基于Flexsim的配送中心揀選作業(yè)系統(tǒng)仿真與優(yōu)化

許小利等

摘要： 本文研究了Flexsim仿真在配送中心揀選流程優(yōu)化問題上的應用。以某電商物流配送中心為研究對象，建立基于Flexsim軟件的仿真模型，實現(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，最后根據仿真運行結果總結作業(yè)系統(tǒng)瓶頸問題，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：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）12-0039-03

0 引言

隨著社會生產力不斷發(fā)展和產品生命周期的逐漸縮短，小批量、多品種、高時效的貨物不斷增加，客戶需求的不確定性越來越高，這種趨勢要求配送中心運作更高效。在配送中心的整體運營成本中，訂單揀選作業(yè)是所有作業(yè)中成本最高的作業(yè)。根據相關統(tǒng)計，訂單揀選時間可占到配送中心總作業(yè)時間的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，對降低配送中心運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備的半自動化、自動化以及智能化方向發(fā)展，鑒于此類設備的投入成本較高、執(zhí)行風險較大，都要求在系統(tǒng)重置之前對改進的系統(tǒng)進行仿真。系統(tǒng)仿真模擬，既可以對某一時間段內的系統(tǒng)運作情況進行模擬，也可以對整個系統(tǒng)運作的實際過程進行模擬。通過仿真，可以對物流方案進行評價，發(fā)現(xiàn)瓶頸環(huán)節(jié)并做進一步優(yōu)化，可直接觀測到整個系統(tǒng)的運作狀況，實現(xiàn)目標性的設計方案等。因而，系統(tǒng)仿真技術應用于配送中心揀選作業(yè)子系統(tǒng)的優(yōu)化，可通過對揀選系統(tǒng)設備、運行策略等的優(yōu)化，實現(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)仿真模型設計、制作與分析工具軟件。它集計算機三維圖像處理技術、仿真技術、人工智能技術、數據處理技術為一體，專門面向制造、物流等領域[2]。該軟件是目前唯一提供原始數據擬合、輸入建模、虛擬現(xiàn)實顯示、模型仿真實驗、優(yōu)化仿真結果、實現(xiàn)3D實體構建等功能。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ExperFit實現(xiàn)輸入數據的分布擬合功能，以及通過Microsoft Excel實現(xiàn)數據的導入與導出功能，方便了實現(xiàn)和仿真模型之間的數據交換，包括輸出在運行模型過程中動態(tài)修改的運行參數等[3]。

Flexsim的應用領域廣泛，無論是制造業(yè)生產線的瓶頸分析，服務業(yè)ISO品管流程仿真，還是在交通運輸業(yè)整合公路網絡等都適用?？偟膩碚f，F(xiàn)lexsim的主要功能就是解決生產制造與物流問題等復雜、不確定的離散事件系統(tǒng)問題。其最大的優(yōu)點是能夠實現(xiàn)優(yōu)化方案的可視化，避免優(yōu)化方案放在現(xiàn)實系統(tǒng)去一一驗證的費時費力之舉，是管理決策人員評價優(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)揀選人員依據揀選單所標注的儲位號找到儲位，以S型行走路徑揀選以盒為單位的物品進入周轉箱，直至在貨架儲存區(qū)域揀選完成；揀選人員以手推車載著周轉箱進入分揀區(qū)，依次按照揀選單進行分貨，直至分貨作業(yè)完成；由專門揀貨員對分類完成的物品進行合并，并送至復核區(qū)域待驗，如圖2所示。

2.2 揀選作業(yè)系統(tǒng)的基本設備組成 根據對H配送中心原揀選系統(tǒng)的分析，該揀選作業(yè)系統(tǒng)中可總結為摘果、播種、合并三個作業(yè)子系統(tǒng)，其功能為物品批量揀取、物品分類、合并運送至復合區(qū)待檢。各個子系統(tǒng)的設備及其與仿真系統(tǒng)中實體之間的對應關系，以及為了實現(xiàn)仿真功能而需要的輔助實體見表1至表3所示。

2.3 構建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，模擬各設備之間的邏輯關系，實現(xiàn)H配送中心揀選作業(yè)流程。

2.4 仿真模型運行結果分析

根據資料可得到的實際揀選作業(yè)數據，仿真模型設置運行時間單位為1，長度單位為1，通過模型運行收集數據于是達到上表所示的效率需要設置Flexsim仿真模型中的數據對應如表4-6所示。

