物流仿真方案设计.docx
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物流仿真方案设计
百蝶杯物流仿真设计大赛方案设计
摘要：
物流中心系统是实现仓储、保证整个物流系统实现高效运作的重要物流系统。
为了保证物流中心的高效运作，必需合理的选择物流中心系统中各个环节的运作方式。
本文以物流中心系统中货物的出库入库等问题作为研究对象，借助于EIQ分析、IDEF0、储位特征码和S形拣货路径等方式，提出物流中心系统作业的部份运行策略方式的改进，具体的包括以下6个方面：
物流配送中心的系统调研：
调研进程中进驻WMS系统，进行了仓储货物的存储的数据导出、货物的存储情形的调查等信息，第二利用所给出的物流中心的图纸等工具，得出了物流中心建设的数据。
运行数据分析：
基于EIQ的分析方式，对货物的出入库的数据进行分析，得出商品出货的频率、每一品项出货数量的大小等物流作业特性；依据所得结果将所研究的货物分为ABC类，对后续的分析做出了铺垫。
储位管理与库存控制：
基于第一部份和第二部份得出的结果，运用贮存特征码的库存分派方式对所研究的货物进行储位的管理与库存的控制，以为百蝶物流中心的储位管理与库存控制的问题可参考此方式，能够降低仓储本钱，提高物流中心的作业效率。
拣货策略：
基于摘取式与播种式相结合的拣货方式的选取，将定单的出库时窗设为15min，并结合节约算法对定单分割和定单分批处置，通过实例验证，得出了良好的运行结果；最后对拣货分区进行概述。
流程设计与优化：
针对作业流程和物流设备的特性，利用IDEF0方式成立物流中心集约化运营模式，结合整个物流中心的组织结构设计和职位职责，重点分析物流集约化作业模式和整个物流中心系统流程设计。
新技术的应用：
讨论物流中心如何采用RFID技术实现库存信息的快速、准确的收集，并设计了基于RFID技术的物流中心库存作业流程。
关键词：
EIQ分析；储位特征码、IDEF0；RFID；S形拣货路径；节约算法
引言：
随着信息技术的进展和经济全世界化趋势，推动着愈来愈多的产品活着界范围内流通、生产、销售和消费，为我国企业带来了逢勃进展的春天。
经济的高速进展伴随着物流活动日趋庞大和复杂，成为很多中小型企业面对一样的重大问题，特别仓储的设备、人员、装配的不足也成为企业进展的瓶颈。
因此，本文通过对企业库存模式的研究与分析，提出了第三方物流企业管理的仓储中心存储模式，有助于较大程度减缓企业库存设施掉队、效率低下问题，增进企业高速、快捷、稳健的进展。
1.物流配送中心的系统调研
具体数据见附录二。
回归分析
回归分析是应用极为普遍的数据分析方式之一。
它基于观测数据成立变量间适当的依赖关系，以分析数据内在规律，并可用于预报，控制等问题。
回归方程是按照样本资料通过回归分析所取得的反映一个变量（因变量）对另一个或一组变量（自变量）的回归关系的数学表达式。
回归直线方程用得比较多，能够用最小二乘法求回归直线方程中的a,b，从而取得回归直线方程。
按照已提供的百蝶物流过去五年业务量，做出如下折线图
成立回归直线方程：
y^=a+bx
按照公式
得出回归函数：
y^=+
下表为百蝶未来五年业务量预测值
百蝶物流中心最大存储能力预测
按照百蝶现有商品和卓悦的商品，咱们预测平均每一个托盘装24件货物；按照，立体货架和普通货架共可放3808个托盘既91392件货物，拣货区共可寄存3291件货物。
当达到最大存储时，可寄存94683
2.卓悦家电产品预测
预测方式介绍
产品下一年销量预测：
产品名称
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
4月
5月
6月
卓悦电磁炉（C21-WH2105）1060
卓悦微波炉（Z3-L233B）280
卓悦电烤箱（ZY38CB-AA）52
卓悦电蒸锅（ZY-SYH18-2A）390
卓悦电饭煲（ZB-FS3094）95
卓悦浓香宝电压力锅（ZY-QC50B4XM）1255
卓悦智能电饭煲（FZ4086）325
卓悦wifi超级电饭煲（WFZ4011XM）1240
卓悦IH电饭煲（ZB-FS4088）1010
卓悦榨汁机（ZJ-WJE2803D）555
卓悦HALO智能豆浆机（DJ13B-HJK2）200
卓悦智能电炖锅（ZY-WBZS162X）190
卓悦双层防烫电水壶（TM1502b）95
