基于Flexsim對(duì)冷鏈物流配送中心運(yùn)營(yíng)流程的優(yōu)化

馬宏邦

摘要：隨著人們對(duì)食品安全的愈加重視，防止食品變質(zhì)，保障食品安全也成為冷鏈物流配送中心的一個(gè)重要方面。但是目前國(guó)內(nèi)的冷鏈物流配送中心存在著數(shù)量過(guò)多，布局規(guī)劃不合理，自動(dòng)化程度較低等問(wèn)題。這些問(wèn)題都影響著冷鏈物流的高效運(yùn)行，通過(guò)使用Flexsim軟件對(duì)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈的物流配送中心的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行建模和仿真，得到相關(guān)的仿真數(shù)據(jù)，找出農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送中心運(yùn)作過(guò)程中存在的瓶頸和閑置資源，并給出相關(guān)的改進(jìn)措施。

Abstract： As people pay more and more attention to food safety， preventing food deterioration and ensuring food safety has become an important aspect of cold chain logistics distribution centers. However， at present， there are many problems in the domestic cold chain logistics distribution center， such as excessive quantity， unreasonable layout planning， and low degree of automation. These problems all affect the efficient operation of cold chain logistics. By using Flexsim software to model and simulate the operation process of the agricultural chain cold chain logistics distribution center， the relevant simulation data are obtained to find out the bottlenecks and idle resources in the operation of the cold chain distribution center of agricultural products， and give relevant improvement measures.

關(guān)鍵詞：冷鏈物流配送中心;Flexsim;仿真;優(yōu)化

Key words： cold chain logistics distribution center;Flexsim;simulation;optimization

中圖分類號(hào)：F326.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）25-0109-04

1 ?介紹

冷鏈物流是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，它把需要冷藏和冷凍的貨物在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、加工和銷售過(guò)程中保持在特定的低溫環(huán)境中，以保證貨物的質(zhì)量和性能。[1][2]需要冷鏈物流的產(chǎn)品通常具有易損性[3]、及時(shí)性、成本高[4]、新鮮度等特點(diǎn)。對(duì)于冷鏈物流配送中心來(lái)說(shuō)，降低貨物的存放時(shí)間，完成貨物的及時(shí)配，減少食品腐敗至關(guān)重要。

我國(guó)目前還處于冷鏈物流配送中心研究的初期階段，國(guó)內(nèi)外學(xué)者專家研究主要針對(duì)基于VRP方法的路徑的選擇[5]，配送模式的選擇[6][7]，其中大部分都是冷鏈物流配送的子系統(tǒng)，缺乏冷鏈配送的一個(gè)整體過(guò)程的研究。對(duì)于現(xiàn)存的一些突出的問(wèn)題，如冷鏈物流配送中心數(shù)量過(guò)多但布局規(guī)劃不合理，大多數(shù)冷鏈配送中心自動(dòng)化程度較低且配送的流程復(fù)雜等并沒(méi)有提出相關(guān)的改進(jìn)方法和建議。[8]但是解決這些問(wèn)題，對(duì)于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的有效分配，提高冷鏈物流效率具有重大意義。

冷鏈物流配送中心的運(yùn)作過(guò)程是典型的隨機(jī)離散型事件，簡(jiǎn)單的分析方法不能夠完全的分析和優(yōu)化這樣的系統(tǒng)，但通過(guò)仿真技術(shù)可以模擬冷鏈配送中心運(yùn)行的具體情況，找出系統(tǒng)的瓶頸和閑置的資源?，F(xiàn)在的學(xué)者大多關(guān)注的是配送中心的庫(kù)存布局[9]，采購(gòu)物流系統(tǒng)模擬策略。Hassini確認(rèn)了用于存儲(chǔ)和分配貨物的優(yōu)化算法，并且該算法成功地應(yīng)用于大型超市配送中心[10];Chiun使用WITNESS軟件模擬配送中心的庫(kù)存布局和分揀系統(tǒng)[11];Fathollah.M提供了汽車行業(yè)某供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真框架，以研究共性的影響。[12]

