Flexsim堆垛机模块优化研究

文/李 霞 胡林艳 罗曼琳

随着物流行业高速发展，智能化和高效化的自动化立体仓库已成为现代物流不可或缺的重要环节，其作业能力影响着整个物流系统的效率。作为自动化立体仓库的关键设备，堆垛机的效率在一定程度上直接决定了立体库的出入库能力。

为了评估关键设备及整体物流系统能力，越来越多的项目方案会通过仿真软件来进行方案验证。Flexsim是物流仿真市场上应用最为广泛的一款离散事件系统仿真软件，它集计算机三维图像处理技术、仿真技术、人工智能技术和数据处理技术于一体，能为用户提供原始数据拟合、输入建模、图形化模型构建、虚拟现实显示、仿真结果优化和三维动画影像文件生成等功能。另外，Flexsim允许在相应的.NET环境中修改模型代码，增强了Flexsim本身的二次开发能力。

然而，对于Flexsim堆垛机模块仿真结果的真实性、准确性还有待验证，本文就Flexsim堆垛机模块存在的问题加以分析和研究，通过二次开发的方式对堆垛机进行优化，以得到更真实可靠的仿真数据。

一、以某自动化物流系统为背景开展研究（设计前提）

某自动化物流系统项目已投产使用3年，整个物流系统处于平稳运行状态；本次研究的对象为堆垛机，因此选取一个巷道进行仿真建模研究，如图1。在项目运行过程中，对堆垛机效率起到至关重要作用的是堆垛机设备设计参数和货架库容设计，根据堆垛机技术协议并结合项场实际情况，堆垛机参数如表1；按照项目需求，单排货架设计总高18.75米，长56.905米，总计741个货位。

图1 现场布局图

图1 堆垛机日志和整理后每个任务的时间

表1 现场堆垛机参数表

本项目堆垛作业流程较为简单，一是入库作业：堆垛机在入库输送机取货，行至指定货位放货；二是出库作业：堆垛机在指定货位取货，行至出库输送站台放货。为了仿真与现场进行对比，从而判断现有堆垛机模型是否满足，本次研究收集了为期15天的现场堆垛机运行日志，作为仿真与现场对比的依据，堆垛机日志如图2；通过对堆垛机日志分析，剔除无效数据后整理得到每个作业任务的时间，如图2。

表2 优化前仿真结果分析与现场 数据对比

表3 优化前后仿真结果与现场数据对比

二、仿真建模

基于某自动化物流系统项目特点，运用Flexsim进行建模。通过堆垛机仿真运行时间与现场时间对比，分析仿真堆垛机模型问题所在。

1.模型参数设置和整体布局

根据本次研究选定的项目仿真内容，仿真模型只需1个发生器、1个吸收器、2台输送机、2排货架和1台堆垛机。关键设备货架、堆垛机参数严格按照图1和表1设定；整体布局，根据项目图纸进行1：1建模，如图3。

2.仿真关键逻辑设置

此项关键技术难点是实现仿真与现场作业任务的匹配，以及堆垛机作业任务时间的采集对比。本模型运用到了“全局表”，将上述图2的数据再进行细化形成Excel表导入到仿真模型“全局表”，使发生器产生的货物添加标签，并赋上“全局表”中的标签值，然后根据标签值判断货物是入库，还是出库，进而实现仿真与现场作业任务的匹配。全局表，如图4。

堆垛机作业任务时间的采集，同样运用到“全局表”图4，当堆垛机接收到任务时，记录时间1，堆垛机运行并装载到卸载货物后，再次记录时间2，将时间2减去时间1，便是堆垛机作业此次任务的时间，然后将该时间写入到“全局表”，便可直观的进行对比分析。

3.堆垛机作业结果对比分析

仿真模型设置完成后，多次运行模型，输出仿真数据并与现场数据做对比。通过对比分析，堆垛机的仿真运行时间与现场数据存在一定差距，其偏差约为9.4%。具体如表2。

研究小组就这一偏差，对仿真堆垛机和现场堆垛机进行了深入研究，分析得出产生较大偏差的原因：

图3 仿真建模和堆垛机参数设置

图4 全局表

图5 优化后的堆垛机模型和参数添加

图6 部分代码

仿真现有堆垛机模型垂直方向和伸缩叉运行，缺少加、减速度设置。

现场堆垛机伸缩叉运行有空载和实载速度之分，仿真堆垛机仅为一个参数设定值。

堆垛机放货完成后，货叉未回到原位，模型堆垛机就结束任务时间的记录。

缺乏微升微降的动作。

三、堆垛机模型优化

1.优化目标

综合分析，原有堆垛机模型参数设置、动作与现场堆垛机存在差异，若实现与现场一致的功能，根据Flexsim仿真软件特点，需进行二次开发优化。

2.优化过程

围绕现有堆垛机升降、伸缩叉无加减速度，以及缺少微升微降动作等展开二次开发工作。在Flexsim软件对设备进行二次开发，需要运用到软件自带供客户自定义开发的模型BasicTE。首先需对BasicTE外观及部件进行处理，即三维模型的导入设置，本次将堆垛机三维模型进行了重新建模，使其与现实更接近；其次再添加设备参数变量，方便后续堆垛机参数变动的更改，本次研究以标签的形式添加，如图5。之后，编写Flexsim脚本语言再结软件特有的运动学实现堆垛机作业动作，经过多次调试修改优化，最终实现仿真堆垛机动作、运行参数与现场一致。

通过代码、标签等实现堆垛机动作后，接下来是对堆垛机作业时间进行记录。结合实际需求把堆垛机的运行状态分为空闲、空载、满载等六种。堆垛机模型中不同的运动状态通过发送消息的方式记录堆垛机的状态，并统计此状态的时间。经过多次调试修改优化，最终实现作业任务时间的完整记录。部分代码，如图6。

3.优化结果

优化后的堆垛机模型，弥补了原有模型的不足。设置优化后的堆垛机设备参数，再多次运行仿真模型，输出仿真数据。经过对比分析，优化后的堆垛机与现场堆垛机的偏差为2.0%，与优化前堆垛机的偏差率相比降低了7.4%，基本实现了优化目标。如表3。

四、总结

本文以优化Flexsim堆垛机模块为研究目标，重新建模和编写逻辑代码来实现Flexsim软件堆垛机模块的二次开发，实现了其XYZ三个方向的速度和加速度参数均可自定义，以及对仿真模型动作、外观进行了优化。通过对比优化前后的仿真数据与现场数据的差值，得到优化后的堆垛机模型与现场数据更为接近，结果达到预期目标。实现Flexsim堆垛机模块的优化，为保证仿真中堆垛机的可靠性、实用性和真实性起到了关键作用。同时，为后续Flexsim软件其他模块的二次开发提供了重要参考价值。