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當(dāng)前防汛防旱工作形勢嚴(yán)峻、任務(wù)繁重,加快推進(jìn)防汛防旱應(yīng)急能力建設(shè),提高水災(zāi)旱災(zāi)應(yīng)對能力,已迫在眉睫。[1]防汛防旱物資的倉儲管理是開展防汛防旱工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在國家防汛防旱搶險(xiǎn)工作中發(fā)揮著不可替代的作用。但目前倉庫基礎(chǔ)設(shè)施落后,倉儲自動化、信息化、機(jī)械化程度相對較低,倉儲物資欠缺動態(tài)管理,與靈活機(jī)動的現(xiàn)代化倉儲策略存在差距,難以連續(xù)應(yīng)對多地域突發(fā)的洪澇災(zāi)害事件同步快速響應(yīng)等,因此,文章基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)分析了防汛防旱物資智能倉儲系統(tǒng)效率、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價,為未來防汛防旱物資智能倉儲應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

當(dāng)前,仿真技術(shù)已經(jīng)成為分析、研究各種復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具,它廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域和非工程領(lǐng)域。[2]Simio仿真軟件是美國LLCSimio公司開發(fā)的通用仿真平臺,既可用于離散事件仿真,也可用于連續(xù)事件仿真,已經(jīng)成功應(yīng)用于制造、供應(yīng)鏈、分撥中心、醫(yī)療服務(wù)、國防、農(nóng)業(yè)、災(zāi)害管理等領(lǐng)域?；赟imio仿真平臺的功能,對防汛防旱物資智能倉儲進(jìn)行仿真分析,較好地模擬智能倉庫內(nèi)部運(yùn)作過程。

根據(jù)防汛防旱物資的特性構(gòu)建物資出入庫仿真系統(tǒng)。以物資A出入庫為例,下圖1表示物資A的入庫流程,從圖中可以看出,物資A首先進(jìn)入倉庫分揀區(qū),然后對其進(jìn)行檢查,不合格的物資被放置在一旁等待被退回,合格物資進(jìn)一步被打包,等待入庫操作。

當(dāng)物資A需要進(jìn)行出庫操作時,通過倉儲系統(tǒng)了解物資的具體儲位,并將其從貨架中取出至分揀區(qū),然后打包出庫,如圖2所示。

以物資A的出入庫過程建立仿真模型,如圖3所示,在入庫仿真模型中,cargo表示物資A,擺放在左邊的貨位上,source表示物資的來源,總計(jì)數(shù)400托盤,用4輛叉車來運(yùn)送物資(在仿真中忽略叉車行徑時間),load on與load out的時間均為15秒,用status label來計(jì)數(shù)每輛叉車運(yùn)輸?shù)奈镔Y數(shù)量。

圖1 物資入庫流程   下載原圖

圖2 物資出庫流程   下載原圖

圖3 入庫模型仿真平面圖   下載原圖

在入庫1600箱,400個托盤,4輛叉車同時作業(yè)下仿真所需時間為65分鐘,如圖4所示。

與入庫相比較,出庫的模型有所變化。將4輛叉車的裝載任務(wù)按照區(qū)域劃分,每輛叉車運(yùn)輸100單位托盤的物資。主路徑用運(yùn)輸機(jī)如穿梭車來代替,減少叉車的等待時間,并且將運(yùn)輸機(jī)直接連通到裝運(yùn)的車輛上,也可以減少裝運(yùn)時間。同樣用4輛叉車來運(yùn)送物資,load on與load out的時間均為15秒。仿真結(jié)果為400個托盤在4輛叉車同時作業(yè)下需要52分鐘。如圖5所示。

叉車將貨物搬運(yùn)至貨架口各穿梭車?？奎c(diǎn),與穿梭車進(jìn)行貨物交接,交接完成后穿梭車將貨物送往按照物資種類劃分的各個區(qū)域(救生衣:A區(qū)1～11行,1～11列,1～4層;帳篷:B區(qū)1～11行,1～3列,第3層;操舟機(jī):B區(qū)1～11行,1～5列,1～2層;機(jī)油:C區(qū)2層;照明燈:C區(qū)3層;D區(qū)空余空間用于未來存放增加的物資,或是其他需求)。同時叉車原路返回倉庫入口,搬運(yùn)下一貨物。當(dāng)所有貨物均已入庫時,工作完成。

