倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗教學改革與實踐
——以創新型人才培養為目標

黃錐良 葉 翀 李藝全

（福州大學經濟與管理學院，福州 350116）

一、引言

隨著“中國制造2025”、“一帶一路”的提出和逐步實施，對當前高校的物流人才培養提出了更高的要求，2014年6月11日國務院常務會議討論通過了《物流業發展中長期規劃》，提出到2020年要基本建立物流服務體系，提升物流業標準化、信息化、智能化、集約化水平，培養企業急需的具有綜合能力的創新型物流人才已經成為大勢所趨。此外，國家教委亦在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》中提出“加強實驗室、校內外實習基地、課程教材等教學基本建設”的要求[1]。物流仿真實驗可以有效模擬物流活動的過程，使學生能充分觀察和了解實際物流活動，切身體會物流專業知識的實際運用，從而培養學生掌握基本的知識應用技能和科學研究方法，在物流創新人才培養中起著基礎性的關鍵作用[2]。

物流倉儲訂單揀選是將訂單商品從存儲區取出的過程，它是整個倉儲運營系統中重要的一環，同時又是不能脫離整個倉儲運營系統而單獨存在的[3]。因此，物流訂單揀選仿真實驗作為物流類專業重要的基礎實踐課程，其特點是基礎知識理論、物流技術和倉儲運營實踐場景結合的特別緊密，在培養學生知識掌握、技能操作、創新素養的過程中起著非常重要的作用。目前，倉儲訂單揀選實驗教學活動開展主要基于對電子標簽貨架直接使用和3D倉儲模擬實訓系統[4]兩種主要的形式，通過對指定的訂單商品單據的錄入和流轉，演示摘取式和播種式揀選的不同操作過程。這種走流程的實驗教學模式注重的是崗位技能的操作，學生在實際操作時都是機械的照搬固定的實驗步驟，往往是“手動腦不動”，學生“做”的內容與“學”的知識不能有效的深度融合，而且在實驗教學內容方面既單一又缺乏內部聯系，僅僅是基本知識和基本技能的訓練，教學內容的多樣式和綜合性沒有得到充分的體現[5]，既不利于培養學生的思維能力和解決實際問題的能力，也無法滿足當前創新型高級物流人才的培養要求。

本研究以培養創新型物流人才的目標為中心，在重新梳理了訂單揀選實驗的教學目標和知識內容的基礎上，通過重新整合組織物流實驗室現有的軟硬件資源，構建一個倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗平臺，并引入新的“演示-設計-驗證”的實驗教學方式，開發具有前后延續性并能滿足不同層次需求的實驗項目，搭建多元化的實驗課程體系，進行了綜合性和開放性實驗教學的探索與實踐。

二、實驗教學目標和知識內容

1.實驗教學目標規劃

要培養創新型的物流人才，訂單揀選實驗的教學目標就不能是僅僅驗證理論知識，簡單的按照某個訂單揀選系統的業務流程進行按部就班的演示或操作，而是要能夠圍繞著訂單揀選系統適配和優化問題，結合倉儲管理的知識、揀選策略和相應的物流技術使用深入的理解訂單揀選系統的組成關系和影響因素，培養學生的訂單數據分析和處理技能、倉儲知識綜合應用能力以及科學的研究態度，這些都是創新的前提條件。

2.實驗知識內容組織

一個完整的訂單揀選系統需要由四個實體元素構成，即揀選者、貨品、訂單（表現為用于裝載訂單中所包含貨品的容器）和設備（例如貨架、流利架、料箱及輸送線等）[6]。目前學院物流實驗室的實驗條件只具備人到貨和人到單的基礎設備資源，因此，訂單揀選的實驗知識內容主要考慮這兩類情形進行組織設計。另外，物流訂單揀選作業通常涉及存儲系統的規劃、儲位安排、分批揀貨及分區揀貨、路線優化、訂單類型等決策因素，在業務流程上十分復雜多變，考慮到實驗室的場地區域的條件限制和減少不必要的實驗復雜程度，選擇了訂單類型、貨架分區及儲位安排、揀選模式作為實驗的知識內容和仿真模擬對象。

表1 可行的邏輯運動的組合

三、倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗平臺構建

1.實驗平臺硬件模塊

如圖1所示，根據訂單揀選實驗的教學目標和知識內容，圍繞訂單揀選系統適配和優化問題，自主研發設計了訂單揀選虛擬仿真實驗教學平臺。平臺硬件模塊主要由電子標簽貨架、作業監控顯示器、無動力輥筒輸送機、條碼打印機、掃描槍、周轉箱等設備設施組成。

