物流系统仿真课程设计

1、学 号 201214770231201214770131201214770120 201214770414201214770223课程设计说明书COURSE DESIGN THESIS设计题目：自动分拣系统仿真学生姓名：专业班级：12物流工程1学 院：建筑工程学院指导教师：2015年6月26日摘 要摘 要自动分拣系统(Automaticsortingsystem)是先进配送中心所必需的设施条件之一。具有很高的分拣效率，通常每小时可分拣商品6000-12000箱。可以说，自动分拣机是提高物流配送效率的一项关健因素。它是二次大战后在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已成为

2、发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。计算机仿真技术是研究复杂系统的有效方法，应用仿真软件可以很容易地建立物流系统的仿真模型，较解析方法能更全面地描述实际系统的特征。在分析物流系统仿真方法的基础上，结合某化纤厂的自动分拣包装及码垛系统，利用物流仿真软件Flexsim，对该系统进行了建模仿真，并根据对仿真结果的分析，找出了该物流系统存在的问题，提出优化

3、改进的方法。系统仿真技术借助计算机技术对系统进行真实模仿，通过实验得到各种动态活动的仿真数据记录，分析验证系统的有效性及合理性。系统仿真已经成为现代物流系统研究的重点方向，越来越多地应用于复杂物流系统的分析与决策中。本文借助Flexsim仿真软件对自动分拣包装进行仿真优化研究。关键词 Flexsim软件仿真；自动分拣；物流系统-19-目 录AbstractAutomatic sorting system (Automaticsortingsystem) is one of the necessary facilities for the advanced distribution center

4、. With a high sorting efficiency, usually an hour can be sorted 6000-12000 box. It can be said that the automatic sorting machine is a Guan Jian factor to improve the efficiency of logistics distribution. It is after the Second World War in the United States, Japan, the logistics center is widely us

5、ed in the automatic sorting system, the system has become developed countries large and medium-sized logistics center is an indispensable part of. Sorting is to put a lot of goods from different locations and units assigned to the set of the location of the site. By the means of sorting, can be divi

6、ded into manual sorting, mechanical sorting and automatic sorting. Currently automatic sorting has gradually become the mainstream. Because the automatic sorting is sorting system enter from the goods sent to a designated location allocation so far, according to the instruction of people rely on the

7、 automatic sorting device to complete. Computer simulation technology is a effective method to study complex system, the application of simulation software can easily establish the simulation model of logistics system, than the analytical method to describe characteristics of the actual system more

8、comprehensive. In the analysis of logistics system simulation method based on, combined with a chemical fibre plant automatic sorting packing and palletizing system, using the logistics simulation software Flexsim, modeling and Simulation of the system and according to the analysis of the simulation

9、 results, find out the problems existed in the logistics system, is presented for the optimization of the improved method. System simulation technology to simulate the system by using computer technology, through the experiment to get all kinds of dynamic simulation data records, analysis and verifi

10、cation of the validity and rationality of the system. System simulation has become the focus of modern logistics system research, more and more applied to the analysis and decision of complex logistics system. In this paper, the simulation software of Flexsim simulation software for automatic sortin

11、g and packaging of simulation optimization.Keywords Flexsim software simulation; automatic sorting; Logistics system第1章 绪论第1章 绪论1.1 选题背景我国分拣设备的研发和应用起步较晚，与国外相比约晚 20 年左右。前期主要受历史因素影响，相当长的时期内只停留在研究和中试阶段，改革开放以来，通过国外产品引进及与国外专业厂商技术合作与交流，引入了国外先进技术和理念，国内对分拣设备的研制越来越成熟，应用也越来越多。早期主要应用于在邮政行业，生产和流通领域运用的并不是太多。近几年，