本文利用建模仿真理論和Flexsim軟件，先通過(guò)分析農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心的過(guò)程，建立配送中心的仿真模型;然后針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備和工人的運(yùn)作效率，從而對(duì)初步的輸出結(jié)果進(jìn)行分析;最后，找出瓶頸和閑置資源，并進(jìn)行不同的調(diào)整，選出最優(yōu)方案，以提高該農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心的運(yùn)行效率。

2 ?利用Flexsim軟件模擬建模步驟

Felxsim軟件是一個(gè)基于Windows，面向?qū)ο蟮姆抡姝h(huán)境，可用于計(jì)算機(jī)三維圖像處理、仿真、人工智能和離散事件處理的數(shù)據(jù)處理技術(shù)?？捎糜谏a(chǎn)制造，存儲(chǔ)和交付，運(yùn)輸系統(tǒng)和其他領(lǐng)域。[13][14]Flexsim輸入原始數(shù)據(jù)，進(jìn)入建模，操作模型以實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)驗(yàn)并優(yōu)化系統(tǒng)，通常遵循以下的幾個(gè)步驟：

①前期調(diào)查所有仿真的系統(tǒng)，確定模擬目標(biāo)。

②收集系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，并確定模擬數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)包括兩個(gè)方面，一是根據(jù)既定的模擬目標(biāo)收集的數(shù)據(jù)以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行;二是系統(tǒng)的啟動(dòng)條件數(shù)據(jù)和變量數(shù)據(jù)。

③構(gòu)建系統(tǒng)模型。對(duì)于離散事件來(lái)說(shuō)，先使用流程圖或者網(wǎng)絡(luò)圖來(lái)確定系統(tǒng)實(shí)體及流程。

④構(gòu)建仿真模型。

⑤模型驗(yàn)證。確定仿真模型和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是否準(zhǔn)確地顯示系統(tǒng)的每個(gè)部分，包括系統(tǒng)的組成，系統(tǒng)組織和參數(shù)假設(shè)。

⑥模擬和運(yùn)行。

⑦輸入和分析模擬結(jié)果。

Flexsim建模和模擬的具體步驟流程圖如圖1所示。

3 ?冷鏈配送中心的運(yùn)作過(guò)程建模

3.1 冷鏈物流配送中心運(yùn)作過(guò)程

冷鏈物流配送中心通常具有集散、連接、低溫運(yùn)輸、冷藏、分揀、裝卸、低溫處理、物流信息處理等功能。冷鏈物流配送的內(nèi)部運(yùn)作流程有六個(gè)基本步驟，包括訂貨、收貨、加工、存儲(chǔ)、分揀和分銷。[15][16]根據(jù)以上理論，結(jié)合實(shí)際，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送中心應(yīng)擁有冷庫(kù)技術(shù)、分揀包裝設(shè)備、工人和信息服務(wù)等資源。農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送中心分為以下五個(gè)區(qū)域：

①貨物接收區(qū)。主要用于卸貨、檢查和存放貨物。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)品的保質(zhì)期較短，所以該區(qū)域需要的資源有農(nóng)產(chǎn)品檢查設(shè)備，傳送帶和工人等。

②循環(huán)加工區(qū)，主要是從貨物接收區(qū)處理農(nóng)產(chǎn)品，包括水果的洗滌和分區(qū)，該區(qū)域需要的資源有產(chǎn)品加工設(shè)備和工人等。

③理貨和分揀區(qū)，主要對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行分類和包裝，需要輸送設(shè)備（傳送帶）、自動(dòng)分揀機(jī)和工人等資源。

