基于虛實結合的物流倉儲系統仿真教學實驗平臺

□ 曹小華，楊 陽

(武漢理工大學 物流工程學院，湖北 武漢 430063)

現代物流業是一種包括運輸、貨代、倉儲、信息的混合型行業，物流業滲透于十分廣闊的領域，隨著社會的不斷發展，社會對物流相關人才的需求也在不斷增大，對于物流實驗的需求也在相應的增大，在對相關人才的培育過程中，物流實驗所占的地位也越來越大[1]。通過開展相應的物流實驗，學生可以通過相應的實驗教學，來提高對物流活動的了解，熟悉的掌握相關的物流專業知識，從中也可以結合實際了解相關理論的運用方向，體會到物流專業知識至關重要的作用[2]。當前的物流教學方法還是偏重于以往的理論教學，教學形式還是以教師傳授、理論考試為主，教學方式缺乏創新，國家物流師資格證書也主要采用當前的傳統教學模式[3]。

隨著時代的發展，許多高校的物流類專業都在不斷地加大對實驗室的建設力度，但是由于資金缺乏、師資實力不足等各種原因的影響，實驗室的效果還是有很大的不足之處，例如，在倉儲作業流程的教學實驗中，由于資金、場地等原因，高校不能夠完全的還原出完整倉儲作業流程。由于我國物流業起步較晚，因此，加大對物流教學實驗平臺的建設力度，提高學生的物流實踐能力，可以使當今的物流教學更加完善，也可以更加全面的對物流相關人才進行培養[4]。

1 虛實結合的實驗平臺

從理論的角度來說，仿真平臺就是指利用虛擬的技術，利用該技術在虛擬環境中模擬出現實生活中實驗所在的環境。學生可以不在現實環境中完成實驗，而是通過仿真平臺完成相應項目的實驗，還能夠對實驗結果進行分析。通過仿真平臺進行模擬具有非常高的真實度，仿真平臺通過對各種研究對象進行模擬，可以使相關人員更加直觀地了解相應的設備，以此來提升相關人員的專業水平。但是，使用仿真設備也有很大的不足之處，相關人員并不能通過仿真提高操作技能的訓練效果，為此運用虛實結合的實驗平臺，可以對各種設備進行更加真實的模擬。在這個仿真模擬過程中，需要人工來搭建相應的控制系統，并且編寫對應代碼，讓電腦軟件中的機械設備做出動作，不僅可以減少建設實驗室所需的費用，而且還能提升實訓的效果[5]。

對于當前的倉儲實驗教學，由于資金、場地等原因的影響，學校所建立的倉儲實驗主要是通過構建簡單的倉庫來讓學生了解倉庫中的各個設備，但是不能很好的了解倉儲過程中完整的作業流程，而且也不能通過實驗來發現其中的不足之處，因此，虛實結合的倉儲仿真系統實驗平臺則被提出。

本文“虛”是指通過對三維仿真軟件Flexsim的使用，結合實際倉儲，來建立起自動化倉儲的仿真模型，然后，利用WinCC組態與Excel表來搭建數據接口。“實”是指將Flexsim建立的仿真模型與實際中的PLC等硬件設備進行結合，組建虛實結合的物流倉儲系統仿真教學實驗平臺，平臺的構成框架圖見圖1。

圖1 平臺構成框圖

2 虛實結合實驗平臺的搭建

2.1 Flexsim建模

Flexsim是一個建模十分方便的軟件，而且它的顯示功能也是十分的強大，該軟件還可以進行原始數據的擬合[6]，它可以擬合成各種分布，而且也可以導入實體，模擬現實中的設備，運行模型進行的仿真實驗，可以通過對結果的分析對仿真模型進行優化，而且它能生成3D動畫圖像，還可以與許多大眾軟件進行接口[7]。

結合對教學實驗平臺的研究，所建立的仿真模型應該包括：仿真模型的建立、數據交換。在仿真模型的構建方面，以某倉庫為參考，通過對該倉庫的倉儲作業流程進行分析，確定出入庫流程的各個設備數量，編寫流程圖，完成模型的布局，然后，將各個實體的端口連接起來，最后，根據從該倉庫的調查結果，對實體進行參數設置。構建的倉儲作業流程模型如圖2和圖3所示，圖2為入庫作業模型(簡化了出庫部分)，圖3為出庫作業模型(簡化了入庫部分)。