圖1 倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗平臺

2.實驗平臺軟件功能

平臺系統軟件采用B/S架構和SQL的數據庫，主要提供了倉儲運作業務中的出庫/入庫/盤點的業務功能，具有網絡化、可配置、可視化、可操作的特點。用戶可以通過網絡訪問軟件平臺，進行相應的實驗設計操作，系統唯一指定一臺在網絡中的電腦作為上位機控制現場實際的作業操作，其主要功能特點簡介如下：教學用戶管理和任務發布功能，教師可以批量導入分組的學生用戶和發布任務信息；基礎數據管理，可以對倉儲業務中的物品種類、客戶、供應商進行管理配置；庫區硬件管理，支持對電子標簽、完成器、巷道燈等硬件組件模塊進行管理配置；單據管理，提供了入庫單（WE）、出庫單-摘取作業模式（DPS）、出庫單-播種作業模式（DAS）、出庫單-分區作業模式（ZPS）4 種類型單據手動制作和excel導入功能，教師可以根據教學需要制作不同特征型態的批次單據；配置方案設計功能，在不同作業模式中【我的配置】對貨架分區、貨位物品、巷道燈、完成器等揀選作業要素進行具體配置，支持多個配置方案設計；作業任務生成功能，作業生成界面上可以顯示多個單據任務和多個配置方案，用戶需要同時選擇一個需要作業的批次單據和一個配置方案，生成當前的作業任務，進入現場作業操作階段；數據實時統計功能，在現場作業操作時，用戶可以在作業監控看板中查看當前任務的作業狀態信息，并記錄揀選作業耗時的詳細數據。

圖2 系統網絡連接示意圖

四、“演示-設計-驗證”的實驗教學方式

在實驗教學方式上，借鑒“翻轉課堂”的理念，以學生“學”為中心，引入新的“演示-設計-驗證”的實驗教學方式。教師主要通過“演示”引導學生學會使用實驗軟硬件器材，學生則利用仿真平臺自主搭建實驗系統進行運作方案的“設計”，最后在仿真平臺上運行“驗證”，并完成相應的實驗數據收集。“演示-設計-驗證”實驗的開展，可以提高學生自主學習和對知識的靈活掌握的運用能力，充分鍛煉學生對分揀系統規劃與設計能力。

1.實驗平臺“演示”階段

在實驗平臺“演示”階段，如圖3所示教師可以具體的介紹實驗平臺的軟件的功能和電子標簽控制系統的硬件組成和控制原理，并結合訂單揀選系統的實驗知識內容，通過對整個實驗平臺的功能演示讓學生了解實驗的目的、實驗原理、實驗設備、實驗的組織安排、實驗內容、實驗步驟、實驗結果、實驗評價標準等實驗要點。實驗過程主要以小組形式進行。

圖3 實驗平臺演示引導過程

倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗平臺支持DPS摘取式、DAS播種式、ZPS分區式三種訂單揀選作業模式，下面以DPS摘取作業模式為例對實驗平臺的功能進行演示引導說明：

平臺登錄：首先各個小組根據各自的組賬戶登錄倉儲分揀虛擬仿真實驗軟件平臺。

我的實驗項目：在我的實驗項目（圖4）功能模塊中可以查看了解實驗目的和原理、實驗儀器設備和材料、實驗方法與步驟要求、實驗結果和結論要求等內容。

圖4 我的實驗項目操作界面

我的出庫單：在出庫作業→摘取作業模式（DPS）→我的出庫單列表（圖5）中會顯示在【單據管理】中所有單據類型為“出庫單-摘取作業模式（DPS）”的單據，學生可以下載訂單內容，導出為excel文檔，進行訂單數據EIQ分析。

圖5 我的出庫單操作界面

我的配置：在出庫作業→摘取作業模式（DPS）→我的配置界面（圖6）中學生可以對倉儲區進行具體方案設計配置。

圖6 我的配置操作界面

作業生成和執行：啟動現場電子標簽揀選系統，連接作業控制器后，在系統DPS摘取作業模式下【作業生成】中界面（圖7）“我的出庫單任務”和“我的倉儲區配置方案”中各勾選一個后，點擊作業生成，即可生成一個組合作業任務，進入出庫作業-摘取作業模式（DPS）操作界面（圖 8），該界面可以實時監控當前作業任務的執行狀態，并記錄作業計時數據。學生根據電子標簽系統的引導完成現場揀選作業任務的執行。

