系统建模与仿真课程设计实训指导书.doc

昆明理工大学

物流系统建模与仿真课程实训报告

题 目 ： 红塔集团80万箱自动立体仓库建模与仿真
学 院： 城市学院
专 业： 物流工程2010级
姓 名： 马正祥
辅导教师： 侯开虎教授
日 期： 2013年1月

一、绪论
1.1摘要
在现代物流仓储系统中，自动化立体仓库应用日益广泛，自动化立体仓库实训系统作为介于模拟实验的自动化立体仓库，是培养高素质技能型物流人才的重要平台，实训自动化立体仓库具有重要的实际应用价值，自动化立体仓库作为现代物流技术的典型代表，在现在花的社会中发挥着日益重要的作用。它是工厂物流，柔性制造系统和计算机集成制造系统不可或缺的重要组成部分，自动化立体仓库得设计与规划问题越来越受到研究人员的重视，高效合理的仓储系统可以帮助厂家加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行，，并可以实现对资源的有效控制和管理。因此。对自动化立体仓库设备，参数及库内物流线路等进行合理的规划设计，有效减少货物排队等待时间，提高堆垛机的效率具有非常重要的现实意义和经济效益。
文对仓储系统入/出库进行了系统仿真研究。首先介绍了仿真的相关概念，并介绍了Flexsim仿真软件。建立了分流入/出库的仿真模型。同时，用我们查阅所得的相关数据进行了仿真。然后通过对相关数据的分析，并检验数学计算结果，以此看出仓储系统入/出库的大体情况
关键词 Flexsim软件； 系统建模与仿真 ； 自动化立体仓库的规划与优化；

1.2 引言
仿真意味着建模时用小对象描述存在的物体来进行模拟。仿真也是系统运行或者过程进行的模拟。可以通过仿真建模来研究系统行为的进行。可以通过仿真建模来研究系统随时间变化的特性。研究时为模型做一系列系统相关的假设。这些假设有数学的、逻辑的和抽象的关系。这些关系存在于实体之间。系统是由互相联系、互相制约、互相依存的若干组成部分结合在一起的具有特定功能和运动规律的有机整体。模型是为了某种特定目的将系统的某一部分信息进行抽象而构成的系统替代物，它不是“系统的复现”，而是按研究的实际需要和侧重面，寻找一个便于进行系统研究的“替身”。
所谓计算机仿真，就是在实体上不存在、或者不易在实体上进行试验的情况下，先通过对考察对象进行建模，用数学方程式表达出其物理特性；然后编制计算机程序，并通过计算机运算出对象在系统参数、以及内外环境条件改变的情况下，其主要参数如何变化，从而达到全面了解和掌握考察对象特性的目的。

目前随着研究系统的不断复杂化和计算机技术的不断发真，仿真技术越来越多地运用到系统研究与优化的工作中。运用仿真技术可以有效的缩短实验周期、降低成本、优化系统参数，在系统优化中发挥着越来越重要的作用。