12、输送分拣系统由于它能有效地解决生产分拣过程人工作业运行成本高、效率低等弊病，所以应用越来越广泛。1.2 选题意义近二十年来,特别是物流行业，随着经济和生产的发展,商品趋势趋于"短小轻薄"，流通趋于小批量多品种和准时制（JUST-IN-TIME，简称JIT)分拣作业已成为一项重要的工作环节，分拣系统的应用已经日趋普遍。我国目前多数配送中心和物流企业都是人工分拣。显然，随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配送的要求，所以这一环节亟待提高。而国外一些配送中心多采用分拣系统进行分拣，充分发挥了分拣技术分拣速度快、分拣点多、

13、差错率极低、效率高和基本上全自动操作的优势。日本一位物流专家认为，在用户需求表现为多种小批量的时代，物流技术的三大措施是自动分拣机、自动化仓库和无人自动引导车。自动分拣机是其中最接近与成熟的产品，这可以认为是国家对于自动分拣在物流技术中的地位和现状的一个较好的概括。自动分拣系统成为当代物流技术发展的三大标志之一。1.3.国内外发展现状1.3.1国外发展现状以美国、日本及欧洲为代表的发达国家，在分拣系统的应用上呈现出自动化程度越来越高的特点。自动分拣系统已成为发达国家大中型物流中心、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。 自动分拣系统（Automated Sorting System）是二战后在美

14、国、日本以及欧洲的大中型物中心广泛采用的一种分拣系统，参照邮局分拣信件自动化的经验配置而成。一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口四部分组成，它们通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的分拣系统。其主要特点有三: 能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率极低，分拣作业基本实现无人化。自动分拣系统中人员的使用仅局限于进货时的接货、系统的控制、系统的经营、管理与维护等，这恰好适应了国外企业对减少人员使用、减轻员工劳动强度、提高人员使用效率的要求，因此受到了他们的广泛重视。 就国外进行配送业务的行业或企业来说，自动拣选系统已被广泛应用在医药行业、化妆品制造等行业，如

15、日本资生堂、花王、大木等株式会社; 自动分拣机作为自动分拣系统中的关键设备，因其每小时可达6,000-12,000箱的高分拣效率，在日本和欧洲也得到广泛应用: 日本的连锁商业（如西友、日生协、高岛屋等）和宅急便（大和、西浓、佐川等）均普遍使用自动分拣机; 在日本唱片中心，CD及录像带的新出版品也利用高端的机器人自动分拣机拣货。 然而，尽管自动分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍。其主要原因有两点:（1） 一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证

16、，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资，小企业则无能为力。（2） 系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动分拣，需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。 因此，除自动拣选系统外，国外配送中心对于计算机辅助拣选系统的利用也相当普遍。在流通领域，特别是连锁超市、便利店的配送中心都广泛使用电子标签、RF等计算机辅助拣选系统。 1.3.2国内发展现状我国自动分拣机的应用大约始于1980年代,近期的市场兴起和技术发展始于1997年。自

17、动分拣的概念先在机场行李处理和邮政处理中心得到应用, 然后普及到其他行业。随着业界对现代化物流的实际需求的增长,各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高。这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书及超市配送领域, 并有望在将来向化妆品及工业零配件等领域扩展。这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、准确性要求高和人工处理效率低等特点。随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择

18、。阻碍自动化拣选系统发展的因素有很多，有些则是与我国整个物流业存在的问题相一致的。物流标准化就是我国物流业长期关注的一个问题。商品的条码化、包装的标准化等是自动化拣选系统得以顺利运行的保证，而在我国，由于商品包装箱（指运输包装）上基本没有印刷条码，商业系统至今尚没有认真研究过运用自动分拣机。另外，由于一个公司或企业往往无法左右整个行业的进展，一些大企业倾向于开发适合自己业务特点的系统，这又进一步造成了实际中接口的障碍。自动化设备和系统的价格问题也是另一个阻碍因素，小企业一般无力购进高价设备。 如今，国际竞争日益加剧，为了发展我国物流业，国内的许多企业和政府部门也在做更大的努力，也已取得了一定的

