中机中联工程有限公司 重庆 400039
摘要：以国内某家电产业园为例，在相同输送能力的条件下，运用Flexsim仿真计算AGV、辊筒线、牵引车三种输送方式的具体配置，由此分析计算出每种方案投资和运行成本。结合不同输送方式的优缺点，确定最优的输送方案。
关键词：Flexsim；仿真；物流输送
Comparison of Transportation Schemes of a Household Appliance Industrial Park Based on Flexsim Software
Wang Hongyan，Zhao Jin
（CMCU Engineering CO.LTD.Chongqing 400039）
Abstract：Take a household electrical appliance industry park as an example，under the condition of the same transport capacity，the Flexsim software simulation technology is used to calculate the specific configuration of three transportation modes of AGV，roller line and tractor，The investment and operation cost of each plan are calculated and analyzed.Combined with the advantages and disadvantages of different transportation modes，the optimal plan is determined.
Key words：Flexsim；Simulation；Logistics transportation
1研究背景
家电行业生产节拍快，下线和出厂体积流量大，物流输送成为其生产重要环节，也是制约家电生产和销售的关键因素[1]。图1为某国内著名家电企业产业园的平面布局图。园区内主要分为生产区，成品区和发货区。因园区扩大生产规模，而发货区与成品区成L型，导致物流输送量的增加，因此选择合适的输送方案对产业园的正常生产和销售有着至关重要的影响。
企业要求物流设计在保证输送量的前提下，实现低成本和高效率。根据现有布局，设计提供了AGV、辊筒、牵引车3种成品输送方案。同时，因成品库与发货区之间有一定高差，因此在成品区与发货区交界处设置了一台升降机，用于提升输送设备和成品。
图1 某家电产业园平面布局图
2 Flexsim仿真软件
Flexsim是Flexsim Software Products公司出品的一款系统仿真模型设计、制作与分析软件[2]。它集计算机三维图像处理技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术为一体，专门面向制造、物流等领域。
Flexsim仿真一般步骤为[3]：
1.系统模型的抽象。确定系统核心部分的设备，将对系统影响程度低的设备实体简化。
2.系统模型的构建。运用Flexsim软件进行模型的构建，建立好各实体间的连接，确定输入/输出端口和中间端口的连接。同时根据系统设备情况，设置Flexsim仿真模型中各实体参数。
3.系统模型的运行和分析。通过Flexsim中直观的3D视图运行构建好的系统模型，查看仿真模型运行情况，最后通过“报告与统计”生成各个实体的运行数据。根据运行数据，可分析方案存在的问题，进行优化。
3模型建立与仿真
利用Flexsim软件对该家电产业园进行不同输送方案仿真模型建立与仿真，计算出各方案中设备和人员的配置，从而对不同方案的投资与运营成本进行综合评估。同时，通过仿真还可对设备的负荷进行分析，利于方案的优化设计。
根据对销量的预测，常规时期平均每天需求约3000件家电，折合托盘数291个，高峰期平均每天需求约4000件家电，折合托盘数388个，每个仓库出货量按照建筑面积比折算，工作时间8小时。
3.1 AGV方案仿真
利用仿真模型分析的AGV需求量。AGV运行参数为：速度为35m/min，加减速度为0.5m/s，装载时间30s，卸货时间15s。升降机升降速度40m/min，升降机输送速度12m/min。AGV方案模型仿真关键点是AGV拖挂托盘数量和输送路线控制。
根据仿真分析结果，AGV需求量为9台（一台备用），每次转运3个拖挂车。仿真常规期AGV需求数量为7台，平均利率为85.8%；高峰期AGV需求数量为8台，平均利用率为87.5%。AGV装卸载、满载和空载运行时间见图2和图 3。
图3 高峰期AGV状态图
3.2辊筒输送线方案仿真
