面向单元货物存拣一体化作业系统的作业能力研究

王成林，范 鑫，张 伟

（北京物资学院，北京 101149）

面向单元货物存拣一体化作业系统的作业能力研究

王成林，范 鑫，张 伟

（北京物资学院，北京 101149）

在分析面向单元货物存拣一体化系统功能的基础上，以系统存储最大SKU数、出入库能力两个主要指标对系统的总体能力进行了评价，对影响系统能力的要素进行了分析，同时利用Flexsim软件构建了系统仿真模型，对设备利用率等进行定量分析，为面向单元货物配送中心的设计提供了依据。

单元货物；存拣一体化；作业能力；配送中心

1 面向单元货物存拣一体化作业系统功能分析

面向单元货物存拣一体化作业系统是为了实现配送中心面向单元货物的作业模式、快速响应订单需求而提出的，是一种基于带式输送的动态存储机构和动态拣选机构相结合的自动货物存拣系统，通过带式输送机实现动态存储机构与动态拣选机构联动的运行模式，其中动态存储机构由动态存储单元组成，每个动态存储单元由若干个标准单元货位构成。系统模型如图1所示。

图1 面向单元货物的存拣一体化作业系统模型图

该系统是针对多品种、多批次、小批量、高频率的物

流作业要求而研发的，是一种直接以单元货物为作业对象的新型物流装备系统，同时能够以单元货物的形式完成存储、分拣、传输等多种作业功能，并可以和目前以托盘、周转箱为作业载体的系统实现无缝对接，形成一个可以满足配送中心P-C-B（托盘-周转箱-单元形式）多种形式的自动化作业要求的物流系统。

存拣一体化作业系统的总体能力是其存储能力、出入库能力、订单完成准时性和订单交付可靠性等方面的综合反映。系统的总体能力是由许多因素共同决定的，各个关键因素之间的合理配置是提高系统能力的重要途径。以下将以系统存储最大SKU数、出入库能力这两个指标分析系统的总体能力。

2 系统存储最大SKU数的分析

系统存储最大SKU数是由系统的标准单元货位数及单SKU占标准单元货位的数量决定的。影响系统标准单元货位数的关键因素主要有动态存储机构的设计参数以及系统的布局形式。通过对这两个关键影响因素的分析，确定它们与系统存储能力的具体关系，明确系统的存储能力。

2.1 设计参数与存储最大SKU数的量化关系

机构的设计参数：

S1：动态存储单元长度；

S2：动态拣选机构的长度（即巷道的宽度）；

X：基础模数长度尺寸；

C：巷道系数（拣选机构长度/存储单元长度）；

设计参数与存储最大SKU数的量化关系为：当动态拣选机构的层数为NH，列数为Nt时，单排存储机构标准单元货位个数：Q=NHNtG；当总排数为NL时，系统标准单元货位个数

当系统存储SKU数与标准单元货位个数的比列为Z时，即每个SKU占Z个标准单元货位时，系统能存储的最大SKU数为：

2.2 系统布局对存储最大SKU数的影响分析

2.2.1 系统布局分析。系统的整体布局也是影响系统存储的最大SKU数又一关键因素。现针对不同配送中心的实际需求，结合系统特点提出了动态存储单元双巷道作业、动态存储单元单巷道作业、混合式三种不同的布局形式，如图2所示。

图2 三种布局形式示意图

2.2.2 整体布局对存储最大SKU数影响实证分析。现以某医药企业为例，将系统运用于公司的拆零拣选作业区域，该区域是一个20m×15m的作业区，现拟定系统中单排动态存储机构的列数为10，层数为3，单个动态存储单元包含的标准单元货位数为10，系统存储SKU数与标准单元货位个数的比列为1，即每个SKU占用1个标准单元货位。单排动态存储机构的长为600mm× 10，高600mm×3，宽1 200mm。单排动态存储机构共有动态存储单元30个,能存储的最大SKU数为300个。三种布局效果如图3所示，布局的对比见表1。

图3 某药企采用三种不同布局效果图

表1 三种布局的对比

3 系统出入库能力的计算

存拣一体化作业系统以动态拣选机构作为拣选设备，系统的出入库能力可以用拣选机构的工作循环时间来评价，拣选机构单位时间内存拣的单元货物越多，出入库速度越快，系统的出入库能力就越强。

3.1 不同布局形式拣选机构的作业方式

存拣一体化系统中的拣选机构的作业方式主要由订单决定，当一张订单中包含多种货物时，拣选机构在一个工作循环中将会对多个货位进行作业，完成多个单元货物的拣选。

对于动态存储单元双巷道作业布局形式，拣选机构单一作业方式即拣选机构从出入库台取若干个单元货物送到指定的货位，然后返回巷道口的入库台（单入库）；或者从巷道口出发到指定的货位去取若干个单元货物送到出库台（单出库）；复合作业方式有两种，方式一是拣选机构A与拣选机构B同时对某一货位进行作业，拣选机构A在货位出库端执行出库作业，拣选机构B在货位的入库端执行入库作业，实现“前出后补”的作业模式，如图4所示。方式二是拣选机构从出入库台取若干单元货物送到指定的若干个货位，然后直接转移到指定的出库货位，取出其中的货物单元，回到出库台出库。

