基于3D設(shè)計軟件的倉儲資源規(guī)劃應(yīng)用研究

文/黃東 瞿冬瑞 徐法權(quán)

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的創(chuàng)新模式持續(xù)推進(jìn)，倉儲數(shù)字化、智能化建設(shè)逐步加速，對倉儲管理部門的倉儲資源有效規(guī)劃利用能力、倉儲運(yùn)行作業(yè)效率提出更高要求。3D系統(tǒng)仿真技術(shù)是幫助倉庫設(shè)計管理人員實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要途徑。倉庫設(shè)施及庫內(nèi)運(yùn)行流程在設(shè)計時，需要對眾多的設(shè)計方案進(jìn)行比選。本研究利用3D仿真軟件進(jìn)行設(shè)計及運(yùn)行仿真，參照仿真結(jié)果提供的回饋信息，對比選方案的優(yōu)劣進(jìn)行分析論證，綜合各方案的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計修正，支持方案不斷改進(jìn)，使設(shè)計的方案達(dá)到最佳的效果，避免資金、人力的浪費(fèi)和時間的消耗。

1.引言

基于3D仿真設(shè)計軟件，本研究開發(fā)適用于企業(yè)倉儲資源規(guī)劃業(yè)務(wù)所需的三維倉庫設(shè)計及運(yùn)營模擬工具，以支持市場人員便捷快速地完成倉庫三維設(shè)計，出入庫運(yùn)營過程模擬以及運(yùn)營指標(biāo)統(tǒng)計展示。采用三維模型展示設(shè)計內(nèi)容，便于項(xiàng)目參與人員進(jìn)行方案的交流、研討以及匯報，解決傳統(tǒng)的倉庫設(shè)計及修改過程中采用ppt等工具繪制初步設(shè)計圖所面臨的繪圖過程繁瑣、繪圖內(nèi)容交流講解或評審專家理解費(fèi)時耗力；詳細(xì)設(shè)計時繪制工程圖工作量大、修改難度高、顯示效果不直觀等問題。采用模擬技術(shù)計算運(yùn)營指標(biāo)，可基于倉庫實(shí)際任務(wù)情況，對業(yè)務(wù)執(zhí)行過程進(jìn)行模擬。對運(yùn)營指標(biāo)定量分析，解決運(yùn)營分析主要憑借經(jīng)驗(yàn)等問題，為倉庫的設(shè)計及優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

2.3D倉儲模型仿真設(shè)計

2.1 3 D模型設(shè)計

Flexsim具備從專用模型庫中拖拽三維模型進(jìn)行三維組裝設(shè)計的能力，根據(jù)現(xiàn)場場景，建立多個類型倉庫和貨架組合工程作為基礎(chǔ)構(gòu)建，有利于后續(xù)拓展性建模。當(dāng)再次使用時，可直接導(dǎo)入相關(guān)工程項(xiàng)目，在基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。根據(jù)場景總結(jié)，設(shè)計料箱庫、立庫、平置庫等工程。導(dǎo)入工程后，可按照實(shí)際情況對倉庫貨架、物資等進(jìn)行修改。Flexsim可兼容的模型格式多樣，包括：*.jt；*.skp；*.w rl；*.3ds；*.dxf；*.stl；*.dae；*.obj；*.ac；*.x；*.ase；*.p ly；*.m s3d；*.cob；*.m d5m esh；*.irr；*.irrm esh；*.ter；*.lxo；*.csm；*.scn；*.q3o；*.q3s；*.raw；*.off；*.m dl；*.hm p；*.scn；*.xgl；*.zgl；*.lvo；*.lvs；*.blend等三十余種模型。但在實(shí)際開發(fā)測試中，由于軟件對不同格式三維模型的兼容性、表面渲染等處理能力存在較大偏差，大量格式的模型導(dǎo)入后存在完全褪色變形模型丟失、無法顯示等問題。通過對各種格式的三維模型進(jìn)行持續(xù)兼容性測試，最終選擇兼容性好，穩(wěn)定性最高的.skp格式模型作為模型庫的主要模型格式。按照園區(qū)規(guī)劃、倉庫規(guī)劃的場景，根據(jù)園區(qū)、倉儲設(shè)施、物資、容器等幾個維度，使用sketchup軟件進(jìn)行三維模型的制作，將制作好的.skp模型進(jìn)行格式校準(zhǔn)及測試，導(dǎo)入到專用模型庫中并進(jìn)行封裝，最終形成可直接加載使用的專用模型庫。