圖7 作業生成操作界面

圖8 系統操作監控界面

作業統計：在組合作業任務現場操作完成后，在系統作業統計中可以查看該組合作業任務的作業具體執行情況。

2.實驗方案“設計”階段

在實驗方案“設計”階段，學生可以對訂單類型和貨架分區及儲位配置進行具體的內容設計。

圖9 學生現場揀選作業執行

圖10 作業統計操作界面

（1）訂單類型設計

在基礎數據→單據管理的列表（圖11）中，學生可以對四種類型的訂單批次單據進行設計制作。

圖11 單據管理操作界面

每個單據類型的設計規則如表2所示。

以出庫單-摘取作業模式 （DPS）單據類型為例，在【單據管理】主界面點擊新增跳出對話框，選中該類型單據，并輸入批次單據的數量5后并提交，系統在單據列表中會自動生成對應的批次單據DPS001。點擊批次單據DPS001的操作按鈕【詳情】，進入單據詳情矩陣（如圖11所示），可以手動設置每個單據揀選種類和揀選數量，或者直接導入制作好的excel數據，單據列表中的完成狀態標識了該批次單據的設置情況，“0/5”表示該批次共5個單據，已經完成設置的為0個單據，只有不存在空單據時，完成狀態為“已完成”；已完成的單據會根據單據類型自動發布到出庫或入庫模塊的我的出/入庫單列表中。

表2 單據類型設計規則

圖12 單據詳情矩陣

（2）貨架分區及儲位配置設計

實驗平臺支持DPS摘取式、DAS播種式、ZPS分區式三種訂單揀選作業模式，在每個作業模式下我的配置界面可以對該模式下的貨架分區及儲位進行配置設計，以摘取作業模式為例，在出庫作業->摘取作業模式（DPS）→我的配置界面（圖6）中對倉儲區進行配置，可以在7組電子標簽貨架中選擇倉儲的庫區 （3組27個貨位）和對應完成器、巷道燈，并對倉儲庫區儲位進行貨物配置，系統支持多個配置方案的設計；界面中貨架示意圖中標識了貨架編號、貨位對應的電子標簽ID編號和完成器、巷道燈的貨架位置。在圖6中操作欄點擊配置按鈕進入貨位配置界面（圖13），點擊每個貨位即可對物品進行選擇配置，當27個物品（編號P01-P27）全部配置完成后，貨位配置狀態會顯示“已完成”。

圖13 貨架儲位配置操作界面

（3）實驗結果“驗證”階段

在實驗結果“驗證”階段，學生需要根據實驗的任務訂單和所設計的實驗方案進行實驗任務作業的執行操作，得到該實驗任務的訂單揀選時間結果數據，并對實驗數據結果進行分析和討論。以《DPS和DAS訂單揀貨系統比較分析》實驗項目為例，如圖14所示實驗過程，學生需要在相同的貨架及儲位配置方案下完成4批訂單數據在兩種作業模式下的實際揀選作業，作業完成后，系統會記錄該批次訂單和配置方案的組合作業任務數據（圖10），從而得到4組實驗結果數據。學生則按實驗要求對各組實驗數據結果進行對比分析，并完成實驗報告（表3）中各實驗項目的內容任務要求。

圖14 實驗結果驗證對比過程

表3 實驗報告任務內容要求

五、結語

本實驗教學項目，針對倉儲分揀環節，自主開發構建了能與實驗內容高度相融合的倉儲分揀虛擬仿真實驗平臺。在教學理念上，以創新型人才培養為目標，將虛擬實驗和真實實驗有機結合，借鑒“翻轉課堂”的理念，以學生“學”為中心，引入新的“演示-設計-驗證”的實驗模式。而且在實驗過程中能夠充分發揮學生的主體作用，提高學生系統分析問題和解決問題的能力，從而達到高級物流人才的培養要求。另外，實驗采用小組方式進行，并以小組為評價單位，結合方案設計、現場操作、數據分析等多方面的能力表現進行綜合評分。以小組形式進行實驗，能有效促進學生相互間的知識共享和交流，相互提升各自的能力水平。