随着互联网的普及与生长、中国移动端用户的增加 ，加上新冠疫情影响下人们减少前往实体店购物的情况下 ，人们通过网络购物也变得越发寻常和须要。据艾瑞咨询统计 ，2018年中国社交电商行业规模达6268.5亿元 ，同比增长255.8% ，成为网络购物市场的一匹黑马
FlexSim是一款用途很是广泛的工具 ，已被用来对多种差别行业中的差别系统进行了仿真 ，在差别规模的企业中乐成运用。此软件已经在各个领域的配送中心的拣选仿真、仓储仿真、产品货仓分拣仿真、生产品流系统仿真、集装箱码头仿真、机场物流仿真等多个领域内获得乐成运用
FlexSim是一款离散事件仿真软件 ，它可以用来模拟凭据离散事件改变状态的系统。常见的状态如空闲、忙碌、阻塞或故障等 ，常见的事件如订单的抵达、产品移动、机械故障等。此软件可解决的三类基本问题：
图1 技术流程 下载原图
1)效劳问题 ，以最低的本钱效劳用户及其需求 ，抵达最高的满意度；
2)制造问题 ，以最低的本钱实时生产所需要的产品；
3)物流问题 ，以最低本钱将正确的产品实时送到正确的地方。
运用FlexSim系统仿真软件 ，可在盘算机内建立研究工具的系统三维模型 ，然后对模型进行种种系统剖析和工程验证 ，最终获得优化设计或革新计划
某电商公司有三款产品A ，B和C。这三种产品一个季度商品进出库数据如表1所示。其中 ，一个季度的A类产品入库量和出库量分为39058、37803 ，基本上不须占用存储货架 ，故属于属于快销品 ，该产品入库后通过托盘化处理、货仓验货是否及格入库后快速出库；一个季度的B、C类产品入库量和出库量分为26639、17284 ，差未几35.12%的货物留在货仓存储 ，故属于普通品 ，入库后必须上到货架进行贮存 ，时常都有备货 ，以应对促销运动等。
表1 一个季度商品进出库数据
| A产品 | B产品 | C产品 | 总计 | ||
| 一月 | 月累计入库量 | 15172 | 8374 | 5886 | 31390 |
| 月累计出库量 | 13697 | 4304 | 7844 | 23887 | |
| 仲春 | 月累计入库量 | 12214 | 2374 | 554 | 15142 |
| 月累计出库量 | 12846 | 1194 | 478 | 14518 | |
| 三月 | 月累计入库量 | 11672 | 4368 | 3125 | 19165 |
| 月累计出库量 | 11260 | 3145 | 2277 | 16682 |
三种类型产品的规格如下：
A产品规格400×400×400mm ，重2.5kg；
B产品规格600×300×600mm ，重1.5kg；
C产品规格300×500×200mm ，重0.5kg。
包装作业流程如下：
其中加工时间如下：
表2 加工时间
| 类别 | A产品 | B产品 | C产品 |
| 无菌装袋 | 15s | 10s | 5s |
| 喷码压盖 | 6s | 8s | 9s |
| 装箱 | 15s | 20s | 18s |
| 总计 | 36s | 38s | 32s |
货仓作业流程如图3所示。
其中部分加工时间及运输速度如表3所示。
产品在货仓理货区进行检验 ，三种类型产品划分通过三个检验台进行检验。A、B、C产品的及格率划分为95%、96%和97%。缺乏格产品直接进入退货区。退货区没有最大容量限制。货仓放宽比为1.1 ，每日事情时间为3小时。
托盘规格 GB/T2934—2007 1200×1000mm
图3 货仓作业流程图
表3 部分加工时间及运输速度表
| 类别 | 加工时间/运输速度 |
| 传送带 | 1m/s |
| 叉车 | 2m/s |
| A产品托盘化处理 | 105s |
