基于EIQ—Flexsim的自动化立体仓库仓储设备及系统设计

1、基于EIQFlexsim的自动化立体仓库仓储设备及系统设计摘 要：自动化立体仓库是一个复杂的系统，EIQ分析法作为现代仓库管理的一个新方法，在提升仓库管理效率，节约成本方面效果显著，Flexsim对其规划、设计、建设、管理具有极大地促进作用，通过系统仿真，可以对系统的参数进行设计和调试，从而完善自动化立体仓库的总体结构和作业流程。文章综合运用两种技术对自动化立体仓库的设备及系统进行设计，力求达到提高仓库的利用率、降低成本的目标。 关键词：自动化立体仓库；仓储设备；EIQ；Flexsim 中图分类号：F406.5 文献标识码：A 作为物流中心的一个组成部分，自动化立体仓库是指采用几层、十几层乃至

2、几十层的货架储存单元货物，用相应的物料搬运设备在不直接进行人工干预情况下，进行货物入库和出库作业的仓库。它集机械、电子、计算机、通信、网络、传感器和自动控制等多种技术于一体1，以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、信息网络化为特征2，对提高生产率和降低成本具有重要的意义。其组成部分包括立体货架、堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。与传统的仓储系统相比，具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员

3、素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。EIQ分析是日本权威物流学家铃木震先生通过40多年的实战经验积累，所独创的一种分析方法。通过对EIQ资料的分析与计算，可以为仓储所需要的设备种类或自动化程度提供决策依据3，不致因为过度自动化导致财力的浪费，无法发挥设备预期效果，反而干扰作业。仓储设备系统是一个复杂的动态系统，难以用数学模型准确描述，即便建立了数学模型，也可能由于其过于复杂而无法求解或优化4。Flexsim是一款针对生产、物流等系统所设计的仿真系统，具有面向对象建模、可视化、开放性等诸多优点，通过仿真不仅可以对模型进行精确的描述，而且节约时间，仿真结果直观可信

4、。 1 仓储系统设计分析 1.1 EIQ分析 进行仓储系统的设计时，通常考虑商品的分类方法、仓库总体规模的设置、基本作业流程和作业布局、仓库内部设计及仓库运营成本分析等方面的要求。这些都是基于大量数据的收集统计与分析的基础上的，一般会从企业的仓储管理信息系统中导出基础数据，进行EIQ分析，从客户订单的品项、数量、订货次数出发，分析EN（每张订单的订货品相数量分析）、EQ（每张订单的订货数量分析）、IQ（每个单品的订货数量分析）、IK（每个单品的订货次数分析）项目的分析，同时考虑仓库的占地面积、商品的存储量等多方因素来确定系统的货位设计5、设备的选择、物料的走向和效率。 以某仓库一周内的出货资料

5、为例，运用EIQ分析法对仓库设备选型和拣选策略进行分析（如表1所示）。 根据IQ-ABC分类法6对各商品进行分类得出：I7、I9的品种比为20%，数量比为37%，确定为A类商品；I4、I8、I5的品种比为33.3%，数量比为28.52%，确定为B类商品；其余品种比为46.7%，数量比为34.48%为C类商品。IQ分析后可以看出货物在仓库内的流量，该仓库可将商品分类分区储存，保证A类商品存货充足且储位固定，储存空间较大，储存位置接近出货口以便出货。 根据EQ-ABC法对各类订单进行分类得出：E5、E16、E15、E12、E4的订单比为25%，数量比为34.17%；E17、E18、E19、E9、E

6、3、E20的订单比为33.3%，数量比为30.09%；其余订单的订单比为41.7%，数量比为35.74%确定为C类订单。通过EQ分析可以得出，仓库可对订单进行分类管理，保证A类订单优先处理，保证其订货信息准确迅速传递。 对EN分析，可以看出出库商品总品种数共10种，而出货品种累计数达194种，说明该仓库的订单出货重复率高，可以采取批量捡取方式拣货。 进行IK分析时，结合IQ计算出各种物品平均单次订货数量，进行分类，最终确定其储位安排7及设备使用（如表2所示）。 该仓库I7和I9的总出货量和物品平均单次订货数量均大，拣货系统规划时应分配固定储位8，保证较高存货水平，另外为保证其出货，一些先进设备

