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    自动化立体仓库入库输送系统的物流仿真优化

      信息来源:   发布时间:2021-07-30  点击数:

    随着自动化立体仓库(AS/RS)[1,2]技术发展得越来越成熟,其在国内各行各业的应用也越来越普遍,而引入一套自动化立体仓库,就必然需要为其配置自动化程度与其相当或更高的入库、出库等物流输送系统[3],若在入库、出库等输送环节出现瓶颈,则必然会影响自动化立体仓库的仓储效率,导致没有发挥出其应有的作用。

    Flex Sim[4,5,6]是一款通用离散仿真软件,集计算机三维图像处理技术、仿真技术、数据处理技术等为一体,为制造业、物流业等领域服务。运用Flex Sim对系统进行仿真,可以在计算机内建立研究对象的系统三维模型,然后,对模型进行各种分析和数据验证,最终获得优化设计和改造方案。

    本案例以某在建造纸厂的成品纸自动化立体仓库的“入库输送系统”为研究对象,首先,对系统建立Flex Sim模型,然后,对模型进行仿真运行,发现“拥堵点”,分析关键设备的统计数据,再根据这些信息进行模型优化,最后,对优化前后的统计数据进行对比,以证实优化结果的有效性[7]

    1 系统分析

    该输送系统方案中,实际设备数量为105台,设备种类及功能见表1,系统布局见图1。

    表1 设备种类及功能     下载原表

    表1 设备种类及功能

    1.1 系统主要工艺流程

    本输送系统主要功能有:纸垛输送、托盘输送、拆盘、托盘置入、成品纸垛入库等,通过系统中各输送设备及处理设备实现。具体工艺流程见图2。

    2 系统建模

    2.1 模型布置

    根据该系统的实际设备尺寸、位置、输送方向等,在Flex Sim模型界面中布置128个实体来实现该系统的功能,具体实体种类及实现的功能见表2。

    图1 系统布局图

    图1 系统布局图   下载原图


    图2 输送系统工艺流程图

    图2 输送系统工艺流程图   下载原图


    2.2 模型连线及属性设置

    根据系统工艺流程,对模型中所有实体进行连线,以实现临时实体(纸垛、托盘、成品纸垛)的输送去向。

    对每个固定实体进行属性设置,主要设置参数见表2。

    表2 模型实体种类及功能     下载原表

    表2 模型实体种类及功能

    2.3 模型仿真运行

    “重置———运行”模型,观察系统运行情况:(1)2台发生器(升降机)每30秒发出一个临时实体,每个临时实体具备不同的颜色,表示其不同的类型;(2)托盘从托盘发生器进入输送系统,根据指令输送至对应的托盘输送线路,在分解器处分解为8个托盘,准备进入合成器工位;(3)临时实体到达合成器,托盘同时进入,合成器输出1件与原临时实体颜色一样的临时实体;(4)临时实体根据类型分别被输送至对应的入库位。

    模型及运行情况见图3。

    图3 Flex Sim模型及运行情况

    图3 Flex Sim模型及运行情况   下载原图


    3 模型分析

    3.1 系统拥堵分析

    观察系统运行,发现经过线路一、二、三加工完成后的成品纸垛,都需要汇入线路四,故在此交汇处产生拥堵导致停机,为“拥堵点”,如图4。

    3.2 主要设备利用率分析

    分析处理器(托盘置入装置)和分解器(拆盘机):分解器的处理时间为70s,而处理器的处理时间为45s,这就导致纸垛输送至处理器处时,需要等待分解器完成托盘拆垛工作再进行处理,从而处理器存在空闲时间,利用率较低。

    图4 系统拥堵点

    图4 系统拥堵点   下载原图


    模型运行24小时,处理器的统计数据如图5。

    图5 模型运行24小时处理器的统计数据

    图5 模型运行24小时处理器的统计数据   下载原图


    3.3 系统总入库量

    统计系统运行24小时的总入库量,以便与优化后的系统进行数据对比,如图6。

    图6 模型运行24小时的总入库量

    图6 模型运行24小时的总入库量   下载原图


    4 系统优化

    4.1 优化策略及结果

    (1)考虑处理器的利用率低,故可以将线路二中的处理器二取消,从而撤销线路二;

    (2)保留为线路二提供托盘的拆盘机二所在的线路,改为可以为线路一、线路三的处理器随时补充托盘,此规划可以缓解处理器一、三的等待问题。

    优化后的系统布局见图7,Flex Sim模型见图8。

    图7 优化后的系统布局图(部分)

    图7 优化后的系统布局图(部分)   下载原图


    图8 优化后的Flex Sim模型

    图8 优化后的Flex Sim模型   下载原图


    4.2 优化数据分析

    4.2.1 处理器统计数据

    系统优化前后运行24小时处理器(托盘置入装置)的统计数据见表3,对比可看出,单台设备输出量增加50%左右,设备利用率提高27%左右。

    4.2.2 系统入库总量统计数据

    系统优化前后总入库量统计数据见表4,可以看出,单个货位入库量虽然有不同程度的上下浮动,但总入库量是一样的。

    表3 处理器统计数据对比     下载原表

    表3 处理器统计数据对比

    表4 总入库量统计数据对比     下载原表

    表4 总入库量统计数据对比

    4.2.3 设备数量及成本

    经过优化,对系统中的设备进行了重新配置,减少了一台专机(托盘置入装置)和9条输送线,系统总设备数从105台减至95台。

    4.3 优化效果分析

    通过以上数据,可以得出:(1)设备数量减少10%,故硬件成本减少10%;(2)2台处理器(托盘置入装置)的利用率大幅提高;(3)系统通过优化,无拥堵;(4)虽然设备数量减少,但是总入库量保持不变。

    5 结论

    通过对本案例中自动化立体仓库“入库输送系统”的Flex Sim建模、仿真,分析了模型的运行情况及系统瓶颈,针对性的做了新的设备规划,在保证系统输送入库产品总量不变的前提下,通过提高瓶颈设备的使用效率,减少了设备数量,降低了硬件成本。

    本次工作验证了利用Flex Sim等计算机仿真软件对物流系统整体规划方案进行建模、仿真、优化的工作的可行性、有效性。

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