Flexsim虛擬仿真軟件在服裝生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

宋 瑩

(遼東學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，遼寧 丹東 118000)

實(shí)踐教學(xué)是高校教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)高校人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力、創(chuàng)新意識(shí)和能力具有決定性作用[1]。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式由于受到場(chǎng)地、學(xué)時(shí)、器材及成本等因素的限制，學(xué)生難以通過(guò)反復(fù)的實(shí)踐操作去驗(yàn)證學(xué)習(xí)成果、鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率難以提高。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，信息化和數(shù)字化教學(xué)模式對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式帶來(lái)了巨大沖擊，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的模擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為高校實(shí)踐教學(xué)的重要手段。通過(guò)先進(jìn)的仿真技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式相結(jié)合的方式，不僅可以為學(xué)生提供逼真的實(shí)踐環(huán)境和條件，還可以為學(xué)生提供多維的學(xué)習(xí)平臺(tái)[2]，從而優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中師生之間的交互體驗(yàn)[3]，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，為彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的不足與局限提供了新的思路和解決方案[4]。目前我國(guó)高校常用的虛擬仿真軟件有Flexsim、em-plant和Promodel 三種，其中Flexsim作為一種通用性極高的仿真軟件，與其他兩種軟件相比具有成本低、模擬能力強(qiáng)、運(yùn)算周期短、操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)易讀取等優(yōu)點(diǎn)[5]，在高校虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。

一、 Flexsim虛擬仿真軟件介紹

Flexsim虛擬仿真軟件屬于PC Base的數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)，可用于構(gòu)建各種經(jīng)營(yíng)、管理、生產(chǎn)等模型，是一種可以在Windows XP、Windows 2000及Vista等不同平臺(tái)上執(zhí)行的全窗口化3D專業(yè)虛擬仿真軟件。在該軟件環(huán)境中，C++不但能夠直接用來(lái)定義模型，而且不會(huì)在編譯中出現(xiàn)任何問(wèn)題，這樣就不再需要傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和用戶定義變量的復(fù)雜鏈接。在Flexsim軟件的動(dòng)態(tài)三維虛擬仿真環(huán)境中,實(shí)踐者如同在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)車間體驗(yàn)完全真實(shí)的實(shí)踐過(guò)程。通過(guò)預(yù)先創(chuàng)建的虛擬仿真案例模型及場(chǎng)景，學(xué)生可自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、配置實(shí)踐方案。在整個(gè)虛擬仿真過(guò)程中，學(xué)生既可以動(dòng)手模擬工廠實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行操作實(shí)踐，又可以自主設(shè)計(jì)實(shí)踐流程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、分析研判能力、方案設(shè)計(jì)能力，提高創(chuàng)新意識(shí)。 同時(shí)通過(guò)軟件的循環(huán)優(yōu)化功能，學(xué)生可以快速而精確地分析設(shè)計(jì)方案的不足之處，不需任何實(shí)踐消耗即可對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整并進(jìn)行循環(huán)優(yōu)化，直至得出最佳設(shè)計(jì)方案和實(shí)踐結(jié)論。

Flexsim虛擬仿真軟件的仿真過(guò)程包括7個(gè)內(nèi)容：(1)模型概念設(shè)定；(2)模型布局，即根據(jù)工位排布進(jìn)行模型布局；(3)模型邏輯，即設(shè)定在制品的傳送路線；(4)參數(shù)設(shè)置，對(duì)各工位進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；(5)運(yùn)行模型；(6)結(jié)果輸出與分析；(7)優(yōu)化與再運(yùn)行。

二、 “服裝生產(chǎn)實(shí)踐”課程教學(xué)模式存在的問(wèn)題

“服裝生產(chǎn)實(shí)踐”是一門通過(guò)模擬服裝廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，使學(xué)生熟練掌握服裝工藝流程設(shè)計(jì)、流水線設(shè)計(jì)及流水線生產(chǎn)管理等相關(guān)專業(yè)知識(shí)和技能的服裝專業(yè)主干課程。在我國(guó)高校傳統(tǒng)的“服裝生產(chǎn)實(shí)習(xí)”課程教學(xué)中，通常是教師以課堂講授的方法，通過(guò)對(duì)成衣的實(shí)際拆分引導(dǎo)學(xué)生首先確定服裝加工工序，在此基礎(chǔ)上學(xué)生完全依賴書本上所學(xué)到的知識(shí)以及網(wǎng)絡(luò)資源，通過(guò)主觀想象營(yíng)造出所謂的“真實(shí)”服裝企業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景，對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)中服裝流水線的設(shè)備布置、人員設(shè)置、產(chǎn)品傳送路線進(jìn)行編制，并制定生產(chǎn)方案和流水線布局，最后通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)才能得出該流水線的生產(chǎn)效率。對(duì)流水線生產(chǎn)過(guò)程中所存在的問(wèn)題與瓶頸也只能是邊生產(chǎn)、邊發(fā)現(xiàn)、邊改進(jìn)，這樣不僅加大了實(shí)踐成本，浪費(fèi)實(shí)踐課時(shí)，也難以保證流水線的生產(chǎn)效率能夠與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)相吻合并符合企業(yè)要求。