料箱到人倉庫模型

2.2 協(xié)調(diào)器設(shè)計

倉儲運(yùn)行過程中的實(shí)際參數(shù)數(shù)據(jù)，是仿真準(zhǔn)確性的重要依據(jù)。開發(fā)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，可基于出入庫的物料信息以及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。所以設(shè)計協(xié)調(diào)器用于數(shù)據(jù)初始化設(shè)定以及參數(shù)設(shè)定。在完成針對倉儲的三維設(shè)計后，通過設(shè)計業(yè)務(wù)流，定義各環(huán)節(jié)物資流轉(zhuǎn)邏輯及作業(yè)過程邏輯實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)過程的動態(tài)模擬。例如，有貨車到達(dá)送貨或取貨，使用叉車、堆垛機(jī)、行車以及傳送帶等倉儲設(shè)備執(zhí)行出入庫作業(yè)等。Flexsim作為離散型模擬軟件，以時間流為基準(zhǔn)，逐秒模擬物資流轉(zhuǎn)及設(shè)備執(zhí)行作業(yè)動作。在模擬設(shè)置的過程中，需要基于作業(yè)特點(diǎn)設(shè)置入庫或出庫作業(yè)的物資初始狀態(tài)、出入庫作業(yè)的作業(yè)內(nèi)容以及作業(yè)設(shè)備的性能參數(shù)。其中初始狀態(tài)包括設(shè)計的庫位哪些為空，哪些中有物資，有什么物資。出入庫作業(yè)內(nèi)容包括要將計劃入庫的物資放入哪些庫位以及從哪些庫位中取多少物資執(zhí)行出庫。設(shè)備性能參數(shù)包括叉車的運(yùn)動速度、插齒的提升速度、吊車的運(yùn)動速度、提升速度等等。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的表格，用于庫位初始化設(shè)置、作業(yè)設(shè)置以及設(shè)備性能參數(shù)設(shè)置。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表，數(shù)據(jù)表包括物資初始化狀態(tài)表、出入庫作業(yè)表、庫存表以及設(shè)備參數(shù)設(shè)定表。出入庫作業(yè)表包括兩部分：庫位與物資。庫位為入庫作業(yè)時物資分配的庫位或出庫作業(yè)時物資所在庫位。物資為物資編碼與物資名稱，用于匹配物資的三維模型。通過建立并導(dǎo)入出入庫作業(yè)表，系統(tǒng)可根據(jù)作業(yè)表模擬對應(yīng)的出入庫作業(yè)過程。

庫存表包括三部分：庫位、物資與數(shù)量。庫位為初始狀態(tài)時，庫內(nèi)物資所在庫位，物資為物資編碼與物資名稱，用于匹配物資的三維模型。數(shù)量為在庫內(nèi)的物資數(shù)量。通過建立并導(dǎo)入庫存表，系統(tǒng)可根據(jù)庫存表在模擬初始時，在對應(yīng)的庫位上添加相應(yīng)數(shù)量的物資。設(shè)備參數(shù)表包括六類設(shè)備15個參數(shù)配置。通過設(shè)定導(dǎo)入?yún)?shù)表，模擬時相應(yīng)的設(shè)備會被自動賦予相應(yīng)的性能。按照物資初始化表、出入庫作業(yè)表以及設(shè)備參數(shù)設(shè)定表，分別配置全局?jǐn)?shù)據(jù)表，用于數(shù)據(jù)導(dǎo)入配置、導(dǎo)入設(shè)置并測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入。配置設(shè)備參數(shù)全集參數(shù)表，導(dǎo)入設(shè)置設(shè)備參數(shù)的excel數(shù)據(jù)表，包括堆垛機(jī)、行車、叉車與輸送線參數(shù)。完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，可直接調(diào)用相關(guān)模型，模型的性能參數(shù)已通過程序定義。模擬啟動時，系統(tǒng)會優(yōu)先將人工定義設(shè)備性能參數(shù)賦值給設(shè)備，用于模擬。

