基于Arena物流园区出入库作业仿真.pdf

1、JINGJIWULIU 经济物流532014/11基于Arena物流园区出入库作业仿真研究*朱翠娟1 郭淑清1 霍俊爽2摘 要:本文主要从物流园区的作业流程出发，针对物流园区货物出入库作业流程进行详细的分析，采用先进的 Arena 系统仿真软件对出入库作业系统进行仿真建模，对仿真结果进行分析，为仓储作业流程改善及资源优化配置提出了一种新思路。关键词:物流园区；出入库流程；arena 仿真一、引言现代物流业的发展催生了物流园区的出现，作为物流系统的重要节点之一，物流园区在促进物流业发展方面起着至关重要的作用。物流园区的主要功能指物流组织管理功能和依托物流服务的经济开发功能，即物流活动所具备的储存

2、、运输、装卸、流通加工等功能，但与传统的货运组织有所不同的是，物流园区的各个要素具有高科技和高效率的特征。而仓储是物流园区的核心环节之一，随着物资存储数量的不断增加，出入库频率急速增长，如何对出入库作业系统进行调整，已经成为物流园区在竞争中取胜的重要因素。出入库作业系统有效实施与计算机管理控制系统实现存入和取出，可以大大提高物流效率并降低了成本。二、物流园区作业的流程根据物流园区内完成特定功能的作业内容进行分析并加以归类，得到物流园区的作业流程，见图 1 所示。物流园区的业务主要包括接货、分拣、发货作业、仓储配送、流通加工等工作。*基金项目：获得 2014 年吉林省教育厅“十二五”科学技术研究

3、资助项目，项目名称：吉林省物流园区建设关键技术研究，项目号：2014176。经济物流 JINGJIWULIU542014/11三、吉林省物流园区出入库作业流程分析1.物流园区的仓储作业区介绍（1）布局结构吉林省物流园区的总面积为 1681.13 万 m2，其中包括接货、分拣、发货作业区，仓储配送区、流通加工区等各个功能区。物流园区的物流量为71516.43 万 吨，假 设 其 中 的80%为仓储库的日均最大吞吐量，周转周期为 2 天，每吨货物平均占用面积为 2m2，仓库需 求 面 积 54339.42m2。仓 库的结构总体规划为四层结构,单层高度 8 米，单层建设面积13585.85m2。仓库

4、设计符合要求，功能完备，布局合理。一层包括存储区和就地堆放区；二层与三层存放整箱货物，四层为整托盘存储区，当整托盘的货物量增大时也可以存储在三层的存储区中，其仓库的布局见图 2。（2）作业流程设计由于仓库的建筑面积较大，且是四层仓库，整托盘的货物利用升降机集中到一层的分拣系统中出货。二层、三层中整箱货物可以通过升降机运到一层的拣货作业区，也可以利用传送带将货物运到一楼的主传送带，直至货物的分拣区。在进行分拣作业后，按货物的流向进行出库。2.仓储区的作业系统的组成（1）职能部门及人员组成物流园区主要职能部门是仓储部门，其主要职责是完成拣选、盘点、出入库等仓库管理工作，各部门的人员配置及其主要职能

5、如表 1。（2）设施组成物流园区的主要运转的设施包括物流作业区域设施、辅助作业区域设施、厂房建筑及周边设施，其主要有进出货通道、货物装卸平台、存储区、图 1 物流园区的作业流程图 2 仓库的内部布局图JINGJIWULIU 经济物流552014/11理货区、设备存放区、进发货区。（3）设备组成配送中心系统的设备有叉车、升降机、传送带等。3.入库流程分析货物的入库有两种方式：整箱货物、整托盘货物。以便在后续的仿真建模中更利于程序的运作，分别把 A 类货物表示为整箱货物，B 类货物表示为整托盘货物。其入库的作业流程见图 3。根据入库单进行货物的分类，整托盘的货物由一层的叉车司机在货物的暂存区进行取

6、货，把货物送到一层的升降机的入口处，送到三层或四层的升降机的出口，再由叉车送到托盘的存储区进行储存，最后在数据库系统进行入库信息的更新。整箱的货物分成两部分，按照托盘类货物的操作流程送至二层或三层存储区域。另一部分直接送到一层的就地堆码的区域进行分拣，零散的货物直接存在一层的堆码区，最后进行入库信息的更新。4.出库流程分析货物的出库有三种方式:整箱出库、整托盘出库、零散货物出库。以便在后续的仿真中便于程序的运作，分别表示为 C 类货物（整托盘出库）、D类货物（整箱出库）、E 类货物(零散货物)。其作业流程见图4。在接受出库订单后，根据订单的内容，选择货物的出库方式，若是 C 类货物，进行整托盘

