基于Flexsim的奶粉工廠配送中心作業(yè)流程仿真與優(yōu)化

摘 要：基于對(duì)某乳業(yè)奶粉工廠物流配送中心的工作特點(diǎn)和現(xiàn)狀的分析，利用Flexsim仿真軟件，對(duì)奶粉工廠配送中心作業(yè)流程進(jìn)行仿真與優(yōu)化。通過建立奶粉工廠配送中心的仿真模型，模擬整個(gè)配送流程，分析仿真結(jié)果，找到當(dāng)前配送中心系統(tǒng)的瓶頸和問題，并提出相應(yīng)的優(yōu)化策略，以提高配送效率和降低成本，對(duì)比仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了改進(jìn)方案的可行性。該研究為某乳業(yè)公司奶粉工廠的配送中心系統(tǒng)優(yōu)化提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：配送中心；Flexsim；建模仿真

中圖分類號(hào)：F252 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.18.012

Abstract： Based on the analysis of the working characteristics and current situation of the logistics distribution center in a certain dairy milk powder factory， the Flexsim simulation software is used to simulate and optimize the operation process of the distribution center in the milk powder factory. By establishing a simulation model for the distribution center of a milk powder factory， simulating the entire distribution process， analyzing the simulation results， identifying the bottlenecks and problems in the current distribution center system， and proposing corresponding optimization strategies to improve distribution efficiency and reduce costs， the feasibility of the improvement plan is verified by comparing the simulation results data. This study provides useful reference for the optimization of the distribution center system in a milk powder factory of a certain dairy company.

Key words： distribution center; Flexsim; modeling and simulation

0 引 言

隨著全球市場(chǎng)和物流行業(yè)的快速增長(zhǎng)，物流配送中心在供應(yīng)鏈中扮演著關(guān)鍵角色，對(duì)產(chǎn)品的流通、儲(chǔ)存和運(yùn)輸至關(guān)重要。作為乳品行業(yè)的知名企業(yè)，該奶粉工廠致力于提供高質(zhì)量產(chǎn)品和服務(wù)。然而，隨著市場(chǎng)需求增長(zhǎng)和公司規(guī)模擴(kuò)大，其物流配送中心的運(yùn)作效率面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，通過深入分析和優(yōu)化配送中心系統(tǒng)，可以有效提高配送效率和資源利用率，降低成本，優(yōu)化整個(gè)供應(yīng)鏈管理。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有成本低、可重復(fù)運(yùn)行、建模和求解時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)[1]。利用仿真建模技術(shù)可以快速預(yù)測(cè)物流系統(tǒng)的工作狀態(tài)和變化，優(yōu)化物流系統(tǒng)可有效降低成本。Flexsim作為重要的物流生產(chǎn)仿真軟件，具有面向?qū)ο蟮奶匦裕哌\(yùn)行效率和易用性，被廣泛應(yīng)用于物流優(yōu)化研究。張帆等使用Flexsim仿真軟件對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品配送中心系統(tǒng)進(jìn)行了仿真模型構(gòu)建和瓶頸因素分析，以提供減少碳排放的決策和技術(shù)支持[2]。婁慧斌等通過SLP方法對(duì)食品加工廠配送中心進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃布局，并利用Flexsim建立了仿真模型，綜合分析結(jié)果以預(yù)測(cè)工作效率和優(yōu)化運(yùn)作，為企業(yè)節(jié)約成本[3]。陳影等選用Flexsim對(duì)煙草物流配送中心進(jìn)行仿真建模，尋找瓶頸節(jié)點(diǎn)并確定最佳模型參數(shù)以達(dá)到優(yōu)化效果[4]。梁瀟聆結(jié)合應(yīng)急物流配送特點(diǎn)，規(guī)劃了配送中心流程和布局，并通過Flexsim仿真模擬了新老兩種配送中心的配送流程，證明了改進(jìn)后的有效性和適用性[5]。朱文軍等分析了電子商務(wù)配送中心面臨的瓶頸，利用Flexsim建立了分揀作業(yè)仿真模型，進(jìn)行模擬仿真和定量分析，提出了優(yōu)化建議，為提高物流服務(wù)鏈整體工作效率提供重要參考[6]。由此可見，使用仿真技術(shù)模擬配送中心的運(yùn)行情況，找出瓶頸并優(yōu)化性能，提高設(shè)備利用率對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)具有重要意義。本文利用Flexsim仿真平臺(tái)對(duì)某乳業(yè)奶粉工廠配送中心進(jìn)行建模仿真，實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況，統(tǒng)計(jì)各實(shí)體的數(shù)據(jù)與結(jié)果。通過數(shù)據(jù)分析找出問題所在并提出改進(jìn)方案，為提高配送中心作業(yè)效率提供參考。