圖2 入庫作業模型

圖3 出庫作業模型

在數據交換方面，眾所周知，仿真就是為了模擬實際系統，所以，要實現實際數據與仿真模型的對接接口，只有這樣才能更好地模擬出實際系統。Flexsim仿真軟件提供了與外部軟件的接口，可以通過ODBC與外部數據庫進行相連，通過socket接口可以與外部硬件設備相連，與Excel、Visio等軟件配合使用[6]。本文利用Excel表格作為數據庫結合ODBC的方式進行數據傳輸，我們就要運用到Excel導入，從中我們可以看出我們可以導入合成清單表格、傳送帶布局表格、全局表、管道布局表、到達時間表、時間表、交通控制表等，可以看到我們可以導入想要的數據，只要設置起始行、起始列以及總行數和總列數就行。

2.2 PLC控制硬件

本文采用PLC控制硬件作為教學實驗平臺的控制核心，教學實驗平臺將實驗室中的操作手柄、按鈕與PLC進行連接，將它們構成輸入設備，通過輸入設備來實現對Flexsim所建立的仿真模型的控制，這很好的彰顯了本文的虛實結合。實驗平臺在實驗前已經定義好相關的I/O接口，以便于與WinCC以及Flexsim進行有效的對接，方便學生使用該實驗平臺進行實驗。

2.3 WinCC組態

WinCC是一個功能強大的組態軟件，它不僅提供PLC的通信通道，而且它能夠連接所有的西門子S5和西門子S7控制器，還提供許多非特定控制器的通信通道，如DDE和OPC的通信通道。

如圖1所示，本文通過WinCC與Excel將PLC與仿真模型連接到一起，WinCC具有十分強大的組態功能，而且它能夠訪問外部的數據庫，這就實現了對PLC特定變量的修改、對Excel進行讀寫等功能。通過WinCC組態軟件，可以實現與PLC的組態，而且也可以實現與Excel之間的通訊，最終能夠實現PLC與Flexsim軟件之間的數據調用，調用的流程見圖4[8]。

圖4 WinCC實現數據調用的流程

3 實驗平臺的運用

本文所建立的基于虛實結合的倉儲系統仿真實驗平臺可以供學生進行不同的實驗，通過該實驗平臺，可以進行倉儲作業的教學，也可以進行倉儲作業流程的優化實驗，還可以進行以PLC控制硬件控制倉儲設備的實驗。

在用現實物流設備進行倉庫作業模擬時，只能夠模擬出部分的倉儲內容，不易于學生對倉儲作業的了解，而且由于教學中沒有足夠的貨物，所以，不能夠準確的模擬出貨物的運輸，而且學生也不能很好的觀察出不同時間到達的貨物在運輸線中產生的問題。通過該實驗平臺，學生可以更加直觀的了解到倉庫的整個作業流程。

由于倉庫不同，作業流程與設備數量也會存在一定的差異，學生就可以以實驗平臺的仿真模型為基礎，然后通過對各個設備的數量以及設備的各種參數進行適當的調整，能夠準確的模擬出實驗中的某一倉庫，然后再根據到達該倉庫的貨物信息，來實現Excel與Flexsim模型的接口，通過改變Excel表里面的貨物到達信息，來實時實現它們之間的動態連接，然后通過對仿真的運行，學生可以直觀的觀察貨物的出入庫，而且還可以通過生成的報告來發現倉儲作業系統中的“瓶頸”，并對其進行優化，并通過圖5所示的流程，找出最優的方案，以此達到實驗教學的目的。

學生除了可以用仿真模型進行實驗外，本平臺還提供了PLC硬件控制，因此，學生還能夠通過PLC硬件控制進行實驗，可以通過本文所搭建的平臺來實現PLC對倉儲中的設備的控制，通過操作相關按鈕，來觀察仿真畫面上的動作，以此提高學生的動手能力以及實現虛實結合的實驗教學。

通過該實驗平臺，學生不僅能夠加深對物流中倉儲作業流程的認識，而且還能加強對各個倉儲設備的認識，除此之外，學生通過對該平臺的使用，不僅能夠提高對c++的編程能力，而且能夠提高邏輯思維，還能提高物流仿真建模能力以及動手能力。

圖5 仿真優化的流程圖

4 結語

通過利用該教學實驗平臺，仿真可以很好的替代許多因各種原因而無法在教學中使用的倉庫設備，實驗平臺的應用也能夠很好的解決因為實驗設備數量的不足、設備的老舊等原因而產生的問題。而且通過對實驗平臺的使用，可以提高實驗教學的經濟性，它既可以實現倉儲作業流程與運行結果的可視化，又能進行修改，并且能夠實現修改后的模型的可視化，通過對運行結果的分析，學生可以完成對倉儲作業流程的優化的實驗，這對教學實驗有一定的借鑒意義。