基于Flexsim仿真技術AGV調度系統(tǒng)的物流方案可行性分析

張 迪/文

基于Flexsim仿真技術AGV調度系統(tǒng)的物流方案可行性分析

張 迪/文

為了解決企業(yè)在確定AGV設備投入數(shù)量時面臨的難題，本文運用Flexsim仿真技術對實際情況進行建模仿真，并使用編程語言準確模擬AGV調度系統(tǒng)，從而協(xié)助企業(yè)選擇最佳的AGV數(shù)量配置，避免企業(yè)在投入AGV設備時因盲目決策而導致資金浪費或系統(tǒng)能力不足。

AGV、物流方案、Flexsim、建模仿真、可行性分析

AGV（Automatic Guided Vehicle，自動導引小車）具有靈巧、方便、智能、節(jié)省人力等優(yōu)點，已被廣泛應用于各大工廠車間的物流搬運系統(tǒng)中。大多數(shù)企業(yè)或供應商往往憑借經(jīng)驗來確定最終的AGV投入數(shù)量，很容易導致在實際生產(chǎn)過程中，不是AGV系統(tǒng)能力不足，就是設備投入過多。

本文運用系統(tǒng)模擬仿真技術，試圖通過建模、仿真、數(shù)據(jù)輸出的方法，通過定量分析協(xié)助企業(yè)解決這一難題。

一、模型簡介

本文選取大型企業(yè)物流系統(tǒng)為研究對象，例如某企業(yè)擬投入一套大型的AGV系統(tǒng)，用來連接其B2、B1、C2三棟廠房，實現(xiàn)AGV的自動對接、自動運輸、自動卸貨等過程。則此系統(tǒng)的簡要流程為：AGV自動行進到B2廠房的立體庫（原材料庫），與傳送帶進行自動接駁，物料到達AGV上之后，AGV將物料運送到人工上料點、熱處理區(qū)、B1廠房、C2廠房。其中B2廠房與B1、C2廠房之間通過空中連廊相連接，因此AGV在運輸至B1廠房、C2廠房的過程中要完成自動上提升機、自動上連廊等過程，物料運輸?shù)街付ǖ男枨簏c之后，如果需求點剛好有空托盤產(chǎn)生，則AGV將自動對接接受空托盤并運送返回立體庫。模型平面布局圖和物流流程圖，分別如圖1和圖2。

此模型的物流系統(tǒng)屬于大型物流系統(tǒng)，整體流程相對復雜，根據(jù)具體方案可將模型的AGV路線進行分段，即從立體庫運送至人工上料點和熱處理區(qū)并返回的循環(huán)路線為路線1，從立體庫上提升機并通過連廊卸載至B1廠房銜接傳送帶的循環(huán)路線為路線2，從立體庫上提升機并通過連廊卸載至C2廠房銜接傳送帶的循環(huán)路線為路線3，C2廠房內(nèi)從銜接傳送帶接受物流并運送至對應的九條流水線的循環(huán)路線為路線4，B1廠房內(nèi)從銜接傳送帶接受物流并運送至對應的四條流水線的循環(huán)路線為路線5。為更清晰展示路線劃分圖，此處直接放上建模完成后的路線圖，具體如圖3。

AGV具有靈巧、方便、智能、節(jié)省人力等優(yōu)點，已被廣泛應用于各大工廠車間的物流搬運系統(tǒng)中

圖1 ：模型平面布局圖

圖2 ：物流流程圖

圖3 ：建模完成后的路線圖

二、模型建模及控制邏輯

模型根據(jù)實際CAD布局按1:1進行建模，根據(jù)方案要求，實現(xiàn)B1、B2、C2三座廠房之間定轉子的AGV運輸過程。如仿真布局圖3所示，將方案中的AGV路線共分為五個部分：分別為環(huán)線1、環(huán)線2、環(huán)線3、環(huán)線4、環(huán)線5。模型運行過程假設生產(chǎn)無異常及設備無異常，具體邏輯為：

環(huán)線1：AGV從RGV下料點接受實筐，將實筐運輸入庫，再從庫中接收空筐送到RGV空筐上料點，同時當上端定轉子存儲區(qū)存在定轉子時，AGV接到命令接收暫存區(qū)的定轉子并運輸入庫；

環(huán)線2：AGV從立體庫中接收物料通過環(huán)線2上提升機，并通過連廊將實筐送至B1廠房，同時接收空筐返庫；

環(huán)線3：AGV從立體庫中接收物料通過環(huán)線3上提升機，并通過連廊將實筐送至C2廠房，同時接收空筐返庫；

環(huán)線4：AGV接到立體庫中轉運的實筐送至各生產(chǎn)線物料接駁位，并運送空筐返回；

環(huán)線5：AGV接到立體庫中轉運的實筐送至各生產(chǎn)線物料接駁位，并運送空筐返回。

模型對應的五條路線上分別投入一定數(shù)量的AGV小車，路線2和路線3的小車運行軌跡與路線1存在交叉，路線4和路線5的小車僅在對應路線完成循環(huán)運動，所有的AGV小車由一套中央調度系統(tǒng)控制。因部分區(qū)域小車運動軌跡存在交叉，且AGV小車要完成自動對接提升機、連廊及銜接傳送帶等動作，此模型整體控制邏輯較為復雜。根據(jù)模型的邏輯要求，每臺AGV小車中均需要使用腳本語言設置相應的代碼來控制小車的運行，每個銜接傳送帶中也均需使用腳本語言寫入相應的任務控制序列。