1 奶粉工廠物流配送中心作業(yè)流程

1.1 奶粉工廠物流配送中心簡(jiǎn)介

該奶粉工廠配送中心是A公司為了有效管理和優(yōu)化成品奶粉的物流配送而設(shè)立的中心，該配送中心集倉(cāng)儲(chǔ)和庫(kù)存管理、分揀和包裝、運(yùn)輸配送為一體，它起著連接生產(chǎn)和銷售環(huán)節(jié)的重要作用，確保奶粉產(chǎn)品能夠及時(shí)、安全地送達(dá)到客戶手中。通過實(shí)地調(diào)研，其作業(yè)區(qū)的作業(yè)方式屬于“人-機(jī)結(jié)合”工作的半自動(dòng)化作業(yè)[7]，通過對(duì)其目前作業(yè)流程進(jìn)行仿真分析，確定物流系統(tǒng)是否能夠滿足需求和系統(tǒng)資源的最佳配置，并達(dá)到提高配送效率、降低成本以及提升客戶滿意度的目的。

1.2 奶粉工廠物流配送中心作業(yè)流程分析

A公司奶粉工廠的配送中心作業(yè)流程圖如圖1所示。該配送中心分為入庫(kù)處理區(qū)、儲(chǔ)存區(qū)、理貨分揀區(qū)和發(fā)貨區(qū)四個(gè)作業(yè)區(qū)，每個(gè)區(qū)域都擁有獨(dú)特的功能和資源配置。詳情如下所示。

1.2.1 入庫(kù)處理區(qū)

主要任務(wù)是對(duì)生產(chǎn)出的成品奶粉進(jìn)行卸貨驗(yàn)收、臨時(shí)存放處理和入庫(kù)檢驗(yàn)等操作，以實(shí)現(xiàn)庫(kù)外物資的轉(zhuǎn)運(yùn)。在接收貨物時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有不良品，將無法入庫(kù)，并需將貨物送入暫存區(qū)。主要配置有發(fā)生器、合成器、暫存區(qū)、檢驗(yàn)加工臺(tái)、傳送帶等。

1.2.2 存儲(chǔ)區(qū)

主要負(fù)責(zé)對(duì)合格的成品奶粉進(jìn)行存儲(chǔ)，采用先進(jìn)先出的原則。主要配置有自動(dòng)化立體貨架、堆垛機(jī)等。

1.2.3 理貨分揀區(qū)

主要負(fù)責(zé)對(duì)成品奶粉進(jìn)行理貨和分揀工作，同時(shí)使用拆盤器對(duì)出庫(kù)貨物進(jìn)行拆盤，理貨人員會(huì)根據(jù)客戶訂單對(duì)奶粉進(jìn)行分揀，分揀完成后由操作員進(jìn)行掃碼貼標(biāo)后等待出庫(kù)。配備的主要設(shè)備包括叉車、拆盤器、加工處理器、出庫(kù)叉車、暫存區(qū)和訂單合成器等。

1.2.4 發(fā)貨區(qū)

主要是負(fù)責(zé)成品奶粉的裝車和配送活動(dòng)，裝卸人員利用叉車搬運(yùn)貨物。主要設(shè)備配置有配裝工具、暫存區(qū)、配送車輛。

2 作業(yè)流程仿真

通過實(shí)際調(diào)研可知，該公司奶粉工廠物流配送中心日均出庫(kù)總量為200噸左右，其中A類奶粉出庫(kù)量為18 000箱，B類奶粉出庫(kù)量為16 000箱，C類奶粉出庫(kù)量為15 000箱。A、B、C類奶6qUuwonO6+KwURDAuAJMPw==粉安全庫(kù)存量分別為1 800箱、1 600箱、1 500箱。該奶粉工廠配送中心將奶粉配送給下游的批發(fā)市場(chǎng)、電商平臺(tái)、零售店、連鎖超市四種客戶。

