【正文】 4 自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)系統(tǒng)仿真模型 .................................. 26 自動化倉庫汽車發(fā)放形式 .................................... 26 自動化倉 庫火車接收形式 .................................... 26 服務(wù)原則 .................................................. 27 自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)系統(tǒng)仿真數(shù)學(xué)模型的建立 ........................ 27 自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)系統(tǒng)仿真的數(shù)學(xué)模型 ...................... 27 仿真模型模塊 .............................................. 29 等待概率、設(shè)備利用率等的確定 .............................. 30 自動化倉庫的仿真數(shù)據(jù) ............................................ 31 本章小結(jié) ........................................................ 36 軟件功能 ........................................................ 37 II 軟件模擬過程的程序框圖 ...........................................37 軟件的實現(xiàn) .......................................................38 自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)系統(tǒng)的仿真界面 ...........................38 等待概率、設(shè)備利用率的程序?qū)崿F(xiàn) .............................40 軟件仿真 .........................................................45 自動化倉庫中轉(zhuǎn)暫存庫容量仿真 ...............................45 仿真模塊界面 ...............................................48 仿真及數(shù)據(jù)分析 ....................................................49 自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)與庫容的仿真分析 .........................49 結(jié)論 .......................................................51 本章小結(jié) .........................................................51 第五章 自動化倉庫設(shè)備的配置 .............................................53 自動化倉庫貨物周轉(zhuǎn)設(shè)備的配置 .....................................53 自動化倉庫貨架的配置 .............................................53 自動化倉庫 搬運(yùn)設(shè)備的配置 .........................................54 自動化倉庫搬運(yùn)設(shè)備的選擇原則 ...............................54 自動化倉庫搬運(yùn)設(shè)備的選擇 ...................................54 自動化倉庫搬運(yùn)設(shè)備數(shù)量的配置 ...............................54 巷道堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 .........................................55 本章小結(jié) .........................................................58 第六章 結(jié)論與展望 ........................................................59 結(jié)論 .............................................................59 展望 .............................................................59 參考文獻(xiàn) .................................................................61 致 謝 ...................................................................65 個 人 簡 歷 ..............................................................66 自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)與 庫容關(guān)系的研究 1 第一章 前言 課題的提出及意義 本課題來源于：河南省教育廳基礎(chǔ)研究項目：《概率分布隨機(jī)函數(shù)發(fā)生器理論研究》，項目編號為： 074SGYS38252— 4；鄭州市科技攻關(guān)項目：《社會與自然隨機(jī)事件發(fā)生概率理論研究》，項目編號為： 20xx110008。 