卓悦养生壶（ZK-GE1702）120
卓悦料理机（ZJ-BL25C3）42
卓悦电烤机（WJHN2828D）60
卓悦面条机（ZY-WNS1501B）110
卓悦面包机（ZZ-TLC2000）60
卓悦小砍骨刀（38815-150）1200
卓悦厨房多用剪刀（41378-000）90
3.储位管理与库存控制
储位管理与库存控制原则
1）周转率法则。
将货物周转率由大到小排序，周转率越高的货物应离存储区出入口越近。
2）拣取密度因素排列（SDF）法则：
即每一年拣取的数量/所需的空间的比值越大，则货物所放置的储位就离出入口越近，而且尽可能放置在货架的中层，便于拣取。
此方式的长处是:
每一拣取路径的平均移动距离最短;每一拣取路径所花费的时刻最短;存储空间的利用率较高。
3）产品相关性法则相关性大的货物放在彼此靠近的地方。
4）产品同一性法则。
把相同物品寄存于同一名置。
5）产品相容性法则。
相容性低的货物不可放置在一路，以避免损害品质。
6）产品尺寸法则。
既要考虑单品的尺寸，也要考虑相同的一组货物所占据的空间大小。
在存储时，储位的分派要能适应货物体积的转变。
避免出现空间浪费或空间不足的情形。
7）重量特性法则。
按货物重量不同来决定存储货物的高低位置。
对于人工拣选作业的物流中心，人的腰部以下适合重物的存储，腰部以上适合轻物或小型货物的寄存。
立体式仓库的存储特征码库位分派方式
在本次的仿真比赛中所设计的货物贮存方式采用刘金平[3]提出的贮存特征码的库存分派方式，采用仿真的算法验证了随机贮存方式和贮存特征码的库存分派方式，得出了两种方式下入库作业平均等待时刻、出库作业平均等待时刻，入库作业平均时刻、出库作业平均时刻、入库作业平均空载时刻、出库作业平均空载时刻、入库作业平均承载时刻、出库作业平均承载时刻的各项指标，分析取得的结果，取得了贮存特征码的库存分派方式优越于随机库存方式。
国内的其他相关学者也在此方面进行了应用，并得出了较好的结果。
以出入库台为中心将在线自动化立体仓库的库位进行分区;别离肯定各分区内库位的存储特征码;依照靠近该物料出库台的原则分派库位。
应用存储特征码的在线自动化立体仓库的库位分派有如下三个持续的步骤：
1）肯定物料的存储特征码;
2）肯定库位的存储特征码;
3）进行库位分派。
应用存储特征码的库位分派方式的具体进程如图所示，下面对各个进程进行详细叙述：
图库位分派法流程图
、肯定物料的存储特征码
（1）肯定物料的库位分区码。
（2）肯定物料的出入库频率码。
不同的商品，其出入库频率也不一样，按照物料的出入库统计数据，能够将物料的出入库频率分为高、中、低三种，别离用H,M,L表示。
、肯定库位的存储特征码
（1）库位号。
每一个库位被给予一个唯一的标志号码，从1到最大库位数，那个号码用于数据通信。
（2）库位位置。
库位位置信息表示了库位在仓库中所处的具体位置，以排、列、层表示，如第一排货架中第3列第6层的库位表示为:
01×03×06。
（3）肯定库位的分区码。
将整个立体仓库的库位以各个出人库台为中心分成相应数量的分区，库位的分区码等于其被分派给的出入库台号，假设一个库位被分派给第3个出入库台，则它的分区码等于3。
（4）肯定库位的距离特征码。
肯定库位相对各个出入库库台的距离特征码，是为了在分派库位时，能够方便快捷地取得距离出入库库台最近的库位。
a）肯定出入库库台的库位化位置表示。
为了计算库位与各个出入库库台的距离，将出入库库台的位置依照库位位置的方式表示，1号出入库库台的位置表示为：
01×01×01。
b）计算库位与各个出入库库台的距离。
肯定了各个出入库库台的库位化位置表示后，用公式
（1）计算各个库位相对于各个出入库库台的距离特征码。
计算距离特征码的目的在于当有多个库位符合存储特征码的时候，能方便快捷地从当选择距离最近的库位。
式中，
=1,...,5,
表示库位与第个
出入库库台之间的距离特征码，系数
表示堆垛机在水平方向走过一个库位的所需的时刻与堆垛机在垂直方向走过一个库位所需的时刻之比，由下式肯定：
（1）
式中：
代表堆垛机的垂直运行速度;
代表堆垛机的水平运行速度;
代表库位的长度;
代表库位的高度;
（5）肯定库位的出入库频率码
在每一个出入库库台的库区中，将库位依照与对应出入库库台距离的远近设置频率码，分为高、中、低三种，别离用A,B,C表示。
