于维民

摘要：本文结合E公司生鲜电商的实际作业情况及作业数据，对其配送中心冷库区规划方案进行了基于SIM3D的仿真，发现了存在的问题，对仿真结果进行数据分析，找到了影响全局工作效率的瓶颈工序及闲置资源，进行系统优化，得到最终的优化方案，为生鲜电商解决运作高效与存储高效之间的矛盾提供了思路，同时为其节约了资源。

关键词：生鲜电商：多层穿梭车：配送中心仿真

1、研究背景

随着中国的经济突飞猛进的发展，人民的收入水平显著增长，人们对生活质量的要求也在不断提高，农贸市场、社区便民店和超市等居民购买生鲜商品的传统渠道越来越不能满足人们多样化的需求，因此生鲜电商应运而生。现阶段发展生鲜产品业务已经成为电商业新的发展空间与利润增长点。

发展生鲜电商，势必要发展冷链物流。作为冷链物流运作的关键节点，物流配送中心是实现产品快速、准确、按时配送的现代物流基础设施。生鲜电商配送中心既要像普通电商配送中心一样作业效率高，又因为货品的特殊性需要使用冷库存储。如何能够提高宝贵的冷库资源的利用率同时又提高其作业效率，成为生鲜电商企业亟待解决的问题。

多层穿梭车系统是一种由负责水平运动的轨道导引车辆（Rail GuidedVehicle，RGV）和负责垂直运动的提升机（Lift）共同组成的新型仓储系统，于2000年左右在欧洲、美国等地开始陆续投入使用。多层穿梭车作业系统的出现，在极大地提高了仓库空间的利用率的同时也提高了配送中心的作业效率，同时具有很好的适应性，受到很多企业的青睐。因此此处拟采用多层穿梭车式立体库进行规划同时采用SIM3D进行仿真，进而为生鲜电商解决冷库的存储效率与作业效率之间的矛盾提供解决方案。

2、课题研究的现状

欧美、日本等国家，现代物流体系建设起步较早，物流业发展较为完善，对于物流行业指定的相关法律法规也较为完善，这些都使得其发展比我国相对成熟。

Hu Kuan-Yu和Chang Tian-sheng针对自动化作业系统承担生鲜电商配送中心分拣任务的情况，结合生鲜电商产品出入库频率较高，同时包装又不规则的特点，设计了一种更便捷灵活的自动化存储系统，并运用蚁群算法，确定了拣选的最优路线，并通过实际的仿真验证证明了该设计的有效性。

国内相关研究，欧强在基于穿梭车技术的信息化冷库建设的研究中指出当前穿梭车技术在普通仓库的应用已经较为成熟，但对于温度控制比较复杂的生鲜冷库领域的应用还有待探究，并结合实际案例对如何建设信息化冷库进行了研究。王勇胜对生鲜电商的物流配送模式进行了研究，分析了其基础设施水平，信息化程度，法规完善情况，并分析了生鲜电商的发展前景。

从以上文献检索的结果来看，对于生鲜电商配送中心的研究主要集中在两个方面，一是从宏观的角度研究生鲜电商的发展情况，评估目前现状，通过对其物流模式等的研究探究其未来发展的出路，二是从设施设备的角度，探究生鲜电商配送中心的规划，探究具体设备在冷库中的应用，研究新的适合生鲜电商使用的存储及分拣设备。

3、E公司生鲜电商配送中心案例介绍

E公司生鲜配送中心冷库存储区共有2个大小一样的仓库，每个长26米，宽20米，净高9米，总面积为1040m²，容积8320m³。目前库区存储包括进口水果、国产水果、精选肉类、禽蛋产品、海鲜水产、乳品糕点、新鲜蔬菜、方便速食、粮油杂货、饮料酒水、礼品礼券等11个大类，3200多种产品，温度控制在-15℃左右，当前每库每日出库入库单品数量均在5000件左右。

3.1冷库存储区作业区域划分

E公司冷库存储区多层穿梭车式自动化立体冷库分区如下：

此处仓库有比较大的装卸货月台，并且是半封闭式的。为了节约冷库的宝贵资源，尽量将能够不占用冷库区的功能区域放到月台上进行，因此收货区和退货区都位于月台的指定区域，检验区、配合性区域、冷库区办公室这3个区域位于冷库旁边的办公场所内。最终，布置在冷库内部的区域只有入库暂存区、出入库区、存储区、出库暂存区这4个区域。

