基于Flexsim的物流綜合實(shí)訓(xùn)課程仿真研究

余振寧，燕 珍，王冬良

（北京師范大學(xué)珠海分校 物流學(xué)院，廣東 珠海 519087）

基于Flexsim的物流綜合實(shí)訓(xùn)課程仿真研究

余振寧，燕 珍，王冬良

（北京師范大學(xué)珠海分校 物流學(xué)院，廣東 珠海 519087）

基于Flexsim仿真軟件，針對物流綜合實(shí)訓(xùn)課程，進(jìn)行初步的仿真與分析。首先根據(jù)實(shí)際物流實(shí)訓(xùn)室設(shè)備與分布，建立相應(yīng)的實(shí)體模型；其次，根據(jù)實(shí)際課程流程安排，建立相應(yīng)的生產(chǎn)、倉儲、配送系統(tǒng)，基于實(shí)際的參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真；最后與實(shí)際課程結(jié)果進(jìn)行比對，在不改變現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的情況下，即可仿真模擬出實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化后的效果。這種仿真方法有利于優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，減少校核環(huán)節(jié)，提高優(yōu)化效率，降低優(yōu)化成本。

物流綜合實(shí)訓(xùn)；物流系統(tǒng)仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教案優(yōu)化

1 引言

隨著物流行業(yè)蓬勃發(fā)展，全國各地普通高等院校和大專、中專院校陸續(xù)開設(shè)物流以及與物流相關(guān)的專業(yè)。作為該專業(yè)領(lǐng)域的必修專業(yè)實(shí)踐課，物流綜合實(shí)訓(xùn)在各院校中均有開設(shè)。開設(shè)相關(guān)綜合實(shí)訓(xùn)課的院校包括：清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、深圳大學(xué)、北京物資學(xué)院、北京師范大學(xué)珠海分校、吉林大學(xué)珠海學(xué)院、天津交通職業(yè)學(xué)院等。各大院校開設(shè)物流綜合實(shí)訓(xùn)課的課時安排、課程內(nèi)容以及教學(xué)層次各有不同。首先，高等職業(yè)院校的課程內(nèi)容更加偏向?qū)嶋H操作；其次，各個院校開設(shè)課程都會基于自己的資金實(shí)力。相對獨(dú)立院校來說，公辦院校的設(shè)備資金相對更雄厚，因此其物流實(shí)訓(xùn)設(shè)備更豐富、更昂貴；最后，基于各自的專業(yè)發(fā)展側(cè)重，各大院校的實(shí)訓(xùn)課程體系發(fā)展各有不同。比如工科基礎(chǔ)的學(xué)院，其物流實(shí)踐課就含蓋一些工學(xué)專業(yè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，比如應(yīng)用于電子標(biāo)簽倉庫的單片機(jī)接口原理技術(shù)，應(yīng)用于物流設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械零件，應(yīng)用于AGV小車路徑編程的C語言課程等等。而管理學(xué)科為基礎(chǔ)的院校，其專業(yè)實(shí)踐課與：經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、供應(yīng)鏈管理、倉儲管理等等經(jīng)管類課程緊密相連。

無論院校的資金充裕與否、專業(yè)發(fā)展側(cè)重如何，如果在設(shè)備、教學(xué)方案更新之前，通過物流系統(tǒng)仿真軟件，選定合適的設(shè)備、優(yōu)化操作流程、完成實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)，這樣將省去測試中不必要的時間和資源浪費(fèi)，大大提高工作效率。

本文針對物流綜合實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行仿真研究。首先對比參考北京物資學(xué)院、深圳大學(xué)、北京師范大學(xué)珠海分校、吉林大學(xué)珠海學(xué)院、天津交通職業(yè)學(xué)院幾所院校的綜合實(shí)訓(xùn)課程資料。然后，利用Flexsim軟件建立相應(yīng)的3D實(shí)體模型、流程系統(tǒng)，并進(jìn)行初步有效的仿真和分析。最后，力圖獲得與實(shí)際課程中相比，準(zhǔn)確有效的仿真結(jié)果。以此為基礎(chǔ)，針對特定條件，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)課程優(yōu)化和設(shè)計(jì)，以期獲得更好的實(shí)訓(xùn)課程方案，并降低成本、節(jié)約時間。

