بخشی از مقاله
چکیده:
سیستم هاي روبات متحرك - RMFS1 - نسل جدیدي از سیستمهاي ذخیرهسازي و جمع آوري خودکار سفارشات است که از آن در انبارهاي مراکز تجاري با تنوع بالاي محصول که داراي نوسانات تقاضاي بالا است، استفاده می شوند.
در این مقاله روشی براي تحلیل عملکرد یک RMFS بر پایه نظریه صف ارایه شده است. براي این منظور سیستم به صورت یک شبکه صف نیمه باز - 2SOQN - با 4 مرحله خدمتدهی مدل شده است.
SOQNها به دلیل در نظر گرفتن مدت زمان انتظار سفارشات در خارج از سیستم، نتایج دقیقتري نسبت به شبکههاي باز و بسته ارائه میدهند. براي تحلیل شبکه، آن را در چند مرحله بصورت یک شبکه صف با دو گره تقریب زده و با استفاده از نمودار آهنگ، تحلیل میشوند. در اینجا براي محاسبه فاکتورهاي مورد نظر به کمک SOQN از الگوریتم "هراگو" استفاده شده است. مقایسه نتایج بدست آمده از این روش تقریبی با شبیه سازي بیانگر عملکرد قابل قبول روش پیشنهادي است.
هدف از تحلیل عملکرد این سیستم محاسبه مدت زمان حضور سفارشات در سیستم و بهرهوري روباتها است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که با انتخاب تعداد مناسبی از روباتها میتوان مدت زمان بیکاري اپراتورها را به حداقل رساند و در نتیجه، بهره وري سیستم افزایش مییابد.
.1 مقدمه
RMFS از جمله جدیدترین سیستمهاي parts-to-picker است. این سیستم به افزایش سرعت خدمتدهی اپراتورها کمک میکند .بنابراین سفارشات بیشتري در یک بازه زمانی خاص خدمترسانی خواهند شد. این امر سبب افزایش سود و میزان رضایتمندي مشتریان میشود. امروزه شرکتهاي متعددي نظیر Kiva Systems، Swisslog، Interlink، GreyOrange و Mobile Idustrial Robots به عرضه تجاري این سیستم ها پرداخته اند. آمازون در نوامبر سال 2014 به کمک Kiva Systems ده انبار خود را مجهز به این سیستمها نمود
استفاده از RMFS در شرکت Staples منجر به آمادهسازي یک سفارش در مدت 6 ثانیه اي شد. به عبارت دیگر در یک ساعت می توان به نرخ 600 سفارش دست یافت . حال آنکه با استفاده از نقاله این نرخ عددي بین 200 تا 400 سفارش است .[2][3][4] با این حال راهاندازي این سیستمها نیازمند سرمایهگذاري چند میلیون دلاري است که هزینه عمده آن مربوط به خرید روباتها می باشد. روباتها براي حمل قفسه3هاي حاوي محصولات درون انبار استفاده میشود .از اینرو تحلیل عملکرد سیستم از مهمترین دغدغه هاي مدیران اجرایی است.
در سیستم RMFS ، پس از رسیدن سفارش در صورتی که روباتی بیکار نباشد، سفارش در صف انتظار قرار می گیرد. به محض آزاد شدن یک روبات جهت خدمتدهی، فرایند آماده سازي سفارش توسط یک ایستگاه هماهنگ کننده شروع میشود. در اولین گام روبات به سمت قفسه حاوي واحدهاي ذخیرهسازي سفارش 4 - SKUs - حرکت میکند. روبات بعد از رسیدن به SKUs، قفسه را بلند کرده 5و با حرکت در طول راهروها به سمت ایستگاهکاري می رود. پس از رسیدن به ایستگاهکاري، روبات حامل قفسه در صف انتظار ایستگاهکاري میماند تا نوبت به خدمتدهی اش برسد. پس از اتمام خدمتدهی، روبات قفسه را در یکی از محلهاي ذخیر سازي6 قرار میدهد. پس از این مرحله روبات بدون تغییر مکان خود منتظر سفارش بعدي می ماند .
شکل 1 روباتها در حال حمل کردن قفسهها
پس از اتمام سفارش گیري از هر قفسه، ربات آن را به نزدیکترین محل ذخیره سازي منتقل می کند. مزیت این نوع جابجایی، نزدیکتر شدن کالاهایی است که تناوب سفارشدهی آنها بیشتر است. این امر موجب افزایش سرعت خدمتدهی می گردد. با توجه به توضیحات فوق، خدمتدهی به هر سفارش تنها در صورتی آغاز می گردد که روباتی براي خدمتدهی آماده باشد.
از اینرو عملکرد RMFS را میتوان به صورت SOQN مدل کرد. با استفاده از نظریه صف تعداد سفارشات در حال انتظار، مدت زمان انتظار هر سفارش، تعداد سفارشات در داخل سیستم و عملکرد روباتها قابل محاسبه است. این تحلیل به مدیران براي توسعه و بهبود عملکرد سیستم کمک خواهد کرد. در ادامه و در بخش دوم، مروري بر مطالعات انجام شده در این حوزه آورده شده است. سیستم سفارش دهی RMFS و تحلیل عملکرد آن با استفاده از SOQN به تفصیل در بخش 3 شرح داده شده است. در پایان نتایج بدست آمده و مقایسه آن با شبیه سازي در بخش
4 شرح داده شده است.
