基于Extendsim的管系焊接车间系统设计与仿真.doc

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1、 摘 要本文研究课题来源于现代化的企业管理规划。加工制造行业的加工方式发生了很大的改变，生成计划已经不再延续大批量的生产方式，而是逐步转变为准时加工和精益生产。因而企业对于车间加工系统的布置和设计的要求也越来越高,希望自己企业的资源能够得到最大限度的应用，从而不会造成系统资源的闲置。本文以某包含自动化立体库的管系焊接车间系统的布置为研究对象，通过对整个焊接系统的整体以及各个组成部分的分析、规划和设计并通过运用Extendsim系统仿真技术，针对系统建立仿真模型。通过Extendsim仿真模型的运行和结果分析来找到资源浪费点以及系统的瓶颈，同时通过优化调整来达到整个系统的自动化建设和效率的提高。

2、对于系统的布置和调整具有很高的理论价值和应用指导价值。关键词 管系焊接车间；Extendsim；仿真技术；自动化立体库31AbstractAbstractResearch topics in this article are from the modern enterprise management planning. Manufacturing industries now have a big change in the way of production. Plan manufacturing no longer adapts to the mass production. So the

3、 requirements for Enterprise workshop layout and design of the system is getting higher and higher and would like the enterprise resources can be applied to the maximum extent, so that no system resources waste.Researching the system which contains an AS/RS, we study through the whole system as many

4、 parts. By using the several of the system analysis, planning, designing and using Extendsim simulation technology, we improve the model of the system. Running the Extendsim simulation model and analysis the report, we found the place where waste resources and the system optimization. At the same ti

5、me we improve the efficiency of the system. So that placement and adjustment of the system has a high degree of theoretical and application guidance values.Keywords ：Pipe welding workshop system; Extendsim; Simulation technology; AS/RS 目录目 录第1章 绪论11.1 选题背景及意义11.1.1 选题背景11.1.2 选题意义11.2系统仿真简介21.2.1 系统

6、仿真的发展历史21.2.2 系统仿真的技术特点31.2.3 系统仿真的应用31.3自动化立体仓库概述41.3.1 自动化立体仓库简介41.3.2 自动化立体仓库发展现状与趋势51.4 Extendsim软件简介71.5本文主要研究内容8第2章 管系焊接系统物流研究92.1焊接工艺流程92.2 管材加工系统布局设计92.3本章小结11第3章 基于EXTENDSIM库的仿真研究123.1自动化立体仓库设计原则123.2 管材库区存储策略和货位分配原则123.3 系统设计思想143.4自动化立体仓库模型设计目标143.5 自动化立体仓库模型的实现153.6 本章小结16第4章 基于EXTENDSIM

7、的系统仿真研究174.1 仿真整体系统的模型建模174.1.1 系统仿真的目标174.1.2 仿真模型的实体分析174.1.3 基于Extendsim构建系统模型174.1.4系统交互界面234.2 系统运行和仿真结果分析244.2.1 运行仿真模型244.2.2 仿真模型分析244.3 本章小结29结 论30参考文献31谢 辞33附 录34绪论第1章 绪论1.1 选题背景及意义1.1.1 选题背景随着现代科技的迅猛发展，现代的加工制造行业面临着市场需求多样性的严峻考验，是否能够满足客户的需求，提高用户满意度，关键在于是否能够将现有的资源快速的组织和利用。同时，随着全球经济的迅速发展，加工制造

8、行业的竞争逐步从规模竞争、质量竞争转向速度竞争、价格竞争。从而利润源的获取也从降低商品的生产成本及提高劳动效率，发展到了一个新的时代，那就是降低加工原料、成品、半成品等的物流费用。因此，一个加工制造企业占领并赢得市场的关键因素就是缩短产品从下达订单到产品出库发货（生产周期）的时间周期。缩短产品从下达订单到产品出库发货就是要合理安排设计企业物料的加工及运输速度，一方面要掌握企业现有加工生产系统中瓶颈环节，提出提高生产效率的优化改进方案，另一方面就是要对生产物料从出库到达生产线之间的配送进行合理的分配优化。据统计在一个产品的生产周期中，物料的等待时间占整个生产周期比例能达到9095%1，而真正产品

