模拟的真正好处

最好的方法之一，以了解您可以实现与仓库的利率自动化首先是模仿它，在数字世界中，使用模拟。

设计解决方案的传统方法，如由顾问进行现场评估，或访问由同行运行的类似设施和系统，对于确定自动化解决方案仍然很重要，但仿真已经成为在系统完全配置和安装之前建模和预测系统性能的数字手段。

这一切都是通过软件完成的，遵循创建操作及其拟议系统的“数字双胞胎”的概念，并使用该模型来测试变量和“假设”场景。仓库自动化供应商、集成商和专业顾问使用模拟并不是什么新鲜事，但随着仓库变得更加自动化，它也在不断增长，用户公司寻求结合多种类型的自动化来实现吞吐量目标，同时最大限度地减少劳动力需求。

去年，研究公司Interact Analysis预测，到2025年，电子商务的增长将推动全球28,500个新仓库的需求，而工业房地产公司世邦魏理仕预测，到2025年，仅在美国，就需要3.3亿平方英尺的额外数据中心空间。对仓储的巨大需求只会增加理解模拟功能的重要性，不仅仅是创建显示物料流的漂亮图形，而是使用模拟模型来确定系统应该如何配置，更重要的是，它们将如何对需求波动做出反应。

“高管们想知道的最大问题之一是，这座大楼及其系统的容量和吞吐量将是多少，”他说理查德Schrade的联合创始人兼总裁自动化智能一家模拟咨询公司。“模拟为有关拟议系统性能的问题提供了客观答案，因为您可以获得最终设施中将要发生的事情的3D数字表示。”

仿真软件，一旦一个将来系统的模型被完全创建，就可以用来测试许多变量，例如为一个站点计划的自动化系统添加更多的硬件，如机器人或拣选工作站。更重要的是，它可以预测多个系统将如何协同工作，给定最终用户SKU和订单量数据，以识别瓶颈，并在系统成本和处理需求高峰的能力之间达到最佳平衡。

这些功能直接触及了终端用户对解决方案有效性的关注，Kenneth Hayer说，他是客户解决方案的副总裁Swisslog该公司长期以来一直使用仿真作为改进其自动化解决方案的工具。Hayer说:“(模拟)确实是一种优化设计方案的工具，可以找到瓶颈所在，并解决这些问题。”“当你做模拟时，你会真正更好地理解集成系统的行为。”

几十年来，仿真软件已经为许多行业带来了价值，但在仓储等自动化程度越来越高的行业，它变得越来越重要，Emulate3D全球业务开发经理Tyler Phillips补充道罗克韦尔自动化．

“如果你正在创建一个自动化仓库，而它不能满足容量和性能要求，这是一个巨大的问题，因为修复它的成本很高，而不是手动操作，你可能只需要投入更多的人来解决问题。使用像Emulate3D这样的工具来提前验证系统是否符合规定的要求是非常有价值的，因为它可以抵消大量的风险和成本。”

模型的威力

通常由仓库自动化oem或仓库集成商对提议的或可能的自动化物料处理系统进行仿真建模，但并非总是如此。例如，Automation IO使用Emulate3D的软件，直接为最终用户公司执行其大部分仿真项目，自罗克韦尔于2019年初收购该公司以来，该软件一直是罗克韦尔自动化的一部分。其他知名的仿真软件供应商包括AutoMod、FlexSIM和Simio。

但使用这类软件构建复杂模型并充分发挥其场景测试能力需要专业技能，他说杰里米Tejeda仿真技术与服务副总裁KPI集成解决方案，一个仓库集成商。它不像Excel，许多操作人员知道如何自己使用它进行简单计算，因为它需要混合工业工程知识和使用仿真的专业知识来模拟复杂的集成系统。一些大公司可能会有一些内部仿真专家，但大多数公司需要转向自动化合作伙伴或仿真专家，”他说。“这是一个相当小众的技能组合。”

Tejeda说，一些模拟项目更局限于观察仓库当前状态的微小变化是否能带来更大的吞吐量，例如模拟开槽变化的影响。对于较大的绿地或棕地项目，建议的解决方案的完整模拟模型可以帮助确定系统的理想配置，例如，基于预期的订单量和产品组合，系统需要多少货物到拾取者工作站。