（6）肯定库位的承重特征码。
为了使货架受力良好，一般将重物放在下面，将较轻的物料放在上面。
将库位的承重特征码分为重、轻两种，以W代表重，以L代表轻。
肯定了库位的分区码、出入库频率码和承重特征码以后，将它们组合即取得如图下所示的库位存储特征码：
图存储特征码
、进行库位的分派：
别离将物料和库位的存储特征码肯定好了以后，就可以够对出入库作业进行库位分派。
入库时，库位分派的规则如下:
规则1：
库位的
越小，分派的优先权越高，即
（
为物料下次出库的库台号）;目的是将物料就近放置在出库台周围以保证快速响应出库请求。
规则2：
库位的
越小，分派的优先权越高，即
（
为物料入库的库台号）;目的是使堆垛机的行程尽可能短。
出库时，库位分派的规则如下:
规则1：
越早入库的物料出库的优先权越高（
），即
，保证加速周转，先入先出。
为了既避免物料存储时刻太长，又保证出库作业的效率，在执行这条规则时，并非是严格依照先入先出，而是给物料肯定一个存储期限，只有达到或超过存储期限的物料才依照先入先出进行库位分派。
规则2：
库位的
越小，分派的优先权越高，即
（
为物料出库的库台号）；目的是选择离出库台最近的物料，保证快速响应出库请求。
为研究贮存特征码的贮存方式的有效性，本文就对自动化立体式仓库内一种商品（康师傅香辣牛肉面）的一天内的出入库的总时刻进行研究，并将库位分派前后的时刻进行对比，得出结论。
第一，选取4月29日康师傅香辣牛肉面在自动化立体仓库以整箱出库的所有定单，定单如下表：
表4月29日康师傅香辣牛肉面出库情形
商品名称
时间
订单数量/件
包装数量/件
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2908:
42:
00
60
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2908:
42:
00
90
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2910:
06:
00
60
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2910:
06:
00
60
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2910:
48:
00
60
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2910:
48:
00
60
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2913:
48:
00
60
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2914:
42:
00
60
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2918:
22:
00
90
30
康师傅香辣牛肉面
2015-04-2919:
27:
00
60
30
由表可知一天内共计的出货的定单数量为660件即22箱不足1托盘（24箱），因此设一天的入库量为1托盘。
由CAD图纸可知，每一个库位的长度为米，高度为米，而且设堆垛机的水平速度为3m/s，垂直速度为1m/s，通过相关计算可得下表：
表
仓储位置
入库点
入库时间/s
出库点
出库时间/s
总时间/s
水平距离/m
垂直距离/m
水平距离/m
垂直距离/m
库位分配前
A010311
*5
99
库位分配后
A013705
*5
库位通过存储特征码的方式进行分派后，入库出库的总时刻减小，工作效率提升，因此该方式对于整个仓储管理系统是有效的。
普通托盘货架及拣货区仓储管理的方式
表普通托盘货架及拣货区仓储管理的方式表
优化方法
普通托盘货架
按周转率分ABC区，周转率的高低决定货品所在区域的位置，A区货品周转率最高，最靠近存储区入口，其次是B区，C区离入口最远。
拣货区
结合货品的流动性和物理特性分配货位，遵循以下规则:
1、SDF法则2、相关性法则3、货品号相似的避免放在同一层货位上4、产品尺寸法则
10种货物的具体指派
按照以上的原则及方式对三维仿真系统的库位进行分派（见附录C），对赛题的具体的指派如下：