.2 مرور ادبیات
تا کنون چندین مدل براي تحلیل عملکرد سیستمهاي ذخیره سازي و جمع آوري سفارشات ارائه شده است. "مکفورلند"7 و همکارانشان یک مدل با نوسانات تقاضاي بالا را براي ذخیر سازي و جمع آوري سفارشات ارائه دادند که اجازه تغییرات در سفارشات ثبت شده را در مدت زمان محدود میدهد.
"کریشنامورسی"8 و همکارانشان با استفاده از شبکههاي صف و برپایه پنچ فاکتور شامل تعداد وسایل نقلیه در انبار، مدت زمان انتظار سفارشات، مدت زمان خدمتدهی وسایل نقلیه، تعداد محلهاي ذخیرهسازي در سطر و ستون انبار و بهرهوري وسایل نقلیه در انبار، به تجزیه و تحلیل یک سیستم ذخیرهسازي و بازیابی سفارشات پرداختند.
"فوکوناري "9 و همکارش یک مدل از شبکه هاي صف را براي تجزیه و تحلیل سیستمهاي ذخیرهسازي و بازیابی سفارشات ارائه دادند
سلییر"10 و همکارانش به کمک شبکههاي صف به مدلسازي تخمین زمان تولید سفارشات پرداختند. این مدل میتواند میزان ورود سفارشات را بر اساس داده هاي تجربی محاسبه کند.[9] "هراگو" و همکارانشان به کمک شبکههاي باز صف یک مدل براي تحلیل عملکرد سیستمهاي ذخیره سازي و بازیابی ارائه دادند و نتایج حاصل را با شبیهسازي مقایسه کردند.
در سیستمهاي ذخیره سازي و جمع آوري سفارشات خودکار به دلیل محدودیت تعداد ربات در مقایسه با تعداد سفارشات همواره با صف خارجی و داخلی در سیستم مواجه هستیم. از اینرو استفاده از SOQN، در مقایسه با شبکههاي باز و بسته موجب بدست اوردن نتایج دقیقتري می گردد
براي اولین بار در سال 1973 "اوي یتژاك"11 براي تجزیه و تحلیل عملکرد یک سیستم کامپیوتري چند کاربر12، از SOQN استفاده کرد. در این سیستم می-توان چند کاربر را به صورت همزمان در نظر گرفت که براي خدمتدهی به آنها یک عمل توسط پردازشگر مرکزي و اعمال دیگر توسط دستگاههاي جانبی انجام خواهد گرفت
SOQN در حوزه هاي مختلفی از جمله بخشهاي تولیدي [17] [18]، حمل و نقل [19]، سیستمهاي سلامت [20]، مخابرات و ارتباطات [21]، انبارداري و سیستمهاي سفارشدهی[22][23][24] مورد استفاده قرار گرفته است.
"دهینگرا١٣" و همکارانش مدلی براي حل SOQN در عملیات زمانبندي کانتیرها ارائه دادند .[25] "روي14 "و همکارانش براي تجزیه و تحلیل عملکرد یک سیستم ذخیره سازي و بازیابی سفارشات، از SOQN استفاده کردند و سپس تاثیر پارامترهایی همچون نسبت تعداد سطرها و ستونها در انبار و تعداد وسایل نقلیه و بالابرها را بر روي میزان عملکرد وسایل نقلیه و مدت زمان انتظار سفارشات بررسی کردند.[26] همچنین "روي" و همکارانش در مقالهاي دیگر به کمک SOQN به محاسبه میزان تاخیر در یک سیستم سفارش-دهی پرداختند .
"اکرن"15 و همکارانش نیز براي ارزیابی عملکرد یک سیستم انبارداري از الگوریتم ماتریس هندسی در حل SOQN استفاده کردهاند.
"روبین هانسون١٦" و همکارانش براي تحلیل عملکرد RMFS در سیستم parts-to-piker از یک SOQN استفاده کردند .
بویسن و همکارانش به تاثیر عملکرد RMFS بر روي برنامه ریزي و زمانبندي انتخاب سفارشات پرداختند. آنها همچنین یک مدل بهینهسازي براي کاهش تعداد روباتها ارائه دادند .[30] "زو او١٧" و همکارانش یک مدل جدید از شبکههاي نیمه باز را ارائه دادند و به کمک آن، تاثیر نحوهي تخصیص روباتها به قفسهها در بهرهوري یک RMFS را بررسی کردند .
.3 سیستم روبات هاي متحرك
یک سیستم RMFS از یک انبار بزرگ شامل قفسههایی براي ذخیرهسازي محصولات، ایستگاههاي کاري براي آماده سازي سفارشات و روباتهایی براي جابجایی محصولات تشکیل شده است. در هر یک از ایستگاههاي کاري اپراتورها محصولات را از روي قفسهها برداشته و سفارشات را تکمیل میکنند