2.3 運(yùn)營模擬設(shè)計

在設(shè)計倉庫三維模型的基礎(chǔ)上，加載對應(yīng)物流邏輯以及作業(yè)設(shè)備的工作邏輯，動態(tài)模擬出入庫作業(yè)過程，比較不同的物資存儲邏輯、設(shè)備配置、流程設(shè)計等對作業(yè)的影響。根據(jù)倉庫布局及尺寸，添加設(shè)備設(shè)施三維模型，如管線立庫、管線堆垛機(jī)、輸送線、吊車、卡車、叉車、貨籠RGV、貨籠立庫、貨籠堆垛機(jī)、貨籠輸送線等，設(shè)定尺寸并調(diào)整位置。建立物流方向，物資入庫的過程從貨車->滾筒輸送線->貨架。指定搬運(yùn)工具：貨車->輸送線，使用行吊搬運(yùn)，輸送線->庫位，使用堆垛機(jī)搬運(yùn)。定義物資流轉(zhuǎn)時參與執(zhí)行的設(shè)備并設(shè)定物資入庫存儲庫位為隨機(jī)庫位。設(shè)定入庫庫位。再設(shè)定任務(wù)生成規(guī)律，因?yàn)槟M過程針對考慮倉庫平均運(yùn)轉(zhuǎn)效能，不針對某次特殊作業(yè)，故隨機(jī)選擇庫位將物資入庫的假設(shè)是合理的。由此形成運(yùn)營仿真模擬閉環(huán)，可隨著時間軸的設(shè)置，進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行得出效率結(jié)論。

3.設(shè)計實(shí)踐案例

3.1 仿真案例描述

某庫為平置庫，包括兩個廠房，每個倉庫各有兩個通道，每個通道兩側(cè)各7個庫位，總計56個庫位，存放56種不同的物資。由于叉車駕駛員無法快速認(rèn)識物資并記住物資在庫位置，故在裝卸貨作業(yè)中，需要倉庫管理人員導(dǎo)引進(jìn)行裝卸貨作業(yè)。當(dāng)發(fā)生卸貨任務(wù)時，調(diào)度員會集中派遣4-5輛叉車進(jìn)行作業(yè)。在叉車從運(yùn)輸車輛上卸下物資后，需要倉庫管理員辨識物資，根據(jù)自己對倉庫的了解，判斷該物資存放的庫位，并步行引導(dǎo)叉車將物資搬運(yùn)至庫位，倉庫管理員需在臨近庫位的位置通過手勢指示庫位，告知叉車駕駛員后，方可返回卸貨點(diǎn)導(dǎo)引下一輛叉車作業(yè)。此作業(yè)方式在執(zhí)行過程中，叉車需降速配合倉庫管理員步行速度，并存在大量等待導(dǎo)引的時間浪費(fèi)，造成導(dǎo)引效率低的問題。此外倉庫管理員需步行大量無效距離進(jìn)行庫位導(dǎo)引，存在勞動強(qiáng)度大，價值低的問題。根據(jù)該庫的導(dǎo)引需求，開發(fā)部署了電子指示牌導(dǎo)引系統(tǒng)，倉庫管理員手持移動端，在庫門卸車點(diǎn)位。當(dāng)叉車完成卸車后，駕駛至倉庫管理員位置，倉庫管理員辨識物資信息，通過手持移動端確認(rèn)物資及庫位，此時該物資所在的通道口大屏開始閃爍，同時該物資所在的庫位上電子顯示屏開始閃爍，叉車駕駛員可按照叉車速度進(jìn)行駕駛卸貨，倉庫管理員可同時導(dǎo)引多輛叉車，有效提升導(dǎo)引作業(yè)效率。該模擬案例即比較兩種作業(yè)狀態(tài)下的作業(yè)過程與作業(yè)效率。1.為了測試兩種作業(yè)方式的效率，消除庫位位置的影響，到庫物資采用隨機(jī)生成的形式。2.按照該庫的尺寸，設(shè)計該庫的三維模型。3.入庫過程設(shè)計兩名倉儲管理員，三輛叉車作業(yè)。4.按照入庫過程的邏輯判斷，設(shè)計作業(yè)邏輯流程。5.設(shè)計數(shù)據(jù)看板，采集入庫作業(yè)量、人員及設(shè)備的行駛里程以及叉車作業(yè)、等待和空載的實(shí)際分布關(guān)系。