9、加工的时间所占的比例却非常小。显而易见影响生产效率的关键因素之一就是在加工制造过程中的物料运输的时间，因此，能够使一个企业占领市场只有通过对生产线进行优化，来消除加工生产系统的瓶颈环节，以实现提高生产效率。1.1.2 选题意义现代企业提高自身在中的竞争能力并且要缩短产品的生产周期，所以通过对生产系统进行物流优化，对生产物流系统进行建模和仿真具有重要意义。计算机技术应用于企业的生产物流系统建模和仿真，可以在系统的规划阶段或设计阶段对生产物流的性能进行预测，也能对系统的布局、配置和调度控制方面的问题进行充分的分析研究。仿真建模对生产物流系统的来说有重大意义。首先，对于拟建中的生产物流来说，把与新的

10、成产物流系统相关的产品工艺数据、产品生产加工、库存信息、原料资源、搬运、产品出库等工作有机地结合起来，模拟出形象生动的制造过程，这样就能够在方案或设备投入实际使用和建设之前模拟出该规划方案和设备的实际应用情况出来，预先发现问题，确定出最有的设计方案，使资源可以合理利用。其次，管理人员可以运用构建仿真模型的方法，无需现场勘查就可以快速方便的得到生产物流的关键参数，而且能够及时发现和分析现场产生的问题以及产生问题的原因，从而减少不必要的作业时间，通过提高用户的物流效率来实现合理化的生产物流系统，由此企业资金便可加速循环，企业竞争便可处于优势地位。再次，在实际的生产物流状况不能改变的前提下，面对企业

11、要改变生产产品的规格和数量时，可以通过修改仿真模型参数，对不同方案进行分别得模拟运行和验证，来设计出最优或改进方案，这样就可以降低直接改进实际的生产系统带来的风险。1.2系统仿真简介1.2.1 系统仿真的发展历史系统仿真是建立在系统理论、控制论、相似论、数理统计、信息技术和计算机技术等理论基础之上，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假象的系统进行试验，并借助于专家经验知识，统计数据和系统资料对试验结果进行分析研究，做出决策的一门综合性和实验性学科。早在几千年前，我们的先人就懂得了系统仿真的基本原理。中国象棋就是用于仿真古代战争的游戏；军事沙盘用来仿真两军对阵的战略；建筑

12、中用木模来研究实际建筑物的结构与承载性能等。直到20世纪40年代，冯诺依曼正式提出了系统仿真的概念，随后，1952年美国成立了仿真学会，1963年出版了仿真领域最具权威性的学术刊物后，系统仿真逐步成为一门独立的学科。国外发达国家的系统仿真应用非常广泛和普遍。20世纪90年代初，美国提出了22项关键技术，系统仿真被列为第16项；美国国防部提出了21项国防关键技术，系统仿真被列为第6项。美国已经严格规定所有的重要武器研究，必须进行仿真实验后才可以投入正式使用。根据20世纪80年代末的统计，日本企业运用系统工程解决管理与决策问题时，采用系统仿真方法的已超过80%。英国制造业也普遍采用系统仿真方法解决

13、物料控制、人力配置、调度评估、投资策略及均衡生产等问题。据国外应用统计，运用系统仿真优化系统设计规划可减少投资约30%，在库存控制方面可减少约15%2。 1.2.2 系统仿真的技术特点系统仿真技术是模型（物理的、数学的或者非数学的）的建立、验证和试验运行技术。现代仿真技术的特点可归纳为以下几点：系统仿真时一门通用的支撑性技术。在决策者们面临一些重大的棘手的问题时，能以其他方法无法代替的特殊功能，为其提供关键性的见解和创新观点。系统仿真技术学科的发展具有相对的独立性，同时又与光、机、电、声，特别是信息等众多专业技术领域的发展互为促进。因此，系统仿真技术具有学科面广、综合性强、应用领域宽、无破坏性

14、、可多次重复、安全、经济、可控、不受气候条件和场地空间的限制等优点，这是其他技术无法比拟的。系统仿真技术的发展与应用紧密相关。应用需求牵引、系统带技术、技术促系统、系统服务于应用，这是一个辩证的关系。应用需求是推动系统仿真技术发展的原动力，系统仿真技术应用效益不但与其技术水平的高低有关，还与应用领域的发展密切相关。大量实例表明，系统仿真技术的有效应用必须依托于先进的系统仿真系统，只有服务于应用的仿真系统向前发展了，才会带动系统仿真技术的发展。系统仿真的应用正向全系统、系统全生命周期、系统全方位管理发展，这些都基于仿真技术的发展3。1.2.3 系统仿真的应用系统仿真的本质是一种知识处理过程，典型

