四向穿梭车仓储系统仿真研究.docx

四向穿梭车仓储系统仿真研究摘要：近年来，我国智能仓储物流行业迅猛发展，为满足市场对密集化和智能化的需求，四向穿梭车仓储系统受到广泛关注，而四向穿梭车系统在售前阶段多需要通过仿真展示方案并与客户沟通。本文利用PIantSinnnation软件，根据四向穿梭车仓储系统的构成进行模块化、参数化建模，并整理出系统与模块的关键参数，在此基础上搭建了一个快速生成各类四向穿梭车仓储系统方案的参数化仿真模型，适用于四向穿梭车仓储系统售前阶段。关键词：四向穿梭车仓储系统、模块化建模、物流仿真进入21世纪以来，随着5G互联网、AI、智能传感等新技术发展，我国仓储物流向智能化加速转型。同时，由于仓储用地资源紧张，人力成本不断升高，企业对于密集仓储的需求也逐步增长。为满足市场需要，基于四向穿梭车的仓储系统应运而生。作为穿梭车仓储系统的升级换代，该系统在同一层货架中可以放置多辆四向穿梭车，且四向穿梭车可在多个巷道及多层间运行，系统中的四向穿梭车数量可根据出入库效率需求进行动态调整，系统柔性更强、成本更低，并且多深度的存储巷道能够保证较高的仓储空间利用率。业界普遍认为，四向穿梭车仓储系统是未来仓储物流的主要发展方向，而四向穿梭车系统的科学规划及验证，则是售前阶段的重要需求。在四向穿梭车仓储系统的售前阶段，通过搭建四向穿梭车系统的仿真模型，便于向客户展示和沟通设计方案，并通过仿真结果快速迭代到最佳方案。传统四向穿梭车仿真需要耗费仿真工程师人力完成仿真建模，而且场景一旦发生改变，就需要重新建模，费时费力，难以给售前提供支撑。本文基于西门子P1.antSimUIatiOn软件，根据四向穿梭车仓储系统的构成进行模块化、参数化建模，整理了系统和各模块的关键参数，而后搭建了一个兼具出入库功能的四向穿梭车仓储物流系统参数化仿真模型，可快速生成各类四向穿梭车仓储方案，便于售前阶段的方案展示、评估和快速迭代。一、四向穿梭车仓储系统基本描述四向穿梭车仓储系统由存储货架、四向穿梭车、提升机和轨道等组成。其中，存储货架用于货物存储，每个储货巷道可有多个存储货位，同一储货巷道存放同一类货物；四向穿梭车用于实现货物的水平运转；提升机用于实现四向穿梭车的垂直转运；轨道分为纵向子通道和横向的主通道。四向穿梭车仓储系统俯视图，如图1所示。1.叉车2.子通道网向）3.货位（无托盘）4.主通道（横向）5.四向穿梭车6.提升机7.货位（有任徽）图1四向穿梭车仓储系统俯视图在图1中，1是叉车，主要在相应的出入库口配合四向穿梭车叉取货物；2和4为四向穿梭车行驶轨道，纵向轨道为子通道，横向轨道为主通道；3是货架，仓库中存放货物的存储设备；5是四向穿梭车，具备多向行驶、侧移、提升等功能，可根据需要进行货物的存储和取出；6是提升机，仓库中搬运四向穿梭车进行跨层作业的升降机构。二、四向穿梭车仓储系统模型设计利用P1.antSin）U1.atiOn软件，根据四向穿梭车仓储系统的构成进行模块化参数化建模。模型中包括轨道模块、储位模块、提升机设备模块，各模块能够完成独立的物理功能，与实际设备相对应。同时整理出系统的关键参数和模块的关键参数，模型可以进行参数修改,通过仿真验证，使得规划方案快速迭代，达到最佳仓储吞吐量等目标。1.系统参数设计模型系统参数如表1.包括布局表、货架层数和出入库口位置索引表。布局表将数字与系统布局中的各种设施情况相对应，调整模型的整体布局；货架层数为模型基于布局表的布局情况产生的整体模型的层数，各层布局与布局表一致；出入库口位置索引表中填写出库口和入库口在布局表中的索引位置，可调整模型的出入库口位置和数量。参数名称值类型参数释义单位备注1.ayouttab1.e布局表-用户自定义NumberOf1.ayersinteger货架层数层用户自定义Indextab1.e出入库口位置索引表*用户自定义表1系统参数(1)仓库布局表如图2所示，仓库布局可由仿真模型内的布局表进行参数化调整。如表2所示，由数字07分别代表系统布局中的各种情况，在布局表中填入不同数值，可生成相应布局。由此便可根据不同规划，调整平面布局，在实际应用中提高了模型的灵活性。1integer1integer2integer3integer4integer5integer6integer7integer8integer9333333333241J777163411177764422222226542222222665551'i-5555741111111684111169420277726104202777261155555555图2布局表(2)出入库口设计出入库口的数量及位置,可通过进行参数化调整。索引表如图3,表内需填写入库口列索引、入库口行索引、出库口列索引、出库口行索引。出入库口索引与布局表索引相对应，填写的坐标点将作为特殊的轨道位置，四向穿梭车配合叉车在该位置完成出入库作业。2.设备模块设计各模块的搭建情况与相应参数，如表3。