目录
一、绪论 2
1.2 引言 3
二、实训的目标 5
2.1 课程设计的目标 5
三、实训的背景知识 6
3.1自动化立体仓库概念 6
3.2 组成部分 6
3.3烟草物流系统常见设备参数 6
3.4模拟红塔集团立体仓库 7
2.5烟草成品库主要作业流程 9
四、基本数据计算 9
4.1玉溪烟生产量情况 10
4.2红塔山（硬包）烟生产情况 10
4.3红塔山（软包）烟生产情况 11
4.4红梅烟生产情况 11
4.5表1-1可看出个烟种所需的市场能力 11
五、自动化立体仓库物流系统的构成及作业流程 12
5.1立体仓库物流系统的构成 12
1）货架 12
5.2作业流程 13
5.3自动化立体仓库的规划与设计 14
5.3.1立体仓库的主要参数 14
5.3.2立体仓库的规划原则与设计过程 15
5.3.3立体仓库的总体规划 16
5.3.4立体仓库规划设计中的关键问题 21
5.3.5香烟的包装规格 22
5.3.6托盘的选取 22
5.4货格尺寸 23
5.5 确定库存量 24
5.6货架尺寸—排列和层数 25
5.7确定搬运设备 25
5.8 巷道宽度估算 26
5.9 巷道高度估算 26
6.1面积计算 26
7.库房布置设计 27
7.1库房设计 27
六、基于Flexsim的自动化立体仓库物流系统仿真模型 28
6.2修改 Flow对话框，与以前数据结合 29
七、运行仿真模型 36
八、 仿真结果的获取 37
九、仿真结果分析 40
十、仿真结果优化 40
十一、优化结果进行仿真数据 41
十二、结论 42
12.1心的体会 42
十三、参考文献 42
二、实训的目标
2.1 课程设计的目标
本课程设计是与物流工程专业教学配套的实践环节之一，结合《系统建模与仿真》等课程的具体教学知识点开展。在完成以上课堂教学的基础上，进行一次全面的实操性锻炼。通过本环节的设计锻炼，较好地掌握了系统建模与仿真的相关理论与方法，对仿真对象的情况、问题和材料有较好的了解,能灵活应用生产管理、设施布置与规划等课程理论知识和方法，分析和解决问题，通过本课程设计，达到如下目标：
1) 了解和掌握制造企业的生产系统物流的特点和解决的具体方法；
2) 培养团队协作精神，以团队方式分析问题和解决问题的能力；
3) 了解和掌握物流系统建模与仿真的方法；
4) 对物流系统建模与仿真知识和方法与生产实践的结合有更深入的感性认识。
三、实训的背景知识
3.1自动化立体仓库概念
自动化立体仓库，也叫自动化立体仓储，物流仓储中出现的新概念，利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化；自动化立体仓库，是当前技术水平较高的形式。自动化立体仓库的主体由货架，巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。货架是钢结构或钢筋混凝土结构的建筑物或结构体，货架内是标准尺寸的货位空间，巷道堆垛起重机[1]穿行于货架之间的巷道中，完成存、取货的工作。
3.2 组成部分
（1） 货架:用于存储货物的钢结构。目前主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。
　　（2）托盘（货箱）：用于承载货物的器具，亦称工位器具。
　　（3）巷道堆垛机:用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式；按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。
　　（4）输送机系统:立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常多，常见的有辊道输送机，链条输送机，升降台，分配车，提升机，皮带机等。
（5）AGV系统:即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。

3.3烟草物流系统常见设备参数
1）常见设备参数
设备
项目
数值
托盘输送机系统
输送速度，m/min
12、16、18
(烟草行业优选12，非烟行业优选18)
升降输送机升降周期，s
5
件箱输送机系统
输送速度，m/min
36~60
条烟输送机系统
输送速度，m/min
48~60
往复式穿梭车
走行速度，m/min
160
加速度，m/s2
0.5
取放货时间，s
与接口的输送机速度有关系：
12.88（速度12），11.03（速度16），10.42（速度18），
往复式提升机
走行速度，m/min
24
加速度，m/s2
0.3
取放货时间，s
与接口的输送机速度有关系：
12.88（速度12），11.03（速度16），10.42（速度18），
巷道堆垛机
最大走行速度，m/min
160
走行加速度，m/s2
0.4
最大升降速度，m/min
45（空载）/30（满载）
升降加速度，m/s2
0.5
取放货周期，s
前排货架：12s
后排货架：16.5s

3.4模拟红塔集团立体仓库
塔集团年销量80万大箱现要规划一个烟草成品库。红塔集团烟的品种有A（玉溪）、B红塔山（软包）、C红塔山（硬包）、D红梅，假设比例其比例为20%，30%，40 %，10%

成品库参数设计

设计参数
序号
项目
80万大箱

1
年销量
1600000
2
入库工作天数
250
3
出库工作天数
250
4
要求库容量
2.73
5
要求最大出库量
1080
6
堆码原则(件/托盘)
30
7
入库时间（小时）
7
8
出库时间（小时）
7
15
空托盘组（个/组)
10

