物流系统仿真案例赵宁 第5章物流行业仿真案例课件

1第5章物流行业仿真案例第5章物流行业仿真案例物流行业仿真特点分析1烟草配送中心仿真案例2电力计量中心智能仓储系统仿真案例3环形穿梭车效率仿真案例4小结5

5.1物流行业仿真特点分析目前物流行业的仿真正处于成长期，越来越多的物流系统问题都借助仿真手段来进行决策和加以解决。从具体的物流子系统领域来看，早期的物流系统仿真主要是研究生产物流过程中的控制与优化问题；随后，更多的研究关注于集采购、生产和销售于一体的供应链仿真；随着物流网络规模的扩大和物流量的增长，配送物流的瓶颈作用越来越突出，因而一些学者开始用仿真的手段来解决物流配送系统中存在的问题。下面简单介绍几个物流行业仿真建模的案例。

5.2烟草配送中心仿真案例5.2.1案例分析5.2.2仓储区Ralc仿真方案5.2.3仓储区Em-plant仿真案例5.2.4备货区仿真方案5.2.5分拣区仿真方案5.2.6仿真结果分析烟草物流配送有其自身的特点：

（1）网点多、规模小。

（2）客户变化频繁。（3）“一访二配三送”模式向“即访即配”模式转化。随着烟草配送体系的建立，烟草配送中心成为烟草调拨中心、核算中心、利润中心，从而减少了中间环节，杜绝了盲目进货和乱渠道进货，有效地规范了市场，提高了烟草的经济效益。然而应该怎样建设？面对多个建设或改进方案，决策者应该怎样取舍？对于现有的配送中心应该怎样改进？这些问题对烟草配送中心影响重大，都是复杂的系统问题，单凭主观臆想和传统的数学方法难以获得满意的结果。要解决这些问题，物流仿真无疑是一种好的方法。

5.2烟草配送中心仿真案例5.2.1案例分析图5-1常见的配送模式图5-2烟草物流中心基本运作流程图5.2.1案例分析图5-3烟草配送中心内部的详细流程5.2.1案例分析××烟草配送中心业务覆盖23038户烟草经销户，设计未来年销量为30箱。集卷烟、进货、存储、拣选、配送、服务于一体的具有先进物流管理水平的烟草物流中心能够在烟草网建设和烟户服务水平的基础上，降低烟草商业物流配送成本，从而全面提升××烟草的物流管理能力。××烟草配送中心基础业务数据如下。(1)年工作日数：250天。(2)每日工作时数：8小时/天(一班制)，有效分拣时间>7小时。(3)访配周期：一般为周访周配，部分为每周访配两次，个别情况特殊处理。(4)响应时间：采用当日电话订货、次日分拣、第三日送货的分拣配货模式。(5)物料规格和库存单元（详细数据参考教材P122-P123）。

5.2.1案例分析图5-4分别分析了日销售量最大的前n(n=4、6、8、10、20、30)个品牌占当日销量的比例分布，其中X轴为工作日期，可以看出，集中度非常明显，前30个品牌基本完成了全部的销量。

图5-4品规集中度折线图5.2.1案例分析

根据上述分析设计，对××烟草配送中心进行图5-5所示的规划，整个配送中心包括入库区、托盘立库区、立库预留区、备货区、分拣线区、分拣线预留区、发货暂存区和辅助用房区。本设计方案的动线描述如下。(1)入库流程：入库线路比较简单，送货车到达站台，人工卸货经伸缩输送机输送至码盘工位，待码盘后由输送机输送到对应巷道入口，由堆垛机自动入库，入库完成。(2)出库流程：由堆垛机自动将托盘取出，并由输送机输送到拆盘口，人工拆盘上输送线。(3)分拣完成的卷烟放置在笼车中，由工作人员将笼车推到对应出货暂存区，等待发货。(4)配送车到达，装车。

5.2.1案例分析图5-5XX配送中心规划示意图5.2.1案例分析5.2.2仓储区Ralc仿真方案Ralc仿真软件为了方便用户的使用，为用户提供了建立自定义设备库的功能，本书所运用的主要方法是利用Ralc仿真软件提供的保存自定义设备库功能进行设备的保存，以达到设备重用的目的。烟草配送中心的卷烟入库主要分为两种情况，即件烟码盘入库以及整盘入库。一部分卷烟到货时并没有托盘，这时需要人工进行码盘，然后再进行入库操作；一部分卷烟在到货的时候自带托盘，在这种情况下，就能整盘入库。对于件烟码盘入库来说，进入配送中心的卷烟没有自带托盘，需要进行码盘操作后再进入仓库，具体模块如图5-6所示。本模块相对来说比较复杂，在应用过程中，要注意各个传送带的连接情况。具体的封装方法参考教材P124.

