Google+
Клуб логистов - территория настоящих профессионалов

Библиотека/Складская логистика

Имитационное моделирование для оценки процесса комплектации с использованием автоматизированных систем хранения

22 декабря 2014 » 09:59
Имитационное моделирование для оценки процесса комплектации с использованием автоматизированных систем хранения

Показан пример использования автоматизированных систем хранения для задач комплектации заказов. Описана логико-математическая и построена имитационная модели процесса комплектации. Имитационное моделирование позволяет провести расчет производительности процесса комплектации, количества необходимого оборудования и рабочих мест.

Процесс комплектации на складах коробочного хранения является наиболее трудоемким и наименее производительным. Стоимость рабочей силы на участке комплектации может составлять до 50% стоимости всей рабочей силы, используемой на складе, а производительность не превышает 40—50 заказов в час.

 

Хронометраж работы оператора-комплектовщика показывает, что его рабочее время распределяется следующим образом: отборка товаров по заказу покупателей — 10%; вынужденный простой во время пополнения запаса в зоне комплектации либо во время работы в этой зоне другого оператора-комплектовщика — 20%; работа с отборочными листами — 30%; перемещение между местами комплектации — 40%.

 

Применение автоматизированных систем хранения (АСХ) позволяет значительно сократить временные затраты и повысить производительность процесса комплектации. Цель статьи — описание применения АСХ в качестве системы комплектации заказов в одном из проектов, а также использования компьютерной имитационной модели процесса комплектации для оценки его производительности, расчета количества необходимого оборудования и рабочих мест.В качестве объекта исследования предлагается производственно-складской комплекс, представляющий двухэтажное здание, на первом этаже которого располагается склад товаров, а на втором — производственные площади. Помимо задачи отгрузки непроизводственных заказов со склада, необходимо осуществлять сборку производственных заказов с производительностью в 3000 единиц заказов в сутки (трехсменная работа — 20 рабочих часов). Производственный заказ (узел) состоит из трех деталей: двух типов А (левой) и Б (правой) и одной типа В (основания).

 

Производственный процесс состоит из нескольких этапов.

 

На первом этапе происходит комплектация производственной пластиковой тары — пластиковый короб (подбор деталей А, Б и В из АСХ, ручная укладка деталей А, Б и В в пластиковый короб); на втором этапе — отправка производственной тары к месту обработки деталей А и Б промышленным роботом; на третьем —проверка отделом технического контроля качества деталей А и Б;на четвертом — сборка оператором деталей А, Б, В в узел.

 

В качестве базового варианта для процессов хранения и комплектации заказов (этап 1) предложено использовать АСХ лифтового типа, проходящую сквозь два этажа производственно-складского комплекса.

Для рационального использования площадей склада и исходя из производительности комплектации было предложено использовать 5 типовых АСХ высотой 7800 мм с габаритными (полезными) размерами полок 4300 х 825 мм. В первых двух АСХ предполагается хранение 36 000 единиц хранения деталей типа В, в двух других — 96 000 единиц хранения деталей типов А и Б, в последней АСХ — сопутствующие товары в количестве — 22 000 единиц хранения. Это позволяет разгрузить второй этаж (производственная площадь) от складских потоков, связать между собой склад (1-й этаж) и производство (2-й этаж), разделить операции пополнения артикулов в зоне комплектации и самой комплектации, добиться требуемой производительности комплектации: 3000 заказов за 20 часов. Остановимся более подробно на расчете производительности процесса комплектации производственных заказов, например, для деталей типа В.

 

Метод имитационного моделирования

 

Для расчета производительности предлагается компьютерная имитационная модель процесса комплектации производственных заказов с использованием АСХ. Что же такое имитационная модель? Это экспериментальный метод исследования реальной системы по ее имитационной модели, который сочетает особенности экспериментального подхода и специфические условия использования вычислительной техники.

 

В процессе имитационного моделирования (рис. 1) исследователь имеет дело с четырьмя основными элементами:реальной системой, логико-математической моделью моделируемого объекта, имитационной (машинной) моделью, ЭВМ, на которой осуществляется имитация — направленным вычислительным экспериментом. В результате применения предлагаемой имитационной модели должна быть получена производительность процесса комплектации. Существует два основных подхода к продвижению модельного времени: продвижение времени от события к событию и продвижение времени с постоянным шагом.

 

рисунок1

 

В предлагаемой модели использован первый подход — событийный метод (метод особых состояний). В качестве изменения модельного времени используется событие «поступление заказа», которое имитируется при помощи генератора случайных чисел программы Microsoft Excel. Этот генератор имеет примерно одинаковое распределение случайной величины. Так как чаще всего необходимо моделировать распределение заказов по группам A, B и C, генератор случайных чисел доработан специальным скриптом, написанным на языке программирования Visual Basic for Application (VBA). Распределение товаров по группам A, B, C было принято за среднестатистическое (группа А — 80%, группа B — 15%, группа С — 5%).