2.1 實(shí)體設(shè)備與相關(guān)參數(shù)

在奶粉工廠配送中心的模擬過程中，可使用Flexsim軟件中的實(shí)體庫(kù)提供的仿真對(duì)象來代替所需的實(shí)體設(shè)備。表1展示了奶粉工廠配送中心的實(shí)體設(shè)備與Flexsim實(shí)體庫(kù)中仿真對(duì)象的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

上游入庫(kù)貨物分為A、B、C三種不同類別，用三個(gè)發(fā)生器表示，設(shè)置不同的顏色，入庫(kù)時(shí)對(duì)其進(jìn)行合格性檢驗(yàn)，合格率為98%，不合格的產(chǎn)品通過吸收器進(jìn)行處理，合格的產(chǎn)品進(jìn)行打包入庫(kù)，存儲(chǔ)區(qū)以托盤的形式對(duì)成品奶粉進(jìn)行儲(chǔ)存，每托盤上三種產(chǎn)品的打包數(shù)量分別為45箱、35箱、49箱，安全庫(kù)存量分別為40托盤、46托盤、31托盤。貨物打包完成后，會(huì)進(jìn)入自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，并通過堆垛機(jī)存儲(chǔ)到貨架上。當(dāng)貨物需要出庫(kù)時(shí)，堆垛機(jī)會(huì)將其送往出庫(kù)傳送帶。接下來，出庫(kù)傳送帶會(huì)將貨物輸送至分揀傳送帶，最終將其送至出庫(kù)位置。立體倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)采取先進(jìn)先出的方法，主要考慮到奶粉的鮮活性和配送的及時(shí)性。該奶粉工廠配送中心的作業(yè)系統(tǒng)屬于半自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)，任務(wù)分配器會(huì)通過信息系統(tǒng)將訂單信息傳遞給理貨分揀區(qū)，工作人員利用運(yùn)輸工具來進(jìn)行貨物的分揀，隨后對(duì)貨物進(jìn)行掃碼貼標(biāo)，最后將其運(yùn)送到相應(yīng)的發(fā)貨區(qū)。四個(gè)吸收器實(shí)際上代表著針對(duì)四種不同類型的客戶進(jìn)行配送。

仿真模型相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)如下。

a.入庫(kù)區(qū)：發(fā)生器1、2、3代表三種奶粉的到達(dá)，臨時(shí)實(shí)體類型為box，貨物到達(dá)分別按照uniform（3s，10s）、uniform（3s，12s）、uniform（2s，9s）分布；產(chǎn)品檢驗(yàn)臺(tái)的加工時(shí)間為3s；組盤合成器的托盤裝貨量分別為45、35、49。

b.存儲(chǔ)區(qū)：貨架最大容量為1 570托盤，停留時(shí)間服從泊松分布，均值為3 600，隨機(jī)數(shù)流為1；當(dāng)貨架上的存儲(chǔ)量達(dá)到1 200個(gè)時(shí)系統(tǒng)關(guān)閉輸入端口，而當(dāng)存儲(chǔ)量減少到150個(gè)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開輸入端口進(jìn)行補(bǔ)貨；傳送帶速度為1m/s。

c.理貨分揀區(qū)：叉車每次運(yùn)載1個(gè)托盤，裝載卸載的時(shí)間設(shè)置為6s，提升速度為1m/s，最大工作速度為2m/s；托盤分解器的作業(yè)時(shí)間為120s；處理器進(jìn)行貼標(biāo)掃碼時(shí)間分別為55s、48s、62s；設(shè)置訂單合成器的平均作業(yè)時(shí)間為120s；每批次的訂單分揀表詳見表2。

d.發(fā)貨區(qū)：四個(gè)吸收器代表配送至四種不同類型的客戶。

2.2 建立仿真模型

a.確定仿真目標(biāo)。仿真的主要目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)：首先，在保證質(zhì)量的前提下，采用先進(jìn)先出的方式對(duì)成品奶粉進(jìn)行存儲(chǔ)，以縮短庫(kù)存周期，并確保產(chǎn)品能夠在合理的時(shí)間范圍內(nèi)送達(dá)客戶；其次，找出奶粉工廠配送中心作業(yè)效率提高的限制因素；最后，評(píng)估和改進(jìn)配送中心系統(tǒng)的設(shè)備配置。

