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探讨如何优化完善卷烟物流配送中心系统仿真模型
2020-05-14
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上传者：管理员
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。
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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[1]、倪玉晋等[2]研究了生产线的仿真与优化;胡大伟等[3]研究了公路客运站仿真系统;张立峰等[4]研究了采用系统仿真的军事配送策略;张慧颖等[5]通过仿真对医院业务流程进行优化;杨玮等[6]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:
(1)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)。
(2)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%。
(3)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。
(4)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。
(5)配送周期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
(1)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
(2)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。
图2配送中心联合工房物流动线图
2.2.2工艺流程设计
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。
(1)件烟入库流程。
a．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)，码好的件烟托盘经输送设备、穿梭车、巷道堆垛机送到托盘库指定货位。
b．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。
(2)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，并经二层穿梭车送回库内存放。
b．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。
c．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。
d．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。
e．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，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。
(3)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。
(4)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。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。
(5)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
每批订单需在5小时内完成，完成情况如表2所示:
表2订单完成耗时情况表
分拣出错率情况如表3所示:
表3分拣出错率耗时情况表
根据仿真结果发现，堆垛机、二楼穿梭车的利用率不高，每批订单耗时较长，剔除率高。在仿真过程中发现输送路径不合理。
4、方案优化
根据仿真结果，对设备利用率等情况进行分析，逐步对模型进行优化，并对优化后的方案进行仿真验证。
4.1主要优化内容
4.1.1调整工艺路径
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
对优化后的方案再次进行仿真，方案优化前后仿真结果对比如表4所示。
表4方案优化前后仿真结果对比表
由表4可知，根据系统仿真结果对方案进行优化调整后，巷道堆垛机、直行穿梭车、机器人利用率有了一定幅度提高，订单完成平均耗时减少了0.44h，分拣出错率降低了0.05个百分点，物流系统效率提升明显。
5、结语
对卷烟物流配送中心系统方案进行初步设计后，按照配送中心作业流程和设备参数进行建模仿真，根据仿真结果，发现了部分设备利用率不高，空托盘流程不合理等问题。方案优化后消除了物流瓶颈，系统运行通畅，从单机设备的利用率来看，设备使用效率配比合理，系统整体方案设计满足要求，设备效率提高，减少了资源浪费。
参考文献：
[1]孟巧凤,张林鍹,董杰涛,郑宅基.基于Flexsim仿真的装配线平衡方法研究[J].计算机仿真,2016,33(06):176-179.
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[3]胡大伟,郗建国.基于Flexsim的公路客运站仿真系统[J].长安大学学报(自然科学版),2010,30(02):89-95.
[4]张立峰,李文生,车文刚.基于FLexsim仿真的军事配送策略[J].中国物流与采购,2008(19):70-71.
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黄启录,魏斌,陶智麟,陶铁托,毛永炜,张其东.卷烟物流配送中心系统仿真及优化研究[J].物流工程与管理,2020,42(04):82-85.
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