立库输送线仿真

实验七立库输送线仿真
一、对象系统
某企业现要建立一座自动化立体仓库。

设计目标是达到每小时60货物进入立库，60货物出立库的速度。

根据已有设备选型，有关参数如下：
（1）输送机速度：16m/min；
（2）货物尺寸：2.5m×1.6m；
（3）立库通道从右往左依次编号为1-6号，货物依次按照6、5、4、3、2、1的顺序循环进入各个巷道。

每个巷道内左进右出。

（4）货物到达速度：1.8min/个×2个入口，即0.9min/个进入系统；
（5）立库通道内堆垛机进出一次各30秒，即一个周期1min；
设计图纸如图所示，其他有关参数可以从图中获取。

图1 系统CAD图纸
图2 某企业自动化立体仓库
图2中显示，该企业共有12条纵向输送线，1条横向输送线。

入库时是沿着纵向运输轨道进入的，而进入立体仓库过程中要选择特定的巷道，所以要转移到横向的运输轨道，这里就涉及到如何变向的问题。

针对以上问题，现在需要通过仿真分析方案能不能够满足设计要求。

在纵向运输轨道和横向运输轨道之间均安装了移载机，其工作原理是当车桥沿纵向运输轨道移动到连接点时，升降机将车桥整体提升一定高度，然后旋转90度,下降到横向运输轨道，完成车桥的变轨。

之后升降机重复上述过程回到原来位置。

每个节点都需要安装一台移载机，以便正常入库。

此方案简单可行，但由于车桥自身长度影响，相邻的两台移载机就会产生干涉，不能同时进行操作，这势必会增加控制难度，降低入库的效率。

移载机具体工作效率为：升起10秒，旋转10秒，下降10秒，每个动作等待3秒，即一次共39秒；极限变化范围：动作5-10秒，等待2-3秒，按最快进行分析：
1.相邻两处的移载机无法同时操作，需要等待。

2.由于货物尺寸2.5×1.6m，因此，旋转半径约1.48m，模型中按1.5m计算。

3.堆垛机空闲时停靠在巷道口。

假设堆垛机完成一次横向伸臂，缩回，即从传送带取一次
货物或放一次货物的时间为4秒。

4.移载机按最快计算，完成一个周期的升降需要5×3+2×3=21秒。

二、建立模型
2.1搭建初步样式
（1）根据CAD设计图纸（图1），使用Transfernode和Conveyor搭建立库的出入整体样式，可以得到如图3所示的simio模型图。

图3 立库出入库路线simio模型图
（2）在使用Conveyor时，应注意方向应根据方案要求的货物出入库实际走向确定。

（3）在横向输送线上，每通道增设两个Transfernode节点，作为通道上的移载示意。

（4）所有模型应注意命名，便于后期操作，避免出错。

（5）在视图右下角，使用Source模拟货物入库，并将其命名为命名为Source A。

在视图左下角，使用Sink模拟货物出库，命名为Sink A。

2.2立库区模型框架布置
（6）根据CAD设计图纸（图1），使用Transfernode和Timepath搭建立库的出内部样式，可以得到如图4所示的simio模型图。

创造一种新的出库实体ModelEntityExit，模拟出库开始。

添加Vehicle控件，以模拟堆垛机。

图4 立库内部路线simio模型图
（7）在使用Timepath时，应注意方向应根据方案要求的货物出入库实际走向确定，由于路线主要是模拟了堆垛机的行走路线，所以应该是双向的。

（8）所有模型应注意命名，便于后期操作，避免出错。

（9）在每个巷道上方，使用Source模拟从货架上出库，并将其从右到左命名为命名为Source 1到Sourse6。

同时，使用Sink模拟货物入库上架，从右到左分别命名为Sink 1到Sink6。

2.3完成模型框架
可以获得整个模型的外部框架，整体结构如图5所示。

图5 立库simio整体框架图
三、模型中所做的的各种假设以及各个参数设置
3.1货物实际行走路线数据设置
根据CAD设计图纸以及系统方案要求的实际数据，输送线具体长度及输送线速度设置Travel Logic，如图6。

