基于三阶段仿真法的AS/RS物流系统规划

D01:10.13374j.isml00103x.2007.10.20 第29卷第10期 北京科技大学学报 Vol.29 No.10 2007年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0et.2007 基于三阶段仿真法的AS/RS物流系统规划 赵宁董绍华王国华 家英冯爱兰 北京科技大学机械工程学院.北京100083 摘要为了解决AS/S系统规划不科学、不合理的问题.首先采用集合论来描述AS/S系统.将AS/S系统的指标量化 并指出AS/RS规划目标的变化规律：然后将AS/S的规划过程划分为初步设计，详细设计和运行三个阶段.针对各个阶段的 特点提出适合各自的仿真方法，从而满足不同阶段的规划要求：在此基础上进一步建立了三阶段集成仿真平台，将三个阶段 的规划数据和仿真数据有效集成起米，减少了数据冗余并提高工作效率，针对不同的要求选用了适合集成仿真平台的仿真软 件.通过一个AS/RS规划实例证明了本方法的有效性. 关键词物流：自动化立体仓库；规划：仿真：集合论 分类号TH18:TP391.9 随着时代的发展，竞争愈发激烈的市场要求企 送系统、信息识别系统、计算机控制系统、通信系统、 业的仓储物流必需具有高效率、低成本的特点，因此 监控系统、管理系统等组成.为了对AS/RS系统进 自动化仓库系统AS/RS(automated sto rage and re- 行系统的分析，需要对其进行形式化的描述，为此采 trieval sy stem)在企业中的应用越来越广泛.仓库系 用集合论的方法，可将AS/RS系统记为S,将其抽 统作为企业物流的核心，其运行效率对企业整个物 象为相互独立、相互联系的三个组成部分，用集合的 流系统的性能影响极大，因此AS/S物流系统的规 方式可表达为： 划非常重要 S=O.P.D 物流的基本任务是完成物资的储存和运输.围 其中，O为目标部分，主要指AS/RS系统完成的目 绕这一基本任务，物流系统要根据物资的种类、数量 标，包括货物数量、作业效率、作业安全、管理方便、 和质量，在最适合的时候，以最低的成本，将其输送 具有危机事件的处理能力等：P为物理部分，主要指 到正确的地点并及时完成物料信息的传输和修改， 完成货物输送、检验和存放的物理设备，如货架、堆 以及输送载体的回收).然而，由于AS/S属于大 垛机、出入货站、存取车、外形检测设备等：D为控 型复杂物流系统，因此在其规划设计阶段往往不能 制部分，主要指对AS/S系统进行调度、决策和控 充分考虑到系统今后运行的各种状况，这使得AS/ 制的逻辑部分，包括各种控制方法、调度策略，这些 RS系统规划不科学、不合理的现象频繁出现. 方法和策略通过AS/RS的各种通信系统和软件系 仿真技术是近年兴起的一种物流技术，它通过 统得以实现. 在计算机中模拟未来物流系统的状况，可以提前发 对AS/RS的三个部分而言，实现目标O是系 现规划的缺陷，从而有效避免规划决策的失误. 统规划的核心.但用户的需求往往是随着规划的过 目前，仿真技术作为分析、研究复杂物流系统的重要 程而逐渐提高的.而且即使在AS/RS的运行过程 工具，已在发达国家广泛应用于各类工程和非工程 中，时代的发展和市场的变化也常常会导致目标O 领域.本文将针对我国国情和AS/RS系统的特点， 的变化，此时必需对AS/RS物流系统重新规划或在 就仿真技术对AS/S物流系统规划的应用展开研 原有的基础上进行改进，如图1所示.因此.AS/RS 究. 物流系统的规划并非仅仅发生在AS/RS的设计阶 段，而是发生在AS/S的整个生命周期.最终当 1AS/RS系统的形式化描述 AS/RS系统再不能满足目标O的时候，就是AS/ RS生命的尽头，此时就需针对新的目标O来规划 AS/RS系统一般由高层立体货架，堆垛机、输 一个全新的AS/RS系统. 收稿日期：2006-05-09修回日期：2006-0912 由于目标O包含多个内容，因此AS/RS的规 作者简介：赵宁(1978一），男.讲师，博士 划属于多目标决策，AS/RS规划的最终目的是在多

基于三阶段仿真法的 AS/RS 物流系统规划 赵 宁 董绍华 王国华 丁文英 冯爱兰 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 摘 要 为了解决 AS/ RS 系统规划不科学、不合理的问题, 首先采用集合论来描述 AS/ RS 系统, 将 AS/ RS 系统的指标量化 并指出 AS/ RS 规划目标的变化规律;然后将 AS/ RS 的规划过程划分为初步设计、详细设计和运行三个阶段, 针对各个阶段的 特点提出适合各自的仿真方法, 从而满足不同阶段的规划要求;在此基础上进一步建立了三阶段集成仿真平台, 将三个阶段 的规划数据和仿真数据有效集成起来, 减少了数据冗余并提高工作效率, 针对不同的要求选用了适合集成仿真平台的仿真软 件.通过一个 AS/ RS 规划实例证明了本方法的有效性. 关键词 物流;自动化立体仓库;规划;仿真;集合论 分类号 TH 18 ;TP 391.9 收稿日期:2006-05-09 修回日期:2006-09-12 作者简介:赵 宁( 1978—) , 男, 讲师, 博士 随着时代的发展, 竞争愈发激烈的市场要求企 业的仓储物流必需具有高效率 、低成本的特点, 因此 自动化仓库系统 AS/RS( automated sto rage and re￾trieval sy stem) 在企业中的应用越来越广泛 .仓库系 统作为企业物流的核心, 其运行效率对企业整个物 流系统的性能影响极大, 因此 AS/ RS 物流系统的规 划非常重要. 物流的基本任务是完成物资的储存和运输 .