多层立库穿梭车运输系统优化仿真

武明月 谢旦岚

摘要：近年来物流仓储中多层立库的新概念提出，多层穿梭车立库可以利用穿梭车在任意一层货架的任意一个巷道内进行出入库作业，在相同的空间里容积率得到了较大的提高。使用FlexSim对多层立库穿梭车进行仿真，经过多次仿真实验，将原有的多层立库双向穿梭车改为四向穿梭车作业，使运输工具的入库利用率提高了20%。仿真结果表明，该方案可大大提升仓储能力，模型优化效果明显，从而验证了该优化方案的可行性。

关键词：多层立库穿梭车;FlexSim;仿真优化

自动化立体仓库，是近年来物流仓储中出现的新概念，操纵立体仓库设备可 轻松实现仓库的存取自动化、操作简便化;自动化立体仓库，已成为当前技术水平较高的形式。仓储物流系统已经不单单是一个存取物料的自动化立体仓库，它已经逐渐扩大成为一个整体的物流输送系统，成为了企业生产、销售等过程中不可或缺的一个环节。随之而来的，客户对仓储物流系统的输送效率、精确度、稳定性等方面的要求也日益提高。在这样一个大的背景下，多层穿梭车立库可以利用穿梭车在任意一层货架的任意一个巷道内进行出入库作业，在相同的空间里容积率得到了较大的提高。运用FlexSim系列仿真软件，可以在计算机内建立研究对象的系统三维模型，通过模拟运行为分析者提供准确的运作绩效报告，之后进行方案 评估最终获得优化设计和改造方案。本文提出一种改进运输工具的优化方案。该方案优化双向穿梭车，模拟新型智能化设备四向穿梭车，从而增加运输方向，提高仓储能力。

一、京东大连仓多层立库穿梭车的简介

多层快速穿梭车系统是由小车、行走机构、存取机构、轨道系统组成，这种基于穿梭车的新型密集仓储系统，根据穿梭车是否可跨层作业，可分为两种作业模式—单层作业模式和跨层作业模式适用于小尺寸、多规格物料的高速缓存系统，具有柔性化、集成化、网络化、高精度、高速高效、稳定可靠以及节能环保等特点。 穿梭式子母车系统是一套新的密集仓储系统，货物或穿梭母车通过升降机进行换层动作，穿梭子车通过穿梭母车的接驳实现货物的流转，再辅之监控系统（WCS）、仓储管理系统（WMS），从而实现货物、子车、母车在库内的存储管理。该系统较之堆垛机式自动化立体系统具有库容量大、集成度高、可扩展性强等特点，在冷链物流、医药、烟草等行业有广泛的用途。

二、仿真应用后的优势

（1）可根据客户需求为其量身定制穿梭车系统。如，提供直行穿梭车和转轨穿梭车，用以解决客户高节拍、低投入的双向选择;穿梭车可根据货物大小进行货叉夹抱式设计，从而实现一定范围内货物大小兼容存储，适用性更广;根据客户场地布局，可定制设计穿梭车，实现单伸位、双伸位多项选择;根据巷道的数量、长度及层高，穿梭车供电 模式可配置为电池式和滑触线式。

（2）影响多层穿梭车系统效率高低的一个瓶颈是巷道端面货物提升机，因此为提高多层穿梭车系统整体竞争优势，自主研发了快速高效的双轿厢式提升机，节拍效率是普通往复式提升机的3～4倍，大大提高了多层穿梭车系统出入库效率。为解决空间场地多样化的方案布局，同样自主研发了高效的巷道端面式和巷道侧面式穿梭车提升机，从而为穿梭车系统提供整套设备，在满足客户需求前提下，能针对客户需求进行相应的设备功能、结构上调整，最大限度满足客户需求。

（3）有些多层穿梭车系统还具备有绿色节能的优点，甚至荣获了“中国绿色仓储与配送技术与设备标识”证书，也体现出了穿梭车的长远投资回报效果。

（4）增加穿梭车的运动方向。由于多层立库建立是厂库里面的货架都是连在一起的，只有两列货架之间才拥有一些缝隙，之后穿梭车的发明，让这些缝隙有效利用，但是也就是这样的货架排列方式，使穿梭车在研究初期只是让它前后进行储存和分拣货物，这就导致了在时间的利用率会降低很多，于是我们现在提出把穿梭车的前后向移动的方式改进为前后左右四向发展，在时间上可以节省出更多的时间。

三、应用案例

为了对京东大连仓多层立库穿梭车进行仿真建模，运行FlexSim软件，不同的AGV在同样的工作时间和工作模式下，按照所需的仿真实体对象添加对象并按照该自动化立体多层仓库的平面布局图进行布局，然后进行逻辑编辑，以实现所需功能，如下图为仿真效果模型：

在仿真模型中输入相关参数，对同一个穿梭车由双向改为四向的模型记录优化后各個关键设备的数据，将优化后各设备的数据导出，选择与之前相同的90%的置信区间。

①优化前：双向穿梭车在90%的置信区间下的利用率的数据分析

上图表示优化前四种穿梭车的利用率最低为25.27%，最高为65.50%，可得出双向穿梭车在配送中利用率较低，而且不同的穿梭车之间利用率差距居然到达了39.93%之高，这四种样品标准差分别为1.26、1.40、0.69、0.35。

②优化后：四向穿梭车在90%的置信区间下的利用率的数据分析

上图表示优化前四种穿梭车的利用率最低为53.52%，最高为89.09%，可得出四向穿梭车在配送中利用率基本上满足50%以上，而不同的穿梭车之间利用率差距为35.57%，这四种样品标准差分别为2.74、2.81、0.49、0.20。

③优化前后数据分析得出结论

经过对①和②中的图表分析可知我们四向穿梭车比双向的入库利用率提高了20%左右，而且多个穿梭车之间的差距也在逐步减少，由此可得四向穿梭车的仿真模型很成功，可以帮助物流仓储货物更快入库，提高了货物存取速率，增强运输系统的鲁棒性，提高了关键设备利用率。将出入库输送系统划分为多个模块，既节省了成本，使空间布局更为紧凑，整体输送能力也得到优化，所以京东大连仓多层立库穿梭车仿真优化方案值得实施。

参考文献：

[1] 谢旦岚，俞海宏，陈靖，高志蓬，章张浩.自动化物流设备充电模式的仿真优化研究[J].系统仿真学报，2017，29（09）：2213-2220.

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[4] 邹佰翰，夏鑫，张吉懿.基于贪心策略的环形穿梭车调度算法设计[J].网络安全技术与应用，2020（04）：52-53.

[5] 曹伟洁. 四向多层穿梭车系统建模与优化研究[D].山东大学，2019.

作者简介：武明月（2001.11.09），女，汉族，河北邯郸人，学生，专业：物流工程。

谢旦岚（1992.11.19），女，汉族，浙江绍兴人，讲师，硕士，主要研究方向物流系统仿真。

（作者单位：大连东软信息学院）