基于Flexsim的物流綜合實訓課程仿真研究

余振寧，燕 珍，王冬良

（北京師范大學珠海分校 物流學院，廣東 珠海 519087）

基于Flexsim的物流綜合實訓課程仿真研究

余振寧，燕 珍，王冬良

（北京師范大學珠海分校 物流學院，廣東 珠海 519087）

基于Flexsim仿真軟件，針對物流綜合實訓課程，進行初步的仿真與分析。首先根據實際物流實訓室設備與分布，建立相應的實體模型；其次，根據實際課程流程安排，建立相應的生產、倉儲、配送系統，基于實際的參數，進行系統仿真；最后與實際課程結果進行比對，在不改變現有實驗條件的情況下，即可仿真模擬出實驗方案優化后的效果。這種仿真方法有利于優化實驗方案，減少校核環節，提高優化效率，降低優化成本。

物流綜合實訓；物流系統仿真；實驗教學；實驗教案優化

1 引言

隨著物流行業蓬勃發展，全國各地普通高等院校和大專、中專院校陸續開設物流以及與物流相關的專業。作為該專業領域的必修專業實踐課，物流綜合實訓在各院校中均有開設。開設相關綜合實訓課的院校包括：清華大學、華南理工大學、深圳大學、北京物資學院、北京師范大學珠海分校、吉林大學珠海學院、天津交通職業學院等。各大院校開設物流綜合實訓課的課時安排、課程內容以及教學層次各有不同。首先，高等職業院校的課程內容更加偏向實際操作；其次，各個院校開設課程都會基于自己的資金實力。相對獨立院校來說，公辦院校的設備資金相對更雄厚，因此其物流實訓設備更豐富、更昂貴；最后，基于各自的專業發展側重，各大院校的實訓課程體系發展各有不同。比如工科基礎的學院，其物流實踐課就含蓋一些工學專業實訓內容，比如應用于電子標簽倉庫的單片機接口原理技術，應用于物流設備的機械設計、機械原理、機械零件，應用于AGV小車路徑編程的C語言課程等等。而管理學科為基礎的院校，其專業實踐課與：經濟學、管理學、運籌學、供應鏈管理、倉儲管理等等經管類課程緊密相連。

無論院校的資金充裕與否、專業發展側重如何，如果在設備、教學方案更新之前，通過物流系統仿真軟件，選定合適的設備、優化操作流程、完成實訓設計，這樣將省去測試中不必要的時間和資源浪費，大大提高工作效率。

本文針對物流綜合實訓課程進行仿真研究。首先對比參考北京物資學院、深圳大學、北京師范大學珠海分校、吉林大學珠海學院、天津交通職業學院幾所院校的綜合實訓課程資料。然后，利用Flexsim軟件建立相應的3D實體模型、流程系統，并進行初步有效的仿真和分析。最后，力圖獲得與實際課程中相比，準確有效的仿真結果。以此為基礎，針對特定條件，進行實訓課程優化和設計，以期獲得更好的實訓課程方案，并降低成本、節約時間。

2 實訓課程背景

2.1 部分現有院校的專業設置

通過實地考察，收集整理了幾所高校的物流相關院系安排以及實踐教學情況，相應的資料見表1。根據實際考察記錄，在所調查的幾所院校中，北京物資學院，資金相對雄厚，擁有一間大型物流設施設備博物館，里面陳列了各種大型物流設施設備。該博物館主要用于實踐參觀以及部分實操訓練。同時該學院還擁有數間大小不等的實操實訓室，包括包裝實驗室、物流信息技術實驗室、冷鏈物流實驗室等。深圳大學，不僅在經濟學院擁有交通經濟與物流管理系，同時還擁有一間獨立的物流研究所。其物流綜合實驗室目前正在升級換代，擁有兩套先進的醫藥物流分揀系統，一臺ABB全自動堆垛機械臂等先進設備。吉林大學珠海學院，擁有一套完整的物流綜合實驗室，包括：電子標簽倉庫、全自動立體倉庫、堆垛機、自動分揀傳動帶、AGV小車、RFID電子芯片及信息系統、流通加工實訓流水線等。由于該院的課程案例，來自其學科帶頭人張濱教授多年的企業實際操作經驗，因此與之相對應的實訓課程設計也比較成熟。與各大本科教學院校相比，天津交通職業學院的課系設置則更加著重實操。該院的學科帶頭人薛威教授，同時也是教育部特聘專家，參與制定多項物流行業規定。該院的資金來自教育部以及天津市,相對來說資金非常充裕。目前接近完工了一座占地3 000m2的大型綜合物流實訓基地。是目前天津市由大專院校主建的最大型的綜合物流實訓基地。