2 實(shí)訓(xùn)課程背景

2.1 部分現(xiàn)有院校的專業(yè)設(shè)置

通過實(shí)地考察，收集整理了幾所高校的物流相關(guān)院系安排以及實(shí)踐教學(xué)情況，相應(yīng)的資料見表1。根據(jù)實(shí)際考察記錄，在所調(diào)查的幾所院校中，北京物資學(xué)院，資金相對雄厚，擁有一間大型物流設(shè)施設(shè)備博物館，里面陳列了各種大型物流設(shè)施設(shè)備。該博物館主要用于實(shí)踐參觀以及部分實(shí)操訓(xùn)練。同時該學(xué)院還擁有數(shù)間大小不等的實(shí)操實(shí)訓(xùn)室，包括包裝實(shí)驗(yàn)室、物流信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、冷鏈物流實(shí)驗(yàn)室等。深圳大學(xué)，不僅在經(jīng)濟(jì)學(xué)院擁有交通經(jīng)濟(jì)與物流管理系，同時還擁有一間獨(dú)立的物流研究所。其物流綜合實(shí)驗(yàn)室目前正在升級換代，擁有兩套先進(jìn)的醫(yī)藥物流分揀系統(tǒng)，一臺ABB全自動堆垛機(jī)械臂等先進(jìn)設(shè)備。吉林大學(xué)珠海學(xué)院，擁有一套完整的物流綜合實(shí)驗(yàn)室，包括：電子標(biāo)簽倉庫、全自動立體倉庫、堆垛機(jī)、自動分揀傳動帶、AGV小車、RFID電子芯片及信息系統(tǒng)、流通加工實(shí)訓(xùn)流水線等。由于該院的課程案例，來自其學(xué)科帶頭人張濱教授多年的企業(yè)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，因此與之相對應(yīng)的實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)也比較成熟。與各大本科教學(xué)院校相比，天津交通職業(yè)學(xué)院的課系設(shè)置則更加著重實(shí)操。該院的學(xué)科帶頭人薛威教授，同時也是教育部特聘專家，參與制定多項(xiàng)物流行業(yè)規(guī)定。該院的資金來自教育部以及天津市,相對來說資金非常充裕。目前接近完工了一座占地3 000m2的大型綜合物流實(shí)訓(xùn)基地。是目前天津市由大專院校主建的最大型的綜合物流實(shí)訓(xùn)基地。

表1 各大院校物流實(shí)踐調(diào)研表

2.2 物流綜合實(shí)訓(xùn)課程介紹

本文以北京師范大學(xué)珠海分校，物流學(xué)院，物流綜合實(shí)訓(xùn)課程為主要研究對象。該課程屬于物流專業(yè)的專業(yè)實(shí)踐課，周課時為2，總共1學(xué)分，采用集中授課的方式。學(xué)生們在短短兩天，16個小時中，要熟悉課程安排、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、崗位分工、實(shí)際操作等等內(nèi)容。對于普通高等院校本科生，該課程內(nèi)容很充實(shí)。該實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，整體可以分為：訂單，生產(chǎn)，揀選，倉儲和配送環(huán)節(jié)。根據(jù)每次參加課程的人數(shù)，分為16-20個崗位不等。各個實(shí)訓(xùn)崗位與幾個單據(jù)緊密相連。如圖1所示，實(shí)訓(xùn)流程開始于最初的采購計(jì)劃單（客戶訂單）。根據(jù)產(chǎn)品需求，生產(chǎn)部設(shè)定生產(chǎn)計(jì)劃以及VMI（供應(yīng)商管理庫存）制定相應(yīng)的零部件存儲、配送計(jì)劃。

如圖2所示，倉儲及配送部門收到訂貨單，準(zhǔn)備出庫發(fā)貨工作。由于多個產(chǎn)品打包儲存，因此各個產(chǎn)品出庫后，還需要一個拆盤、拼單、打包的過程。最后，打好包并貼好配送單據(jù)的貨物，由配送崗位同學(xué)送到物料循環(huán)貨架上，以便用于下一輪的實(shí)訓(xùn)操作。

