利用计算机模拟仓库自动化外文翻译资料

 2022-10-27 10:10

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利用计算机模拟仓库自动化

Joanna Olesacute;koacute;w-Szłapka and Agnieszka Stachowiak

摘要：本文的目的是为了展示家具制造行业的项目分析结果，其主要目标是尽可能的使仓库操作自动化和最小化员工的数量。这个过程通过FlexSim仿真软件进行建模，建议的解决方案是通过具有自动插入和检索托盘货架的有轨堆垛机来减少叉车使用和仓库工人的数量。此外，货物在生产大厅到存储区的距离利用辊子输送机输送（货物的完成存储的过程也是一样的）。在草案中，所有的设施都有机会在货物存储中长期使用。他们也考虑到了制造公司成本节约的最大化，并且维持了完整和准确的售后服务，他们也满意仓库中的货物输送。在未来，作者希望开发一个关于库存安全优化和产品位置优化的仿真模型。

1 简介

尽管市场环境艰难，家具行业却在2011年达到了创纪录水平的生产和销售。据估计，所有微型公司的贸易总额接近300亿，其中出口约占270亿字兹罗提（大约90%的产品销售）。尽管有创纪录的结果，但每个公司的经营情况却不尽相同。

家具行业在波兰的竞争十分激烈，市场运营着数千活跃的公司--大约6000家。实际上,声称家具生产为主要产业的公司超过2.35万家,其中包括2.1万家微型企业。然而,定义为大中型的公司在销售市场中的份额仍需很长的时间才能达到80%，正是这些公司很大程度上决定着波兰家具的潜力[9]。

此项目的目的是尽可能使仓库操作自动化和最小化仓库中员工的数量。假设限制有以下这些:每天24小时、生产量、成品尺寸、仓库规模、仓储货架分布、订单的数量和安全库存量。

在分析收集到的数据后，为成品库装备了通风系统、暖气设备、电气设备，和配备了合适的的仓储设备:一排托盘货架PHR、有轨堆垛机、托盘辊子输送机。

制造公司在家具行业中一直生产沙发套和沙发。公司的目标是不断提高效率和增加工厂生产产品的竞争力。所以公司定期提升生产机械、投资于先进的仓储处理设施,并为员工进行系统的培训。

2对比flexsim软件和其它仿真工具

目前，市场上有多种多样的仿真工具能够被潜在用户获取,其中可以提到的软件有Arena、Promodel、Witness、Automod和FlexSim。

前四个是市场上经常看到仿真软件，但是他们仿真技术的发展是在上个世纪的八十到九十年代，所以他们已经落后了。Arena, Witness, Promodel没有三维虚拟技术。Automod的虚拟技术是三维和只有线框模型(线框)的代表,并非真正的仿真技术。有一些软件只能代表一些现实，却不能如实的反映实际情况。Flexsim是一个完完全全的3D模型仿真软件，其本质就是为了反映现实情况。FlexSim虚拟技术不比其他软件少，不论是在模拟驱动器(引擎),统计分析和图表都能体现代表的情况

在仿真分析中,我们可以获得真正的数字图像分析。在FlexSim的3D虚拟模型中,用户可以使用鼠标缩放和改变视角。在其他软件中,并没有这个功能[11]。

在FlexSim中建立一个模型有5个步骤:（1）布局设置，（2)连接对象，（3）对象具体化,(4)运行模型,和(5）输出评价。

FlexSim仿真环境是一种面向对象的软件系统，可用于做模型、仿真、可视化和监控动态的流程活动。FlexSim仿真环境由FlexSim编译器、FlexSim开发器,和FlexSim应用程序组成。

这个概念使得模型构建和分析更容易也更强大。FlexSim概念也能增加模型的价值和生命周期，因为对象是可重复用的,而且模型可用于定义或监控实际系统的操作基础。用户可以使用C 、flexscript或者内部语言来开发和建立模型，这减少了用户去学习在其他应用程序中毫无用处的专用仿真语言的需要。通过步骤(1)开发仿真产品、(2)建立模型、(3)仿真模型、(4)可视化模型组件的关系、和(5)监控实时过程，将会对那些复杂的和不确定的系统有更大的洞察力和认知，成功的步骤会得到最好的信息和运行也会最有效率。