围 绕这一基本任务, 物流系统要根据物资的种类 、数量 和质量, 在最适合的时候, 以最低的成本, 将其输送 到正确的地点并及时完成物料信息的传输和修改, 以及输送载体的回收 [ 1] .然而, 由于 AS/RS 属于大 型复杂物流系统, 因此在其规划设计阶段往往不能 充分考虑到系统今后运行的各种状况, 这使得 AS/ RS 系统规划不科学、不合理的现象频繁出现. 仿真技术是近年兴起的一种物流技术, 它通过 在计算机中模拟未来物流系统的状况, 可以提前发 现规划的缺陷, 从而有效避免规划决策的失误[ 2-6] . 目前, 仿真技术作为分析 、研究复杂物流系统的重要 工具, 已在发达国家广泛应用于各类工程和非工程 领域.本文将针对我国国情和 AS/RS 系统的特点, 就仿真技术对 AS/RS 物流系统规划的应用展开研 究. 1 AS/RS系统的形式化描述 AS/RS 系统一般由高层立体货架 、堆垛机 、输 送系统 、信息识别系统 、计算机控制系统、通信系统、 监控系统 、管理系统等组成 .为了对 AS/RS 系统进 行系统的分析, 需要对其进行形式化的描述, 为此采 用集合论的方法, 可将 AS/RS 系统记为 S , 将其抽 象为相互独立、相互联系的三个组成部分, 用集合的 方式可表达为: S ={O, P , D} 其中, O 为目标部分, 主要指 AS/RS 系统完成的目 标, 包括货物数量、作业效率 、作业安全、管理方便、 具有危机事件的处理能力等 ;P 为物理部分, 主要指 完成货物输送、检验和存放的物理设备, 如货架、堆 垛机 、出入货站 、存取车、外形检测设备等 ;D 为控 制部分, 主要指对 AS/ RS 系统进行调度、决策和控 制的逻辑部分, 包括各种控制方法 、调度策略, 这些 方法和策略通过 AS/RS 的各种通信系统和软件系 统得以实现 . 对AS/RS 的三个部分而言, 实现目标 O 是系 统规划的核心.但用户的需求往往是随着规划的过 程而逐渐提高的, 而且即使在 AS/RS 的运行过程 中, 时代的发展和市场的变化也常常会导致目标 O 的变化, 此时必需对AS/RS 物流系统重新规划或在 原有的基础上进行改进, 如图 1 所示 .因此, AS/RS 物流系统的规划并非仅仅发生在 AS/ RS 的设计阶 段, 而是发生在 AS/ RS 的整个生命周期 .最终当 AS/RS 系统再不能满足目标 O 的时候, 就是 AS/ RS 生命的尽头, 此时就需针对新的目标 O 来规划 一个全新的 AS/ RS 系统 . 由于目标 O 包含多个内容, 因此 AS/RS 的规 划属于多目标决策, AS/RS 规划的最终目的是在多 第 29 卷 第 10 期 2007 年 10 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 No.10 Oct.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.10.020

第10期 赵宁等：基于三阶段仿真法的ARS物流系统规划 。1055· 个目标的约束中找到最适合用户的优化方案.以往 划者需要利用这些规划方案来提供给用户未来A$/ 对AS/RS物流系统规划的研究多集中在设计阶 S概念性的印象，同时引导用户需求逐渐明确，用 段，这些研究可分为采用数学方法和仿真方法 户可针对自身情况选择最适合自己的规划方案.此 两种.但无论哪种方法，由于设计阶段所能获得的 阶段主要确定的是AS/RS系统的物理部分，包括仓 信息量很少，因此所做出的规划只能解决一些局部 库的布置、库位数量、设备类型和搭配、货物物流的 存在的问题，最终的规划方案也只是在一定程度上 方式等.在初步规划方案被用户明确之后即进入详 进行优化的结果 细设计阶段.详细设计阶段的目标是将初步规划方 !设计阶段实施阶段 运行阶段 案细化，此阶段主要是对初步规划方案中的物理部 分设计其控制部分，例如货物出入库的策略、存取车 与堆垛机的调度方式、存取车与堆垛机的速度等，此 阶段最终会提供用户精确的设计参数供用户决策. 由于在AS/S系统的实施过程中规划方案会经常 发生小范围的修改，因此详细设计阶段也包含了 时间，T AS/RS系统的实施阶段，在详细设计阶段后即进入 系统运行阶段.运行阶段AS/RS的修改包括物理 图1规划目标的变化过程 部分的规划和控制部分的规划，这种规划往往是用 Fig 1 Moving process of planning goal 户直接提出的.物理部分的规划一般需要对原AS/ 2基于三阶段仿真法的ASRS规划 RS系统做出较大的变革，例如库位的增加、货物物 流方式变动等，此时需要重新进入初步设计阶段来 2.1 AS/RS规划的阶段 设计新的规划方案.控制部分的规划包括两种情 AS/S系统的规划过程中存在多优化目标、各 况：一种为控制、调度策略的变化，由于在AS/RS运 部分相关性强、随机性大等特点，这些特点使得用户 行过程中需要针对货物的特性和存储及出货要求做 的需求往往难以精确地界定下来，而且需求会随着 出不同的物流控制、调度策略，因此控制部分的规划 规划的过程而发生变化.因此同产品的设计制造过 发生在AS/S运行的全过程，而且这种规划的实时 程类似，AS/S物流系统的规划过程也有并行化、 性要求很强，往往由控制人员依据经验来确定；另一 协同化、敏捷化的要求. 种为用户对控制软件有了新的要求，需要进行软件 从AS/RS生命周期的角度来看，AS/S物流 更新，此时需进入详细设计阶段来完成控制部分规 系统的规划可分为设计和运行两个阶段，设计阶段 划过程. 又可细分为初步设计阶段和详细设计阶段两部分， 2.2三阶段集成仿真平台 各阶段之间及与用户的关系如图2所示. 