表1 各大院校物流實踐調研表

2.2 物流綜合實訓課程介紹

本文以北京師范大學珠海分校，物流學院，物流綜合實訓課程為主要研究對象。該課程屬于物流專業的專業實踐課，周課時為2，總共1學分，采用集中授課的方式。學生們在短短兩天，16個小時中，要熟悉課程安排、實訓內容、崗位分工、實際操作等等內容。對于普通高等院校本科生，該課程內容很充實。該實訓內容，整體可以分為：訂單，生產，揀選，倉儲和配送環節。根據每次參加課程的人數，分為16-20個崗位不等。各個實訓崗位與幾個單據緊密相連。如圖1所示，實訓流程開始于最初的采購計劃單（客戶訂單）。根據產品需求，生產部設定生產計劃以及VMI（供應商管理庫存）制定相應的零部件存儲、配送計劃。

如圖2所示，倉儲及配送部門收到訂貨單，準備出庫發貨工作。由于多個產品打包儲存，因此各個產品出庫后，還需要一個拆盤、拼單、打包的過程。最后，打好包并貼好配送單據的貨物，由配送崗位同學送到物料循環貨架上，以便用于下一輪的實訓操作。

圖1 物流綜合實訓生產流程圖

圖2 物流綜合實訓出庫分單配送流程圖

3 實訓系統仿真

基于北京師范大學珠海分校，物流學院的物流綜合實訓室，本研究建立了一套與實際環境相近的flexsim仿真系統模型，如圖3所示。其中包括，立體倉庫及堆垛機、生產及檢驗流水線、產品分揀線、出庫平臺、打包操作臺、配送叉車等。仿真模型中的設備按照實際實驗室布置，并設計操作流程和參數。圖3中，包括了物流配送區、倉儲區、生產線區、實驗零件存儲及回收區。

3.1 生產線仿真

在Flexsim仿真模型中，生產流水線采用并聯三臺加工臺的鏈接方式。按照實際課程中的情況，這三條生產線生產三種不同規格的杯子。仿真系統中在發生器的離開觸發設定中，定義實體尺寸、設定三種case的杯子實體并采用紅、綠、藍三種顏色區分。經過3種合成器后，每9個杯子與周轉箱打包，并在周轉箱上貼標簽，區分3種產品，根據實際情況，設定打包加工時間為5min，也就是300s。最后，經過分揀流水線，進入庫傳送帶。在這里，用編程方法，設定分揀傳送帶的入口，根據其帶上的周轉箱數量而判斷是否關閉，以保證傳送帶的正常工作。

圖3 物流綜合實訓室設備及仿真模型

3.2 立體庫仿真

貨物經過入庫傳送帶進入立體倉庫。首先，入庫傳送帶采用“基本傳送帶”模塊，并編程，邏輯判斷其出口以及入口的開閉。根據帶上光電傳感器以及周轉箱數量，來判定是否發送或者接收實體。立體倉庫與實際的物流綜合實訓室一樣，采用8行10列的排布。立體庫出庫邏輯與實際接近，需要根據出庫平臺的信號，順序出庫。考慮到實際實驗室的堆垛機為實驗用慢速堆垛機，因此設定其最大運行速度為0.5m/s。

立體庫內，通過編程，讀取周轉箱上的標簽值。并安排儲位。這里的設定與實際一樣，在1-3列順序放置標簽1產品，4-6列順序放置標簽2產品，7-9列放置標簽3產品。最后一列作為備用，臨時周轉和存儲。行位庫位分布代碼如下：

treenode item=param(1);

treenode current=ownerobject(c);

double baynumber=param(2);

int cellcap=1;

int baymax=6;//the max bay number

for(int index=1;index＜=baymax;index++)

{

if(rackgetcellcontent(current,baynumber, index)==0)//if rack is empty

return index;