b.仿真運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際調(diào)查，該配送中心的正常工作時(shí)間為8：30—17：00，共計(jì)8.5小時(shí)，即30 600秒。在仿真模型中，1秒的運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)于實(shí)際時(shí)間的1秒。在仿真開始時(shí)，立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)沒有庫(kù)存。直到模型運(yùn)行至約3 500秒時(shí)，庫(kù)存量才達(dá)到安全庫(kù)存并開始進(jìn)行分揀作業(yè)。為了確保仿真結(jié)果準(zhǔn)確性，當(dāng)入庫(kù)區(qū)的貨物入庫(kù)完成時(shí)，應(yīng)收集一次入貨區(qū)的作業(yè)數(shù)據(jù)。并在客戶訂單完成時(shí)停止模型運(yùn)行并再次收集數(shù)據(jù)。如果需要盡快得出模型的研究數(shù)據(jù)，可以適當(dāng)提高模型的運(yùn)行速度，這不會(huì)影響數(shù)據(jù)運(yùn)行結(jié)果。最終，仿真運(yùn)行后，3D模型的效果如圖2所示。

2.3 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)收集及分析

在Flexsim仿真模型運(yùn)行結(jié)束后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，結(jié)合實(shí)際調(diào)查情況，對(duì)其主要設(shè)備利用情況加以分析。本文以百分比的形式來表示設(shè)備的工作狀態(tài)，具體數(shù)據(jù)見表3、表4。

根據(jù)表3和表4所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，對(duì)該奶粉工廠配送中心的仿真輸出結(jié)果進(jìn)行如下分析。

由表3統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以得出，成品奶粉由存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)入理貨分揀區(qū)時(shí)，需先對(duì)奶粉進(jìn)行拆盤處理，拆盤分解器1、2、3、4的設(shè)備利用率分別為37.02%、46.47%、42.31%、39.41%，設(shè)備利用率很低，究其原因主要是出庫(kù)貨物過少并不能滿足機(jī)器設(shè)備需要或是拆盤后貨物及托盤存放區(qū)域小，沒有足夠的空間存放物品，導(dǎo)致拆盤器處于空閑狀態(tài)，造成資源的浪費(fèi)。拆包完成后通過處理器對(duì)奶粉進(jìn)行貼標(biāo)等二次加工，配送中心設(shè)備的利用率主要取決于加工處理器的速度。如果加工處理器速度過慢，而訂單合成器速度過快，會(huì)導(dǎo)致訂單合成效率低下，因?yàn)槿狈ψ銐蚣庸ぬ幚磉^的奶粉。相反地，如果加工處理器速度過快，而訂單合成器速度過慢，會(huì)導(dǎo)致訂單合成器因?yàn)橛刑嗉庸ぬ幚磉^的奶粉而來不及處理，造成奶粉積壓，降低理貨效率，延長(zhǎng)配送時(shí)間，導(dǎo)致配送效率降低。從表3中加工處理器的運(yùn)行效率可以看出，3臺(tái)加工處理器的設(shè)備利用率分別為86.61%、85.99%、85.58%，運(yùn)行效率相對(duì)較高但仍有提升空間。此外，由于4臺(tái)訂單合成器的平均利用率僅為5.59%，說明加工處理器的產(chǎn)出量不足以滿足訂單合成器的需求，導(dǎo)致它們的利用率偏低。因此，加工處理和訂單合成時(shí)間的同步性對(duì)于提高理貨分揀效率至關(guān)重要。同時(shí)，這也可以提高設(shè)備的利用率，縮短配送時(shí)間，提高配送效率。

從表4的數(shù)據(jù)可以得出，從自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)分揀出來的貨物，需要3輛叉車進(jìn)行分區(qū)域下放，叉車1、2的閑置率相對(duì)較低，分別為19.49%、21.28%，叉車3閑置率為98.95%，基本處于閑置狀態(tài)，出庫(kù)叉車4、5、6、7的閑置率分別是20.28%、62.29%、70.10%、75.66%，除叉車4外，其余叉車閑置率較高，造成配送中心設(shè)施設(shè)備資源的浪費(fèi)。為了使企業(yè)資源的效益最大化，可以適當(dāng)減少叉車的數(shù)量，充分利用設(shè)備資源，并減少不必要的設(shè)備投入。