表10种货物的具体指派
利用上述的存储特征码的库位分派方式，按照所给出的10中货物的信息，设计出了新的储位，在应用新的储位情形下，能够加倍有效的保证物流中心高效率和低本钱的运作，从而达到设计目标中的要求。
4．拣货策略
播种式与摘取式拣选方式的选择
在比赛中，咱们在拣货作业时采用摘取式拣选方式，在定单汇总后分割时采用播种式拣选方式。
在该系统中应用电子显示标签进行摘取式拣选作业，每一品种的货物对应一个电子标签，控制运算机系统可按照货物位置和定单数据，发出出货指示并使货架位上的电子显示标签亮灯，操作员按照电子标签所显示的数量及时、准确地完成商品拣货。
定单汇总后分割时采用播种式分拣法。
先将定单汇总，对相同品项的商品进行拣货，然后分割定单采用播种式分拣。
拣货时窗
当定单抵达直至拣货完成出货所需的时刻异样紧迫时，可利用此策略开启短暂而固定的时窗，将现在窗中所抵达的定单归为同一批，进行批量拣取。
该分批方式的重点在于如何确按时窗大小，影响的主要因素有：
客户的预期等候时刻和单批定单的预期处置时刻。
由于这种拣货方式主如果为了适应客户的紧急需求，规定顾客的定单传输时刻少于小时（即设为十五分钟），且每批定单处置的时刻在拣货系统的设计中也应尽可能地缩短。
时窗分批方式常与分区及定单分割联合运用，且适合抵达频繁密集的定单形态，且对紧急插单的需求有必然针对性。
本文釆用静态时窗分批，由于各拣货区因分区工作量和时窗分批拣货量的不平衡产生作业等待，缩短这段等待时刻，则能够大大提高拣货效率，给配送中心带来直接的经济效益。
所以确按时窗的大小是时窗分批方式的关键所在。
在充分考虑分区工作量平衡的情形下，别离算出各拣货分区内的标准拣取时刻，求出其中拣取时刻最长的拣货区域的拣取时刻，并将该时刻定为时窗的长度，就可以够在必然程度上消除因时窗分批不平衡引发的等待时刻。
拣货分区
拣货分区就是将拣货员分派到各个拣选区，即分派走廊的一部份或某个机械装置给拣货员进行定单拣选作业的区域。
这种拣选方式最突出的特点是：
一个拣货员被指派到某个区域，而其他拣货员都不在那个工作区域工作在定单拣选作业当中。
意味着拣货员并非负责完成一个定单的拣选任务。
一个定单上的所有货物是从不同区域拣选出来的，因此这些货物是由不同的定单拣货员拣选出来的。
拣选员被分派到指定的工作区域后，他们会愈来愈熟悉自己所负责区域里的产品及其位置，这种对货物的熟悉能够提高定单拣选作业的效率和准确性。
第二，由于同一时刻一条走廊里不会超过一个操作员。
所以拥堵的程度被减小到最小。
同时，采用分区拣选作业方式后，操作人员在拣选进程中很少或是几乎没有机缘与其他人进行过量的聊天交流活动虽然某些交流活动是健康的，但分区拣选有利于对之进行控制和监管。
按照各区拣货时刻并发与否，常见的分区作业方式又分为串行分区和并行分区。
其中，串行分区指所有货物是慢慢拣选的，拣货员负责拣选完所负责区的货物后将装物品的容器（箱或托盘）移进入下分区或交给下一个分区接着拣选，就像接力赛跑一样，一棒传一棒。
在此系统中，常常出现某分区拣货员回到和前一分区的交接点时，没有前一分区已经完成的定单，由于不能越过交接点去帮忙前一分区那位忙碌的拣货员，只得无奈的等待，造成了时刻的浪费，拣货不能达到最高效率。
动态分区（接力式分区）是串行分区的一种改良，见下图。
定单在此不作分割，拣货员一区接一区的接力拣选，但分区大小不固定，以接力的方式来完成所有的分拣动作，消除拣货区的限制，避免了节点间的无奈等待，这种只包括一个定单的拣选，能够大大提高顾客定单响应速度，同时省去了分类作业的本钱。
但货物量很少时，那么拣选一个货物平均所需的来回步行时刻就相当多，降低了拣货效率。
图动态分区拣选区图
相反，并行分区，各分区固定，但配合定单分割与分批策略，运用多组拣货人员在短时刻内一路完成定单的拣选。
拣货员在拣选一件产品的进程中，会在产品上贴上条码标签，然后将其放在一个人的手推车里面，或是放在位于拣货员行列隔壁的传送带上。
手推车或是传送带上的货物随之将被送到一个分类系统处，该系统会依照顾客定单的要求将货物进行分类，能够是手工分类，也可采用自动分拣设备进行分类即当一项定单被分派给多个拣货员时，将这些定单里的货物从头整合在一路所付出的尽力也极大地增加了。