15、的系统仿真过程.包括系统模型的建立、仿真模型建立、仿真程序设计、仿真实验和数据的分析处理等，它涉及多学科多领域的知识与经验。随着现代信息技术的高速发展以及军用和民用领域对仿真技术的迫切需求，系统仿真技术也得到了飞速的发展。理论上系统仿真可以解决任何系统分析问题。然而，由于先验知识和手段所限，迄今为止，并不是任何系统都能运用系统仿真分析得到满意结果。系统仿真技术的发展和应用首先在人们对其规律比较熟悉、已经可以进行较准确描述的某些领域中取得突破。我们面对的系统各式各样，有政治系统、人文系统、生态系统、医学系统、工程系统等。最先成功应用系统仿真技术的是工程系统，其中，宇航、航空航天、自动控制、电力等

16、系统已经运用得相当成熟。而其他领域，例如经济系统、生态系统、医学系统等人们也开始了系统仿真的研究和应用，但是不够成熟也不够普遍。系统仿真的应用最具魅力的地方正是其不拘一格的应用对象和神乎其神的手段方法。美国在调停波黑参战三方时就进行了仿真，将三方的地图、区域、人员情况、武器准备、司令部、弹药库的位置以及采用的战术等建立起系统模型，再运用逻辑模型模拟整个战斗的过程。模拟的结果是三败俱伤。看完仿真演示后，三方立即在停火协议上签了字。1990年美国一栋大楼失火，根据大楼的初始状态，火熄灭后的终止状态以及火与烟的运动规律，最终确定了大楼失火的逻辑模型，根据线索找到了起火点。在演示了着火全过程后，法官据

17、此找到了失火原因，并据此做出了判决。20世纪90年代，为了制定更加科学的人口计划生育计划，以利于中国人口的计划生育以及中国经济的发展，我国建立了人口模型，模拟各种计划生育策略对中国人口的增长、经济发展的影响，为我国制定计划生育的国策提供帮助。宇航仿真系统用来供宇航员进行地面训练，反导弹仿真系统用来研究反导弹系统的性能等等。以上事例中的系统虽然各不相同，研究目标各不相同，但是它们的共同之处在于：系统都十分复杂，问题非常棘手，用现有的方法无法进行研究。这些例子说明了一个共同的事实：在研究处于山穷水尽的时候，系统仿真往往成了唯一可求助的方法。1.3自动化立体仓库概述自动化技术作现在最炙手可热的先进技

18、术之一，主要是指机械设备抛开人直接的操作而自动的进行的生产管理的过程4。例如物料能够实现自动存储和自动输出，包罗信息自动化、AGV、机器人技术和自动仓储等集成系统就是自动化立体仓库。自动化立体仓库作为现代物流中快速更新和发展的关键组成部分，具有充分利用空间、降低人力劳动、提高操作准确性、提高仓储运作的自动化和管理人性化水平、减低储运成本、有效地提高资金循环水平、提高物流效率等优势5。1.3.1 自动化立体仓库简介自动化立体仓库（AS/RS）6是机械和电气、强电控制和弱电控制相结合的产品，它主要有高层货架、巷道堆垛机、托盘或货箱等主要设备，以及出入库输送系统、堆垛机控制系统、计算机监控管理系统和

19、其他辅助设备组成的自动化系统7。1.货架。货架通常会建的比较高，货架越高占地面积越小，越能提高空间利用率，高度大多在8m50m。货架种类很多，按制造工艺分为组合式和焊接式；按结构设计形式分为单元式、贯通式、旋转式和悬臂梁式。2.托盘。自动化立体仓库用托盘来存放货物，遇到形状不规则的货物则采用货箱；大型规则货物采用托盘；采用货箱或托盘可以避免货物受损和提高货位利用率。3.巷道堆垛机。它之所以被称为巷道堆垛机是因为堆垛机穿行与巷道往复行驶来运送货物。作为自动化立体仓库设备中的核心部分，通常是通过手动、半自动或全自动操作来运送货物从一个位置到另外一个位置8.随着自动化立体库的广泛应用，巷道堆垛机作为