虽然仿真的本质是在计算机中做实验，从而验 初步设计 证规划思想，避免规划失误，但由于三个阶段各自的 目标不同，因此仿真在这三个阶段所起的作用是不 概念性方案 物理部分的规划 同的.在初步设计阶段，由于规划方案是概念性的 详细设计 设计，规划人员同用户之间需要就设计思想进行有 控制部分的规划 (精确设计参数 用户 效的沟通.以往的沟通往往是通过设计图纸来实 现：随着时代的发展，仿真完全可以取代图纸的作 运行 用，通过在三维虚拟环境中建立AS/S系统的静态 图2ASRS物流系统规划的三个阶段 模型和动态模型可使设计思想取得比图纸更好的可 Fig.2 Three processes of AS RS system planning 视化效果，用户可以更直观的方式来理解设计思想 并激发用户的灵感，使得用户可以参与到AS/RS的 AS/S属于自动化程度较高的先进的物流系 规划工作中.结合虚拟现实技术的仿真可使用户从 统，很多用户以往并没有使用过类似系统的经验. 视觉、听觉、触觉等多角度沉浸在虚拟的AS/S系 初步设计阶段的特点是用户的要求往往是非常模糊 统中，提前体验未来AS/RS的物流效果从而使AS/ 而且所能提供的信息也非常有限，所以此阶段的规 RS的设计思想能在设计初期就得到优化. 划结果往往是一个或若干个概念性的规划方案，规 在详细设计阶段，用户更关注的是详细的设计

个目标的约束中找到最适合用户的优化方案 .以往 对AS/RS 物流系统规划的研究多集中在设计阶 段[ 7-9] , 这些研究可分为采用数学方法和仿真方法 两种.但无论哪种方法, 由于设计阶段所能获得的 信息量很少, 因此所做出的规划只能解决一些局部 存在的问题, 最终的规划方案也只是在一定程度上 进行优化的结果 . 图 1 规划目标的变化过程 Fig.1 Moving process of planning goal 2 基于三阶段仿真法的 AS/RS规划 2.1 AS/RS规划的阶段 AS/RS 系统的规划过程中存在多优化目标、各 部分相关性强、随机性大等特点, 这些特点使得用户 的需求往往难以精确地界定下来, 而且需求会随着 规划的过程而发生变化.因此同产品的设计制造过 程类似, AS/RS 物流系统的规划过程也有并行化 、 协同化、敏捷化的要求. 从AS/RS 生命周期的角度来看, AS/ RS 物流 系统的规划可分为设计和运行两个阶段, 设计阶段 又可细分为初步设计阶段和详细设计阶段两部分, 各阶段之间及与用户的关系如图 2 所示 . 图 2 AS/ RS 物流系统规划的三个阶段 Fig.2 Three processes of AS/ RS system planning AS/RS 属于自动化程度较高的先进的物流系 统, 很多用户以往并没有使用过类似系统的经验 . 初步设计阶段的特点是用户的要求往往是非常模糊 而且所能提供的信息也非常有限, 所以此阶段的规 划结果往往是一个或若干个概念性的规划方案, 规 划者需要利用这些规划方案来提供给用户未来 AS/ RS 概念性的印象, 同时引导用户需求逐渐明确, 用 户可针对自身情况选择最适合自己的规划方案.此 阶段主要确定的是 AS/RS 系统的物理部分, 包括仓 库的布置、库位数量 、设备类型和搭配、货物物流的 方式等 .在初步规划方案被用户明确之后即进入详 细设计阶段 .详细设计阶段的目标是将初步规划方 案细化, 此阶段主要是对初步规划方案中的物理部 分设计其控制部分, 例如货物出入库的策略、存取车 与堆垛机的调度方式、存取车与堆垛机的速度等, 此 阶段最终会提供用户精确的设计参数供用户决策. 由于在 AS/ RS 系统的实施过程中规划方案会经常 发生小范围的修改, 因此详细设计阶段也包含了 AS/RS 系统的实施阶段, 在详细设计阶段后即进入 系统运行阶段.运行阶段 AS/RS 的修改包括物理 部分的规划和控制部分的规划, 这种规划往往是用 户直接提出的 .物理部分的规划一般需要对原 AS/ RS 系统做出较大的变革, 例如库位的增加、货物物 流方式变动等, 此时需要重新进入初步设计阶段来 设计新的规划方案 .控制部分的规划包括两种情 况 :一种为控制、调度策略的变化, 由于在 AS/RS 运 行过程中需要针对货物的特性和存储及出货要求做 出不同的物流控制 、调度策略, 因此控制部分的规划 发生在 AS/ RS 运行的全过程, 而且这种规划的实时 性要求很强, 往往由控制人员依据经验来确定;另一 种为用户对控制软件有了新的要求, 需要进行软件 更新, 此时需进入详细设计阶段来完成控制部分规 划过程 . 2.2 三阶段集成仿真平台 虽然仿真的本质是在计算机中做实验, 从而验 证规划思想, 避免规划失误, 但由于三个阶段各自的 目标不同, 因此仿真在这三个阶段所起的作用是不 同的 .在初步设计阶段, 由于规划方案是概念性的 设计, 规划人员同用户之间需要就设计思想进行有 效的沟通.以往的沟通往往是通过设计图纸来实 现 ;随着时代的发展, 仿真完全可以取代图纸的作 用, 通过在三维虚拟环境中建立 AS/ RS 系统的静态 模型和动态模型可使设计思想取得比图纸更好的可 视化效果, 用户可以更直观的方式来理解设计思想 并激发用户的灵感, 使得用户可以参与到 AS/RS 的 规划工作中 .结合虚拟现实技术的仿真可使用户从 视觉 、听觉 、触觉等多角度沉浸在虚拟的 AS/ RS 系 统中, 提前体验未来AS/RS 的物流效果从而使 AS/ RS 的设计思想能在设计初期就得到优化. 在详细设计阶段, 用户更关注的是详细的设计 第 10 期 赵 宁等:基于三阶段仿真法的 AS/ RS 物流系统规划 · 1055 ·

