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摘 要：采用 Arena 仿真软件对某汽车制造企业的仓储物流系统进行仿真优化研究，以某试制车间为对象，根据企业规划方案对其仓储物流系统进行仿真建模，找出了仿真过程中出现的运作问题和瓶颈。仿真结果表明，规划方案能够满足日常输入下的物流运作需求。然而在高峰时期，很多物流资源利用率过高，经过优化，高峰时期的物流压力得到缓解，物流资源平均利用率得到降低，浪费得到减少。
关键词：汽车制造企业 仓储物流系统 仿真优化
Research on Simulation and Optimization of Warehousing Logistics System Based on Arena
Tang Li，Hu Han，Xu Haihua
Abstract：The Arena simulation software is used to simulate and optimize the warehouse logistics system of an automobile manufacturing enterprise. With a trial workshop as the object， the warehouse logistics system is simulated and modeled according to the enterprise planning scheme to find out the problems and bottlenecks appearing in the simulation process. The simulation results show that the planning scheme can meet the logistics operation requirements under daily input. However， during the peak period， the utilization rate of many logistics resources is too high. After optimization， the logistics pressure during the peak period is relieved， the average utilization rate of logistics resources is reduced， and the waste is reduced.
Key words：automobile manufacturing enterprise， warehousing logistics system， simulation optimization
1 引言
隨着企业竞争的加剧和物流技术的发展，物流成为决定汽车制造企业生产效率的关键因素，物流的成本和效率开始受到企业越来越多的关注。仓储物流系统作为整个物流系统的重要环节，直接影响着企业物流网运作的通畅性[1]。因此，汽车制造企业越来越重视仓储物流系统的建设，尤其是建设前期对规划方案的评价和优化，以减少仓储物流系统建成后产生的浪费，提高企业物流与生产效率。
仓储物流系统是一个复杂的离散事件系统，受很多随机因素的影响，传统的解析法很难对其进行准确的分析[2]。而系统仿真方法是一种非解析法，该方法通过实际调研获得的数据仿真建模，能够较为准确、直观地描述离散事件系统，并充分反映系统的动态性。同时，系统仿真方法的模型更接近实际，方便对系统进行分析[3]。目前仿真领域有很多仿真软件，Arena由于其善于解决随机问题、分析与记录功能强大、柔性化、简单化、可视性强的特点，被广泛应用于生产物流领域[4]。
本研究以某汽车制造企业为背景，运用 Arena仿真软件对该企业试制车间的仓储物流系统设计进行仿真模拟，找到该车间仓储物流系统未来可能出现的运作问题和瓶颈，提出改进建议，指导车间仓储物流系统的实际建设。
2 研究背景
2.1 仓库概况
某汽车制造企业为更有效地研发产品，计划建立一个车间，该车间拥有两个仓库：外包仓库和车间内仓。外包仓库存储着 1/5 的物料，而车间内仓存储着 4/5 的物料，并且车间内仓的物料需要在外包仓库内中转暂存。车间内仓共三层，并拥有一个Dock。内仓计划面积为每层 2000 平方米，Dock 计划面积为 250 平方米。内仓除了具有存储物料的功能，还负责物料的组盘，因此，内仓主要包括货架区、物料暂放区、设备停放区和组盘区。Dock 连结着车间内仓和外包仓库的一切物流活动，包括卡车泊位、物料暂放区和空托盘/铁箱回收区三个区域，供外仓发来的物料在此卸货、暂存，然后发往车间内仓或车间工位，空托盘/铁箱也在此暂存回收。
2.2 仓储物流规划
该试制车间物流作业主要包含四类：内仓物料入库、内仓物料出库、外仓物料进入车间以及空托盘/铁箱的回收。首先，卡车将物料运至车间 Dock，Dock 铲车将物料从卡车上卸下，在外包仓库存储并配送至内仓的物料由拖车/人工直接运至车间工位;在车间内仓存储的物料由铲车运至 Dock 物料暂放区存储，然后再由铲车运至车间内仓。其次，内仓存储物料出库时生成物料需求清单。然后根据物料需求清单取货，一楼、三楼内仓的物料为大中件，由铲车和料架车取货;二楼内仓的物料为小件，由人工和小推车取货。取完货后，依次组盘、待发，由拖车运至工位。最后，空托盘和空铁箱先统一运回一楼内仓物料暂放区，再由 Dock 铲车运至空托盘/铁箱回收区，最终由卡车运回外包仓库。
