冷鏈物流配送中心作業流程的建模與仿真

李夢然（北京交通大學，北京 100044）

隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，人們的食品消費觀念也從傳統的單一型向現代化的多樣型、快捷型轉變，對于冷鏈物流市場的需求增速日益加快，冷鏈物流業正在廣泛興起。為進一步提高肉類和水產品冷鏈物流水平，增強食品安全保障能力，2010年7月29日國家發展和改革委員會正式頒布的《農產品冷鏈物流發展規劃》提出，到2015年建成一批運轉高效、規模化、現代化的跨區域冷鏈物流配送中心，健全農產品冷鏈物流服務體系，達到果蔬、肉類、水產品冷鏈流通率分別達到20%、30%、36%以上，冷藏運輸率分別提高到30%、50%、65%左右，流通環節產品腐損率分別降至 15%、8%、10%以下的目標[1]。

作為物流體系中的一個關鍵節點，物流配送中心是實現產品快速、準確、按時配送的現代物流基礎設施。冷鏈物流產品具有鮮活性、易腐性、及時性和物流成本所占比重較大的特點，對冷鏈物流配送中心的作業效率提出了更高的要求。冷鏈物流配送中心是典型的隨機型離散事件系統，解析法難以對其進行全面的分析和優化，為了避免在配送中心的優化構建上浪費大量的人力、物力和時間，系統仿真方法是必然的選擇。仿真技術已被廣泛應用于現代物流工程建設，其優點是有相對的彈性和直觀性，可用于建立復雜大型系統，能夠反映系統中發生阻塞和瓶頸的位置和情況[2]。

目前我國冷鏈物流建設尚處于起步階段，尚未形成完整獨立的冷鏈物流體系，存在產品冷鏈流通率較低，損耗率較高等問題。通過對配送中心的業務流程進行仿真優化來提高作業效率，一方面使農產品冷鏈物流有效運作提高農產品流通效率降低物流成本，另一方面有利于提高農產品質量，保證食品安全從而減少產品在物流配送環節的損失，對提高農業經濟效益有深遠意義。

1 冷鏈物流研究現狀

Tarantilis，Kiranoudis[3]在2001年將易腐產品的配送問題歸類為混雜的固定車隊的VRP問題，并利用了metaheufisties算法來提高易腐產品配送的效率。

Charles.G等[4]在2004年對物流分揀系統研究時，為了提高揀選效率采用分類儲存的方法，把貨物按等級劃分，同時把儲存地點劃分面積，利用仿真方法驗證了這種儲存方法在實際應用中的可靠性。

劉志勇等[5]在2007年分析了我國冷鏈物流存在的問題，對“共同配送”在冷鏈物流中的應用做了研究。

趙艷艷[6]在2009年依據生鮮食品冷鏈配送存在的問題及其特殊性，在分析成本構成因素的基礎上，以車輛固定成本、運輸成本、貨損成本、能耗成本及客戶懲罰成本共同構成的綜合成本最低為目標，建立冷鏈物流配送優化模型，最后利用啟發式算法解決實際問題，并驗證了模型的有效性。

當前國內外學者對于冷鏈物流配送中心的研究主要集中于比如冷鏈配送模式選擇、基于VRP方法的路徑優化等配送中心各個子系統方面的研究，對配送中心整體作業流程建模仿真的研究相對比較少，因此急需對冷鏈配送中心的作業流程進行分析和優化的研究。

2 冷鏈配送中心建模過程

2.1 冷鏈配送中心作業流程分析

對冷鏈物流配送中心的內部作業流程進行分析，具體步驟主要分為訂單處理、收貨、加工、入庫、揀選、配送等環節[7]。本文選擇金農果蔬配送中心作為建模仿真的研究對象，生鮮農產品作為冷鏈產品的一個主要部分，其作業流程具有普遍性。