| B产品托盘化处理 | 90s |
| C产品托盘化处理 | 120s |
| 检验台 | 2s |
A所需托盘个数：
托盘数=13019.3/7=1859.9
B所需托盘个数：
托盘数=2157.6/6=359.6
C所需托盘个数：
托盘数=960.6/8=120.1
预计仓容量=B所需托盘个数+C所需托盘个数
=360+121=481(托盘)
仓容量=预计仓容量×放宽比=481×1.1=529.1(托盘)
贮存区面积=仓容量×托盘规格
=529.1×1.2×1=634.92m2
高层货架规格为2000×2000×1000mm ，一个货格放一个托盘。需要的货格数量要满足仓容量529.1个 ，货架为20层 ，10列 ，共需要货架个数3个。
凭据货仓整体结构可知货区安排形式为横列式 ，货架之间间距为4m。
入库暂存区长(L)=货格长度×货格列数
=2m×10=20m
入库暂存区宽为(W)=货格宽度×货格排数+货架间距×间距个数
=2m×3+4m×2=14m
入库区面积=L×W=20×14=280m2
A产品平均每月缺乏格数量=缺乏格率×平均每月进库量
=5%×(15172+12214+11672)/3=651(个)
B产品平均每月缺乏格数量=缺乏格率×平均每月进库量
=4%×(8374+2374+4368)/3=201.5(个)
C产品平均每月缺乏格数量=缺乏格率×平均每月进库量
=3%×(7844+554+3125)/3=115.23(个)
退货暂存区面积=(A所需要的托盘数+B所需要的托盘数+C所需要的托盘数)×托盘规格
=(651/7+202/6+116/8)×1200×1000=169.4m2
凭据设定好的结构计划 ，将这些所需的设备模型安排在指定区域内 ，从而形成了完整的实际货仓作业模型 ，如图4所示。
凭据基础准备事情 ，对实际现场合需的设备进行了摆设。在FlexSim系统平台内 ，对所需的设备模型进行挪用 ，实现了对全历程设备模型的建立 ，如表4所示。
首先凭据之前的产能对包装作业区的作出相应计划。按订单生产(make-to-order)凭据客户订单的需求量和交货期来进行生产安排 ，其宗旨在于降低库存。其产能盘算如式(2)所示：
爆发器由上至下划分发出ABC三种产品。凭据之前的产能对包装作业区的作出相应计划：A产品的发货周期为15s发一件 ，B产品的发货周期为20s发一件 ，C产品的发货周期为18s发一件。产品每日收支库订单如表5所示。
利用全局时间表控制A、B、C三种产品爆发器的爆发相应产品的数量。经过喷码压盖后 ，利用RFID技术 ，将产品信息写入系统 ，可以得知其位置和批次。产品抵达入库区的暂存区后 ，进行堆垛打包和入库包装检测 ，在产品入货架后凭据订单需求 ，按批次出库。
表4 三维模型清单列表
| 模型组成 | 实体 | 数量 | 实体功效 |
| 包装作业区 | 爆发器Source | 3 | 发出A、B、C三种产品 |
| 传送带Conveyer | 12 | 将货物输入到入库区 | |
| 处理器1 | 3 | 无菌装袋处理工位 | |
| 处理器2 | 3 | 喷码压盖处理工位 | |
| 处理器3 | 3 | 装箱处理工位 | |
| 入库区 | 传送带Conveyer | 3 | 将货物输入到分拣区 |
| 暂存区Queue | 3 | 堆放产品 | |
| 操作员 | 3 | 将暂存区的货物搬运到下一环节 | |
| 理货分拣区 | 叉车Forklift | 3 | 运送货物 |
| 暂存区Queue | 3 | 堆放缺乏格货物 | |
| 检验台 | 3 | 检验产品是否切合质量要求 | |
| 传送带Conveyer | 6 | 把货物输送到分拣区 | |