AGV中控制代碼如下：

圖4 ：AGV設備利用率（數(shù)量為6臺）

圖5 ：AGV設備利用率（數(shù)量為8臺）

圖6 ： AGV設備利用率（數(shù)量為9臺）

三、模型數(shù)據(jù)輸入

在模型中輸入表1、表2、表3、表4等數(shù)據(jù)。

四、模型仿真

方案采用AGV類型為移載式AGV，AGV路線既有單向路線也有雙向路線。在給定物流量的前提下，向五條AGV路線各投放一臺AGV設備，多次運行仿真模型，如發(fā)現(xiàn)在這種情況下，路線1出現(xiàn)嚴重阻塞，那是因路線1與其它路線存在交叉關系導致其它路線也無法正常運轉，說明此種情況下路線1中AGV數(shù)量不足，需增加路線1中AGV數(shù)量。

方案評價采取AGV設備的利用率為指標，根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)能擴張策略，即后續(xù)每年的產(chǎn)能都會在此模型數(shù)據(jù)的基礎上有所增加，按照企業(yè)的要求，設定80%的AGV設備利用率為理想狀態(tài)，此狀態(tài)下也更加有利于工廠應對突發(fā)狀況的能力（突發(fā)狀況包括生產(chǎn)異常和設備異常等，此模型未考慮這些因素，因此AGV設備的利用率應得到嚴格控制，極端情況下也需保證不能超過90%）。

1.路線1至路線5分別投放AGV數(shù)量為2臺、1臺、1臺、1臺、1臺，即總數(shù)量為6臺時，假定工廠每天工作20小時，模型設定運轉時間為20小時，多次運行該模型，根據(jù)模型輸出數(shù)據(jù)得出所有AGV設備的利用率，如圖4所示。

如圖4所示，當AGV設備數(shù)量為6臺時，即路線1至路線5的數(shù)量分別為2臺、1臺、1臺、1臺、1臺時，除路線5和路線3外，其它路線的AGV小車利用率都在94%以上，處于滿負載運轉。此種情況非常不利于企業(yè)后續(xù)產(chǎn)能提升，同時說明生產(chǎn)現(xiàn)場應對生產(chǎn)異常和設備異常的能力也不足，非常容易導致產(chǎn)線停線停產(chǎn)，影響正常生產(chǎn)；而且AGV利用率過高對AGV設備的磨損也較為嚴重，極容易導致AGV設備壽命縮短。因此，6臺AGV設備無法滿足實際的生產(chǎn)需求，路線1、路線2、路線4均需增加設備數(shù)量（為使模型更加嚴謹，采取控制變量法的試驗方法，即路線1的AGV數(shù)量暫不增加，增加路線2和路線4的數(shù)量考察對整個模型的影響）。

2.路線1至路線5分別投放AGV數(shù)量為2臺、2臺、1臺、2臺、1臺，即總數(shù)量為8臺時，假定工廠每天工作20小時，模型設定運轉時間為20小時，多次運行該模型，根據(jù)模型輸出數(shù)據(jù)得出所有AGV設備的利用率，如圖5。

圖7 ：模型仿真運行過程圖

表1 ：路線1物流量參數(shù)

表2 ：路線4物流量參數(shù)

表3 ：路線5物流量參數(shù)

表4 ：AGV設備參數(shù)

如圖5所示，當AGV數(shù)量為8臺時，即路線1至路線5的數(shù)量分別為2臺、2臺、1臺、2臺、1臺時，路線2至路線5的AGV設備利用率均有了較大改善，不至于達到滿負載運轉影響設備壽命，導致停線停產(chǎn)等，但是路線1的設備利用率仍然偏高，需再次增加路線1的AGV設備數(shù)量，其它路線設備數(shù)量保持不變。

3.路線1至路線5分別投放AGV數(shù)量為3臺、2臺、1臺、2臺、1臺，即總數(shù)量為9臺時，假定工廠每天生產(chǎn)20小時，模型設定運轉時間為20小時，多次運行該模型，根據(jù)模型輸出數(shù)據(jù)得出所有AGV設備的利用率，如圖6。

如圖6所示，當AGV設備數(shù)量為9臺時，即路線1至路線5的數(shù)量分別為3臺、2臺、1臺、2臺、1臺時，路線1的AGV設備利用率也得到了明顯降低，說明整體AGV設備的利用率都在可接受范圍內(nèi)，大大緩解了AGV設備過度利用及能力不足等問題，也有利于工廠后續(xù)的產(chǎn)能提升。此設備數(shù)量組合可作為設備投入的最優(yōu)解。

五、仿真結果

通過以上分析，最佳的AGV設備數(shù)量為9臺，即路線1、路線2、路線3、路線4、路線5的AGV設備數(shù)量分別為3臺、2臺、1臺、2臺、1臺，此方案可保證滿足實際的生產(chǎn)需求，解決設備過度利用的問題，同時也為企業(yè)后續(xù)產(chǎn)能提升預留了一定的空間。

附模型仿真運行過程圖，如圖7。

六、結束語

本文的創(chuàng)新點在于通過仿真技術手段協(xié)助企業(yè)找到設備投入數(shù)量的最佳組合，解決實際生產(chǎn)過程中的難點，與僅僅通過仿真對一些方案進行改善優(yōu)化不同，本文對企業(yè)在AGV系統(tǒng)投入前的決策過程具有較大的指導意義。

在物流行業(yè)，AGV小車的應用已經(jīng)非常廣泛，很多企業(yè)在物流規(guī)劃過程中也越來越傾向于選擇AGV小車，但是如何科學、有效、合理地布局小車路線及投入數(shù)量仍缺少有效手段。而本文的研究方法建立在仿真技術基礎上，準確模擬了實際生產(chǎn)過程中的AGV調度系統(tǒng)。事實證明，即使面對大型復雜系統(tǒng)，亦可使用本文的研究方法給予解決，此方法對企業(yè)后續(xù)投入設備的決策過程有一定的指導意義。

作者單位為珠海格力電器股份有限公司