پروژه ‌شبيه‌سازي اتوماسيون اسكله شهيد رجائي

 هدف از انجام اين مطالعه يافتن تعداد بهينه AGV‌ها مي‌باشد به طوري که زمان انتظار کانتينرها جهت انتقال از کشتي به انبار حداقل گردد. اين پروژه طي مراحل زير انجام شد:

در ابتدا طرح کلي و شماتيک مدل که شامل تمامي اجزاي پروژه از قبيل مبادي ورود کشتي به بندر، جرثقيل‌هاي Gantry، AGVها ، مسيرهاي ارتباطي حرکت AGV‌ها شامل حرکت به سمت انبارها، حرکت داخل انبارها، حرکت از انبار به محل بارگيري تريلرها و ... ترسيم گرديد. طرح کلي بر اساس سه قسمت طراحي شد که اين سه قسمت شامل طرح افقي قرار گيري کانتينرها و به صورت دو رديف 10تايي از انبارها و يک رديف 5 تايي است. در طرح انبارها، با توجه به امکانات نرم‌افزار از يک مدل زير‌مجموعه شامل انبار اصلي، انبارهاي مجازي، جرثقيل Transtainer و ... استفاده گرديد که در بخش طراحي Layout به طور کامل تشريح مي‌گردد.

در گام بعدي ابتدا پارامترهاي عمومي و سپس پارامترهاي اختصاصي عناصر موجود در مدل تنظيم شد.

در ادامه ساير پارامترهاي مرتبط با بارگيري وسائل حمل‌و‌نقل، حرکت، قرار دادن کانتينرها در انبار، بارگيري مجدد از انبار و انتقال به خروجی‌هاي مدل پياده‌سازي گرديد.

در مرحله بعدي با استفاده از امکانات موجود در نرم‌افزار در خصوص نمايش پارامترها، متغيرها، خروجی‌ها، وضعيت عناصر مختلف مدل در حين اجرا و در پايان شبيه‌سازي، اعتبار عملکرد مدل مورد بررسي واقع و نواقص آن رفع گرديد.

در مرحله تجزيه و تحليل مدل دو سناريو به منظور تعيين نحوه حرکت AGV‌ها پيشنهاد شد. در سناريوي اول حرکت AGV‌ها به صورت يک طرفه بر روي مسيرهاي بين انبارها  در نظر گرفته شد. در سناريوي دوم به AGVها امکان حرکت دو طرفه داده شده بود که با توجه به نتايج حاصل از اجراي شبيه‌سازي در هر دو وضعيت، امکان حرکت به صورت دو طرفه انتخاب گرديد.

در خاتمه با توجه به انتخاب سناريو فوق الذکر، مدل شبيه‌سازي اجرا شده و تعداد AGVهاي مورد نياز تعيين شدند.

 1- فرآيند مدل‏سازي به وسيله‌ ShowFlow

به منظور انجام عمليات مدل‏سازي کامپيوتري اتوماسيون اسکله بندر شهيد رجائي، گام ‏هاي ذيل به ترتيب برداشته شده است:

          أ‌-          طراحی Layout

        ب‌-       تنظيم پارامترهاي عمومي عناصر

        ت‌-       تنظيم پارامترهاي اختصاصي عناصر

     ث‌-   برقراري ارتباطات بين عناصر، فرآيند جريان مواد و اعمال منطق تصميم ‏گيري در مورد انتخاب AGV به منظور حمل كانتينر از كشتي به انبارها و تخليه انبارها و انتقال کانتينرها به تريلرها

در اين خصوص لازم است اختصاراً به تشريح گام‏ هاي برداشته شده پرداخته و نحوه عملكرد را بررسي نماييم.

1.1-طراحي Layout             

بندر به شكل ذيل و در قالب يك مجموعه اصلي و 25 زير مجموعه طراحي گرديد كه شکل‌هاي مربوطه از طراحي انجام يافته را در ذيل از نماي بالا و 2 بعدي و هم‌چنين 3 بعدي مشاهده مي‌نماييد.

شكل1: چيدمان و استقرار طرح کلي اسكله شهيد رجايي به صورت 2 بعدي

شکل 2: شماي 3 بعدي از طرح استقرار کامل اسکله شهيد رجايي

خصوصيات زير در طراحي اين Layout در نظر گرفته شده است:

·    تعداد عناصر به کار گرفته شده در مدل 290 عدد است که اين عناصر به دو بخش تقسيم مي‌شوند: بخش اول که اسکلت و مجموعه اصلي مدل است و بخش دوم شامل 25 زيرمدل که انبارهاي لازم به همراه متعلقات آنها جهت ذخيره‌سازي کالاها را دربرمی‌گيرند.