該配送中心物流基本業務主要包括以下環節：

（1）收貨區。包括卸貨和驗收入庫環節，工作人員需要完成卸貨、驗收入庫等工作，果蔬停留的時間較短。涉及的主要元素有：驗貨設備、搬運車、工作人員。

（2）加工區。在這個區域內加工機器對從收貨區傳送的果蔬進行初步加工，如去除蔬菜老葉、清洗，以及分拆、包裝、抽氣等深加工作業，目的在于保持新鮮度。冷鏈食品的加工有助于企業對產品的品質、成本及貨源的把握。

（3）理貨分揀區。在此區域人員進行分揀和配貨作業，主要包括對果蔬進行分揀、裝箱，再根據客戶訂單信息（包括所訂購的果蔬商品、要求送達的時間、客戶地理位置以及裝車配貨要求）將果蔬貨物挑選，主要包括揀選人員、傳送裝置、自動分揀機器等設備。

（4）儲存區。對分揀后的產品進行分類儲存環節。果蔬等冷鏈產品的儲存條件要求嚴格，溫度升高極易造成腐敗變質。因此根據果蔬保鮮期和對溫度的要求不同，一般分為冷藏庫和冷凍庫兩種儲存方式，以保證安全、正確、簡捷、經濟地保存冷鏈產品。在這個作業區內應配置貨架、叉車和人員、冷凍冷藏設備。

（5）配裝發貨區。發貨環節包括貨物裝車和配送活動，為適應不同客戶的需要，配送中心在進行送貨作業時，可選擇不同的方式，如按照固定時間、固定路線為固定用戶送貨；也可不受時間、路線的限制，機動靈活地進行送貨作業。

圖1 冷鏈配送中心業務流程

具體作業流程如圖1所示：

2.2 設定假設條件

仿真是通過對所建立的模型進行分析來研究實際系統的特性，由于實際環境的復雜度，建立的模型不可能表現實際系統的全部結構，就需要在一定的假設條件下對實際系統進行抽象得到數學模型，根據對該配送中心業務流程的調研設定了以下假設條件：

（1）果蔬以固定批量到達配送中心，每天到達配送中心的時間間隔服從泊松分布；

（2）系統仿真中運行時間內果蔬連續不斷地到達；

（3）每個到達的果蔬重量幾乎相同；

（4）不同種類果蔬的保鮮期不同，假設保鮮期控制在一周之內，根據保鮮期長短，設計仿真運行程序；

（5）仿真模塊包括收貨區、流通加工區、理貨分揀區、儲存區和配裝發貨區五個模塊，分別由具體的作業環節構成。

2.3 系統模型

依據上述冷鏈配送中心的作業流程分析，應用實體流程圖將作業環節流程圖抽象化建立系統模型，即冷鏈配送中心業務流程的仿真模塊，如圖2所示。

3 建立仿真模型

3.1 確定仿真目標

研究對象是冷鏈配送中心作業流程的建模與仿真，根據冷鏈產品具有易腐性、保鮮周期短等特點，設定仿真目標包括：果蔬周轉量，配送中心作業能力指標（包括人員、機器設備等資源利用率狀況），以便檢驗機器設備和人員的數量是否滿足需要，確定系統中的瓶頸環節并且消除瓶頸提高貨物周轉量，提高作業流程的平衡度，提高設備的利用率，并最終提高工作效率。