④存儲(chǔ)區(qū)，包括冷藏和冷凍存儲(chǔ)，所需資源為貨架、叉車、工人、冷凍設(shè)備等。

⑤分配和交付區(qū)，工人根據(jù)客戶的需求，規(guī)劃合理路線和時(shí)間來(lái)交付農(nóng)產(chǎn)品。該區(qū)的資源有車輛、工人、輸送設(shè)備（傳送帶）等。具體操作步驟如圖2所示。

3.2 建模目標(biāo)

由于冷鏈具有易腐壞性，制冷周期短等特點(diǎn)。本文設(shè)定了兩個(gè)建模目標(biāo)，一是農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量，二是冷鏈配送中心的運(yùn)行能力指標(biāo)，具體為工人和機(jī)器的效率。通過(guò)運(yùn)行仿真目標(biāo)找出整個(gè)冷鏈配送中心運(yùn)作過(guò)程中的瓶頸，最終達(dá)到改善農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送中的運(yùn)作平衡的目的。

3.3 數(shù)據(jù)采集

通過(guò)收集數(shù)據(jù)，本文使用的變量為農(nóng)產(chǎn)品的更新時(shí)間t，即農(nóng)產(chǎn)品的最長(zhǎng)保存時(shí)間，單位為（天）（t≥0）。根據(jù)變量t將農(nóng)產(chǎn)品分為三類：常溫存放的農(nóng)產(chǎn)品（t<3），冷藏存放的農(nóng)產(chǎn)品（3≤t≤7），冷凍存放的農(nóng)產(chǎn)品（3≤t≤7）。農(nóng)產(chǎn)品到達(dá)的時(shí)間間隔遵循泊松分布（10，1）（分鐘）。貨物每批次到達(dá)4000，平均重量為每批1000kg。配送中心根據(jù)不同的流程安排機(jī)器設(shè)備和人員。接受區(qū)配有輸送機(jī)、工人、檢查設(shè)別，處理每公斤農(nóng)產(chǎn)品的時(shí)間遵循統(tǒng)一分配（2，5）（分鐘）;循環(huán)和加工處理去處理農(nóng)產(chǎn)品的時(shí)間遵循均勻分布（3，5）（分鐘）;理貨和分揀區(qū)配備分揀機(jī)和工人，處理每公斤農(nóng)產(chǎn)品的時(shí)間遵循均勻分布（1，3）（分鐘）;分配和交付去的工作時(shí)間均遵循統(tǒng)一分布（5，10）（分鐘）。

3.4 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心的運(yùn)作過(guò)程建模

通過(guò)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送中心的運(yùn)作過(guò)程的分析，本文利用流程圖建立系統(tǒng)模型，結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中新的實(shí)際過(guò)程，通過(guò)流程圖進(jìn)一步說(shuō)明農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心的運(yùn)營(yíng)過(guò)程的仿真模塊。圖3顯示了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心運(yùn)行過(guò)程的仿真模塊。

4 ?基于Flexsim的冷鏈物流配送中心運(yùn)行過(guò)程仿真與結(jié)果分析

仿真模型是從實(shí)際模型到數(shù)學(xué)模型的抽象。因此，本文通過(guò)研究配送中心提出了以下幾個(gè)假設(shè)：

①農(nóng)產(chǎn)品是固定批次送到配送中心的，每天的農(nóng)產(chǎn)品到達(dá)時(shí)間遵循泊松分布。

②農(nóng)產(chǎn)品在模擬的過(guò)程中間不斷的到達(dá)。

③農(nóng)產(chǎn)品的重量是相等的，不存在差異。

④不同農(nóng)產(chǎn)品的存放時(shí)間不相同，設(shè)定最長(zhǎng)的存放時(shí)間為7天。

⑤模擬模塊包括接受區(qū)、循環(huán)處理區(qū)、計(jì)數(shù)分揀區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、分配和傳送區(qū)。

4.1 仿真參數(shù)和實(shí)體

設(shè)置仿真時(shí)間：仿真的單位時(shí)間為1分鐘。確定仿真的工作時(shí)間為8天（480分鐘），獲得如下的模擬結(jié)果。表1為仿真模型的實(shí)體。