Conveyor_TN1E_TN1A的长度（Logical Length）为1.5m，输送线速度为16m/min，输送线输送能力（Traveler Capacity）为1。

在节点属性中依次设置所有的内容。

图6 Conveyor Travel Logic设置
在模型中还有其他的路线要进行这一属性设置，在此仅以Conveyor_TN1E_TN1A为例。

参照这一路线，完成其他路线的属性具体数据设置。

3.2移载机的设置
（1）移栽机的干涉设置
在之前的方案说明中可知，两台临近移载机之间相距仅仅为1.85m。

当移载机载货时，由于货物的自身尺寸以及移载长度，移载半径为1.5m，两台临近移载机之间将发生干涉。

为简化问题，在每台移载机附近1.5m处增设一个Transfernode，即在横向输送线上，每通道增设两个Transfernode节点。

以设置Resource3为例，考虑如图7所示的第2通道和第3通道间的6个Transfernode，其中TN3A和TN2D为两台移载机。

假设当实体从TN2C或TN3E 进入这6个Transfernode组成的范围时，Resouce3的资源即被抓取，当且仅当实体从TN3B 或TN2F离开时才释放Resource3的资源。

通过这种方式，可以保证同一时段内，在该范围仅有一个实体被输送，从而解决TN3A和TN2D之间的干涉。

图7 两台移载机位置示意图
具体参数设置过程：在Conveyor_TN2C_TN2D和Conveyor_TN3I_TN3E添加Reached End 的过程，使用Seize抓取Resource3的资源。

在TN2B和TN3F中添加Exited的过程，使用Release释放Resource3的资源。

在Processes中的设置如图8所示.
图8 资源设置
添加6个通道的Resource，根据六个通道具体状态设置、添加过程，解决移载机的干涉问题。

需要重点考虑各个通道的初始状态，若出现移载回复状态（旋转到可用位置）的情况，将会出现delay装态。

（2）移栽机的控制策略
移载机每工作一个周期最快需21s，可在Definations-Properties中将其设置成一个常量RotateCycleTime，将其设置成Time类型，缺省值为21s，方便之后的模型修改。

由于第1通道与第2通道处的移载机分析最为复杂，移载机TN1A默认方向为竖向，因此当竖向输送线Conveyor_TN1E_TN1A和Conveyor_TN1G_TN1A运送实体进入移载机TN1A时，TN1A需要转向为横向；当实体离开Resource1的控制范围时，TN1A复位成纵向后才允许释放Resource1的资源。

控制过程为：
TN1A_Entered：Delay RotateCycleTime；
TN1B_Exited：Delay RotateCycleTime—Release Resource1。

TN1D的移载机在Model-Definations-States中定义TN1DDirection的布尔型参数，假设其值为真时TN1D移载机的方向为水平方向，设置TN1DDirection的初始值为T。

在TN1C点的Entered过程中的逻辑语句，见图9：
图9 移载延迟的判断和设置
其中Delay的时间为RotateCycleTime，即移载机工作一周期的21s。

同理，在TN1H点也应加以相应的判断，以确保移载机工作时间正确。

在TN1F点，当实体离开资源范围时，移载机的方向应为纵，因此在其释放资源前应先将移载机复位为横向，仍应添加一个Delay语句，时间为RotateCycleTime。

TN2A和TN2D两台移载机之间涉及到的Transfernode有7个，需要逐一添加Seize和Release过程。

默认移载机TN2A方向为横向，观察到从输送线Conveyor_TN1D_TN2A输送的实体无需转向即可沿TN1D—TN2A—TN2B的路线离开Resource2的资源控制范围，而从输送线Conveyor_TN2E_TN2A输送的实体需自到达TN2E节点时就抓取Resource2的资源，并控制移载机TN2A转向成竖向，当到达Conveyor_TN2E_TN2A末端时再次控制移载机TN2A转向成横向。