入库峰值系数
1

出库峰值系数
1
流量计算(小时）
1
小时出库流量(峰值,件)
1080
2
小时入库流量(峰值，件)
914.2857143
1
小时出库流量(峰值,托盘)
36
2
小时入库流量(峰值，托盘)
30.47619048
3
小时空托盘供给流量（峰值)
3.047619048
4
小时空托盘返库流量（均值)
3.6
5
总入库流量(峰值)
34.07619048
6
总出库流量(峰值)
39.04761905
7
入库机器人数量
0
8
出库机器人数量
0
能力计算(小时）
1
巷道堆垛机（共4台）(pl/h)
18.28095238
2
入库穿梭车（1台）
39.04761905
3
出库穿梭车（1台）
34.07619048
4
分拣线，3条
54000条/h
参数说明：
1个大箱=5个件箱；
1个件箱=50条烟 ；
工作日：250天/年；
有效工作时间：正常上班8h，但是设备需要预热，仿真时间一般取值为7h；
实托盘码垛垛型：24件/托盘，28件/托盘，30件/托盘；
空托盘组码垛垛型：10个/组，8个/组；
出入库流量：(条烟分拣线能力)18000*(分拣线条数)3/50 ；
年销量预设：24万大箱、28万大箱、32万大箱、44万大箱、48万大箱、54万大箱；
烟箱成品库系统构成：托盘库系统、备货系统（常见重力货架、多层穿梭车、mini库、备货缓存线）、条烟分拣系统；巷道堆垛机能力值参考,100m的巷道： 45托盘/h；穿梭车能力值参考： 65~90托盘/h。
2.5烟草成品库主要作业流程
货物
自动分拣装置
分类输送机
入库站台
堆垛机
货物存储区（货架）
堆垛机
出库站台
出站口

四、基本数据计算
红塔集团年总生产量为400万箱，本组按20%的比例生产，故本组生产量为400万×20%=80 万箱。玉溪、红塔山（硬包）、红塔山（软包）、红梅四种产品的生产比例分别为20%，30%，40%，10%。其中，一年按250天计算，一天工作时间为7小时。其四种烟的生产量情况如下：
4.1玉溪烟生产量情况
A（玉溪）20%
秒产生的支数 16*10000*5*50*20*10/（250*24*60*60）=370支/秒
秒产生的包数 370/20=18.5包/秒
秒产生的条数 18.5/10=1.85条/秒
秒产生的条数 Uniform 1/1.85=0.54
秒产生的箱数1.85/50=0.037
秒产生的箱数Uniform 1/0.037=27.02
秒产生的大箱数 0.037/5=0.0074
秒产生的大箱数Uniform 1/0.0074=135.135
秒产生的托盘数0.0074/6=0.00123
秒产生的托盘数Uniform 1/0.000123=813

4.2红塔山（硬包）烟生产情况
B红塔山（软包）30%
秒产生的支数 24*10000*5*50*20*10/（250*24*60*60）=555支/秒
秒产生的包数 555/20=27.5包/秒
秒产生的条数27.5/10=2.75条/秒
秒产生的条数 Uniform 1/2.75=0.363
秒产生的箱数2.75/50=0.055箱/秒
秒产生的箱数 Uniform 1/0.055=18.181
秒产生的大箱数0.055/5=0.011大箱/秒
秒产生的大箱数Uniform 1/0.0011=90.9
秒产生的托盘数0.011/6=0.00183托盘/秒
秒产生的托盘数Uniform1/0.000183=546.448
4.3红塔山（软包）烟生产情况
红塔山（硬包）40%
秒产生的支数 32*10000*5*50*20*10/（250*24*60*60）=740支/秒
秒产生的包数 740/20=37包/秒
秒产生的条数37/10=3.7条/秒
秒产生的条数Uniform 1/3.7=0.27
秒产生的箱数3.7/50=0.074箱/秒
秒产生的箱数Uniform 1/0.074=13.51
秒产生的大箱数0.0074/5=0.0148大箱/秒
秒产生的大箱数Uniform 1/0.0148=67.567
秒产生的托盘数0.0148/6=0.00246托盘/秒
秒产生的托盘数Uniform 1/0.00246=4065

4.4红梅烟生产情况
D红梅10%
秒产生的支数 8*10000*5*50*20*10/（250*24*60*60）=185.1支/秒
秒产生的条数 185.1/（10*20）=0.925条/秒
秒产生的条数Uniform 1/0.925=1.081
秒产生的箱数 0.925/50=0.0185箱/秒
秒产生的箱数Uniform 1/0.00185=54.5
秒产生的大箱数0.00185/5=0.00037大箱/秒
秒产生的大箱数Uniform 1/0.00037=2702.7
秒产生的托盘数0.0037/6=0.00062托盘/秒
秒产生的托盘数Uniform 1/0.000062=1612.9