为了很好地工作，仿真模型需要正确加载有关所提议系统的处理时间和速度的数据，以及来自最终用户组织的订单配置文件数据，以使模型准确地模拟计划系统的执行方式。模拟工程师收集数据，确保数据干净，并将其加载到模型中，但Tejada表示，这些努力是值得的，因为当你有一个数据驱动的模型时，可以通过输入不同的数据来快速测试场景。

Tejeda说:“我们正在建立一个系统模型，并在数字环境中不断运行，然后在我们模拟了系统将拥有的所有规则、逻辑和数据后，观察系统运行得如何。”

Hayer说，全面模拟通常从计划系统或集成解决方案的物理布局开始，该布局作为模型和场景测试的起点。他解释说，可以在模拟中测试的变量有很多，从设备配置因素(如自动化存储系统中的起重机或运输工具的数量)到库存流问题(如新系统上游需要放置多少缓冲库存)，再到业务变量(如订单量)或将运行多少班次。模拟模型还可以测试在一个班次中运行一个专注于诱导和补充的系统，然后在两个或三个班次中专注于采摘的影响，看看这是否会提高吞吐量。

模拟模型的准确性取决于输入到模型中的数据。在模拟模型中，顾问将与客户合作，得出可能需要处理的订单量，包括上线时的订单量，以及他们对未来订单量的预期。Tejeda说:“我们通常会尝试来自客户的几种不同的订单配置文件，并对它们进行检查，以确保设计的可靠性。”

随着多种自动化技术进入某些项目，模拟可以发现交通拥堵或移动机器人等设备的意外排队时间过长等问题自动导引车(agv)．Tejeda说:“我们可能对它们各自都有良好的感觉，但从系统的角度来看，模拟可以帮助我们弄清楚它们是如何协同工作的。”

Schrade说，对于Automation IO的客户来说，模拟项目可以用来验证在避免低利用率的同时达到目标性能率真正需要多少自动化支出。Schrade表示，对于机器人或agv的数量，或自动化存储解决方案中起重机或搬运车的数量等元素，可以通过模拟来确定最佳点。他说:“你总能在设计中发现一些变化。”“你可能会删除一些元素，或者添加一些东西，以获得真正干净且经过验证的设计。”

仿真vs.仿真

仿真的近亲是仿真，其特定目的是在系统安装之前测试自动化控制和消息传递。仿真软件与可编程逻辑控制器(plc)或其他控制器通信，以虚拟方式测试这些功能，从而减少现场调试时间和成本。

菲利普斯说:“我们不是对系统进行模拟，而是对系统中所有硬件进行精确、高保真的模拟，然后我们采用仿真模型，将其连接到实际运行系统的plc上，让plc运行系统，而不是进行模拟。”

模拟的最终目的是虚拟地进行大部分控制测试，而不是在项目的最后阶段进行。Phillips表示:“能够在项目的最后阶段将控制测试从关键路径中移除，并将其移至项目的早期阶段，这一点非常重要。”

此外，菲利普斯说，模拟不会干扰操作，也不会导致现场控制测试中可能涉及的能源浪费或原材料消耗。

正确使用机器人技术

霍尼韦尔(Honeywell)首席机器人技术官托马斯•埃文斯(Thomas Evans)表示，仿真和仿真软件可以被视为对解决方案的预期性能更有信心的一种手段，并且可以加快部署系统的速度，特别是当仿真也被利用时。

“作为解决方案提供商，我们面临的挑战之一是客户来找我们，说‘我需要用这个机器人解决方案达到这个速度，以提高我的投资回报率(ROI)。这就是在我们走上专门的开发道路之前，我们将使用模拟的地方，给定产品尺寸和产品组合变化的特定因素，以高度自信地知道我们可以满足所需的速度。这就是模拟的部分价值所在——在早期构思阶段带来信心。”