20、它的专用起重设备也快速的发展起来，基本上每个巷道要配备一台巷道堆垛机，也存在两个巷道或多个巷道共用一台堆垛机的情况。巷道堆垛机存在多种类型9,10，按结构形式分为双立柱和单立柱；按支撑方式分为地面支撑、悬挂型和货架支撑型；按作业方式分为单元型和拣选型。4.出入库输送系统。该系统是指把货物从出入库台输送到货架的输送系统。该系统主要包含各种类型输送机、RGV、AGV等。自动化立体仓库中需要结合仓库的整体布局、仓库功能和存储货物种类等因素，来决定用哪个类型的输送设备。5.堆垛机控制系统。控制系统是一个完整系统有效运作的关键部分，一个优秀的控制系统能使整个系统成本降低，并且效率提高。然而只有使仓库内的

21、所有存储和运输设备都装配上控制装置，才能真正实现自动化立体仓库的自动运转。那么所需的控制装置的种类繁多，主要包括开关、继电器、微处理器、单片机以及可编程控制，它们主要的功能是完成控制任务，包括堆垛机的位置、速度控制，货叉控制以及堆垛机方向控制。6.计算机监控系统。监控系统主要是负责系统中各个部分的调节运作工作11，它是整个仓库的中枢神经，起着至关重要的作用。由于许多运行设备被应用到自动化立体仓库，然而各个设备的运行的任务、路径和方向都必须由监控系统按照命令指令搬运活动。各个设备在系统中的具体的运行情况可以直接通过监控系统的监控界面观察。 7.计算机管理系统。其类似于大脑，是自动化立体仓库的核心

22、部位，仓库中各个设备都由计算机管理系统指挥运行。整个仓库系统中繁琐的账目管理和作业管理，以及与上一层系统的联系和部分信息管理的任务都由计算机管理系统负责。一般的仓库多运用微型计算机，个别较大仓库管理系统则采用比较不常用的计算机。1.3.2 自动化立体仓库发展现状与趋势高层货架是随着第二次世界大战以后技术和经济迅速发展的状况下不断发展起来的，随着生产物流系统的需求和科学技术的迅猛发展，50年代初出现了自动化立体仓库，由于它的实用性和现实价值随即得到广泛的应用和发展。50年代从美国的第一座的自动化立体仓库开始，随着仓库运作的需要，到60年代巷道堆垛机在立体仓库内出现并得到广泛用用，1963年随即在

23、科技发达的美国率先建成了首座由计算机控制的立体仓库。随即日本和德国这两个机械行业的领跑国也开始了针对自动化立体仓库的建造和分析研究，到现在为止仅日本就已建成8000余座自动化立体仓库。随着科技的发展，到70年代时12，仓库的管理已经逐步的从最原始的人工手动控制发展到计算机管理的自动控制系统。堆垛机的作业速度也得到大大提升，由原来得1520次/h快速提高到5070次/h；而且随着货架技术的发展，仓库的空间利用率也高达9698%；仓库的货位也因此明显的增多。此外，由于自动化设备的引进使仓库的工作效率也大大提高。随着大规模企业不断发展，针对于仓库的各种要求也日益提高，必须确保运作准确，效率更高。二十

24、一世纪以来，随着科技的发展自动化立体仓库也快速成长，逐步进入智能化阶段，即物料的存储和存储作业的智能化研究。然而国内对自动化立体仓库的研究起步比较晚，直到20世纪70年代才开始对其进行开发研究工作，直到80年代通过国外的技术引进和国内的自主研发相结合已经建成50多座自动化立体仓库，但是比较当时国外的自动化立体仓库技术含量很有许多不足之处。进入90年代后自动化物流在大规模企业中的研发和应用得到很大发展。但是，与西方发达国家相比我国的技术水平还比较低，特别是计算机技术方面，有差距才能更好的激发我们的动力，我国优秀科研人员经过不断奋斗的情况下势必使我国的自动化立体库水平得到快速发展。在仓储领域里自动

