如何使用仿真軟件優(yōu)化設(shè)計工廠倉儲物流系統(tǒng)

　　先進(jìn)的仿真分析軟件可以提供更好的見解，使企業(yè)的配送和執(zhí)行中心能夠處理各種問題，提高物流效率。年底常常令人頭疼。這不僅是評估工作績效的時候，也是節(jié)日帶來的壓力。隨著假期的臨近，每個人都突然意識到需要買禮物。每年的這個時候，大眾的每一個需求的壓力都會加倍地傳遞給分配和執(zhí)行中心的經(jīng)理。

　　這些管理者和工作人員不僅要承擔(dān)艱巨的任務(wù)，還要應(yīng)對企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)計劃和外部客戶交付期的壓力。幸運(yùn)的是，數(shù)字化正在不斷為倉庫環(huán)境的智能和高效運(yùn)作提供新的方法。得益于先進(jìn)的仿真軟件，內(nèi)部物流工作(內(nèi)部生產(chǎn)和配送流程的管理和優(yōu)化)正在不斷發(fā)展和完善。

　　任何稍微了解現(xiàn)代化訂單執(zhí)行中心的人都明白，它的管理人員必須有彈性，能夠適應(yīng)和擴(kuò)展內(nèi)部物流流程。要解決這些問題，需要細(xì)致的倉庫設(shè)計和準(zhǔn)備工作，而先進(jìn)的仿真軟件可以幫助執(zhí)行和配送中心，使其在從設(shè)計到運(yùn)營的各個階段都保持競爭力。

　　亟待解決的內(nèi)部物流問題

　　盡管消費(fèi)者需求不斷增長創(chuàng)造了可觀的商機(jī)，但在配送和執(zhí)行方面，還需要應(yīng)對很多挑戰(zhàn)。此外，COVID-19 疫情的大流行引發(fā)了對工作場所安全方面的新需求，也增加了對低接觸和無接觸過程的需求。

　　執(zhí)行中心空間有限，因此需要智能技術(shù)以更有效地利用有限的空間(圖1)。它還需要有效地規(guī)劃布局，戰(zhàn)略性地布置產(chǎn)品，并提高物流系統(tǒng)的可用性以及可維護(hù)性。

　　日益增長的全球生態(tài)意識和不斷上漲的能源價格，正促使許多公司朝著碳中和的方向努力，從而影響了倉庫的運(yùn)營方式。與之配套，必須采取適當(dāng)方法來監(jiān)控能源消耗，并就如何進(jìn)一步提高能源效率提供見解。增加透明度的舉措還經(jīng)常要求公開這些數(shù)據(jù)。

　　除了這些與技術(shù)相關(guān)的困難外，還經(jīng)常缺乏足夠的、能跟上自動化技術(shù)發(fā)展的 IT 人員，因?yàn)閿?shù)據(jù)太多，信息處理器也不夠。為了克服這一障礙，倉庫工作人員需要能夠獲得見解并以合適的形式顯示系統(tǒng)狀態(tài)，從而降低人與人、自動化和信息之間交互的復(fù)雜性。

　　為了克服這些障礙以實(shí)現(xiàn)配送中心的成功運(yùn)營，需要增加數(shù)字化和高效自動化概念的應(yīng)用，尤其是在安裝新的物料搬運(yùn)設(shè)備時，要著眼于降低成本和風(fēng)險。此外，為了保持對其它公司的競爭力以及維持執(zhí)行新訂單的能力，企業(yè)必須提高履行訂單的速度。盡管挑戰(zhàn)多種多樣，但有一種方法可以優(yōu)化效率并滿足現(xiàn)代執(zhí)行中心的諸多需求。

　　通過數(shù)字化雙胞胎優(yōu)化設(shè)計

　　先進(jìn)的仿真軟件可以通過整合軟件和現(xiàn)場設(shè)備來解決各種問題。這使得倉庫環(huán)境的優(yōu)化首先在軟件中實(shí)現(xiàn)，在軟件中創(chuàng)建原型和修改流程相對便宜且簡單，因此最終的實(shí)際部署可以高效地運(yùn)行。盡管仿真需要付出時間、成本和精力，但收益往往大于成本。