。1056 北京科技大学学报 第29卷 参数和AS/RS系统所能达到的量化的评价指标，以 (入)库等，控制人员可从中选取不同的控制策略来 及这些指标能否被切实实现.此阶段是仿真最能发 仿真并实际操作，避免完全依赖经验的操作. 挥优势的阶段，通过对不同的物流方案进行建模并 模拟，可以获得不同方案的量化指标这些指标可以 MI 帮助规划人员和用户从对AS/RS初步设计的定性 分析上升为定量的分析，并通过对比不同的规划方 案来确定何种方案效率最高. 在运行阶段，物流控制、调度策略的确定如果仅 凭控制人员的经验来确定会存在一定程度的风险 3 性，通过实时的仿真可以有效避免这个问题.控制 人员可以首先依据经验确定调度策略，然后仿真该 策略的可行性并获得最终量化的效果，从而确定控 制策略.在进行复杂的物流控制操作时控制人员可 通过仿真动画对物流过程进行实时的监控，通过仿 真动画和仿真图表获得AS/S物流全局的视角并 做出相应的控制决策.由于仿真在三个阶段所起的 作用不同，为了能够重复利用仿真模型和仿真数据， 需要建立三阶段集成的仿真平台.该平台功能结构 T1一堆垛机开始启动：T2一堆垛机开始装载：T3一堆垛机开始运 如图3所示. 送：T4一堆垛机开始卸载：T5一置堆垛机状态为空闲：巧一货物等 初步设计仿真详细设计仿真闻控制决策仿真 待运送：P1一堆垛机空闲：P2一堆垛机到达入货站台：P3一堆垛 机装载完毕：P4一堆垛机到达指定货位：P5一堆垛机卸载完毕： 对象 空制 P0一货物入库完毕：M1一启动堆垛机到入货站台：M2一装载指 模型库 令：M3一装载完毕信号：M4一启动堆垛机到指定货位：M5一卸载 指令：M6一卸载完毕信号：M7一货物入库报告 图3集成仿真平台功能框架 图4堆垛机入库操作的控制模型 Fig.3 Function frame of the integrated simulation platform Fig.4 Control model of stacker's stock movement 由图3可以看出.初步设计阶段的仿真主要是 对AS/RS系统设计理念的表述，因此该阶段仿真以 3仿真软件的选择 系统模型和对象模型为基础.系统模型包括规划者 目前在市场上有许多不同的仿真软件，如Ae 以往建立的AS/RS系统模型，这些模型可直接用于 na、AutoMod,DE3、Factor/Aim、Micro Saint、Pror 表述不同的设计理念规划者也可在这些系统模型 Model、TaylorⅡ、Quest、Simple++(EM-PLANT)、 的基础上直接针对用户的需求进行修改，修改后形 RALC和FlexSim等，这些软件工具都有交互性的 成新的系统模型加入系统模型库.系统模型由立体 图形接口，人机交互建模，二维/三维动画、仿真与分 货架、堆垛机、出入货站、存取车、外形检测设备等实 析集成、开放式数据接口、嵌入式仿真语言等，同时 体对象模型所组成，这些实体对象模型可在详细设 又具有各自的特点.就各自的功能而言，RALC由 计阶段的仿真中组成不同的物流系统.为了能便捷 于专门为AS/S提供了各实体对象的三维模型和 地组成各种不同的仿真模型，详细设计阶段的仿真 各自的运动学模型，因而可通过各实体对象的组合 还需要基于各实体对象模型的控制模型的支持，这 快速搭建出一整套AS/RS物流系统仿真模型，因而 些控制模型包括货物入库、货物出库和混合出入库 对初步设计阶段的仿真应用效果较好.此时如需进 等，它们同时可用于AS/S运行阶段对控制决策的 一步满足用户虚拟仿真的要求则需采用相应的虚拟 仿真.以货物入库中的堆垛机工作流程为例，用 现实软件进行开发，例如Vega等.对详细设计阶段 Ptⅱ网描述其控制模型如图4所示.运行阶段的仿 仿真应用较好的软件为RALC和EM-PLANT等， 真同时还需要各种控制策略的支持，这些控制策略 其中EM-PLANT采用面向对象的思想可以实现对 包括成排出（入）库、成列出（入）库、成行出（入）库、 物流过程的快速建模和仿真，并提供了强大的数据 距离堆垛机最近优先出（入）库、指定货物优先出 分析能力，因而效果较好

参数和 AS/RS 系统所能达到的量化的评价指标, 以 及这些指标能否被切实实现.此阶段是仿真最能发 挥优势的阶段, 通过对不同的物流方案进行建模并 模拟, 可以获得不同方案的量化指标, 这些指标可以 帮助规划人员和用户从对 AS/RS 初步设计的定性 分析上升为定量的分析, 并通过对比不同的规划方 案来确定何种方案效率最高. 在运行阶段, 物流控制、调度策略的确定如果仅 凭控制人员的经验来确定会存在一定程度的风险 性, 通过实时的仿真可以有效避免这个问题.控制 人员可以首先依据经验确定调度策略, 然后仿真该 策略的可行性并获得最终量化的效果, 从而确定控 制策略.在进行复杂的物流控制操作时控制人员可 通过仿真动画对物流过程进行实时的监控, 通过仿 真动画和仿真图表获得 AS/ RS 物流全局的视角并 做出相应的控制决策 .由于仿真在三个阶段所起的 作用不同, 为了能够重复利用仿真模型和仿真数据, 需要建立三阶段集成的仿真平台 .该平台功能结构 如图 3 所示. 图 3 集成仿真平台功能框架 Fig.3 Function frame of the integrated simulation platform 由图 3 可以看出, 初步设计阶段的仿真主要是 对AS/RS 系统设计理念的表述, 因此该阶段仿真以 系统模型和对象模型为基础.系统模型包括规划者 以往建立的 AS/RS 系统模型, 这些模型可直接用于 表述不同的设计理念, 规划者也可在这些系统模型 的基础上直接针对用户的需求进行修改, 修改后形 成新的系统模型加入系统模型库 .