Flexsim在物流系統(tǒng)仿真課程教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用研究

梁瀟聆

(內(nèi)江師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院(人工智能學(xué)院)，四川 內(nèi)江 641000)

1 引言

2021年3月，第十三屆全國(guó)人民代表大會(huì)第四次會(huì)議勝利召開(kāi)，此次大會(huì)對(duì)物流行業(yè)的發(fā)展方向給出了指導(dǎo)意見(jiàn)。此前的“十三五”計(jì)劃，我國(guó)的物流行業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)外，物流行業(yè)搭乘著經(jīng)濟(jì)全球化的便車(chē)，和全世界都有了深入的接觸交流。對(duì)內(nèi)，公路的村村互通，物流帶來(lái)的便利深入我國(guó)鄉(xiāng)村的各個(gè)角落。展望“十四五”規(guī)劃，“一帶一路”“內(nèi)外雙循環(huán)”的提出與發(fā)展必將引領(lǐng)物流行業(yè)走向另一個(gè)高度。基于此大背景下，社會(huì)上對(duì)物流工程專(zhuān)業(yè)人才的需求和要求也越來(lái)越多，特別是在物流系統(tǒng)仿真研究方向。但目前物流系統(tǒng)仿真課程還存在著以下兩點(diǎn)不足：①教學(xué)模式化，理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)聯(lián)系不足，課堂上的知識(shí)不足以支撐就業(yè)的需要；②對(duì)仿真軟件Flexsim的利用率低，達(dá)不到提高學(xué)生仿真能力的要求。因此，如何通過(guò)物流系統(tǒng)仿真課程培養(yǎng)出適應(yīng)新競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下的應(yīng)用型學(xué)生才是開(kāi)設(shè)這門(mén)課的最終目的。本文從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，提出了應(yīng)該在實(shí)踐中利用Flexsim對(duì)現(xiàn)實(shí)的物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真，在建模過(guò)程中學(xué)習(xí)仿真的知識(shí)，然后再對(duì)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)，以此來(lái)加深學(xué)生對(duì)物流系統(tǒng)的了解程度和掌握程度。

2 物流系統(tǒng)仿真課程的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題

物流作為一門(mén)新興產(chǎn)業(yè)，20世紀(jì)30年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)；而物流工程專(zhuān)業(yè)也隨著物流的發(fā)展走進(jìn)了大眾的視野。特別是隨著經(jīng)濟(jì)全球化、“一帶一路”的興起，物流進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)代。物流系統(tǒng)仿真作為該專(zhuān)業(yè)的核心課程，在培養(yǎng)合格的物流人才時(shí)起到了關(guān)鍵作用。

物流系統(tǒng)仿真這門(mén)課程是針對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模，在現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上將物流系統(tǒng)模型化，通過(guò)建立模型來(lái)模擬仿真現(xiàn)實(shí)物流系統(tǒng)的運(yùn)作流程。由軟件統(tǒng)計(jì)并輸出最終的仿真結(jié)果，再結(jié)合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行分析，用以指導(dǎo)實(shí)際物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)作管理。它的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 實(shí)施過(guò)程可靠性

物流系統(tǒng)的仿真不受現(xiàn)實(shí)物流系統(tǒng)影響因素的約束，不管實(shí)際物流系統(tǒng)存在與否，都可以根據(jù)相關(guān)實(shí)物數(shù)據(jù)建立仿真模型，通過(guò)計(jì)算和仿真，得出貼近實(shí)際物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這一特性表明在建模過(guò)程中，學(xué)生不僅要熟悉建模方法，還要對(duì)怎樣將現(xiàn)實(shí)物流系統(tǒng)進(jìn)行模型化這一過(guò)程掌握，這也是這門(mén)課程的重點(diǎn)。

2.2 專(zhuān)業(yè)技能實(shí)踐化

物流是一門(mén)不能脫離實(shí)體行業(yè)單獨(dú)存在的學(xué)科，物流系統(tǒng)仿真課程也必須和實(shí)踐相結(jié)合。當(dāng)前物流仿真軟件的用途就兩個(gè)：一個(gè)用于企業(yè)內(nèi)部的仿真模擬；一個(gè)用于高校里的教學(xué)研究。企業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)專(zhuān)業(yè)人才，能夠?qū)⒗碚撝R(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力的人才正是企業(yè)所需，而高校的教學(xué)研究也應(yīng)該成為物流行業(yè)發(fā)展的先鋒。校企合作這一概念由此而來(lái)，旨在幫助學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能實(shí)踐化。在物流系統(tǒng)仿真課程的教學(xué)中，需采取理論授課與實(shí)踐授課相結(jié)合。在學(xué)中做，在做中學(xué)，集教、學(xué)、做于一體。