一种最经典的并且也是仍然使用最频繁的，用于实际的仿真类型是仿真制造系统。

仿真软件,专业仿真人员的魔法棒,已经有机会成为一种常用工具用于分析和解决今天的快节奏和动态环境中的现实问题。看到市场的变化,仿真软件提供商开始利用计算机技术来简化他们程序的使用。因此,使用过这项技术的领域专家们开始认识到作为一种工具,可用于更广泛的受众去分析和解决现实世界的问题。从制造业到集装箱码头,从机场安全到应急响应,从采矿业到卫生保健,仿真技术都发挥了作用。我们经济领域各界领导人开始意识到仿真的价值不只是作为一种技术，也是一种解决实际问题的方法[2]。

在现实环境无法使用或复制时，仿真技术就会经常使用。这可能是因为搭建一个现实版本太过昂贵,太过危险或者只是不切实际的使用[10]。

人们知道模拟的作用已经很长时间了。然而,自1980年以来仿真应用程序才达到了被广泛的用户真正使用的程度。仿真从建模和模型开始，然后将模型运动化。一块设备操作比例模型实际上是一个物理模拟。现代仿真应用程序是基于数学模型,但也可以看做三维图形的物理模拟。

根据Sturrock[3]的研究，当你第一次思考进行模拟研究,最先考虑的事就是项目目标，考虑人们为什么想去模拟这个系统,他们希望得到什么?更具体地说,您必须确定您的利益相关者是谁,他们如何定义成功。每个仿真必须依赖于功能规范,即模型范围是什么以及它应当如何具体化。

主题应当包括[3]:

  • 目标——总结最初的最高级的目标所需要解决的问题是什么。
  • 细节层次——模型仅是一个近似的现实,而且总是可以改善的。重要的是对这个模型进行限制,例如特定模型的详细程度可能适合替代设计的相对生产率,但可能没有足够的细节来提供一个关于系统效率的可靠预言。
  • 数据需求——确定将需要哪些数据来支持通过协议的细节层次。这些数据从何而来?谁会负责提供这些数据?数据什么时候能被提供?
  • 假设和逻辑控制——总结该如何理解系统中各点之间的逻辑。任何假设的列表都必须做出来,这样所有利益相关者才能对系统每个部分有多少细节将会被建模达成共识。
  • 分析及报告——确定谁来参与项目的分析阶段，最终报告的实物模型是功能规范书中重要的一部分。在模型的回顾中,涉众将确定模型中缺失的实物和没有必要的事物，在这一阶段确定这些事情比在最终的项目汇报时去弄要好的多。
  • 动画——一定程度的动画通常对于模型的建立和验证是必要的。在许多情况下，与事者最初会表明动画对他们的重要性微乎其微。
  • 完成日期和敏捷性——仿真通常是一个发现的过程，在这个过程里可以找到新的替代模型去探索和可能需要更多细节的领域，充分探索这些领域可能会使项目更有价值。但再好的方案可能会没有价值，如果他们确定交付而方案已被确定。预期结果是什么时候出来?什么时候是结果没有价值的非常日期?

仓库的设计和操作来源于许多的研究活动和案例学习，例如对Gu et al. [5], Rouwenhorst et al. [6], and Vis and Roodbergen [7], Spieckermann et al. [8]中所展示的进行学习。

3.使用FlexSim软件进行流程分析和仿真

这个过程需要讨论的问题是利用FlexSim来建模，准备模拟的是一个24小时工作的立体仓库，整个过程的起点是包装托盘从生产线上下来,终点是货物装载车辆的结束。

仿真的主要目的是验证关于存储操作的所有解决方案。

所有生产线按3班倒工作,三条沙发生产线也是一样,还有一个沙发套生产线按1班倒工作。

图1 最初模型（对象流程图）

仿真的主要目的是验证关于存储操作的所有解决方案。

仓库的库存维持在两周的需求量。一个重要的要求是设计一个基于仓库管理系统(WMS)和遵循FIFO(先进先出)方法的存储系统。它的数据基础和生产线上生产的沙发套和沙发的数量有关(数据:2周内生产32945件产品，包括沙发套20286件,沙发12659件,总共可以装5462辆卡车)。

需要分析的关键性能指标:时间选择器、所需的叉车数量、成品的流转时间。需要考虑的决策变量:员工人数、叉车数目、货架的数目以及工作时装卸台的数目。

图1说明了货物从生产线到装卸台流动完成的规划。

整个过程从在生产线上装托盘开始，到货物装载汽车完成结束。仿真模型设置了四条生产线,生产沙发的生产线AA,AC,AD,和一条生产沙发套的线路C。这个仿真过程所考虑的时间是一天，目的是验证已经开发出来关于存储操作的所有解决方案，并且用于装载的叉车需要量、过闸口时间、卡车的数量和装载时间都已被定义。