 

Характеристики реальной системы

 

Общее количество артикулов (наименований) деталей типа В — 5000 единиц; размер детали типа В: 100 х 50 х 100 мм; количество АСХ — 2 шт.; полезные размеры полок АСХ (Д х Ш х В) — 4300 х 825 х 100 мм; расстояние между полками — 175 мм; количество полок АСХ — 72 шт.; количество хранимых артикулов на полке — 51; общее количество единиц хранения деталей на полке — 255; время загрузки/выгрузки полки на/с экстрактора — 5 с; скорость подъема экстрактора полки — 0,3 м/с.

 

Логико-математическая модель процесса комплектации оправ

 

Производительность можно посчитать по формуле:

производительность

 

где N — общее количество обработанных заказов, зак.; T —

время, затраченное на N заказов, ч.

 

Чтобы построить логико-математическую модель, необходимо рассмотреть временные затраты АСХ в процессе комплектации. В качестве исходного состояния АСХ примем нахождение полки с артикулом первого заказа в окне выдачи. Тогда процесс комплектации одного (каждого) заказа будет состоять из следующих временных интервалов: время подбора необходимого артикула t1=5 с; время загрузки полки из окна выдачи на экстрактор (в случае нахождения артикула на другой полке) t2=5 с; время перемещения экстрактора с полкой к месту ее хранения t3; время загрузки полки на место ее хранения (в случае нахождения артикула на другой полке) t4=5 с; время перемещения пустого экстрактора к новой полке t5; время загрузки новой полки с места основного хранения на экстрактор (в случае нахождения артикула на другой полке) t6=5 с; время перемещения новой полки с экстрактором к окну выдачи t7; время загрузки полки в окно выдачи t8=5 с.

Далее процесс повторяется.

 

Таким образом, время цикла (комплектации одного заказа) равно

 

т

 

Перемещения полок в течение времени одного цикла представлены на рис. 2.

 

рисунок2

 

Алгоритм логико-математической модели показан на рис. 3, а нумерация полок и рядов в АСХ приведена на рис. 4. Артикулы, в соответствии с размерами деталей типа В, были распределены следующим образом: в каждой полке содержится 51 артикул (средний запас по артикулу 5 шт.), соответственно: 1-я полка — артикулы с 01 по 51; 2-я полка — артикулы с 52 по 102; 3-я полка — артикулы с 103 по 153… 72-я полка — артикулы с 3622 по 3672.

 

Тогда номер полки можно определить по следующей формуле:

 

номер полки

 

где SKUNUMj — сгенерированный номер артикула для j-го заказа, j = 1....N — порядковый номер заказа, N — общее количество обработанных заказов.

 

Ряд полки ShelfROWj рассчитывается по формуле:

 

ряд полки

 

Тогда время перемещения t3, t5, t7 может быть определено как затраты на вертикальное перемещение между рядами полок.

 

Определение t3

 

С учетом того, что окно комплектации находится на уровне 27-го ряда, время t3 можно определить как:

 

т3

 

Определение t5

 

т5

 

Определение t7:

 

т7

 

где Δ L = 175 мм — расстояние между полками; V = 0,3 м/с — скорость подъема полки, j = 1....N — порядковый номер заказа; N — общее количество обработанных заказов.

 

Таким образом, логико-математическая модель процесса комплектации полностью описана.

 

Результаты

Для получения результатов были проведены 3 имитационных эксперимента для N=1000 шт., N=1500 шт. и N=2000 шт.

 

Результаты показаны на рис. 5.

 

рисунок5

 

Согласно полученным данным средняя производительность:

 Пср=81,35 зак./ч для N=1000 заказов (среднее линейное отклонение 1,42%);

 Пср=81,08 зак./ч для N=1500 заказов (среднее линейное отклонение 0,83%);

 Пср=80,95 зак./ч для N=2000 заказов (среднее линейное отклонение 0,59%).

 

Таким образом, проведенные имитационные эксперименты показали, что требуемая производи-

тельность составляет 3000 заказов за 20 часов, т.е. 150 зак./ч может быть полностью реализована использованием двух АСХ.

 

На конкретном примере мы показали применение имитационного моделирования для процесса

комплектации производственных заказов с использованием АСХ, позволяющего рассчитать производительность процесса, количество необходимого оборудования и рабочих мест.

 

Андрей Носко, Евгений Сафронов, www.logistika-prim.ru

Комментарии