圖4 入庫仿真模型時間結(jié)果   下載原圖

圖5 出庫仿真模型時間結(jié)果   下載原圖

貨架采用密集式貨架,依靠穿梭車存放、取出物資。利用率高,存取快速,但造價高,停電或故障難以取貨,投入高。

救生衣需400托盤、帳篷需25托盤、操舟機(jī)需113托盤、機(jī)油需9托盤、照明燈需2托盤,共計(jì)549托盤。

系統(tǒng)中包含4臺叉車、4臺穿梭機(jī)。叉車與穿梭車空載時運(yùn)動速度1.2m/s,負(fù)載時運(yùn)動速度為0.6m/s。叉車和穿梭機(jī)裝、卸載貨物的時間均為5s。

按照不同物資所屬貨架的位置,與穿梭車?？奎c(diǎn)的距離,分別設(shè)定物資在貨架中的平均搬運(yùn)時間。其中,救生衣需要36.6s、帳篷需要10.8s、操舟機(jī)需要30.3s、機(jī)油需要39.7s、照明燈需要42.5s。

當(dāng)系統(tǒng)中貨物數(shù)量為0,即所有貨物均已入庫時,截取當(dāng)時的系統(tǒng)時間,并轉(zhuǎn)換為分鐘數(shù),作為入庫工作所需時間。

圖6 智能入庫模型   下載原圖

叉車將貨物搬運(yùn)至各區(qū)域貨架口,與各區(qū)域的工作人員進(jìn)行貨物交接,交接完成后工作人員將貨物送往按照物資種類劃分的各個區(qū)域(救生衣:A區(qū)1～11行,1～11列,1～4層;帳篷:B區(qū)1～11行,1～3列,第3層;操舟機(jī):B區(qū)1～11行,1～5列,1～2層;機(jī)油:C區(qū)2層;照明燈:C區(qū)3層;D區(qū)空余空間用于未來存放增加的物資,或是其他需求)。同時叉車原路返回倉庫入口,搬運(yùn)下一貨物。當(dāng)所有貨物均已入庫時,工作完成。

貨架采用托盤式貨架,依靠人工存放、取出物資。經(jīng)濟(jì)、拆裝方便,但儲存密度較低,需較多巷道。通常使用3～5層,貨架高度受限,一般在10米以下。

救生衣需400托盤、帳篷需25托盤、操舟機(jī)需113托盤、機(jī)油需9托盤、照明燈需2托盤,共計(jì)549托盤。重量(KG/托盤)為:救生衣32、帳篷180、操舟機(jī)220、機(jī)油120、照明燈32。

圖7 人工入庫模型   下載原圖

系統(tǒng)中叉車數(shù)量為4保持不變,各類工人數(shù)量(A區(qū)工作人員、B區(qū)工作人員、C區(qū)工作人員)為變量,初始數(shù)量為:各區(qū)域工作人員各1人。叉車空載時運(yùn)動速度1.2m/s,負(fù)載時速度為0.6m/s。裝、卸載貨物的時間均為5s;工人存取貨物的時間均為10s。

按照不同物資所屬貨架的位置、各區(qū)域工作人員?？奎c(diǎn)的距離與物資的重量比例,分別設(shè)定物資在貨架中的平均搬運(yùn)時間。其中,救生衣需要104.6s、帳篷需要45.4s、操舟機(jī)需要106.4s、機(jī)油需要115.2s、照明燈需要106.6s。

當(dāng)系統(tǒng)中貨物數(shù)量為0,即所有貨物均已入庫時,截取當(dāng)時的系統(tǒng)時間,并轉(zhuǎn)換為分鐘數(shù),作為入庫工作所需時間。

