一个基于flexsim的冷链配送中心的操作优化

学号：201110621029 上海海事大学 本科生毕业设计（论文） 外文翻译 学 院：交通运输学院 专 业：国际航运管理+英语 班 级：新国航 111 姓 名：赵懿 指导教师：刘伟（教授） 完成日期：2015 年 5 月 一个基于 Flexsim 的冷链配送中心的操作优化 X. Zhu， R. Zhang ，F. Chu ，Z. He， J. Li 摘 要 随着人们对食品安全的日益关注，冷链物流配送中心正在为防止食物变质 起了重要的作用。现在，冷链物流配送中心有太多的有关交通，自动化程度低， 布局不合理的规划，复杂的配送过程等方面的问题需要解决。为实现高效的配 送，解决这些问题是很重要的。首先建模与仿真一个水果和蔬菜的冷链物流配 送中心，通过使用 Flexsim 软件是可实现的。接着分析了初步的输出数据和发 现瓶颈以及资源闲置。最后，本文利用系统的调整来获得更好的结果，希望给 其他的冷链物流配送中心的运作的建模和仿真等提供参考。 关键词：冷链物流，配送中心，操作流程，建模与仿真， Flexsim，最优化 一、引言 冷链物流是一个复杂的系统工程，它使冷藏冷冻商品在规定的低温环境中 生产，储存，运输，加工和销售，以保证商品的质量和性能12 。在这个供 应链系统中，冷链物流的产品有以下几个特点：新鲜度、易腐烂性3 、及时 性、成本大4 、物流绩效5等。所以冷链物流配送中心通过减少处理时间 来降低食物腐败的危险性是很重要的。 目前，有关冷链物流配送中心的研究尚处于早期阶段。国内外专家主要集 中在分销模式的选择6 7，基于 VRP 方法8，存储和采摘方法9等，其中 主要涉及的冷链物流配送中心各子系统的路由选择。然而，很少有研究对冷链 配送中心的整个过程进行了讨论。与此同时，国内冷链物流配送中心有太多的 有关交通，自动化程度低，布局不合理的规划，复杂的分销流程等10的问题。 解决这些配送问题来实现高效率是非常重要的。分析冷链物流配送中心是一种 典型的随机离散事件系统。分析方法不能完全分析和优化这样的系统。 但是，模拟技术可以显示特定状态、找出瓶颈和系统的闲置资源，这些资 源可以反映真实过程中的细节以及物流系统的信息。现在，专家们主要集中在 上海海事大学本科生毕业论文 配送中心11库存布局，仿真物流系统配货策略。例如， Hassini 12证实的 优化算法，存储和货物的分布，算法成功应用于某大型超市配送中心;Chiun13模 拟库存布局和使用 WITNESS 软件配送中心分拣系统;Zhao14构建拾取过程的仿 真模型，然后通过使用竞技场软件优化这个模式。 Fathollah.M 15提供一个 自动化的特定的供应网哦仿真结构来研究共性的影响。 通过建模和仿真理论以及 Flexsim 软件，本文首先分析了水果和蔬菜冷链 物流配送中心的运作过程，然后为这个配送中心构建一个仿真模型;其次本文得 到了关键设备和以及请到了使用 Flexsim 的工人，这样可以对初步的输出结果 进行分析效率;文章最后找出瓶颈和闲置资源，做一些适当的调整，以改善这种 水果和蔬菜冷链物流配送中心的运营效率。 二、通过 Flexsim 软件建模与仿真 Flexsim 软件是一组由 3-D 图像处理技术，模拟技术，人工智能技术，以 及数据处理技术组合而成的计算机系统。 Flexsim 适合于生产制造，储存和输 送，交通系统等领域 16 17 。 Flexsim 通过提供的原始数据来建模， 通过运营模式来实现模拟试验和优化系统。建模仿真通常遵循以下几个基本步 骤： 1）调查系统，然后再确定模拟目标。 