7、出库，订单处理员把订单的内容发送给三四层的叉车司机，叉车司机分别按订单的内容在相应的存储区进行货物拣选，把货物送到相应的升降机的入口处，由升降机送至一层的升降机出口，再由一层的叉车司机进行查货，送至指定的出库暂存区，由检验员进行出库复合，若合格，货物等待配载，装车，运送，若不合格，则将货物送至指定的区域进行处理。在接受订单后，若是 D 或C 类货物，则进行整箱和零散货物出库。订单处理员同时把指令分别传给二三层拣货人员及一层作业的补货人员，在相应的存储区拣货送至到二三层传送带及一层的主传送带上，经过主传送带分拣后送达到指定的出库暂存区，由检验员进行出库复合，若合格，货物等待配载，装车，运送，若不

8、合格，则将货物送至指定的区域进行处理。四、出入库作业仿真系统构建1.仿真工具 Arena 简介Arena 主要是针对动态模型进行设计，可以对连续的、离散的以及连续离散的混合模型进行模拟操作。Arena 为用表 1 配送中心作业系统人员及职能配置表图 3 入库作业流程图 4 出库作业流程作业人员主要职能装卸工拣选操作员复核员装卸货、理货等具体操作货物分拣进出货管理及统计、库房盘点、验货等经济物流 JINGJIWULIU562014/11户提供了 Output Analyzer 输出分析工具。利用这个工具，用户可对仿真过程中保存的数据进一步分析。Arena 系统仿真方法则利用了强大的计算机处理能力

9、，它更简单，运作起来更灵活，解决了传统解析方法的难题，是一种行之有效的评价方法。2.实体定义在模型建立之前，设定模型的初始设置运行时间定义为30 天，每天工作 16 小时(2 次倒班，每次工作 8 小时)；叉车以匀速速度运行，时速为15km h。初始设定之后，对实际系统的对象转化成模型中的实体，即要对实体定义。（1）实体(Entity)由于物流园区的仓储的作业流程是以出入库订单为起点，把订单的到达方式及按订单拣选的出入库定义了 5 种实体，如前所述分别为 A、B、C、D、E 订单类型。实体的设定主要是将订单中的信息转换为Arena 中的模块，将实物实体转换为模型中的 Entity，即将订单中的

10、实物指令信息传递给搬运操作人员。（2）资源(Resource)本仿真建模的对象主要针对仓储作业环节，所以在模型中主要的资源有装卸工、升降机、拣选操作人员、复核员等人员及设备。装卸工根据前期的项目规划的总体需求，暂定为 20 人；升降机主要是在四层至一层之间整托盘及整箱货物的运输工具，根据该物流园区的总体规划及搬运作业流程的设计，在模型中设定 4 台升降机，其中四层 2 台，三层、二层各 1 台；拣选人员定为 15 人，分别在每一层接收订单后对货物相应的存储区拣选货物，类外在一层的货物的主传送带后，按照出库的要求进行货物的拣选、分装；复核员暂定为 6 人，主要资源的活动过程为对将要出库的货物进行

11、检验复核，将合格的货物进行装车，不合格的货物送至待处理的区域。（3）运输设备(Transporter)运输设备暂定选用电瓶叉车 6 台，主要在各个站点之间进行货物的运送。根据我国叉车系列的标准，电瓶叉车最高车速一般为 13km/h，搬运重量为 100 1500kg，搬运距离为 30 200m。传送带设置为5 段，速度为 16m/min。3.出入库作业系统建模本文主要利用 Arena 针对出入库作业流程进行建模仿真，由于 Arena 具有层次化建模结构特点，因此对出入库作业流程首先要进行层次化的分析。本文根据出入库作业系统的分析，并结合 Arena 的建模特点，本文构建基于 Arena 模型架构