25、化技术占有举足轻重的位置，随着自动化技术的应用自动化立体仓库的发展首先从人工仓储阶段开始，逐渐进入机械化阶段，随着自动化技术的应用，慢慢进入自动化阶段，集成化阶段，现在正在朝着智能化阶段发展13。自动化立体仓库的发展趋势主要表现为：高效率，小规模。随着工业技术的不断发展，大规模的自动化立体仓库已经不再是主流的发展趋势，不断地适应企业需求，构建规模更小，出入库速度更快，存储货物种类更广泛，逐渐成为自动化立体仓库的发展趋势，这就必须与先进的控制技术相结合，保持其高度的柔性和生产率。装配式结构高层货架。装配式结构的货架从仓库建设角度考虑易于安装调试，并且可以大大提高建设精度；从建设成本角度考虑利于批

26、量生产，降低投资成本。自动控制堆垛机。只有高度实现自动控制，堆垛机等运输设备才能实现精确定位，运用了控制技术后堆垛机就可以提高其运作速度和搜索能力水平。提高信息传输速度和准确度。只有通过信号采集技术，射频通信技术，进行数据的采集和处理，才能确保信息传输速度的提高的较高的准确度。计算机管理网络化。自动化立体仓库主要是实现对出入库操作和库内信息的自动管理，更重要的是结合仓库物流输送系统和具有较高柔性的制造系统，最终确保能够实现相互的资源共享，以使整个系统可以高效运行。智能化仓库管理系统。当今计算机技术快速发展，电子数据的交换技术日趋完善，它们已经在仓库的设计、堆垛机等设备中的到应用。1.4 Ext

27、endsim软件简介Extendsim仿真软件1988年进入市场，由美国Imagine That 公司开发，在版本7之前，成为Extend，从版本7开始，改名为Extendsim。它采用C语言开发，可以对离散事件系统和连续系统进行仿真，且具有较高的灵活性和拓展性。Extendsim采用交互式建模方式，且支持三维动画，利用可视化工具和可重用的模块能够快速构建系统模型。Extendsim仿真软件的主要特点如下：Extendsim采用拖拉式建模和“克隆”技术，所有模块都可以重复使用，模块内的任何参数都可以复制和拖拉到仿真模型的任何区域，从而使建模过程得意简化。Extendsim提供开放源代码和二次开

28、发引擎，充分利用Windows 操作系统的资源，可以与Delphi，C+ Builder，Visual C+等程序语言代码链接，还可以与主流数据库、Excel等数据源集成。Extendsim采用开放式体系结构，利用自带的变成工具，用户可以修改已经存在的模块，也可以创建新的模块，使系统具有良好的可拓展性。Extendsim采用多层次模型结构，模型条理清晰、逻辑分明，使复杂系统模型得以简化。Extendsim采用模块化结构，与第三方公司共同开发模块库。模块库涵盖离散事件系统和连续系统，用户也可以自定义模块，所有预制和自定义模块均可重复使用。模块之间采用基于消息的传递机制，提供多种复杂数据传递方式。

29、模块化有利于提高建模效率。Extendsim具有良好的统计功能和图形输出功能，采用拖拉等方式可以快速建立和现实各种图标。Extendsim提供了多种图标形式，可以与多种统计拟合器相结合（如Best Fit，Expert Fit，Stat Fit等）快速建立拟合曲线。新版本软件采用三维建模和动画技术，增强了软件的可视化效果。Extendsim不仅能够对实体流动进行可视化建模，而且对数据流动和控制结构也可以可视化建模而无需编写程序。21.5本文主要研究内容随着制造工业自动化的发展，对于在制造生产也被广泛应用的钢管，如何设计钢管对应的原料和余料的自动化立体仓库，已经成为制造企业能否提高生产效率和减少

30、浪费的重要问题；对储存钢管的自动化立体仓库的结构设计进行了整体的研究，并对自动化立体仓库焊接系统的效率进行了建模仿真分析。1.物流系统仿真的建模、仿真步骤。研究基于Extendsim仿真平台的物流系统仿真优化技术，在此基础上建立了自动化立体仓库的动态仿真模型，对自动化立体仓库的运行状态进行可视化研究，通过观察模型的运行情况和分析仿真结果，验证分析设计方案的可行性；2.整个焊接车间系统的建模仿真。通过建立合理焊接车间系统的仿真模型，分析各种设备间的物流关系，搭建符合逻辑的焊接车间系统的仿真模型，通过运行仿真模型得出的各个输出参数和结果，对结构进行实用性分析，探讨结构的组成规则及其合理形式。管系焊

