的出库流量后，货架只接收货物，而不向外发货，从而使货物量在最后三分之一时间内急剧增加，并达到最大值 60。（2）由表 6-3可以看出三排货架的货位利用率是很低的。导致这一现象的原因是额定入库量与额定出库量的差值过小，只有 267，也就是说每排货架的库存量平均只有 66.75，库位利用率仅平均为 22.25%。但这主要是考虑到仓库的周转周期只有 4.5 天，必须有足够的货位来容纳每天剩下的货物。 （3）输送机 Conveyor1Conveyor4 的数据基本符合工作要求。由于所有入库货物均要经过 Conveyor1，出库货物均经过 Conveyor5，故其装载运输时间均远大于 Conveyor2、Conveyor3、Conveyor4，其中 Conveyor3 的阻塞时间百分比达到了 1.8%，远大于其它，进而造成 Conveyor1、Conveyor2 均有不同程度的阻塞，最大等待时间变长；主要原因是在三分之一时间段左右，有一批货物集中出库，造成阻塞。以上就是自动化立体仓库在原始数据下进行仿真后的结果，从中我们可以发现系统运行过程中存在的一些问题，并为进一步优化系统配置提供了重要的依据。由于仿真模型中的临时实体是通过发生器连续产生的，而实际情况是上游的处理器处理结束后释放托盘产生的，即仿真模型中临时实体的产生有失真现象；但并不影响本文对问题的阐述。沿袭这样的思路和方法，待有条件时可以进行更加全面、真实的分析。6.4.2 改进措施我们通过对图形、数据的分析确定了模型的瓶颈是仓库低利用率会影响整个工作过程的效率。下面我们提出解决方案：（1）增加仓库的吞吐量（2）入库时间间隔和货架货物最小停留时间均采用泊松分布。解决瓶颈后效果演示通过反复的测算和仿真运行分析，在现有配置下不出现堵塞的最大吞吐量为875/605。入库时间间隔和货架货物最小停留时间均采用泊松分布，分别采用均值 41.1 和 10842，均使用随机数流 1。模型修改后，仿真数据记录于下表。表 3-4 仓库吞吐量为 875/605 时 Conveyor1Conveyor4 的仿真输出数据如表 3-4 所示，虽然 Conveyor2、Conveyor3 仍有阻塞现象，但阻塞的时间相对于一个工作日是非常短的，能够满足正常的工作需要.。4结论本文主要对自动立体化仓库进行了一个概述，并利用flexsim软件对某仓库进行了仿真优化，本文取得的研究成果如下：（1）根据自动立体化仓库的特点，结合无锡某电子厂仓库，对其进行了自动化的入库、上架、出库模型分析； （2）根据 Flexsim 仿真软件在离散事件系统中的运用、结构体系和优点，在深入分析 Flexsim 建模仿真流程的基础上，运用 Flexsim 建立自动化立体仓模型的一般方法，成功地建成了无锡某自动化立体仓库 Flexsim 模型。（3）通过仿真分析为以后提高该企业仓库的效率提供了理论依据。参考文献1 金桂根，王秋华计算机仿真在自动化物