图5-6件烟码盘入库模块5.2.2仓储区Ralc仿真方案对于整盘入库的卷烟，到货时自带托盘而不需要再进行人工码盘，直接进行入库操作就可以了。在Ralc仿真软件中，并没有整盘入库的组件，这时就需要用人工码盘然后用叉车运输到立体库的方法来表示来货的整盘入库。整盘入库模块如图5-8所示。

图5-8整盘入库模块5.2.2仓储区Ralc仿真方案一般地，烟草配送中心的卷烟分为A、B、C共3类，其中A类烟的出货量大，C类烟出货量最小或者为异型烟，B类烟出货量介于两者之间。由于有出货量的限制，因此出货的方式也有所不同。对于A、B两类烟来说，出库时一般都是整盘都出库，但是C类烟由于需求量小，因此出库往往不足一托盘，这样就有余盘回库的过程。根据不同类型烟的出库流程不同，将出库部分的模块划分为出库&托盘回收（如图5-9）、出库&余盘回库（入库5-10）两种形式。

图5-8整盘入库模块5.2.2仓储区Ralc仿真方案图5-9出库&托盘回收模块图5-10出库&余盘回收模块5.2.2仓储区Ralc仿真方案图5-11仓储区Ralc仿真模型5.2.2仓储区Ralc仿真方案5.2.3仓储区Em-palnt仿真方案本模型中的立体仓库是通过Em-plant软件提供的Aisle模块

实现的。该模块能够自动模拟立库货架以及巷道中堆垛机的运行过程和存取货过程。图5-12所示为Aisle模块的图标以及参数设置对话框，可以分别设置货架的基本参数、堆垛机的运行参数、故障报警信息等。模型中的码盘工位是通过Assembly控件

实现的。该控件能够模拟将不同工件组装到一起的过程，而在本模型中用于表现将件烟按照每托盘30件的规则码放到托盘上的过程。图5-13所示为码盘操作Assembly控件参数设置对话框。模型中的拆盘工位是通过DismantleStation控件

实现的。该控件能够模拟将一个组件拆分为不同工件的过程，在本模型中用于表现将整托盘卷烟拆分为30件烟和一个空托盘的过程。图5-14所示为整托盘卷烟拆分过程的参数设置。图5-12Aisle模块的图标以及参数设置对话框5.2.3仓储区Em-palnt仿真方案图5-13码盘操作Assembly控件参数设置对话框5.2.3仓储区Em-palnt仿真方案图5-14整托盘卷烟拆分过程的参数设置5.2.3仓储区Em-palnt仿真方案图5-15仓储区Em-plant仿真模型5.2.3仓储区Em-palnt仿真方案5.2.4备货区仿真方案图5-16备货流程图

备货区的主要设备是备货道，下面以容量为35件件烟的备货道为例介绍备货的仿真模型。备货道模型图标如图5-17所示，备货道模型底层结构如图5-18所示。

图5-17备货道模型图标

图5-18备货道模型底层结构5.2.4备货区仿真方案

备货道按照分拣线要货顺序进行出烟，当某品牌备货道中的件烟少于5件时，备货区向仓储区发出指令，仓储区按照备货区的指令将需要的件烟出库，待拆盘后为备货区进行补货。件烟备货区模型由仿真模型控制模块、双层备货库、积放段输送系统组成（具体模型参考教材P131图5-19）。

5.2.4备货区仿真方案5.2.5分拣区仿真方案分拣区是烟草配送中心的核心部分，××烟草配送中心的分拣区由3条分拣线组成，每条分拣线由3组立式分拣机(共30个立式仓)、7组卧式分拣机(共56个卧式仓)和3台智能补货小车组成。在对分拣区进行建模之前，首先对构成分拣线的各个模块进行作业分析，对各个模块进行建模，然后再通过各模块模型的拼接，获得分拣区的整体模型，这样做可以减少建模过程中的重复劳动，从而提高建模效率。下面详细介绍各个模块的建模过程。