4.5表1-1可看出个烟种所需的市场能力
红塔集团烟的品种
支/秒
包/秒
条/秒
件箱/秒
大箱/ 秒
A（玉溪）

370
18.5
1.85
0.0074
0.00123

B红塔山（软包）
555
27.5
2.75
0.55
0.00246
C红塔山（硬包）

740
370
3.7
0.074

0.0123
D红梅

185.1
9.5
0.95
0.0019
0.0032

五、自动化立体仓库物流系统的构成及作业流程
5.1立体仓库物流系统的构成
1）货架
立体仓库的高层货架一般采用钢材或钢筋混凝土，钢货架的优点是尺寸小，安装建设时间短，仓库利用率高。货架常用的形式有横梁式货架、贯通式货架、流动式货架、搁板式货架、水平或垂直旋转货架等。货架的高度是关系到自动化立体仓库全局性的重要参数，而其钢结构的成本也随其高度的增加而迅速增加。

2)堆垛机
堆垛机在自动化立体仓库巷道中的轨道上的行走动作为前进和后退，其载物台的运动为上升和下降，载物台的运动和整机轨道上的运动可同时进行，堆垛机货叉的动作为左出与右出。堆垛机控制系统综合了PLC技术、调速技术、光电检测、条码技术及计算机技术等多学科知识，其运行性能的优劣对于自动化立体仓库系统的作业效率影响极大
3)自动搬运系统（AGV）
AGV是一种自动引导小车，它装备有自动导引装置，能够沿一定的引导路径行驶，可以在人工操作难以保证的环境下，代替输送线实现货物的自动运输。
4)传送设备
传送系统是立体仓库的重要组成部分，负责将货物运送至入库台或从出库台将货物移走。它是完成整个出入库物流搬运作业不可或缺的设备出入库输送系统的结构布置合理与否对规划合理性具有重要的意义。
5.2作业流程
出入库作业是流通领域在仓库内的主要活动，由进货、验收、拆分箱、入库、出库、拣货、检查、打包等作业环节组成。
当货物运送到立体仓库后，首先有操作员在理货区进行验收、理货、，并按照仓库所要求的码盘工艺将成件货物几种码放在托盘上，使之成为托盘单元化的标准货物运送到指定的货物存放位置，完成货物的入库过程。与此同时，在出库时，巷道堆垛机行驶至指定的货位，取出托盘货物运送至输送机，有输送机将货物送至出库站台，并有叉车运送到库口，最后由操作员完成复核并装车，作业流程见下图1
堆垛机
货架
入库站台
输送机
叉车
自动分拣装置
货物

堆垛机

输送机

叉车

出库区
出库站台

图1 立体仓库作业流程图

在仓储作业中，主要工作是上面介绍的验收入库、拣货出库等。但是在整个作业流程中也离不开一些辅助性的作业，主要指装卸搬运，还有包装与流通加工等。建模和仿真过程中同样需要考虑这些辅助作业流程，计算这些流程的作业时间，以便提高真实度和仿真结果的精确度。

5.3自动化立体仓库的规划与设计
5.3.1立体仓库的主要参数
衡量自动化立体仓库性能最为重要的两个参数是立体仓库的库容量和出入库频率。库容量是指立体仓库在去除必要的通道和间隙后所能容纳货物的最大数量。立体仓库经营绩效的主要评价指标是仓库利用率和库存周转率。仓库利用率是库存货物实际数量与仓库实际可存最大数量之比。由于这是一个随机变动的量，一般取它的年平均值作为考核指标。库存周转率是仓库年出库总量与年平均库存量之比。
年产量：800000箱
年销售量：75 0000箱
库存需求量：80 0000―750000=50000箱
安全库存量：80 0000*0.05=40000
库存量=库存需要量+安全库存量=50000+40000=90000箱

5.3.2立体仓库的规划原则与设计过程
1)立体仓库的规划原则
经过长期以来自动化立体仓库的项目建设和研究，专家学者总结出了一些立体仓库在规划设计过程中的经验以及准则，在这些经验以及准则之下规划设计出的方案能够在满足系统目标的前提下节省更多的物流成本，为企业创造更大的经济效益。以下为总结归纳的几点原则：
(1)全局规划原则。
(2)立体仓库各部分距离最优原则。
(3)充分利用空间原则。
(4)设备协调原则。
(5)作业能力匹配原则。
(6)长期发展原则。。