运用仿真模型进行评估辊筒输送线配置是否满足输送系统要求。输送速度为12m/min，升降机升降速度40m/min，升降机辊筒输送速度12m/min。
假设模型中托盘是连续投入的，经过仿真，辊筒输送线平均每天可输送554托，满足每天388托的最高需求量。
3.3牵引车方案仿真
利用仿真模型分析牵引车数量的配置。牵引车运行参数为：每次转运3个拖挂车，速度为83m/min，加减速度为1m/s，装载时间30s，卸货时间15s。升降机升降速度40m/min，升降机输送速度12m/min。
图5 高峰期牵引车状态图
根据仿真分析，需牵引车5台。由图4、5可知：常规期牵引车利用率为71.55%，高峰期牵引车的利用率为86.47%。另牵引车需配备5名车司机。
3.4三种输送方案配置要求
通过仿真分析，只考虑输送过程中人员配置的情况下，三种输送方案配置要求如表1：
表1 三种输送方案配置表
4投资及运行费用分析
在不考虑人工成本上涨和通货膨胀的情况下，输送系统使用期内总费用包含设备投资费用和运行费用。
4.1 AGV方案投资运行费用
AGV数量为9台，平均每台15万。升降机1台，每台20万。设备总投资费用为155万。AGV每8年更换一次，升降机10年更换一次。
8台AGV每日运行耗电量为24kW•h，升降机运行功率约为5.6kW。按每年工作300天，每天工作8小时计算，工业用电按0.85元/（kW•h），年电费约为1.8万元。
蓄电池2年更换一次，费用为4000元/个，每车2套蓄电池。则9台车平均每年配件更换费用为3.6万。其他检修维护费用每年1万元。
因此，AGV方案的运行费用为6.4万元/年。
4.2辊筒输送线方案投资运行费用
经统计，辊筒输送线总长度为730米，该型号辊筒输送线造价约为2800元/米。升降机1台，价格约为15万。设备总投资为219.4万元。辊筒输送线10年更换一次，升降机10年更换一次。
辊筒线和升降机运行功率约为60kW，年电费约为12.2万元。检修维护费用按年1万元计。
因此，辊筒线输送方案的运行费用为13.2万元/年。
4.3牵引车方案投资运行费用
牵引车数量为5台5吨电瓶牵引车，每台8万，含一个蓄电池。升降机1台，每台20万，合计60万。牵引车8年更换一次，升降机10年更换一次。
单台牵引车每日耗电量约为10kW•h，升降机运行功率约为5.6kW，年电费约为2.4万元
蓄电池每2年更换一次，蓄电池价格为0.8万/个，平均每年电池更换费用为2万。
牵引车司机人工费用按8万元/（人•年），5人共计40万元/年。
因此，牵引车输送运行费用约为44.4万元/年。
4.4投资运行费用对比
由表2可知：初期投资费用最高为辊筒输送线，其次是AGV。辊筒输送和AGV两种方案都能实现全自动输送，投资费用相对较高。牵引车方案运行费用最高，辊筒线方案其次，AGV方案最低。
表2输送方案对比汇总表
在考虑设备使用年限和运行费用的情况下，总投资费用=设备费用×更换次数+使用年限×每年运行费用。
由图6可知，AGV方案虽然设备采购成本较高，但AGV方案自动化水平高，运行费用最低。在20年使用年限的情况下，投资总费用最少。随着使用时间延伸，AGV方案的优势更加明显。
图6 20年使用期内三种方案总投资对比
辊筒线方案设备采购成本最高，运行费用较低。在20年使用年限的情况下，投资总费用高于AGV方案。辊筒输送方案虽自动化水平高，但是辊筒线设备要求固定安装，占用车间通道情况严重，影响其他物流输送。
牵引车输送方案设备投资最少，但是受到人工成本影响，20年总的投资费用最高，高出AGV方案约590万元。
5总结
随着人工成本的提高，人工智能的飞速发展，工厂输送方案的选择更趋于自动化、智能化。AGV方案虽前期投入较高，但运行费用最低，与同为自动化的辊筒输送线方案相比，投资成本和使用费用都更低，并且AGV不占用通道，不影响其他物流设备输送，优势明显。
参考文献：
[1]张琪东.家电企业工厂物流设计漫谈[J]，物流技术与应用，2014，19（5）：112-114
[2]朱小蓉.基于Flexsim的仓储作业系统仿真及优化[J]，物流技术，2012，31（3）：135-137
[3]胡学刚.基于Flexsim的自动化立体仓库仿真与优化[D]，南京林业大学，2009
作者简介：
王鸿艳，女，出生于1988年3月，学士学位，工程师，研究方向：物流工程及物流仿真，重庆市九龙坡区石桥铺渝州路17号，邮编400039，电话：18883780558，邮箱：471319068@qq.com
论文作者:王鸿艳,赵锦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/12/2
标签：方案论文; 牵引车论文; 升降机论文; 费用论文; 万元论文; 辊筒论文; 模型论文; 《基层建设》2019年第24期论文;