霍尼韦尔在其仿真工作中使用自己的仿真软件，称为霍尼韦尔eSim，利用其创建的模型库。Thomas说，在可能的情况下，这些预先存在的模型可以用来加速客户的新项目，尽管每个项目都有独特的产品特性和测试量，并且需要将现有的自动化因素纳入模拟中。

一旦建立了模型，仿真软件就可以用来快速测试假设场景。Thomas说，通过机器人拾取模拟，软件可以检查进入单元的产品是单一的还是杂乱的，对拾取速度的影响，或者由于季节性或其他需求模式，系统需要处理更高比例的较重物品或易碎物品，这可能会减慢机器人系统的速度，对拾取速度的影响。

Thomas总结道:“这给了我们更多的信心，让我们知道性能将会如何，以及我们应该如何构建、设计和开发以满足性能要求。”

Thomas表示，霍尼韦尔在开发新的仓库机器人解决方案以及将模拟应用于特定客户项目时使用了模拟技术。所有这些工作建立了一个有用的模型集合，可以帮助霍尼韦尔的客户可视化他们正在考虑的解决方案的性能。

“我们创建的这些模型能够与客户进行更深入的对话。他们现在可以想象在他们的运营中会发生什么，我们可以看到变化的影响，或者不同的[客户]产品集会发生什么，这导致在与客户合作时更深入地理解，”托马斯说。

霍尼韦尔还将使用仿真来测试解决方案如何在plc和自动化控制上运行。仿真将在虚拟世界中以数字方式检查消息传递和子系统接口，Thomas说，这与硬件安装后在现场进行所有测试相比，减少了实施时间。在开发机器人解决方案时，

Thomas表示，霍尼韦尔还使用数字或“合成数据”，以数字方式表示需要处理的产品，这进一步加快了解决方案的部署，而不是等待在现实世界中使用实际产品和视觉进行所有测试。

“模拟可以帮助我们缩短产品开发周期，并帮助我们在制作原型时更加准确。通过模拟和仿真，我们可以缩短从解决方案中获益的时间，并且高度确信，当解决方案到位时，它将发挥作用，并与您的操作相匹配。”

通往运营的桥梁

仿真模型一旦创建，终端用户组织中的人员就可以定期使用它来测试新的场景或检查如何在给定新的需求概要的情况下最好地运行系统。根据Swisslog的Hayer的说法，在Swisslog为其创建模拟的客户中，只有大约10%的客户会在以后使用这些模型来支持运营决策。“有些客户确实想把它作为一种操作工具，因为系统是动态的，根据订单结构或订单配置文件，系统的行为和表现会有所不同，”Hayer说。

Schrade说，在Automation IO的客户中，经常会持续使用该模型，也许是为了测试仓库系统在季节性需求事件中的运行情况。他表示:“运营部门的某些人可能希望在预期需求激增的前一天或之前运行一个新的订单配置文件，看看系统中可能存在的关键点在哪里。”

在针对运营的解决方案中应用数字孪生和仿真技术的一家新供应商是Synkrato．这家初创公司的云物流软件有五个核心组件:数字孪生、自适应开槽、移动应用程序构建器、物联网(IoT)跟踪和数字标签。Synkrato总裁Amin Sikander表示，该软件对模拟和数字孪生概念的使用与开槽直接相关，从而实现更有效的开槽，以适应不断变化的需求和供应数据企业资源计划(ERP)系统。

西坎德说:“我们对数字孪生的使用主要集中在智能物流执行上。“这不是一次性的模拟。”

使用Synkrato的软件，公司可以建立其设施的3D渲染图，并与来自ERP的不断变化的需求和供应信号相结合，并根据需要调整槽位并查看影响。

Sikander补充说，该软件的一个主要优点是，通过缩短拣选路径，可以轻松调整开槽以减少旅行时间。该软件还可以用来确定部署新的传送带、移动机器人系统或一些用于快速移动库存的额外机架，在减少运输时间和拣选效率方面会产生什么影响。

西坎德说:“这些都是我们正在努力解决的问题。“我们的解决方案旨在积极调整您的仓库以适应不断变化的需求和供应模式，从而提高其效率。”