控制过程为：
Conveyor_TN2I_TN2E_ReachedEnd：Seize Resource2—Delay RotateCycleTime；
Conveyor_TN2E_TN2A_ReachedEnd：Delay RotateCycleTime。

默认移载机TN2D方向为横向，从输送线Conveyor_TN2C_TN2D输送的实体自到达TN2D时需判断是否满足入库条件，当实体需要入库时才需控制移载机TN2D转向成竖向，当实体离开TN2F节点时需将移载机TN2D复位成横向并释放Resource3的资源。

控制过程为：
TN2D_Entered：Decide ModelEntity.EntityType==2（若为真则延迟，若为假则不）。

TN2F_Exited：Delay RotateCycleTime—Release Resource3。

同理，第3、4、5通道也一样。

移载机TN6A方向为横向。

从输送线Conveyor_TN5D_TN6A输送的实体包括ModelEntity.EntityType=6的实体和出库的实体ModelEntityExit，其中实体类型为6的实体需沿TN6A—TN6B的路线离开Resource6的资源控制范围，出库实体可选择沿TN6A—TN6B
的路线输送，也可沿TN6A—ExitTN6G的路线输送。

因此需在实体进入移载机TN6A时判断实体类型，若实体类型为6，则移载机TN6A方向不变，否则按照50%的概率控制移载机转向（如图10所示）。

控制过程为：
TN6A_Entered：Decide ModelEntity.EntityType==6
图10 移载判断和设置
从输送线Conveyor_TN6E_TN6A输送的实体即出库实体ModelEntityExit，可选择沿TN6A—TN6B的路线输送，也可沿TN6A—ExitTN6G的路线输送。

移载机TN6D默认方向为竖向，当实体到达TN6C节点时，需控制移载机TN6D转向为横向，当实体进入移载机TN6D后，需再次控制移载机TN6D转向为竖向。

控制过程为：
Conveyor_TN6B_TN6C_ReachedEnd：Seize Resource7—Delay RotateCycleTime；
TN6D_Entered ：Delay RotateCycleTime。

3.3堆垛机出入库的模拟
堆垛机在立库通道内每出入一次的时间为1min，即单次出库或单次入库耗时30s。

因此，在3.2的基础上利用Transfernode和Timepath搭建出入库部分，如上面的图4所示。

根据设计方案，将Source1与出库实体ModelEntityExit相关联，并设置实体创造时间间隔为随机分布，设置如图11所示。

图11 出库Source参数设置
同时，分别将5条Timepath Travel Logic中的Type设置成Bidirectional，其中纵向一段时间即堆垛机单次出库或单次入库耗时设置为30s，如图12。

图12 Timepath（堆垛机行走路线）参数设置
Source中的Output@Source1点，遵循“左进右出”的通道出入库原则，因此设置Entity Destination Type为TN1I点，同理，将TN1J点的Entity Destination Type设置为Input@Sink1点。

出入库的两段路线均需由Vehicle运载，将Ride On Transporter设置为True，选择相应的Vehicle。

具体的参数设置参考图13。

图13 出库节点参数设置
依次设置第1至6通道的出入库模拟，参考上例设置相关参数。

3.4实体分通道出入库的设置
视图右下角有Source A控件，创造入库实体ModelEntityEnter，模拟入库开始。

视图左下角有Sink A控件，模拟出库结束。

1、入库实体ModelEntityEnter的创建
首先添加一个实体ModelEntityEnter，为其添加5个Additional Symbol，并将这6个Active Symbol设置成不同颜色，颜色可由ModelEntity.Picture属性来控制的，如图14所示。

图14 入库实体创建及颜色设置
设置Source A的Entity Type为ModelEntityEnter。

方案中货物到达速度为0.9s/个，因此将Source A的Interarrival Time设置为0.9s。

在Model中定义整型数据EntityCounter，
设置其初始值为6，如图14所示。

图15 SourseA属性设置
在ModelEntity中定义整型数据EntityType，设置其初始值为大于6的数值（如7），以此方便将出库实体ModelEntityExit与入库实体ModelEntityEnter区分开来。

