卷烟物流配送中心系统仿真及优化研究

1、卷烟物流配送中心系统仿真及优化研究【摘要】卷烟物流配送中心是烟草行业物流的重要节点，为消除物流瓶颈，提高设备效率，在卷烟物流配送中心的 设计中采用仿真软件对物流系统进行仿真和优化。根据仿真结果优化设计方案,解决设备利用率不高、空托盘流程不 合理等问题#优化后系统运行通畅，设备使用效率配比合理，减少了资源浪费，同时为配送中心未来的运行维护提供了 信息模型。【关键词】卷烟物流；配送中心；系统仿真;优化设计Simulation and Optimization of Cigarette Logistics Distribution Center System【Abstract】 Cigarette

2、logistics distribution center is an important node of tobacco industry logistics. In order to eliminate logistics bottleneck and improve equipment efficiency, simulation software is used to simulate and optimize the logistics system in the design of cigarette logistics distribution center. According

3、 to the simulation results, the design scheme is optimized to solve the problems of low utilization rate of equipment and unreasonable process of empty tray. After optimization, the ratio of equipment efficiency is reasonable, the waste of resources is reduced, and the information model for future o

4、peration and maintenance of distribution center is provided.【Key words】 cigarette logistics; distribution center; system simulation; optimization design卷烟物流配送中心负责卷烟产品向零售终端的配送任 务，具有卷烟的仓储、分拣和送货等职能。近年来，卷烟物流 行业自动化及信息化发展较快,高架立体仓库、自动出入库设 备、射频识别（RFID）系统、自动/半自动分拣线等得到了广泛 应用，并配置了智能化仓储管理系统、卷烟分拣包装管理系 统、智能优化调度管理

5、系统等。卷烟物流配送中心存储、分拣量大,不同区域卷烟的存放 形式不同，卷烟牌号的不断增多,更增加了物流的复杂程度， 传统的设计方法只对各物流环节物流量进行简单衡算，目前 已无法满足新的设计需要。本文在卷烟物流配送中心的设计 过程中采用仿真软件对物流系统进行仿真和优化，消除物流 瓶颈，提高设备效率，节省了投资和运行成本#1仿真平台采用新一代面向对象的仿真建模工具，在这个软件环境 中，C* *不但能够直接用来定义模型，而且不会在编译中出现 任何问题。这样就不再需要传统的动态链接库和用户定义变 量的复杂链接。它能使决策者轻易地在个人电脑中建构及监 控任何工业及企业的分散式流程。所采用的仿真软件用于建

6、立离散事件流程过程，已应用 于工业自动化仿真、物流仿真、交通运输仿真、医疗管理研究、 先进国防战略仿真等研究方向。孟巧凤等、倪玉晋等皿研 究了生产线的仿真与优化;胡大伟等E研究了公路客运站仿 真系统;张立峰等也研究了采用系统仿真的军事配送策略；张 慧颖等勺通过仿真对医院业务流程进行优化;杨玮等顷对某 医药物流中心立体仓库进行了仿真优化。系统仿真在卷烟物 流配送中心物流规划中已有应用,但相关研究还不多。仿真技术应用到卷烟物流配送中心中，与控制仿真、视景 仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维 修等技术一起，在贯穿配送中心的设计、制造、改进、运行维护 乃至全寿命周期技术活动中，发挥

7、着重要的作用#2卷烟物流配送中心项目设计2. 1 项目设计参数某卷烟物流配送中心建设项目主要设计参数如下：年工作日250天;每日有效工作时间8小时（实际分拣 按7小时）。年设计卷烟分拣配送能力37.3万箱。省内外卷烟比例：省内烟:邻省烟:远省烟=60. 24% : 13. 31% : 26.45%2.2.2工艺流程设计年分拣最大规格数192种，日分拣最大规格数156种, 日分拣最小规格数18种，日分拣平均规格数112种。仓储存量按年销售量37.3万箱，省内烟7天存量，邻 省烟12天存量，省外烟25天存量，峰值系数1.3设计；出、入 库能力按年销售量37. 3万箱，不均衡系数1. 3设计。配送周

8、期7天，配送响应方式为今访明送，配送模式为 “一级配一级送”和“一级配二级送”。2.2 项目方案2.2.1工艺平面布局及动线规划工艺平面布局。根据数据分析、地块特征，结合最新烟 草物流规划设计理念及最新技术，进行配送中心联合工房工 艺平面布置。配送中心联合工房由件烟卸车区、一层码垛入 库区、二层拆垛出库区，高架立库区、分拣区、笼车备货区和空 纸箱暂存区、周转箱暂存区等组成。平面布局科学合理，各个 功能区分区明确，动线简洁不迂回，不交叉。配送中心联合工 房平面布局如图1所示。图1配送中心联合工房平面布局动线规划。配送中心联合工房入库、出库、分拣装笼、 空纸箱回收、发货装车几类物流动线如图2所示。

