卷煙物流配送中心系統(tǒng)仿真及優(yōu)化研究

1、卷煙物流配送中心系統(tǒng)仿真及優(yōu)化研究【摘要】卷煙物流配送中心是煙草行業(yè)物流的重要節(jié)點，為消除物流瓶頸，提高設(shè)備效率，在卷煙物流配送中心的 設(shè)計中采用仿真軟件對物流系統(tǒng)進行仿真和優(yōu)化。根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化設(shè)計方案,解決設(shè)備利用率不高、空托盤流程不 合理等問題#優(yōu)化后系統(tǒng)運行通暢，設(shè)備使用效率配比合理，減少了資源浪費，同時為配送中心未來的運行維護提供了 信息模型?！娟P(guān)鍵詞】卷煙物流；配送中心；系統(tǒng)仿真;優(yōu)化設(shè)計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卷煙物流配送中心負責卷煙產(chǎn)品向零售終端的配送任 務(wù)，具有卷煙的倉儲、分揀和送貨等職能。近年來，卷煙物流 行業(yè)自動化及信息化發(fā)展較快,高架立體倉庫、自動出入庫設(shè) 備、射頻識別（RFID）系統(tǒng)、自動/半自動分揀線等得到了廣泛 應(yīng)用，并配置了智能化倉儲管理系統(tǒng)、卷煙分揀包裝管理系 統(tǒng)、智能優(yōu)化調(diào)度管理

5、系統(tǒng)等。卷煙物流配送中心存儲、分揀量大,不同區(qū)域卷煙的存放 形式不同，卷煙牌號的不斷增多,更增加了物流的復(fù)雜程度， 傳統(tǒng)的設(shè)計方法只對各物流環(huán)節(jié)物流量進行簡單衡算，目前 已無法滿足新的設(shè)計需要。本文在卷煙物流配送中心的設(shè)計 過程中采用仿真軟件對物流系統(tǒng)進行仿真和優(yōu)化，消除物流 瓶頸，提高設(shè)備效率，節(jié)省了投資和運行成本#1仿真平臺采用新一代面向?qū)ο蟮姆抡娼９ぞ?，在這個軟件環(huán)境 中，C* *不但能夠直接用來定義模型，而且不會在編譯中出現(xiàn) 任何問題。這樣就不再需要傳統(tǒng)的動態(tài)鏈接庫和用戶定義變 量的復(fù)雜鏈接。它能使決策者輕易地在個人電腦中建構(gòu)及監(jiān) 控任何工業(yè)及企業(yè)的分散式流程。所采用的仿真軟件用于建

6、立離散事件流程過程，已應(yīng)用 于工業(yè)自動化仿真、物流仿真、交通運輸仿真、醫(yī)療管理研究、 先進國防戰(zhàn)略仿真等研究方向。孟巧鳳等、倪玉晉等皿研 究了生產(chǎn)線的仿真與優(yōu)化;胡大偉等E研究了公路客運站仿 真系統(tǒng);張立峰等也研究了采用系統(tǒng)仿真的軍事配送策略；張 慧穎等勺通過仿真對醫(yī)院業(yè)務(wù)流程進行優(yōu)化;楊瑋等頃對某 醫(yī)藥物流中心立體倉庫進行了仿真優(yōu)化。系統(tǒng)仿真在卷煙物 流配送中心物流規(guī)劃中已有應(yīng)用,但相關(guān)研究還不多。仿真技術(shù)應(yīng)用到卷煙物流配送中心中，與控制仿真、視景 仿真、結(jié)構(gòu)和流體計算仿真、多物理場以及虛擬布置和裝配維 修等技術(shù)一起，在貫穿配送中心的設(shè)計、制造、改進、運行維護 乃至全壽命周期技術(shù)活動中，發(fā)揮

7、著重要的作用#2卷煙物流配送中心項目設(shè)計2. 1 項目設(shè)計參數(shù)某卷煙物流配送中心建設(shè)項目主要設(shè)計參數(shù)如下：年工作日250天;每日有效工作時間8小時（實際分揀 按7小時）。年設(shè)計卷煙分揀配送能力37.3萬箱。省內(nèi)外卷煙比例：省內(nèi)煙:鄰省煙:遠省煙=60. 24% : 13. 31% : 26.45%2.2.2工藝流程設(shè)計年分揀最大規(guī)格數(shù)192種，日分揀最大規(guī)格數(shù)156種, 日分揀最小規(guī)格數(shù)18種，日分揀平均規(guī)格數(shù)112種。倉儲存量按年銷售量37.3萬箱，省內(nèi)煙7天存量，鄰 省煙12天存量，省外煙25天存量，峰值系數(shù)1.3設(shè)計；出、入 庫能力按年銷售量37. 3萬箱，不均衡系數(shù)1. 3設(shè)計。配送周