3 仓储物流系统仿真与优化
3.1 仿真主要内容
该试制车间仓储物流系统由于涉及多种不同的物流作业模块，并在运作过程中涉及到多种运输资源，导致其物流系统具有极高的复杂性和不确定性。本研究仿真的主要内容如下： （1）评估车间各种物流资源的利用率。该试制车间包含多种形式的物流资源，对物流资源的合理规划是衡量一个物流系统是否优良的重要标准。通过仿真，分析各类资源在不同生产环境下的利用率，实现物流资源的最佳配置。
（2）寻找仓储物流系统的瓶颈环节。仓储物流系统与生产系统密切相关，而仓库各物流作业之间也相互制约，因此，仓储物流系统的瓶颈环节将直接影响车间的运作效率。通过仿真中的动画演示以及仿真后的数据分析，寻找瓶颈环节。
3.2 仿真设计
由于该试制车间拥有一个十分庞大和复杂的仓储物流系统，因此，仿真设计时采取自顶向下的建模思想。根据规划方案，首先，将整个仓储物流系统划分为三大模块：Dock 作业模块、库区作业模块和车间作业模块。其中，Dock 作业模块包括物料的接收和转运，库区作业模块包括物料的入库和出库，车间作业模块包括送料过程。因此，为了实现每个模块的功能，每个大的作业模块又被划分为若干个小作业模块，得到整个仿真模型架构见图 1。
4 仿真输出及优化
模型运行完成后，导出运行结果，仿真输出统计为各物流资源的利用率。各物流资源的利用率需要在一个合理的范围内，才能保证物流系统的有效运行，并不超过其工作负荷。考虑到物料暂放区以及空托盘/铁箱回收区需要留出一定的通道供铲车操作，而运输资源需要一定的维修和休息时间，因此，各物流资源利用率在 60%-75%较为正常[5-6]。工作负荷较小时，存在资源浪费的现象;当利用率大于75%时，说明该物流资源工作负荷较大，是一个瓶颈资源，物流系统在此处会出现阻塞的现象。
通过对瓶颈物流资源数量的优化，以及影响物流资源利用率的相关物流作业的优化，极大地改善了物流资源的利用率，优化前后几种物流资源利用率的变化见表1。可以看出，物流资源利用率得到了显著的改善。
总的来说，优化后，各物流资源平均利用率得到显著改善。优化后的方案，不仅缓解了物料到达高峰的压力，而且减少了资源浪费。
5 结语
仓储物流系统是整个物流系统的关键环节，对于提高企业物流效率有着重要的实际意义。本研究以某汽车制造企业为背景，以某试制车间的仓储物流系统为对象，进行仿真建模，找出了仓储物流系统中存在的问题，并对优化方案进行了仿真，提高了企业的仓储物流运作效率，降低了物流运作成本。
参考文献：
[1]齐二石.物流工程（工业工程管理系列教材）[M].清华大学出版社，2009.
[2]涂琰.基于Flexsim的物流装卸搬运系统仿真研究[D].華中科技大学，2008.
[3]徐林华.基于Flexsim的仓储物流系统仿真与优化研究[D].山东科技大学，2011.
[4]薛永吉.仓储物流系统仿真及应用研究 [D]. 东南大学，2006.
[5]姜明.某企业车间物流建模与仿真分析[D]. 上海交通大学，2012.
[6]郭斐.制造企业仓储物流系统的仿真与优化[D].北京邮电大学，2012.
关键词：汽车制造企业 仓储物流系统 仿真优化
Research on Simulation and Optimization of Warehousing Logistics System Based on Arena
Tang Li，Hu Han，Xu Haihua
Abstract：The Arena simulation software is used to simulate and optimize the warehouse logistics system of an automobile manufacturing enterprise. With a trial workshop as the object， the warehouse logistics system is simulated and modeled according to the enterprise planning scheme to find out the problems and bottlenecks appearing in the simulation process. The simulation results show that the planning scheme can meet the logistics operation requirements under daily input. However， during the peak period， the utilization rate of many logistics resources is too high. After optimization， the logistics pressure during the peak period is relieved， the average utilization rate of logistics resources is reduced， and the waste is reduced.
Key words：automobile manufacturing enterprise， warehousing logistics system， simulation optimization
1 引言
