Flexsim是一個(gè)基于Windows的，面向?qū)ο蟮姆抡姝h(huán)境，用于建立離散事件流程過(guò)程，像是制造業(yè)，物料處理和辦公室工作流，這些全都配以令人瞠目結(jié)舌的三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。本文是一篇長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)投稿的論文范文，主要論述了基于Flexsim的配送中心揀選作業(yè)系統(tǒng)仿真與優(yōu)化。
　　摘要： 本文研究了Flexsim仿真在配送中心揀選流程優(yōu)化問(wèn)題上的應(yīng)用。以某電商物流配送中心為研究對(duì)象，建立基于Flexsim軟件的仿真模型，實(shí)現(xiàn)了該配送中心從接受訂單到到人員揀取、分貨、直至揀選完成的一系列作業(yè)流程模擬，最后根據(jù)仿真運(yùn)行結(jié)果總結(jié)作業(yè)系統(tǒng)瓶頸問(wèn)題，提出揀選作業(yè)流程優(yōu)化方案。

　　Abstract： This article studies the application of Flexsim simulation in the sorting process optimization of distribution center. Taking an EC logistics distribution center as the research object， the simulation model based on Flexsim is built to simulate the operation process of the distribution center including order acceptation， sorting， classification and completion. The operation bottleneck problems are concluded according to the simulation result and optimization scheme is proposed.

　　關(guān)鍵詞： Flexsim,系統(tǒng)仿真,配送中心,揀選作業(yè)

　　Key words： Flexsim;system simulation;distribution center;order picking

　　中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311(2015)12-0039-03

　　0 引言

　　隨著社會(huì)生產(chǎn)力不斷發(fā)展和產(chǎn)品生命周期的逐漸縮短，小批量、多品種、高時(shí)效的貨物不斷增加，客戶需求的不確定性越來(lái)越高，這種趨勢(shì)要求配送中心運(yùn)作更高效。在配送中心的整體運(yùn)營(yíng)成本中，訂單揀選作業(yè)是所有作業(yè)中成本最高的作業(yè)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，訂單揀選時(shí)間可占到配送中心總作業(yè)時(shí)間的30%-40%左右;訂單揀選成本可占到配送中心總作業(yè)成本的60%左右，因此，訂單揀選作業(yè)作為配送中心的核心作業(yè)，提高它的效率，對(duì)降低配送中心運(yùn)作成本的降低有事半功倍的效果。目前，配送中心揀選系統(tǒng)的優(yōu)化研究往往向揀選設(shè)備的半自動(dòng)化、自動(dòng)化以及智能化方向發(fā)展，鑒于此類設(shè)備的投入成本較高、執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)較大，都要求在系統(tǒng)重置之前對(duì)改進(jìn)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真。系統(tǒng)仿真模擬，既可以對(duì)某一時(shí)間段內(nèi)的系統(tǒng)運(yùn)作情況進(jìn)行模擬，也可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的實(shí)際過(guò)程進(jìn)行模擬。通過(guò)仿真，可以對(duì)物流方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)瓶頸環(huán)節(jié)并做進(jìn)一步優(yōu)化，可直接觀測(cè)到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作狀況，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)性的設(shè)計(jì)方案等。因而，系統(tǒng)仿真技術(shù)應(yīng)用于配送中心揀選作業(yè)子系統(tǒng)的優(yōu)化，可通過(guò)對(duì)揀選系統(tǒng)設(shè)備、運(yùn)行策略等的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)揀選作業(yè)效率的提高。

　　1 Flexsim軟件介紹

　　Flexsim系統(tǒng)仿真軟件是一套系統(tǒng)仿真模型設(shè)計(jì)、制作與分析工具軟件。它集計(jì)算機(jī)三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體，專門面向制造、物流等領(lǐng)域[2]。該軟件是目前唯一提供原始數(shù)據(jù)擬合、輸入建模、虛擬現(xiàn)實(shí)顯示、模型仿真實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化仿真結(jié)果、實(shí)現(xiàn)3D實(shí)體構(gòu)建等功能。此外，如圖1所示，F(xiàn)lexsim還提供了仿真模型與ExperFit和Microsoft Excel的接口，用戶可以通過(guò)ExperFit實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的分布擬合功能，以及通過(guò)Microsoft Excel實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與導(dǎo)出功能，方便了實(shí)現(xiàn)和仿真模型之間的數(shù)據(jù)交換，包括輸出在運(yùn)行模型過(guò)程中動(dòng)態(tài)修改的運(yùn)行參數(shù)等[3]。

　　Flexsim的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，無(wú)論是制造業(yè)生產(chǎn)線的瓶頸分析，服務(wù)業(yè)ISO品管流程仿真，還是在交通運(yùn)輸業(yè)整合公路網(wǎng)絡(luò)等都適用�？偟膩�(lái)說(shuō)，F(xiàn)lexsim的主要功能就是解決生產(chǎn)制造與物流問(wèn)題等復(fù)雜、不確定的離散事件系統(tǒng)問(wèn)題。其最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化方案的可視化，避免優(yōu)化方案放在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)去一一驗(yàn)證的費(fèi)時(shí)費(fèi)力之舉，是管理決策人員評(píng)價(jià)優(yōu)化方案的最有效的方法。

