基于flexsim的仓库作业流程的仿真与优化.docx
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基于flexsim的仓库作业流程的仿真与优化
基于flexsim的仓库作业流程的仿真与优化
（SimulationandoptimizationofwarehouseworkflowbasedonFlexsim）
内容摘要
随着科学技术的飞速发展，经济全球化的步伐也在迅速推进。
随着市场竞争的激烈，仓储作为整个物流的核心，其运作效率显得尤为重要，本文以A公司配送仓的运作流程为研究对象，结合流程优化、系统仿真等相关理论，根据A公司配送仓的现实情况，借助仿真软件对其进行了研究和探讨。
本文首先介绍了流程优化和物流系统仿真的发展，阐述了流程优化和系统仿真的相关概念和理论知识。
其次，在对A公司配送仓实地调查的基础上，详细分析了A公司配送仓作业流程的现状，以及人员配置、设备使用等方面。
然后，借助Flexsim仿真软件，建立了仓库作业流程的仿真模型，并将研究中收集到的各个作业流程的真实数据导入仿真模型进行操作，收集操作结果。
通过对运行结果的分析，可以清晰的了解地了解到配送仓运行的各个环节，找出A公司配送仓运作过程中存在的问题。
最后，根据以上分析，提出了相应的改进和优化措施，并对改进优化后的操作过程进行了建模和仿真。
并对实施改进优化后的作业流程进行建模与仿真。
仿真软件A公司配送仓Flexsim优化
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,thepaceofeconomicglobalizationisalsoadvancingrapidly.Withthefiercemarketcompetition,warehousingasthecoreofthewholelogistics,itsoperationefficiencyisparticularlyimportant.Thispapertakestheoperationprocessofacompany'sdistributionwarehouseastheresearchobject,combinedwithprocessoptimization,systemsimulationandotherrelatedtheories,accordingtotherealityofacompany'sdistributionwarehouse,andwiththehelpofsimulationsoftware,studiesanddiscussesit.Firstofall,thispaperintroducesthedevelopmentofprocessoptimizationandlogisticssystemsimulation,andexpoundstherelatedconceptsandtheoreticalknowledgeofprocessoptimizationandsystemsimulation.Secondly,basedonthefieldinvestigationofthedistributionwarehouseofcompanya,thepapermakesadetailedanalysisofthecurrentsituationofthewarehouseoperationprocess,aswellaspersonnelallocation,equipmentuseandotheraspects.Then,withthehelpofFlexsimsimulationsoftware,thesimulationmodelofwarehouseworkflowisestablished,andtherealdataofeachworkflowcollectedintheresearchisimportedintothesimulationmodelforoperation,andtheoperationresultsarecollected.Throughtheanalysisoftheoperationresults,wecanclearlyunderstandtheoperationofeachlinkandfindouttheproblemsintheprocessofdistributionwarehouseoperationofcompanyA.Finally,accordingtotheaboveanalysis,thecorrespondingimprovementandoptimizationmeasuresareproposed,andtheoperationprocessaftertheimprovementandoptimizationismodeledandsimulated.Andtheoperationprocessaftertheimplementationoftheimprovementoptimizationismodeledandsimulated.
