基于Flexsim的物流配送中心仿真及优化研究

    摘要：配送中心的合理规划建设，对企业提升市场竞争力，提高顾客满意度，降低物流成本等有着极其重要的作用。配送中心运作过程中存在很多决策分析的问题，现有的研究多致力于采用“解析方法”，如启发式算法、目标规划法、动态规划法、人工智能规划法等来加以求解，但用传统的数学模型和优化算法往往无法预测其在实际运作过程中可能会出现的各种瓶颈。物流仿真软件不仅能很好的解决这一难题，还可以通过改变一些重要参数的设置以及改善配送中心的作业流程对整个系统进行优化，以提高配送中心的整体经济效益。因此，近年来，运用物流仿真软件对配送中心系统进行动态研究已得到越来越多学者的青睐。一般情况下，建立配送中心，主要考虑的：配送中心设施、设备的运行效率与利用率；配送中心在进行出、入库等作业时有无阻塞现象发生；配送中心的拣选系统是否存在瓶颈等。Flexsim作为针对离散物流系统进行建模和仿真的软件平台，是配送中心仿真研究的理想选择。本文首先对某配送中心欲实现的功能和运作流程进行深入、系统的分析；接着运用Flexsim建立仿真模型，通过仿真数据分析配送中心库存水平、设备利用率及订单完成效率等重要性能指标；最后，从补货策略、人员、设备数量及设备工作效率等方面对模型进行优化，并给出改进意见和建议。

    关键词：配送中心  系统仿真  系统建模  物流仿真

    1 某配送中心功能概述

    配送中心仿真不仅可以为即将建立的配送中心提供方案评估及论证依据，也可以对已建成配送中心的经济效益及人员、设备配置的合理性进行科学评价，从而避免资金、人力和物力的浪费，提高配送中心的综合效益，为消除配送中心运行“瓶颈”、挖掘配送中心发展潜力提供科学、合理的理论依据和决策支持。本文所研究配送中心接收上游3个供应商提供的3种不同类型的产品，由产品入库区、产品储存区、产品分拣区、产品出库区四个主要功能区组成。配送中心功能区分布如图1所示。
 

图1 配送中心功能区分布图
 
    1.1 配送中心人员及设备配置
（1）入库区：由3个产品入库口，3个入库加工台，3个入库产品暂存区，3个组盘器，1个托盘入库口，1个托盘存放区，1个托盘回转区，3个组盘机械手和1辆托盘运送叉车组成。配送中心共有200个托盘，入库区中每个托盘可以装载8个单位产品，托盘运送叉车负责将托盘从存放区运至入库区组盘器。同时，为了保证配送中心的合理库存量和较好经济效益，当入库产品暂存区的存储量达到20个时，它的输入端口自动关闭；当存储量小于8个时，输入端口自动开启。
（2）储存区：由3个货架和3台自动堆垛机组成，每台堆垛机负责相应货架的出入库作业。3个货架均设置成10行10列，每个货格只允许存放一个托盘货物，即每个货架存储托盘最大量为100。考虑到存储成本和安全库存量，结合各类货物的以往销售数据，设置货架当存储量大于80时自动关闭输入端口，当存储量小于20时自动开启输入端口。
（3）分拣区：由3个拆盘器，3个托盘暂存区、3个产品暂存区，3个拆盘机械手，1辆托盘回送叉车，1个产品打包台，1个打包箱生成器和1个拣选操作人员组成。其中，3个拆盘器负责从入库区进入的对应托盘产品的拆盘作业，机械手则负责把拆卸下来的空托盘放入托盘暂存区，并把产品放入对应的产品暂存区。当订单来临时，拣选操作人员负责按照订单要求的数量将所需产品送至打包台进行打包作业，订单由20组随机生成的0-10之间的数字组成，并设置生成类型服从（1,20）的均匀分布。为了更好的控制整个配送中心的作业流程，分拣区内的3个产品暂存区的最大容量均设置为10。
（4）出库区：由1个产品分类器，10个传送带，10个产品暂存区和1个产品接收器组成。出库区主要功能是，把按订单打包好的产品按预先设定好的配送路线进行分类整理，并放置到对应的产品暂存区。在出库区，每个产品暂存区将分别接收两类订单组成的产品。
   1.2 配送中心人员及设备建模
    上节所列配送中心需要用到的实体设备均可在Flexsim仿真软件的实体库里找到对应的仿真对象，不需导入使用AutoCAD等绘图工具制作的三维文件。配送中心实体设备与Flexsim仿真软件实体库仿真对象的对应关系如表1所示。
 
表1 配送中心实体设备与Flexsim实体库对象对应表
 

实体设备	Flexsim仿真软件实体库对象
产品、托盘、打包箱	生成器（Source）
入库加工台	处理器（Processor）
组盘台、打包台	合成器（Combiner）
暂存区	队列（Queue）
机械手	机械手（Robot）
操作人员	操作员（Operator）
叉车	叉车（Transporter）
货架	货架（Rack）
拆盘台	分离器（Separator）
堆垛机	堆垛机（ASRSvehicle）
产品分类器	分类输送机（MergeSort）
传送带	输送机（Conveyor）
产品接收器	吸收器（Sink）

 
    2 配送中心系统流程
该配送中心的系统流程分为以下两个主要环节：入库储存和出库分拣，其运作流程分别如图2（a）和（b）所示。
    3 配送中心仿真
在对配送中心人员、设备进行分析、配置的基础上，构建其整体仿真模型。
3.1 入库区实体及参数设置
入库区由4个生成器，3个处理器，5个队列，2辆叉车，3个机械手和3个合成器组成。入库区实体参数设置如表2所示。