| 合成器 | 3 | 把产品托盘单位化 | |
| 贮存区 | 货架Rack | 3 | 存储货物 |
| 传送带Conveyer | 3 | 把货物从分拣区输送到贮存区 | |
| 堆垛机ASR vehicle | 2 | 堆放码放好的货物 | |
| 出库区 | 吸收器Sink | 1 | 吸收出库的货物 |
| 传送带Conveyer | 1 | 把货物从贮存区输送到出库区 |
表5 每日各产品收支库订单
| 入库订单 | 出库订单 | |
| A产品 | 434 | 420 |
| B产品 | 168 | 96 |
| C产品 | 128 | 96 |
| 总计 | 730 | 612 |
通过仿真运行 ，获得了一系列的数据信息 ，以FlexSim图表的形式进行泛起 ，具有简洁性、易明性。本案例一共仿真1天的事情量(3小时)。三种产品存工位货物暂留时间 ，如表6所示。三种产品包装作业区工位、入库区、理货分拣区、贮存区的事情时间占好比表7所示。整体仿真时间为8201.1s ，约为2.28小时 ，在要求3小时内。
表6 暂存工位货物暂留时间表
| 工位名称 | 平均暂留时间 | 最长暂留时间 |
| A产品暂存区 | 708.2s | 1502.2s |
| B产品暂存区 | 1.7s | 1.7s |
| C产品暂存区 | 21.6s | 91.4s |
首先是剖析工位情况 ，寻找瓶颈环节。在生产系统中 ，识别瓶颈工序就是将各工序的实际生产能力与其在给准时间内的可用能力相比 ，计划期内工序负荷率的盘算公式如下：
表7 部分工位事情时间占比
| 工位名称 | 事情时间占比 |
| A产品无菌入袋处理工位 | 79.4% |
| B产品无菌入袋处理工位 | 20.5% |
| C产品无菌入袋处理工位 | 7.8% |
| A产品喷码压盖处理工位 | 31.8% |
| B产品喷码压盖处理工位 | 16.4% |
| C产品喷码压盖处理工位 | 14% |
| A产品装箱处理工位 | 79.4% |
| B产品装箱处理工位 | 41% |
| C产品装箱处理工位 | 28.1% |
| A产品操作员 | 17.6% |
| B产品操作员 | 6.8% |
| C产品操作员 | 5.6% |
| A产品检验台 | 1.5% |
| B产品检验台 | 0.7% |
| C产品检验台 | 0.4% |
| A产品托盘单位化工位 | 79.4% |
| B产品托盘单位化工位 | 30.7% |
| C产品托盘单位化工位 | 23.4% |
| A产品叉车 | 3.4% |
| B产品叉车 | 1.5% |
| C产品叉车 | 0.9% |
| 堆垛机1 | 43.9% |
| 堆垛机2 | 11.2% |
式(3)中：lk为工序k的负荷率；Ti为订单i在工序k上的加工时间 ，含生产准备时间；n为总订单数；td为工序k上加工的所有制品中允许完工的最迟日期；ts为工序k上加工的所有制品中允许开工的最早日期；h为工序k每天的运行时间。
这个环节通过仿真剖析 ，通过表5可知A产品的入库期待时间最长 ，大宗产品堆在托盘单位化工位前 ，可以得出A产品的托盘单位化工位是瓶颈环节。
之后 ，由于B、C产品托盘单位化工位和检验台的事情时间占比低 ，空闲时间较多 ，可以改为一条入库包装检验工位处理B、C两种货物 ，将C产品的托盘单位化工位改为给A产品托盘单位化 ，提升效率。
为了可以实现在入库区、理货分拣区、贮存区、出库区中对产品的数量、位置和批次的信息的收罗 ，本案例应用无线射频识别技术(Radio Frequency Identification Devices ，RFID)进行数据收集 ，为货仓系统的智能化做好基础准备。关于产品的收支库方法 ，本案例选择先进先出法(FIFO,first in first out) ，对产品凭据入库先后时间进行按订单出库及存储 ，凭据批次依次出库 ，让产品停留仓储时间缩短。