simulationsoftwareDistributionwarehouseofcompanyAFlexsimoptimization
1绪论
1.1引言
近年来,物流行业蓬勃发展,已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
然而在物流这一行业蓬勃发展的同时，随之而来的便是市场竞争的不断加剧，也就意味着物流企业会面临更多新的机遇和挑战。
而如果企业想要在如此竞争激烈的社会环境下跻身而出，除了实施传统的开源节流的管理模式之外，还需把降低成本这一块继续深挖，尽量使企业的每一个资源都能够得到合理的理由，发挥它的所长。
为适应当下市场竞争激烈的社会环境，资源得到合理利用、实现效益最大化的重要性不言而喻。
而仓储作为供应链的中心位置，承接着上游跟下游，其作用至关重要。
因此希望可以对仓储进行仿真优化，从而优化作业流程，节约成本，合理配置资源。
1.2研究背景及内容
1.2.1研究背景
随着科技的飞速发展，经济全球化的步伐也在飞快前进。
市场竞争激烈，资源领域和人力领域已日渐饱和，利润空间已经不多，为此，寻找新的利润增长点已经成为了每个企业目前最关注的问题。
而在现如今物流那么火热的环境下，谁掌控了物流谁就有市场。
仓储是物流系统中最基本、最核心的部分，对企业的整体经营起着决定性的作用。
所以优化和改进仓储的的作业流程可以提高仓储的整体作业效率，并影响着企业物流系统的运作效率。
经实地调查发现，A公司配送仓还有很多不合理的地方，人员设备存在长期的闲置，导致资源得不到合理的利用。
而近年来，仿真技术在不断的发展，逐渐成为了物流系统建模中的一项热门技术，因此，本文将运用仿真技术对A公司配送仓的仓储作业进行仿真优化。
1.2.2研究内容
本文将以A公司配送仓为研究对象，研究内容如下图1-1所示
图1-1研究内容
先实地考察A公司配送仓，了解总体情况并获取模型搭建所需的信息，比如进出库的作业流程，货架的数量，打包台的数量、员工的数量以及货物出库所需的时间等等。
对资料进行分析整合，利用Felxsim软件搭建初步模型，对仓库作业中存在的问题进行优化分析，提出优化方案和改进措施，对模型进行仿真优化，得出最优方案。
1.3研究现状
李光洋[1]运用了离散型模型和flexsim对某市烟草物流配送中心的作业流程进行仿真优化,从人员、设备、出入库流程三方面入手，把工人的闲置率从原来的70%降低至18.9%，叉车的使用率从55.59%提升至了92.02%。
大大的减低了闲置率，合理的配置了现有资源，降低了物流成本。
杨雅岚也是对入库作业和出库作业的作业流程进行了仿真，但是在实体参数的设置过程中，其还重点运用了EasyFit工具对数据进行分布拟合[2]。
让其数据更加的有说服力及其准确性。
王毓彬，雷怀英两位学者运用了AnyLogic仿真软件对果蔬的配送进行了仿真优化，众所周知，果蔬是极易腐烂、难以保存的的东西，对运输的温度、湿度等条件都有想和比较高的要求。
因此他们对果蔬的配送过程的到达时间、间隔、温度、容量、传送带的速度等进行设置优化[3]，证明了可以通过增加各区的周转率来优化配送系统。
罗佳[3]运用了AutoMod软件对某企业的床垫生产线进行了仿真优化，发现串网处理器的工作时间相对过长，导致其他的安装与包装工序的操作率低。
最后通过在关键环节上分担其部分原材料，使得串网处理时间缩短，提高最终生产量。
1.4研究方法
1.4.1文献研究方法
在网上、图书馆等地方大量收集Flexsim软件以及仓储作业的相关文献资料，并对资料进行研究分析，为论文打下坚实的基础。
1.4.2实地调查研究法
到A公司配送仓了解仓储作业的基本流程，记录仓库内的货架参数、人员数量、打包台的数量及其打包货物的时间，拣货的行走路径以及时间等等数据，力求拿到最真实地资料，为模型的建立打下良好的基础。
