物流仿真 系统仿真 Incontrol ED仿真软件案例四 配送中.pdf

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1、 配送中心配送中心 1 背景背景 Neduco 公司的配送中心效率不高，资源不足。公司要对它进行改进，增设运输车、叉车，加大卸载区域的面积。管理人员想通过研究，来确定运输车、叉车的数量、卸载区域的面积。卡车载着托盘到达配送中心。司机把卡车停在有空位的停车位，再把托盘卸载到卸载区，卸载完托盘后，就离开配送中心。叉车把卸载区的托盘搬运到仓库。几辆叉车可以同时在卸载区域作业。当卸载区域的托盘已经搬运完，叉车将一直等待托盘到来，管理人员也不给空闲的叉车安排其他任务。图 1 作业流程图 2 问题问题 1.增加停车位，可以节约司机的等待时间，那么要设置多少停车位才合适呢？的时间载区域的面积越大，存放的托盘

2、就越多。3 模型任务模型任务 每天 8:0000，到来的卡车数量符合平均值为 40 的负指数分布；每台卡车装载的托盘中心（2.如果雇佣太多叉车，将要支付额外的成本。相反，司机数量太少就不能在规定内完成工作。那么雇佣多少司机才合适？3.卸载区域存放托盘的容量是多少只？已知卸停车位数量、叉车数量和卸载区域的面积是相互影响的。增加停车位的数量，可以减少卡车的等待时间，但是降低了卡车利用率；增加叉车的数量，可以提高托盘的搬运效率，就允许相应地减小卸载区域的面积（即更小存放托盘的容量也满足要求）。因为实际上，卡车到来 1 小时后，叉车才开始工作，所以在这段时间内，托盘堆积在卸载区域。但是一天的工作结束时

3、，叉车会把托盘全部搬运到仓库。到 16:数量符合 6 到 16 的离散平均分布，平均值为 11；那么平均每小时 55 只托盘到达配送55241140车位每小盘(60/2.5)。每天 9:00 到 17:00，叉车把托盘从卸）。每只托盘的卸载时间符合 2 到 3 分钟的平均分布，所以一个停时能卸载 24 只托载区运输放置到仓库的时间，符合 2 到 4 分钟的均匀分中心的托盘数量少，那么卸载区域内的托盘将越积越多，因此停车位和叉车的数量不能少于 3（布，那么一台叉车平均每小时搬运 20 只托盘(60/3)。如果单位时间内，卸载和搬运的托盘数量，比来到配送55243、）。55203 3.1 任务一任

4、务一 计算停车位和叉车的利用率 1、2（托盘到达速率/托盘卸载或搬运的速率，如错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。）。首先研究 3 个停车位和 3 台叉车的模型（33），再研究、等等模型，如果某种模型的运行结果是车队等待时间、工作效率等指标满足要求，就没有必要研究的模型。433455表格表格 1 停车位数量(k1)1=55/24k1 叉车数量(k2)2=55/20k2 3 0.76 3 0.91 4 0.57 4 0.69 5 0.46 5 0.55 考虑到将来作业量增长，该怎么办呢？因为工程实施后，很难再改变停车位的数量和卸载区域的面积，所以如果作业量增加，就得再采购叉车。3.2 任务二

5、任务二 管理人员要求，改进配送中心后，要保证每个卡车司机等待空闲停车位的时间不超过 5 分钟。仿真得出满足要求的停车位和叉车数量的最小值；在这种最小设置的模型中，卸载区域堆积托盘数量的平均值和最大值是多少。4 建模仿真建模仿真 使用 Enterprise Dynamics 软件，有许多方法可以实现这个模型。下面的建模方法，尽量避免了 4DScript 语言，比较适合初学者。4.1 流程描述流程描述 1)卡车来到。没有空车位，则形成卡车队列。2)如果有空闲的停车位，卡车队列中第一辆卡车就到达该停车位，开始卸载托盘。3)托盘堆放在卸载区域，卸载完成后的卡车离开配送中心。4)叉车来到卸载区域。5)叉

6、车把卸载区域的托盘搬运到仓库。4.2 概念模型概念模型 图图 2 4.3 模型原子设计模型原子设计 表格表格 2 原子与系统元素的对应关系原子与系统元素的对应关系 原子种类 系统元素 备注 源原子 卡车 到达时间间隔服从负指数分布 卡车队列 卡车在此等待空闲的停车位 托盘队列 卸载区域堆积托盘 序列原子 仓库 不用设置属性 停车位 Dock 在此毎一辆卡车“变成”6-16 只托盘 卸载托盘 Unload Pallets 2-3 分钟卸载一只托盘 服务器原子 叉车 Forklift 2-4 分钟搬运一只托盘 可用性控制器原子 时间表可用性原子 虚拟的元素 组合这两种原子，用来设置停车位的开放时间