string1integer4inboundrowinteger1inbound_co1.umn93234integer3ibound.co1.umninteger2inboundOW图3索引表储位模块,提升机模块,轨道模块四向穿梭车轨道长度/m轨道宽度/m四向穿梭车长度/m四向穿梭车宽度/m四向穿梭车厚度/m四向穿梭车速度/(11s)四向穿梭车数量/辆储位深度/m储位宽度/m储位高度/m立柱宽度/m提升机速度/(ms)理尹多高度/m提升机宽度/m提升机长度/m表3模块结构及参数(1)储位模块储位模块包括货架和托盘货物，其可调整参数有货位深度、货位宽度、储位高度和立柱宽度，储位的尺寸由托盘货物决定。四向穿梭车可在储位模块双向运行，以存放或取出货物。(2)提升机模块提升机模块可调整参数有提升机速度、提升机宽度和提升机长度。提升机高度与货架高度相关。(3)轨道模块轨道分为主通道和子通道。当四向穿梭车处于空载状态时，可以在存有货物的多深度巷道中自由穿梭，到达仓储系统的任意存储货位,当四向穿梭车处于载货状态时，只能在主通道和子通道上行驶。在作业中，每一条主通道上运动的四向穿梭车负责两侧多深位货物的出入库作业，某一巷道中的货物只能从就近的主通道完成出入库作业。（4）四向穿梭车四向穿梭车可调整参数有四向穿梭车长度、四向穿梭车宽度、四向穿梭车厚度、四向穿梭车速度和四向穿梭车数量。三、应用案例1 .基本参数基于以上模块，搭建一个出入库口分别位于货架左右两侧、多辆四向穿梭车、多提升机作业的四向穿梭车仓储系统仿真模型，具体参数值如表4。表4中系统参数里的布局表以及出入库口位置索引表，分别如图4以及图5所示，布局表用不同颜色标注了不同设施的位置情况，便于查看。最终生成的模型，如图6所示。参数类别参数名称值类型参数释义参数值单位皆注系统参数1.ayouttab1.e布局表用户自定义NumberOf1.ayersinteger货架层数10层用户自定义Indextab1.e出入库口位置索引衰-*用户自定义储位参数BoxDepthrea1.i"储值深度12m用户自定义BoxWidthrea1.储位宽度12E用户自定义BoxHeightrea1.储位高度1.5m用户自定义CoIumnWidthrea1.立柱宽度0.05m用户自定义提升机参数1.if1.Speedrea1.炭升机速度1.5m/s用户自定义1.ift_Xdimensionrea1.理升机长度（沿主通遒方向）3.6E用户自定义Uft.Ydimesionrea1.提升机宽度（垂直主通道方向）2.4m用户自定义1.ift_Heightrea,提升机高度525m计算得出轨道参数RaCk_1.engthrea1.轨道长度（沿主通道方向）1.2E计算得出RaCk_Widthrea1.轨道宽度（垂直主通道方向）1.2m计算簿出四向穿梭车参数Car.1.engthrea1.四向穿梭车长度0.8m用户自定义CacWidthrea1.四向身校车宽度0.8m用户自定义Car_Heightrea1.四向穿梭车厚度0.15m用户自定义CacSpeedrea1.四向穿梭车速度15m/s用户自定义Car_numinteger四向穿梭车数2辆用户自定义表4模型具体参数值图4初始方案布局表图5初始方案出入库口索引表：=7开1"J；：一W-3，1入.J1.J-I,-T.-_8,二卜一一,声；H；由！；：三浦|1二二二日干环PX1.T二口j二HqF二图6初始方案模型俯视图（左）及三维展示（右）2 .出入库流程出入库流程如图7。任务列表在初始时刻随机生成，四向穿梭车根据列表指令，当有入库需求时，移动至入库口，叉车将入库货物放置于四向穿梭车上，而后四向穿梭车移动至存储货位，将货物放置在对应的货架上。当有出库需求时，四向穿梭车前往指定货位并取出需要出库的货物，取货完成后，四向穿梭车移动至出库区域，叉车将出库货物从四向穿梭车上移出。图7出入库流程图3 .模型假设模型遵循以下假设：（1）出入库任务随机生成；（2）各货物均在一楼完成出入库作业；（3）四向穿梭车在存储区域的货格中双向移动，在主通道中单向移动；（4）不考虑货物的到货频率默认货物来源无限制，不考虑出库频率限制，叉车可连续进行出库作业；（5）载货状态下四向穿梭车不可在巷道中穿行。在作业中，每一条主通道上运动的四向穿梭车负责两侧多深位货物的出入库作业，某一巷道中的货物只能从就近的主通道完成出入库作业；（6）四向穿梭车需要换层时随机选择提升机进行换层作业。4 .统计与优化在初始方案下，系统有两个提升机分别位于左右两侧，讨论不同四向车数量对系统出入库效率的影响，通过修改四向车数量这一参数,所得数据如表5。由图8可以看出，随着四向车数量的增加，四向车平均利用率较为稳定，提升机的平均利用率显著提升，但随着四向车数量增加到35辆左右时，提升机平均效率提升变缓，此时可考虑增加提升机数量进一步提高系统出入库效率。四向车数/辆1015202530354045四向车平均利用率46.40%45.99%4528%43.81%43.91%43.71%41.96%J42.80%提升机平均利用率