3.2 仿真模型顯示

冷鏈配送中心作業流程仿真模型視圖如圖3所示。

圖2 冷鏈配送中心業務流程仿真模塊

圖3 冷鏈配送中心作業流程透視模型視圖

4 仿真結果分析與優化

4.1 輸出結果分析

從仿真輸出結果可得設備利用率分別為69.87%、79.44%、39.94%和61.95%，其中理貨分揀機器的利用率偏低，配裝發貨機器有21.15%的時間在等待工作員運送冷藏冷凍產品從而影響其利用率。傳送帶利用率分別為68.1%、84%和28.6%，其中將保鮮期較短產品從理貨分揀區送到配裝發貨區的傳送帶利用率只有28.6%，發生了38.6%的阻塞，空閑率為32.8%，由于阻塞率和空閑率較高導致利用率偏低的情況，說明在這個過程中工作人員和機器設備沒能及時處理產品，或者是人員或設備數量不夠。收貨區的搬運車閑置率較高，為59.1%，從冷藏冷凍存儲區運送到配裝發貨機器的工作員2閑置率很高，為96.3%，從配裝發貨機器搬運產品到暫存區的工作員3閑置率也偏高，為56.9%，以上數據說明配裝發貨區處理的冷藏冷凍產品流通較少，在從流通加工區、冷藏冷凍存儲區至配裝發貨區以上作業環節存在瓶頸。

4.2 優化方案

由上述分析可知，根據實際的冷鏈物流配送中心物流作業環節所建立的仿真模型存在運行效率較低，產品周轉率低，設備人員利用率偏低等問題。接下來將針對作業環節的瓶頸，對各個資源的配置進行調整，以提高配送中心的作業效率和產品周轉率。

（1）調整機器和工作人員的數量，在存儲區增加一個叉車ASRSvehicle29，增加一個配裝發貨機器Processor30，刪減工作員Operator29；

（2）更改冷藏冷凍區貨架的存儲規則，由之前的隨機擺放更改為距離優先，即優先放置貨品到距離較近的空位；

（3）配裝發貨機器前后各增加一個暫存區。

4.3 結果對比

將優化前后各實體的輸出結果統計表進行匯總，得出表1所示的仿真優化前后對比結果。

通過分析、對比仿真模型優化前后數據輸出結果，可得出以下結論。如表1所示，經過調整后，各類果蔬的日周轉率均達到了87%以上，其中保質期較短果蔬（Item1）周轉率在優化后提高了23.33%，達到91.43%；需冷藏的果蔬（Item2）的周轉率提高至88.24%；需冷凍的果蔬（Item3）的周轉率提高了74.5%，保證了果蔬類產品在保質期內完成周轉，按時保質保量地送達至客戶。同時提高了配送中心作業流程各環節的設備利用率，改善了設備的阻塞情況。

表1 輸出結果對比

5 結論

本文完成了對冷鏈物流配送中心作業流程系統的分析建模，并在此基礎上應用軟件進行了仿真優化，最終得到了優化方案。

本文將Flexsim仿真技術應用于冷鏈配送中心作業流程中，應用軟件對該果蔬配送中心的作業系統進行建模仿真，根據對果蔬配送中心作業流程調研、搜集、處理的數據運用于仿真模型中，在數據分析的基礎上進行了方案的優化調整。最后從生產線平衡的角度對改進效果進行評價，得到了較優方案。

通過對果蔬類配送中心作業流程的系統仿真分析，建模仿真技術對于提高配送效率、加快周轉速度以降低冷鏈產品腐爛變質的風險具有很大作用。但論文涉及的內容較為復雜，限于水平有限還存在一些不足之處，比如對冷鏈產品溫度的控制進行仿真優化等方向，在今后工作中有待進一步探討。

[1] 韓葆穎.國家發展改革委出臺農產品冷鏈物流發展規劃[J].農產品加工，2010(10):40.

[2] 蔣子龍.計算機仿真技術在現代物流中的應用[J].物流技術，2010(3):53-56.

[3] C.D.Tarantilis,C.T.Kiranoudis.A meta-heuristic algorithm for the efficient distribution of perishable foods[J].Journal of food Engineering,2001,50:1-9.

[4] Petersen,Charles.G.Improving order-picking performance through the implementation of class-based storage[J].International Journal of Physical Distribution&Logistics Management,2004,34(7):534-544.

[5] 劉志勇，王侃.共同配送策略在冷鏈物流中的應用研究[J].物流科技，2007,30(10):1-3.

[6] 趙艷艷.食品冷鏈物流軟時間窗配送模式優化研究[J].安徽農業科學，2009,17:8235-8238.

[7] 李茜.低溫配送中心作業流程設計研究[D].北京：對外經貿大學（碩士學位論文），2007.