与分区拣选所节约的拣选时刻相较，咱们还必需衡量由分区拣选所引发的分类工作的额外本钱，如自动化分拣设备价钱从几十万到上万万不等，速度在6000件/小时以上，对国内相当一部份仓储企业来讲，需对日前最传统的单据分拣、借助电子标签等辅助设备分拣等的本钱效益与采用自动化分拣系统的本钱效益作衡量考量。
本次比赛咱们决定采用并行分区的拣货分区方式，主要基于以下几点考虑：
（1）咱们在拣货策略中研究并执行定单分割和分批策略
（2）系统中普遍应用条码技术与RFID技术（3）系统的自动化程度较高。
基于节约算法的定单分割、定单分类
目标函数
（1）
约束条件
n——需要拣取的定单总数
——周转箱的容量
——第
个定单中所有品项的数量
——所有可行定单批量集合
——每一个可行的定单批量，
——拣取第
定单中的所有品项的总行走的距离
模型的目标函数是定单分批后,使各批定单拣取线路总和最小。
约束条件
（2）表示每批定单包括的品项数不超过拣货车的容量,约束条件（3）和（4）表示每一个定单只能被分派到一个批量中。
节约算法就是将定单
和定单
归并成在一条线路上进行拣取的新定单,使归并后的行走距离（行走时刻）比别离拣取定单
和定单
具有最大的节约量
。
在归并的定单中,存在具有一路类别或相同的品项。
对这些品项的拣取,只需访问一次就可以同时知足多张定单的要求。
另外,由于周转箱容量的限制,并非是每张定单都能与其他定单归并成一批进行拣取。
按照顾客的定单传输时刻少于小时，任选一个15分钟的时刻段为实验数据，即选取2015-04-2908:
00:
00——2015-04-2908:
30:
00。
由5张定单，订购总品项数为45,按照周转箱容量拣取所有的品项至少要分13个周转箱才能实现。
由于分批的目的在于最小化定单拣取的行走距离,所以在分批之前必需肯定相应的路径策略。
拣货路径的选取通常有两类方式：
启发式的方式和最优化方式。
启发式方式通常包括：
S形启发式拣货方式（Traversal）、回城拣货方式（Return）、中间点拣货方式（Midpoint）、最大间隙拣货方式（Largestgap）和综合见拣货方式。
最优化方式肯定的拣货路径来看，最优化方式通常就是S形拣货路径和最大间隙拣货路径的一个结合。
薛永吉对以上的各类算法进行仿真并得出S形算法在仓储的拣货路径中是最优化的拣货方式。
本文引用此结果，将S形拣货路径应用到所研究中的对象中，并得出良好的计算结果。
路径策略主要有穿越策略（也叫S形策略）、返回策略、中点策略、最大间隙策略及优化策略等。
本文采用穿越策略。
（1）将所有的定单两两组对，如表：
表节约值表
订单
1
2
3
4
5
1
-
2
X
-
3
X
X
-
4
X
134
-
5
X
X
149
X
-
X表示不符合组合
（2）选择节约值最大的3、5组合,形成初始批量。
，其中
选择节约值最大的149，即定单3、5为第一批。
（3）从余下的排序当选择节约值最大的二、4，
，不知足组合条件，舍弃。
（4）重复步骤（3），当前批s即为第1个优化批量。
将定单3、5从待分派定单中移走,转至步骤
（1）,取得第2个优化分批
，其中
，
（5）再将定单二、4从待分派定单中移走,转至步骤
（1）。
现在只剩下定单1，
所以定单1自成一批。
至此分批完毕,结果为（3，5），（2，4），
（1）。
在拣货作业中,最简单的对定单进行分批的经验方式就是遵循先到先服务原则,很显然,在受到周转箱容量约束的条件下,算例按先到先服务务的原则分批结果为
（1）,
（2）,（3）,（4）,（5）。
下面仍采用S形启发式路径策略计算不分批和2种分批情形下的行走总距离,即模型中目标函数的值。
对比节约启发式分批；先到先服务分批；不分批；得出节约启发式分批总行走距离最短,不分批行走距离最长,先到先服务介于二者之间。
定单中重复产品的数量越多,不同定单产品散布的巷道重复数越多,节约算法中行走距离的节约量也会越大,分批拣货的优越性就会越明显。
5．卓悦货物贮存方案
ABC分类管理
一个企业需要采购的原材料或零部件可能有几百种、几千种，乃至更多。
这么多的物料若是依照货物数量多少平均花费人力物力来管理，会极大地增加管理本钱。
因此，需要将全数物料合理分类，对不同物料采取不同的管理方式，有的物料花费的人力物力多一些，有的物料花费人力物力少一些。
对物料进行分类的方式有很多种，其中较
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