2)立体仓库的设计步骤
作为物流系统中的一个核心和枢纽，自动化立体仓库直接影响到企业的计划和行动。一般立体仓库的设计分为几个主要的阶段，每个阶段都有其预定的目标。
(1)企业情况调查分析。
(2)确定托盘单元的相关参数。
(3)确定货格单元尺寸。
(4)确定货格数量及货架布局
(5)堆垛机及搬运设备选型。
(6)作业区与立体仓库区的衔接方式。
(7)系统建模及仿真分析。。
(8)通过仿真数据统计及分析，找出系统存在的瓶颈并进行优化，使系统的设计方案达到最优。

5.3.3立体仓库的总体规划
1)仓库形式和作业方式的确定
在调查分析企业仓储货物品种的基础上，确定仓库形式。一般有单元货格式和贯通式两种，单元货格式应用最为广泛。在确定仓库形式时，还需要考虑其他因素，如货物是否有特殊要求(冷藏、防潮、恒温等)。根据出库工艺要求，即货物的出库形式是以整单元出库还是零星货物出库为主，决定要不要采用拣选作业。仓库的作业形式是指搬运设备的操作方法。按搬运设备的搬运情况可以分为单作业方式(即单入库或单出库)和复合作业方式。为了提高出入库的搬运效率，应尽量采用复合作业方式。按搬运机械的货叉数量可分为单叉和双叉，双叉方式是立体仓库系统中堆垛机的载物台上设两副货叉，这两副货叉可独立进行存取作业。
2)托盘单元的参数和货格尺寸设计
在自动化立体仓库中是以装载单元为基础来存储货物的。一般仓库的装载单元是以托盘的形式进行作业的。在立体仓库设计中，托盘单元的参数直接关系到立体仓库的面积和空间利用率，也关系到立体仓库能否顺利地存取货物，所以应尽量采用标准推荐的尺寸，以便与其他搬运设备相匹配。标准推荐的托盘单元的长、宽尺寸为:1200mm*800mm，1200mm*1000mm，1100mm*1100mm三种规格。由于在以上四种烟每件箱的尺寸差不多，故选择尺寸最大的红塔山（硬包）的尺寸作为基本尺寸，其尺寸为：458*245*568mm。实托盘码垛垛型选择30件/托盘。根据以上参数，本文采用通用性较高的1200mm*1000mm规格的木质托盘。

3)货格单元的设计
（1）货格单元尺寸的确定
托盘单元的规格尺寸确定完成后，便可进行货格单元的设计。根据仓库设计的需要，可选择横梁式货架或牛腿式货架，两种货架各有不同的设计规则。横梁式货架每个货格可以存入两个或三个货物单元，牛腿式货架每个货格只能存放一个活物单元。选择好货架类型后再根据设计规则确定其侧面间隙、垂直方向间隙和宽度方向间隙，以确定货格单元的尺寸。以下对牛腿式货架的货格单元设计进行说明。

牛腿式货架

在货格单元的设计过程中需要得出以下参数：
托盘单元长度：1200mm
托盘单元宽度：1000mm
托盘单元高度：150mm
货物长度：1250mm
货物宽度：1000mm
货物高度：1755mm
托盘与货架间隙：100mm
货物顶端离货格顶端距离：100mm
货格单元长度：1450mm
货格单元宽度：1000+100+100=1200mm
货格单元高度：1755+150+100=2005mm
货格单元进深：100mm

（2）货格单元格数的计算

库存量：90000箱
每年的工作天数：250天
库存天数：10天
货格单元格数=库存量／每年的工作天数×库存天数／6（每个托盘30件，每5件为一箱，即为6箱）
货格单元数=90000／250×10／6＝600格