另外 ，由于货仓里的事情是大宗重复性的 ，使用操作员分拣不如利用机械手的智能识别功效对产品进行分拣 ，机械手的智能识别功效可以有效制止人在高强度事情状态下泛起的事情过失；自动化的操作模式 ，将有效提升生产系统的分拣精度和效率。并且这样可以大大减少人工本钱 ，在恒久货仓使用的角度上 ，机械手的使用将会降低产品本钱 ，这样可以使产品具有较好的性价比 ，为电商企业的良性生长保驾护航。
产品进入入库区后 ，智能分拣十分要害 ，分拣效率将影响后续工位的利用率。革新后的A、B、C产品智能分拣的流程如图5所示：
实际仓储中的RTID信息收罗环节在仿真中用Flexsim软件中的全局表实现�；凳帧⒋痛⒍讯饣揪萑直硎迪侄圆妨飨虻目刂贫迪侄灾悄芊旨鹆鞒痰姆抡�。例如图6为BC托盘单位化工位订单合玉成局表 ，Row1、Row2划分代表B、C两种产品 ，每列为托盘合成时各产品的数量 ，实现托盘单位化工位可以处理B、C两种产品。
表8 三维模型清单列表
| 模型组成 | 实体 | 数量 | 实体功效 |
| 包装作业区 | 爆发器Source | 3 | 发出A、B、C三种产品 |
| 传送带Conveyer | 12 | 将货物输入到入库区 | |
| 处理器1 | 3 | 无菌装袋处理工位 | |
| 处理器2 | 3 | 喷码压盖处理工位 | |
| 处理器3 | 3 | 装箱处理工位 | |
| 入库区 | 传送带Conveyer | 3 | 将产品输入到分拣区 |
| 暂存区Queue | 3 | 堆放产品 | |
| 机械手 | 2 | 将暂存区的货物搬运到理货分拣区 | |
| 理货分拣区 | 传送带Conveyer | 9 | 运输产品 |
| 暂存区Queue | 3 | 堆放缺乏格产品 | |
| 检验台 | 3 | 检验产品是否切合质量要求 | |
| 传送带Conveyer | 3 | 把产品输送到分拣区 | |
| 合成器 | 3 | 把产品托盘单位化 | |
| 贮存区 | 货架Rack | 3 | 存储产品 |
| 传送带Conveyer | 3 | 把货物从分拣区输送到贮存区 | |
| 堆垛机ASR vehicle | 2 | 堆放码放好的货物 | |
| 出库区 | 吸收器Sink | 1 | 吸收出库的货物 |
| 传送带Conveyer | 1 | 把货物从贮存区输送到出库区 |
凭据上述剖析事情 ，对实际现场合需的设备进行了更新。在FlexSim系统平台内 ，对所需的设备模型进行挪用 ，实现了对仓储物流全历程设备模型的建立 ，如表8所示。凭据设定好的结构计划 ，将这些所需的设备模型安排在指定区域内 ，从而形成了优化后的货仓作业模型 ，如图7所示。包装作业区与之前相同仿真相同 ，进入入库区后 ，凭据RFID技术处理后将A、B、C三种产品的信息录入系统。A产品用传送带循环输入两个托盘单位化工位 ，减少在暂存区停留时间；B、C产品 ，在全局表控制下 ，凭据指定顺序进入BC公用托盘单位化工位 ，之后凭据差别类别进入相应检验台。
三种产品存工位货物暂留时间 ，如表9所示。三种产品包装作业区工位、入库区、理货分拣区、贮存区的事情时间占好比表10所示。对优化前后部分流程事情时间占比比照 ，如表11所示。