31、接系统物流研究第2章 管系焊接系统物流研究2.1焊接工艺流程以某造船厂的钢管原料和余料的自动化仓储以及加工制造过程中的物流系统为研究对象，设计出以管材数字化存储为核心的加工系统。区别与以前的研究内容，以往的研究主要是针对单纯的仓库管理系统或单纯的加工制造系统的货物的物流系统而进行研究，本课题将管材的存储系统与加工生产线结合到一起，对3管材在整个购入、入库、存储、出库，一直到进入加工生产线，以及由于加工过程产生的有价值的余料再进入余料库等，整个的仓储和加工过程的物流系统的研究。本文针对以立体仓库为核心的钢管加工系统进行研究，该系统包括管材仓储系统和加工系统。其中仓储系统中主要包括货物储存系统、货

32、物存取系统、货物输送系统、控制和管理系统；加工系统包括钢管定长切断单元、双头自动车孔单元、轴承座压装单元、托辊双头自动焊接单元、轴承密封压装单元以及连接以上加工过程的传输设备和控制系统，如图1所示。图1 存储及加工作业流程图2.2 管材加工系统布局设计根据调研的情况，此加工生产线每天工作8小时，每年工作251天；钢管原材库存量为单种库存40到50根；钢管原材年出库能力为50万根；针对钢管存储的加工系统主要由入库缓存区、货架、管材输送托辊、巷道堆垛机、天车等组成。如图2所示，货架采用悬臂梁货架，共有12列。在每个巷道内有一台堆垛机负责存取货物,共5台。定长切断后的余料经过分析后确定是存入余料库还

33、是作为废料处理。两条钢管加工成产线共用一个原料库和余料库，表1介绍了主要设备。图2是这个立体仓库和加工系统的初步设计，根据客户的需求和出于仓库利用率等原因考虑设计出以下几个布局方案。图2 初步系统布局图图3 系统布局方案图通过对以上设计方案的比较分析，以上两种方案相对于初始方案区别在于整个系统中包含两个钢管加工生产线，但是方案1设计出两个余料库，这样就会导致余料存在两个不同的余料库，余料不能通用；方案2不仅余料库不能通用，原料库也是分开的，综合以上的不足，设计如图4所示布局。图4 以自动化立体库为核心的托辊加工生产线设计表1 主要设备名称编码设备名称编码设备名称1管材原材入库暂存区7巷道堆垛机

34、2管材输送托辊8管材定长切割机3管材原材立体库货架9钢管双头自动车孔4重力式滚道10轴承座压装机5管材上线AGV11法兰焊接机6管材余料立体库货架12轴承密封压装机2.3本章小结本章在分析了一般自动化立体库设计的原则和步骤的基础上，首先针对本课题研究的自动化立体库的系统流程进行了详细的介绍；其次根据已有的初始材料设计出仓库内部的物流线路，并且确定了管材存储的货架形式和布局；最后，结合以上的研究和分析信息设计出仓库的总体尺寸和管材加工系统的总体布局。基于Extendsim库的仿真研究第3章 基于Extendsim库的仿真研究3.1自动化立体仓库设计原则自动化立体仓库不仅能够大大的降低人工的劳动强

35、度，还显著地提高了仓储的效率，在一定程度上使各个生产作业有效的衔接，从而加快了货物的周转速度，最终达到成本降低、提高用户经济效益的目的。所以，自动化立体仓库的设计和规划中要按照一定的准则进行，其一般包括整体规划要具有系统性，采用的设备具有先进性，最终设计具有经济性14。图5 自动化立体仓库设计原则1.系统性原则。自动化立体仓库是一个完整的仓库系统，也是生产系统中重要的一个环节，在设计自动化立体仓库时，必须考虑到它与其他环节的链接和合作问题。2.先进性原则。在自动化立体仓库系统的规划和设计时，首先把用户的需要放在第一位，然后在成本允许的范围内尽量采用先进的技术和先进的设备。这样就可以确保所设计的

36、自动化立体仓库在一定时间内具有先进性，还可以降低由设备过快更新和设备维护造成成本消耗。3.经济性原则。在满足主要运行功能的前提下，仓库的规划和设计要考虑到成本问题，尽量考虑到用户的利益。例如选用设备时注意性价比，减少冗余的项目花费，减少工程强度。3.2 管材库区存储策略和货位分配原则结合造船厂的实际情况原料管材根据不同的长度、直径和壁厚不同，造成存储的种类繁多；而且每种管材的出入库的频率没有规律，可能导致由于长时间进出库的管材种类不协调，导致货架受力集中，所以定期对仓库存储状况进行分析盘货尤其必要。可是如果设计出好的入库方案和存储策略，就可以大大降低由此带来的不便，进而减低资源的浪费。所以，要