1、立式分拣机模块根据立式机的作业模式及结构特点搭建立式机模型，图5-20所示为立式机模型图标及对话框，图5-21所示为立体机模型底层结构图。在模型中使用Buffer表示烟仓，并将其容量值设为30。图5-20立式机模型图标及对话框图5-21立式机模型底层结构

5.2.5分拣区仿真方案

模型通过Duizhao表将烟仓与卷烟的品牌联系起来，条烟进入立式机后触发方法MudiYancang，按照Duizhao表中的对应关系为条烟添加Mudi属性，然后控件FlowControl根据条烟的Mudi属性将条烟分配到对应烟仓中。控件FlowControl的设置如图5-23所示。MudiYancang的代码参考教材P133

图5-23控件FlowControl的设置

5.2.5分拣区仿真方案

2、卧式分拣机模块卧式分拣机(以下简称“卧式机”)一般用于完成A、B类烟的分拣处理，一组卧式机通常由8个卧式烟仓组成，单烟仓存量达75条，具有结构紧凑、烟仓储量大等特点，可实现自动补货。根据卧式机的作业模式及结构特点搭建卧式机模型，图5-24所示为卧式机模型图标及对话框，图5-25所示为卧式机模型底层结构图。图5-24卧式机模型图标及对话框图5-25卧式机模型底层结构

5.2.5分拣区仿真方案

3、智能补货小车模块智能补货小车(以下简称“补货小车”)与备货系统接口，在接收到备货系统传来的件烟后，自动跟踪信息，在人工开箱后自动输送到对应的补烟点，通过机构动作，自动补到对应的烟仓。图5-26补货小车模型图标图5-27补货小车模型底层结构（程序参考教材P136）

5.2.5分拣区仿真方案图5-28分拣区整体模型5.2.5分拣区仿真方案图5-28分拣区整体模型（续）5.2.5分拣区仿真方案5.2.6仿真结果分析为了使整个仿真系统能更好地验证人们最为关心的部分，在仿真时，需要对那些在系统中没有决定性因素的部分进行理想化的假设。在此仿真系统中，假设条件如下。(1)立体仓储系统模型，进出库系统中的各种设备的故障率为0(2)件烟备货模型中的各种设备的故障率为0。(3)条烟分拣线模型中的条烟消耗速率按照最高计算(即各条分拣线的分拣效率最高为最高)。(4)条烟分拣线模型中的立式机、卧式机和补货小车的故障率为0。(5)整个仿真系统内的传输系统的故障率为0，且能按照在系统建模时赋予的参数持续运行。1、仓储区仿真结果分析通过分析仿真模型可知，截取两个小时左右的58次要货命令，记录要货命令发出的时间和拆盘后第一件件烟到达补码处的时间，则随机抽取10次的时间列表见表5-3（参考教材P140）。仿真系统立库要货时间统计折线图如图5-29所示。

图5-29仿真系统立库要货时间统计折线图

5.2.6仿真结果分析2、备货区仿真结果分析备货区从早晨8:00开始备货，9:30完成初始备货，历时1小时30分钟。图5-30所示为备货区模型运行过程的截图。3条分拣线的全天备货结束时间分别为13:13、13:16、13:17，观察备货区为3条分拣线补货的过程，没有出现补货不及时现象。

图5-30备货区模型运行过程截图

5.2.6仿真结果分析3、分拣区仿真结果分析从××烟草配送中心获得其某日的真实订单数据，进行数据分析后导入已经建好的仿真模型中，工作时间为从当日早上8:00开始备货，9:30完成初始备货任务，然后开始分拣，最终得到的结果如下。

图5-311号分拣完成时间图5-322号分拣完成时间图5-333号分拣完成时间

5.2.6仿真结果分析图5-34分拣线仿真模型运行过程截图5.2.6仿真结果分析在运行仿真系统时，每10分钟对每条分拣线的效率做个记录，则3条分拣线折线图如图5-35所示，通过分析仿真结果可知，××烟草配送中心设计方案各个作业环节之间衔接顺畅、动线无干涉，分拣线分拣效率平均能够达到18000条/小时的要求，设计方案科学、合理。

