Flexsim堆垛機(jī)模塊優(yōu)化研究

文/李 霞 胡林艷 羅曼琳

隨著物流行業(yè)高速發(fā)展，智能化和高效化的自動化立體倉庫已成為現(xiàn)代物流不可或缺的重要環(huán)節(jié)，其作業(yè)能力影響著整個物流系統(tǒng)的效率。作為自動化立體倉庫的關(guān)鍵設(shè)備，堆垛機(jī)的效率在一定程度上直接決定了立體庫的出入庫能力。

為了評估關(guān)鍵設(shè)備及整體物流系統(tǒng)能力，越來越多的項目方案會通過仿真軟件來進(jìn)行方案驗證。Flexsim是物流仿真市場上應(yīng)用最為廣泛的一款離散事件系統(tǒng)仿真軟件，它集計算機(jī)三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)于一體，能為用戶提供原始數(shù)據(jù)擬合、輸入建模、圖形化模型構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實顯示、仿真結(jié)果優(yōu)化和三維動畫影像文件生成等功能。另外，F(xiàn)lexsim允許在相應(yīng)的.NET環(huán)境中修改模型代碼，增強(qiáng)了Flexsim本身的二次開發(fā)能力。

然而，對于Flexsim堆垛機(jī)模塊仿真結(jié)果的真實性、準(zhǔn)確性還有待驗證，本文就Flexsim堆垛機(jī)模塊存在的問題加以分析和研究，通過二次開發(fā)的方式對堆垛機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以得到更真實可靠的仿真數(shù)據(jù)。

一、以某自動化物流系統(tǒng)為背景開展研究（設(shè)計前提）

某自動化物流系統(tǒng)項目已投產(chǎn)使用3年，整個物流系統(tǒng)處于平穩(wěn)運行狀態(tài)；本次研究的對象為堆垛機(jī)，因此選取一個巷道進(jìn)行仿真建模研究，如圖1。在項目運行過程中，對堆垛機(jī)效率起到至關(guān)重要作用的是堆垛機(jī)設(shè)備設(shè)計參數(shù)和貨架庫容設(shè)計，根據(jù)堆垛機(jī)技術(shù)協(xié)議并結(jié)合項場實際情況，堆垛機(jī)參數(shù)如表1；按照項目需求，單排貨架設(shè)計總高18.75米，長56.905米，總計741個貨位。

圖1 現(xiàn)場布局圖

圖1 堆垛機(jī)日志和整理后每個任務(wù)的時間

表1 現(xiàn)場堆垛機(jī)參數(shù)表

本項目堆垛作業(yè)流程較為簡單，一是入庫作業(yè)：堆垛機(jī)在入庫輸送機(jī)取貨，行至指定貨位放貨；二是出庫作業(yè)：堆垛機(jī)在指定貨位取貨，行至出庫輸送站臺放貨。為了仿真與現(xiàn)場進(jìn)行對比，從而判斷現(xiàn)有堆垛機(jī)模型是否滿足，本次研究收集了為期15天的現(xiàn)場堆垛機(jī)運行日志，作為仿真與現(xiàn)場對比的依據(jù)，堆垛機(jī)日志如圖2；通過對堆垛機(jī)日志分析，剔除無效數(shù)據(jù)后整理得到每個作業(yè)任務(wù)的時間，如圖2。

表2 優(yōu)化前仿真結(jié)果分析與現(xiàn)場 數(shù)據(jù)對比

表3 優(yōu)化前后仿真結(jié)果與現(xiàn)場數(shù)據(jù)對比

二、仿真建模

基于某自動化物流系統(tǒng)項目特點，運用Flexsim進(jìn)行建模。通過堆垛機(jī)仿真運行時間與現(xiàn)場時間對比，分析仿真堆垛機(jī)模型問題所在。

1.模型參數(shù)設(shè)置和整體布局

根據(jù)本次研究選定的項目仿真內(nèi)容，仿真模型只需1個發(fā)生器、1個吸收器、2臺輸送機(jī)、2排貨架和1臺堆垛機(jī)。關(guān)鍵設(shè)備貨架、堆垛機(jī)參數(shù)嚴(yán)格按照圖1和表1設(shè)定；整體布局，根據(jù)項目圖紙進(jìn)行1：1建模，如圖3。

2.仿真關(guān)鍵邏輯設(shè)置

此項關(guān)鍵技術(shù)難點是實現(xiàn)仿真與現(xiàn)場作業(yè)任務(wù)的匹配，以及堆垛機(jī)作業(yè)任務(wù)時間的采集對比。本模型運用到了“全局表”，將上述圖2的數(shù)據(jù)再進(jìn)行細(xì)化形成Excel表導(dǎo)入到仿真模型“全局表”，使發(fā)生器產(chǎn)生的貨物添加標(biāo)簽，并賦上“全局表”中的標(biāo)簽值，然后根據(jù)標(biāo)簽值判斷貨物是入庫，還是出庫，進(jìn)而實現(xiàn)仿真與現(xiàn)場作業(yè)任務(wù)的匹配。全局表，如圖4。