37、实现一个高品质的货位策略就需要对货位进行合理的安排和占用，来实现既可以提高货位的占用率又可以确保出入库顺畅运行。货位管理策略主要考虑到货物入库时要进入最佳货位，货物出库时也要合理选择出库的货物，即最佳分配原则和合理出库原则。1.目前自动化立体仓库的存储策略主要包含以下几种：（1）定位存储：定位存储就是指规划每种类型的货物对应一项存储货架，每种货物之间不能互相交叉货位，且存储货位固定，这就要保证每种货物的货位必须设计出最大的存储量。定位存储的方式易于管理，虽然出入库时间比较少，但是存储空间明显增多，主要适用于厂房占地面积不受限制和货物品种角度而且每种都少量的仓储情况。（2）随机存储：随机存储是指

38、任何货物可以存放到任意的空闲货位，即存储的指派过程是随机完成，通常是先进入仓库的货物被放入靠近出口的货位，以此类推。由于货位没有入库要求，可以实现货位共享，所以只需按照最大的货物数量来设计货位的数量。但是，对于货物进入仓库后的管理和盘点需要很大的工作难度，主要适合空间有限，需要尽可能提高空间利用率的场合。（3）分类存储：分类存储是指将货物根据某些特征进行分类后，每类货物都被安排到固定的存储货位，相同类型不同的货物按照指定的模式入库。它通常根据货物的重量、产品尺寸、流动性、相关性或产品特性来对其分类。具有易于出库方便管理等优点，但是空间利用率较低，与定位存储相比较具有柔性，但是定位存储的缺点它同

39、样具有。（4）分类随机存储：分类随机存储是指针对于每一类都有自己固定的存储位置，但是在本类物品的存储区内每个货物的入库方式是随机的。这样的存储方式既具有分类存储的一些优点，又可以节约存储空间。但是对于入库后的库存管理和盘货具有很大工作量。2.一般来讲，货位分配要注意以下几点原则，（1）上轻下重原则：即货物存放时尽量使其分散的存放到货架上，并且尽量实现较重的货物在较低的货架层数，使货架上的重量由下到上逐渐减轻，确保货架能处在一个相对稳定的状态。（2）先入先出原则：即在相同类型的货物出库时，按照入库的先后顺序，先入库的先出，来实现存储的货品周转率的提高，这样可以尽可能的避免由于入库时间过长而造成货

40、物的积压、变质、变形、失效、生锈等。（3）均布原则：即入库存储的过程中避免集中存入统一货架，造成入库受阻，入库台上货物的堆积，而影响正常的入库作业不能顺利完成。应该尽量使相同规格的货物均等的存储到列货架，这样就会避免出库时由于巷道堆积造成阻塞。按照均布原则进行存储的仓库可以大大提高出入库效率。（4）就近入库原则：即将等待入库的货物存储到距离入库台较近的货架，这样不仅可以有效地提高入库操作的响应速度，而且可以实现放置过程距离较近。（5）分区管理原则：即根据出入库的不同频率，将仓库分为不同的区域，例如高频出入库区、长期存储区、短期存储区和公共区，然后根据该类型货物的具体情况进行选择性的入库存储。1

41、53.3 系统设计思想根据用户需求建立良好的系统设计思想，针对本仓库的设计思想主要包括：实用性、仿真性、可靠性、先进性、适应性16。具体介绍如下几点：实用性是将企业目前的实际需求为关键的出发点，并且参考其近期的可预知需求，使其能够得到最大最直接的经济利益，并且该系统必须掌握简单、使用方便。仿真性是指建立系统的仿真模型，即结合实际的任务需求建立系统的仿真模型来辅助人进行决策，而不免完由人力决策，通过建立开发图形、表格等得分析工具帮忙，使系统的管理更加科学、规范，资源的配置更加合理。可靠性是指硬件设备软件系统的可靠性，系统中的主要设备堆垛机、传送带、搬运设备等和关键部件都要采用成熟可靠产品，应用的