　　先進(jìn)的仿真軟件套件有助于倉庫管理人員在概念設(shè)計、在倉庫樓層調(diào)試期間以及部署之后對價值鏈進(jìn)行數(shù)字化處理，以審查和分析提高運(yùn)營效率的方法。

　　設(shè)施仿真工具提供了倉庫運(yùn)營的虛擬視圖。在設(shè)計階段，軟件工程師可以與設(shè)施設(shè)計人員一起創(chuàng)建多維倉庫環(huán)境，從而對倉庫的運(yùn)行方式進(jìn)行三維仿真。

　　用戶具有各種能力，包括仿真配送中心布局、可視化物料流、監(jiān)視可編程邏輯控制器(PLC)、配置智能工業(yè)設(shè)備以及利用高級統(tǒng)計工具來分析過程。工程師可以運(yùn)行并實(shí)時監(jiān)控每個過程，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)建模并優(yōu)化設(shè)施配置，從而確定更有效的設(shè)計(圖 2)。監(jiān)控包括根據(jù)程序邏輯可視化實(shí)時 PLC 輸入 / 輸出更新的能力。

　　使用仿真軟件分析物流應(yīng)用

　　對于物料處理應(yīng)用，仿真軟件可提供訪問工作工況的功能。它還包括內(nèi)置的人體工程學(xué)分析，可以對拾放機(jī)器、平臺和其它機(jī)械設(shè)施進(jìn)行最佳定位，從而為工作人員手動處理提供最佳的工作環(huán)境(圖 3)。

　　通過使用先進(jìn)的軟件進(jìn)行迭代仿真，機(jī)器人可以學(xué)習(xí)最優(yōu)路徑和運(yùn)動，無軌自動導(dǎo)引車(AGV)可以確定最佳路徑。該軟件可運(yùn)行數(shù)千種可能的移動方案，考慮到所有建議的設(shè)備及其在倉庫地板上的位置，并提供最有效的機(jī)器人移動和 AGV 路線。

　　物理計算(包括重力、摩擦力和扭矩)被內(nèi)置到軟件中，增加了仿真的真實(shí)性，并建立了對機(jī)電模型的可信度。機(jī)械工程師可以負(fù)責(zé)確認(rèn)運(yùn)動學(xué)部件的最佳配置，一旦知道了機(jī)械部件和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設(shè)計者就可以正確確定電機(jī)、變頻器和其他設(shè)備的規(guī)格。

　　通過該工具套件，用戶可以實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域工程的自動化，從而使各工程領(lǐng)域之間的數(shù)據(jù)保持一致。該軟件可以自動生成電氣圖紙和 PLC 項(xiàng)目，從而為工程實(shí)施做好鋪墊，并減少總體設(shè)計時間。

　　一旦生成了這些基本代碼，程序員就可以進(jìn)行調(diào)整，從而影響以后的仿真，并且他們可以根據(jù)需要對代碼進(jìn)行深入的更新。這使用戶能夠查看未來倉庫的完整模型，包括 輸傳送帶、自動升降機(jī)和掃描儀、堆垛燈、AGV 和物料流等，所有這些都是同步進(jìn)行的。該軟件還可以在仿真工作空間中模擬很多其它類型的設(shè)備，例如 ：

　　1. 食品、硬物品和消費(fèi)品包裝等高密度存儲和檢索系統(tǒng);

　　2. 功能安全裝置;

　　3. 先進(jìn)的光學(xué)識別設(shè)備，用于追蹤產(chǎn)品移動;

　　4. 可擴(kuò)展且靈活的穿梭系統(tǒng);

　　5. 板載和非板載的先進(jìn)穿梭車輛的控制組件;

　　6. 與工業(yè)無線局域網(wǎng)實(shí)時、故障安全通信，以實(shí)現(xiàn)倉庫設(shè)備之間的可靠、高速和安全的連接 ;

　　7. 用于產(chǎn)品目錄跟蹤的工業(yè)射頻識別 (RFID)系統(tǒng);

　　8. 邊緣計算設(shè)備;