8、期7天，配送響應(yīng)方式為今訪明送，配送模式為 “一級配一級送”和“一級配二級送”。2.2 項目方案2.2.1工藝平面布局及動線規(guī)劃工藝平面布局。根據(jù)數(shù)據(jù)分析、地塊特征，結(jié)合最新煙 草物流規(guī)劃設(shè)計理念及最新技術(shù)，進行配送中心聯(lián)合工房工 藝平面布置。配送中心聯(lián)合工房由件煙卸車區(qū)、一層碼垛入 庫區(qū)、二層拆垛出庫區(qū)，高架立庫區(qū)、分揀區(qū)、籠車備貨區(qū)和空 紙箱暫存區(qū)、周轉(zhuǎn)箱暫存區(qū)等組成。平面布局科學合理，各個 功能區(qū)分區(qū)明確，動線簡潔不迂回，不交叉。配送中心聯(lián)合工 房平面布局如圖1所示。圖1配送中心聯(lián)合工房平面布局動線規(guī)劃。配送中心聯(lián)合工房入庫、出庫、分揀裝籠、 空紙箱回收、發(fā)貨裝車幾類物流動線如圖2所示。

9、圖2配送中心聯(lián)合工房物流動線圖卷煙物流配送中心主要工藝流程如圖3所示圖3配送中心工藝流程圖工藝過程的實施是完全信息化的過程，上位計算機按照 事先設(shè)定的程序通過電氣控制使設(shè)備按一定的規(guī)律運行，一 些由人工完成的環(huán)節(jié)按計算機終端、無線終端、顯示屏的信息 進行操作，人工實施完成后通過計算機終端、無線終端、確認 按鈕等把信息傳遞到上位計算機，使整個系統(tǒng)始終處于正確 的信息管理中運行。件煙入庫流程。件煙碼垛入托盤立庫。對于占總銷量76. 74%以上的 A類煙，經(jīng)伸縮皮帶機卸車，一號工程掃碼后輸送到機器人碼 盤工位碼盤，系統(tǒng)自動把件煙信息和托盤信息匹配，并傳送給 上位倉儲管理系統(tǒng)(WMS)，碼好的件煙托盤

10、經(jīng)輸送設(shè)備、穿 梭車、巷道堆垛機送到托盤庫指定貨位。件煙入多層穿梭車件煙庫。對于占總銷量23. 26%的 B、C類煙，可以件煙形式經(jīng)多層穿梭車送到貨架存放,也可像 A類煙一樣碼垛后進入托盤庫。c.整托盤入庫流程。對于整托盤聯(lián)運輸送過來的件煙, 卸車后經(jīng)RFID讀寫器讀取托盤信息，再送到托盤立體庫指定 貨位。件煙出庫流程。a.托盤件煙出庫拆垛。A類件煙托盤從托盤立庫由堆垛 機取出，經(jīng)輸送設(shè)備和穿梭車輸送到3臺機器人的12個拆垛 站臺，由機器人拆垛后進入件煙緩存線#在每個拆垛工位前， 設(shè)置有至少一個緩存工位,保證機器人拆垛連續(xù)進行。機器人拆垛后產(chǎn)生的空盤送回到托盤碼盤機按10個一 組堆碼，并經(jīng)二層

11、穿梭車送回庫內(nèi)存放。件煙庫件煙出庫。B、C類件煙由多層穿梭車從件煙庫 取出，與從機器人拆垛后的A類件煙合流,輸送到一層對應(yīng)分 揀線。件煙向下游分揀線補貨。B、C類件煙與A類件煙合 流,經(jīng)掃碼后分別送到下游四條半自動分揀線和一條人工分 揀線。掃碼不合格的件煙經(jīng)剔除口剔除，人工復(fù)檢上線#托盤庫向件煙庫補貨。為充分發(fā)揮托盤庫的庫存能 力，B、C類件煙也可經(jīng)機器人碼盤后入托盤庫存放。當這部 分件煙需要發(fā)貨時，從托盤庫中調(diào)度件煙托盤出庫，輸送到一 層件煙碼垛機器人專用拆垛站臺，利用一層機器人工作間隙 進行拆垛,拆垛后的件煙輸送到一層件煙庫。異形煙出庫。異形煙平時碼垛在托盤上，需要打碼時， 從托盤庫出庫，