图4 “前出后补”作业模式

3.2 不同作业方式下系统出入库能力的计算

拣选机构单一作业时间的计算：

对系统的变量设置如下：

Nt—存储机构列数（m）；

NH—存储机构层数（n）；

tt—拣选机构在货位之间的移动时间（s）；

ts—拣选机构在出入库工作台移动的时间（s）；

tij—拣选机构运行到某特定货位的时间（s）；

tf—被拣选货物在皮带上移动的时间；

tp—拣选机构直接由入库平台运行到出库平台所需时间；

tt—拣选机构在货位之间的平均移动时间；

k—拣选机构完成一次出入库作业所操作的货位数。

设拣选机构单次作业中水平运行距离为L(m)，其中加速、匀速、减速运行的距离分别为L1、L2、L3，提升的总高度为H(n)，提升速度为V4，则下降的总高度也为H(n)，下降的速度为V5，动态货位处皮带运行速度为VP，执行作业时存储单元皮带总长度为S，出入库运行时间见表2。

表2 出入库运行时间表

由此可以推导出系统完成对一个货位出入库作业的平均单循环时间计算公式：

拣选机构多货位作业时间的计算：

以入库平台为原点，存储机构的列方向为x轴，层方向为y轴建立直角坐标系，则货位的水平距离L是列数m的函数，记为L(m)，高度H是层数n的函数，记作H (n)。从货位{L(mi)，H(ni)}到货位{L(mj)，H(nj)}的时间即为tt，则：

拣选机构单一作业方式的作业时间计算公式为：

设单一作业方式下共完成出/入库的单元货物数为N单一，则单元货物的平均出/入库时间系统的出入库能力为

复合作业方式一拣选机构作业时间的计算：

设在该作业方式下执行入库单元数为N1，出库的单元数为N2。

系统的出入库能力为：

复合作业方式二拣选机构作业时间的计算：

完成作业的单元货物数为N复合，则系统的出入库能力为

3.3 基于Flexsim的系统作业效率影响因素分析

借助Flexsim仿真软件对系统的出入库能力进行分析，以便分析各种因素对其作业效率的影响。仿真的数据模型是基于配送中心订单生成的，通过对订单的分析确定其具体的分布函数，从而确定使用的存储策略。仿真时以某企业的订单数据为基础，订单中包含的单元货物的数量为106件，采用随机分布的分布形式。设备参数为：拣选机构水平运行速度为120m/min，垂直运行速度为30m/min，存储机构与动态拣选机构皮带机的运行速度均为30m/min。

具体仿真步骤：

（1）采用不同的布局形式，在相同的作业方式下完成订单的分拣。

（2）相同的布局形式下，采用不同的作业方式下完成订单。

（3）相同条件下，改变动态拣选机构的运行参数，完成订单。

（4）相同条件下，改变巷道系数，完成订单。

（5）相同条件下，改变辅助设备参数，完成订单。

（6）更换不同的订单数据，重复（1）-（5）。

在不同条件下完成对订单的分拣，由订单完成时间

及订单中包含的单元货物数量可以得到单元货物的平均出库时间，从而衡量系统的作业效率。通过系统仿真最终明确了影响系统作业效率的主要因素有：系统的布局形式、系统的作业方式、货物的存储策略、设备的运行参数。通过仿真确定企业的合理布局形式时，在效率分析的基础上，还需分析不同布局形式下各拣选机构的利用率，上述环境下三种布局形式拣选机构的数量分别为9,5,7，利用率见表3。最终以系统作业效率高、拣选机构利用率高的动态存储单元单巷道作业布局为企业的布局形式。

4 结语

本文提出了一种以单元货物为作业对象的物流装备系统，并以系统存储最大SKU数、出入库能力为评价指标对系统总体能力进行了评价。在适用条件下，该系统所存储的最大SKU数是同等规模重力式货架的3倍以上，单个动态存储单元可以实现多个单元货物的存拣需求，拣选效率提高50%以上，符合配送中心存拣一体化的发展趋势。

表3 三种布局形式下拣选机构利用率

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提前期标准差：

按时间序列检查法，如果离合器总泵补充器材满足器材需求，其供给率需达到最高值，按99.99%计算，安全因子为3.72， 则：

由于离合器总泵在该单位属于常耗器材，离合器总泵的理想库存数量最大值为平均需求量与安全库存量的和，即离合器总泵理想库存数量V=ss+Q=8.61+ 32.16=40.76，即41个。

[参考文献]

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Study on Operational Capability of Unit Cargo Oriented Storage-sorting Integration System

Wang Chenglin,Fan Xin,ZhangWei
(Beijing Wuzi University,Beijing 101149,China)

In this paper,on the basis of an analysis of the unit cargo oriented storage-sorting integration system and with the maximum SKU storage and inbound/outbound capacity of the system as the main indexes,we evaluated the overall capacity of the system,studied its influence elements and at the same time,used the Flexsim software to build the simulation model of the system and have a quantitative analysis of the utilization factor of the equipment in the system.

unit cargo;storage-sorting integration;operational capability;distribution center

F224;F253

A

1005-152X(2016)10-0082-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.10.021

2016-09-05

北京市教育委员会大学科技园科技成果转化、物流管理与工程科研团队项目

王成林（1979-），男，北京物资学院产业研究院常务副院长，博士，硕士研究生导师；范鑫，男，北京物资学院硕士研究生；张伟，男，北京物资学院硕士研究生。