揀選人員在H配送中心實際模型中處于主體地位，從揀取、搬運、分貨均由揀選人員實現(xiàn)，通過模擬仿真運行，可獲取其運行數據如表4-6所示。行走占比由記錄行走和偏移四個統(tǒng)計值的和組成，約為50%，說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作，裝載時間大于卸載時間。

分貨作業(yè)在仿真模擬中的實現(xiàn)結構為分解器+處理器+揀貨人員，因而可以從分解器和處理器的運行數據進行效率描述。分解器動作的閑置和堵塞可以視為各個分區(qū)揀選時間和分貨時間占比，空閑為等待揀選完成時間，堵塞為分貨等待時間；處理器的處理數據可以視為揀選員判斷分貨位置所用時間，等待揀選員數據可視為揀選員分貨動作執(zhí)行時間，可見分貨工作占用時間較多。

模型運行停止后，可通過統(tǒng)計得出各個設備的利用率，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)存在的問題及解決方案

3.1 揀選作業(yè)系統(tǒng)存在的問題

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

①各分區(qū)揀貨員揀取工作的工作量及揀選時間不均衡。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的閑置等待問題。該問題主要原因來自于儲位分配與貨物分區(qū)不均、揀選人員揀選速度不均，以及訂單到達的偶然性導致的，分區(qū)揀選時間不均問題雖不可避免，但可適當進行優(yōu)化以降低閑置等待時間，提高揀選效率。該庫的管理人員試圖鼓勵員工本著互幫互助的團隊精神來解決這一問題，但效果不明顯。

②分貨作業(yè)存在堵塞問題。由于是五個分區(qū)的揀選人員要向八個周轉箱實現(xiàn)貨物分配至門店的分類作業(yè)，當兩個人同時進行分貨時已然存在堵塞，當五個人同時操作就帶來了嚴重的效率損失，且容易發(fā)生分貨差錯。先揀后分類的優(yōu)點是將摘果法與播種法相結合，可實現(xiàn)揀選作業(yè)差異率的降低，采用摘果法揀選時可能存在的差異，在采用播種法分類時得以實現(xiàn)檢驗摘果揀選作業(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、差錯率高、效率低。

③揀貨人員工作強度大。具體揀貨員揀選作業(yè)動作未能在仿真模型中詳見，可將其動作分解，如：按序查閱揀選單，確定物品所在儲位號，揀選數量；揀取物品放入周轉箱，并用筆在數量上作勾選記號；再查閱下一物品所在儲位號，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核區(qū)域待驗。由于該庫的揀選設備有限，如搬運、補貨上架、發(fā)貨裝車等操作都是人工實現(xiàn)，操作人員工作強度很大，因而人員流動率高，新員工多必然導致揀選效率下降。

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

3.2 揀選作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化對策

針對以上揀選作業(yè)過程中存在的問題，可以將問題歸納為兩個方面的問題：一是揀選策略運用的問題；二是揀選模式的問題，包括揀選流程以及揀選設備選用的問題。對此，提出揀選作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化方案如下：①優(yōu)化分區(qū)與儲位分配等揀選策略問題。根據該庫產品特性，建立以均衡分區(qū)揀選時間為優(yōu)化目標的儲位優(yōu)化模型，采用Matlab遺傳算法工具箱進行求解。②優(yōu)化揀選作業(yè)模式，即優(yōu)化揀選作業(yè)流程與揀選設備，以緩解分貨作業(yè)堵塞問題、降低揀選人員行走距離為目標，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現(xiàn)模擬運行，并通過對模擬運行所獲數據的分析進行方案評價。

4 結論

本文采用Flexsim仿真手段，對揀選策略、揀選模式，包括揀選流程及揀選設施設備共同構成的揀選作業(yè)系統(tǒng)建立仿真模型，以提高揀選效率、解決瓶頸問題為目標，通過對揀選作業(yè)系統(tǒng)仿真結果的研究，提出該系統(tǒng)存在的問題以及相應的改進方案與對策，這種研究手段和方法不僅對已使用的系統(tǒng)和作業(yè)模式可以改進優(yōu)化，也可對計劃中的項目通過模擬仿真進行可行性評估，具有很強的實用性。

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