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某烟草原料配方立体仓库堆垛机和AGV输送物流系统联合调度作业研究

时间:2018-01-18 18:23来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是物流工程论文,文章中对某烟草原料配方立库中的堆垛机和 AGV 输送系统联合调度作业研究的目的是为了解决该立库中堆垛机和 AGV 输送系统烟包积压问题。
第 1 章 绪论
 
1.1 研究背景
1.1.1 自动化立体仓库简介
自动化立体仓库的基本含义为:通过计算机信息管理系统和控制系统,使用高层立体式货架来存储货物,综合运用堆垛机和 AGV 小车等其他设备进行出入库作业的一种仓库。自动化立体仓库将计算机管理信息系统和设备控制系统集成运用,通过立库中中控系统下发作业指令给各设备,后者自动完成货物的出库、入库和盘库等作业,并对库存货物进行储存管理。在生产型企业中,自动化立体仓库是作为工厂内生产物流的一个关键的节点,并且能提高企业的自动化生产效率[1-7]。自动化立体仓库的推广和使用是仓储领域内的一个巨大的进步,他能够解决原先平面仓库中体力劳动过多,空间利用率不高等现象,提高了仓储管理水平,使整个仓储管理系统中对仓库的管理更加细化、高效,实现了仓储行业由保管货物型向综合管理的流通型转变[8]。自动化立体仓库的使用不仅体现在管理水平的提高,成本的降低,还为企业实现他的社会责任提供很大的帮助。使用立库所带来的益处主要有以下四个方面[9](1)立体货架存储。与平面仓库最大的区别之一就是在立库中使用立体高层式货架存储货物,这样做的实际效用就是合理利用了仓库的三维空间,相对于平面仓库的使用面积有了较高的提高,能储存更多的货物;(2)自动进行出入库作业。在规范化的作业中,自动化立体仓库的运行大都依赖各种自动化设备,这样带来的优点就是工作的效率比人工操作效率有大幅度的提高,降低操作人员的劳动强度,从而减少立库中出入库的作业时间,增加了立库的整体运行效率、还对保障货物和人员的安全提供很大的帮助;(3)上位机系统控制。上位机系统控制立库的货物出入库,可以减少货物信息处理过程中的误差,这点相对于人工管理而言有了极大的改善,同时对货物数量的清点和盘库作业有着很大的帮助,能够合理控制安全库存;使用上位机对立库中各主要设备的运行进行管理,提高并且合理利用他们的作业效率.
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1.2 研究意义和目的
我国的烟草企业很多,市场上各个烟草企业竞争激烈,为了能扩大市场占有率,很多地方的烟企都尝试使用自动化立体仓库来降低本企业的生产成本。原料配方仓库作为卷烟制造过程中一个重要的节点,在降低企业的仓储成本,提高生产效率中起到了很大的作用。文章中对某烟草原料配方立库中的堆垛机和 AGV 输送系统联合调度作业研究的目的是为了解决该立库中堆垛机和 AGV 输送系统烟包积压问题,使烟包能够以最短的时间到达制丝线。文章中对某原料配方立体仓库中两种最主要的设备联合调度运行进行分析研究,对提高该对原料配方立库的整体作业效率具有重要的实际参考价值,能够给该烟草制造企业提供理论建议。文章解决的是在输送系统中出现的烟包积压的瓶颈,通过堆垛机和 AGV 输送系统联合调度作业,去解决烟包积压的现状。通过堆垛机和 AGV 输送系统联合调度作业的研究,能给该卷烟厂合理有效地建议,使 AGV 和堆垛机的效率能够达到平衡,缩短整个立库的出入库作业时间,保障制丝线的生产任务能按时完成;不仅可以提高立库运行效率,减少生产过程中的仓储成本,而且能够推进烟草原料仓储先进技术和管理经验的发展和应用,在竞争中取得优势,对烟草企业具有很好的实际利用价值。
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第 2 章 某烟草原料配方立体仓库现状分析
 