3 Flxsim在物流系統(tǒng)仿真教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 Flexsim在物流系統(tǒng)仿真教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

物流系統(tǒng)仿真課程的教學(xué)除了講授物流系統(tǒng)仿真原理以外，還需要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。傳統(tǒng)的教學(xué)中，為了讓同學(xué)直觀地感受物流系統(tǒng)運(yùn)作流程，需要購(gòu)置很多實(shí)驗(yàn)器材如：立體倉(cāng)庫(kù)，貨架，條碼打印機(jī)，碼垛機(jī)，AVG等。不僅會(huì)耗費(fèi)大量的資金、占據(jù)龐大的空間，其實(shí)際利用率卻很低，有可能一門(mén)課一學(xué)期就去參觀一回，且維護(hù)費(fèi)也是一筆不小的費(fèi)用。

相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用Flxsim用于物流系統(tǒng)仿真教學(xué)有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①不占據(jù)實(shí)際空間，只需在電腦上安裝該程序；②利用效率高，除了上課時(shí)間，同學(xué)們還可以自行安裝到自己的電腦，可以做到隨學(xué)隨用；③能全過(guò)程模擬物流系統(tǒng)，可節(jié)約成本，實(shí)踐性也強(qiáng)；④能隨時(shí)更新軟件版本，模擬仿真當(dāng)前最新的技術(shù)設(shè)備。

3.2 Flexsim程序簡(jiǎn)介

Flexsim是由美國(guó)公司開(kāi)發(fā)的軟件，在中國(guó)它的唯一代理商是北京創(chuàng)時(shí)能。由于它在圖形環(huán)境中把C++和編譯器進(jìn)行了集成，因此，在這個(gè)軟件中可以直接用C++來(lái)對(duì)模型進(jìn)行定義。FlexSim 應(yīng)用深層開(kāi)發(fā)對(duì)象，這些對(duì)象代表著一定的活動(dòng)和排序過(guò)程。Flexsim的操作很簡(jiǎn)便，對(duì)于要用到的仿真對(duì)象，只需把它們從實(shí)體庫(kù)里拖出來(lái)放到模型窗口即可。每一個(gè)實(shí)體都有一個(gè)快捷屬性窗口，在這里可以對(duì)它的外觀、三維位置進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置。每一個(gè)實(shí)體都有選項(xiàng)卡，有的是共用的，有的是實(shí)體本身特有的，對(duì)選項(xiàng)卡進(jìn)行設(shè)置就是對(duì)系統(tǒng)更深一步的仿真過(guò)程。Flexsim除了讀取自身產(chǎn)生的文件格式外，還可以讀取諸如EXCEL、CAD等文件格式。

3.3 Flexsim軟件的應(yīng)用

3.3.1 建模的基本步驟

(1)構(gòu)建模型布局：根據(jù)仿真案例的要求運(yùn)用Flexsim進(jìn)行仿真的布局；(2)定義對(duì)象流程：思考仿真布局中各實(shí)體的關(guān)系，選擇合適的連接方法；(3)編輯對(duì)象參數(shù)：根據(jù)案例的實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)各實(shí)體進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；(4)運(yùn)行仿真模型;(5)分析仿真結(jié)果。

3.3.2 在實(shí)踐性課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用

例如在某配送系統(tǒng)中，要將5種不同的產(chǎn)品各自經(jīng)過(guò)加工后，以特定的數(shù)量進(jìn)行打包配送，配送的包裹數(shù)量為11個(gè)。

5種不同類(lèi)型的實(shí)體按照正態(tài)分布的時(shí)間間隔到達(dá)，用不同的顏色來(lái)區(qū)分不同類(lèi)型的實(shí)體。生產(chǎn)出來(lái)的實(shí)體由3位工人搬運(yùn)到各自的加工地點(diǎn)進(jìn)行加工。加工后的實(shí)體經(jīng)由傳送帶將其傳送至打包處進(jìn)行打包，打包要求為：將類(lèi)型1～5類(lèi)的實(shí)體按照個(gè)數(shù)為4，3，5，5，4打成一個(gè)包裹。最后由叉車(chē)將打好的包裹配送至倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。整個(gè)流程圖如圖1所示。