　　2 配送中心揀選作業(yè)系統(tǒng)仿真建模

　　2.1 系統(tǒng)描述 某H配送中心揀選作業(yè)系統(tǒng)流程如圖1所示。訂單處理人員將8張訂單作為一個(gè)批次生成揀選單，按照具體分區(qū)分發(fā)揀選單;各分區(qū)揀選人員依據(jù)揀選單所標(biāo)注的儲(chǔ)位號(hào)找到儲(chǔ)位，以S型行走路徑揀選以盒為單位的物品進(jìn)入周轉(zhuǎn)箱，直至在貨架儲(chǔ)存區(qū)域揀選完成;揀選人員以手推車載著周轉(zhuǎn)箱進(jìn)入分揀區(qū)，依次按照揀選單進(jìn)行分貨，直至分貨作業(yè)完成;由專門揀貨員對(duì)分類完成的物品進(jìn)行合并，并送至復(fù)核區(qū)域待驗(yàn)，如圖2所示。

　　2.2 揀選作業(yè)系統(tǒng)的基本設(shè)備組成 根據(jù)對(duì)H配送中心原揀選系統(tǒng)的分析，該揀選作業(yè)系統(tǒng)中可總結(jié)為摘果、播種、合并三個(gè)作業(yè)子系統(tǒng)，其功能為物品批量揀取、物品分類、合并運(yùn)送至復(fù)合區(qū)待檢。各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)備及其與仿真系統(tǒng)中實(shí)體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及為了實(shí)現(xiàn)仿真功能而需要的輔助實(shí)體見(jiàn)表1至表3所示。

　　2.3 構(gòu)建H配送中心揀選系統(tǒng)模型

　　采用Flexsim仿真軟件模擬H配送中心一樓(如圖3所示)布局，模擬各設(shè)備之間的邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)H配送中心揀選作業(yè)流程。

　　2.4 仿真模型運(yùn)行結(jié)果分析

　　根據(jù)資料可得到的實(shí)際揀選作業(yè)數(shù)據(jù)，仿真模型設(shè)置運(yùn)行時(shí)間單位為1，長(zhǎng)度單位為1，通過(guò)模型運(yùn)行收集數(shù)據(jù)于是達(dá)到上表所示的效率需要設(shè)置Flexsim仿真模型中的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)如表4-6所示。

　　揀選人員在H配送中心實(shí)際模型中處于主體地位，從揀取、搬運(yùn)、分貨均由揀選人員實(shí)現(xiàn)，通過(guò)模擬仿真運(yùn)行，可獲取其運(yùn)行數(shù)據(jù)如表4-6所示。行走占比由記錄行走和偏移四個(gè)統(tǒng)計(jì)值的和組成，約為50%，說(shuō)明揀選人員行走頻率較高;裝載和卸載描述了揀取和分貨的揀貨員動(dòng)作，裝載時(shí)間大于卸載時(shí)間。 　　分貨作業(yè)在仿真模擬中的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)為分解器+處理器+揀貨人員，因而可以從分解器和處理器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行效率描述。分解器動(dòng)作的閑置和堵塞可以視為各個(gè)分區(qū)揀選時(shí)間和分貨時(shí)間占比，空閑為等待揀選完成時(shí)間，堵塞為分貨等待時(shí)間;處理器的處理數(shù)據(jù)可以視為揀選員判斷分貨位置所用時(shí)間，等待揀選員數(shù)據(jù)可視為揀選員分貨動(dòng)作執(zhí)行時(shí)間，可見(jiàn)分貨工作占用時(shí)間較多。

　　模型運(yùn)行停止后，可通過(guò)統(tǒng)計(jì)得出各個(gè)設(shè)備的利用率，圖3為揀貨人員的工作狀態(tài)餅狀圖，圖4為充當(dāng)揀選小車的合成器的工作狀態(tài)餅狀圖。

　　3 揀選作業(yè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題及解決方案

　　3.1 揀選作業(yè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

　　結(jié)合Flexsim仿真模型運(yùn)行結(jié)果、主管訪談獲取的信息，可將該配送中心分別在揀選作業(yè)方面存在的問(wèn)題歸納如下：

　�、俑鞣謪^(qū)揀貨員揀取工作的工作量及揀選時(shí)間不均衡。部分分區(qū)的揀貨人員完成揀取作業(yè)以及分類作業(yè)后，存在等待第二批訂單到達(dá)的閑置等待問(wèn)題。該問(wèn)題主要原因來(lái)自于儲(chǔ)位分配與貨物分區(qū)不均、揀選人員揀選速度不均，以及訂單到達(dá)的偶然性導(dǎo)致的，分區(qū)揀選時(shí)間不均問(wèn)題雖不可避免，但可適當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化以降低閑置等待時(shí)間，提高揀選效率。該庫(kù)的管理人員試圖鼓勵(lì)員工本著互幫互助的團(tuán)隊(duì)精神來(lái)解決這一問(wèn)題，但效果不明顯。

