页数：74页文件大小：5.74 MB来源： 物流系统仿真案例ppt课件
本课件介绍物流行业系统仿真的三个案例：烟草配送中心按仓储区、备货区与分拣区分别建模；电力计量中心围绕入库、配送出库与检定作业建模并比较堆垛机速度方案；环形穿梭车案例对比4台、5台、6台小车方案并给出5台建议。
本页为第五章物流行业仿真案例封面，标示课程名称与本章主题。
目前物流行业的仿真正处于成长期，越来越多的物流系统问题都借助仿真手段来进行决策和加以解决。
随着烟草配送体系的建立，烟草配送中心成为烟草调拨中心、核算中心、利润中心，减少中间环节，杜绝盲目进货和乱渠道进货，有效规范市场，提高经济效益。面对多个建设或改进方案，决策者应怎样取舍、现有配送中心应怎样改进，都是复杂的系统问题，物流仿真无疑是一种好的方法。
本页为图5-1常见的配送模式，对比烟草物流中几种典型的配送组织方式。
本页为图5-2烟草物流中心基本运作流程，给出从进货到配送的主线流程。
本页为图5-3烟草配送中心内部的详细流程，细化入库、存储、拣选与发货各环节。
烟草配送中心基础业务数据：下表列出相关数据。
| 项目 | 取值 | 说明 |
|---|---|---|
| 业务覆盖 | 23038户 | 烟草经销户数量 |
| 设计年销量 | 30万箱 | 设计未来年销量 |
| 年工作日数 | 250天 | 全年作业天数 |
| 每日工作时数 | 8小时/天 | 一班制，有效分拣时间大于7小时 |
| 访配周期 | 周访周配 | 部分为每周访配两次，个别情况特殊处理 |
| 响应时间 | 次日分拣、第三日送货 | 当日电话订货的分拣配货模式 |
原文“设计未来年销量为30箱”与该配送中心23038户经销户的规模明显不符，疑为“30万箱”漏字，此处按修正值列出，建议对照原图核对。
图5-4分别分析了日销售量最大的前n（n=4、6、8、10、20、30）个品牌占当日销量的比例分布，其中X轴为工作日期。可以看出集中度非常明显，前30个品牌基本完成了全部的销量。
本页为图5-5配送中心规划示意图。整个配送中心包括入库区、托盘立库区、立库预留区、备货区、分拣线区、分拣线预留区、发货暂存区和辅助用房区。
Ralc仿真软件为用户提供建立自定义设备库的功能，本书主要利用其保存自定义设备库功能进行设备保存，以达到设备重用的目的。
烟草配送中心的卷烟入库主要分为件烟码盘入库和整盘入库两种情况。对于件烟码盘入库，进入配送中心的卷烟没有自带托盘，需要进行码盘操作后再进入仓库，具体模块如图5-6所示。本模块比较复杂，应用时要注意各个传送带的连接情况，封装方法参考教材P124。
本页为图5-6件烟码盘入库模块，展示件烟卸货、码盘与入库输送的连接方式。
对于整盘入库的卷烟，到货时自带托盘而不需要再进行人工码盘，直接入库即可。在Ralc仿真软件中并没有整盘入库的组件，这时需要用人工码盘然后用叉车运输到立体库的方法来表示整盘入库，模块如图5-8所示。
烟草配送中心的卷烟分为A、B、C共3类，其中A类烟出货量大，C类烟出货量最小或为异型烟，B类烟介于两者之间。
根据不同类型烟的出库流程不同，将出库部分模块划分为出库与托盘回收（图5-9）、出库与余盘回库（图5-10）两种形式。
本页为托盘回收模块与图5-10出库与余盘回收模块，展示拆盘、取烟与空托盘回库的流程。
本页为图5-11仓储区Ralc仿真模型，由件烟码盘入库、整盘入库、出库与托盘回收、出库与余盘回库等模块拼接而成。
本页为图5-12 Aisle模块的图标以及参数设置对话框，可分别设置货架基本参数、堆垛机运行参数与故障报警信息。
本页为图5-13码盘操作Assembly控件参数设置对话框，用于设置件烟按每托盘30件码放的装配规则。
本页为图5-14整托盘卷烟拆分过程的参数设置，将整托盘卷烟拆分为30件烟和一个空托盘。
本页为图5-15仓储区Em-plant仿真模型，展示入库码盘、立库存取与出库拆盘的整体布置。
本页为图5-16备货流程图，描述备货区接收分拣线要货指令并组织补货的过程。
备货区的主要设备是备货道，下面以容量为35件件烟的备货道为例介绍备货的仿真模型。备货道模型图标如图5-17所示，备货道模型底层结构如图5-18所示。
备货道按照分拣线要货顺序进行出烟，当某品牌备货道中的件烟少于5件时，备货区向仓储区发出指令，仓储区按备货区的指令将需要的件烟出库，待拆盘后为备货区进行补货。
件烟备货区模型由仿真模型控制模块、双层备货库、积放段输送系统组成（具体模型参考教材P131图5-19）。