　　9. 嵌入在其它設(shè)備中的緊湊型和移動控制器。

　　在顯示工廠車間流程的模擬視圖時，用戶可以在仿真軟件中同時監(jiān)視人機(jī)界面(HMI)和 PLC 梯形邏輯運(yùn)行，虛擬調(diào)試機(jī)器。這些虛擬仿真是倉庫和配送中心的數(shù)字化計劃，有助于確保物理部署能夠按預(yù)期進(jìn)行。

　　不久前，建模經(jīng)歷了從 2D 圖紙到 3D 虛擬渲染的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時反饋和運(yùn)動。軟件仿真使設(shè)計人員可以在實(shí)際調(diào)試之前，對設(shè)施的運(yùn)行方式進(jìn)行建模和可視化。因此，多學(xué)科設(shè)計團(tuán)隊可以在項(xiàng)目初期做調(diào)整，從而產(chǎn)生積極作用。

　　改善物流效率

　　一家大型家庭護(hù)理產(chǎn)品制造商，通過將 4 個配送中心合并為一個，可以簡化運(yùn)營并降低間接成本。使用先進(jìn)的仿真軟件套件，該制造商可以有效地為設(shè)施建模并付諸實(shí)施，其規(guī)模僅為設(shè)施合并前的一半，同時還提高了處理能力。

　　物品存儲密度提高了 50%，現(xiàn)在體積存儲容量利用率大約為 90%。此外，與合并之前相比，在工廠內(nèi)的運(yùn)輸需求減少了 20%。通過先進(jìn)仿真和尖端的內(nèi)部物流技術(shù)可以改善效率，從而提升制造商的利潤率并減少碳足跡。

　　在另一個案例中，一家跨國航運(yùn)公司最近在其所屬的國際機(jī)場內(nèi)，實(shí)施了現(xiàn)代化的分揀和運(yùn)輸系統(tǒng)(圖 4)。使用包括 PLC 和 驅(qū)動器在內(nèi)的組件，分揀機(jī)傳輸速度可達(dá)每秒 8 英尺，峰值時每小時可以分揀 9,000 個各種規(guī)格的包裹。

　　運(yùn)行時的系統(tǒng)診斷

　　設(shè)施啟動并運(yùn)行后，作為過程或程序調(diào)整的工具，仿真仍然具有較高的價值，而系統(tǒng)診斷軟件功能，可為優(yōu)化工作做出貢獻(xiàn)。

　　一旦在設(shè)施中檢測出問題，診斷工具就可以在設(shè)備出現(xiàn)故障之前，提醒運(yùn)行人員進(jìn)行有針對性的預(yù)測性維護(hù)。在某些系統(tǒng)診斷配置中，某些事件(例如斷線或電壓低)已被嵌入到 PLC 中，以便與 HMI 通信。在這種情況下，維護(hù)技術(shù)人員可以通過 HMI 屏幕直接解決常見問題，而無需將便攜式計算機(jī)連接至 PLC(圖 5)。

　　而且，這些配置可以收集并存儲實(shí)時數(shù)據(jù)，使運(yùn)行人員能夠在 HMI 上回放以前的數(shù)據(jù)，從而幫助他們確定觸發(fā)報警條件的工況。在倉庫中使用這些工具，可以減少停機(jī)時間并提高吞吐量。

　　隨著社會聯(lián)系越來越緊密，倉庫技術(shù)也在不斷發(fā)展?？蛻艉凸镜钠谕狄苍谠黾印Ｈ绻褂眠^時的工具和方法，配送和執(zhí)行中心也就無法跟上時代發(fā)展的步伐。

　　如果利用先進(jìn)的仿真軟件和現(xiàn)代化物流技術(shù)實(shí)施搬運(yùn)、分類、揀選和包裝，倉庫就可以更好地應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。盡管仿真需要額外投入，但在時間節(jié)省和效率提升方面所帶來的收益，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過付出的成本。

　　在項(xiàng)目初期實(shí)施仿真，系統(tǒng)設(shè)計人員可以簡化范圍，減少實(shí)施所需的總時間和精力，并確保配送中心更高效的運(yùn)營。