本文是一篇工程论文，文章以H医院院内中型箱式物流系统方案为研究对象，借助RaLC物流仿真技术分析方案效率存在的问题，对效率瓶颈点——高楼层垂直提升设备进行选型设计。在此基础上，通过对垂直提升设备的任务排序问题的优化，有效提升设备的作业效率。
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
医院院内物流系统是用于医院内部各种药品以及医疗物品快速传输的主要系统。医院院内物流系统基本覆盖医院内所有科室，在当代医院管理中占据重要的战略地位[1]。 医院院内物流系统作为现代医院高效运转的重要基础，随着成本节约和精细化管理需求，对信息化和自动化的要求越来越高[2]。近年来，医院物资运输面临更加困难的挑战，由于经济困难和疫情等因素，现代医院面临着人力资源不足、预算削减等问题。随着现代医院对药品交付时效性的要求不断提高，传统医院院内物流传输系统难以满足日益提高的需求，需对其进行信息化与自动化升级，从而物流预算占据了医院财政预算较大的一部分。
在缺少自动化物流传输系统的传统医院，医院只能通过人工搬运货物、抢占载客电梯运输等方式进行医疗物资的运输，导致了运输效率低下、成本增加，难以满足医院和各科室需求。在人员密集的医院内，由于高峰时段院内运输压力上升，导致人员较长时间的排队等待，物资无法按时运送。自新冠疫情爆发以来，在配送、医疗、运输等场景中，为了减少物流人工成本、降低交叉感染风险并提高物流系统作业效率，物流自动化系统被大规模应用，代替人工运输作业系统。
具有代表性的医院楼宇物流传输系统有轨道小车物流传输系统、AGV物流系统、气动物流传输系统以及箱式物流系统四大类。轨道小车物流传输系统通过建立专用轨道线，采用由计算机系统控制的智能轨道小车实现货物运送[3]。轨道小车系统一般传输量较大，速度快，但是存在安装较为复杂、价格较为昂贵，轨道变更难度大，不够灵活等缺点。AGV物流系统通过AGV自动导引小车与提升部件组合，实现各楼层之间货物的运输作业。在AGV系统中小车数量一般较少，且单车运输量存在上限，无法满足大批量物资运输作业效率，在要求减少人员接触的作业场所有较广泛的应用。气动物流传输系统是由空气压缩机产生的压缩空气作为动力，使装有物品的传输瓶在密闭管道内使用管道内压差进行传输，将物品双向点对点地传输到各个收发站点[4]。气动物流系统具有传递速度快，效率高，传递距离远，可扩展性强，占用空间少等优点，但是受其特点影响不能传递周转箱这类体积较大的物品，仅适用于传递体积比较小和重量比较轻的物品。
1.2 国内外研究现状
针对文章涉及到的院内物流系统、任务排序、物流仿真技术的相关研究开展文献综述，为院内物流系统的应用及任务排序优化提供理论支持。
1.2.1 院内物流系统研究现状
院内物流系统是指借助于信息、光电技术，机械传动装置以及众多技术与设施来实现医疗机构内部药品等物资进行输送与分拣的系统[6]。信息智能技术在物流科室中的应用可以提高工作效率，降低错误风险[7]。具有代表性的医院楼宇物流自动化系统主要包括气动物流系统、轨道小车物流系统、AGV物流系统以及箱式物流系统。
（1）气动物流系统
气动物流系统以其速度快，效率高等优点，被广泛的应用在医院物流传输环节中。李海漪等[8]在医院中通过气动物流系统进行污物处理，使国内污物收运系统迈向绿色、健康、高效、智能方向迈进，是公共环境卫生领域与现代物流领域结合的一次突破。张旭[9]通过按键精灵对流程图进行图色识别并与故障特征进行比较，若为故障则按键精灵通过微信将故障信息发送给维修人员。该方法易于实现，可以检测到系统无法判断的故障。陈伟杰等[10]对气动物流传输系统的传输均匀性、设备运行、站点优先级别进行问题分析，制定相应的改进措施并实施。经过对气动物流系统的优化管理，气动物流系统的效率和使用人员的满意度均得到提升。钱晓萍等[11]将气动物流系统与一体化中心药房实际使用情况相结合，为适应工作需要而不断进行优化，提高了医院精细化管理水平。Lu H[12]在实验室自建气动物流传动系统中进行了有载和无载输送转运瓶的实验，设计了相关模型，评价了气动物流系统的效果。Jorgensen P[13]对使用气动物流系统的公立医院建立仿真模拟模型，评估血液样本在病房和实验室之间的运输变化，研究发现气动物流系统有效的降低了抽取血液的等待时间。马军[14]对医院物流系统堵塞位置精准定位、对传输时间的均匀性和降低故障率进行研究，分析问题现象，提出相应的改进措施，对比改进前后的效果差异，通过实际数据验证改进措施的有效性，使其更符合医院使用需要。
第2章 H医院院内箱式物流项目调研与需求分析
2.1 物流系统布局与设计方案
2.1.1 医院院内物流系统布局