系统模型由立体 货架 、堆垛机、出入货站、存取车、外形检测设备等实 体对象模型所组成, 这些实体对象模型可在详细设 计阶段的仿真中组成不同的物流系统 .为了能便捷 地组成各种不同的仿真模型, 详细设计阶段的仿真 还需要基于各实体对象模型的控制模型的支持, 这 些控制模型包括货物入库、货物出库和混合出入库 等, 它们同时可用于 AS/ RS 运行阶段对控制决策的 仿真 .以货物入库中的堆垛机工作流程为例, 用 Petri 网描述其控制模型如图 4 所示 .运行阶段的仿 真同时还需要各种控制策略的支持, 这些控制策略 包括成排出( 入) 库、成列出( 入) 库 、成行出( 入) 库 、 距离堆垛机最近优先出( 入) 库、指定货物优先出 ( 入) 库等, 控制人员可从中选取不同的控制策略来 仿真并实际操作, 避免完全依赖经验的操作. T 1—堆垛机开始启动;T 2—堆垛机开始装载;T3—堆垛机开始运 送;T 4—堆垛机开始卸载;T5—置堆垛机状态为空闲;Pi —货物等 待运送;P1—堆垛机空闲;P2—堆垛机到达入货站台;P3—堆垛 机装载完毕;P4—堆垛机到达指定货位;P5—堆垛机卸载完毕; P0—货物入库完毕;M1—启动堆垛机到入货站台;M 2—装载指 令;M3—装载完毕信号;M4—启动堆垛机到指定货位;M 5—卸载 指令;M6—卸载完毕信号;M7—货物入库报告 图4 堆垛机入库操作的控制模型 Fig.4 Control model of stacker' s stock movement 3 仿真软件的选择 目前在市场上有许多不同的仿真软件, 如 Are￾na 、AutoMod, DE3 、Facto r/Aim 、Micro Saint 、Pro￾Model、Taylor Ⅱ 、Quest 、Simple ++( EM-PLANT) 、 RALC 和 FlexSim 等, 这些软件工具都有交互性的 图形接口, 人机交互建模, 二维/三维动画 、仿真与分 析集成 、开放式数据接口、嵌入式仿真语言等, 同时 又具有各自的特点 .就各自的功能而言, RALC 由 于专门为 AS/RS 提供了各实体对象的三维模型和 各自的运动学模型, 因而可通过各实体对象的组合 快速搭建出一整套 AS/RS 物流系统仿真模型, 因而 对初步设计阶段的仿真应用效果较好.此时如需进 一步满足用户虚拟仿真的要求则需采用相应的虚拟 现实软件进行开发, 例如 Vega 等 .对详细设计阶段 仿真应用较好的软件为 RALC 和 EM-PLAN T 等, 其中 EM-PLAN T 采用面向对象的思想可以实现对 物流过程的快速建模和仿真, 并提供了强大的数据 分析能力, 因而效果较好. · 1056 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷

第10期 赵宁等：基于三阶段仿真法的ASRS物流系统规划 。1057。 4实例 EM-PLANT建模完成.经过多次仿真后，仿真结果 表明AS/RS改建方案出库频率在100~120托盘/h 以某企业对原有AS/RS系统进行改建的规划 之间，入库频率在90~110托盘/h之间，完全满足 工程为例来说明本文所采用的技术.该企业原AS/ 用户的要求 RS在20世纪90年代初建成，共6个巷道，6048个 货位，物流设备采用2台堆跺机和2台转轨车配合 作业，每个巷道设链条输送机，横向由辊道输送机连 接，设1个入库口和2个出库口.由于原AS/RS要 经常通过转轨车来改变堆跺机的巷道，同时库前出 入库输送机的速度只有8mmin1,因此整个系统 的效率非常低，用户希望改建的AS/RS可达到出库 频率在80~120托盘/h,入库频率在80~120托盘/h. 针对用户需求规划了AS/RS的改建方案，改建 图6整体改建方案的初步设计阶段仿真模型 方案增加了4台堆跺机，每台堆跺机负责一个巷道， Fig 6 Simulation model of the first step in the new plan 为了保证出入库效率和货物存放安全在每个巷道出 入口处设置出库货台、装盘货台和检验货台，如图5 5结论 所示 AS/S属于高度自动化的复杂物流系统.为避 改建方案的进货流程如下：确定进货货位→堆 免系统规划不科学、不合理，仿真技术频繁应用于系 跺机将对应货物的托盘送到出库货台→传送带将托 统规划中，但目前仿真技术仅仅应用在系统设计阶 盘送到装盘货台→货物装上托盘→检验货物是否放 段.本文针对AS/RS物流系统规划的特点将其划 置安全→传送带将托盘及货物送到出库货台→堆跺 分为三个阶段，针对各个阶段建立了不同的仿真应 机将托盘及货物送到出盘的货位.改建方案的出货 用方法，并进而提出了三阶段集成仿真平台的思想， 流程如下：确定出货货位→堆跺机将货物及托盘送 总结了各阶段适用的仿真软件.最终通过实例证 到出库货台→传送带将货物和托盘送到装盘货台→ 明，本文所提出的方法可将仿真技术应用于AS/RS 货物从托盘卸下→传送带将空托盘送回出库货台→ 规划过程的各个阶段，从而避免规划失误，最大化地 堆跺机将空托盘送回原出货货位.由于堆跺机效率 满足用户需求. 较低采用一辆搬运车同6个巷道的堆跺机配合，保 持旧有的1个入库口和2个出库口不变. 参考文献 【刂齐二石.物流工程.天津：天津大学出版社，2001：2 [2 Feng H F.Simulation and optimization for check-out counter of supermarket.J Syst Eng.2001.19(2):61 [3 Xuan H Y.Wang L J.Reverse simuation of complex qucuing system.J Xi an Jiaotong Univ,1998,32(8):96 检验货台 【刂黄超，费奇。