智能入庫模型的工作時間為:558.73分鐘。按照各區(qū)域工人的初始人數(shù),即以智能入庫穿梭機(jī)數(shù)量相同的工人(各區(qū)域各1人),完成入庫工作所需時間大于1440分鐘。對人工入庫模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,以智能入庫模型的工作時間為標(biāo)準(zhǔn),探討不同貨架區(qū)域的工人數(shù)量對工作時間的影響,以求的達(dá)到同樣工作效率時的工人數(shù)量。

與智能入庫模型中的各區(qū)域分別使用一臺穿梭機(jī)共計(jì)三臺相比較,以相似的工作效率完成同樣的入庫工作,各區(qū)域最佳工人數(shù)量搭配為:A區(qū)域工人4人、B區(qū)域工人1人、C區(qū)域工人1人,共計(jì)人數(shù):6人,工作時間為:555.17分鐘。

圖8 人工入庫模型數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)   下載原圖

為了更直觀的顯示智能貨架的運(yùn)用在倉儲的物資出入庫上的改變,做出了流程前后對比圖,同樣以出庫為例。如圖9所示。

圖9 出庫改善前后流程圖對比   下載原圖

在出庫流程的對比中,減少人工操作部分,用智能設(shè)備來代替,尤其在計(jì)數(shù)與裝載中,減少出庫操作的環(huán)節(jié),物資直接出庫裝車,減少這過程中不必要的時間損耗,提高出庫效率,達(dá)到目標(biāo)時效性[4]。

這里以江蘇省水利防汛物資儲備中心鎮(zhèn)江分中心建設(shè)智能倉庫為例進(jìn)行對比分析。

防汛防旱物資的倉儲在目前大多還是以整齊堆垛方式為主,物資堆垛高度低,在倉庫的表面積利用率大,巷道設(shè)置雜亂。此次智慧倉儲將調(diào)整倉庫表面積的使用與巷道面積的合理分配,在空間利用率上進(jìn)行改進(jìn),盡可能的使物資有效的堆垛。在貨位的安排與使用上留有可縮放的余量,能夠靈活的對物資進(jìn)行存放安排。

鎮(zhèn)江倉庫智能倉儲系統(tǒng)的占地面積為18m×30m,總面積為540平方米。按照規(guī)劃設(shè)計(jì)貨架平面存放面積有340平方米,巷道的面積150平方米,運(yùn)輸機(jī)的占地面積有15平方米。因此,平面的有效占地利用率為93.5%,貨架的占地利用率為73%,對比改進(jìn)前得到大幅提升。

智能貨架為了適用于所有存放的物資高度,將層高調(diào)整到1.5m高,貨架設(shè)置為4層,總高度為6m。普通貨架和懸臂式貨架的高度均為4～5層,高約6m。倉庫的總高為10m,除去橫梁頂燈等,空間利用率將超過80%。

在貨位的安排上,通常在貨架的頂層高出會在每個托盤上減少物資的存放量,防止安全隱患,因此貨位會比預(yù)計(jì)多20%,還可以在增加物資的數(shù)量時有多余的空間存放。

在一般的防汛倉儲中并沒有重視叉車的行徑路線規(guī)劃,也并沒有去做規(guī)劃,當(dāng)緊急出庫時,各個叉車又總是交叉作業(yè),嚴(yán)重時還會造成擁堵,增加等待時間等,可以從這些問題看出規(guī)劃行徑路線的重要性。因此本次的方案建設(shè)增加叉車的行徑路線的優(yōu)化。

叉車的路徑設(shè)計(jì)原則是滿足單向運(yùn)輸,運(yùn)輸?shù)穆肪€盡量為直線,并且運(yùn)輸路線最短。在調(diào)研了江蘇省水利防汛物資儲備中心的歷年物資調(diào)用情況后,將常用的物資距離出庫口最近,在物資數(shù)量最大的救生衣穿梭式貨架附近安置運(yùn)輸機(jī),在出庫的路徑距離上減少,并且減少叉車之間路徑的重復(fù)與交叉,直接從貨架搬運(yùn)到運(yùn)輸機(jī)。在操舟機(jī)的出入庫路徑上也是同樣如此,入庫與出庫路徑不交叉重復(fù),貨架與出庫口之間最短距離的出庫路線。