3.2 仿真結(jié)果

加載倉庫模型、庫位模型，叉車模型、作業(yè)人員模型、卡車模型，設(shè)定入庫物資隨機(jī)生成。物資生成時，同時隨機(jī)生成該物資應(yīng)存儲的庫位。

設(shè)計叉車配合叉車運(yùn)送物資邏輯并啟動模擬。模擬設(shè)定時間為1小時，即在一小時的時間內(nèi)全力作業(yè)的情況下，二者作業(yè)效率比較如圖：

人工導(dǎo)引數(shù)字化導(dǎo)引

1.作業(yè)量：人工導(dǎo)引的模式下，三輛叉車在一小時內(nèi)分布入庫物資15袋、13袋以及18袋，總計46袋。數(shù)字化導(dǎo)引模式下，三輛叉車在一小時內(nèi)分別入庫物資31袋、29袋以及27袋，總計87袋?？梢?，假設(shè)從車上卸貨速率一致，叉車速度一致的情況下，數(shù)字化導(dǎo)引完成的作業(yè)量是人工導(dǎo)引作業(yè)量的1.89倍。

2.步行距離：在人工導(dǎo)引模式下，兩名管理員分布行走了3.85公里和3.79公里，大約對應(yīng)10000步非必要工作消耗。數(shù)字化導(dǎo)引模式下，倉庫管理員僅需要辨識物資并通過手持移動端控制電子標(biāo)識牌進(jìn)行作業(yè)指引。

3.叉車使用率：在人工導(dǎo)引模式下，叉車有三分之一的時間等待導(dǎo)引人員，有三分之一的時間運(yùn)送物資，三分之一的時間空車返回。說明配置兩名倉庫管理員導(dǎo)引三輛叉車，管理員由于步行速度較慢，仍然無法保障叉車的作業(yè)效率。數(shù)字化導(dǎo)引模式下，叉車僅有十分之一的時間在等待，該等待時間為人工辨識物資并操作導(dǎo)引系統(tǒng)的時間。該情況下，兩個倉庫三輛叉車同時卸貨，僅需配備一名倉庫管理員即可高效完成作業(yè)。綜上，通過模擬比較人工導(dǎo)引與數(shù)字化導(dǎo)引對作業(yè)效率、作業(yè)強(qiáng)度以及設(shè)備的使用率三個方面，均說明倉庫數(shù)字化導(dǎo)引的技改能夠起到降本增效的作用，有利于改善員工作業(yè)強(qiáng)度，提升作業(yè)效率的同時，提升設(shè)備的使用率。

4.結(jié)論

倉儲作為內(nèi)部供應(yīng)鏈的重要一環(huán)，越來越受到公司重視，公司對倉儲管理要求逐漸提高。3D仿真設(shè)計軟件在倉儲規(guī)劃設(shè)計方面的應(yīng)用，可覆蓋新投入倉庫的設(shè)計、倉庫提升改造的設(shè)計、區(qū)域性倉儲資源的規(guī)劃與整合方面，可在倉儲資源優(yōu)化方案快速制定與驗(yàn)證上大力輔助設(shè)計人員工作。從技術(shù)上滿足供應(yīng)鏈一體化發(fā)展對倉儲環(huán)節(jié)的要求。C

引用出處

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