自動分揀模塊在Automod中的建模與仿真分析

王 琳，李金村，吳 雙，潘艷飛 ，張可義

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

自動分揀系統(tǒng)是一個典型的離散隨機(jī)性動態(tài)系統(tǒng)，一般由計算機(jī)控制系統(tǒng)、供件系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)等組成。在計算機(jī)控制系統(tǒng)的指示下，各個系統(tǒng)共同完成商品的供件、輸送和分揀動作。本文以某醫(yī)藥物流中心的分揀系統(tǒng)為依據(jù)，在Automod環(huán)境中進(jìn)行局部建模與仿真，通過分析仿真數(shù)據(jù)，找出系統(tǒng)有待優(yōu)化的地方，為實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 仿真模型的建立

1.1 研究對象

該物流配送中心的分揀是以訂單為單位的，按照訂單要求，將各類藥品拆零揀選完成后放入箱子中，經(jīng)人工復(fù)核打包，放到輸送線上，通過輸送線上的條碼信息識別系統(tǒng)從各個分揀道口分揀出，最后裝車運(yùn)往目的地。根據(jù)實(shí)際情況，不同訂單可以從不同分揀道口分出，也可以從同一個分揀道口分出。該配送中心共設(shè)置了12個分揀道口，本文只研究其中的兩個分揀道口，為簡化起見，取兩種貨物類型（即分到同一分揀道口的為一種類型），類型Lmain由主皮帶線輸送，類型Lsub由分皮帶線輸送至主皮帶，與類型Lmain混合，經(jīng)過分揀系統(tǒng)的分揀后分別進(jìn)入到各自的存儲區(qū)域。系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)簡圖

1.2 參數(shù)設(shè)定

根據(jù)該分揀系統(tǒng)的運(yùn)行情況，在系統(tǒng)的建模過程中確定以下參數(shù)：

1）進(jìn)入到分揀系統(tǒng)中的兩種類型的貨物數(shù)量由以往歷史數(shù)據(jù)獲得。分析近一個月的歷史數(shù)據(jù)，考慮到現(xiàn)場人員的工作習(xí)慣（統(tǒng)一集中放到輸送線上），得到Lmain、Lsub兩種貨物的運(yùn)行數(shù)量大概都呈均勻分布。

2）主皮帶線的速度為1m/s，分皮帶線由兩部分組成，第一段速度為0.65m/s，第二段加速至1m/s，兩條皮帶線呈30°夾角，分揀道與主皮帶線也呈30°夾角，皮帶線寬度為600mm。

3）從各個分揀道口分出的貨物尺寸受到具體訂單的影響，有的訂單中大尺寸的多些，有的訂單中小尺寸的多些，這會影響到各類型貨物被分揀出的時間，為簡化起見，經(jīng)分析現(xiàn)場測試記錄，取平均值1.2s作為各類型貨物被分揀出的時間，并假設(shè)貨物尺寸一致。

2 在Automod中進(jìn)行建模

2.1 Automod簡介

Automod是針對離散事件系統(tǒng)仿真的軟件，可完成對制造業(yè)，倉儲系統(tǒng)，物料處理，配送中心以及控制系統(tǒng)等的仿真分析、評價和優(yōu)化設(shè)計。主要包括三大模塊：AutoMod、Autostat和AutoView。

2.2 系統(tǒng)建模

在Automod仿真環(huán)境下建模步驟如下：

1）建立子系統(tǒng)模型，按照圖1布局，在Automod環(huán)境下建立Conveyor系統(tǒng)，形成分揀模塊的場景布置。

2）定義系統(tǒng)中的Load,Process,Queues,Resources等。本系統(tǒng)中定義兩種實(shí)體Lmain和Lsub；分揀Lmain類貨物和Lsub類貨物的分揀機(jī)兩種資源Rmain和Rsub；兩個隊(duì)列Qmain和Qsub；以及各自的實(shí)體屬性和邏輯單元，并建立了一個變量來統(tǒng)計系統(tǒng)中總共運(yùn)行的貨物數(shù)量。

3）建立完上述模型后，需要在Automod中對各個過程流編寫程序 語言，通過程序的運(yùn)行才能做出作業(yè)流程。根據(jù)所建立的模型在SourceFile中編寫驅(qū)動程序logic.m。模型的部分程序如下：

3 模型運(yùn)行及仿真分析

該配送中心的工作模式是所有訂單都拆零揀選打包復(fù)核完成之后統(tǒng)一運(yùn)往分揀區(qū)，一般固定是在上午十二點(diǎn)和下午四點(diǎn)左右進(jìn)行分揀工作，持續(xù)大概1個小時左右，本文只選取其中兩個分揀道，設(shè)置模型的Runcontrol為1小時。模型在Automod中的運(yùn)行如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)仿真簡圖

模型的仿真分析：

Auotomod軟件自帶有仿真分析功能，模型運(yùn)行的各方面的資料都可以在Report中查看到，包括貨物產(chǎn)生的總數(shù)，各環(huán)節(jié)執(zhí)行情況，分揀機(jī)的使用情況等，現(xiàn)取兩個分揀機(jī)的使用情況為例進(jìn)行說明，如圖3所示。

圖3 兩個分揀機(jī)的使用情況

從該統(tǒng)計可以看出，（該統(tǒng)計數(shù)據(jù)是基于Lmain每5s產(chǎn)生一個，Lsub每6s產(chǎn)生一個）兩個分揀機(jī)各準(zhǔn)確分揀出720和600個貨物（total），與貨物產(chǎn)生數(shù)量一致，分揀一個貨物的時間為1.2s（Av_Time），與期望時間一致，各個分揀機(jī)的利用率很低（Util），所以貨物到達(dá)無需等待即可被分揀（Av_wait）。

為了提高分揀機(jī)的利用率，考慮加大該系統(tǒng)的產(chǎn)量，當(dāng)產(chǎn)量為3600時，分揀機(jī)的使用情況如圖4所示。

圖4 產(chǎn)量為3600時的使用情況

利用率提高到0.6，同時都可正確分揀出，繼續(xù)加大產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到6000時，利用率達(dá)到100%

圖5 產(chǎn)量為6000時的使用情況

再增大就會出現(xiàn)無法分揀的情況， 超出了系統(tǒng)的負(fù)荷。

通過以上的分析可知，該物流中心分揀系統(tǒng)的分揀效率完全可以滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求，考慮到該配送中心后期會增加訂單業(yè)務(wù)量的情況，只要后期產(chǎn)量增加在一定范圍之內(nèi)都可以滿足系統(tǒng)的生產(chǎn)要求。

4 結(jié)論

物流配送行業(yè)的快速發(fā)展，使得分揀系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。本文針對某醫(yī)藥配送中心分揀系統(tǒng)進(jìn)行Automod的建模、分析與優(yōu)化設(shè)計，通過Automod軟件強(qiáng)大的分析功能找到了系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)的地方，為后續(xù)進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

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