7、和叉车的工作时间 监视器原子 虚拟的元素 显示卸载区域的托盘数量 4.4 生成原子生成原子 从原子库中拖出（按住鼠标左键）1 个Source原子、3 个Queue原子、12 个Server原子、2 个Availability Control原子、2 个Time Schedule Availability原子、1 个Monitor原子，把各原子按照概念模型中的位置摆好，如图 3 生成所需原子对象所示。图 3 生成所需原子对象 4.5 连接端口连接端口 先显示出连接的端口，在 2D模型视图中点击菜单栏中的View/Channels/Enabled，或者快捷键Ctrl+R，会显示出每个原子的端口，点

8、击Queue端口左侧的“+”，增加可连接的端口，然后连接各个端口如图 4 各连接端口的连接所示：图 4各连接端口的连接各连接端口的连接 4.6 定义各种原子定义各种原子 4.6.1 Product原子 在模型中，双击 Product 原子，打开其参数视窗。改变其 Visualization 选项卡中的选项“3D icon”，选择“Cube”。4.6.2 产生卡车的Source原子的设置，其他保持默认值。注：每小时 5 辆卡车到达，所以平均的到达间隔时间 12 分钟（12560）。表格表格 3 Atom name Truck Arrival 间隔时间 negexp(mins(12)第一个到达时间

9、 negexp(mins(12)4.6.3 代表卡车队列、托盘队列、仓库的3个Queue原子的设置，其他为默认值。表格表格 4 Atom name Queue2 Unload area Warehouse 容量 10 100000 10 发送到 4.A random open channel 12.An open channel 1 进入时触发 0 0 2Label(lastarrival,c):=Time 注：1 An open channel，使得该原子产生的产品，尽量从第一输出通道离开。卸载区域的托盘，尽量用第一台叉车搬运托盘，然后才可能用第二台叉车，再依次第三、四台叉车，使得这些叉车的

10、利用率不同。2Label(lastarrival,c):=time 这个命令，每当托盘到达仓库，就把当前时刻记录到托盘的LastArrival标签中。一天的工作结束时，这个标签就记录了最后一只托盘进入仓库的时刻。4.6.4 代表停车场的4个Server原子的设置，其他为默认值：表格 5 Atom name分别为 Dock 1、Dock2、Dock 3、Dock 4 预置时间 0 循环时间 0 离开时触发 1icon(i):=IconByName(Pallet.bmp)分批 2duniform(6,16)分批规则 1 in B out 注：1 Dock产生的托盘离开时，把图标设置成托盘的形状。2

11、duniform(6,16)是 616 的随机离散分布。怎样模拟从卡车上卸载托盘的过程。可以用服务器原子的分批处理功能（Batch），解决这个问题。；但是值得注意的是，卸载一只托盘的时间（2 到 3 分钟），要在卸载服务器（Unload Pallets原子）上进行设置（见表格 6）。4.6.5 代表卸载托盘的4个Server原子的设置，其他为默认值：表格表格 6 Atom name分别为 Unload Pallets 1、Unload Pallets 2、Unload Pallets3、Unload Pallets 4 预置时间 0 循环时间 uniform(mins(2),mins(3)4.

12、6.6 代表叉车搬运托盘的4个Server原子的设置，其他为默认值：表格表格 7 Atom name分别为 Forklift 1、Forklift 2、Forklift 3、Forklift 4 预置时间 0 循环时间 uniform(mins(2),mins(4)4.6.7 设置停车位开放时间的Availability control和Time Schedule Availability原子。Availability control原 子 更 名 为Availability control for truck，设置如右图。Time Schedule Availability原子的设置如下图。

13、注：1 图 5 设置，勾选Inputs，控制Queue2 的输入通道。图 6 卡车时间表中，Down=1 的列，0表示允许通过，1 表示禁止通过。仿真开始的 0 时刻到 8 小时，Queue2 的输入通道允许 图 6 卡车时间表 图 5 设置 4.6.8 设置停车位开放时间的Availability control和Time Schedule Availability原子。Availability control原子更名为Availability control for forklift，设置如右图。Time Schedule Availability原子的设置如下图。注：仿真开始 1 个小时

14、候，叉车才开始工作。因为下班之前，叉车不停地搬运，直到把所有的托盘搬运完，叉车才停止，所以这里不必设置叉车的停止时间。配合使用可用性控制器原子和时间表原子。把时间表原子输出通道与可用性控制器原子的输入通道相连，把两个可用性控制器原子的输入通道分别与 Queue2、与 Unload Area的中心通道相连。图 8 叉车时间表 4.6.9 Monitor原子的设置 表格表格 8 图 7 设置 Enter Subscript Content of Unload Area Refresh rates 60 Variable to monitor contents 1 取消Auto adjust选项 2