3.2冷库存储区工艺流程分析

冷库存储区的工艺流程主要包括拆垛、装箱贴标、入库、存储、出库、码盘等工作，这些工作是顺序依次完成的，其工艺流程如下：

4、建立仿真建模

对于物流系统的仿真一般按照如下流程进行：确定仿真软件，建立仿真模型，控制逻辑编程，运行仿真系统，仿真结果分析和优化。

本文根据实际需求采用Sim 3D仿真软件，该软件具有很好的物理效果和高效的仿真能力，具备一定的仿真数据分析能力，非常符合本文的仿真需求。

4.1仿真的要素

对于配送中心的仿真要素进行分析，要遵循模型尽量简化，仿真模型层次化、模块化的原则。

以下是根据E公司配送中心冷库存储区的布置图，同时结合Sim 3D仿真软件进行分析，从而得出的该仿真系统的仿真要素。由于此次仿真主要是测试硬件系统的性能，因此对于入库以前的拆垛、贴标等工序及出库以后的码垛等人工操作的工序不进行仿真。该系统总共包括5个部分：

（1）入库系统

入库系统由4台入库输送机及分别附着在输送机上的4个货物发生器组成。货物发生器用来产生料箱，模拟货物，入库输送机将这些模拟货物送到出入库调度系统的穿梭车上。

（2）出入库调度系統

出入库调度系统主要由环形穿梭车轨道、8台穿梭车、穿梭车管理器、导流管理器构成。

环形轨道用来承载调度系统的穿梭车，8台穿梭车主要负责将入库输送机送来的货物转运给多层穿梭车存储系统的入库输送机，穿梭车管理器主要负责对穿梭车进行任务的分配工作，导流管理器主要用来定义出入库调度系统的货物流向及分配。入库时，货物流向由4台入库输送机经过出入库调度系统流向5台多层穿梭车存储系统的入库输送机；出库时，货物流向由5台多层穿梭车存储系统的出库输送机经过出入库调度系统流向4台出库输送机。

（3）多层穿梭车存储系统

在整个系统中，多层穿梭车存储系统最为复杂，主要包括5台入库输送机、5台出库输送机、10台提升机、70台入库平台、70台出库平台、70台穿梭车、70个穿梭车轨道、10列14层货架、4200个货位。

（4）出库系统

出库系统由4台出库输送机及分别附着在输送机上的4個货物消除器组成。，出库输送机与出入库调度系统的穿梭车进行接驳，其上的货物消除器用完成模拟货物的消除工作。

（5）统计系统

统计系统主要由Experiments插件，Analysis插件，Throughput数据收集器构成。Experiments插件用来完成仿真实验的仿真时间、仿真变量设置工作，Analysis插件类似于Excel用来完成仿真数据的分析、图表绘制工作，Throughput数据收集器用来完成系统的吞吐能力、设备利用情况的数据的收集工作。

4.2建立仿真模型

仿真模型的建立阶段，首先要在分析实际物流系统运行流程的基础上进行仿真实体的布局工作，其次要在分析各个仿真实体之间逻辑关系的基础之上进行必要的编程工作，最后要将仿真的数据进行具体的分析提炼，作为仿真实体的参数进行设定。

基于以上对于E公司配送中心冷库存储区仿真系统结构的分析，同时为了达到尽量真实的仿真效果，此处采用1：1的比例对该仿真系统进行模型的布局搭建，并按照整体系统的实际运作逻辑对仿真模型进行了编程。E公司配送中心冷库存储区仿真系统立体图如下：

5、仿真结果分析与优化

基于以上仿真模型分析、逻辑编程、参数设置的结果进行仿真，采用Sim3D数据统计模块进行整体系统的吞吐量、设备利用率、作业效率的统计。

5.1运行仿真模型

对E公司配送中心冷库存储区仿真系统整体进行仿真，仿真模型整体同时运行，出入库工作同时开展。当仿真实验进行到40分钟左右时出现了明显的系统瓶颈问题，即出入库调度系统的环形轨道上的RGV小车全部载有等待入库的货物，没有小车执行出库任务，而仓库中所有的穿梭车又在等待执行出库指令，没有穿梭车执行入库任务，系统至此陷入死循环，导致整体系统的货物流断流，实验至此停止，没有任何有价值的结果输出。