基于HLA的物流仿真系统对象模型研究计算 机与数字工程，2005,33(4)：45 出库货台 装盘货台 【习朱卫蜂，费奇。一种集成的复杂物流系统仿真体系结构.华中 科技大学学报，2004,32(7)：24 【(师向丽，白尚旺，谭瑛。自动化立体仓库均匀出库算法.太原 图5巷道出口的改建方案 重型机械学院学报，2004.25(2)：90 Fig 5 New plan of laneway 【刁赵炯，张树京，熊肖磊。基于状态图和数据库技术得仓库管理 软件算法.同济大学学报.2002,30(4)：483 采用RALC软件建立了整个AS/RS系统初步 [图朱卫锋，费奇.复杂物流系统仿真及其研究现状.系统仿真学 设计阶段的三维仿真模型，该模型如图6所示.该 报，2003,15(3)：353 模型可帮助用户完整地理解规划方案并辅助用户和 「身张志刚，曹西京，刘昌棋.自动化立体仓库系统仿真的研究 规划人员进行沟通.详细设计阶段的仿真模型采用 计算机仿真.2005,22(7)：115

4 实例 以某企业对原有 AS/RS 系统进行改建的规划 工程为例来说明本文所采用的技术 .该企业原 AS/ RS 在 20 世纪 90 年代初建成, 共 6 个巷道, 6048 个 货位, 物流设备采用 2 台堆跺机和 2 台转轨车配合 作业, 每个巷道设链条输送机, 横向由辊道输送机连 接, 设 1 个入库口和 2 个出库口 .由于原 AS/RS 要 经常通过转轨车来改变堆跺机的巷道, 同时库前出 入库输送机的速度只有 8 m·min -1 , 因此整个系统 的效率非常低, 用户希望改建的 AS/RS 可达到出库 频率在 80～ 120 托盘/h,入库频率在80 ～ 120 托盘/h . 针对用户需求规划了 AS/RS 的改建方案, 改建 方案增加了 4 台堆跺机, 每台堆跺机负责一个巷道, 为了保证出入库效率和货物存放安全在每个巷道出 入口处设置出库货台 、装盘货台和检验货台, 如图 5 所示 . 改建方案的进货流程如下:确定进货货位 ※堆 跺机将对应货物的托盘送到出库货台※传送带将托 盘送到装盘货台 ※货物装上托盘※检验货物是否放 置安全※传送带将托盘及货物送到出库货台 ※堆跺 机将托盘及货物送到出盘的货位 .改建方案的出货 流程如下 :确定出货货位 ※堆跺机将货物及托盘送 到出库货台※传送带将货物和托盘送到装盘货台 ※ 货物从托盘卸下 ※传送带将空托盘送回出库货台 ※ 堆跺机将空托盘送回原出货货位 .由于堆跺机效率 较低采用一辆搬运车同 6 个巷道的堆跺机配合, 保 持旧有的 1 个入库口和 2 个出库口不变 . 图 5 巷道出口的改建方案 Fig.5 New plan of laneway 采用 RALC 软件建立了整个 AS/ RS 系统初步 设计阶段的三维仿真模型, 该模型如图 6 所示.该 模型可帮助用户完整地理解规划方案并辅助用户和 规划人员进行沟通.详细设计阶段的仿真模型采用 EM-PLANT 建模完成.经过多次仿真后, 仿真结果 表明AS/RS 改建方案出库频率在 100 ～ 120 托盘/h 之间, 入库频率在 90 ～ 110 托盘/h 之间, 完全满足 用户的要求 . 图 6 整体改建方案的初步设计阶段仿真模型 Fig.6 Simulation model of the first step in the new plan 5 结论 AS/ RS 属于高度自动化的复杂物流系统.为避 免系统规划不科学 、不合理, 仿真技术频繁应用于系 统规划中, 但目前仿真技术仅仅应用在系统设计阶 段 .本文针对 AS/RS 物流系统规划的特点将其划 分为三个阶段, 针对各个阶段建立了不同的仿真应 用方法, 并进而提出了三阶段集成仿真平台的思想, 总结了各阶段适用的仿真软件 .最终通过实例证 明, 本文所提出的方法可将仿真技术应用于 AS/RS 规划过程的各个阶段, 从而避免规划失误, 最大化地 满足用户需求. 参 考 文 献 [ 1] 齐二石.物流工程.天津:天津大学出版社, 2001:2 [ 2] Feng H F .Simulation and optimization for check-out coun ter of supermarket .J Syst Eng, 2001, 19( 2) :61 [ 3] Xuan H Y, Wang L J.Reverse simulation of complex queuing system .J Xi' an Jiaotong Univ, 1998, 32( 8) :96 [ 4] 黄超, 费奇.基于H LA 的物流仿真系统对象模型研究.计算 机与数字工程, 2005, 33( 4) :45 [ 5] 朱卫峰, 费奇.一种集成的复杂物流系统仿真体系结构.华中 科技大学学报, 2004, 32( 7) :24 [ 6] 师向丽, 白尚旺, 谭瑛.自动化立体仓库均匀出库算法.太原 重型机械学院学报, 2004, 25( 2) :90 [ 7] 赵炯, 张树京, 熊肖磊.基于状态图和数据库技术得仓库管理 软件算法.同济大学学报, 2002, 30( 4) :483 [ 8] 朱卫锋, 费奇.复杂物流系统仿真及其研究现状.系统仿真学 报, 2003, 15( 3) :353 [ 9] 张志刚, 曹西京, 刘昌祺.自动化立体仓库系统仿真的研究. 计算机仿真, 2005, 22( 7) :115 第 10 期 赵 宁等:基于三阶段仿真法的 AS/ RS 物流系统规划 · 1057 ·