2.1 某烟草原料配方立体仓库基本情况
卷烟生产是指将烟草等原材料经过加工成卷烟的过程,在现代的制烟工艺中,原材料以及半成品在生产流通过程中需要具备经济性、时效性、实用性、合理性及先进性的要求。在时间与空间上,各种设备的对原材料和半成品的运输、储存必须具有连续性、协调性及均衡性。各环节有序高效的运行,才能保证卷烟的制造保质保量的完成,使制造过程中原料耗损达到最低,提高企业生产效率及经济效益[44]。把各种类型、优劣不同、风格迥异的烟叶根据一定的比例进行组合,使最终制造出来的卷烟能符合预先设想的效果,即卷烟配方过程。香烟的制造工艺就是根据不同烟叶和其他原材料的不同性质,按照规定的制丝程序将不同的烟叶和原材料组合成烟丝的过程。本文的原料配方立体仓库是连接制丝线和配方工艺的桥梁,他是配方后的烟丝的储存场所,也是制丝线原料供应的起点。在计算机系统的管理下,使烟包能够按照出入库单有序的进行出入库,保证制丝线的正常运转[45]。烟包是配方后的卷烟原料组成的一个规则化的包装作业单位。烟包主要由这四种配方原料:叶片、烟梗、薄片、膨胀丝组成[46]。图 2-1 为某烟草企业的原料配方立库图。烟草原料配方立体仓库在不同的烟草制造企业会有所差别,主要体现在立库的构成和规模上,还有就是立库中使用的各种设备的性能方面。本文中的某烟草制造企业中的原料配方立体仓库的布局如图 2-2 所示。由图可以看出,该立库出入库方向是在同一端,利用的输送设备较少。该卷烟厂的原料配方立库为了减少烟包的出入库时间采用双伸式巷道堆垛机,货架分布在堆垛机的两侧,堆垛机在各自的巷道内完成出入库作业,AGV 运行采用固定轨道式的。
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2.2 某烟草原料配方立体仓库烟包积压瓶颈分析
当前自动化技术的不断进步,自动化立体仓库作业其中的一个代表,被很多烟草生产企业所使用。文章中某烟草公司在使用自动化立体仓库后,在新的自动化设备以及管理体系下,大大地降低了仓储成本、提高了出入库效率,制丝线所需要的烟包能够及时准确的到达,使得制丝线的生产流畅,生产效率得到提高,随着时间的推移,立库中出现了很多问题,例如:各子系统运行不畅,导致烟包积压。在实地考察和数据采集中发现,该原料配方立体仓库中主要有 AGV 输送系统和具有堆垛机的储存系统两大子系统,这两个子系统在工作过程中分开进行出入库作业的,在制丝线的需求烟包量较少的时,整个立库能够较好的运行,但是在出现大量出入库单时,就会出现运行不畅,在两个子系统连接处出现烟包积压的状况。下面通过一组对这两大子系统中的主要设备出入库能力的计算说明烟包积压是怎么形成的。
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第 3 章 堆垛机和 AGV 输送系统联合调度作业模型构建........29
3.1 AGV 输送系统和堆垛机联合调度作业分析....29
3.2 堆垛机和 AGV 输送系统联合调度作业时间模型....39
3.2.1 AGV 输送系统作业时间分析........40
3.2.2 堆垛机作业时间分析....42
3.2.3 模型建立....44
3.3 模型求解........45
3.4 实例计算分析........50
3.5 小结........52
第 4 章 堆垛机和 AGV 输送系统联合调度作业仿真研究........53
4.1 面向设备对象的建模和仿真分析........53
4.2 原料立库设备的静态特征分析........55
4.3 原料立库设备的动态特征建模........59
4.4 基于 eM-Plant 的联合调度仿真模型实例....61
4.5 仿真算法分析........63
4.6 仿真结果分析........6
4.7 小结........73
第 5 章 总结与展望....74
5.1 文章结论........74
 
