长春理工大学学报基于Flexsim的配送中心拣选作业系统仿真与
Flexsim是一个基于Windows的，面向对象的仿真环境，用于建立离散事件流程过程，像是制造业，物料处理和办公室工作流，这些全都配以令人瞠目结舌的三维虚拟现实环境。本文是一篇长春理工大学学报投稿的论文范文，主要论述了基于Flexsim的配送中心拣选作业系统仿真与优化。
摘要： 本文研究了Flexsim仿真在配送中心拣选流程优化问题上的应用。以某电商物流配送中心为研究对象，建立基于Flexsim软件的仿真模型，实现了该配送中心从接受订单到到人员拣取、分货、直至拣选完成的一系列作业流程模拟，最后根据仿真运行结果总结作业系统瓶颈问题，提出拣选作业流程优化方案。
Abstract： This article studies the application of Flexsim simulation in the sorting process optimization of distribution center. Taking an EC logistics distribution center as the research object， the simulation model based on Flexsim is built to simulate the operation process of the distribution center including order acceptation， sorting， classification and completion. The operation bottleneck problems are concluded according to the simulation result and optimization scheme is proposed.
关键词： Flexsim,系统仿真,配送中心,拣选作业
Key words： Flexsim;system simulation;distribution center;order picking
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)12-0039-03
0 引言
随着社会生产力不断发展和产品生命周期的逐渐缩短，小批量、多品种、高时效的货物不断增加，客户需求的不确定性越来越高，这种趋势要求配送中心运作更高效。在配送中心的整体运营成本中，订单拣选作业是所有作业中成本最高的作业。根据相关统计，订单拣选时间可占到配送中心总作业时间的30%-40%左右;订单拣选成本可占到配送中心总作业成本的60%左右，因此，订单拣选作业作为配送中心的核心作业，提高它的效率，对降低配送中心运作成本的降低有事半功倍的效果。目前，配送中心拣选系统的优化研究往往向拣选设备的半自动化、自动化以及智能化方向发展，鉴于此类设备的投入成本较高、执行风险较大，都要求在系统重置之前对改进的系统进行仿真。系统仿真模拟，既可以对某一时间段内的系统运作情况进行模拟，也可以对整个系统运作的实际过程进行模拟。通过仿真，可以对物流方案进行评价，发现瓶颈环节并做进一步优化，可直接观测到整个系统的运作状况，实现目标性的设计方案等。因而，系统仿真技术应用于配送中心拣选作业子系统的优化，可通过对拣选系统设备、运行策略等的优化，实现拣选作业效率的提高。
1 Flexsim软件介绍
Flexsim系统仿真软件是一套系统仿真模型设计、制作与分析工具软件。它集计算机三维图像处理技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术为一体，专门面向制造、物流等领域[2]。该软件是目前唯一提供原始数据拟合、输入建模、虚拟现实显示、模型仿真实验、优化仿真结果、实现3D实体构建等功能。此外，如图1所示，Flexsim还提供了仿真模型与ExperFit和Microsoft Excel的接口，用户可以通过ExperFit实现输入数据的分布拟合功能，以及通过Microsoft Excel实现数据的导入与导出功能，方便了实现和仿真模型之间的数据交换，包括输出在运行模型过程中动态修改的运行参数等[3]。
Flexsim的应用领域广泛，无论是制造业生产线的瓶颈分析，服务业ISO品管流程仿真，还是在交通运输业整合公路网络等都适用。总的来说，Flexsim的主要功能就是解决生产制造与物流问题等复杂、不确定的离散事件系统问题。其最大的优点是能够实现优化方案的可视化，避免优化方案放在现实系统去一一验证的费时费力之举，是管理决策人员评价优化方案的最有效的方法。
2 配送中心拣选作业系统仿真建模
2.1 系统描述 某H配送中心拣选作业系统流程如图1所示。订单处理人员将8张订单作为一个批次生成拣选单，按照具体分区分发拣选单;各分区拣选人员依据拣选单所标注的储位号找到储位，以S型行走路径拣选以盒为单位的物品进入周转箱，直至在货架储存区域拣选完成;拣选人员以手推车载着周转箱进入分拣区，依次按照拣选单进行分货，直至分货作业完成;由专门拣货员对分类完成的物品进行合并，并送至复核区域待验，如图2所示。