。1058· 北京科技大学学报 第29卷 AS/RS planning based on three-phase simulation ZHAO Ning,DONG Shaohua,WANG Guohua,DING Wenying,FENG Ailan Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT To make AS/RS planning more scientific and reasonable,the set theory was used to describe an AS/RS system,the goal of AS/RS w as quantified and the rule of AS/RS planning was pointed out.The whole process of AS/RS planning was partitioned to three phases:prime planning,particular planning,and working planning.The simulation method suit able for each phase was carried out to satisfy planning requirements of each phase.A three-phase integrated simulat ion platform w as built to integrate planning information and simulation information of each phase and to reduce data redundancy and increase efficiency.Simulation software w as select- ed to suit to the integrated simulation platfom,and a simulation example is carried out to prove the effect of all the work above. KEY WORDS logistics;AS/RS;planning;simulation;set theory (上接第1018页) Preparation and electrochemical properties of Li4TisO 12 as an electrode material XUJiangfeng,LIJianling,LI Wensheng?,WANG Xindong) 1)Metallurgical and Ecological Engireering School,Uriversity of Science and Technology Beijng,Beijing 100083.China 2)Jinzhou Kaimei Power Co.Ltd.,Jinzhou 121000.China ABSTRACT Li4Tis012(M1)was obtained by solid reaction process with LiNO3 and TiO2 as reactants.XRD analy sis indicates that the main phase of the produced pow der is Li4TisO12 compound oxide with spinel structure. The initial discharge capacity of Ma 35mAgreaches 170mAh'g which is comparable to the theoretical capacity,and the first coulombic efficiency is 92%.M I performs well when it charges and discharges with high current density,and the discharge capacities reach 151.140 and 115mAh'gat 175.350 and 875mA'g respectively.The discharge capacities of M1,comparing with that of M2 prepared by conventional solid-state sintering of LiOH andT,inerease by5%10%and %at 175.350 and 875mAgepectively.Cydic voltammogram suggests that the electrode of M has lw polarization,good reversibility and high electrochemical activity.The charge transfer resistances of M measured through AC impedance are 16 and 200 after lithium in- sertion and extraction,respectively. KEY WORDS electrode material;Li4Tis01;LiNO3;material preparation;electrochemical properties