　�、诜重涀鳂I(yè)存在堵塞問(wèn)題。由于是五個(gè)分區(qū)的揀選人員要向八個(gè)周轉(zhuǎn)箱實(shí)現(xiàn)貨物分配至門店的分類作業(yè)，當(dāng)兩個(gè)人同時(shí)進(jìn)行分貨時(shí)已然存在堵塞，當(dāng)五個(gè)人同時(shí)操作就帶來(lái)了嚴(yán)重的效率損失，且容易發(fā)生分貨差錯(cuò)。先揀后分類的優(yōu)點(diǎn)是將摘果法與播種法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)揀選作業(yè)差異率的降低，采用摘果法揀選時(shí)可能存在的差異，在采用播種法分類時(shí)得以實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)摘果揀選作業(yè)的功能。從整體上看，該揀選策略是符合零售型配送中心揀選作業(yè)要求的，但是分貨作業(yè)人工操作易堵塞、差錯(cuò)率高、效率低。

　�、蹝�貨人員工作強(qiáng)度大。具體揀貨員揀選作業(yè)動(dòng)作未能在仿真模型中詳見(jiàn)，可將其動(dòng)作分解，如：按序查閱揀選單，確定物品所在儲(chǔ)位號(hào)，揀選數(shù)量;揀取物品放入周轉(zhuǎn)箱，并用筆在數(shù)量上作勾選記號(hào);再查閱下一物品所在儲(chǔ)位號(hào)，循環(huán)作業(yè)直至揀取該分區(qū)全部物品;用手推車將揀選完成物品送至復(fù)核區(qū)域待驗(yàn)。由于該庫(kù)的揀選設(shè)備有限，如搬運(yùn)、補(bǔ)貨上架、發(fā)貨裝車等操作都是人工實(shí)現(xiàn)，操作人員工作強(qiáng)度很大，因而人員流動(dòng)率高，新員工多必然導(dǎo)致揀選效率下降。

　　④搬運(yùn)作業(yè)的存在的堵塞問(wèn)題主要來(lái)自于動(dòng)線的設(shè)置，揀取后分貨的作業(yè)流程要求揀貨人員揀取作業(yè)后利用手推車運(yùn)送貨物至分揀區(qū)分貨。如分貨環(huán)節(jié)取消，作業(yè)動(dòng)線將自動(dòng)消除堵塞障礙。

　　3.2 揀選作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)策

　　針對(duì)以上揀選作業(yè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，可以將問(wèn)題歸納為兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是揀選策略運(yùn)用的問(wèn)題;二是揀選模式的問(wèn)題，包括揀選流程以及揀選設(shè)備選用的問(wèn)題。對(duì)此，提出揀選作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化方案如下：①優(yōu)化分區(qū)與儲(chǔ)位分配等揀選策略問(wèn)題。根據(jù)該庫(kù)產(chǎn)品特性，建立以均衡分區(qū)揀選時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)的儲(chǔ)位優(yōu)化模型，采用Matlab遺傳算法工具箱進(jìn)行求解。②優(yōu)化揀選作業(yè)模式，即優(yōu)化揀選作業(yè)流程與揀選設(shè)備，以緩解分貨作業(yè)堵塞問(wèn)題、降低揀選人員行走距離為目標(biāo)，提出優(yōu)化揀選模式方案，并利用Flexsim仿真軟件建立仿真模型實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)行，并通過(guò)對(duì)模擬運(yùn)行所獲數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行方案評(píng)價(jià)。

　　4 結(jié)論

　　本文采用Flexsim仿真手段，對(duì)揀選策略、揀選模式，包括揀選流程及揀選設(shè)施設(shè)備共同構(gòu)成的揀選作業(yè)系統(tǒng)建立仿真模型，以提高揀選效率、解決瓶頸問(wèn)題為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)揀選作業(yè)系統(tǒng)仿真結(jié)果的研究，提出該系統(tǒng)存在的問(wèn)題以及相應(yīng)的改進(jìn)方案與對(duì)策，這種研究手段和方法不僅對(duì)已使用的系統(tǒng)和作業(yè)模式可以改進(jìn)優(yōu)化，也可對(duì)計(jì)劃中的項(xiàng)目通過(guò)模擬仿真進(jìn)行可行性評(píng)估，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

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　　相關(guān)期刊簡(jiǎn)介：《長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)》是吉林省教育廳主管、長(zhǎng)春理工大學(xué)主辦、長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)編輯部編輯出版的人文社會(huì)科學(xué)類綜合性學(xué)術(shù)期刊。本刊于1988年創(chuàng)刊，國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。本刊由長(zhǎng)春理工大學(xué)黨委副書記劉兆儀教授擔(dān)任編委會(huì)主任，并兼任主編，長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)編輯部主任曹立波副編審任常務(wù)副主編。讀者對(duì)象為海內(nèi)外哲學(xué)、社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的專家、學(xué)者，廣大社會(huì)科學(xué)工作者和高等學(xué)校文科師生等。

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