2）收集系统的基础数据。仿真数据的收集涉及到两个方面，一个是该数据是根 据所建立的模拟目标，以保持系统的正常运行来收集的虚拟数据，即所选数据 都必须在系统的范围内。另一种数据是涉及起始条件与系统的内部变量。 3）建立系统模型。离散事件应准确使用流程图或网络图定义，来组成它的实体。 流程图包括三个部分：临时实体到达模式，排队规则，服务模式。 4）建立仿真模型。该方法包括确定模型和数据的存储形式，根据数学模型和系 统的特性选择的软件开发平台和程序设计语言。 5）模型验证。确定模拟模型和计算机语言是否能够显示系统精确的每一个部分 （组成系统，系统组织，假设参数）。 6）模拟运行。为了预测该系统的实际移动原理，理解具有不同的输入和不同的 仿真机构输出的响应是很重要的。 7）输出和模拟结果分析。 具体的操作步骤在图 1 中显示 图 1 Flexsim 软件建模与仿真 3、冷链配送中心的运作流程建模 3.1 一个冷链配送中心的运作流程 冷链物流配送中心通常有收集和分发，连接，低温运输，冷藏储存，分拣， 装卸，低温加工，物流信息移交等功能。冷链物流配送的内部操作流程的功能 中心具有六个基本步骤，包括订货，收货，处理，存储，分类和分布等18 19 。在这些过程中，可能会出现各种各样的问题。其中涉及到下文提及的工 作环境的问题是复杂的20 。 基于以上分析，并考虑到现实中水果和蔬菜冷链配送中心拥有的资源，包 括技术冷藏室，分拣和包装设备，有经验的工人，信息服务等。 该配送中心主要分为五个区域：接收区区，流通和加工区域，理货和分拣 区区，存储区域，分发和交付区域。冷链配送中心，包括以下具体领域： 1）接收区域包括卸货，检查和储存货物。水果和蔬菜在保质期内能在这个区域 保持一定时间的新鲜度，这同时降低它们的损耗。一领域涉及的单位，包括检 上海海事大学本科生毕业论文 测设备，输送机和工人。 2）流通和加工区域主要涉及水果和蔬菜在接收区域（清洗，分割，包装等）。 在这方面的资源，包含加工设备，工人等。 3）理货和分拣区域主要存放和包装的水果和蔬菜。这一领域涉及的单位，包括 分拣区，输送设备，自动分拣机，工人等。 4）存储区域包含冷藏和冷冻储存。这方面所需要的资源是货架，叉车，工人， 冷冻设备等。 5）分发和交付区域：工人应该根据客户的需求，合理的路线和时间的限制，发 送水果和蔬菜。这方面的资源涉及的车辆，人员，输送设备等。如图 2 所示， 具体操作步骤如下 图 2 3.2 模拟目标 由于冷链商品有易腐烂，短时间制冷循环等特点。本文设置了两个模拟目 标的功能。一个是水果和蔬菜的运输周转量。另一种是配送中心运营能力（工 人，机器的效率），以找出这个操作系统的瓶颈，提高了水果和蔬菜冷链配送 中心的运作流程的平衡。 3.3 数据收集 通过收集数据，本文采用变量 t（日）（T 0），来衡量水果和蔬菜的新 鲜程度。本文根据变量 t，将水果和蔬菜分为三种类型。模拟实验的水果和蔬 菜的种类，包括短保鲜期的水果（保鲜时间 t 3），冷藏货物（3T7）和冷冻 品（3T7）。在水果和蔬菜的到达间隔服从泊松分布（10,1）（分钟）。货物到 达 4000 每批次平均重量为 1000 公斤批次。根据不同的工艺配送中心安排机器， 设备和人员。接收区配备了传送带，工人，检查设备和处理每公斤的水果和蔬 菜的时候遵循均匀分布（2,5）（分）;时间是流通和加工领域涉及的水果和蔬 菜如下均匀分布（3,5）（分）;清点并配有分拣机和工人分拣区域，时间每公 斤排序的水果和蔬菜如下均匀分布（1,3）（分钟）;配送区域的工作时间如下 均匀分布（5,10）（分钟)。 