图2.1为H医院院内物流系统平面布局图。医院分门诊区与住院病房区两大部分，门诊区主要用于发货，药品周转箱由门诊区楼宇编号LT6楼宇的中心供应部门发出，经水平输送设备运往各个住院病房楼。住院病房区主要由A栋妇儿病房楼、B栋内科病房楼、C栋外科病房楼三栋高层病房楼组成。A、B两栋高层病房楼如表2.1中楼宇编号LT1与LT2所示，两栋楼均为10层楼宇，1-10层每层均设置一个护士站，每栋楼共计10层用于物流系统运输；C栋高层病房楼如表2.1中楼宇编号LT3所示，楼宇高17层，2-17层每层均设置一个护士站，楼宇共计16层用于物流系统运输。
2.2 作业流程
医院箱式物流系统主要运输输液药品、器械、检验标本、各种耗材等物品。各站点均有收发货功能与需求，其中绝大多数周转箱由中心供应部门发出运往各病房楼，因此以中心供应部门发货线路作为系统物流线路。周转箱由门诊区的中心供应部门发货，经图2.2中垂直提升机5、6、7组合提升后，进入水平输送设备。水平输送设备设置包括发送输送线和回收输送线的双并排输送线，周转箱进入水平输送设备发送输送线后，在输送设备上特定位置由激光扫码传感器进行扫描，传感器识别周转箱上贴的RFID或信息条码，获取周转箱药品名称、数量、目的楼宇等信息，由输送设备移载周转箱至对应线路，运送至对应病房楼。周转箱到达病房楼垂直提升设备后，经提升设备入口处激光扫码传感器获取周转箱要到达的目的楼层信息，由提升机轿厢运送周转箱至相应楼层工作站。周转箱到达各楼层工作站后，通过激光扫码传感器获取周转箱中药品名称、数量等信息并上传至显示屏，触发声光提示设备，提醒工作站工作人员拿取周转箱。发送任务完成后，工作人员将周转箱放回至输送工作站，当垂直提升设备运行返回任务后，工作站移载药品周转箱至垂直提升机轿厢，由提升机运送至提升设备出口，再经水平输送设备的回收输送线运送至中心供应部门，完成周转箱回收环节。
第3章 方案仿真建模分析与垂直提升设备选型 ..................... 21
3.1 仿真建模 .......................... 21
3.2 仿真效率分析 ...................... 24
3.3 垂直提升设备选型 .................... 25
第4章 接力式垂直提升设备发货任务排序优化 ................ 33
4.1 任务排序模型建立 .................... 33
4.1.1 Petri网流程描述 ....................... 33
4.1.2 任务作业时序分析 ............................. 36
第5章 多载式垂直提升设备发货任务排序优化 ....................... 55
5.1 任务作业时序分析 ...................... 55
5.2 相邻楼层任务组合排序算法设计及其实现 ................................ 57
5.3 实验仿真验证 ......................... 60
第5章 多载式垂直提升设备发货任务排序优化
5.1 任务作业时序分析
在提升过程中，提升机完成发起层至目的楼层之间的往复提升作业，提升机将四个周转箱的任务组合按照楼层自上而下的次序顺序提升至不同楼层工作站，当四个周转箱任务组合的目的楼层工作站处于不同楼层时，提升机需要一次将周转箱提升至各楼层进行输送，而当单次提升的四个周转箱任务组合目的楼层相同时，提升机只提升至单一楼层即可完成输送。
为更好地对多载式垂直提升设备进行分析，引入接力式中提到的作业时序分析。设定任务在多载式垂直提升设备入口处排队等待，中间没有空闲状态。与接力式不同的是，多载式垂直提升设备第一次运送的四个周转箱任务组合与后面每一次运送的四个周转箱任务组合之间没有相互影响，每次作业均在唯一的提升机中完成，提升机只有完成上一次的四个周转箱任务组合后，才可运送下一次的四个周转箱任务组合。因此每一次运送四个周转箱任务组合的作业过程均一致，且与其他任务组合无关。
（1）模型中的常量
1）在入口处与出口处移载任务周转箱的时间为ta； 2）任务周转箱在提升机载货时每层移动耗时为tf，空载时每层移动耗时为tf’； 3）发起层所在的楼层为x0；
第6章 总结与展望
6.1 总结
医院箱式物流系统效率提升对减少周转箱运输时间，提高系统运转效率，保证订单任务及时送达科室，优化医院运转流程等具有重大意义。文章以H医院院内中型箱式物流系统方案为研究对象，借助RaLC物流仿真技术分析方案效率存在的问题，对效率瓶颈点——高楼层垂直提升设备进行选型设计。在此基础上，通过对垂直提升设备的任务排序问题的优化，有效提升设备的作业效率。
本文的主要工作如下：
（1）查阅分析医院院内物流系统的研究现状，包括常见的医院院内物流设备类型，介绍医院院内物流系统发展过程中存在的问题。其次介绍医院院内物流