1.4.3论文的创新点
本文将运用Flexsim仿真软件对A公司配送仓的仓储进行优化分析[4]，将库存、作业流程、设备以及人员等资源进行一个综合的考虑，分析各个作业流程对仓库作业效率的影响，力求减低成本，合理配置资源，并采用定量与定性分析相结合，形成对比，比较优缺点，选出更加合适的方案。
2相关理论基础
2.1仓储管理
2.1.1仓储管理的含义
仓储管理，顾名思义，是对仓库和仓库中储存物料的管理。
现代企业的仓库已成为企业核心。
在新的经济和新的竞争形势下，企业在注重效益的同时，更加注重合理的仓储管理，不断挖掘和发展自身的竞争力。
准确的仓库管理能够有效地控制和降低流通和库存成本，是企业保持优势的关键支撑和保证。
仓储管理的重点不仅在于物料的安全储存，还在于如何运用信息技术、自动化技术等现代技术，提高仓储作业的速度和效率[5]。
这也是自动化立体仓库有自己的方式的原因。
2.1.2仓储作业流程
仓储的作业流程主要由入库、保管和出库这三个环节所构成[2]。
图21仓储作业流程
如图2-1所示，货物入库申请的提出，是入库作业的第一步，是指由供应商向仓储企业提出申请货物保管，仓储人员根据仓库的货位、人员情况、装卸设备等因素，决定是否接收这批货物的保管。
仓储人员决策后，将收据交给供应商[6]。
如果批准这批货物的入库，则仓储人员将在货物入库后进行一系列的基本过程，如入库前的准备、货物的验收、装卸、上架。
商品入库后，主要对库存商品的质量和数量这两个方面进行一系列的管理工作。
比如货物所采用的堆垛形式、货物日常的维护保养工作、货物的库存状况、以及对废弃货物的处理和对在库货物的检验等等。
货物的出库作业同样需要经过许多流程。
比如出库货物的核对清单、备料、复核、打包、清点交接等等环节。
当仓库管理人员接到订单后，首先要进行分单，然后开始拣选工作。
为了减少误差，拣选之后需要对货物的品种、数量、质量、外观包装等等进行复核。
对于在库货物的整个出库流程，复核是尤为重要的。
复核，可以减少出货的误差[7]，提高作业效率。
2.1.3仿真系统的介绍
物流仿真系统主要用于对物流系统的作业流程进行仿真建模，从而在模型中找出各个环节的潜在问题，让我们可以更直观更方便的对整个物流系统进行评价。
它是一种运用电脑技术，数学技术和人工智能技术对现实中的环境进行模拟仿真的软件，最后以3D的形式把模拟的环境整个呈现出来。
目前，市面上运用得最多的仿真软件主要有Flexsim、Vensim、Supplychainguru、Classwarehouse等等。
（1）Vensim。
是美国Vensim公司推出的，主要运用系统动力学的相关理论来对模型进行分析，它可以为使用者提供多种分析方法，可以从多方面进行分析，从而达到减低局限性[8]。
（2）Supplychainguru。
同是来自美国公司推出的仿真软件,它主要侧重于整个供应链的模拟分析。
其用户可以输入或者导入供应链相关的网络信息,来仿真各个方案决策对整个供应链所带来的的变化以及影响。
多用于预测方面，为公司提供一个很好地预测功能，进而避免更多的失误[9]。
（3）Classwarehouse。
跟以上两个不同的是这个软件英国的公司推出的，致力于对仓库物流的模拟分析,是专门用于仓库设计的物流仿真软件。
主要基于对仓库人员、设备、单量来对新仓库进行设计并量化成本[9]。
本次的模型建立中，用的就是Flexsim仿真软件，其应用的领域十分的广泛。
是美国FlexsimSoftwareProduction公司负责研制开发的一套仿真软件。
它能够利用3D模型逼真的再现企业实际系统中的作业场景，通过动画模拟，形象生动的对模型进行实时分析，达到最终的仿真目标。
它的功能强大，建模和调试的步骤简单易行，开放和扩展性能好[2]。
2.1.4Flesxim仿真软件的组成