Ø      بخش اصلي شامل عناصر زير است:

• ورودی‌هاي مدل که وظيفه توليد محصولاتي که قرار است در مدل حرکت نمايند را بر عهده دارند. محصولات در اين مدل کانتينرها هستند که ابتدا باید توسط AGV ها به انبار انتقال يافته و سپس از انبارها به خروجی‌هاي مدل که محل بارگيري تريلرها مي‌باشد منتقل شوند.

•  خروجی‌هاي مدل که لازم است کانتينرها از طريق آنها از مدل خارج شوند و بدين ترتيب از افزايش حجم محصولات در سيستم جلوگيري شده و مدل بتواند اجرا شود.

•  AGVها که هدف اصلي مدل نيز تعيين تعداد آنها بوده است. وظيفه AGVها که ماهيت آنها وسيله حمل ونقل است، انتقال کانتينرها به قسمت‌هاي مختلف مدل مي باشد.

•    مسیرهایی که AGVها روی آنها حرکت مي‌کنند. مسيرها به مثابه کانال‌هاي ارتباطي جهت اتصال تمامي عناصر مدل به يکديگر عمل مي‌نمايند.

Ø   از آنجا که انبارهاي مدل داري اجراي يکسان و عملکرد مشابه مي‌باشند، زيرمجموعه‌اي از عناصر لازم شامل انبار، Transtainer جهت قرار دادن کانتينرها در انبار و هم‌چنين تخليه انبار طراحي شده است. به اين دليل که AGVها کانتينرها را به محل توقف Transtainer برده و در آنجا کانتينر را تحويل داده و يا می‌گيرند، به لحاظ محدوديت نرم‌افزار از انباري مجازي استفاده شده تا اتفاقاتي که در دنياي واقعي رخ مي‌دهد در مدل لحاظ گردد.

2.1-تنظيم پارامترهاي عمومي عناصر                                             

در مرحله بعدي پس از طراحي چيدمان، پارامترهاي عمومي عناصر به شرح ذيل تنظيم شدند:

·    پارامترهاي مربوط به خود عنصر از قبيل : مشخصات ظاهري عنصر، ظرفيت عنصر، شرايط ورودكالا به عنصر ، شرايط خروج از کالا از عنصر و ...

·    پارامترهاي مرتبط با عملياتي که عنصر بايد انجام دهد شامل: زمان انجام عمليات، ثبت اطلاعات به‏ هنگام ورود/خروج كالا به/از عنصر.

3.1-تنظيم پارامترهاي اختصاصي عناصر

علاوه بر عناصر ورود/خروج، ماشين و بافرها، ساير عناصر داراي پارامترهاي ويژه ‌خود هستند كه بايد به نوبه خود تنظيم شوند. مشخصات ويژه عناصر به كار گرفته شده به شرح ذيل هستند:

الف)عنصر حمل ‏و نقل

 به منظور طراحي وسائل حمل‏ ونقل اعم از  AGV وTranstainer  ، مي ‏توان از عنصر حمل ‏ونقل در مدل‏ ها بهره برد. سپس پارامترهاي مربوط به اين وسائل را در قسمت مربوط تنظيم نمود. اهم اين پارامترها عبارتند از :

• نحوه كنترل AGV بر روي مسيرها جهت بارگذاري و تخليه

•  سرعت

• شتاب

•  ترمز

• سرعت افقي

•  سرعت عمودي

• نحوه حركت در فضا و اولويت‏ ها

• زمان بارگذاري و تخليه

•  محل پاركينگ

   ب)عنصر مسير

 جهت حركت وسايل حمل ونقل در سيستم نياز به يك سيستم مسير درمدل مي‌باشد كه به وسيله mouse در Layout مدل طراحي مي‌گردد.  پس از طراحي مسيرها، مي‌توان ارتباط آنها با عناصري از قبيل انبارها، بافرها و .. را برقرار نمود. سپس به وسيله منوهاي موجود در برنامه مشخصات ويژه هر مسير را تعريف كرد. اين مشخصات عبارتند از:

•  طول مسير

•  جهت مسير (دوطرفه، يك طرفه به سمت جلو و يك‏طرفه به عقب)

• شرايط ورود وسايل حمل و نقل به مسير

• شرايط خروج وسايل حمل و نقل به مسير

• حداكثر سرعت مجاز وسائط حمل‏ونقل بر روي مسير

• قابليت گذر دو وسيله حمل‏ونقل از كنار يكديگر بر روي مسير

•  قابليت گذر دو وسيله حمل ‏ونقل درنقاط اتصال مسيرها (گره‌ها)