分拣区是烟草配送中心的核心部分。该配送中心的分拣区由3条分拣线组成，每条分拣线由3组立式分拣机（共30个立式仓）、7组卧式分拣机（共56个卧式仓）和3台智能补货小车组成。
建模之前先对构成分拣线的各个模块进行作业分析，对各模块分别建模，再通过各模块模型的拼接获得分拣区整体模型，这样可以减少重复劳动、提高建模效率。
模型通过Duizhao表将烟仓与卷烟品牌联系起来，条烟进入立式机后触发方法MudiYancang，按照Duizhao表中的对应关系为条烟添加Mudi属性，然后控件FlowControl根据条烟的Mudi属性将条烟分配到对应烟仓中。
控件FlowControl的设置如图5-23所示，MudiYancang的代码参考教材P133。
卧式分拣机一般用于完成A、B类烟的分拣处理，一组卧式机通常由8个卧式烟仓组成，单烟仓存量达75条，具有结构紧凑、烟仓储量大等特点，可实现自动补货。
根据卧式机的作业模式及结构特点搭建卧式机模型，模型图标及对话框如图5-24，底层结构如图5-25所示。
智能补货小车与备货系统接口，在接收到备货系统传来的件烟后自动跟踪信息，在人工开箱后自动输送到对应的补烟点，通过机构动作自动补到对应的烟仓。
补货小车模型图标如图5-26，底层结构如图5-27（程序参考教材P136）。
本页为图5-28分拣区整体模型，由立式分拣机、卧式分拣机与智能补货小车等模块拼接而成。
本页为图5-28分拣区整体模型（续），展示分拣线后段的输送、合流与笼车装载部分。
通过分析仿真模型可知，截取两个小时左右的58次要货命令，记录要货命令发出的时间和拆盘后第一件件烟到达补码处的时间，随机抽取10次的时间列表见表5-3（参考教材P140）。
仿真系统立库要货时间统计折线图如图5-29所示。
备货区从早晨8:00开始备货，9:30完成初始备货，历时1小时30分钟。图5-30所示为备货区模型运行过程的截图。
3条分拣线的全天备货结束时间分别为13:13、13:16、13:17；观察备货区为3条分拣线补货的过程，没有出现补货不及时现象。
从烟草配送中心获得其某日的真实订单数据，进行数据分析后导入已建好的仿真模型中，工作时间为当日早上8:00开始备货、9:30完成初始备货任务然后开始分拣，得到的结果如图5-31（1号分拣完成时间）、图5-32（2号）和图5-33（3号）所示。
本页为图5-34分拣线仿真模型运行过程截图，展示分拣线在仿真中的运行状态。
在运行仿真系统时，每10分钟对每条分拣线的效率做一个记录，3条分拣线折线图如图5-35所示（依次为1号、2号、3号）。
通过分析仿真结果可知，该烟草配送中心设计方案各个作业环节之间衔接顺畅、动线无干涉，分拣线分拣效率平均能够达到18000条/小时的要求，设计方案科学、合理。
本节以某电网电力计量中心智能仓储系统为案例，介绍电力计量中心的仿真建模。该系统设计容量大于3万只各类型电能计量器具（即至少2500个周转箱货位）及与之匹配的出入库作业能力。
图5-36所示为计量中心功能区域三维图，其包括出入库月台、库前作业区、货架存储区和库后接驳区。
本页为图5-37计量中心总体作业流程图，描述采购入库、检定出库、检定入库与配送出库的完整业务流。
根据智能仓储系统的设计特点，将模型分为立库系统、库前作业系统和库后作业系统。仿真模型如图5-38所示，模型中电表检定出入库业务动线图如图5-39所示。
本页为图5-40立库单巷道模型，展示巷道堆垛机、货架与出入库口的连接关系。
具体代码参考教材P152。
当仓储系统接到配送出库任务后，巷道堆垛机自动将周转箱单元取出，输送到库前作业区，周转箱经自动拆盘机拆盘后进行信息识别，待合格后通过机器人进行周转箱码垛，再经自动缠绕机缠绕固定，通过电动叉车将托盘放置在出库暂存区等待装车配送。
在模型中使用Generator触发配送出库任务，每47秒发出一次出库指令，Generator设置对话框如图5-41所示。
检定出库按照各条检定线每日检定的量确定，由各条检定线的节拍进行拉动，检定节拍表见教材P153表5-5。
在模型中使用Generator触发配送出库任务，对Generator对象进行设置，其对话框如图5-42所示。
经过检定线检定后，合格的电表将被重新装入周转箱中，并由输送线送回立库中，返回的周转箱摞按照任务均衡的原则选择入库巷道，将周转箱摞送至选定巷道入库口。
当检定入库时，首先判断巷道堆垛机是否空闲：如果空闲则马上由堆垛机将货物运送至相应货位；如果正在工作则进行等待。堆垛机接收货物后要将运行状态改为ru，表示正处于检定入库状态。检定入库方法具体参考教材P154。