12、图，如图 5 所示。（1）整个入库作业系统建模根据订单选择货物的入库方式，由 2 个 Create 模块表示货物的到达，2 个 Assign 模块表示对入库信息进行赋值，用Record 模块统计两类货物入库的数量。用 2 个 Read Write读取货物到达的货物数量以及货物在入库订单中的出库方式，接着对系统的入库时间进行赋值（1 个 Assign 模块），从卡车上卸货与货物的检验（1 个Decide 模块），若货物不合格，则记录数量（1个Record模块），并返还到货物的处理区，若货物检验合格，则进去入库环节。由 1 个 Decide 模块来判定是哪一类货物，若是整托盘的货物则用 1 个 D

13、ecide 模块判定是在哪一个区域，即三层存储区还是二层存储区域（Station 模块），用叉车（2 个 Leave 模块）进行叉取货物放在相应升降机上，升降机的搬运过程用 2 个Process 模块实现。升降机将货物搬运至三、四层的暂存区（2个 Station 模块），接下来由叉车叉取货物放入到相应的存储位置（由 Leave 模块和 Enter完成操作），入库流程结束。整箱的入库操作比较简单，分析过程与整托盘的类似，这里不再重述。（2）整个出库作业系统建模出库模型的建模过程和入库模型的建模过程类似，因货物的出库种类不同，选择是升降机出库还是选择传送带传送。整箱货物及零散货物选择传动带运送，整

14、托盘的货物选择升降机传送。由 Decide 模块的参数设定选择存储的区域（用Station 模块来表示）。拣选人图 5 Arena 模型结构图JINGJIWULIU 经济物流572014/11图 6 入库作业建模员通过 Process 模块来实现，拣选时间的延迟根据实际操作的时间确定，在仿真中输入延迟时间。用 Station 模块表示拣选员根据的订单拣选后把货物送至相应的暂存区，之后用Leave 模块来实现将货物传送至相应的等待区(用 Station 模块来表示)，传送带的传送用access、exit、convey 模块来来实现货物货物从二三层传送到一层的主传送带上。接下来是出库的复核员的检验

15、过程（用Process 模块表示），复核员根据货物的订单判断货物是否合格（用 Decide 模块来实现），合格的货物记录数量（Record来统计其数量）并直接出库，不合格的货物返回相应处置区。把这些合格货物装车操作后，出库的模块结束。4.输出数据分析对出入库系统的资源利用率进行分析，以出库为例。由图 8 看出整个配送中心出库作业系统的资源利用率明显偏低，这也如实地反映了他们的工作强度低，人员和设备数量比较臃肿，因此应考虑对此类员工进行精简和对设备的合理利用。5.资源的优化分析从资源的利用程度分析，系统所设置的资源利用率比较低，本文将借助 Arena 自带的 Optquest 优化分析软件对该配

16、送中心作业系统进行资源优化分析，以系统处理出库订单数量最大为目标函数，以操作人员及设各为控制变量，并在Optquest 优化分析软件中设定相应的约束条件，从而对系统的资源进行优化分析。最优方案及优化过程如图 9 所示。从优化后的方案得知，在资源利用程度重新分配后，叉车数量为 7 台，复核员的人数为 4 人，拣选人员为 3 人，升降机为 6 台，装卸工为 10 人，在约束条件达到规定值时，系统中按着出库订单的数量达到最大为 99。五、结论本文通过对出入库的基本流程分析，以物流园区的出入库作业系统为仿真对象，根据实际的流程在 Arena 软件系统中设定系统参数，构建相应的Arena 仿真模型，通过

17、分析其经济物流 JINGJIWULIU582014/11资源利用程度对其整体运营状况进行分析，并对其进行了优化，为仓储作业流程改善及资源优化配置提出了一种新思路，也为物流园区的建设方案提供了参考。(作者单位：1.北华大学汽车与建筑工程学院汽车系，郭淑清是通讯作者，2.吉林医药学院公共卫生系）图 9 优化过程图 8 出库系统资源利用状况输出结果图 7 出库作业建模参考文献1王健.张家港物流园区规划研究D.苏州：苏州科技学院，2011.2 刘剑锋.现代物流园区内部功能体系的规划建设 J.物流技术(装备版)，2012(24).3 董千里物流工程学 M.北京：人民交通出版社，2005.4隽志才，孙宝凤 物流系统仿真M.北京：电子工业出版社，2007.5 师向丽，白尚旺，谭瑛等.自动化立体仓库中作业调度的研究 J.物流技术，2004(3).