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物流效率的仿真实现
发布时间:07-07-08 21:01:19 来源:本站原创 点击次数:
企 业:丰田
设 备:叉车
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    根据世界物流技术的发展,物流大致经历了人工物流、机械物流、自动化物流、集成物流和智能型物流几个阶段。人工物流无处不在,智能型物流在当今先进的物流系统中初步得到实现。

    对于大、中型自动化物流系统,一般皆是工艺复杂、设备繁多,在总体工艺方案设计过程中,一般要进行系统仿真,以保证整个系统设备配置(性能、数量等)的科学性、合理性、经济性,相当于优化设计。通过仿真计算得出的数据和参数可以校核总体设计是否合理,为方案论证、能力设计提供理论依据,并可预先了解方案实施后物料存储和输送过程中的各种动态统计性能,如物料流量、设备利用率等。国内物流仿真专家分析数据表明,应用仿真分析方法改进物流系统方案后可使总投资减少30%。
新一代仿真软件
    随着信息化的深入,计算机仿真在仿真领域中的应用价值更加体现,并发展成为一个专门的领域。而毫无例外的是,仿真应用软件也同计算机程序设计思想一样,经历着从面向过程向面向对象的一种转化。从没有专门的仿真语言,到专用的过程仿真语言,再到后来的对象仿真语言的发展,也仅仅是50年左右的事情。


    那么,怎样对繁多的仿真软件进行判别呢? Averill Law 和 David Kelton两位物流仿真软件分析专家,在2003年出版的《仿真建模和分析》一书中提出了一些标准,编选如表1所示:



针对以上公认特点,日本人工智能股份有限公司开发研制了新一代的仿真软件——RaLC-Brain仿真技法软件。RaLC为 Rapid Virtual Model Builder for Logistics Center Verification的缩写,意即RA简单介绍如下:
RaLC-Brain仿真技法软件是制作物流配送中心三维仿真模型的工程工具软件。可以导入DXF文件格式的CAD I/F图像,具备以DXF文件格式导入Texture的功能。可以生成LOG和各种数据分析图表。动画输出为:AVI文件和Fan模型: 是自带执行程序的模型文件。不受产品加密设置的限制,任何电脑上都可以运行,具有超出AVI文件几倍的视频演示和仿真模拟效果。
特点:交互式面向对象建模环境;模型建设周期短;设备对象封装;设备人工智能属性;多种类型报告输出;一体化统计分析;越用越强大的设备库;仿真系统中各元素轨迹全记录。

优点:仿真领域新型软件;价格低廉;从系统仿真的角度切入;引入人工智能理念,实现系统自我优化;设备对象全3D表示;能够实现从概念演示到工程模拟的不同层面需求;独特的FAN模型。
当然,无论我们将选择标准怎样具体划分,我们所关心的也不外乎是否做到仿真、是否创造价值、是否技术简便,以及因为发展到目前的而不得不说的是否可视化。


仿真技法案例
这里笔者结合通过使用RaLC仿真技法软件的两个实现案例,对以上做出简单的具体说明。

案例一:食品超市配送中心仿真验证
案例一是使用滑移式自动立体仓库、拣货车、投送式传送带、叉车等设备的某2层食品超市共同配送中心。配送中心使用面积10,000平方米,日出货总量5000箱和2500个周转箱,实现对40家店铺日用杂货、酒类等8大类25000种产品的配送。
首先根据配送中心的业务需求(见表2)建立起初始布局模型,RaLC快速建模的优点可以使设计方用非常短的时间完成。然后设计方可以根据我们的具体情况选择仿真时段。这里我们选择4个小时。



图1所示为配送中心初始方案。然后利用RaLC仿真软件和附带工具,得到如图2和图3的统计表格。从图2可以直接看出,目前这个配送中心存在着某些设备(或人员)一直处于紧张工作状态,而另外的设备(或人员)则间歇性的空闲。另外图3更清楚的表明了配送中心中各个设备的工作效率。此时可以说,因为设备或员工资源配置的不合理,造成了当前配送中心实际上并没有得到最科学的工作状态。