由表11可知 ，机械手事情时间占比比操作员事情时间占比高 ，发挥了机械手的能力 ，以及在未来面对产品数量突增的情况 ，仍有很大提升空间；A产品托盘单位化工位由一个变为两个 ，大大提升了处理能力 ，缩短了整体流程时间 ，首次仿真时间为8201.1s ，优化仿真时间为6835.8s ，整体流程处理效率提升16.64%；堆垛机的利用率的获得提升 ，包管出库产品可以准时出库。
表9 暂存工位货物暂留时间表
| 工位名称 | 平均暂留时间 | 最长暂留时间 |
| A产品暂存区 | 2s | 2s |
| BC产品暂存区 | 1401.1s | 3062.3s |
表10 部分工位事情时间占比
| 工位名称 | 事情时间占比 |
| A产品无菌入袋处理工位 | 95.2% |
| B产品无菌入袋处理工位 | 24.6% |
| C产品无菌入袋处理工位 | 9.4% |
| A产品喷码压盖处理工位 | 31.8% |
| B产品喷码压盖处理工位 | 19.7% |
| C产品喷码压盖处理工位 | 49.2% |
| A产品装箱处理工位 | 49.2% |
| B产品装箱处理工位 | 49.2% |
| C产品装箱处理工位 | 33.7% |
| A产品检验台 | 1.8% |
| B产品检验台 | 0.8% |
| C产品检验台 | 0.5% |
表11 优化前后部分流程事情时间占比比照
| 首次流程仿真 | 优化后流程仿真 | ||
| 工位名称 | 事情时间占比 | 工位名称 | 事情时间占比 |
| A产品操作员 | 17.6% | A产品机械手 | 25.4% |
| B产品操作员 | 6.8% | BC产品机械手 | 17.3% |
| C产品操作员 | 5.6% | ||
| A产品托盘单位化工位 | 79.4% | A产品托盘单位化工位1 | 47.6% |
| A产品托盘单位化工位2 | 47.6% | ||
| B产品托盘单位化 | 30.7% | BC产品托盘单位化 | 65% |
| C产品托盘单位化 | 23.4% | ||
| 堆垛机1 | 43.9% | 堆垛机1 | 58.6% |
| 堆垛机2 | 11.2% | 堆垛机2 | 12.5% |
本课题致力于实现对电商包装作业和仓储作业场景的建模与仿真 ，从而凭据仿真结果 ，获得该包装作业和仓储作业流程保存的优势以及毛病 ，并做出合理优化 ，使得全系统抵达一个更优的事情状态。
首先 ，通过电商包装作业和仓储作业流程做出调研 ，并对其包装作业和仓储作业时间数据进行了收集。凭据确立好的研究数据基础 ，在FlexSim软件平台对首次包装作业及仓储作业进行了建模与仿真 ，实现了三种差别类型产品由包装作业到入库、入库到检验、检验到放入货架、出库整套操作流程的可视化和数字化。并以FlexSim图表的方法对仿真结果进行了纪录 ，直观反应出了全套事情历程的优势和缺乏。
然后 ，调解设备模型 ，优化设备参数 ，对首次包装作业及仓储作业做出了升级与优化。第一、凭据首次仿真结果看到：A产品的瓶颈环节是由于托盘单位化工位导致入库产品聚集 ，以及B、C两种货物未几 ，所在的作业流程工位使用率太低 ，所以通过整合优化BC公用一条入库包装线 ，并将C产品的托盘单位化工位给A产品进行托盘单位化工 ，提高工位使用率。第二、通过智能分拣系统提升产品流转效率及应用越发智能化的机械手替代入库区的操作员 ，革新了货仓作业流程的场景。并以优化后的设备模型进行相同条件下的仿真运行 ，同样以FlexSim图表的方法对仿真结果进行了纪录。
最后 ，相较于原有现场 ，整体流程处理效率提升16.64% ，降低了种种制造资源本钱 ，增进了技术的进步与升级。优化的整个历程可以在实际生产历程中应用 ，为电商产品包装和自动化货仓结构提供了一定经验。
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