2.2 拣选作业系统的基本设备组成 根据对H配送中心原拣选系统的分析，该拣选作业系统中可总结为摘果、播种、合并三个作业子系统，其功能为物品批量拣取、物品分类、合并运送至复合区待检。各个子系统的设备及其与仿真系统中实体之间的对应关系，以及为了实现仿真功能而需要的辅助实体见表1至表3所示。
2.3 构建H配送中心拣选系统模型
采用Flexsim仿真软件模拟H配送中心一楼(如图3所示)布局，模拟各设备之间的逻辑关系，实现H配送中心拣选作业流程。
2.4 仿真模型运行结果分析
根据资料可得到的实际拣选作业数据，仿真模型设置运行时间单位为1，长度单位为1，通过模型运行收集数据于是达到上表所示的效率需要设置Flexsim仿真模型中的数据对应如表4-6所示。
拣选人员在H配送中心实际模型中处于主体地位，从拣取、搬运、分货均由拣选人员实现，通过模拟仿真运行，可获取其运行数据如表4-6所示。行走占比由记录行走和偏移四个统计值的和组成，约为50%，说明拣选人员行走频率较高;装载和卸载描述了拣取和分货的拣货员动作，装载时间大于卸载时间。 分货作业在仿真模拟中的实现结构为分解器+处理器+拣货人员，因而可以从分解器和处理器的运行数据进行效率描述。分解器动作的闲置和堵塞可以视为各个分区拣选时间和分货时间占比，空闲为等待拣选完成时间，堵塞为分货等待时间;处理器的处理数据可以视为拣选员判断分货位置所用时间，等待拣选员数据可视为拣选员分货动作执行时间，可见分货工作占用时间较多。
模型运行停止后，可通过统计得出各个设备的利用率，图3为拣货人员的工作状态饼状图，图4为充当拣选小车的合成器的工作状态饼状图。
3 拣选作业系统存在的问题及解决方案
3.1 拣选作业系统存在的问题
结合Flexsim仿真模型运行结果、主管访谈获取的信息，可将该配送中心分别在拣选作业方面存在的问题归纳如下：
①各分区拣货员拣取工作的工作量及拣选时间不均衡。部分分区的拣货人员完成拣取作业以及分类作业后，存在等待第二批订单到达的闲置等待问题。该问题主要原因来自于储位分配与货物分区不均、拣选人员拣选速度不均，以及订单到达的偶然性导致的，分区拣选时间不均问题虽不可避免，但可适当进行优化以降低闲置等待时间，提高拣选效率。该库的管理人员试图鼓励员工本着互帮互助的团队精神来解决这一问题，但效果不明显。
②分货作业存在堵塞问题。由于是五个分区的拣选人员要向八个周转箱实现货物分配至门店的分类作业，当两个人同时进行分货时已然存在堵塞，当五个人同时操作就带来了严重的效率损失，且容易发生分货差错。先拣后分类的优点是将摘果法与播种法相结合，可实现拣选作业差异率的降低，采用摘果法拣选时可能存在的差异，在采用播种法分类时得以实现检验摘果拣选作业的功能。从整体上看，该拣选策略是符合零售型配送中心拣选作业要求的，但是分货作业人工操作易堵塞、差错率高、效率低。
③拣货人员工作强度大。具体拣货员拣选作业动作未能在仿真模型中详见，可将其动作分解，如：按序查阅拣选单，确定物品所在储位号，拣选数量;拣取物品放入周转箱，并用笔在数量上作勾选记号;再查阅下一物品所在储位号，循环作业直至拣取该分区全部物品;用手推车将拣选完成物品送至复核区域待验。由于该库的拣选设备有限，如搬运、补货上架、发货装车等操作都是人工实现，操作人员工作强度很大，因而人员流动率高，新员工多必然导致拣选效率下降。
④搬运作业的存在的堵塞问题主要来自于动线的设置，拣取后分货的作业流程要求拣货人员拣取作业后利用手推车运送货物至分拣区分货。如分货环节取消，作业动线将自动消除堵塞障碍。
3.2 拣选作业系统优化对策
针对以上拣选作业过程中存在的问题，可以将问题归纳为两个方面的问题：一是拣选策略运用的问题;二是拣选模式的问题，包括拣选流程以及拣选设备选用的问题。对此，提出拣选作业系统优化方案如下：①优化分区与储位分配等拣选策略问题。根据该库产品特性，建立以均衡分区拣选时间为优化目标的储位优化模型，采用Matlab遗传算法工具箱进行求解。②优化拣选作业模式，即优化拣选作业流程与拣选设备，以缓解分货作业堵塞问题、降低拣选人员行走距离为目标，提出优化拣选模式方案，并利用Flexsim仿真软件建立仿真模型实现模拟运行，并通过对模拟运行所获数据的分析进行方案评价。
4 结论
本文采用Flexsim仿真手段，对拣选策略、拣选模式，包括拣选流程及拣选设施设备共同构成的拣选作业系统建立仿真模型，以提高拣选效率、解决瓶颈问题为目标，通过对拣选作业系统仿真结果的研究，提出该系统存在的问题以及相应的改进方案与对策，这种研究手段和方法不仅对已使用的系统和作业模式可以改进优化，也可对计划中的项目通过模拟仿真进行可行性评估，具有很强的实用性。
参考文献：
[1]秦天保，周向阳.实用系统仿真建模与分析――使用Flexsim[M].清华大学出版社，2013.
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相关期刊简介：《长春理工大学学报》是吉林省教育厅主管、长春理工大学主办、长春理工大学学报编辑部编辑出版的人文社会科学类综合性学术期刊。本刊于1988年创刊，国内外公开发行。本刊由长春理工大学党委副书记刘兆仪教授担任编委会主任，并兼任主编，长春理工大学学报编辑部主任曹立波副编审任常务副主编。读者对象为海内外哲学、社会科学领域的专家、学者，广大社会科学工作者和高等学校文科师生等。