存取货作业指的是将货物由货架上取到堆垛机上，或者将堆垛机上的货物放到货架上的操作。堆垛机沿轨道运行，当运行到对应货位前的Sensor时判断堆垛机的任务。
存取货作业方法具体参考教材P155。
运行仿真模型，当日共入库电表1284箱，出库电表1304箱，机械手利用率为48.27%。经验证，此时机械手效率满足系统需求。
| 方案 | 全天存取量 | 单台平均每小时出入库量 | 两台堆垛机利用率 | 平均利用率 |
|---|---|---|---|---|
| 2m/s | 1024摞 | 73摞/h | 65.32%、83.06% | 74.19% |
| 1.5m/s | 1024摞 | 73摞/h | 75.14%、91.14% | 83.14% |
2m/s方案的堆垛机利用率分析表见教材P157表5-6，1.5m/s方案结果见教材P158表5-7。
为验证堆垛机平均利用率和最高运行效率之间的关系，分别对堆垛机最高运行速度为1.1～2.0m/s的方案进行模拟，结果如图5-43所示。
从图中可以看出，随着堆垛机最高运行速度的降低，堆垛机的平均利用率不断提高；为了使堆垛机平均利用率保持在85%左右的理想状态，建议堆垛机的最高运行速度应高于1.5m/s。
各检定线供货情况（运行仿真模型7h）：下表列出相关数据。
| 检定线 | 供货量（摞） | 折算台数 | 是否缺货 |
|---|---|---|---|
| 单相表检定线 | 134 | 8040台 | 无 |
| 三相表检定线 | 51 | 1020台 | 无 |
| 终端检定线 | 51 | 1020台 | 无 |
| 互感器 | 15 | 540台 | 无 |
经验证，此时系统整体供货效率满足系统需求。
穿梭车一般用于连接自动化立体仓库和输送系统，因其传输速度快、运行稳定而被广泛采用。早期的穿梭车多采用直轨单车往复式运动模式，很难满足多站台取货送货的整体运送需求，环形轨道多车方式的环形穿梭车应运而生。
在环形穿梭车模式下，小车单向行驶，按接收到的任务信息顺次驶往目标站台接送货物，行驶一周后再前往站台接受新任务。因此小车数量多少直接影响系统的整体能力和出库效率：小车少了货物在站台积压影响出库能力，小车多了则利用率不高且容易阻塞轨道影响整体效率。合理估算穿梭车数量是环轨多车系统的核心问题。
本节以某项目仓储和出入库系统为案例，介绍环形穿梭车系统的仿真建模。该系统由5个立体仓库巷道、6个码盘入库工位、5个拆盘出库工位和环形单轨穿梭车子系统共同组成，平面图如图5-44所示。
小车的调度策略采用基于最短路径算法的最近优先原则。
本页为图5-44环形穿梭车系统平面图，系统运行时穿梭车沿轨道顺时针运行。
本页为图5-45环形穿梭车效率仿真验证总模型，展示环形轨道、码盘工位、拆盘工位与立库巷道的连接关系。
环形穿梭车仿真数据说明：下表列出相关数据。
| 参数 | 取值 | 说明 |
|---|---|---|
| 环形轨道长度 | 130m | 按设计方案取值 |
| 穿梭小车最高运行速度 | 2m/s | 加速时加速度0.5m/s²，减速时加速度0.3m/s² |
| 单工位平均码盘时间 | 288s/托盘（4.8min） | 每日入库18000件、30件/托盘即600盘/天；6个码盘工位即每工位100盘；每日工作8h，故(8×3600)/100=288s |
| 立库平均出库频率 | 48s/托盘 | 分拣线设计效率600件/h，按1.25峰值系数即750件/h；3条分拣线为2250件/h即75托盘/h，故3600/75=48s |
原文“加速时的加速度：0.5m/s2；减速时的加速度：0.3m/s2”中的上标在文本提取中丢失，此处按 m/s² 补全。
本页为图5-46穿梭小车参数设置对话框，用于设置小车最高运行速度、加减速度与载荷等参数。
在环形轨道Track上对应出入库口的位置设置Sensor，每一个交接口对应一个Sensor，环形轨道相应Sensor设置如图5-47所示。
当穿梭小车运行到交接口处时触发相应的Sensor，Sensor调用的方法对小车和交接口状态进行判断；如果小车状态和交接口状态都为可工作状态，则系统开始调用这台小车，并通过Sensor调用的方法为其安排相应工作（代码参考教材P164）。
当一条环形穿梭轨道上包含多台穿梭车时，相邻小车之间的避让非常重要。本模型通过实时监控相邻小车之间的距离来防止小车碰撞。