19、成效。例如，随着科技的日新月异，国内的一些物流配送中心也开始结合自身特点、采用高技术含量的设备和系统来提高分拣配送效率。上海华联超市的配送中心采用高层立体货架和拆零商品拣选货架相结合的仓储系统和前移式蓄电池叉车、电动搬运车、电动拣选车和托盘，实现装卸搬运作业机械化，同时拆零商品配货电子化。采用电子标签拣选系统，使用电子标签设备，大幅度提高了分拣作业速度、降低了拣货出错率。 随着对物流业的重视，国内一些物流设备生产企业在分拣设备的生产制造上也取得了一定的进展。例如，太原刚玉仓储设备公司和贵阳普天通信机械厂已设计生产货架电子标签拣选系统、小车式数字显示拣选系统、邮件自动分拣系统等; 珠海普天慧科信

20、息技术有限公司研发出PTL（Pick-to-light & Put-to-light）电子标签拣选系统，除具备电子标签拣选系统的一般优点之外，还具有弹性控制拣货作业流程、即时现场监控、紧急订单处理和缺货通知等强大的功能。 在自动拣选技术和系统方面，自动分拣技术在20世纪70年代被引入国内，我国的邮政系统最早并已多年使用自动分拣设备，并在长期的实践中不断创新、不断进步。例如，邮电部相关部门相继开发和研制出具国际水平的CORE-NT自动分拣系统，性价比很高的扁平邮件高速自动分拣系统; 上海邮政通用技术设备公司研制成功了速递邮件网络化自动分拣系统等。今年6月份，邮政系统还推出了新的信封标准以

21、更好的配合自动化的信件分拣系统。虽然在邮政系统外的其它行业，国内对自动分拣系统的使用还非常少，但有关部门和企业正在为此做出不懈的努力。可以肯定，随着物流大环境的逐步改善，自动分拣系统在我国流通领域一定会大有用武之地。1.4 本章小结本章主要分析了本课题选题背景及意义，总结了自动分拣系统的特征，指出了当前自动分拣系统的一些问题，最后对本课题的国内外发展现状进行了介绍。第2章 基本理论第2章 基本理论2.1自动分拣系统简介自动分拣系统(Automatic sorting system)是先进配送中心所必需的设施条件之一。具有很高的分拣效率，通常每小时可分拣商品6000-12000箱；可以说，自动分

22、拣机是提高物流配送效率的一项关健因素。它是二次大战后在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣

23、指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，输送装置需要连接若干分拣口，以便使分好类的商品进入特定的分拣位置。其由传送带或传送机组成。作用是通过控制和分类装置，使待分拣商品进入输送装置两侧，分拣口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进的通道，一般由滚筒、钢带、皮带等组成滑道。工作人员只需到相应的滑道口搬运商品入库即可。 以上几部分分拣装置通过与计算机连接通信，再配合相应的人工控制环节就构成了完整的自动分拣系统。2.2自动分拣特征自动分拣系统(Automatic sorting

24、 system)是先进配送中心所必需的设施条件之一。具有很高的分拣效率，通常每小时可分拣商品6000-12000箱；可以说，自动分拣机是提高物流配送效率的一项关健因素。它是二次大战后在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。 1、 能连续、大批量地分拣货物 由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力是人工分拣系统可以连续运行100个小时以上，每小时可分拣7000件包装商品，如用人工则每小时只能分拣150

25、件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。 2、 分拣误差率极低 自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。 3、 分拣作业基本实现无人化 国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于以下工作： （1

26、）、送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货。（2）、由人工控制分拣系统的运行。 （3）、分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。 （4）、自动分拣系统的经营、管理与维护。 如美国一公司配送中心面积为10万平方米左右，每天可分拣近40万件商品，仅使用400名左右员工，这其中部分人员都在从事上述（1）、（3）、（4）项工作，自动分拣线作到了无人化作业。 自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通

27、过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，不同的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。 输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使