Flexsim仿真软件主要由实体、连接、实体的属性及其参数的设置组成。
（1）实体
实体又分为临时实体和永久性实体两大类。
临时实体是在模型运行时才能看到的实体，若模型没有运行则看不见临时实体的存在，就好比去便利店买东西的顾客跟订单生成时的货物一样。
临时实体主要由发生器产生，其类型颜色跟到达时间等参数的设置可以在发生器中进行定义、编辑。
而永久性实体则跟临时实体相反，不管模型是否在运行状态，永久性实体都是一直存在并且是可以看见的实体。
它存在于工具栏中，主要分为固定类实体、执行类实体、网络节点实体、传送模块实体、流体类实体等等[10]。
用得最多的就是固定类实体、执行类实体和传送模块实体这三大类。
固定类实体主要有发生器、暂存区、处理器、合成器、吸收器、分解器、货架等这些固定的物品；而执行类实体则跟固定类实体相反，它会随着模型的运行而移动，主要是Operator（操作员）、Transporter（叉车）、Elevator（升降机）、Dispatcher（任务执行器）、Crane（起重机）、ASRSvehicle（堆垛机）等等会移动的设备[11]；传送模块实体，顾名思义，用来传送物品的直线传送带以及弯曲传送带、决策点等等这些影响临时实体移动方向的物品。
（2）连接
建模的第一步是把实体摆放好，那第二步就是把实体给连接起来。
想要模型能够顺利的运行，连接就显得尤为重要，只要连接的顺序跟方式不对，模型就会无法运行。
连接方式有3种，主要分为“A”连接、“S”连接和“D”连接。
永久性实体跟永久性实体间的连接就用“A”连接，主要用于输入端口跟输出端口间的连接。
执行类实体跟永久性实体间的连接就用“S”连接，主要用于中间端口之间的连接。
“D”连接则是扩展连接。
“A”“S”“D”三个连接与之相反的则是“Q”“W”“E”这三个断开连接。
（3）实体的属性和参数
连接好之后，第三步就是设置实体的属性及其参数。
根据模拟环境的实际情况，对实体进行一定比例的调整设置。
在属性中可以设置实体的颜色、时间、大小、位置等等，还可以根据实际情况设置其加工时间、容量、速度等等参数。
2.1.5Flesxim模型建立的步骤
仿真模型的建立主要分为7大步骤，如下图2-2所示：
图22Flexsim模型建立的步骤
首先，对A公司配送仓进行实地调研，获取所需资料，为文章打下坚实的基础，然后确定作业流程以用于Flexsim模型的布局摆放，实体摆放完成后，便可以用“A”跟“S”把永久性实体跟执行类实体进行连接，连接完之后就根据仓库作业的实际情况进行实体的参数设置，以保证模型的真实性跟可行性。
接下来点击“运行”按钮进行模型的运行，运行结束后就可以导出数据，对仓库存在的问题进行分析优化。
3A公司配送仓概况
3.1A公司配送仓简介
3.1.1基本情况
A公司配送仓位于物流园区里，主要是转运作用,把供应商的货物配送至各个销售网点，仓库总面积约为12158平方米，工作时间24小时制。
主要负责商品的储存、保管、包装、分拣跟出库。
库内自动化水平不高，对于货物的分拣、入库验收、货位分配等等都是靠人工来执行。
本文主要用flexsim仿真软件来对沃尔玛平台仓的出库作业进行建模并优化分析，致力于发现库内的潜在问题，从而进行优化改进。
A公司配送仓的平面布局如图3-1所示。
图31A公司配送仓的平面布局图
3.2A公司配送仓作业流程描述
3.2.1入库作业流程
A公司配送仓的入库作业是供应商将商品运送到仓库，卸货员把商品卸到仓库月台的指定位置，由收货员开箱对商品的数量、质量进行验收。
验收完成后就由上架员把商品放到货架储存并上架以供客户购买。
3.2.2出库作业流程
A公司配送仓的出库作业分为拣货作业跟包装作业。
拣货作业，待分单员把订单分到拣货员手上，拣货员便可以开始在库区里根据订单所需的商品进行拣选，拣选完毕后就把拣选出来的货物放到指定的地点，以供打包员把商品打包出库。