近代工程領(lǐng)域有許多復(fù)雜的隨機(jī)系統(tǒng)，如：物流系統(tǒng)、 自然災(zāi)害的預(yù)報系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備可靠性分析系統(tǒng)、虛擬仿真系統(tǒng)、資源配置分析決策系統(tǒng)、移動通信客戶服務(wù)系統(tǒng)、重大工程安全評估系統(tǒng) 等， 此類系統(tǒng)中的某些參數(shù)服從某類概率規(guī)律，如： a. 某工廠大型車間一段時間內(nèi)機(jī)床發(fā)生故障的次數(shù) 服 從泊松分布（ Poisson） [1]。由于受氣象變化的影響，散糧船抵港時間是隨機(jī)的，聯(lián)合國貿(mào)發(fā)會根據(jù)大量的調(diào)查資料確定貨船抵港的規(guī)律近似泊松分布 [2]。 b. 自然災(zāi)害的預(yù)報系統(tǒng)中，防洪時節(jié)河水日流量的最大值服從極值分布 [3]。 c. 隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)中的服務(wù)時間服從指數(shù)分布 [4]。 d. 水文數(shù)據(jù)序列服從 Gamma[5]分布。 e. 機(jī)電設(shè)備可靠性分析系統(tǒng)中，機(jī)電設(shè)備元器件（如 軸承）的失效服從 威布爾（ Weibull）分布 [6]； 而隨機(jī)模擬法正是針對對隨機(jī)過程進(jìn)行研究， 自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)系統(tǒng)是隨機(jī)過程中的一種， 因此應(yīng)用 隨機(jī)模擬理論 能將自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)系統(tǒng)中服從任意概率分布的離散隨機(jī)函數(shù)系統(tǒng)地以離散函數(shù)形式及程序模塊形式固定下來，并能適應(yīng)不同的計算機(jī)語言環(huán)境及流行的統(tǒng)計軟件，為隨機(jī)模擬法應(yīng)用做基礎(chǔ)性工作。 《現(xiàn)代物流搬運(yùn)》 雜志設(shè)計了一個關(guān)于 20 世紀(jì)世界重要的物流搬運(yùn)技術(shù)與設(shè)備的調(diào)查表，結(jié)果如表 11，從表 11 中可以看出 20 世紀(jì)發(fā)展起來的物料搬動技術(shù)與設(shè)備中重要性占前 10 位的是：條形碼、 計算機(jī)控制、自動化高架倉庫、自動數(shù)據(jù)采集、準(zhǔn)時制生產(chǎn)、機(jī)器人、物料需求計劃軟件、高速分揀機(jī)、高起升叉車和模擬技術(shù)，其中自動化高 架倉庫系統(tǒng)在第三位 [7]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：自 20xx 年開始 中國自動化倉庫投資總額以每年 40%左右的速度遞增 [8]，自動化倉庫具有空間利用率高、作業(yè)效率高、庫容為“動態(tài)庫容”等優(yōu)勢，因此自動化倉庫在物流系統(tǒng)中的作用將越來越重要。 將隨機(jī)模擬理論應(yīng)用于自動化倉庫接收發(fā)放作業(yè)與庫容的關(guān)系研究，建立自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)隨機(jī)仿真數(shù)學(xué)模型能為國家重點工程建設(shè)的方案論證、工程規(guī)劃、投資決策提供自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)與 庫容關(guān)系的研究 2 依據(jù)； 為自動化倉庫中轉(zhuǎn)暫存?zhèn)}容、物流中心建設(shè)規(guī)劃提供依據(jù)；預(yù)估商業(yè)活動中可能發(fā)生的費(fèi)用 。 表 11 20世紀(jì)世界重要的物流搬運(yùn)技術(shù)與設(shè) 備 [1] 技術(shù)名稱 選擇率 ,% 技術(shù)名稱 選擇率 ,% 條形碼 76 庫存周轉(zhuǎn) 24 計算機(jī)控制 58 職業(yè)安全與健康管理 23 自動化高架倉庫系統(tǒng) 50 集裝箱 21 自動數(shù)據(jù)采集 43 高效輔具 21 準(zhǔn)時制生產(chǎn) 43 四向托盤 17 機(jī)器人 35 計量設(shè)備 16 物料需求計劃軟件 33 自動化高架倉庫 15 高速分揀機(jī) 32 揀選系統(tǒng) 15 高速叉車 31 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī) 14 模擬技術(shù) 31 積放式輸送機(jī) 13 自動導(dǎo)向車 （ AGV） 28 自動化電動單軌車 5 本課題以自動化 倉庫作業(yè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用隨機(jī)模擬法，提出將隨機(jī)模擬理論應(yīng)用于自動化倉庫接收發(fā)放作業(yè)與庫容的關(guān)系研究中，科學(xué)確定工程項目中自動化倉庫庫容的大小，并給出等待概率、設(shè)備利用率、庫容利用率等參數(shù)，為自動化倉庫的建設(shè)規(guī)劃提供依據(jù)。同時對自動化倉庫裝卸設(shè)備的合理配置進(jìn)行了分析。 自動化倉庫的 研究背景 自動化立體倉庫于 1963 年誕生于美國，在 此 之 后， 迅速傳到其他各國，并且得到了飛快的發(fā)展，成為了一個學(xué)科。