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    基于Flexsim的服裝廠成品倉庫仿真與優化分析

      信息來源:   發布時間:2021-11-08  點擊數:

    1 引言

    近年來中國制造業發展迅速,其中服裝產業更是形成龐大的生產規模,推動著中國經濟的增長。根據國家統計局的數據,2016年以來服裝批發期末商品庫存額呈現持續上升趨勢,2018年已達到837.3億元[1]。由此可見,我國服裝商品庫存額較大,庫存量也較大,占據著企業的經營成本。面對如此龐大的庫存量,提高出入庫效率、更充分地利用倉儲空間變得更為重要。

    由于倉儲管理在物流系統中還沒有得到重視,導致倉儲效率低下,所以國內很多學者就倉儲布局和設施設備的使用效率進行了仿真模型研究,或以相關研究方法理論為基礎提出優化方案。黃永昌通過建立Flexsim仿真模型對服裝企業的倉儲作業流程進行仿真分析,優化倉儲設施的布局和規劃,縮短了設備和操作員的空閑時間,提高了貨品周轉率,減少了人力、財力、物力的投入[2]。盧煥根據對生產制造層和運作層的分析,建立服裝廠生產物流系統仿真模型,提高設備匹配程度、設施布局合理性,保證服裝制造的生產平衡[3]。路亮采用模塊化建模思想在Flexsim環境中建立廠區調度、收貨入庫、儲分一體和條煙分揀模塊的仿真模型,從而提煉出物流配送中心系統改進和發展的方向與方法[4]。石雯麗以建立的面向對象Petri網模型為基礎,分析服裝企業的供應鏈特點,并采用Flexsim仿真軟件模擬服裝企業供應鏈的運作過程,提出推-拉式供應鏈運作模式[5]。因為DC公司是對玉米進行深加工的企業,所以白曉宇結合其產品的特性,通過SLP法分析各作業單位的關系來規劃物流路線,使其更精簡,并應用Flexsim軟件找出倉庫存在的問題,然后通過調整設施設備改善倉儲系統[6]。

    從以上的參考文獻來看,國內學者主要通過Flexsim建立模型或相關研究方法理論來研究物流系統,解決倉儲問題,主要研究的是倉儲布局、設施設備的使用效率和倉庫資源利用率。通過研究發現,合理的倉庫布局能充分利用倉庫空間,避免盲目擴大或縮小倉庫面積,節省人力、物力、財力,提高倉庫作業效率,減少倉庫成本。本文立足H服裝廠的現有成品倉庫,利用Flexsim軟件對其倉庫設施和布局進行建模分析,進而在不改變倉庫現有規模,不明顯增加設備的情況下,提出優化改進方案,以提高效率、節約成本。

    2 建立系統仿真模型

    2.1 企業背景分析

    H服裝廠是具有自主開發、設計、生產、銷售能力的綜合型服裝加工企業,主要生產四種類型的服裝:T恤、POLO衫、球服、廣告衫,面對的客戶主要有實體店、外貿店、大賣場等。該服裝廠成品倉庫自動化程度不高,倉庫總體布局簡單,存儲設備有限。倉庫作業中貨物的檢驗、整理分類、揀貨、儲位分配和裝載作業等大部分操作都是通過人工實現的。

    H服裝廠成品倉庫平面示意圖如圖1所示,該成品倉庫采用單邊進出的形式,即整個成品倉庫只有一側有大門可以進出,成品倉庫內部分為收貨區、檢驗區、理貨區、存儲區、揀貨區、包裝區、復核區、雜貨區和發貨區。

    圖1 H服裝廠成品倉庫平面示意圖

    圖1 H服裝廠成品倉庫平面示意圖  下載原圖


    結合H服裝廠出入庫作業流程(圖2),可以看到產品從生產線下來后,到達成品倉庫會先進行產品檢驗,檢驗合格后才能進入倉庫作進一步庫存管理,不合格則返回生產車間。然后,根據客戶訂單打包產品運輸至客戶,完成交接手續。若客戶對產品不滿意,需要退貨,則進入退貨處理流程??蛻舭巡粷M意的貨品返回服裝廠后,工作人員進行退貨檢驗,滿足退貨條件的允許退貨。工作人員對退貨貨品進行檢驗,貨品合格后進入成品倉庫,重新錄入貨品信息,做好登記手續,不合格的貨品則返回生產車間。

    圖2 H服裝廠出入庫作業流程圖

    圖2 H服裝廠出入庫作業流程圖  下載原圖


    2.2 仿真參數設置

    H服裝廠實行的是八小時工作制,此仿真模型是假設成品倉庫的一天工作量,仿真模型時間單位為秒,因此仿真運行時間設為28800秒。

    對H服裝廠成品倉庫進行仿真模型的實體如表1所列,具體如下:

    (1)發生器:發生器1模擬的是生產車間,通過調研得到該服裝廠的成品到庫時間間隔數據統計表,變量為成品入庫時間間隔。通過數據擬合,得到該數據服從正態分布,其均值為15,方差為2。H服裝廠的產品生產數量是根據客戶的訂貨量制定的,每種產品的訂單數量是平均的。因此發生器按照生產每種產品25%的比例設置四種類型的臨時實體,同時按照不同類型設置顏色便于區分。發生器2模擬的是產生托盤,到達時間按時間表設置。

    (2)操作員:模擬工作人員。其中揀貨員根據實際工作每次揀貨容量為5個產品。兩名上架員將貨物搬運至貨架時,需根據實際貨物的顏色、尺碼等具體情況分配到相應貨架中的庫位,因此每次搬運容量為1個產品。

    (3)處理器:模擬檢驗、理貨等作業,均需要操作員加工。根據收集到的數據,每件服裝的檢驗時間一般為3.5s,檢驗合格后流入下游的處理器2進行整理分類,一般需要的工作時間為6s,同時在輸出設置根據不同case選擇輸出端口,輸送到相應貨物的暫存區。

    (4)暫存區:模擬各個類型貨物的堆放,四個暫存區參數設置一樣,以A貨物暫存區為例,暫存區的最大容量為1000,同時需要2名操作員搬運貨物到相應貨架,勾選“使用運輸工具”。

    (5)合成器:H服裝廠每天平均有5個訂單,揀貨員按照訂單進行揀貨包裝。把所收集的訂購數量輸入全局表,合成模式選擇打包。結合企業的實際出庫操作流程,需要預置時間2s,即當揀貨員從貨架搬運貨物到達合成器時,理貨員不是立刻將貨物放到合成器上,而是經過封好箱底,貼標簽等工序,再進行打包包裝,包裝、復核工作時間一般為5s。

        下載原表

    表1 仿真建模實體情況表

    根據H服裝廠成品倉庫的實際布局以及作業流程建立的仿真模型全局如圖3所示。

    圖3 H服裝廠原布局仿真模型

    圖3 H服裝廠原布局仿真模型  下載原圖


    2.3 運行結果分析

    (1)處理器運行數據分析

    模型運行完畢后,根據表2所示的檢驗和理貨這兩個處理器的狀態,可見其空閑率分別為77%和60%,利用率只有23%和40%,處于無工作狀態時間較長,設備利用率低,造成資源浪費,所以此處需要減少處理器個數,提高設備利用率,降低成本。

        下載原表

    表2 處理器工作狀態情況表

    (2)操作員運行數據分析

    分析表3所示的操作員工作狀態,檢驗員和理貨員的空閑時間較大,而兩名上架員則處于高負荷運轉狀態,利用率高達91.5%和86%。同時發現兩名上架員在行走過程中花費較多時間,空載行進時間占到45%和42%,總距離分別達到46815.74米、44029.49米,可見此倉庫布局不合理,行走路徑較長,搬運效率低下。

        下載原表

    表3 操作員工作狀態情況表

    (3)暫存區運行數據分析

    暫存區的等待運輸時間表示實體臨時堆放在暫存區上,即暫存區的利用率。從表4所示的暫存區工作狀態可見,四個暫存區的利用率均在60%以上,但沒有達到80%。

        下載原表

    表4 暫存區工作狀態情況表

    2.4 仿真模型問題概述

    根據以上處理器、操作員、暫存區運行數據的分析,對存在疑惑的實體進行多次修改,重新建立模型,反復對比,得到該倉庫最大問題是布局不合理,行走路徑較長,導致上架員搬運效率低下,同時存在設備利用率較低的問題。

    圖4 新布局平面示意圖

    圖4 新布局平面示意圖  下載原圖


    首先重新規劃倉庫布局,盡量減少行走路徑。由圖1所示的H服裝廠成品倉庫平面示意圖可見貨架擺放在倉庫兩側,中間是功能區,上架員搬運貨物上架時需要在兩側之間往返跑動,造成行走距離較遠。對此,考慮到出入口在倉庫的同側,設計U型布局,并結合服裝廠實際情況,將大流量貨物安排在進出口端附近的貨架,縮短貨物的搬運路徑。同時結合調研發現雜貨區內的物品沒有及時處理,且隨意堆放,造成不明原因產品積壓,因此撤出雜貨區,增加退貨功能區,最終布局平面如圖4所示。后續的優化仿真模型在新布局基礎上進行。