图5-353条分拣线折线图（依次为1号、2号、3号）

5.2.6仿真结果分析5.3电力计量中心智能仓储系统仿真案例5.3.1案例分析5.3.2仿真建模5.3.3仿真结果分析5.3.1案例分析本节以××电网电力计量中心智能仓储系统为案例，介绍电力计量中心的仿真建模。××电网电力计量中心智能仓储系统，设计容量大于3万只各类型电能计量器具(即至少2500个周转箱货位)及与之匹配的出入库作业能力。图5-36所示为计量中心功能区域三维图，其包括出入库月台、库前作业区、货架存储区和库后接驳区。

图5-36计量中心功能区域三维图

图5-37计量中心总体作业流程图5.3.1案例分析5.3.2仿真建模根据智能仓储系统的设计特点，将模型分为立库系统、库前作业系统和库后作业系统。此仿真模型如图5-38所示，而模型中电表检定出入库业务动线图如图5-39所示。

图5-38总的模型

图5-39模型中电表检定出入库动线图

图5-40立库单巷道模型5.3.2仿真建模1、采购入库作业对于采购入库作业来说，首先货物通过控件Source进入系统，经由机械手将电表码入周转箱中，其中互感器为18台码一周转箱，单相表、三相表和终端均为30台码一周转箱，而码完电表的周转箱通过叠摞机进行叠摞，其中互感器为3周转箱一摞，单相表、三相表和终端均为5周转箱一摞。叠好摞的周转箱根据任务均衡的原则选择入库巷道，当进入巷道入口后，首先判断堆垛机的位置和忙闲状态(检定出库和检定入库的优先级均高于采购入库的优先级)，当堆垛机处于入库口且状态为空闲时，将待入库货物转移至堆垛机上，然后随机生成入库货位，并将堆垛机的状态改为ru(即正在完成采购入库任务)。如果堆垛机没有达到入库口或者状态为繁忙时，则采购入库的电表要进行等待，直到堆垛机到达入库口且空闲的时候，再进行入库作业。（具体代码参考教材P152）

5.3.2仿真建模2、配送出库作业当仓储系统接到配送出库任务后，巷道堆垛机自动将周转箱单元取出，输送到库前作业区，周转箱经自动拆盘机拆盘后进行信息识别，待合格后通过机器人进行周转箱码垛，再经自动缠绕机缠绕固定，通过电动叉车将托盘放置在出库暂存区等待装车配送。在模型中使用Generator触发配送出库任务，每47秒发出一次出库指令，Generator设置对话框如图5-41所示。

图5-41Generator设置对话框

5.3.2仿真建模3、检定出库作业检定出库按照各条检定线每日检定的量确定，由各条检定线的节拍进行拉动，检定节拍表见教材P153表5-5。在模型中使用Generator触发配送出库任务，对Generator对象进行设置，其对话框如图5-42所示。

图5-42Generator对象设置对话框

5.3.2仿真建模4、检定入库作业经过检定线检定后，合格的电表将被重新装入周转箱中，并由输送线送回立库中，返回的周转箱摞按照任务均衡的原则选择入库巷道，将周转箱摞送至选定巷道入库口。当检定入库时，首先判断巷道堆垛机是否空闲。如果堆垛机空闲，则马上由堆垛机将货物运送至相应货位；如果堆垛机正在工作，则进行等待，直到堆垛机空闲。当堆垛机接收货物后，要将堆垛机的运行状态改为ru，表示此时堆垛机正处于检定入库状态。检定入库方法具体参考教材P154。

5.3.2仿真建模5、存取货作业存取货作业指的是将货物由货架上取到堆垛机上或者将堆垛机上的货物放到货架上的操作。堆垛机沿轨道运行，当运行到对应货位前的Sensor时，判断堆垛机的任务。如果当前堆垛机的任务为出库，则将应出库的货物移至堆垛机上，同时为货物赋予相应属性(包括是否为配送出库货物、是否为检定出库货位、具体为何种电表)，然后堆垛机按照规定路径将货物运送至出库口；如果当前堆垛机的任务为入库，则将堆垛机上的货物移至货架上，然后堆垛机返回到初始位置，等待下一个作业调度。存取货作业方法具体参考教材P155。