在出入庫的效率上,主要運(yùn)智能穿梭車和叉車,減少叉車在貨架中來回走動損耗的時間,同時也減少叉車作業(yè)路徑,重復(fù)作業(yè)路線可運(yùn)用拆卸式運(yùn)輸機(jī)代替,提高叉車的作業(yè)效率,并且縮短物資出入庫時間。通過流程節(jié)拍的設(shè)計(jì),具體可見2.2節(jié),在數(shù)據(jù)上有了直觀的對比,每個托盤通過裝載智能穿梭車的使用能夠比傳統(tǒng)叉車節(jié)省30s,因此在防汛防旱物資的大量出庫時,能夠節(jié)約2～3個小時的出庫時間,智能化穿梭車的使用能夠在50分鐘內(nèi)出庫400個托盤的物資。在揀選與計(jì)數(shù)上,直接采用智能穿梭車的自動計(jì)數(shù)的技術(shù),除去出庫人工計(jì)數(shù)流程,人工計(jì)數(shù)通常需要1～1.5小時,通過減少出庫流程作業(yè)工序,用智能設(shè)備代替,省去計(jì)數(shù)環(huán)節(jié),在出庫時直接智能計(jì)數(shù),達(dá)到提高出庫效率的目的,保障時效性。

同時,運(yùn)用simio系統(tǒng)仿真模型,直觀反映在出入庫時間上,對整個出入庫流程進(jìn)行把控,分析流程中可以明顯改進(jìn)的方面,提高叉車的作業(yè)效率,減少叉車等待時間,減少物資出入庫所需要的時間,減少流程作業(yè)上不必要的操作,用智能化的設(shè)備來代替重復(fù)低效的人工作業(yè),從這些方面來提高出入庫的效率,在防汛物資的出入庫上提高時效性。

作為一個防汛防旱物資儲備中心,由于在使用頻率上過低,但是一旦使用又需要極高的調(diào)運(yùn)效率以及迅速的應(yīng)急性,并且考慮到此倉儲的試點(diǎn)作用和經(jīng)費(fèi)預(yù)算,因此,在整個倉儲的智能性上,僅采用智能化的倉儲設(shè)備——智能貨架與智能穿梭車。

智能化的體現(xiàn)主要有兩點(diǎn):一是在智能貨架上的選擇,它能夠更高效更快捷的運(yùn)輸所需物資,擺脫人工搬運(yùn),結(jié)合叉車的裝載與卸載,運(yùn)輸機(jī)的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)半機(jī)械半自動化的出入庫運(yùn)輸,提高出入庫的效率。二是物資智能出入計(jì)數(shù),不再人工計(jì)數(shù),去除計(jì)數(shù)流程,用智能設(shè)備在物資出入庫時自動計(jì)數(shù),智能穿梭車在貨位托盤式出入庫時將實(shí)現(xiàn)自動計(jì)數(shù),完成自動化與信息化的結(jié)合,免去人工計(jì)數(shù)的煩瑣。提高物資出入庫的效率,保障準(zhǔn)確性與時效性。

對比智能倉儲和傳統(tǒng)倉庫的投資成本和土地成本。存儲549托盤物資的倉庫利用率為76%,其中倉庫使用總面積為462平方米,智能貨架占地面積354平方米,巷道面積108平方米。而傳統(tǒng)倉庫需要較多巷道,它的倉庫利用率約為33%,相比智能倉庫而言,存儲相同的物資需要2.3倍的土地,在鎮(zhèn)江倉庫的土地使用中每畝價格為30萬元,使用智能倉庫可以節(jié)省土地使用成本約為69萬元。而穿梭車式智能倉庫的造價約為70萬元,不僅可以存儲同樣數(shù)量的物資,還可以大大提高存取效率?？傊?智能倉儲在防汛防旱物資儲備管理領(lǐng)域的應(yīng)用,可改善庫容庫貌,有利于促進(jìn)我國防汛防旱物資倉儲的空間利用率,單位倉庫容量可提升1倍以上,對于寸土寸金的江蘇地區(qū),通過提高倉庫容量和利用率,提升土地利用效率,僅節(jié)約的土地價值將達(dá)到甚至超過智能倉儲設(shè)施設(shè)備的投入[3]。