在Source A 的Created Entity过程中的逻辑语句，见图16：
图16 SourseA属性设置（Created Entity）
Assign：ModelEntity.EntityType=ModelEntity.EntityCounter；
ModelEntity.Pciture=ModelEntity.EntityType-1；
Decide：ModelEntity.EntityCounter==1；
若为T，Assign：EntityCounter=6；
若为F，Assign：EntityCounter= EntityCounter-1。

由EntityCounter初始值为6可知，当Source A每创建一个入库实体ModelEntityEnter 时，EntityCounter的值依次从6变至1，依次循环。

EntityType的值与EntityCounter的值相等，也随实体的创建由6至1循环；Picture属性为EntityType-1，由5至0循环变化，从而与ModelEntityEnter实体的6种颜色相关联。

2、入库实体分通道入库
根据方案要求，货物需依次按照6、5、4、3、2、1的顺序循环进入各个巷道，在模型中即直观表现为同一颜色的实体进入同一通道。

在此，以第1通道为例，TN1D为第1通道入库处的移载机，将其Outbound Link Rule设置为By Link Weight，见图17。

图17 入库处移栽机属性设置
设置与TN1D连接的入库输送线Conveyor_EntranceTN1D_TN1F的Selection Weight为ModelEntity.EntityType==1，该语句表示判断类型为1的实体通过该输送线入库，见图18。

同理，设置Conveyor_TN1D_TN2A的Selection Weight为ModelEntity.EntityType==1，该语句表示判断类型不为1的实体通过该输送线。

图18 入库输送线属性设置
同理依次设置其他通道的权重，即可实现实体分类入库。

3.5输送线堵塞的问题
可以发现在运行模型时间较长时，将会出现自第1通道开始输送线发生资源死锁问题。

以第1通道为例，在该通道处增设资源Resource8。

假设在第1通道出库处的Source1创建实体后即抓取Resource8的资源，直至实体离开Conveyor_TN1I_TN1E后才释放。

具体操作步骤为：在Source1的Created Entity中写入Seize过程，以抓取Resource8的资源；在Conveyor_TN1I_TN1E的Exited中写入Release过程，以释放Resource8的资源。

方式和解决移载干涉问题相似。

同理在其他的通道中增设Resource资源，写入相关过程。

Resource有两种状态：被抓取和被释放。

可增加一个Additional Symbol，将2个Active Symbol设置成不同的颜色以区别两种状态，具体方式和实体的颜色设置相似。

3.6实体来源的区别
图19 入库输送线
如图19所示，立库入口处有两个入口通道，可在ModelEntity中定义整型参数EntityEntranceAB，设置值为1时表示实体从右侧入口进入立库，值为2时表示实体从左侧入口进入立库，值为3时表示该实体可以出库。

设置EntityEntranceAB初始值为3。

在Source A的Created Entity过程中写入Assign语句，将EntityEntranceAB赋新值为1；在TNEnteranceB的Entered过程中写入Assign语句，将EntityEntranceAB赋新值为2。

这里的数据与移载是否要回复位置相关。

四、实验结果与分析
1、设置实验运行时间为1小时，点击运行，点击Simio模型中的Results页，可看到实验的结果如图20所示。

图20 实验运行1小时的结果
观察ModelEntity项，ModelEntityEnter的NumberDestroyed的数量为22，说明1小时内入库22个单位货物；ModelEntityExit的NumberDestroyed的数量为51，说明1小时内出库51个单位货物。

本实验的验证目标是是否立库能达到每小时60单位货物入库，60单位货物出库的能力要求。

由实验结果可知，该入库设计方案的出入库能力都没有达到要求，但出库能力可稍带加强之后就可达到要求，入库能力还差的较多。

2、设置实验运行时间为24小时，点击运行，点击Simio模型中的Results页，可看到实验的结果如图21所示。

图21 实验运行24小时的结果
从实验结果可知，平均之后的结果和运行1小时的结果差不多。

所以，此运输系统的能力还不能达到要求，需要改进方案。