自动化立体仓库入库作业系统仿真 付强作业

1、Tianjin University of Technology and Education物流中心规划课程设计设计报告课题名称： 自动化立体仓库入库作业系统仿真专 业： 物流管理 班级学号： 1201- 31 学生姓名： 王秋娇 任课教师： 付 强 二一五 年 七 月目 录项目概述31 课程设计内容42立体仓库仿真入库实验的流程53 Flexsim仿真步骤63.1 模型建立6 3.1.1 入库处理区的Flexsim模型.63.1.2 货架区的Flexsim模型.73.2 参数设置73.3模型运行103.4 模型结果统计113.5 数据统计分析124 模型优化145设计总结16项目概述随着计算

2、机信息技术的发展，现代企业生产规模的不断扩大和竞争的日益加剧， 市场对企业物流系统提出了新的要求，自动化立体仓库越来越受到关注并得到广泛应用，对其运行效率的研究也成为企业关注的焦点。计算机仿真软件能够进行离散系统建模仿真，是自动化立体仓库仿真分析的理想选择。本文以一个自动化立体仓库为例，根据自动化立体仓库基本组成和作业流程，将自动化立体仓库剖析为入库、存取两个部分。通过模拟自动化立体仓库物流系统，对仓库物流过程进行整体分析。结合各个作业特点，对仿真的总体流程和各个详细步骤进行研究，找出其瓶颈，并对其进行优化，结果显示优化后仓库作业效率得到提高。1 课程设计内容 某公司下辖的物流子公司由于业务的

3、发展，现需要规划建设一个新的单元货架式自动化立体仓库以满足生产要求。该仓库可以实现货物的简单处理，处理后的货物及时上货架，随订单及时出库等操作。仓库的存储对象主要为中小型成品零部件、标准件等工具器具等中小体积的产品，将所有产品共分为2个系列，每个系列存至相应货架中。货架间有条巷道，供堆垛起重机通行。每排货架沿仓库纵向方向分为数列，沿垂直方向又分为若干层，从而形成大量货格，用以存储货物。货物的存取和搬运过程都是由计算机自动控制完成的。2立体仓库仿真入库实验的流程3 Flexsim仿真步骤3.1 模型建立根据系统描述，通过对系统的分析，建正确的模型。在标准实体栏中选择正确的实体，将其拖拽到正确的位

4、置即可。立体仓库的平面布局建立以后，根据空间属性和设备的物理位置建立仓库Flexsim三维模型。货物的到达用Source(发生器)模拟；自动分拣机用Conveyor(分拣传送带)来模拟，各段Conveyor之间通过一定的逻辑连接，并在参数中设置使用操作员；码盘作业使用Combiner(合成器)模拟；对入库托盘的处理使用Processor(处理器)模拟，模拟一段时间的延迟；入库缓冲区也使用Conveyor模拟，设定其容量；入库台用Queue(暂存区)模拟，容量为100；具体参数设置请看图3-1。实体建立完成后，下一步是根据临时实体的路径连接端口。连接过程是：按住“A” 键，然后用鼠标左键点击发生

5、器并拖曳到暂存区，再释放鼠标键。拖曳时你将看到一条黄线，释放时变为黑线（取消时过程一样但按住得是“Q”）。以及设置临时实体的中间端口。连接过程类似，按“S”键；取消按“W”键。图3-1 仿真模型图3.1.1 入库处理区的Flexsim模型 入库处理包括分拣、码盘、登记等过程，本文按分拣和码盘、登记两部分进行建模。图3-1所示为入库分拣、码盘、登记作业模型。模型中的发生器2用来产生托盘，临实实体种类为Pallet按时间间隔到达。发生器2的输出端口与下游的托盘码放台输入端口连接，将临时实体发送到随机可用端口。 模型中的合成器是供人工码盘的操作平台，合成器的输入端口1与托盘码放台连接，输入端口2与上

6、游的传送带连接，与机器人建立中间端口；合成器的输出端口分别与相应的处理器输入端口连接，每台合成器分别用一台处理器；2台处理的中间端口均与堆垛机连接码盘结束后，由机器人将托盘运至处理器上进行处理（扫描、检验等）。检验完成后，由堆垛机将托盘运送入库，整个入库作业到此完成。3.1.2 货架区的Flexsim模型货架区由两部分组成：堆垛机、货架。货架模型如图3-2所示。模型中，采用堆垛机进行作业，每个堆垛机进行两侧的货架的存取（入库）作业。处理器输出端口与对应货架输入端口连接；货架中间端口与堆垛机连接，进行入库作业。每排货架的最大容量为100，货架尺寸按照前述的参数进行设定，货物放置到层、列均采用随机

7、分布，货格中货物的入库作业均采用堆垛机作为运输工具。图3-2 货架区Flexsim模型3.2 参数设置参数设置是对模型中的各实体参数按照系统描述所示进行设置。双击标准实体，就弹出其参数设置窗口，在窗口中根据系统描述选择正确选项后点确定即可。（1）入库的参数设置如下：发生器下到达时间间隔，下拉框中选择“使用统计分布”一项，如图所示：图3-3 入库 设置（2）发生器244的参数设置如下：发生器下到达时间间隔，下拉框中选择“统计分布”一项如图所示：图3-4 发生器244设置（3）暂存区21的参数设置如下图所示：图3-4 暂存区21的参数设置（5）处理器24的参数如下，如图所示：图3-5 处理器的1参