3 Flexsim仿真模型優(yōu)化及結(jié)果對(duì)比分析

3.1 模型優(yōu)化

為了有效利用資源，需要對(duì)奶粉工廠的物流配送中心模型進(jìn)行優(yōu)化，以提升整體運(yùn)作效率并降低成本。經(jīng)過多次優(yōu)化，最終方案如下。

3.1.1 模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化

減少一條分揀線，將理貨分揀區(qū)的分解器由4臺(tái)減少至3臺(tái)；減少1臺(tái)下放出貨口貨物的叉車，同時(shí)減少2臺(tái)出貨叉車。

3.1.2 模型參數(shù)優(yōu)化

為了提高加工處理器和訂單合成器的設(shè)備利用率，需要適當(dāng)調(diào)整加工和訂單合成的時(shí)間，以確保兩個(gè)過程在時(shí)間上協(xié)調(diào)一致。具體而言，將加工處理器1、加工處理器2和加工處理器3的時(shí)間范圍作如下調(diào)整：將uniform（50s，55s）調(diào)整為uniform（40s，45s），將uniform（40s，48s）調(diào)整為uniform（30s，38s），將uniform（55s，62s）調(diào)整為uniform（45s，52s）。

優(yōu)化后的 3D 模型圖如圖3所示，優(yōu)化后收集的數(shù)據(jù)結(jié)果見表5、表6。

3.2 優(yōu)化后模型對(duì)比及分析

為了對(duì)優(yōu)化前后奶粉工廠配送中心的設(shè)備利用情況和作業(yè)效率進(jìn)行比較，需要將仿真輸出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行匯總分析。這樣可以更好地評(píng)估改進(jìn)后的效果。具體見圖4、圖5。

通過圖4、圖5的優(yōu)化前后仿真結(jié)果對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：通過減少理貨分揀區(qū)的分解器的數(shù)量，調(diào)整加工設(shè)備的處理時(shí)間，分解器1、2、3的加工率由優(yōu)化前的37.02%、46.47%、42.31%分別上升為50.59%、50%、61.71%，加工處理器4、5、6的有效利用率雖無顯著變化，但通過對(duì)其參數(shù)的優(yōu)化，訂單合成器的平均利用率由優(yōu)化前的5.59%上升到9.04%，設(shè)備的有效利用率得到了有效的提升。同時(shí)，因叉車數(shù)量減少，存儲(chǔ)區(qū)下放貨物的叉車1、2閑置率由優(yōu)化前的19.45%、21.28%分別下降到8.45%、7.88%，出庫(kù)叉車4、5、6的閑置率由優(yōu)化前的20.28%、62.29%、70.1%分別優(yōu)化到了16.12%、17.88%、20.55%，閑置率平均下降了32.71%，降低了能源消耗，提高了資源的利用率，減少了企業(yè)的碳排放。

4 結(jié) 論

根據(jù)對(duì)A企業(yè)奶粉工廠物流配送中心作業(yè)流程的分析及利用Flexsim軟件建立的仿真模型，收集了固定設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備的加工率、閑置率等數(shù)據(jù)，并對(duì)優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，理貨分揀作業(yè)是制約該奶粉物流配送中心整體作業(yè)效率提高的主要瓶頸。半自動(dòng)化的“人-機(jī)結(jié)合”作業(yè)整體運(yùn)作效率并不高，但經(jīng)過優(yōu)化后，配送中心整體運(yùn)作效率有所改善。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以該奶粉工廠物流配送中心為例，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和設(shè)定相關(guān)參數(shù)，對(duì)模型進(jìn)行多次調(diào)整和運(yùn)行。優(yōu)化措施主要針對(duì)資源配置和利用不合理的作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，以提高作業(yè)效率，并降低物流成本。這些研究結(jié)果為該配送中心作業(yè)效率的優(yōu)化提供了有價(jià)值的參考依據(jù)。

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