圖1 物流綜合實(shí)訓(xùn)生產(chǎn)流程圖

圖2 物流綜合實(shí)訓(xùn)出庫分單配送流程圖

3 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)仿真

基于北京師范大學(xué)珠海分校，物流學(xué)院的物流綜合實(shí)訓(xùn)室，本研究建立了一套與實(shí)際環(huán)境相近的flexsim仿真系統(tǒng)模型，如圖3所示。其中包括，立體倉庫及堆垛機(jī)、生產(chǎn)及檢驗(yàn)流水線、產(chǎn)品分揀線、出庫平臺、打包操作臺、配送叉車等。仿真模型中的設(shè)備按照實(shí)際實(shí)驗(yàn)室布置，并設(shè)計(jì)操作流程和參數(shù)。圖3中，包括了物流配送區(qū)、倉儲區(qū)、生產(chǎn)線區(qū)、實(shí)驗(yàn)零件存儲及回收區(qū)。

3.1 生產(chǎn)線仿真

在Flexsim仿真模型中，生產(chǎn)流水線采用并聯(lián)三臺加工臺的鏈接方式。按照實(shí)際課程中的情況，這三條生產(chǎn)線生產(chǎn)三種不同規(guī)格的杯子。仿真系統(tǒng)中在發(fā)生器的離開觸發(fā)設(shè)定中，定義實(shí)體尺寸、設(shè)定三種case的杯子實(shí)體并采用紅、綠、藍(lán)三種顏色區(qū)分。經(jīng)過3種合成器后，每9個杯子與周轉(zhuǎn)箱打包，并在周轉(zhuǎn)箱上貼標(biāo)簽，區(qū)分3種產(chǎn)品，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定打包加工時間為5min，也就是300s。最后，經(jīng)過分揀流水線，進(jìn)入庫傳送帶。在這里，用編程方法，設(shè)定分揀傳送帶的入口，根據(jù)其帶上的周轉(zhuǎn)箱數(shù)量而判斷是否關(guān)閉，以保證傳送帶的正常工作。

圖3 物流綜合實(shí)訓(xùn)室設(shè)備及仿真模型

3.2 立體庫仿真

貨物經(jīng)過入庫傳送帶進(jìn)入立體倉庫。首先，入庫傳送帶采用“基本傳送帶”模塊，并編程，邏輯判斷其出口以及入口的開閉。根據(jù)帶上光電傳感器以及周轉(zhuǎn)箱數(shù)量，來判定是否發(fā)送或者接收實(shí)體。立體倉庫與實(shí)際的物流綜合實(shí)訓(xùn)室一樣，采用8行10列的排布。立體庫出庫邏輯與實(shí)際接近，需要根據(jù)出庫平臺的信號，順序出庫?？紤]到實(shí)際實(shí)驗(yàn)室的堆垛機(jī)為實(shí)驗(yàn)用慢速堆垛機(jī)，因此設(shè)定其最大運(yùn)行速度為0.5m/s。

立體庫內(nèi)，通過編程，讀取周轉(zhuǎn)箱上的標(biāo)簽值。并安排儲位。這里的設(shè)定與實(shí)際一樣，在1-3列順序放置標(biāo)簽1產(chǎn)品，4-6列順序放置標(biāo)簽2產(chǎn)品，7-9列放置標(biāo)簽3產(chǎn)品。最后一列作為備用，臨時周轉(zhuǎn)和存儲。行位庫位分布代碼如下：

treenode item=param(1);

treenode current=ownerobject(c);

double baynumber=param(2);

int cellcap=1;

int baymax=6;//the max bay number

for(int index=1;index＜=baymax;index++)

{

if(rackgetcellcontent(current,baynumber, index)==0)//if rack is empty

return index;

}

列為分布代碼如下：

treenode item=param(1);

treenode current=ownerobject(c);

int baynum=getlabel(item,"mylabel");

int cellcap=1;

if(baynum==1){

for(int loc1=1;loc1＜=3;loc1++){

if(rackgetbaycontent(current,loc1)＜1* rackgetnroflevels(current,loc1))

return loc1;

}

}

if(baynum==2){

for(int loc2=4;loc2＜=6;loc2++){

if(rackgetbaycontent(current,loc2)＜1* rackgetnroflevels(current,loc2))

return loc2;

}

}

if(baynum==3){

for(int loc3=7;loc3＜=9;loc3++){

if(rackgetbaycontent(current,loc3)＜1* rackgetnroflevels(current,loc3))

return loc3;

}

}

以上代碼實(shí)現(xiàn)效果，如圖5所示，每種顏色的貨物代表同一種標(biāo)簽值，堆垛機(jī)根據(jù)其標(biāo)簽值，按類別、順序運(yùn)輸進(jìn)入立體貨架。