包装作业，拣货员把订单的货物拣选出来后，打包员就根据订单里的商品选择合适的耗材对商品进行打包出库。
3.2.3设备及人员分析
（1）设备
A公司配送仓作业所用到的设备有：
电动托盘搬运车、液压托盘车、电动前移式叉车、托盘、输送线。
电动托盘叉车和2.5吨手动液压车主要是针对货物装卸、入库等搬运作业，1.4吨的电动前移式叉车主要是针对在三层及以上的货物使用，托盘采用的是1200mm*1000mm的木托盘，输送线总长85米，运行速度为25米/分。
（2）人员
仓库里的人员都有其对应的岗位和职责。
仓库作业环节由入库、在库跟出库三大环节组成，入库对应的是收货员跟上架员，主要保证货物准确的入库跟上架到位；在库对应的就是理货员，主要保证货物在仓库内储存期间的质量跟数量；出库对应的是拣货员跟打包员，主要保证货物能够及时并准确的送到客户手里。
4A公司配送仓出入库流程仿真
4.1A公司配送仓出入库流程仿真模型的建立
4.1.1仿真假设
本文主要是针对A公司配送仓的仓库作业流程进行的研究。
但因为仓库在现实中的运行是较为繁琐并有很多特殊情况以及不可控的因素在内。
为了使得模型更加的接近现实，更具真实性，因此在建立仿真模型的过程当中，需将一些环节简化并抽象化，使得模型在运行中可以更加的形象。
因此在建立模型时，对以下几点进行了假设：
（1）仓库设备在运行期间不会出现故障等影响运行的情况。
（2）每个员工的作业时间、速度一致并持续性工作，不考虑休息、请假等不确定因素。
（3）货物大小一致，无缺货、少货、多货以及包裹无下文等情况。
（4）各个环节间的作业时间无间断。
（5）各个实体元素按一定比例进行调整。
4.1.2仓库作业流程的概念模型构建
在对A公司配送仓作业流程的详细分析后，得出如下图4-1的概念模型。
图41仓库作业流程概念图
其中，各个实体所代表的的含义如下表4-2[12]。
实体名称
实体图形
模拟说明
模拟的物体
发生器
模拟货物的到库
货物的到达
暂存区
模拟货物的暂存地
货物的存放地
合成器
模拟货物的打包
货物打包
货架
模拟货物在库内的存放
货架
传送带
模拟货物传输过程
传送带
吸收器
模拟货物出库
货物的出库
操作员
模拟拣货员的拣货作业
拣货员
叉车
模拟装卸设备运输货物
叉车
图42沃尔玛仓储仿真对象一览表
4.1.3实体布局
（1）出库作业过程的实体布局
针对仓储系统建模的仿真目标，结合A公司配送仓的具体出库作业过程，建立A公司配送仓出库的仿真模型如图4-3所示。
图43实体布局
仓库拣货作业是按照拣货路径来进行分配，订单的货物有很多不确定因素，这里我以理想路径来进行模拟，拣货路径设置如图4-4所示。
图44拣货路径
4.1.4实体参数设置
（1）发生器1
A公司配送仓
由于A公司面对的是各个销售网点，淡旺季不明显，因此选取A公司配送仓某一周的货物到达时间表，如图4-5所示，作出直方图4-6，如直方图所示，货物的到达时间呈正态分布，14点货物到达的频率最高，因此达成正态分布Normal（14,2,0）。
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图45货物到达时间表
图46货物到达频率直方图
图47发生器参数设置
（2）暂存区
由于A公司配送仓在入库时货物都是暂存在月台，因此我们就把暂存区1看作是月台，月台长110米，宽6米，卡板的尺寸为1.2米*1米，每个卡板可放置25箱货物，计算可得最大容量为13750，因此设置模拟入库卡板的暂存区1最大容量为13750个单位。
货物上架到货架时，需从暂存区把货物搬运、上架到货架，为了能把叉车调用起来进行此操作，
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