由于傳統(tǒng)模擬生產(chǎn)形式需要學(xué)生做出成衣，只有流水線中的所有學(xué)生同時(shí)參與生產(chǎn)，才能保證實(shí)踐教學(xué)的順利進(jìn)行。這樣很難保證學(xué)生有足夠的課后實(shí)踐機(jī)會(huì)，使得學(xué)習(xí)成果難以鞏固，學(xué)習(xí)效率無(wú)法提高。由于受到實(shí)踐教學(xué)條件的限制，學(xué)生在設(shè)置流水線布局時(shí)，只能根據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)場(chǎng)地、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)資金及學(xué)生人數(shù)進(jìn)行有限的方案設(shè)計(jì)，極大地限制了學(xué)生能力水平的發(fā)揮。

三、 運(yùn)用Flexsim虛擬仿真軟件后的教學(xué)模式

將Flexsim虛擬仿真軟件應(yīng)用于“服裝生產(chǎn)實(shí)踐”課程教學(xué)，將整個(gè)教學(xué)場(chǎng)景通過(guò)先進(jìn)的數(shù)字媒體技術(shù)由課堂轉(zhuǎn)入“車間”。課前教師利用虛擬技術(shù)為學(xué)生內(nèi)置足夠的場(chǎng)地大小、設(shè)備種類和數(shù)量、員工人數(shù)、生產(chǎn)數(shù)量等不同的生產(chǎn)要素模型，以供學(xué)生對(duì)各生產(chǎn)要素進(jìn)行自由搭配、組合和設(shè)計(jì)，同時(shí)配以豐富的界面、交互和音效元素，三維的聽覺與視覺效果使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感覺。在這種仿真實(shí)踐系統(tǒng)中，學(xué)生根據(jù)既定的任務(wù)要求，利用虛擬軟件對(duì)服裝流水線的各生產(chǎn)要素進(jìn)行自由編制，通過(guò)仿真運(yùn)行得出自己設(shè)置流水線的生產(chǎn)效率。同時(shí)Flexsim虛擬仿真軟件還可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的瓶頸工序和瓶頸時(shí)間迅速做出判斷，這樣學(xué)生可以有針對(duì)性地對(duì)低效率流水線中的瓶頸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)該流水線的運(yùn)行再次進(jìn)行循環(huán)優(yōu)化，直至得到符合生產(chǎn)要求的高效率流水線設(shè)置。由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在虛擬仿真軟件模擬出的實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景中進(jìn)行的，學(xué)生可以充分發(fā)揮自身的想象能力和設(shè)計(jì)能力，設(shè)計(jì)出盡可能多的流水線生產(chǎn)方案，進(jìn)而通過(guò)反復(fù)的循環(huán)模擬仿真，最終獲得最高效的生產(chǎn)線編制，而不必?fù)?dān)心因此而產(chǎn)生的任何不必要的人員、物資和時(shí)間上的損耗和浪費(fèi)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)的形式可以是學(xué)生獨(dú)立完成，也可以是團(tuán)隊(duì)合作完成，因此既可以提高學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，也可提升其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

Flexsim虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室設(shè)有教師和學(xué)生兩個(gè)登錄端口，教師可以通過(guò)教師端口進(jìn)行操作演示，監(jiān)控學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，完成同步指導(dǎo)，以及查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定等工作。學(xué)生則可以通過(guò)學(xué)生端口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，參與測(cè)試，完成作業(yè)，并與教師互動(dòng)，使師生之間的交流更加高效和暢通。