    3 成品倉庫改進仿真

    3.1 改進仿真方法

    根據上文的仿真模型暴露出的問題,主要從以下三個方面對模型進行改進:

    (1)根據新布局建立新的仿真模型,設備和操作員個數都不變,仿真參數設置也不變。

    (2)模型運行完畢后,分析處理器、操作員、暫存區運行數據,對比新布局與原布局的數據,得出較優布局。

    (3)在布局合理情況下,再進行優化仿真模型。

    3.2 新布局仿真模型

    在與原布局設備、操作員與暫存區個數一致,實體參數設置一致,只改變布局的情況下,最終新布局仿真模型如圖5所示。

    圖5 新布局仿真模型

    圖5 新布局仿真模型  下載原圖


    3.3 新布局仿真結果分析

    新布局仿真模型運行完畢后,由表5、圖6、圖7可見兩名上架員空載行進時間和總距離均有所減少,新布局的上架員比原布局行走總距離平均減少9%,揀貨員總距離減少接近18%。由于行進時間減少,空閑率也得到提高,所以上架員也沒有那么繁忙。由于實體工作在80%左右的利用率是仿真系統模型運行時的最佳狀態,因此在上架方面無需優化(分別為81%和83%),新布局比原布局在行走路徑上更為合理。

    由表5可見檢驗設備與檢驗員的空閑時間為77%、理貨設備與理貨員的空閑時間為60%,設備與工作人員利用率低,造成倉儲成本的浪費,因此可以減少一臺設備與一名操作員。

    圖6 上架員與揀貨員兩種布局工作狀態對比圖

    圖6 上架員與揀貨員兩種布局工作狀態對比圖  下載原圖


    新布局中的四個暫存區空置率有所提高,因此可以減少暫存區個數和倉庫場地的使用,采取兩種類型的貨物集中存放的方式。

        下載原表

    表5 原布局與新布局仿真結果對比分析表
    圖7 上架員與揀貨員兩種布局總距離對比圖

    圖7 上架員與揀貨員兩種布局總距離對比圖  下載原圖


    3.4 新布局仿真模型改進優化

    為了節約倉儲成本的支出,提高設備利用率,在新布局仿真模型基礎上減少一臺處理器、一名操作員和兩個暫存區,將檢驗和理貨工作集中在一臺設備完成,設定運行時間28800秒,最后優化局部如圖8所示。

    圖8 優化局部圖

    圖8 優化局部圖  下載原圖


    (1)檢驗理貨仿真優化分析。

    為了更好地區分新布局模型與優化模型,將新布局模型定義為A模型,優化模型定義為B模型。

    為節約成本,提高設備和人員利用效率,將原本兩臺處理器改為復合處理器,加工時間與之前一致,設置工序1為檢驗工作,加工時間為3.5s,工序2為理貨工作,時間需要6s,僅1名操作員即可。由表6可以看出B模型的檢驗理貨設備與工作人員空閑時間為37%,與新布局模型即A模型相比,檢驗方面的空閑時間減少了52%,理貨方面的空閑時間減少了38%,工作狀態比A模型更合理。

        下載原表

    表6 B模型檢驗理貨工作狀態情況表

    (2)暫存區仿真優化分析。

    臨時暫存區由分類存放改為集中存放后,減少了倉庫場地的使用,得到表7中暫存區空置時間為33%,與A模型相比,空置時間平均減少了47%,提高了暫存區的利用率。

        下載原表

    表7 B模型暫存區工作狀態情況表

    (3)上架方面仿真優化分析。

        下載原表

    表8 B模型上架員工作狀態情況表
    圖9 兩名上架員在三個模型中的平均總距離

    圖9 兩名上架員在三個模型中的平均總距離  下載原圖


    由表8可見,由于處理器和暫存區個數的減少,兩名上架員無需行走更多路線,其空閑時間相對提高,工作狀態較之前合理,搬運效率得到了提高,在總距離上也比A模型平均減少了5.75%。由條形圖9可以明顯看到兩名上架員在三個模型中的平均總距離呈現下降趨勢。

    4 結束語

    本文結合服裝企業成品倉庫布局情況,首先建立原布局的仿真模型,并通過多次運行仿真模型,分析實體工作狀態,找出成品倉庫瓶頸,然后對不合理布局進行重新規劃,再次建立仿真模型。經過前后對比分析,得出較優布局后,進一步優化模型,最終得到較優解決方案,在解決倉庫布局不合理問題的同時,減少了搬運人員不必要的行走路線,提高工作人員利用率;減少空閑率較高的設施設備,充分利用倉庫資源。

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