4.2 輸出結(jié)果分析

通過(guò)使用Flexsim軟件并運(yùn)行仿真模型，得到了不同機(jī)器的工作狀態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2所示）和輸送機(jī)工作狀態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（表3所示）和工人工作狀態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（表4所示）。

從表5可以看出臨時(shí)實(shí)體1的周轉(zhuǎn)率為68.10%;臨時(shí)實(shí)體2的周轉(zhuǎn)率為10.35%;臨時(shí)實(shí)體3的周轉(zhuǎn)率為13.04%，總周轉(zhuǎn)率為38.38%。這說(shuō)明農(nóng)產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)率極低，配送中心的運(yùn)作過(guò)程存在延遲和堵塞的問(wèn)題。從上述模擬結(jié)果可以看出，處理器和操作員的利用率較低。本文采取了一系列措施來(lái)提高冷鏈物流配送中心的運(yùn)行效率。

5 ?改善農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心的運(yùn)作流程

5.1 問(wèn)題分析

從分揀區(qū)到冷凍存儲(chǔ)區(qū)所積壓的貨物導(dǎo)致項(xiàng)目的低流量。瓶頸是運(yùn)輸車輛，可以通過(guò)增加運(yùn)輸車輛來(lái)解決該問(wèn)題。

分配和交付區(qū)的設(shè)備工作效率非常低，原因是機(jī)器耗費(fèi)過(guò)長(zhǎng)的閑置時(shí)間來(lái)等待輸送工人，可通過(guò)增加暫存區(qū)來(lái)解決。

操作員2的空轉(zhuǎn)率過(guò)高，可通過(guò)堆垛機(jī)來(lái)替代操作員2解決該問(wèn)題。

5.2 具體改進(jìn)措施和優(yōu)化仿真建模

①調(diào)整機(jī)器和工人的數(shù)量。在存儲(chǔ)區(qū)增加堆垛機(jī)并在分配和傳送區(qū)域中增加處理器，去除操作員2。

②改變冷凍倉(cāng)庫(kù)貨架的存儲(chǔ)規(guī)則。在存儲(chǔ)區(qū)存放貨物時(shí)，首先考慮的是距離而不是隨意的放置貨物。

③增加分配和交付區(qū)域前的中轉(zhuǎn)區(qū)域。優(yōu)化后的仿真建模如圖4所示。

5.3 對(duì)比分析

表6為兩個(gè)模擬結(jié)果的對(duì)比。經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后，農(nóng)產(chǎn)品的每天周轉(zhuǎn)率超過(guò)87%。第一類常溫存放的農(nóng)產(chǎn)品（t<3）周轉(zhuǎn)率為91.43%，提高了23.3%;第二類冷藏存放的農(nóng)產(chǎn)品（3≤t≤7）的周轉(zhuǎn)率為88.24%;第三類冷凍存放的農(nóng)產(chǎn)品（3≤t≤7）周轉(zhuǎn)率為87.5%。

同時(shí)，配送中心的設(shè)備的利用率也得到了極大的提高。操作員3的使用率提高了31.5%;傳送帶1的使用率提高了16.7%;處理器4在配送去的使用率提高了12.96%。

6 ?結(jié)論

基于冷鏈物流配送中心的研究現(xiàn)狀，分析了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心的實(shí)際運(yùn)行情況，通過(guò)手機(jī)數(shù)據(jù)建立農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心的運(yùn)作仿真模型。通過(guò)使用Flexsim軟件，利用仿真模型，使用收集到的基本數(shù)據(jù)，找出了農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心運(yùn)作過(guò)程中的瓶頸和閑置的資源。最后，本文，提出了具體的改進(jìn)措施，使得冷鏈貨物的周轉(zhuǎn)率和工人的工作效率都得到了提高。

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