12、經(jīng)人工處理后輸送至異形煙打碼線打碼。剩 余的件煙返回到托盤庫，供下次揀貨使用。如異形煙無法采 用輸送方式,則由人工送至異形煙分揀線#盤庫流程。盤點作業(yè)流程分為作業(yè)盤點和日盤點。由上位系統(tǒng)調(diào)度 需要盤點的卷煙托盤，送到抽檢站臺,人工進行信息核對。如 正確,則對信息進行確認;如不正確，在旁邊的終端進行信息 更正,并返庫存放。分揀作業(yè)流程。分揀區(qū)域共設(shè)置4條復(fù)合式半自動分揀線和2條異形煙 分揀線#半自動分揀系統(tǒng):根據(jù)系統(tǒng)指令,B、C類件煙從件煙 庫出庫，與托盤庫出庫的A類件煙合流后，送到對應(yīng)的補貨 口，大中品種的件煙被自動補煙小車補貨到對應(yīng)的臥式機煙 倉,小品種的件煙輸送到立式分揀機處，投放到貨架上

13、#每套 分揀系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)指令獨立逐單分揀，當煙倉對當前訂單的 分揀完成后,此訂單經(jīng)過自動合單、自動打碼、自動裝箱、自動 貼標四道工藝最終以周轉(zhuǎn)箱為單位人工碼貨到籠車并搬運到 發(fā)貨暫存區(qū)。暫存發(fā)貨流程。發(fā)貨暫存區(qū)用于籠車的暫存，由于嚴格按照順序分揀，故 籠車可集中堆放。每個裝滿的籠車均按照系統(tǒng)信息提示推到 指定的暫存位置存放。發(fā)貨時，系統(tǒng)提示發(fā)貨人員到指定位 置尋找對應(yīng)路線的籠車，做到籠車的信息化管理。卷煙送貨作業(yè)分為“一級配一級送”和“一級配二級送”。 “一級配一級送”由駕駛員和送貨員共同完成,將卷煙按照規(guī) 定線路送至商戶處,完成貨物交接和收款“一級配二級送”由 駕駛員將卷煙按照規(guī)定線路送至中

14、轉(zhuǎn)站，完成與當?shù)囟壟?送駕駛員和送貨員的貨物交接和收款。3卷煙物流系統(tǒng)仿真3. 1 仿真需求和效果傳統(tǒng)設(shè)計方法對配送中心聯(lián)合工房進行平面設(shè)計，相關(guān) 計算主要通過靜態(tài)數(shù)據(jù)計算分析，不能基于實際生產(chǎn)動態(tài)變 化進行成本、風險分析。部分制作三維動畫進行演示，但只能 觀看配送中心流程與布局，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)劃分析等功能。通過仿真軟件對項目進行現(xiàn)實模擬，盡可能接近實際生 產(chǎn)狀態(tài),并且根據(jù)未來需求變化更改仿真模型參數(shù)，對多個方 案從成本、運作效率等多個維度進行風險識別,提升規(guī)劃方案 的實際效果。通過仿真還可以識別一般手段分析無法識別的 問題，有利于在方案實施之前進行問題識別改善。采用動態(tài) 仿真方法擬達到的效

15、果主要有以下幾個方面。瓶頸分析、提高產(chǎn)能。仿真技術(shù)把數(shù)據(jù)和動畫結(jié)合在一 起,在運行模型的過程中，快速、直觀的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)瓶頸。發(fā)現(xiàn) 問題后進行改進,并仿真改進后的方案#建立合適的庫存水平。庫存太高會占用更多土地空間， 增加成本，庫存太低有可能導致缺貨，同樣會有損失。通過仿 真得出合理的庫存水平。成本分析、合理解釋資金支出。通過仿真發(fā)現(xiàn)存在浪費 的地方和物流瓶頸,對投資和運行成本進行客觀分析。指導生產(chǎn)。對最終確定好布局、資源、邏輯等的仿真模 型,通過提前運行仿真指導未來的生產(chǎn)#可視化。仿真技術(shù)最初是用來進行數(shù)據(jù)計算，并根據(jù)計 算結(jié)果進行優(yōu)化的。隨著計算機處理速度的加快，后臺的數(shù) 據(jù)可直接反應(yīng)到前臺的