28、分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。 以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统。 第三章 自动分拣系统仿真设计第3章 自动分拣系统仿真设计3.1 系统描述 此系统为一个大型的自动分拣系统。四种货物A、B、C、D各自到达高层的传送带入口端，其中，A的到达频率服从正态分布normal（400，50）s；B的到达

29、频率服从正态分布normal（200，40）s；C的到达频率服从均匀分布uniform(100,500)s;D的到达频率服从均匀分布uniform(30,150)s;四种货物沿一条传送带传送，根据品种的不同，由分拣装置将其推入4个不同的分拣道口，经各自的分拣通道到达操作台。每个操作台需操作工1名，货物检验合格后打包送入缓冲区，每件货物的占用时间服从均匀分布uniform(20,60)s;每种货物都有不合格产品，不合格产品通过地面传送带送往检修处进行修复。A的合格率为95%，B的合格率为96%，C的合格率为97%，D的合格率为98%。传送带的传送速度可采用默认速度。3.2 实验目的1、计算分拣系

30、统一天的总货物流量2、求出该系统能够承受的最大日流量3、思考如何调整这个系统的物流安排和人员配置和查询成绩的功能。3.3实验步骤（1） 从对象库中拖放所需的对象到建模视图， 2个发生器，5条传送带，1条分拣传送带，4个处理器，6个暂存区，1个分解器，一个叉车，2个吸收器。对其进行布局，连接，如图所示图2.1 仿真模型总图发生器产生四种货物，四种货物A、B、C、D各自到达高层的传送带入口端，其中，A的到达频率服从正态分布normal（400，50）s；B的到达频率服从正态分布normal（200，40）s；C的到达频率服从均匀分布uniform(100,500)s;D的到达频率服从均匀

31、分布uniform(30,150)s，发生器输出口连接分拣传送带，对发生器到达时间间隔设置如图图2.2 发生器到达时间间隔设置图对发生器的触发器进行设置临时实体类型设置如图：图2.3 发生器的触发器进行设置临时实体类型发生器输出端口连接分拣传送带（2） 对分拣传送带进行设置，传送带长度30cm，每一段出口相隔距离为7cm，有四个出口，设置临时实体流，设置如图图2.4 对分拣传送带设置临时实体流为了使不同的产品进入不同的传送带对发送条件进行设置设置如图图2.5对传送带发送条件进行设置分拣传送带输出端口为四个传送带（3） 四种货物沿一条传送带传送，根据品种的不同，由分拣装置将其推入4个不同的分拣道

32、口对传送带6,传送带7，传送带8传送带9分别设置长度15cm，16cm,18cm,25cm.传送带6布局设置如图：图2.6 传送带6布局设置传送带7，传送带8传送带9设置同理，四条传送带输出口分别连接四个不同处理器。（4） 每件货物的占用时间服从均匀分布uniform(20,60)s，对处理器10设置加工时间设置如图：图2.7 处理器10设置加工时间每种货物都有不合格产品，不合格产品通过地面传送带送往检修处进行修复。A的合格率为95%，B的合格率为96%，C的合格率为97%，D的合格率为98%。对处理器10临时实体流输出进行设置设置如图图2.8 处理器10临时实体流输出进行设置处理器11，处理

33、器12，处理器13设置同理，处理器输出端口是一条传送带和四个不同暂存区（5） 对传送带长度，角度，半径进行设置，设置如图图2.9对传送带长度，角度，半径设置传送带输出端口是吸收器（6） 暂存区14，暂存区15，暂存区16，暂存区3327，暂存区14改变最大容量设置如图图2.10 暂存区14改变最大容量设置其余暂存区容量与暂存区14相同设置同理，暂存区输出端口为合成器（7） 吸收器吸收不合格产品设置为默认值（8） 发生器9797产生托盘设置到达时间间隔设置如图2.11 发生器9797产生托盘设置到达时间间隔设置触发器临时实体类型和颜色设置如图图2.12 设置触发器临时实体类型和颜色发生器输出端口