根据的经验,设计方认为“存在等待的不应该等待”,所以我们在平常时可能会直接命令他要工作。而实际上,在这里就犯了“一叶障目,不见泰山”的错误。为什么,因为我们目前的应该关心的是这个配送中心效率,而不是某一个作业员,更不用说我们获得了作业员的“积极”,实际上得到整个系统的“不积极”。而对于拣选部分,我们明显可以看出,因为取货时间和放货时间过长,虽然拣选人员的无时不刻的工作,但并没有系统的工作效率。我们必须认真面对这种博弈。

这种格局需要调整。针对部分区域拣选人员取货、放货的时间消耗过大,利用RaLC软件随时改变随时仿真的特点,对改变后的方案随时验证。经过反复验证后,可以得出图4的一种格局,和相关此种格局的图5、图6两种报表。根据图表比较显示,在这种格局下,配送中心中各个元素工作连续性明显改善。



对于图6我们可能质疑,部分元素的放货等待时间增大。那么事实上如何呢?图5告诉我们,原来配送中心要用四小时完成的工作,再通过验证改变格局之后,只需要三个半小时就能够完成了,而且优化了4名员工。



根据不同的方案,得出了初始选择4小时模拟时段的数据对照见表3:
通过仿真验证,无论从时间上还是员工数量上,我们都为当前的配送中心找到了一个更好的资源配置模式。利用RaLC仿真技法软件,省却了传统仿真软件仿真周期长,精力投入巨大的麻烦,实现了用效益要效益。
对上面提及配送中心的仿真,属于对已有工程的验证优化,而我们的更多期冀,还是在巨额投资之前进行仿真,比如说工厂的方案仿真。





案例二:工厂建设仿真
图7是一个保健饮料生产线的投标设计方案。整个工厂分为两层。一楼自动立体仓库的前面是原料、制品的进出库码,在二楼进出货。二楼有砂糖等原料的保管室、调整室、颗粒抽出室,制作主要成分。一楼有洗瓶室、填充室,然后封瓶,在包装室内用小纸箱、外包装箱、拼合包装箱进行包装。





平面设计图为我们传达了静态的布局规划信息,但是设施装备的布局、机械设备的选型、作业人员的配置、作业流程的优化、货品处理能力和业务拓展能力的分析预测等等动态预测,只有经验丰富的专家才能做到,而且还不得不说“智者千虑,必有一失”。有些工程师尝试运用局部环节的模拟验证方法,力图在静态数据和局部数据的计算和推测中得到问题答案。但是,事实证明,这种尝试不但没有解决问题,还可能引领人们步入歧途,庞大的数据处理工作难免增加了“系统验证”难度。




RaLC仿真技法软件从这些角度切入,提供三维动画仿真模型图9、图10。由于它除了平面设计图所提供的平面和静态数据之外,在工厂设计目标(新建、扩建、改造等)和工厂用途、仓储能力、进出库能力、主要经营产品及其注意事项等工程概要的基础上,还对三维仿真模型融入了作业计划、人员配置、机械设备、商品、货位、入库、分拣和发货等丰富的重要数据。
在用短短几天完成从平面到立体的仿真建模之后,还可以利用RaLC软件提供的仿真器或者模拟器进行验证仿真,预测发生于未来的可能问题。

应用RaLC软件迅速布局已经基本成形的设备(或工人),明确它们之间的作业关系之后立刻可以模拟模型。迅速模拟功能使三维动画模型更加有效、更加具体、形象、直观而富有动感,客户可以在动态中把握工厂的所有情况。

随着计算机技术的发展,现在具备三维动画属性的仿真模型不仅空间视频感觉强烈,而且作业环节全面。通过仿真模型,完全可以观察到工厂设备、工人和货品等整体和个体生产要素的运动轨迹,全面反映了整个工厂模型的运动情况、设备的运行情况、工人的工作情况和货品的流动情况。

建议业界着手施工新建工厂和物流中心之前,最好在计算机三维动画虚拟平台上建立一座工厂,事先进行各种各样的仿真实验和系统评价,反复改进和优化工程设计方案,获得最佳系统仿真验证方案。这样就可以事先发现和排除各种故障、瓶颈和问题,在此基础上获得的预测、判断和决策,显得更加具体、全面而英明,富有预见性和战略性。

仿真模型能使用户防患于未然,使用户有限的资源获得合理的配置,从而使用户的资本得到最高的回报。


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