7、应优先使用。I4、I8和I5的总出货量和物品平均单次订货数量均较大，为分类意义不突出的商品，根据商品分类特性归为相应的分类商品中。I1、I10和I3的总出货量和物品平均单次订货数量均较小，分配弹性储位且货位大小宜于调整9，通常拣货区和仓储区合并规划以减少多余库存，降低存货水平。I2、I5总出货量较大但单次出货量较小，出货频繁，分配固定储位但采取零星出货方式出货并保持适中的存货水平，I6总出货量较小但物品平均单次订货数量均较大，分配弹性储位，优先实现机械化，以保证其单次较高的出货量。 另外，商品从入库储存到拣选，出库的搬运过程中，货物的集装单元状态会随其储存和拣选的不同要求而发生变化10，这就是

8、PCB分析所解决的问题。常见的货物的集装单元形式有：托盘（P）、箱（C）和单品（B）。一般对于P-P和C-C的货物，由于储存和拣选/分拣出货的集装单元一致，所以储存和拣选区域是同区的。对于P-C 和C-B的货物，则会设置专门的拣选拆零区，将P或C的货物从P和C的储存区域取出，然后在相应的拣选拆零区进行P-C和C-B拣选。对于B-B的方式，也应为拆零区的模式，通过对货物配送中心所有货物的PCB分析，可以帮助配送中心确定不同的储运作业区域。不同的储运作业区域由于货物储存和拣选的集装单元差异，会选择不同的储存、拣选和搬运设备11。 1.2 作业流程设计及设备选型 零售型配送中心主要是把供应商的各类产

9、品汇集起来，然后根据用户订单，为大型超市、百货商店、连锁店等提供仓储与运输配送服务。可以把仓库划分为入库区、存储区、出库区、退货区等部分组成，其总体结构如图1所示。入库区主要负责到达货物的验收、检验、卸货、清点、分拣、包装、贴标等工作。设有进货口、暂存区、分类区、验收区及相应的设施。存储区是专门用于存放货物的区域，此区域主要完成货物的存储保管和养护，是相对静态的区域。货物在进入存储区前，根据分拣需求，对存储单元的大小进行调整，使其符合存储和分拣的需求。分拣区是分拣人员在分拣信息的引导下，通过查找货位、捡取和搬运货物进行货物分拣活动的区域。流通加工区进行分装、切割、贴标签、包装等流通加工作业。出

10、库区进行货物分拣出来的组配作业，并将配好的货物暂时存放，为送货做准备。退货区主要对卖场退回的货物进行分拣存储。物流作业配合区主要是容器回收、容器暂存、废料回收的区域。 在仓库管理系统中，广泛应用了无线手持终端包括手持RFID读取器和条码无线手持终端等完成实现对仓库物资（贴有电子标签）进行仓储管理，并将信息传递到输送设备。如果采用手持机对物资进行盘点效验等，其基本的操作是：用手持机扫描贴放在物资上的电子标签，手持机通过无线方式（wifi无线通信或GPRS/3G数据通信）与后台数据库进行数据交互12，并完成相应的数据服务请求，其应用包括组箱、组盘、下达入库任务、入库任务确认、出库确认、库存查询、物

11、料信息查询。自动化立体仓库入库、出库流程如图2、图3所示；主要设备如表3所示。 1.3 Flexim 系统仿真 1.3.1 模型说明 左上部分为上文仓库入库流程对应的退货区，人工拣选可以调入库的退货，经自动输送机送到储存区入口，并由巷道堆垛机根据WMS系统传来的信息，将货品送到指定货位上。按照降低库存的原则，部分商品在运到配送中心后，并不需要入库储存，而是直接按照订单，人工拣选，组盘或拼箱包装后，直接由自动输送机传到出口，由叉车将整盘的商品送上运输工具，直接出库，这就是自流区的流程。而更多的是整箱整盘入库，经RFID扫码后，叉车将货品送到自动传输带上，在由巷道堆垛机放到相应的库位上。 出库流程