隨着企业竞争的加剧和物流技术的发展，物流成为决定汽车制造企业生产效率的关键因素，物流的成本和效率开始受到企业越来越多的关注。仓储物流系统作为整个物流系统的重要环节，直接影响着企业物流网运作的通畅性[1]。因此，汽车制造企业越来越重视仓储物流系统的建设，尤其是建设前期对规划方案的评价和优化，以减少仓储物流系统建成后产生的浪费，提高企业物流与生产效率。
仓储物流系统是一个复杂的离散事件系统，受很多随机因素的影响，传统的解析法很难对其进行准确的分析[2]。而系统仿真方法是一种非解析法，该方法通过实际调研获得的数据仿真建模，能够较为准确、直观地描述离散事件系统，并充分反映系统的动态性。同时，系统仿真方法的模型更接近实际，方便对系统进行分析[3]。目前仿真领域有很多仿真软件，Arena由于其善于解决随机问题、分析与记录功能强大、柔性化、简单化、可视性强的特点，被广泛应用于生产物流领域[4]。
本研究以某汽车制造企业为背景，运用 Arena仿真软件对该企业试制车间的仓储物流系统设计进行仿真模拟，找到该车间仓储物流系统未来可能出现的运作问题和瓶颈，提出改进建议，指导车间仓储物流系统的实际建设。
2 研究背景
2.1 仓库概况
某汽车制造企业为更有效地研发产品，计划建立一个车间，该车间拥有两个仓库：外包仓库和车间内仓。外包仓库存储着 1/5 的物料，而车间内仓存储着 4/5 的物料，并且车间内仓的物料需要在外包仓库内中转暂存。车间内仓共三层，并拥有一个Dock。内仓计划面积为每层 2000 平方米，Dock 计划面积为 250 平方米。内仓除了具有存储物料的功能，还负责物料的组盘，因此，内仓主要包括货架区、物料暂放区、设备停放区和组盘区。Dock 连结着车间内仓和外包仓库的一切物流活动，包括卡车泊位、物料暂放区和空托盘/铁箱回收区三个区域，供外仓发来的物料在此卸货、暂存，然后发往车间内仓或车间工位，空托盘/铁箱也在此暂存回收。
2.2 仓储物流规划
该试制车间物流作业主要包含四类：内仓物料入库、内仓物料出库、外仓物料进入车间以及空托盘/铁箱的回收。首先，卡车将物料运至车间 Dock，Dock 铲车将物料从卡车上卸下，在外包仓库存储并配送至内仓的物料由拖车/人工直接运至车间工位;在车间内仓存储的物料由铲车运至 Dock 物料暂放区存储，然后再由铲车运至车间内仓。其次，内仓存储物料出库时生成物料需求清单。然后根据物料需求清单取货，一楼、三楼内仓的物料为大中件，由铲车和料架车取货;二楼内仓的物料为小件，由人工和小推车取货。取完货后，依次组盘、待发，由拖车运至工位。最后，空托盘和空铁箱先统一运回一楼内仓物料暂放区，再由 Dock 铲车运至空托盘/铁箱回收区，最终由卡车运回外包仓库。
3 仓储物流系统仿真与优化
3.1 仿真主要内容
该试制车间仓储物流系统由于涉及多种不同的物流作业模块，并在运作过程中涉及到多种运输资源，导致其物流系统具有极高的复杂性和不确定性。本研究仿真的主要内容如下： （1）评估车间各种物流资源的利用率。该试制车间包含多种形式的物流资源，对物流资源的合理规划是衡量一个物流系统是否优良的重要标准。通过仿真，分析各类资源在不同生产环境下的利用率，实现物流资源的最佳配置。
（2）寻找仓储物流系统的瓶颈环节。仓储物流系统与生产系统密切相关，而仓库各物流作业之间也相互制约，因此，仓储物流系统的瓶颈环节将直接影响车间的运作效率。通过仿真中的动画演示以及仿真后的数据分析，寻找瓶颈环节。
3.2 仿真设计
由于该试制车间拥有一个十分庞大和复杂的仓储物流系统，因此，仿真设计时采取自顶向下的建模思想。根据规划方案，首先，将整个仓储物流系统划分为三大模块：Dock 作业模块、库区作业模块和车间作业模块。其中，Dock 作业模块包括物料的接收和转运，库区作业模块包括物料的入库和出库，车间作业模块包括送料过程。因此，为了实现每个模块的功能，每个大的作业模块又被划分为若干个小作业模块，得到整个仿真模型架构见图 1。
4 仿真输出及优化
模型运行完成后，导出运行结果，仿真输出统计为各物流资源的利用率。各物流资源的利用率需要在一个合理的范围内，才能保证物流系统的有效运行，并不超过其工作负荷。考虑到物料暂放区以及空托盘/铁箱回收区需要留出一定的通道供铲车操作，而运输资源需要一定的维修和休息时间，因此，各物流资源利用率在 60%-75%较为正常[5-6]。工作负荷较小时，存在资源浪费的现象;当利用率大于75%时，说明该物流资源工作负荷较大，是一个瓶颈资源，物流系统在此处会出现阻塞的现象。
通过对瓶颈物流资源数量的优化，以及影响物流资源利用率的相关物流作业的优化，极大地改善了物流资源的利用率，优化前后几种物流资源利用率的变化见表1。可以看出，物流资源利用率得到了显著的改善。
总的来说，优化后，各物流资源平均利用率得到显著改善。优化后的方案，不仅缓解了物料到达高峰的压力，而且减少了资源浪费。
5 结语
仓储物流系统是整个物流系统的关键环节，对于提高企业物流效率有着重要的实际意义。本研究以某汽车制造企业为背景，以某试制车间的仓储物流系统为对象，进行仿真建模，找出了仓储物流系统中存在的问题，并对优化方案进行了仿真，提高了企业的仓储物流运作效率，降低了物流运作成本。
参考文献：
[1]齐二石.物流工程（工业工程管理系列教材）[M].清华大学出版社，2009.
[2]涂琰.基于Flexsim的物流装卸搬运系统仿真研究[D].華中科技大学，2008.
[3]徐林华.基于Flexsim的仓储物流系统仿真与优化研究[D].山东科技大学，2011.
[4]薛永吉.仓储物流系统仿真及应用研究 [D]. 东南大学，2006.
[5]姜明.某企业车间物流建模与仿真分析[D]. 上海交通大学，2012.
[6]郭斐.制造企业仓储物流系统的仿真与优化[D].北京邮电大学，2012.