从公司收到的数据（表1）

仿真中用的产品进行了模块化，对他们称呼也进行了简化：

  • 产品A.A-沙发种类1
  • 产品A.C-沙发种类2
  • 产品A.D-沙发种类3
  • 产品C-沙发套种类1

这项工作的目的是使仓库操作尽可能自动化，自动化也和仓库中工作人员数目的减少有关系,这个已经实现。通过选择适当的仿真选项,我们可以调整完成合同的时间,和确定叉车的最优数目。

这项决定涉及的资源有：

  • 310个1.5米单元箱，总共高11米
  • 269个2米单元箱，总共高10.5米
  • 501个2.5米单元箱，总共高10.5米

设计这个仓库的作者考虑了几种解决方案。一种方案是使用传统的托盘货架,工作人员使用叉车搬运货物。然而,在这种情况下,对于仓库自动化程度的提高微不足道。正在考虑的另一个选择是使用自动货架，这种可能会被排除,因为这种自动货架被设计成只能承载比欧洲标准托盘更小的托盘。

最后,决定购买一个自动堆垛机,堆垛机在货架间移动并根据条形码将货物放到指定位置。托盘从生产设备到堆垛机通过辊子输送机来进行输送，运货的完成也是使用辊子输送机。通过这个解决方案，叉车的使用数量和员工数目明显减少了,因为他们的工作只是提供托盘，从生产现场拿到托盘，然后送到装载台。

FlexSim仿真系统进行了四条生产线,沙发生产线AA,AC,AD,和沙发套生产线C，这个仿真过程考虑的时间是一天。目的是验证我们提出的所有存储解决方案的操作。概念模型展示在图2和图3中：

图2 创意（流图）

图3 Flexsim中的仓库模型

这个解决方案为该公司获取了许多利益。首先,它可以减少员工的数量(3到5人)，因为叉车操作人员将运送装货托盘从生产现场的生产大厅到辊子输送机和并装上了运输工具(登车桥)，托盘在内部的运输都是自动的,通过电输送机从生产线到货架,然后到完成区，所以人员的需求将大大减少。

如果有不同的解决方案,在仓库中运行卡车数量必须更多一些,因为需要把托盘放在货架以便于后续检索。这种方法还会增加仓库工作的安全性,这有助于场地内运输次数最小化。

在项目工作期间需要考虑约束条件，例如仓库需要保持的预留量(满足仓库两周的需求)和设置边界。假定2周的生产量是32945件,包括20286件沙发套,12659件沙发,也就是5462托盘单元。那么仓库的维度就是:40times;70times;11.5米。

为了建立仿真模型建立了以下操作规定:仓库有1100个货架,5411托盘,沙发套的生产流程有420分钟,沙发的生产流程是400分钟,货架之间的距离是1.5米,卡车运行不会停止。

货架必须放置以获得最大可能的地面存储。当然也需要考虑托盘的数量和托盘的高度，来选择正确的货架大小和数量。

仓库物流水平的提升是投资过程中非常重要的部分，它和厂区的扩建和仓储区的现代化息息相关。系统科学公司的沙佛尔提出一个基于自动输送机的系统并与移动货架相结合,利用前移式叉车进行工作。

93000多个托盘位置用来放置半成品和制成品，并在大厅内分成了3个区域。电动运输机的材料对托盘运输的作用重大，因为减少了人工运输，既可以大幅提高效率也能降低成本。不过定制的接口系统与WMS系统需要有一个安全的连接。

4总结

这个项目的目的是尽可能的设计一个自动化仓库，建议的解决方案是通过堆垛机来自动插入和检索托盘以减少了叉车和仓库工人的数量。此外,生产大厅到存储区域的距离是由辊子输送机完成的(存储到完成也是辊子输送机)。这个仿真使得决策者有可能根据仿真过程去确定是否采用方案来保持及时性和有效性。

所有设施都有机会在规划实现中长期使用，他们还考虑了最大程度的节约成本,制造公司同时保持完整和准确的客户服务和对仓库运输系统的满意。

仓库在分析公司中已经提升了很多，其中也介绍了系统科学公司的沙佛尔提出的一个基于自动输送机的系统与移动货架相结合,利用前移式叉车进行工作的例子。

在将来，作者希望开发车一个尊重员工效用性和优化库存安全的仿真模型。

参考文献

1. Miller S, Pegden D (2000) Introduction to manufacturing simulation. In: Joines JA, BartonRR, Kang K, Fishwick PA (eds) Proceedings of the 2000, winter simulation conferenc

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