四、 Flexsim虛擬仿真軟件的應(yīng)用實(shí)例

本文以遼東學(xué)院“服裝生產(chǎn)實(shí)踐”課程中的西服裙模擬生產(chǎn)為例，在課程教學(xué)中學(xué)生借助Flexsim虛擬仿真軟件對(duì)所設(shè)定的流水線編制進(jìn)行模擬仿真優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)量、提高生產(chǎn)效率的教學(xué)和生產(chǎn)目標(biāo)。

Flexsim虛擬仿真軟件設(shè)定流水線編制包括工位布局、生產(chǎn)平衡率優(yōu)化和人員優(yōu)化重組三部分內(nèi)容。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)定的仿真前提條件為：流水線工人21人，實(shí)際工作時(shí)間8小時(shí);設(shè)備種類、數(shù)量及布置由學(xué)生自主設(shè)定；實(shí)際應(yīng)用的西服裙款式如圖1所示[6]。

圖1 西服裙款式圖

首先，由學(xué)生對(duì)該款西服裙的工序進(jìn)行拆分得到工序流程圖，如圖2所示。在此基礎(chǔ)上對(duì)工序進(jìn)行編制得出流水線工位分配表，如表1所示，并利用公式P=T/N計(jì)算出流水線節(jié)拍為23 s，式中T代表單件產(chǎn)品的生產(chǎn)工時(shí)，N代表工位數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)線傳送路線設(shè)計(jì)出模擬仿真的工位布局，如圖3所示。

圖2 西服裙工序流程圖

表1 工位分配表

圖3 工位模擬布局

將工位分配表中的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入Flexsim虛擬仿真軟件，對(duì)學(xué)生所編制的流水線生產(chǎn)情況進(jìn)行首次模擬仿真，得出該流水線實(shí)際運(yùn)行效率、瓶頸工序數(shù)量及所需工人數(shù)量，如表2所示，具體模擬過(guò)程如圖4所示。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，利用公式E=P/BP計(jì)算該流水線運(yùn)行效率，即生產(chǎn)平衡率。式中E代表生產(chǎn)平衡率，P代表流水線節(jié)拍，BP代表流水線中瓶頸工序工時(shí)。當(dāng)一條流水線存在多個(gè)瓶頸工序時(shí)，則選取最大工時(shí)的瓶頸工序。通過(guò)計(jì)算得出，首次模擬仿真的流水線平衡率為77%，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(85%)；且若按照該流水線進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)際需要的工人數(shù)為23人，與課程設(shè)定的21人不符。因此需要進(jìn)行循環(huán)模擬仿真，對(duì)該流水線進(jìn)行優(yōu)化，從而提高流水線生產(chǎn)平衡率。

優(yōu)化過(guò)程由學(xué)生自主設(shè)計(jì)，通過(guò)人員與工序的兼顧組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化后的流水線運(yùn)行狀況如表3所示。將該流水線編制再次輸入Flexsim虛擬仿真軟件進(jìn)行模擬運(yùn)行，得出該流水線實(shí)際生產(chǎn)平衡率為92%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。這種高效率服裝流水線可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，這樣學(xué)生不必通過(guò)反復(fù)實(shí)際生產(chǎn)加工就能發(fā)現(xiàn)流水線的問(wèn)題，提高流水線效率。通過(guò)軟件的模擬仿真就可以對(duì)流水線布局及生產(chǎn)平衡率進(jìn)行研判和優(yōu)化，不僅大大減少了由課時(shí)、場(chǎng)地、設(shè)備、人員及用料等所產(chǎn)生的實(shí)踐成本與損耗，還拓寬了學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，使學(xué)生有條件設(shè)計(jì)并完成更多的實(shí)踐方案，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效率。

表2 流水線初次模擬仿真運(yùn)行狀況

圖4 Flexsim虛擬仿真軟件運(yùn)行過(guò)程

表3 優(yōu)化后流水線運(yùn)行狀況

五、 結(jié)語(yǔ)

將Flexsim虛擬仿真軟件應(yīng)用于服裝生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)，為學(xué)生提供逼真的實(shí)踐環(huán)境和條件以及多維的學(xué)習(xí)平臺(tái)，使他們能夠高效地發(fā)揮專業(yè)知識(shí)和技能水平，降低實(shí)踐成本，提高創(chuàng)新意識(shí)與能力，并有效地將學(xué)習(xí)內(nèi)容從課堂延伸至課后乃至企業(yè)，使學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)需求與學(xué)校人才培養(yǎng)的無(wú)縫對(duì)接，大大提升了“服裝生產(chǎn)實(shí)踐”課程的教學(xué)效率與教學(xué)效果。