如今，像美國、日本等國家自動化倉庫建庫數(shù)均達(dá)數(shù)千座，其倉庫的機(jī)械化、自動化、標(biāo)準(zhǔn)化程度也較高，如貨物的入出庫、 移動、碼盤、拆盤、分揀等都是通過計算機(jī)系統(tǒng)控制巷道堆垛機(jī)、叉車、鏟車、吊車和碼盤機(jī)器人等進(jìn)行作業(yè)，重力式貨架已經(jīng)在成功使用。 美國進(jìn)入八十年代，自動化倉庫庫房數(shù)量增加，規(guī)模擴(kuò)大，并走向標(biāo)準(zhǔn)化 [9]。 在自動化立體 倉庫 理論研究 方面美國做了很多貢獻(xiàn)，其理論的研究以消費(fèi)者為中心，大膽的進(jìn)行創(chuàng)新， 因此其 不僅 是現(xiàn)代物流的發(fā)源地， 而且 是 現(xiàn)今 世界上 這方面 最發(fā)達(dá)的國家之一 ，美國的企業(yè)對自動化倉庫特別注意的兩點是：一是倉儲成本的控制，二是計算機(jī)系統(tǒng)的升級優(yōu)化，以提高了倉儲的效率； 日本 非常 注重實際， 他們認(rèn)為 控制成本及加強(qiáng)管理 是關(guān)鍵 ， 其次要在 管理和自動化水平 方面有所提高 、 使 服務(wù) 水平更加 專業(yè) 化 ，同時使物流體系環(huán)?；?。日本于 1969 年建成第一座自動化倉庫以來 [10]， 興建立體倉庫，立體倉庫的設(shè)計強(qiáng)調(diào)立體化和自動化 ，倉儲用地不多，存量立體倉庫的利用率高， 當(dāng)然日本自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)與 庫容關(guān)系的研究 3 在 自動化立體 倉庫 數(shù)量方面也是 最多的國家之一 。荷蘭注重采用集約型分撥中心，倉庫的集約度高，成本低，服務(wù)效率高；法國政府在規(guī)劃和制定物流政策時，十分重視倉儲和標(biāo)準(zhǔn)化等物流設(shè)施基礎(chǔ)建設(shè)，貨物的 包裝實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、集裝化、大型化，貨物的分揀、裝卸、搬運(yùn)過程實現(xiàn)機(jī)械化、自動化 [11]。西德的自動化倉庫的特點是在各工業(yè)部門的分布都相當(dāng)均勻 [12]。 國外主要研究自動化倉庫設(shè)計、分析、優(yōu)化及三維仿真等方面的理論。萊切大學(xué)的Pierpaolo Caricato 和 Antonio Grieco 在基于 AGV 的物料裝卸系統(tǒng)下，運(yùn)用模擬退火算法有效解決 AGV設(shè)計路徑問題 [1315]。德國杜伊斯堡 埃森大學(xué)物流運(yùn)輸系的 Bashir Salah, Mohammed Wasiullah 和 Bernd Noche 對 基于斯圖爾特高夫平臺的自動化倉庫進(jìn)行設(shè)計、優(yōu)化和分析，預(yù)期自動化倉庫系統(tǒng)的吞吐量 [16]。 Mariagrazia Dotoli, Maria Pia Fanti等應(yīng)用著色賦時 Petri 網(wǎng)為多種自動化倉庫提供了一種模型，該模型適用于窄巷道堆垛機(jī)及有軌小車，該模型可以對系統(tǒng)動態(tài)行為實時監(jiān)控，也可以應(yīng)用與離散事件仿真，該模型的控制策略可以解決調(diào)度問題和避免碰撞事件 [17]。 南伊利諾伊大學(xué)機(jī)械和工業(yè)工程系的 HEUNGSOON FELIX LEE 和 華盛頓大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)和數(shù)學(xué) 系 SAMANTHA K. SCHAEFER 利用 靜態(tài)和動態(tài)結(jié)合的方法提出一種最優(yōu)的存儲路徑的方法，該 方法 具有簡單、快速 的優(yōu)點， 可以顯著減少 存儲時間， 從而提高吞吐量 [18]。技術(shù)方面主要研究自動化倉庫的設(shè)備控制，物流管理、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及升級優(yōu)化，自動尋址識別技術(shù)，揀選技術(shù)以及仿真軟件的開發(fā)等，例如，美國邦納的 激光條碼掃描器 已在巷道堆跺機(jī)中應(yīng)用。德國樂易電子公司對自動化倉庫中傳送系統(tǒng)的運(yùn)動用條碼定位系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高了系統(tǒng)效率，降低了成本，己應(yīng)用于宜家家居及寶馬汽車的自動化倉庫 [19]。 我國 在二十世紀(jì)九十年代建成了 第一座自動化倉庫 ，該倉庫是由計算機(jī)控制的 。 由于土地資源的緊缺，因此， 20xx 年立體庫的面積增幅最大 [20]。再加上貨物周轉(zhuǎn)率的快速要求，產(chǎn)品的低損壞率、低丟失率的要求，使自動化倉庫的優(yōu)勢的體現(xiàn)了出來，因此，我國自動化倉庫的數(shù)量越來越多，而且自動化倉庫對機(jī)械設(shè)備智能化的要求越來越高。建設(shè)較高水平的自動化倉庫勢在必行 [2122]。 在我國自動化倉庫迅速發(fā)展的同時，不可避免的在使用中會存在一些問題，例如，存儲規(guī)模小、存儲能力低，設(shè)施的技術(shù)水平低 [23]，優(yōu)勢不突出，使許多庫場資源閑置 [24]，作業(yè)效率低下，有一些企業(yè)雖然實現(xiàn)了倉庫的自動化，但由于產(chǎn)品 單一且批量小，原來的非自動化倉庫的設(shè)施設(shè)備已經(jīng)有閑置現(xiàn)象了，而自動化的實現(xiàn)又引入了一些設(shè)備，造成了設(shè)備的嚴(yán)重閑置，因此自動化倉庫的使用要根據(jù)企業(yè)自身狀況，而不能盲目的配置。 國內(nèi)對自動化倉庫的發(fā)展及應(yīng)用、關(guān)鍵技術(shù)、貨位的優(yōu)化管理、主要設(shè)備的配置及運(yùn)行的優(yōu)化控制、存儲路徑優(yōu)化、認(rèn)證識別系統(tǒng)、 AGV調(diào)度問題、出入庫能力、故障分自動化倉庫中轉(zhuǎn)作業(yè)與 庫容關(guān)系的研究 4 析、監(jiān)控與管理系統(tǒng)、三