12、也是由巷道堆垛机先将高位上的货品送到低位，人工拆零，按照电子标签自动拣选系统的提示，将订单所需的货品放到贴有二维码的周转箱中，叉车将周转箱放到自动分拣机的传输带上，按不同要求自动分拣后出库。 1.3.2 模型数据 退货区内三个发生器（Source），分别发送红、黄、蓝三种不同类型的临时实体，代表退货，发生器1到达速率：normal（25，5）s，发生器2到达速率：normal（25，5）s，发生器3到达速率：normal（21，4）s，缓存区（Queue）容量设置为10 000，双击Queue，在Flow属性中选择Use Transport，即使用叉车，这样才能在搬运过程中使用叉车。为了提高A

13、GV小车的效率，特设置为速度6m/s，最大容量为10，缓存区也设置为batch的处理方式，每次分别以发生的数量按批次处理，加快运行的效率。 在自流区发生器4到达速率：normal（25，5）s，发生器5到达速率：normal（25，5）s，每次发出数量为10、4、5的红、黄、蓝临时实体，以Arrival Schedule形式循环发生。设置分离器（Separator）和2个处理器（Processor），双击Separator，在属性栏的Separator中，选择Slipt，并编辑Split or Unpack Quantity下拉列框中的By Expression：3，该步骤的意义在于指定分离器

14、将整箱产品分离为3个类型的产品。Processor分别模拟拆零、扫码拣选流程，设置为批处理，每次可以处理多个产品。对不需要入库储存的产品，直接按照订单，人工拣选，组盘或拼箱包装后，由自动输送机传到出口。设置传送机（Conveyor）速率：1m/s，并在Triggers中的On Entry属性中选择Set Color，对产品的颜色进行设置，四种不同类型的临时实体按照正态分布均匀到达，经由合成器打包，放置于托盘上。双击打开Transporter的参数设置页。在Transporter属性中，点击选取Load Time（举起速度）下拉菜单中的By Expression，Lift speed：1m/s，

15、Capability：1.00，Acceleration：1.00，Max speed：2.00m/s。对操作人员（Operator）设置参照Transporter。 在存储区，每个合成器都有两个发生器A、B与之对应，一个发射临时实体，一个发射托盘，sourceA下的Inter-Arrivaltime的下拉选项中选择Statistical Distribution来寻找分布函数。点击Inter-Arrivaltime下拉菜单后的参数编辑按钮进行编辑，选择normal的正态分布。单击后，编辑为Statistical Distribution： normal（10，1，1）。这个指令的意思是Sou

16、rce将会在均值为10秒，标准差为1秒的时间内产生一个包装箱。在Flow Item Class的下拉列表中选择Flexsim Box用以产生包装箱。Combiner在Combiner属性下的Combine Mode的下拉列表中选择Jion，在Components List中选择合成器的捆包产品的目标数量，设置为4及让4个产品捆成一箱。 在拣选区，5个分拣道口分别对应五种不同类型的订单，五个暂存区分别存放按订单分类后的待配送中心产品。双击分拣带，在send requirement中选择按类型分拣，正好对应了前面托盘所设的五种类型的订单。在连接了五条传送带后，将会出现五个出口设置，并设置对应的出口

17、。在Layout中对其进行长度以及高度等设置，Type 1， length 10， angle90.00， radians 5.00。在这里我们对托盘的类型进行设置，由于有五种订单，因为我们将设置五种类型。对于多订单，可以采用Excel表导入的方法。 2 结 论 立体库的设备选型过程中，用Flexsim进行仓库的建模和仿真，可以得到不同条件下的运行数据，为自动化仓库的实际运行参数提供了理论数据和管理依据。但是自动化仓库的建设并不一味追求高度机械化，而是实现信息化指导下的机械作业，以求最大限度的减轻人员的劳动强度，以改善工作条件，提高工作效率。因此，在设计自动库的仓储系统时，根据EIQ分析的结论

18、，进行分区设计，选用自动传输带、手持终端、立体库货架、自动分拣系统、巷道堆垛机、电子标签自动拣货系统、AGV小车等设备，完成货品的出入库流程。最后用Flexim仿真软件，对设计的系统进行仿真模拟，调试各系统的参数设置，为系统的改进提供决策依据。 参考文献： 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 刘宇鹏. 基于Flexim的自动化立体仓库仿真优化研究J. 辽宁省高等专