第 4 章 堆垛机和 AGV 输送系统联合调度作业仿真研究
 
烟草原料配方立体是一个综合复杂的动态系统,与平面仓库相比,他具有离散性、复杂性和综合性等特点。在技术迅速发展的时代,烟草企业面临立体仓库运行管理的难题,管理者与技术人员为了解决这种难题,通常都是利用物流领域的仿真软件,模拟出与实际相近的立库模型。这种仿真软件的一个很重要的作用就是能够将实际工作中的设备转化成动画方式,更加直观的观察运行情况,他还可以生成所需要的数据报告,给决策者、管理者提供建议[58]。本文使用的是 Tecnomatix Plant Simulation8.1 物流系统仿真软件。1992 年它由 Aesop、Tecnomatix 和 KG 公司联合开发,1993 年 SIMPLE++英文版上市,1999年推出 7.0 版,2000 年更名为 eM-Plant4.0,2005 年推出 em-Plant7.5,2007 年推出8.1 版。该软件主要是用于“离散系统”建模与仿真分析,是用于实现关于生产、物流和工程的仿真软件。它是面向对象的、图形化的、集成的建模、仿真工具,系统结果和实施都满足面向对象的要求[59]。在软件中使用的是面向各种资源对象技术,通过对不同的对象的重新定义建立不同系统的仿真模型,具体可以仿真出供应链运行、生产资源运转、设备控制策略以及工厂的生产过程,通过对仿真运行,用户可以得到各种统计数据和比较分析,为管理者提供决策支持[60-61]。
 
4.1 面向设备对象的建模和仿真分析
本章所建立的仿真模型是根据某原料配方立库的实际运行情况建立的,主要的目的是检验第三章所建立的联合调度模型是否能适应该立库的运行,在仿真运行结果得出烟包积压的状况以及在联合调度作业下的出入库时间。在原料配方立库仿真建模的中,不仅需要在计算机仿真环境中确定各种对象的仿真模型,而且需要对各种仿真对象进行说明、定义,以此来规定各种设备对象的层次结构和设备的交互行为关系。在 eM-Plant 软件中规定 AGV 的运行参数时,要对将 AGV 与运行的轨道、各节点之间的关系加以说明,将文中优化的结果通过编码加以实现。在仿真作业过程中 AGV 和堆垛机都会有具有装载、运行、卸载烟包等对象行为(作业),这种作业是通过程序进行控制的,并通过信号指示灯传递,使两者能发生交互行为,从而实现联合调度作业。由此可推出,原料配方立库的建模包括这三部分:设备对象关系的描述、定义;设备对象行为的描述和设备对象交互的描述,通过这三个部分就可以实现该立库从现实的运行环境向仿真环境转换。建立的立库模型包括静态模型与动态模型,其中静态模型包括能够说明对象之间的内部数据属性、参数和行为等方面,动态模型规定的是 AGV和堆垛机对的静态行为与关联关系以及交互行为。
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结论
 
本文主要的结论如下:
(1)通过对该原料配方立库出入库能力的计算分析,找出了导致立库运行不畅的原因,是立库中两大子系统:堆垛机和 AGV 输送系统运行效率不匹配,致使在两个子系统的衔接处出现烟包积压,最终使得立库运行不畅。
(2)本文在分析影响堆垛机和 AGV 输送系统运行效率时,找出他们各自的运行效率低的原因。AGV 输送系统主要是 AGV 输送系统主要是 AGV 小车在轨道上作业无序,产生了运行和工作站台冲突问题,对此本文提出在轨道上设置8 个工作节点,以规范 AGV 小车的作业;堆垛机主要是作业形式和停靠点单一,对此本文运用复合式作业和停靠点改善来解决。通过对这两个子系统影响各自运行效率的优化,进一步缓解烟包积压的问题。
(3)本文在烟包积压的问题上,主要是通过联合调度作业的方法来解决。从堵塞状态、出库优先、制丝线需求三方面建立 AGV 和堆垛机顺序调度模型,对 AGV 和堆垛机统一调度,然后在此基础上建立出入库调度时间模型,从仿真运行情况看,本文所提出的方法能有效缓解烟包积压问题,避免输送因堵塞而停止作业。
(4)运用 eM-Plant 建立堆垛机和 AGV 输送系统联合调度的某原料配方立体仓库仿真模型,从仿真运行结果得出:烟包积压问题得到了很好的解决,并且改造后的堆垛机和 AGV 输送系统出入库能力比改造前有所增强,平均一次作业节省 34.362s,整体出入库效率提高 11.26%,对烟包积压问题得到很好的解决,在仿真钟运行过程中没有出现烟包积压的情况,并且能满足制丝线的需求。
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参考文献(略)
 
(责任编辑:工程论文)
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