圖5 立體倉庫順序分類存儲效果

3.3 打包拼單仿真

這里的打包拼單是一個比較實(shí)際的概念，也就是在同一客戶訂購了多件不同數(shù)量的商品時，在商品出庫后，首先拆掉庫內(nèi)周轉(zhuǎn)箱，再根據(jù)實(shí)際訂單數(shù)量，多種產(chǎn)品拼單而成。目前，多家電商平臺，如蘇寧、天貓、京東均有采用這種方法，為本平臺自營產(chǎn)品拼單，打包。在本案例中，仿真系統(tǒng)需要引入“全局表”數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)，見表2。將不同客戶的相應(yīng)產(chǎn)品數(shù)量，輸入名為“訂單”的全局表。按照習(xí)慣，行為產(chǎn)品，列為客戶。在這里用合成器來制作打包平臺，合成器根據(jù)“訂單”全局表，進(jìn)行打包操作。根據(jù)實(shí)際情況，這里設(shè)定拆周轉(zhuǎn)箱時間為1min。

表2 客戶訂單全局表

4 仿真結(jié)果與分析

根據(jù)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，1h為一個實(shí)驗(yàn)周期，因此，我們截取前3 600s的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，單位平均停留時間，如圖6所示。圖中波幅最大的線為立體倉庫中實(shí)體的平均停留時間。可以看出，在生產(chǎn)線不停止的情況下，在第2 400s時，立體倉庫的貨架達(dá)到最大值，也就是此時倉庫飽和。同時，倉庫的上游單位，入庫平臺上的實(shí)體開始堆積。此時開始形成“瓶頸”效應(yīng)。觀察綠線，打包臺的平均停留時間，可以看出，打包臺在前2 100s處于浮動平衡狀態(tài)。說明在實(shí)驗(yàn)前期，配送崗位獲得相應(yīng)單據(jù)并有效進(jìn)行操作。在完成所有訂單，也就是2 100s后，打包臺不再工作，其上游發(fā)生堆積，此時實(shí)體平均停留時間開始增長，產(chǎn)生“瓶頸”效應(yīng)。

圖6 各個單位停留時間平均值

5 結(jié)論

從上述的仿真結(jié)果與實(shí)際情況對比分析，可以看出仿真結(jié)果與實(shí)訓(xùn)課堂實(shí)際情況相符。同時，仿真可以模擬并預(yù)判出在生產(chǎn)線不停止的極端情況下，整個物流綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)走向。這對于優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)教案，改造實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備方面有很大幫助。在各教學(xué)單位的物流綜合實(shí)訓(xùn)教案改進(jìn)、升級或建設(shè)創(chuàng)新型綜合實(shí)驗(yàn)室工作中，本系統(tǒng)仿真方法可以有效降低成本、預(yù)測極端情況實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)表現(xiàn)并得出優(yōu)化解決方案。在今后研究中，可以針對某一環(huán)節(jié)，例如倉儲、分揀、生產(chǎn)、配送環(huán)節(jié)，進(jìn)一步詳細(xì)分析，這對于專業(yè)實(shí)踐課教改有極大幫助。

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Study on Simulation of Logistics Comprehensive Training Course Based on Flexsim

Yu Zhenning,Yan Zhen,Wang Dongliang
(School of Logistics,Beijing Normal University at Zhuhai,Zhuhai 519087,China)

In this paper,using the simulation software Flexsim,we had a preliminary simulation analysis of the logistics comprehensive training course.First,we built the corresponding entity model according to the actual equipment layout of the logistics practical training room. Then,according to the actual course arrangement,we built the corresponding production,storage and distribution systems and based on the actual parameters,simulated them.At last,we compared the simulation result with that of the actual course.

logistics comprehensive training;logistics system simulation;experiment teaching;optimization of experiment teaching plan

G712

A

1005-152X(2017)01-0176-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.01.039

2016-09-12

2014年度省“質(zhì)量工程”實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，物流實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（2014308）

余振寧（1989-），男，黑龍江人，碩士，實(shí)驗(yàn)員，研究方向：機(jī)械制造及自動化、物流系統(tǒng)仿真技術(shù)；燕珍（1970-），女，內(nèi)蒙古人，碩士，副院長，副教授，研究方向：物流管理；王冬良（1979-），男，江西人，碩士，高級實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：物流信息技術(shù)。