AS/RS planning based on three-phase simulation ZHAO Ning, DONG Shaohua, WANG Guohua, DING Wenying, FENG Ailan Mechanical Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT To make AS/RS planning more scientific and reasonable, the set theory w as used to describe an AS/RS system, the goal of AS/RS w as quantified and the rule of AS/ RS planning w as pointed out .The whole process of AS/RS planning w as partitioned to three phases:prime planning, particular planning, and w orking planning .The simulation method suitable for each phase w as carried out to satisfy planning requirements of each phase .A three-phase integrated simulation platform w as built to integrate planning information and simulation information of each phase and to reduce data redundancy and increase efficiency .Simulation software w as select￾ed to suit to the integ rated simulation platfo rm, and a simulation example is carried out to prove the effect of all the w ork above . KEY WORDS logistics ;AS/RS ;planning ;simulation ;set theory ( 上接第 1018 页) Preparation and electrochemical properties of Li4Ti5O12 as an electrode material X U J iangfeng 1) , LI J ianling 1) , LI Wensheng 2) , WANG X indong 1) 1) Metallurgical and Ecological Engineering S chool, Uni versit y of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Jinzhou Kaimei Pow er Co.Ltd., Jinzhou 121000, China ABSTRACT Li4Ti5O12( M 1) w as obtained by solid reaction process with LiNO3 and TiO2 as reactants .XRD analy sis indicates that the main phase of the produced pow der is Li4Ti5O12 compound oxide with spinel structure. The initial discharge capacity of M1 at 35 mA·g -1 reaches 170 mAh·g -1 , which is comparable to the theoretical capacity , and the first coulombic efficiency is 92 %.M 1 performs well w hen it charges and discharges w ith high current density, and the discharge capacities reach 151, 140 and 115 mAh·g -1 at 175, 350 and 875 mA·g -1 , respectively.The discharge capacities of M1, comparing w ith that of M2 prepared by conventional solid-state sintering of LiOH and TiO2, increase by 5 %, 10 %and 26 %at 175, 350 and 875mA·g -1 , respectively .Cy clic voltammog ram suggests that the electrode of M 1 has low polarization, good reversibility and hig h electrochemical activity .The charge transfer resistances of M1 measured through AC impedance are 16 and 20 Ψafter lithium in￾sertion and extraction, respectively . KEY WORDS electrode material ;Li4Ti5O12 ;LiNO3 ;material preparation ;electrochemical properties · 1058 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