}

列為分布代碼如下：

treenode item=param(1);

treenode current=ownerobject(c);

int baynum=getlabel(item,"mylabel");

int cellcap=1;

if(baynum==1){

for(int loc1=1;loc1＜=3;loc1++){

if(rackgetbaycontent(current,loc1)＜1* rackgetnroflevels(current,loc1))

return loc1;

}

}

if(baynum==2){

for(int loc2=4;loc2＜=6;loc2++){

if(rackgetbaycontent(current,loc2)＜1* rackgetnroflevels(current,loc2))

return loc2;

}

}

if(baynum==3){

for(int loc3=7;loc3＜=9;loc3++){

if(rackgetbaycontent(current,loc3)＜1* rackgetnroflevels(current,loc3))

return loc3;

}

}

以上代碼實現效果，如圖5所示，每種顏色的貨物代表同一種標簽值，堆垛機根據其標簽值，按類別、順序運輸進入立體貨架。

圖5 立體倉庫順序分類存儲效果

3.3 打包拼單仿真

這里的打包拼單是一個比較實際的概念，也就是在同一客戶訂購了多件不同數量的商品時，在商品出庫后，首先拆掉庫內周轉箱，再根據實際訂單數量，多種產品拼單而成。目前，多家電商平臺，如蘇寧、天貓、京東均有采用這種方法，為本平臺自營產品拼單，打包。在本案例中，仿真系統需要引入“全局表”數據才能實現，見表2。將不同客戶的相應產品數量，輸入名為“訂單”的全局表。按照習慣，行為產品，列為客戶。在這里用合成器來制作打包平臺，合成器根據“訂單”全局表，進行打包操作。根據實際情況，這里設定拆周轉箱時間為1min。

表2 客戶訂單全局表

4 仿真結果與分析

根據課程實驗設計，1h為一個實驗周期，因此，我們截取前3 600s的仿真結果進行分析，單位平均停留時間，如圖6所示。圖中波幅最大的線為立體倉庫中實體的平均停留時間。可以看出，在生產線不停止的情況下，在第2 400s時，立體倉庫的貨架達到最大值，也就是此時倉庫飽和。同時，倉庫的上游單位，入庫平臺上的實體開始堆積。此時開始形成“瓶頸”效應。觀察綠線，打包臺的平均停留時間，可以看出，打包臺在前2 100s處于浮動平衡狀態。說明在實驗前期，配送崗位獲得相應單據并有效進行操作。在完成所有訂單，也就是2 100s后，打包臺不再工作，其上游發生堆積，此時實體平均停留時間開始增長，產生“瓶頸”效應。

圖6 各個單位停留時間平均值

5 結論

從上述的仿真結果與實際情況對比分析，可以看出仿真結果與實訓課堂實際情況相符。同時，仿真可以模擬并預判出在生產線不停止的極端情況下，整個物流綜合實訓系統的各個環節走向。這對于優化實驗教學教案，改造實驗教學設備方面有很大幫助。在各教學單位的物流綜合實訓教案改進、升級或建設創新型綜合實驗室工作中，本系統仿真方法可以有效降低成本、預測極端情況實驗室系統表現并得出優化解決方案。在今后研究中，可以針對某一環節，例如倉儲、分揀、生產、配送環節，進一步詳細分析，這對于專業實踐課教改有極大幫助。

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Study on Simulation of Logistics Comprehensive Training Course Based on Flexsim

Yu Zhenning,Yan Zhen,Wang Dongliang
(School of Logistics,Beijing Normal University at Zhuhai,Zhuhai 519087,China)

In this paper,using the simulation software Flexsim,we had a preliminary simulation analysis of the logistics comprehensive training course.First,we built the corresponding entity model according to the actual equipment layout of the logistics practical training room. Then,according to the actual course arrangement,we built the corresponding production,storage and distribution systems and based on the actual parameters,simulated them.At last,we compared the simulation result with that of the actual course.

logistics comprehensive training;logistics system simulation;experiment teaching;optimization of experiment teaching plan

G712

A

1005-152X(2017)01-0176-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.01.039

2016-09-12

2014年度省“質量工程”實驗教學示范中心，物流實驗教學中心（2014308）

余振寧（1989-），男，黑龍江人，碩士，實驗員，研究方向：機械制造及自動化、物流系統仿真技術；燕珍（1970-），女，內蒙古人，碩士，副院長，副教授，研究方向：物流管理；王冬良（1979-），男，江西人，碩士，高級實驗師，主要研究方向：物流信息技術。