42、软件工具选用优秀的平台，采用模块化原则的设计理念，建立安全管理的功能和策略。先进性是指利用先进的计算机技术和网络应用技术，选用先进的设备和软件工具实现仓库的数字化模拟。适应性是指系统采用友好的人机界面，使仿真模型与信息管理，人机协调相结合，用户可以方便管理，发挥其主观能动性，增加系统的开放性。3.4自动化立体仓库模型设计目标此课题所建立的以自动化立体库的仿真研究，主要目的在于了解该生立体库的入库环节的性能统计，进一步分析所建立的模型是否存在使用问题，最后以系统的运行模拟演示来对仓库进行调整和改进设计。可对实际设计和规划起到一定的指导作用。关键是对设计仓库的合理性进行分析，在方案设计、设备选择和

43、管理创建等环节提供可靠地依据。3.5 自动化立体仓库模型的实现根据入库的逻辑，以Crate模块产生实体，模拟货物的到达；用Set和Rand模块来为货物随机分配货物的类型；利用Equation模块根据货物的Type属性来为货物分配随机的货位。其中货位的模拟是由Extendsim内部的全局数组组建成的表格来模拟的。其中的Type属性选择为global array即全局数组，然后通过create a new array or modify a selected array 菜单来建立一个由全局数组表格模拟的仓库，其设置如图6所示。图6 全局数组设置图为了能够利用全局数组所模拟出来的货位的功能，在Eq

44、uation模块中需要利用代码编程语言来将全局数组引用及你同到系统内，编写的的代码如下：integer ABCIndex, row, col, success, item_type;ABCIndex=GAGetIndex(ABC);success=0;while (success=0) row = RandomCalculate(8,0,9,0); / Random pick the row from row 0 to row 9col = RandomCalculate(8,0,4,0); / Random pick the column from row 0 to row 4item_ty

45、pe=GAGetInteger(ABCIndex, row, col);if (item_type =0) GASetInteger(Type, ABCIndex, row, col); success=1; 全局数组数据的更改是即刻更新，全局生效。为了实现这个功能，本文采用了加入数据初始化的模块的方法，对于每次的运行及时的初始化数据。最后的模型如图7所示：图7 立体库模拟方案图3.6 本章小结本章介绍了自动化立体库的设计原则、设计思想以及仓库的模型设计目的。为了实现货位的功能，本章运用了Extendsim仿真软件内的全局数组来模拟货物。同时加入了数据初始化模块，对于每次运行的数据进行初始化。

46、通过本模型的实现，模拟出来仓库货位的分配情况。可以更加直观的看到货位分配的情况。让使用者更加容易理解和观察货位分配。基于Extendsim的系统仿真研究第4章 基于Extendsim的系统仿真研究4.1 仿真整体系统的模型建模4.1.1 系统仿真的目标此课题所建立的以自动化立体库为核心的管材加工系统的仿真研究，主要目的在于了解该生产系统在管材入库、出库、运输以及各个加工环节的性能统计，进一步分析所建立的模型是否存在瓶颈环节，最后以系统设备的运行效率为指标 ，对系统进行了改进设计，可对实际设计和规划起到一定的指导作用。关键是对设计的系统的合理性和运行效率进行分析，在方案设计、设备选择和管理创建等

47、环节提供可靠地依据。4.1.2 仿真模型的实体分析在仿真模型中所谓的实体就是现实存在于立体库和加工系统中的所有设备，每个实体就是仿真模型中的不同活动或排序，分别承担各自的功能，或者用来延续其他设备的功能，最终实现整个系统模型的有效运行。可以讲所谓的实体按照状态和周期的不同分为临时实体和固定实体两种。临时实体是指类似于货物的状态随时间变化的实体，它含有生命周期这一属性，货物是由生成器产生后进入这个系统的，然后运行到一定时期后离开系统。固定实体会保持某个状态一直在模型中存在，例如处理器、输送机和堆垛机等17-19。4.1.3 基于Extendsim构建系统模型根据调研的情况设计参数如下，输送机的速度为，定长切断及后续的加工处理时间都是60s，堆垛机水平速度为，垂直速度为；AGV运行速度为；原料库货架有10排，余料库货架4排20。本模型所采用的Extendsim实体有：Crete、Queue、Resources Item 、Batch、Un batch、Activity、Select Item In、Select Item Out、Exit等等。 根据实际模型构建仿