圖1 配送仿真流程圖

建模步驟如下：

(1)連線(xiàn)的設(shè)置：發(fā)生器1、暫存區(qū)1、1～5號(hào)處理器、1～5號(hào)傳送帶、合成器1、暫存區(qū)2和貨架1依次用A連接；任務(wù)分配器1分別與暫存區(qū)1用S連接，1～3號(hào)工人A連接；發(fā)生器2與合成器1用A連接；叉車(chē)與暫存區(qū)2用S連接。

(2)發(fā)生器的設(shè)置：發(fā)生器1產(chǎn)生的臨時(shí)實(shí)體種類(lèi)設(shè)置為Box，到達(dá)時(shí)間間隔設(shè)置為normal(20, 2, 1)；在觸發(fā)器選項(xiàng)卡處創(chuàng)建觸發(fā)，設(shè)置臨時(shí)實(shí)體類(lèi)型duniform(1,5)。發(fā)生器2產(chǎn)生的臨時(shí)實(shí)體種類(lèi)設(shè)置為Pallet，到達(dá)方式設(shè)置為到達(dá)時(shí)間表，在0s時(shí)刻、1500s時(shí)刻、1800s時(shí)刻、2550s時(shí)刻和3600s時(shí)刻分別產(chǎn)生2、1、3、2和3個(gè)Pallet。

(3)暫存區(qū)的設(shè)置：暫存區(qū)1勾選使用運(yùn)輸工具，選擇根據(jù)不同case值輸出端口，設(shè)置1～5中實(shí)體分別發(fā)往1～5號(hào)處理器。暫存區(qū)2勾選使用運(yùn)輸工具。

(4)合成器的設(shè)置：將合成模式設(shè)置為打包，根據(jù)打包時(shí)先放托盤(pán)的要求，在輸入端口處將發(fā)生器2設(shè)置為1號(hào)輸入端口。剩下的5個(gè)實(shí)體輸入端口設(shè)置按數(shù)量4，3，5，5，4進(jìn)行打包。

(5)建模完成，點(diǎn)擊運(yùn)行。通過(guò)添加Dashboard，可以輸出各種統(tǒng)計(jì)圖表，方便學(xué)生研究系統(tǒng)內(nèi)部各項(xiàng)工作的效率，提出改進(jìn)意見(jiàn)。

3.3.3 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中運(yùn)用

畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握程度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了更加清晰明了地展示所學(xué)的知識(shí)，運(yùn)用仿真對(duì)研究的系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，兩相對(duì)比，可以更加直觀地演示改進(jìn)后的結(jié)果。當(dāng)然，在運(yùn)用Flexsim建模的過(guò)程中也會(huì)存在很多難點(diǎn)，如：如何建立一個(gè)合理的物流系統(tǒng)仿真模型，各種實(shí)體參數(shù)的設(shè)置如何確定，AVG路徑規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)，如何避免碰撞，修復(fù)表/中斷的應(yīng)用等。這時(shí)候就需要同學(xué)結(jié)合整個(gè)大學(xué)期間學(xué)到的知識(shí)，歸納總結(jié)再運(yùn)用到實(shí)踐中，這也是畢業(yè)設(shè)計(jì)的初衷：讓學(xué)有所用。

4 結(jié)語(yǔ)

Flexsim作為一款常用的建模軟件，很多高校都將其用作核心課程的教學(xué)工具；在工作中，也有很多公司運(yùn)用這款軟件進(jìn)行仿真模擬。如何使學(xué)生了解，會(huì)用，用得好Flexsim，是上好物流系統(tǒng)仿真這門(mén)課程的關(guān)鍵所在。本文從理論和實(shí)踐兩個(gè)角度闡述了Flexsim在物流系統(tǒng)仿真課程上的巨大優(yōu)勢(shì)，并通過(guò)Flexsim對(duì)一個(gè)配送系統(tǒng)仿真，進(jìn)一步加深了這一觀點(diǎn)。