4)货架总体尺寸设计
立体仓库货架的总体尺寸包括长、宽、高。对于货格式立体仓库，货格单元的尺寸确定后，可根据立体仓库的作业面积和平面布局设计货架的总体尺寸。首先可根据设计要求和以往的数据分析得出的立体仓库的库容量，从而确定立体仓库的货格单元数量，而后决定货架的布局形式及巷道数。具体方法有静态法和动态法两种。所谓静态法就是根据仓库最大规划确定相关尺寸的方法，由仓库长度(或货架列数)，仓库宽度(或巷道数及巷道宽度)，仓库高度(或货架层数)，仓库容量(或货位数)四个约束条件中的三个来确定货架尺寸。动态法是根据规划设计要求的出入库频率和所选定的堆垛机的速度参数来确定货架的总体尺寸。用最大出入库频率除以库存量可以初步确定搬运机械的数量。在单元货格式仓库内，一般是一个巷道安装一台堆垛机。所以堆垛机的台数也就是巷道数。但如果出入库频率不高，而库存量又很高，则按上述方法确定的堆垛机台数和货架巷道数比较少，使得每个巷道的货位数太大，造成货架的高度和长度偏大，使建设成本上升。一般认为，一个巷道的货位数以不超过1500~2000个为宜。
一般情况下，立体仓库的高度不宜过高，在10~20m之间为宜，当货架高度超过20m以后，成本会急剧增加且带来一系列的技术难题。
已知货架单元的高度为Cell Height，货架的进深为Cell Depth，仓库的高度为Hw，仓库的货位数位w,货架的层数位：
C =
其中，h为货架顶面到仓库顶下下弦的垂直距离。
设巷道数位Gn，则当Gn=n时，可以求得每层货格数为：
L=
5)货物单元出入高层货架的形式
货架的总体尺寸确定后，便需要确定货物单元出入高层货架的形式。货物单元在自动化立体仓库中的流动形式一般分为贯通式、同端出入式和旁流式三种。
（1）同端输入式是货物的入库和出库作业位于巷道同一侧的布局方式，其中又有同层同端出入式和多层同端出入式两种。这种布局方式最大的优点是能够缩短出入库作业的周期。尤其是在仓库库存量不大、货位随记自由分配时，效果更加明显。此时，系统会指定将货物存放于距离出入库作业区最近的货位中，缩短了作业的距离，提高出入库效率。

同端输入式布局图

（2）贯通式机货物从巷道的一端入库，有另一端出库。这种方式总体布置比较简单，便于管理操作和维护保养，但对于任何一个货物单元来说，完成由入库至出库的全生命周期，堆垛机均需要穿过整个巷道，增加了搬运距离，增加了作业时间，降低作业效率。

贯通式布局图

（3）旁流式是货物从仓库的一端（或侧面）入库，从侧面（或一端）出库。这种方式是将货架中间分开，设立通道，同侧门相同。这样就减少了货格，即减少了库存量，但是由于可组织两条线路分别进行搬运，提高了搬运效率，方便了不同方式的出入库作业

旁流式布局图

6)货架区与作业区的衔接方式
货架区是自动化立体仓库的核心，在货架区内，货物搬运任务由堆垛机完成，在货架区外围，货物的出入库搬运却需要与其他设备衔接配合完成。无轨的高架叉车、堆垛机(巷道式、桥式、拣选式等)可以与其他搬运机械配套衔接，也可以直接从库外面到高层货架存取，往往直接存取应用较多，这样不用中间倒运，灵活方便，一机多用，特别适于拣选作业，但对于很高的货架和大而重的货物搬运则很少应用。对于采用巷道式堆垛机的仓库，巷道式堆垛机只能在高架区的巷道内运行，所以仓库里还需要各种搬运设备。
5.3.4立体仓库规划设计中的关键问题
自动化立体仓库是集机械、电子、计算机、建筑于一体的机电一体化的系统工程，它在规划设计过程中包含着众多环节，牵涉到许多设备。如何使得立体仓库的规划设计更为完善，以下几个关键问题需要着重考虑。
(1)在规划设计的初期，充分进行企业需求、土建情况等相关方面的调研，按照实际情况制定项目实施所要达到的目标。
(2)一般情况下，项目设计部门会就项目的实际情况给出多种不同平面布局与装卸工艺方案，如何在众多不确定因素的影响下选择最优方案。
(3)立体仓库的规划设计要满足企业未来一段时间的发展需要，所以其设计方案的综合性能要在达到设计目标后仍有一定量的盈余，但盈余范围不可过大，以免造成资源浪费。所以需要对设计方案的极限周转量进行定量分析，以确定方案性能的盈余范围。
(4)在立体仓库的规划方案中，找出物流系统整体运作的瓶颈，从而对瓶颈环节进行改进，优化系统的整体作业效率。
(5)在一定的平面布局与装卸工艺下，分析各种生产管理策略(包括货位分配、设备调度等)对立体仓库作业效率的整体影响，进而选出最优调度策略。
(6)定量分析立体仓库中的设备配置与仓库周转量的大小的动态关系。在现今的项目规划设计过程中，以上几个关键问题的解决大多是依靠传统的解析方法和专家经验来进行求解的，但是立体仓库物流系统是一个随机因素多、关联复杂的大系统，通过传统的解析方法，很难求得最优解，而且求解过程时间较长、成本较高，所以在求解以上问题时需要用到系统建模与仿真技术。通过规划设计中结合传统的解析方法和仿真技术，可以使以上问题得到更为精确和可信的解决方案。
5.3.5香烟的包装规格
查数据知红塔集团香烟的包装规格：硬包规格为88mm*55mm*22mm,软包规格为85mm*53mm*22mm。硬包条的包装规格为281mm*45mm*89.5mm,软包条的包装规格为271mm*45mm*86.5mm.硬包件箱的包装规格为458mm*245mm*568mm,软包件箱的包装规格为450mm*240mm*548mm。
5.3.6托盘的选取
采用货架存储的直接计算以托盘为单位，要确定货架货格尺寸，货架排列和层数，再确定面积。
表5-1 我国托盘的主要规格