3.4 建模的水果和蔬菜冷链物流配送中心的运作流程 订单供 应 商 消 费 者 检查 存储 加 工 存储 理货 装货 发货 据冷链配送中心的运作流程的分析，本文采用流程图来构建系统模型。该 模型也称模拟模块，模拟了此冷链物流配送中心的运作流程。与此冷链配送中 心的实际工艺相比，仿真模块是合理的。图 3 示出了仿真模型的系统的操作过 程。 图 3 4基于 Flexsim 的冷链物流中心操作的模拟和结果分析 4.1 操作参数与仿真的元素 设置模拟时间：模拟的单位时间为 1 分钟。确定模拟工作时间为 8 小时 / 天（480 分钟），并获得仿真结果。下面的表 1 示展出了仿真模型的实体元素。 卸货 检查 浅加工 包装 深加工 存储 包装 联运 装货 分发 接受区域 流通和加工区域 理货和分拣 区区 分发和交付区 域 存储区域 3=t=7 t3 上海海事大学本科生毕业论文 元素 种类 备注 项目 1 项目 短保险期食品（t3) 项目 2 项目 冷藏食品(3t7) 项目 3 项目 冷冻食品(3t7) 资源 1 生产者 生产项目 1 资源 2 生产者 生产项目 2 资源 3 生产者 生产项目 3 运输商 22 运输商 接受区域的运输商 运输商 20 运输商 分发区域的运输商 ASRS 运输工具 交通工具 存储区域运输工具 操作者 24 操作者 挑选区域的操作者 操作者 29 操作者 存储区域的操作者 操作者 28 操作者 分发和交付区域的操作者 ARSR 处理器 处理器 接受区域的加工者 处理器 处理器 流通和加工区域的加工者 处理器 13 处理器 理货和选货区域的加工者 处理器 24 处理器 分发和交付区域的加工者 运送装置 19 运送装置 接受加工区域的加工者 运送装置 22 运送装置 加工存储区域的加工者 运送装置 25 运送装置 存储分发区域的加工者 汇聚 5 汇聚 收货区域 表 1 单个元素及模型 4.2 建立假设 仿真模型是从真实系统过渡的抽象数学模型。所以本文设置几个假设通过 测量这个配送中心。 1.水果和蔬菜被送到配送中心是固定批量的，并且水果和蔬菜每天到达的时间 遵循泊松分布。 2.水果和蔬菜在模拟中是源源不断的到来的，即不存在没有供应的情况。 3.水果和蔬菜在重量方面是一样的，没有任何区别。 4.对于不同的水果和蔬菜，它们的保鲜时间是不同的，且最大保鲜时间不超过 7 天，它们分为 3 类，段时间保鲜货物（保鲜时间 t3)、冷藏食品（保鲜时间 3t7)以及冷冻食品（保鲜时间 3t7)。 5。仿真模块包括接收区域，流通和加工区域，理货和分拣区域，储存区域以及 分发和交付区域。这些区域包括具体的操作过程且具有不同的分工。 4.3 输出以及分析结果 利用 Flexsim 软件以及运行仿真模型，得出机器工作状态的统计结果（表 2），带式输送机的工作状态的统计（表 3）和工人的工作状态的统计（表 4）。 主体 忙碌% 闲置% 拥堵% 处理器 19 69.87 30.13 0.00 处理器 9 79.44 20.56 0.00 处理器 13 39.94 60.06 0.00 处理器 24 61.95 16.90 0.00 表 2 机器的工作数据 主体 运送中% 空置% 拥堵% 运送装置 19 68.10 13.20 18.70 运送装置 22 84.00 10.00 0.00 运送装置 25 28.60 32.80 38.60 表 3 运输工具工作状态 主体 忙碌% 空闲% 拥堵% 运输商 22 23.20 21.20 33.40 运输商 20 17.00 59.10 18.40 ASRS 运输工具 22 0.00 9.90 82.60 操作者 24 11.00 7.80 37.50 操作者 29 0.90 96.30 2.00 操作者 28 17.70 56.90 17.60 表 4 工人工作状态 表 2 显示处理器 13 的占用率（理货分拣区处理器）为 39.94%。