ج)عنصر انبار

نرم‌افزار در مشخصات اختصاصي انبارها داراي سه قسمت ويژه است كه عبارتند از:

•  تعداد ستون‏ هاي انبار

• تعداد رديف‏ هاي انبار

• حجم هر سلول از انبار

• تعداد بررسي سلول ‏هاي بعدي در صورت پربودن سلول مورد نظر

4.1- برقراري ارتباطات بين عناصر، فرآيند جريان مواد و اعمال منطق تصميم ‏گيري در مورد انتخاب AGV به منظور حمل كانتينر از كشتي به انبارها و تخليه انبارها و انتقال کانتينرها به تريلرها

به منظور برقراري ارتباطات بين عناصر جهت برقراري جريان مواد در سيستم به شرح ذيل اقدام مي‌گردد:

• برقراری ارتباطات لازم بین انبارها و مسیرها که به واسطه Layout و استقرار طراحی شده است. ابتدا و انتهاي هر مسير روبروي انبار به انبار متصل مي‌گردند.

•  اتصال بافرهای بعد از عناصر ورودی به مسیر محل پارکینگ AGVها

•   اعمال منطق راهبری AGVها به مدل

•  بررسي مسير بافر قبل از مسير انبارها و تهيه و ليستي از آنها

• بررسی مقصد AGVهایی که بارگیری شده اند.

• بررسی انبارهایی که AGV به آنها ارسال گرديده‌ و حذف آنها از ليست مقاصد.

• بررسي ليست مقاصد باقيمانده

• ارسال كانتينر به انباري كه در آن كالاي كمتري قرار دارد.

 براي تمام AGV‌ها زمان بارگيري از جرثقيل Gantry، زمان تخليه بار به Transtainer و بازگشت به پاركينگ، پيش ‏بيني شده است. در خصوص انتخاب AGV‌ها نيز انعطاف لازم وجود دارد تا سناريو‏هاي مختلفي اجرا شوند. اين سناريوها مي ‏توانند به شرح ذيل باشند:

•   آن AGV که به میزان كمتري از بقيه كار كرده است.

•  AGV كه از بقيه نزديك‏تر به Gantry مي ‏باشد.

•  AGV كه داراي شماره اولويت بالاتري است.

در اين مدل در شرايطي كه چندين AGV جهت انتخاب وجود داشته باشند، AGV خالي كه نسبت به بقيه به Gantry و يا انبار نزديك‌تر باشد انتخاب شده و اگر چند AGV در پاركينگ موجود بوده و يا در فاصله يکسان قرار داشته باشند، اولويت بر اساس شماره AGV مي ‏باشد كه شماره ‌كوچك‏تر داراي اولويت بالاتري خواهد بود. جدول زير اين الگوريتم را به شکل خلاصه نشان می‌دهد:

جدول 1: گام‏هاي الگوريتم انتخاب مقصد توسط AGV در مدل بندر شهيد رجايي

2-سایر مشخصات مدل

•  نرخ ورود، مطابق با تابع توزيع نمائي با متوسط 50 ثانيه در هر يک از ورودي‌ها مي ‏باشد .

•  بعد از هر يک از ورودي‏ ها جهت تجزيه و تحليل ميزان ترافيک ورودي‌، يک بافر تعبيه شده است که نمايانگر صف فيزيکي تجمع کانتينرها مي‌باشد. در صورت کفايت تعداد AGV در سيستم، ترافيکي در بافرها مشاهده نمي‌شود و در صورت کمبود، تجمع کانتينرها در بافرها مشاهده مي‏ گردد. از اين معيار به عنوان شاخصي در راستاي انتخاب سناريوي برتر نحوه سياست حرکت AGVها استفاده مي‌شود.

•   بارگيري AGVها از بافرها صورت مي‏ پذيرد. ابتدا کانتينر از ورودی‌ها وارد بافر بعد از خود مي‏ شوند. سپس بافرها مانند Gantry عمل نموده و بر روي AGV بار قرار مي‏دهند. زمان در نظرگرفته شده جهت بارگيري 25 ثانيه مي ‏باشد.

•  ظرفيت بافرهاي فوق ‏الذكر هر يك 1000 عدد كانتينر در نظر گرفته شده است.

•  روبروي هر Gantry يک مسير وجود دارد که  Gantry به آن متصل بوده و در اين نقطه اتصال امکان تبادل کالا بين بافر و AGV به وجود مي‌آيد. به طور مثال مسير شماره 2 که طول آن 100 متر است، روبروي جرثقيل‎هاي Gantry 1 و 2 که وظيفه سرويس به 10 رديف اول انبارها را دارند، قرار دارد. محل اتصال بافري كه نقش جرثقيل Gantry شماره 1 را دارد، مسير شماره 2 در موقعيت 73/2 متري از آغاز مسير است. محل اتصال بافري كه نقش جرثقيل Gantry شماره 2 را دارد نيز مسير شماره 2 در موقعيت 90 متري از آغاز مسير مي ‏باشد.