9、图2配送中心联合工房物流动线图卷烟物流配送中心主要工艺流程如图3所示图3配送中心工艺流程图工艺过程的实施是完全信息化的过程，上位计算机按照 事先设定的程序通过电气控制使设备按一定的规律运行，一 些由人工完成的环节按计算机终端、无线终端、显示屏的信息 进行操作，人工实施完成后通过计算机终端、无线终端、确认 按钮等把信息传递到上位计算机，使整个系统始终处于正确 的信息管理中运行。件烟入库流程。件烟码垛入托盘立库。对于占总销量76. 74%以上的 A类烟，经伸缩皮带机卸车，一号工程扫码后输送到机器人码 盘工位码盘，系统自动把件烟信息和托盘信息匹配，并传送给 上位仓储管理系统(WMS)，码好的件烟托盘

10、经输送设备、穿 梭车、巷道堆垛机送到托盘库指定货位。件烟入多层穿梭车件烟库。对于占总销量23. 26%的 B、C类烟，可以件烟形式经多层穿梭车送到货架存放,也可像 A类烟一样码垛后进入托盘库。c.整托盘入库流程。对于整托盘联运输送过来的件烟, 卸车后经RFID读写器读取托盘信息，再送到托盘立体库指定 货位。件烟出库流程。a.托盘件烟出库拆垛。A类件烟托盘从托盘立库由堆垛 机取出，经输送设备和穿梭车输送到3台机器人的12个拆垛 站台，由机器人拆垛后进入件烟缓存线#在每个拆垛工位前， 设置有至少一个缓存工位,保证机器人拆垛连续进行。机器人拆垛后产生的空盘送回到托盘码盘机按10个一 组堆码，并经二层

11、穿梭车送回库内存放。件烟库件烟出库。B、C类件烟由多层穿梭车从件烟库 取出，与从机器人拆垛后的A类件烟合流,输送到一层对应分 拣线。件烟向下游分拣线补货。B、C类件烟与A类件烟合 流,经扫码后分别送到下游四条半自动分拣线和一条人工分 拣线。扫码不合格的件烟经剔除口剔除，人工复检上线#托盘库向件烟库补货。为充分发挥托盘库的库存能 力，B、C类件烟也可经机器人码盘后入托盘库存放。当这部 分件烟需要发货时，从托盘库中调度件烟托盘出库，输送到一 层件烟码垛机器人专用拆垛站台，利用一层机器人工作间隙 进行拆垛,拆垛后的件烟输送到一层件烟库。异形烟出库。异形烟平时码垛在托盘上，需要打码时， 从托盘库出库，

12、经人工处理后输送至异形烟打码线打码。剩 余的件烟返回到托盘库，供下次拣货使用。如异形烟无法采 用输送方式,则由人工送至异形烟分拣线#盘库流程。盘点作业流程分为作业盘点和日盘点。由上位系统调度 需要盘点的卷烟托盘，送到抽检站台,人工进行信息核对。如 正确,则对信息进行确认;如不正确，在旁边的终端进行信息 更正,并返库存放。分拣作业流程。分拣区域共设置4条复合式半自动分拣线和2条异形烟 分拣线#半自动分拣系统:根据系统指令,B、C类件烟从件烟 库出库，与托盘库出库的A类件烟合流后，送到对应的补货 口，大中品种的件烟被自动补烟小车补货到对应的卧式机烟 仓,小品种的件烟输送到立式分拣机处，投放到货架上

13、#每套 分拣系统根据系统指令独立逐单分拣，当烟仓对当前订单的 分拣完成后,此订单经过自动合单、自动打码、自动装箱、自动 贴标四道工艺最终以周转箱为单位人工码货到笼车并搬运到 发货暂存区。暂存发货流程。发货暂存区用于笼车的暂存，由于严格按照顺序分拣，故 笼车可集中堆放。每个装满的笼车均按照系统信息提示推到 指定的暂存位置存放。发货时，系统提示发货人员到指定位 置寻找对应路线的笼车，做到笼车的信息化管理。卷烟送货作业分为“一级配一级送”和“一级配二级送”。 “一级配一级送”由驾驶员和送货员共同完成,将卷烟按照规 定线路送至商户处,完成货物交接和收款“一级配二级送”由 驾驶员将卷烟按照规定线路送至中