34、为暂存区2681（10） 暂存区2681暂存托盘设置暂存区最大容量,暂存区输出端口设置如图图2.13 暂存区输出端口设置暂存区输出端口为四个合成器（11） 合成器打包物品设置临时实体设置如图图2.14 合成器打包物品设置临时实体输出端口为分解器1（12） 叉车将四个合成器合成的产品运输到分解器上，叉车的设置按其默认值进行设置（13） 暂存区2存放分解后的托盘 输出端口为暂存区2681（14） 分解器1设置分解器为分解托盘设置如图所示图2.15 分解器1设置分解器为分解托盘分解器输出端口为暂存区2，吸收器59（15） 吸收器按默认值设置（16） 添加两个平面作为墙，调整平面长高宽3.4仿真结果分

35、析图2.16 仿真运行结果由上图可知，进入系统的总货物数量为217个。经分拣后，A货物有53个，B货物有48个，C货物有58个，D货物有58个。已经装进货车的合格货物数量为149个，不合格货物数量为9个（不合格产品直接被吸收器吸收掉），剩余货物仍在运输和检验途中。本设计中托盘课重复循环使用。四种类型的货物经合成器打包后（一托盘有20个货物），经叉车运送到分解器中，经分解后，合格货物被送往货车中，托盘继续循环使用。经观察又发现，处理器10、处理器11、处理器12、处理器13、分解器1空闲时间较长，所以导致上述情况发生，为减少分解器1的空闲时间，需要提高负责搬运货物到分解器1叉车的速率，故做以下调

36、整：图2.17 叉车速率调整前 图2.18 叉车速率调整后调整叉车速率，经仿真运行后，得到一下数据: 图2.19调整叉车速率后仿真运行结果由上图分析可知，调整叉车速率后发现空闲时间并无明显变化。在此可猜测判断问题主要出现在：停滞时间与合成器加工时间；停滞时间与包装物发生器时间；综上，当货物在分拣过程中发生滞留或者机器工作能力明显无法负荷时，无需立马想着增加机器或者增加劳动力。毕竟增加机器和劳动力所付出的成本是高昂的，并且在实际情况中，增加容易减少难。但若不改变，则会发生货物的堆积，占用空间，减慢生产，增加工作负担。决策者可以从货物的分配方式上面去考虑，调整货物分配比例，让有限的机器能够有效地运

37、行，从而加快货物的流通，让工作链从阻塞变为畅通，提高生产效益。3.5 对仿真相关问题的解答1、该分拣系统一天的总货物流量为多少？答、由系统运行结果可以看出，系统24小时的总货物流量为217。2、按照目前的配置，该系统能够承受的最大日流量是多少？答：因为每件货物的占用时间服从均匀分布uniform(20,60，5)，所以处理每个货物的操作时间为（20+60）/2=40秒，一天运行8小时的处理个数为：（86400/40）*4=8640。3、如果你是该系统的主管，你怎样调整这个系统的物流安排和人员配置？答:由系统的运行结果分析，我们可以看出，操作工的利用率很低，这是由不同的货物到达间隔时间不同造成的

38、，因此可以根据这个特征适当减少操作人员，比如一个操作人员可以负责两种货物的检验包装，提高人员利用率。 总结与展望本次课程设计主要针对的是自动分拣系统中各种资源设备（包括卸货人员、检验员、检验台、装配员、传输小车等）是否匹配，以提高分拣过程中资源的利用率为目标，在物流、生产制造行业都有非常广泛的应用的前景。通过建模仿真，不仅仅可以缩小我们投入的成本，也可以缩短我们在前期进行分析所花的时间，提高了效率，让我们了解了自动分拣系统中的实际运作流程，并可以直观地找出分拣系统的缺陷和瓶颈，从而可以在前期找出设计方案中存在的问题，并通过多次模拟仿真，可以对问题进行优化，提高仿真运行的效率。经过这个星期的flexsim应用软件的操作，大致能