堆垛機(jī)作業(yè)任務(wù)時間的采集，同樣運用到“全局表”圖4，當(dāng)堆垛機(jī)接收到任務(wù)時，記錄時間1，堆垛機(jī)運行并裝載到卸載貨物后，再次記錄時間2，將時間2減去時間1，便是堆垛機(jī)作業(yè)此次任務(wù)的時間，然后將該時間寫入到“全局表”，便可直觀的進(jìn)行對比分析。

3.堆垛機(jī)作業(yè)結(jié)果對比分析

仿真模型設(shè)置完成后，多次運行模型，輸出仿真數(shù)據(jù)并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)做對比。通過對比分析，堆垛機(jī)的仿真運行時間與現(xiàn)場數(shù)據(jù)存在一定差距，其偏差約為9.4%。具體如表2。

研究小組就這一偏差，對仿真堆垛機(jī)和現(xiàn)場堆垛機(jī)進(jìn)行了深入研究，分析得出產(chǎn)生較大偏差的原因：

圖3 仿真建模和堆垛機(jī)參數(shù)設(shè)置

圖4 全局表

圖5 優(yōu)化后的堆垛機(jī)模型和參數(shù)添加

圖6 部分代碼

仿真現(xiàn)有堆垛機(jī)模型垂直方向和伸縮叉運行，缺少加、減速度設(shè)置。

現(xiàn)場堆垛機(jī)伸縮叉運行有空載和實載速度之分，仿真堆垛機(jī)僅為一個參數(shù)設(shè)定值。

堆垛機(jī)放貨完成后，貨叉未回到原位，模型堆垛機(jī)就結(jié)束任務(wù)時間的記錄。

缺乏微升微降的動作。

三、堆垛機(jī)模型優(yōu)化

1.優(yōu)化目標(biāo)

綜合分析，原有堆垛機(jī)模型參數(shù)設(shè)置、動作與現(xiàn)場堆垛機(jī)存在差異，若實現(xiàn)與現(xiàn)場一致的功能，根據(jù)Flexsim仿真軟件特點，需進(jìn)行二次開發(fā)優(yōu)化。

2.優(yōu)化過程

圍繞現(xiàn)有堆垛機(jī)升降、伸縮叉無加減速度，以及缺少微升微降動作等展開二次開發(fā)工作。在Flexsim軟件對設(shè)備進(jìn)行二次開發(fā)，需要運用到軟件自帶供客戶自定義開發(fā)的模型BasicTE。首先需對BasicTE外觀及部件進(jìn)行處理，即三維模型的導(dǎo)入設(shè)置，本次將堆垛機(jī)三維模型進(jìn)行了重新建模，使其與現(xiàn)實更接近；其次再添加設(shè)備參數(shù)變量，方便后續(xù)堆垛機(jī)參數(shù)變動的更改，本次研究以標(biāo)簽的形式添加，如圖5。之后，編寫Flexsim腳本語言再結(jié)軟件特有的運動學(xué)實現(xiàn)堆垛機(jī)作業(yè)動作，經(jīng)過多次調(diào)試修改優(yōu)化，最終實現(xiàn)仿真堆垛機(jī)動作、運行參數(shù)與現(xiàn)場一致。

通過代碼、標(biāo)簽等實現(xiàn)堆垛機(jī)動作后，接下來是對堆垛機(jī)作業(yè)時間進(jìn)行記錄。結(jié)合實際需求把堆垛機(jī)的運行狀態(tài)分為空閑、空載、滿載等六種。堆垛機(jī)模型中不同的運動狀態(tài)通過發(fā)送消息的方式記錄堆垛機(jī)的狀態(tài)，并統(tǒng)計此狀態(tài)的時間。經(jīng)過多次調(diào)試修改優(yōu)化，最終實現(xiàn)作業(yè)任務(wù)時間的完整記錄。部分代碼，如圖6。

3.優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化后的堆垛機(jī)模型，彌補(bǔ)了原有模型的不足。設(shè)置優(yōu)化后的堆垛機(jī)設(shè)備參數(shù)，再多次運行仿真模型，輸出仿真數(shù)據(jù)。經(jīng)過對比分析，優(yōu)化后的堆垛機(jī)與現(xiàn)場堆垛機(jī)的偏差為2.0%，與優(yōu)化前堆垛機(jī)的偏差率相比降低了7.4%，基本實現(xiàn)了優(yōu)化目標(biāo)。如表3。

四、總結(jié)

本文以優(yōu)化Flexsim堆垛機(jī)模塊為研究目標(biāo)，重新建模和編寫邏輯代碼來實現(xiàn)Flexsim軟件堆垛機(jī)模塊的二次開發(fā)，實現(xiàn)了其XYZ三個方向的速度和加速度參數(shù)均可自定義，以及對仿真模型動作、外觀進(jìn)行了優(yōu)化。通過對比優(yōu)化前后的仿真數(shù)據(jù)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的差值，得到優(yōu)化后的堆垛機(jī)模型與現(xiàn)場數(shù)據(jù)更為接近，結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。實現(xiàn)Flexsim堆垛機(jī)模塊的優(yōu)化，為保證仿真中堆垛機(jī)的可靠性、實用性和真實性起到了關(guān)鍵作用。同時，為后續(xù)Flexsim軟件其他模塊的二次開發(fā)提供了重要參考價值。