5.2仿真结果分析

导致以上问题的原因，除了明显能够看到的出入库调度系统的问题以外，系统中是否存在其他问题，我们并不清楚，因此拟将该系统的模块分开进行测试，从而发现每个部分存在的问题。

1.对于多层穿梭车存储系统的仿真研究

根据实验的结果可知多层穿梭车存储系统的吞吐能力约为584件/小时，满足系统设计的目标，并且没有超出太多，因此该部分并不是影响系统作业效率的因素。

由于此处软件底层没有定义设备的状态量，因此无法统计设备的利用率，我们只能试根据实际的布局情况，在满足系统设计目标的基础上减少设备的数量，以求得系统设备的最小数量。

此处对货架的层数进行调整，发现当货架层数为8层，货位数为2400个时，该系统仍然能够完成出入库任务，只是此时应对库存增加的能力下降。

2.对于入库模块、出入库调度模块、出库模块的仿真研究

根据实验的结果可知入库模块、出入库调度模块、出库模块的吞吐能力约为每小时202件，远远小于系统设计的目标，因此此处成为整体系统的瓶颈，需要进一步调整改进。

5.3仿真系统优化

对于物流系统瓶颈问题的处理一般有三种思路：一是提高瓶颈模块物流设备的运行速度，二是增加该模块的设备的数量，三是对该模块进行重新的规划，或者更换更高效的设备。

因为此处出入库调度模块的RGV小车的速度设置到了3m/s，而一般的RGV的速度为120-250m/min，所以其速度提升空间不大，而且由于环形轨道的转弯处为180。转弯，如果将其速度调高，现实中RGV容易冲出轨道，所以不应当对其速度进行调整。因此此处最好的方法是增加RGV的数量，或者对该模块进行重新的规划、更换更高效的设备。

5.4优化结果

通过以上对于E公司配送中心冷库存储区的模拟仿真及三次调整，此处得以最终确定该配送中心冷库存储区的布置及设备参数。

最终能够完成系统任务目标的设备最少数量为：1、入库模块，4台入库输送机；2、出入库调度系统，8台RGV小车；3、多层穿梭车存储系统，5台入库输送机，10台提升机，40个入库平台，40台穿梭车，40个出库平台，8层货架2400个货位，5台出库输送机；4、出库系统，5条辊筒输送线，总长约40米。

此处结合改进后的配置最后一次整体的仿真验证。E公司配送中心冷库存储区仿真的模型如下图，仿真模型整体同时运行，出入库工作同时开展。

以下是对于E公司配送中心冷库存储区仿真系统运行的结果：

规划的目标为每一个库每天10小时出入库数量均为5000件，根据实验的结果可知E公司配送中心冷库存储区仿真系统的入库能力约为500件/小时出库能力约为505件/小时，刚刚能够满足系统设计的目标，最终，保留以上配置作为E公司冷库存储区的最终配置。

经过仿真，虽然增加了出库输送线的长度，但对于多层穿梭车存储系统节约了30台穿梭车，极大的减少了设备投资。此时的空间利用情况接近3000m3，相对于原来采用托盘货架时1000m³左右空间利用率提高了3倍，作业能力为原来人工作业时晌2.5倍。

6、结论

本文通过对于E公司冷库存储区多层穿梭车作业系统的分析，同时结合Sim3D软件，对仿真要素进行了简化、布置、逻辑编程以及实际的运行。通过10小时的仿真运行，发现了整体系统中存在的问题，并通过3次不断的优化，确定了其最终的设备参数及布局情况。

相对于普通货架存储，提高了冷库空间的利用率，同时提高了出入库的作业效率，使得E公司冷库存储区多层穿梭车作业系统的设计可以完成每天出入库量10000件的目标。从而为生鲜电商配送中心通过采用自动化设备在保证冷库空间利用率的情况下提高作业效率提供了思路。