5.3.2仿真建模5.3.3仿真结果分析为了使整个仿真系统能更好地验证人们最为关心的部分，在仿真时，需要对那些在系统中没有决定性因素的部分进行理想化的假设。在此仿真系统中，假设条件如下。(1)根据各条检定线作业节拍拉动立库系统进行检定出库作业、推动检定入库作业，每天前3.5h进行采购入库作业，后3.5h进行配送出库作业。(2)模型中的立库、进出库系统的各种设备的故障率为0。(3)各检定线严格按照检定节拍进行检定，故障率为0。(4)立库中的货物存放原则为随机存放，缺货原则为随机取货，且保证所需货物不存在缺货情况。

1、机械手效率分析运行仿真模型，当日共入库电表1284箱，出库电表1304箱，机械手利用率为48.27%。经验证，此时机械手效率满足系统需求2、不同方案堆垛机最高运行速度分析1)堆垛机最高运行速度为2m/s的方案。运行仿真模型，模拟配送中心一天7h工作情况，得到如下数据：两台堆垛机全天共存取电表1024摞，单台堆垛机平均每小时出入库量为73摞，两台堆垛机利用率分别为65.32%和83.06%，堆垛机平均利用率为74.19%。根据仿真运行情况可得2m/s方案的堆垛机利用率分析表，见教材P157表5-6。2)堆垛机最高运行速度为1.5m/s的方案。运行仿真模型，模拟配送中心一天7h工作情况，得到如下数据：两台堆垛机全天共存取电表1024摞，单台堆垛机平均每小时出入库量为73摞，两台堆垛机利用率分别为75.14%和91.14%，堆垛机平均利用率为83.14%。结果见教材P158表5-7。

5.3.2仿真建模3、堆垛机平均利用率和最高运行效率关系分析为了验证堆垛机平均利用率和最高运行效率之间的关系，分别对堆垛机最高运行速度为1.1～2.0m/s的方案进行模拟。图5-43所示为堆垛机平均利用率随着堆垛机最高运行速度变化而变化的折线图。从图5-43中可以看出，随着堆垛机最高运行速度的降低，堆垛机的平均利用率不断提高，为了使堆垛机平均利用率保持在85%左右的理想状态，建议堆垛机的最高运行速度应高于1.5m/s。

图5-43堆垛机平均利用率变化折线图

5.3.2仿真建模4、各检定线供货情况分析运行仿真模型7h，系统为单相表检定线供货134摞(即8040台单相表)，期间没有出现缺货现象；为三相表检定线供货51摞(即1020台三相表)，期间没有出现缺货现象；为终端检定线供货51摞(即1020台终端)，期间没有出现缺货现象；为互感器供货15摞(即540台互感器)，期间没有出现缺货现象。经验证，此时系统整体供货效率满足系统需求。

5.3.2仿真建模

5.4环形穿梭车效率仿真案例5.4.1案例分析5.4.2仿真建模5.4.3仿真结果分析穿梭车一般用于连接自动化立体仓库和输送系统，因其传输速度快、运行稳定而在自动化立体仓库设计中被广泛采用。早期的穿梭车多采用直轨单车往复式运动模式，很难满足多站台取货送货的整体运送需求。环形轨道多车方式的环形穿梭车应运而生。在环形穿梭车模式下，小车单向行驶，按照接收到的任务信息顺次驶往目标站台接送货物。小车顺轨道行驶一周，接送完一次货物后又前往站台接受新的任务。因此，小车数量的多少直接影响到系统的整体能力和出库效率，小车数量少了，则货物在站台积压，影响出库能力；小车数量多了，则小车利用率不高，而且占用轨道后容易阻塞，从而影响整体效率。因此，合理估算穿梭车的数量是环轨多车系统的核心问题。同时，对于影响系统效率的其他因素，也要进行一定的考虑。