8、数设置（6）对分拣传送带的参数进行设置，将工件A、B区分，分别运往不同的处理器对工件进行加工处理，参数设置如下图所示：图3-6 输送机参数设置（7）对合成器241进行参数设置如图所示：图3-7 处理器2参数设置（8）对货架543进行参数设置如图所示：图3-8 处理器3参数设置3.3 模型运行（1）系统运行屏幕图如下所示：图3-9 系统运行3D图（2）仿真结束后，通过“统计>状态报告”输出Excel 状态报表，如表3-1所示。通过模型报告可以很清楚的了解模型中个实体得各种状态占总时间的百分比。图3-10全局报告表3.4 模型结果统计以下从模型的各个基本实体中，抽取出其中一部分实体，统计其在

9、运行过程中的各种状态、所占比例，制成运行状态饼图，并综合成表。 (1)入库工作台 工作台主要将分拣出来的货物进行一个码盘操作。工作台的主要评价指标为工作时间、闲置率、利用率。通过工作台属性统计分页，可以得到工作台的状态饼图，从图上可以清楚的看到工作台的闲置时间、收集时间、处理时间、等待运输的时间及其各自所占的百分比等仿真结果。图3-11所示为仿真结束后242号工作台的State饼图：工作台属性工作台242工作台241空闲(idle)3.4%2.3%处理(processing)8.1%8.1%收集(collecting)84.5%85.6%等待运输4.0%4.0%（2）堆垛机 堆垛机主要进行对已

10、检验的货物进行上架和对需要出库的货物进行取货运送。堆垛机运行状况的主要评价指标是工作时间、闲置率和利用率。通过堆垛机的属性统计分页，可以得到堆垛机542的状态饼图，从图上可以清楚地看出堆垛机的空闲时间、装载行驶时间、空载行驶时间及其各自所占的百分比等仿真结果。图3-12 堆垛机运行结果表3-2 堆垛机运行统计表堆垛机属性堆垛机542空闲62.6%空载行驶15.5%载货行驶21.9%最小等待时间10.982s最大等待时间20.476s平均等待时间15.907s3.5 数据统计分析(1)通过图3-112可以看出，入库工作台运行比较合理，空闲时间仅在3%左右。这主要是因为，工作台主要接收按系列分拣后

11、的产品，由分拣传送带分配到各个工作台，然后进行码盘操作，整个过程工作台基本都有工作内容。但也不难看出，工作台的收集时间所占比重比较大，这是因为工作台需要进行的是码盘工作，预设为4个产品码作一盘，因而，工作台大部分时间是在等待其余的产品流入工作台，完成码盘后，才能转往下一个工作站检验器。造成这个现象的原因主要是产品（临时实体）产生速率，产品产生速率慢，则工作台就只能等待收集。因此，模型中的临时实体到达时间间隔应制定得更短为宜。（2）从图3-12可以得出堆垛机工作效率和货架库位的利用率，如表3-5所示：表3-5 仿真分析结果堆垛机542货架543货架542利用率(%)44.918.918.34 模

12、型的优化根据以上对自动化立体仓库的分析及优化方案设计，通过对模型的多次模拟运行及结果统计分析，找出直接影响各工作站工作效率的因素，进行合理化的修改后，得出具有一定针对性的可行性结论。现对模型的优化分析如下：(1)因各工作站空闲等待时间均过长，故考虑提高临时实体产生速率。做出修改为：临时实体到达时间间隔为指定，从原来的15s更改为10s;(2)因入库工作台等待收集产品码盘时间过长，且产品由分拣传送带传送，故考虑提高分拣速率及分拣传送带传送速率。做出修改为：分拣传送带传送速度由原来的3增加为5；(3)通过将其它因素视为常数，只将运输工具视为变量，分析研究工作台与检验器之间的运输方式发现，由两个任务

13、执行器进行运输与其它运输方式对模型运行结果无明显影响，故不对此运输方式进行修改；(4)因货架利用率不高，故此，对货架区参数调整为：最大容量不变，最小停留时间有原来的7000s变为10000s。通过以上修改，重置运行模型后，得到以下的统计结果。对比优化前的数据，得到以下表格：l 入库工作台优化前后运行情况统计结果显示，工作台的收集产品等待码盘的时间比例由原来的88%下降为73%，工作台运行效率明显增加。对比情况如表4-1所示.表4-1 工作台运行情况对比工作台属性工作台241工作台242优化前后优化后优化前优化后优化前空闲4.8%2.3%4.7%3.4%处理16.44%8.1%16.53%8.1

14、%收集74.68%85.6%74.72%84.5%等待运输工具2.85%4.0%2.83%4.0% l 堆垛机优化前后运行情况统计结果显示，优化后的模型中，堆垛机的平均等待时间无明显变化，但在此基础上堆垛机的空闲时间比却由原先的55%下降为44%，有载运输时间增加6%，堆垛机利用率从原来的45%上升为55%，这无疑提高了堆垛机的工作运行效率。对比情况如表4-3所示。表4-2 堆垛机运行情况对比堆垛机属性堆垛机1优化前后优化后优化前空闲43.4%62.6%空载行驶27.9%15.5%载货行驶28.7%21.%最小等待时间11.320s10.982s最大等待时间20.826s20.476s平均等待时间15.995s15.907s利用率56.6%44.9%以上分析结果表明，通过仿真分析，优化系统的资源配置后，达到了提高系统效率、优化投资效益的目的。5设计总结本文采用基于Flexsim仿真对自动化立体仓库进行研究，建立了立体仓库入