•  در صورتي كه يك AGV در حال بارگيري از Gantry  شماره 2 باشد و AGV ديگري از Gantry شماره يك بارگيري كرده باشد و در حال حركت باشد، AGV در حال حركت قادر است تا از AGV در حال بارگيري گذر نمايد.

• محل پاركينگ تمامي AGV‌ها مسير 2 و در نقطه‌ آغازين آن است.

•    ظرفيت هر AGV يك كانتينر است.

• سرعت هر AGV به هنگام داشتن بار 5 متر بر ثانيه و در هنگام بدون بار 7 متر بر ثانيه تنظيم شده است.

•  در تمامي مسيرها قابليت گذر AGV‌ها از يكديگر تعبيه شده تا در صورت تفاوت سرعت بتوانند سبقت گرفته و يا در حالت از كار افتادگي AGV مسير مسدود نگردد.

•  بارگيري AGV‌ها به صورت خودكار و به وسيله‌ نرم ‏افزار صورت مي‏ گيرد. ليكن هدايت آن به سمت مقصد به وسيله دستورات و به هنگام بارگيري انجام مي ‏شود.

• AGV‌ها پس از بارگيري، بر روي مسير‏هاي تعبيه شده حركت كرده و به سمت مقصدي كه چگونگي انتخاب آن در قسمت قبل توضيح داده شد، مي ‏روند.

•   پس از اينكه AGV به مسير بافر قبل از انبار رسيد، در صورتي كه AGV ديگري در حال تخليه باشد، در بافر منتظر مانده و پس از اتمام تخليه، وارد مسير مي‏شود.

• پس از ورود AGV به مسير روبروي انبار، AGV روبروي محلي كه بايد كالا را تخليه نمايد، توقف نموده و Transtainer كالا را از روي آن برمي ‏دارد.

• براي هر انبار يك مسير تعبيه شده كه تنها يک AGV مي‌تواند جهت بارگذاري و يا بارگيري وارد اين راهرو شود. AGV به محل توقف Transtainer رفته و در آنجا بار از روي AGV برداشته مي‌شود و در محل خود در انبار قرار مي‌گيرد.

• سرعت حركت افقي هر Transtainer در صفحه XY 0.4 متر بر ثانيه و سرعت حرکت عمودي آن در راستي محور Z 0.2 متر بر ثانيه است.

• ظرفيت هر Transtainer يك كانتينر است.

• سيستم كنترل Transtainer جهت برداشت كالا و قرار دادن آن در انبار تماماُ خودكار و به وسيله محدوديت‏هاي اعمال شده به وسيله‌ نرم ‏افزار تعيين مي‏ شود.

• هر انبار داراي 31 ستون بوده و 4 رديف دارد. هر سلول از انبار داراي ظرفيت 7 كانتينر است. بنابرين ظرفيت هر يك مجموعاُ 868 كانتينر است.

•  هر انبار از دو نقطه به مسير روبرويش متصل است. نقطه آغاز، ابتداي مسير و نقطه پايان، انتهاي مسير است و محل تخليه، نقطه ‏اي بين اين دو مي ‏باشد.

•  نحوه پر شدن انبارها، به ترتيب سلول‏ ها مي‏باشد که از ابتدا پر مي‏ گردند و به هنگام تخليه نيز از انتها کانتينرها برداشته مي‌شوند.

•   سايز تمامي محصولات، يك واحد بوده و  هر سلول انبار 7 كانتينر ظرفيت دارد.

•  نمودارهاي پويا كه در حين شبيه ‏سازي به نمايش در مي‏ آيند عبارتند از:

Ø      میانگین درصد زمان حرکت با بار AGV ها (به تفکيک سري انبارها)

Ø      ميانگين درصد زمان حرکت بدون بار AGVها (تفکيک سري انبارها)

Ø      ميانگين درصد زمانی که AGVها مشغول بارگيري و يا تخليه مي‌باشند. (به تفکيک سري انبارها)

Ø      ميانگين درصد زمان بیکاری AGVها (به تفکيک سري انبارها)

Ø      صف كانتينر در تمامی Gantryها

Ø      تعداد AGVهای حاضر در پارکینگ

• نرخ Refresh شدن انيميشن شبيه‏ سازي يك ثانيه درنظر گرفته شده است.

3- بررسي اعتبار مدل