根据设定，每个托盘上放30件，分为3层，每层放10件，则货物每层的摆放方式以及尺寸最大的位置示范如下图所示:

所以我选用GB/T2934-2007,1200mm*1000mm的木质托盘。

5.4货格尺寸
托盘单元的规格尺寸确定完成后，便可进行货格单元的设计。根据仓库设计的需要，可选择横梁式货架或牛腿式货架，两种货架各有不同的设计规则。横梁式货架每个货格可以存入两个或三个货物单元，牛腿式货架每个货格只能存放一个活物单元。选择好货架类型后再根据设计规则确定其侧面间隙、垂直方向间隙和宽度方向间隙，以确定货格单元的尺寸。以下对横梁式货架的货格单元设计进行说明。
在此选择牛腿式货架，每个货格只能存放一个托盘， 每个货格的尺寸如图所示。
图
设定货架柱片宽，横梁高度为80mm,托盘与货架间隙为100mm，托盘货物堆放高度与货架横梁间隙为100mm，托盘高150mm。则货物高为568mm*3=1704mm,货格高568mm*3+150mm+100mm=1954m，货格深1000mm,货格长1200mm+100mm*2=1400mm。即选取货格尺寸长*宽（深）*高为1400mm*1000mm*1945mm。

5.5 确定库存量
立体仓库的设计规模主要取决于它的库存量，即同一时间内储存仓库内货物单元数。所以，了解和推算出库存量是建立合理的仓库系统，特别是立体仓库的重要参数。根据要求的内容，烟厂的产品存储要求接近零库存，已知红塔集团的年产量为140万箱，每年销售量为130万箱。（假定此烟厂的安全库存=库存需求量*5%）
库存需求量=入库量-出库量=1400000-1300000=100000(箱)
库存量=库存需求量+安全库存=100000+100000*5%=105000（箱）
货格数N=库存量/每年的天数*储存天数/6(每个托盘放30件箱=6大箱)=105000/250*10/6=700格

5.6货架尺寸—排列和层数
由上述库存量的确定计算得知,要保证105000箱的库存量存储10天,至少需要700格货格，实际安排货架时应使货格数大于700格。105000箱库存量中品种A（玉溪），B 红塔山（软包），C红塔山（硬包），D红梅，按20%，30%，40%，10%的比例分各占A-21000箱，B-31500箱，C-42000箱，D-10500箱。700格货格A-140格，B-210格，C-280格，D-70格,为了方便存取将A，B，C，D四个品种分开放置。选用15列,10层的货架，则每个货架有15*10=150格。所以存储A种烟需要1个货架，存储B种烟需要2个货架，存储C种烟需要2个货架，存储D种烟需要1个货架。综上得：共需15列，10层的货架共6个。