在模型中通过Generator控件不停调用方法计算相邻小车之间的距离：当两车距离达到警戒值时，后面的小车减速停止；当前面的小车向前运行使距离大于警戒值后，后面的小车开始加速继续运行（具体代码参考教材P165）。
4台环形穿梭车运行7小时仿真结果：下表列出相关数据。
| 小车 | 运载托盘数（托盘） | 平均利用率 |
|---|---|---|
| 第1台 | 244 | 62.01% |
| 第2台 | 269 | 67.42% |
| 第3台 | 261 | 64.77% |
| 第4台 | 261 | 66.34% |
模型运行7个小时，共入库卷烟517托盘，每托盘卷烟经由环穿的入库时间平均每盘为1:41（101s）；共出库卷烟518托盘，每托盘卷烟从要货开始经由环穿运送到环穿出口的平均补货时间为5:42（342s）。
本页为图5-48 4台环形穿梭车平均利用率，直观对比4台小车的利用情况。
本页为图5-49每托盘卷烟经由环穿的件烟入库时间折线图（4台车）与图5-50立库补货时间折线图（4台车）。
5台环形穿梭车运行7小时仿真结果：下表列出相关数据。
| 小车 | 运载托盘数（托盘） | 平均利用率 |
|---|---|---|
| 第1台 | 193 | 48.08% |
| 第2台 | 203 | 52.37% |
| 第3台 | 228 | 56.77% |
| 第4台 | 213 | 52.76% |
| 第5台 | 198 | 52.93% |
模型运行7个小时，共入库卷烟518托盘，每托盘卷烟经由环穿的入库时间平均每盘为1:33（93s）；共出库卷烟519托盘，每托盘卷烟从要货开始经由环穿运送到环穿出口的平均补货时间为5:05（305s）。
本页为图5-51 5台环形穿梭车平均利用率，直观对比5台小车的利用情况。
本页为图5-52每托盘卷烟经由环穿的件烟入库时间折线图（5台车）与图5-53立库补货时间折线图（5台车）。
6台环形穿梭车运行7小时仿真结果：下表列出相关数据。
| 小车 | 运载托盘数（托盘） | 平均利用率 |
|---|---|---|
| 第1台 | 168 | 42.92% |
| 第2台 | 179 | 45.39% |
| 第3台 | 169 | 44.58% |
| 第4台 | 183 | 46.85% |
| 第5台 | 174 | 45.59% |
| 第6台 | 163 | 41.97% |
模型运行7个小时，共入库卷烟517托盘，每托盘卷烟经由环穿的入库时间平均每盘为1:32（92s）；共出库卷烟518托盘，每托盘卷烟由要货开始经由环穿运送到环穿出口的平均补货时间为4:58（298s）。
本页为图5-54 6台环形穿梭车平均利用率，直观对比6台小车的利用情况。
本页为图5-55每托盘卷烟经由环穿的件烟入库时间折线图（6台车）与图5-56立库补货时间折线图（6台车）。
4台、5台、6台环形穿梭车综合效率对比：下表列出相关数据。
| 小车数量 | 平均利用率区间 | 平均入库时间 | 平均补货时间 | 运行现象 |
|---|---|---|---|---|
| 4台 | 62.01%–67.42% | 1:41（101s） | 5:42（342s） | 货物等待情况较多 |
| 5台 | 48.08%–56.77% | 1:33（93s） | 5:05（305s） | 综合较优，建议采用 |
| 6台 | 41.97%–46.85% | 1:32（92s） | 4:58（298s） | 小车干涉较多，成本过高 |
由综合效率对比表（教材P171表5-8）可知：随着环形轨道上小车数量的增加，小车利用率不断降低，件烟经由环穿的平均入库时间和立库补货的平均时间不断减少，但减少速率明显降低。系统设计要求较高的小车平均利用率和较短的入库、补货时间，综合考虑建议设计方案使用5台小车。
同时观察仿真运行过程会发现，4台小车方案存在较多货物等待情况，6台小车方案存在较多小车干涉情况；从经济性角度考虑6台小车成本过高，因此也建议使用5台小车方案。
本页为图5-57模型运行过程中小车的干扰情况截图，可观察多车运行时的干涉与阻塞现象。
本章简单阐述了物流行业系统仿真的应用和特点，通过介绍烟草配送中心物流流程、电力计量中心智能仓储系统和环形穿梭车系统3个物流行业仿真案例，向读者展示了物流行业仿真建模的基本特点及仿真结果分析的简单方法。
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