所以 13 号 处理器使用率低。 表 3 显示了运送装置的输送率，输送机 19 号，输送机 22 号，输送机 25 号 的输送效率分别为 68.1%，84%和 28.6%。然而，输送机 25 号（分拣输送）的输 送效率仅为 28.60%，其拥堵率为 38.60%。它代表输送机 25 号的人员或者设备 不能及时处理货物，换句话说，这个地区的人员或设备是不够的。 表 4 显示了输运商 20（配送中心运输），运输商 29（操作存储区），运营 商 28（运营商在配送区域）的闲置率分别为 59.1%，96.3%和 56.9%。这表明系 统具有从理货分拣区到存储区域和分布区域的瓶颈。 项目 1、项目 2 和项目 3 是由 Sink5 吸收。表 5 显示系统的周转率。 主体 输入 输出 周转率% 上海海事大学本科生毕业论文 项目 1 47 32 68.10 项目 2 29 3 10.35 项目 3 23 3 13.04 总计 99 38 38.38 表 5 数据的输入和输出 表 5 表明项目 1 的周转率是 68.10%；项目 2 的周转率是 10.35%；项目 3 的 周转率为 13.04%。 总成交率是 38.38%。这意味着商品的周转率极低，配送中心的运作过程中 存在着延迟和阻塞。 根据上述的仿真结果和分析，表明设备和人工等的利用率较低。本文以几 种措施来改善这种冷链配送中心运作效率。 5.冷链物流配送中心的作业流程改善 5.1 问题分析 1.货物从理货和分拣区域到冷冻存储区域的积压导致项目 2 和项目 3 的流通量 低。运输车辆的限制可以通过增加运输车辆数量来解决。 2.设备在配送区域的工作效率是非常低的。原因是，机器闲置时间长因为要等 待输送人员，这个问题可通过增加一个中转区域来解决。 3.操作者 29 号的闲置率（存储区域的操作者）是很高的，可以用一个叉车来代 替操作者 29 号来解决这个问题。 5.2 具体的改进措施和优化建模仿真图 1.调整机器和工人的数量。在存储区域增加一个 ASRS 运输车和 29 号输送机。 在配送区域增加一个 30 号处理器并且去除 29 号操作者。 2.在冷冻存储区改变货架存储规则。当在存储区域存储货物时，应考虑首先考 虑距离而不是随机把货物放置在货架上。 3.在配送区前增加一个中转区。优化建模仿真图所示（图 4）。 图 4 优化的仿真图 5.3 对照分析 下面的表 6 显示了两个仿真结果的对比。在系统优化之后，每一天的所有 种类的水果和蔬菜，周转率超过 87%。项目 1（保鲜时间 T3 天）的周转率达 到 91.43%，提高了 23.33%；项目 2 冷藏货物在 3 到 7 天的）的周转率达到 88.24%；项目 3（冷冻货物在 3 到 7 天的）的周转率达到 87.5%。 同时，在配送中心设备的利用率也得到了很大的提高。工人 3（操作员 28）的利用率提高了 31.5%；运输机 19（接收处理输送机）的利用率提高了 16.70%；处理器 29 在配送区域的利用率提高了 12.96%。 评估指数 单体名称 优化前% 优化后% 对照 项目 1 68.10 91.43 23.33 项目 2 10.35 88.24 77.89 员工流动率 项目 3 13.04 87.50 74.46 加工者 1