15、 勾选Show Y-axis选项 注：1 Y轴的最大值等于固定值 2 显示Y轴 1.编译、重置、运行模型 利用下图所示的控制器来控制仿真的运行速度和运行时间，并利用各个按钮来对仿真的细节进行控制。图图 9仿真控制器仿真控制器 5 设计试验设计试验 试验的目的是观测卡车的平均等待时间、叉车的日平均工作时间、卸载区域的托盘的数量，并得到这些数据的正确可靠的报告。5.1.1 设计试验的相关问题：1单次运行或者子运行的方式，2单次运行需要持续多长时间，3试验的预热期需多长时间，4试验要运行多少次；5研究哪种组合情况（比如 5 个停车位和 5 台叉车的组合，或者、）。333444第一个问题，通常，卡车从

16、 08:00 工作到 16:00，叉车从 09:00 工作到 17:00。但是我们把工作日设成 08:00 到 20:00，共 12 小时，保证系统能应付将来更大的业务。如果仿真运行到 20:00时，叉车还没有搬运完托盘，那么配送中心必须实行 13 或者 14 个小时的工作制。因为我们不允许把当天的工作任务延迟到第二天，所以把试验设置成单次运行，单次运行时间是一个工作日（12个小时）。第二个问题，因为每个工作日结束时系统清空（停车位、缓冲区没有卡车，卸载区域没有托盘），所以可以认为这是一个终结系统（仿真一开始，系统立即进入稳定的状态），不需要设置试验的预热期。第三个问题，每次运行，将产生相互独

17、立的结果，所以至少运行 5 次，才能建立一个达到某一置信度的置信区间，所以我们设置单次运行 100 次是足够的。运行 100 次，每次运行一个工作日，那么相当于模拟配送中心运营 5 个月。第四个问题，从前文（模型任务的任务一）的计算可知，需要研究33、433444的情况。5.1.2 试验步骤：a.定义试验设置：设置仿真方法，观察期，观察次数和预热期，如错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。其他设置保持默认值。b.定义执行方式（PFM）：PFM1 卡车的平均等待时间，Avg Wait(in Min)，avgstay(cs)/60（如图 11 PFM1）。PFM2 叉车日工 作时间，Avg Wo

18、rkday(in Min)，label(lastarrival,cs)/60-60 PFM3 卸载区域的平均托盘数量，Avg Stock，avgcontent(cs)PFM4 卸载区域的托盘的数量的最大值Max Stock，maxcontent(c)图 10 定义试验设置 图 11 PFM1 c.开始试验、生成报告：若生成标准报告，设置置信度为 95%，得到表表 1。表 1 Average St.Deviation Lower bound(95%)Upper bound(95%)Minimum Maximum Queue2 Avg Wait(in Min)1.46 1.521.161.76 0

19、 6.87Unload Area Avg Stock 7 5.495.928.07 0.67 35.03Unload Area Max Stock 43.44 17.7639.9646.92 10 96Warehouse Avg Workday(in Min)443.75 15.96440.62446.88 382.73 489.96 6 结论和建议结论和建议 按照以上试验的方法，分别研究、3343、34、44的情况，从表 1得出错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。表格表格 9 停车位数量 x 叉车数量 输出变量 3x3 3x4 4x3 4x4 卡车司机平均等待时间（分钟）9.0 7.9

20、1.3 1.5 叉车平均工作时间（分钟）483 451 471 443 卸载区域的托盘的数量的平均值 22.5 4.5 21.8 7 卸载区域的托盘的数量的最大值 60.2 37.4 65.6 43 卡车司机的平均等待时间，与停车位的数量相关的。设置 3 个停车位时，等待时间是 8 分钟，比规定的目标时间长。设置 4 个停车位时，平均等待时间是 2 分钟，达到了 5 分钟的要求。在所有组合的情况下，叉车的平均工作时间，达到了 480 分钟的要求。设置 4 个停车位与设置 3 个停车位的情况相比，叉车的平均工作时间减少 20 到 30 分钟。通常把卸载区域的面积，作为其他因素的函数。卸载位域的托盘数量低于 30。为什么 4 个停车位和 3 个停车位的仿真结果相比，停车位的托盘的数量的最大值增大？设置 4 个叉车，与 3 个叉车相比，停车位的托盘的数量的最大值减小。50 只托盘存位，3 个叉车就足够。要记住，这个试验结果是基于试验的设置，试验设置不同，仿真结果不同：例如如果运行 200 天，数据都增加（解释原因）。只有和3444的设置才能满足要求（卡车司机等待时间不超过 5 分钟）。若设置 3 个叉车时，则司机工作量太大。在高峰期时，为了满足托盘数量对卸载区域容量的要求，应提供 70个托盘存位。这种设置的另一个优点是，将来业务增加时，增设第 4 台叉车。