5.4环形穿梭车效率仿真案例5.4.1案例分析本节以××项目仓储和出入库系统为案例，介绍环形穿梭车系统的仿真建模。××项目仓储和出入库系统由5个立体仓库巷道、6个码盘入库工位、5个拆盘出库工位和环形单轨穿梭车子系统共同组成，其平面图如图5-44所示。当系统运行时，穿梭车沿轨道顺时针运行，其工作流程包括入库流程和出库流程。(1)入库流程：到货入库的货物经由入库码盘工位进行组盘，码盘后的货物经由输送线送至环形轨道前，等待接收到任务信息的穿梭车前来搬运，送至立体仓库入库区。(2)出库流程：库区管理信息系统根据工艺需求指挥立库堆垛机将货架货格内的货物取出，搬运至各巷道口的出库链式输送机上，而货物经由出库链式输送机送至环形轨道前，等待接收到任务信息的穿梭车前来搬运，送至出库拆盘工位，进行拆盘出库其中小车的调度策略采用基于最短路径算法的“最近优先原则”。

图5-44环形穿梭车系统平面图5.4.1案例分析5.4.2仿真建模1、模型简介

图5-45环形穿梭车效率仿真验证总模型

2、数据说明(1)环形轨道长度：按照设计方案，取130m。(2)穿梭小车参数：①最高运行速度：2m/s；②加速时的加速度：0.5m/s2；③减速时的加速度：0.3m/s2。(3)单工位平均码盘时间：①每日入库量为18000件，按30件/托盘计算，为600盘/天；②系统包括6个码盘工位，即每工位每天码盘为100；③码盘工位每日工作时间为8h；④单工位平均码盘时间为(8×3600)/100=288s/托盘=4.8min/托盘；(4)立库平均出库频率：①分拣线平均设计效率为600件/h(仿真按照1.25的峰值系数即750件/h计算)；②3条分拣线同时工作条烟消耗速度为2250件/h，即75托盘/h；③立库平均出库频率为3600/75=48s/托盘。

5.4.2仿真建模3、仿真建模1）穿梭小车参数设置

图5-46穿梭小车参数设置对话框

5.4.2仿真建模2）穿梭小车就近调度问题在环形轨道Track上对应出入库口的位置上设置Sensor，每一个交接口对应一个Sensor，环形轨道相应Sensor设置图如图5-47所示。当穿梭小车运行到交接口处时，触发相应的Sensor，Sensor调用的方法对小车和交接口状态进行判断，如果此时穿梭小车状态和交接口状态都为可工作状态，则系统开始调用这台小车，并通过Sensor调用的方法为其安排相应工作（相应代码参考教材P164）。

图5-47环形轨道相应Sensor设置图

图5-46穿梭小车参数设置对话框

5.4.2仿真建模3）相邻小车之间的避让问题当一条环形穿梭轨道上包含多台穿梭车时，相邻小车之间的避让是一个非常重要的问题。在本模型中，通过实时监控相邻小车之间的距离来防止小车的碰撞。在模型中通过Generator控件不停调用方法，来计算相邻小车之间的距离，当两台小车间的距离达到警戒值时，后面的小车就要减速停止，而当前面的小车向前运行使两台小车间的距离大于警戒值后，后面的小车开始加速，继续运行。具体的代码参考教材P165。

图5-46穿梭小车参数设置对话框

5.4.2仿真建模5.4.3仿真结果分析对相同的方案分别使用4台、5台、6台穿梭小车，以验证不同小车数量条件下的系统效率及小车利用率。每个模型运行7个小时。1、环形穿梭车含4台小车的效率分析模型运行7个小时，4台穿梭小车分别运载的托盘数量为244托盘、269托盘、261托盘和261托盘，则4台穿梭小车的平均利用率分别为62.01%、67.42%、64.77%和66.34%，如图5-48所示。模型运行7个小时，共入库卷烟517托盘，每托盘卷烟经由环穿的入库时间平均每盘为1:41(101s)。图5-49所示为每托盘卷烟经由环穿的件烟入库时间折线图。模型运行7个小时，共出库卷烟518托盘，每托盘卷烟从要货开始经由环穿运送到环穿出口的平均补货时间为5:42(342s)。图5-50所示为立库补货时间折线图。

图5-484台环形穿梭车平均利用率5.4.3仿真结果分析图5-49每托盘卷烟经由环穿的件烟入库时间折线图（4台车）图5-50立库补货时间折线图（4台车）5.4.3仿真结果分析

2、环形穿梭车含5台小车的效率分析运行模型7个小时，5台穿梭小车分别运载的托盘数量为193托盘、203托盘、228托盘、213托盘和198托盘，则5台穿梭小车的平均利用率分别为48.08%、52.37%、56.77%、52.76%和52.93%，如图5-51所示。