14、转站，完成与当地二级配 送驾驶员和送货员的货物交接和收款。3卷烟物流系统仿真3. 1 仿真需求和效果传统设计方法对配送中心联合工房进行平面设计，相关 计算主要通过静态数据计算分析，不能基于实际生产动态变 化进行成本、风险分析。部分制作三维动画进行演示，但只能 观看配送中心流程与布局，无法实现数据规划分析等功能。通过仿真软件对项目进行现实模拟，尽可能接近实际生 产状态,并且根据未来需求变化更改仿真模型参数，对多个方 案从成本、运作效率等多个维度进行风险识别,提升规划方案 的实际效果。通过仿真还可以识别一般手段分析无法识别的 问题，有利于在方案实施之前进行问题识别改善。采用动态 仿真方法拟达到的效

15、果主要有以下几个方面。瓶颈分析、提高产能。仿真技术把数据和动画结合在一 起,在运行模型的过程中，快速、直观的发现系统瓶颈。发现 问题后进行改进,并仿真改进后的方案#建立合适的库存水平。库存太高会占用更多土地空间， 增加成本，库存太低有可能导致缺货，同样会有损失。通过仿 真得出合理的库存水平。成本分析、合理解释资金支出。通过仿真发现存在浪费 的地方和物流瓶颈,对投资和运行成本进行客观分析。指导生产。对最终确定好布局、资源、逻辑等的仿真模 型,通过提前运行仿真指导未来的生产#可视化。仿真技术最初是用来进行数据计算，并根据计 算结果进行优化的。随着计算机处理速度的加快，后台的数 据可直接反应到前台的

16、动画演示上，实现可视化。建立一个 仿真模型就可以非常直观的反应现实系统的整个运作过程# 3.2物流系统模型建立在参数化的物流系统仿真设计中，为保证仿真结论真实 可信、准确可靠，所有仿真系统中使用的参数都与实际设计参 数相符，关键设备单机输入数据与现实中使用的同类型设备 参数相同。本仿真系统模拟参数完全依据前文所述卷烟物流配送中 心设计方案及主要设备实际参数,并以此在物流仿真软件中建 立仿真环境,并运用C+ +进行必要的编程。主要物流设备采 用参数化建模，依次建立货架、巷道堆垛机、直行穿梭车、拆/码 机器人等设备模型,并设置相应的参数。其中，堆垛机选择负 责两排货架的堆垛机，同时选择出入库台的布

17、局为同端出入 库。自动化立体库系统模型和参数设置界面如图4所示。图4自动化立体库系统模型3.3 仿真结果输出与分析根据卷烟物流配送中心方案进行流量仿真模拟,确定物 流系统方案的可行性，仿真环境按照物流设备实际参数进行 设定。物流配送中心仿真界面如图5所示。图5物流配送中心仿真界面3.4仿真情况分析仿真结果均是通过模拟10小时出入库情况得出的，其 中，设备利用率=(36000 -闲置时间)/36000#巷道堆垛机、 直行穿梭车、机器人利用情况如表1所示。表1巷道堆垛机利用情况表项目闲置时间(S)卸货利用率空载移动实载移动取货堆垛机110711.47632. 29380. 14144. 44131

18、.970.2%堆垛机210537. 17978. 29196. 34144. 24144. 270.7I堆垛机310979. 27620. 99111.54144. 24144. 269.5%堆垛机410607. 67789. 39277. 94168. 74156. 570.5%一楼穿梭车9153.95737. 85511. 37803. 07794. 074. 6%二楼穿梭车17638. 32836. 62792. 16366. 56366. 551. 0%一楼机器人17138.814430. 614430. 680. 2%一楼机器人26850. 514574. 814574. 781.

19、0%二楼机器人36482. 214758. 914758. 982. 0%二楼机器人46482. 214758. 914758. 982. 0%二楼机器人56482. 214758. 914758. 982. 0%每批订单需在5小时内完成,完成情况如表2所示:入库需要大量的空托盘，原方案空托盘出库后经过托盘 码分机堆叠后入库待用，需要使用时出库，经托盘拆分机拆分 后进入入库系统。对此进行优化，调整空托盘输送路径，增加 一条单独的托盘输送路线，出入库同时工作时，出库后的空托 盘可以直接进入入库端使用。4.1.2优化工艺布局出库卷烟品规较多，通过仿真发现出库输送系统存在品规 间交叉、迂回现象。对此进行优化，调整出库系统布局，实现较 大品规专线输送，同时优化调整分拣及外发线间距，节省出的 空间预留一条分拣及外发线，适应未来物流量增加的需要# 4.2 仿真结果对比对