5.7确定搬运设备
货架上货物的存取运用巷道堆垛机更加方便，灵活，所以选用巷道堆垛机。堆垛机是自动化仓库中的重要设备，它是实现托盘货物的自动出入库作业的主要工具。堆垛机一般靠点力驱动，通过自动或手动控制，实现货物从一处到另一处。它的主要用途是在高层货架的巷道口按照指令完成从入库输送机到目标的取货、搬运、存货及从目标货位到出货输送机的取货、搬运、出货任务。
5.8 巷道宽度估算
该烟厂生产四种烟，并有105000箱的库存量需要进行周转储存，由库存量确定存储这些库存需要六个货架，每两个货架间需使用一台堆垛机进行货物的存取，即可将货物的存取分为3个区，所以确定巷道口为3个，巷道的宽度应保证搬运机械能安全地在巷道内高速穿行，一般巷道宽度为搬运机械总宽加150~400毫米，无轨搬运机械取最大值。（选定堆垛机的宽度为3230mm）
巷道宽度=搬运机械总宽度+150~400mm=3230+270=3500mm.
5.9 巷道高度估算
代表立体仓库设计水平的一个主要参数是仓库的高度，从技术上比较容易实现和经济上比较合理的角度来看，一般不宜设计得太高，以10~20米的高度比较合适，仓库的高度和长度之间没有一定的比列关系，一般采用0.15~0.4之间（德国采用这样的比列占80%），同样，宽度和高度之间没有固定的比列关系，一般在0.4~0.12之间（在德国占80%）。
6.1面积计算
由于堆垛机两面作业，故可以确定堆垛机货架作业单元。货格的尺寸长*（深）*高为1400mm*1000mm*1945mm,则货架单元长为L=1400mm+80mm=1480mm(含立柱宽度80mm)，货架单元宽（深）为1000mm,货架高为1945mm+80mm=2025mm(含横梁高度80mm),共需15列，10层的货架6个。则货架长度为1480mm*15=22200mm=22.2m.取背靠背货架间的间隙为100mm,并由上计算知巷道宽度为3500mm,则货架深度为两排货架深度+背靠背间隙100mm+堆垛机直角堆垛最小通道宽度，即
D=1000mm*2+100mm+3500mm=5600mm=5.6m
面积So=22.2m*5.6m=124.32(平方米)
共设有3个巷道口，总深度为5.6m*3=16.8m<22.2m(长度)，合理。
总面积S=So*3=124.32*3=372.96(平方米) 
7.库房布置设计
7.1库房设计
由上述直接计算法得出存储的有效面积后，加上必要的辅助面积，就可得仓库总面积，以此可作库房设计。库房的长度与宽度（跨度）与库房面积有关，在确定的面积下，长宽可以有无数种组合，但设计要按优先比例选取，一般如下表所示。

六、基于Flexsim的自动化立体仓库物流系统仿真模型
在Flexsim仿真平台中构建立体仓库系统的物理模型都可以采取以系统作流程为顺序的思路。一般的顺序为：生成器、缓冲区、出库区 输送系统 立库区 出库区，根据此主体流程配合添加例如操作员、叉车、等执行实体，然后构建起各个实体间的正确逻辑关联即可。
在确定了立库的布局等各项参数后，就可以在Flexsim软件中构建出系统的物理模型。下面将结合一个简单的案例对立体仓库系统的建模与仿真过程进行介绍。

6.1建立模型
Flexsim软件中支持实体的拖拽，首先可将需要的实体通过拖拽的方式摆放到平面视窗中，等待建模时使用。

6.2修改 Flow对话框，与以前数据结合
1）玉溪烟生产情况
A（玉溪）20%
秒产生的条数 Uniform 1/1.85=0.54
秒产生的箱数1.85/50=0.037

以此类推各个玉溪烟的发生器的各个参数设置
秒产生的箱数1.85/50=0.037
秒产生的箱数Uniform 1/0.037=27.02
秒产生的大箱数 0.037/5=0.0074
秒产生的大箱数Uniform 1/0.0074=135.135
秒产生的托盘数0.0074/6=0.00123
秒产生的托盘数Uniform 1/0.000123=813

2）红塔山（硬包）烟生产情况
B红塔山（软包）30%
秒产生的条数27.5/10=2.75条/秒
秒产生的条数 Uniform 1/2.75=0.363

以此类推红塔山（硬包）各个发生器的参数设置
秒产生的箱数2.75/50=0.055箱/秒
秒产生的箱数 Uniform 1/0.055=18.181
秒产生的大箱数0.055/5=0.011大箱/秒
秒产生的大箱数Uniform 1/0.0011=90.9
秒产生的托盘数0.011/6=0.00183托盘/秒
秒产生的托盘数Uniform1/0.000183=546