16、動畫演示上，實現(xiàn)可視化。建立一個 仿真模型就可以非常直觀的反應(yīng)現(xiàn)實系統(tǒng)的整個運作過程# 3.2物流系統(tǒng)模型建立在參數(shù)化的物流系統(tǒng)仿真設(shè)計中，為保證仿真結(jié)論真實 可信、準確可靠，所有仿真系統(tǒng)中使用的參數(shù)都與實際設(shè)計參 數(shù)相符，關(guān)鍵設(shè)備單機輸入數(shù)據(jù)與現(xiàn)實中使用的同類型設(shè)備 參數(shù)相同。本仿真系統(tǒng)模擬參數(shù)完全依據(jù)前文所述卷煙物流配送中 心設(shè)計方案及主要設(shè)備實際參數(shù),并以此在物流仿真軟件中建 立仿真環(huán)境,并運用C+ +進行必要的編程。主要物流設(shè)備采 用參數(shù)化建模，依次建立貨架、巷道堆垛機、直行穿梭車、拆/碼 機器人等設(shè)備模型,并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。其中，堆垛機選擇負 責兩排貨架的堆垛機，同時選擇出入庫臺的布

17、局為同端出入 庫。自動化立體庫系統(tǒng)模型和參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示。圖4自動化立體庫系統(tǒng)模型3.3 仿真結(jié)果輸出與分析根據(jù)卷煙物流配送中心方案進行流量仿真模擬,確定物 流系統(tǒng)方案的可行性，仿真環(huán)境按照物流設(shè)備實際參數(shù)進行 設(shè)定。物流配送中心仿真界面如圖5所示。圖5物流配送中心仿真界面3.4仿真情況分析仿真結(jié)果均是通過模擬10小時出入庫情況得出的，其 中，設(shè)備利用率=(36000 -閑置時間)/36000#巷道堆垛機、 直行穿梭車、機器人利用情況如表1所示。表1巷道堆垛機利用情況表項目閑置時間(S)卸貨利用率空載移動實載移動取貨堆垛機110711.47632. 29380. 14144. 44131

18、.970.2%堆垛機210537. 17978. 29196. 34144. 24144. 270.7I堆垛機310979. 27620. 99111.54144. 24144. 269.5%堆垛機410607. 67789. 39277. 94168. 74156. 570.5%一樓穿梭車9153.95737. 85511. 37803. 07794. 074. 6%二樓穿梭車17638. 32836. 62792. 16366. 56366. 551. 0%一樓機器人17138.814430. 614430. 680. 2%一樓機器人26850. 514574. 814574. 781.

19、0%二樓機器人36482. 214758. 914758. 982. 0%二樓機器人46482. 214758. 914758. 982. 0%二樓機器人56482. 214758. 914758. 982. 0%每批訂單需在5小時內(nèi)完成,完成情況如表2所示:入庫需要大量的空托盤，原方案空托盤出庫后經(jīng)過托盤 碼分機堆疊后入庫待用，需要使用時出庫，經(jīng)托盤拆分機拆分 后進入入庫系統(tǒng)。對此進行優(yōu)化，調(diào)整空托盤輸送路徑，增加 一條單獨的托盤輸送路線，出入庫同時工作時，出庫后的空托 盤可以直接進入入庫端使用。4.1.2優(yōu)化工藝布局出庫卷煙品規(guī)較多，通過仿真發(fā)現(xiàn)出庫輸送系統(tǒng)存在品規(guī) 間交叉、迂回現(xiàn)象。對此進行優(yōu)化，調(diào)整出庫系統(tǒng)布局，實現(xiàn)較 大品規(guī)專線輸送，同時優(yōu)化調(diào)整分揀及外發(fā)線間距，節(jié)省出的 空間預(yù)留一條分揀及外發(fā)線，適應(yīng)未來物流量增加的需要# 4.2 仿真結(jié)果對比對