基于Flexsim的物流综合实训课程仿真研究

[摘要]基于Flexsim仿真软件，针对物流综合实训课程，进行初步的仿真与分析。首先根据实际物流实训室设备与分布，建立相应的实体模型；其次，根据实际课程流程安排，建立相应的生产、仓储、配送系统，基于实际的参数，进行系统仿真；最后与实际课程结果进行比对，在不改变现有实验条件的情况下，即可仿真模拟出实验方案优化后的效果。这种仿真方法有利于优化实验方案，减少校核环节，提高优化效率，降低优化成本。

[关键词]物流综合实训；物流系统仿真；实验教学；实验教案优化

1引言

随着物流行业蓬勃发展，全国各地普通高等院校和大专、中专院校陆续开设物流以及与物流相关的专业。作为该专业领域的必修专业实践课，物流综合实训在各院校中均有开设。开设相关综合实训课的院校包括：清华大学、华南理工大学、深圳大学、北京物资学院、北京师范大学珠海分校、吉林大学珠海学院、天津交通职业学院等。各大院校开设物流综合实训课的课时安排、课程内容以及教学层次各有不同。首先，高等职业院校的课程内容更加偏向实际操作；其次，各个院校开设课程都会基于自己的资金实力。相对独立院校来说，公办院校的设备资金相对更雄厚，因此其物流实训设备更丰富、更昂贵；最后，基于各自的专业发展侧重，各大院校的实训课程体系发展各有不同。比如工科基础的学院，其物流实践课就含盖一些工学专业实训内容，比如应用于电子标签仓库的单片机接口原理技术，应用于物流设备的机械设计、机械原理、机械零件，应用于AGV小车路径编程的C语言课程等等。而管理学科为基础的院校，其专业实践课与：经济学、管理学、运筹学、供应链管理、仓储管理等等经管类课程紧密相连。

无论院校的资金充裕与否、专业发展侧重如何，如果在设备、教学方案更新之前，通过物流系统仿真软件，选定合适的设备、优化操作流程、完成实训设计，这样将省去测试中不必要的时间和资源浪费，大大提高工作效率。

本文针对物流综合实训课程进行仿真研究。首先对比参考北京物资学院、深圳大学、北京师范大学珠海分校、吉林大学珠海学院、天津交通职业学院几所院校的综合实训课程资料。然后，利用Flexsim软件建立相应的3D实体模型、流程系统，并进行初步有效的仿真和分析。最后，力图获得与实际课程中相比，准确有效的仿真结果。以此为基础，针对特定条件，进行实训课程优化和设计，以期获得更好的实训课程方案，并降低成本、节約时间。

2实训课程背景

2.1部分现有院校的专业设置

通过实地考察，收集整理了几所高校的物流相关院系安排以及实践教学情况，相应的资料见表1。根据实际考察记录，在所调查的几所院校中，北京物资学院，资金相对雄厚，拥有一间大型物流设施设备博物馆，里面陈列了各种大型物流设施设备。该博物馆主要用于实践参观以及部分实操训练。同时该学院还拥有数间大小不等的实操实训室，包括包装实验室、物流信息技术实验室、冷链物流实验室等。深圳大学，不仅在经济学院拥有交通经济与物流管理系，同时还拥有一间独立的物流研究所。其物流综合实验室目前正在升级换代，拥有两套先进的医药物流分拣系统，一台ABB全自动堆垛机械臂等先进设备。吉林大学珠海学院，拥有一套完整的物流综合实验室，包括：电子标签仓库、全自动立体仓库、堆垛机、自动分拣传动带、AGV小车、RFID电子芯片及信息系统、流通加工实训流水线等。由于该院的课程案例，来自其学科带头人张滨教授多年的企业实际操作经验，因此与之相对应的实训课程设计也比较成熟。与各大本科教学院校相比，天津交通职业学院的课系设置则更加着重实操。该院的学科带头人薛威教授，同时也是教育部特聘专家，参与制定多项物流行业规定。该院的资金来自教育部以及天津市，相对来说资金非常充裕。目前接近完工了一座占地3000㎡的大型综合物流实训基地。是目前天津市由大专院校主建的最大型的综合物流实训基地。

2.2物流综合实训课程介绍

本文以北京师范大学珠海分校，物流学院，物流综合实训课程为主要研究对象。该课程属于物流专业的专业实践课，周课时为2，总共1学分，采用集中授课的方式。学生们在短短两天，16个小时中，要熟悉课程安排、实训内容、岗位分工、实际操作等等内容。对于普通高等院校本科生，该课程内容很充实。该实训内容，整体可以分为：订单，生产，拣选，仓储和配送环节。根据每次参加课程的人数，分为16-20个岗位不等。各个实训岗位与几个单据紧密相连。如图1所示，实训流程开始于最初的采购计划单（客户订单）。根据产品需求，生产部设定生产计划以及VMI（供应商管理库存）制定相应的零部件存储、配送计划。

如图2所示，仓储及配送部门收到订货单，准备出库发货工作。由于多个产品打包储存，因此各个产品出库后，还需要一个拆盘、拼单、打包的过程。最后，打好包并贴好配送单据的货物，由配送岗位同学送到物料循环货架上，以便用于下一轮的实训操作。

3实训系统仿真

基于北京师范大学珠海分校，物流学院的物流综合实训室，本研究建立了一套与实际环境相近的flexsim仿真系统模型，如图3所示。其中包括，立体仓库及堆垛机、生产及检验流水线、产品分拣线、出库平台、打包操作台、配送叉车等。仿真模型中的设备按照实际实验室布置，并设计操作流程和参数。图3中，包括了物流配送区、仓储区、生产线区、实验零件存储及回收区。

3.1生产线仿真

在Flexsim仿真模型中，生产流水线采用并联三台加工台的链接方式。按照实际课程中的情况，这三条生产线生产三种不同规格的杯子。仿真系统中在发生器的离开触发设定中，定义实体尺寸、设定三种case的杯子实体并采用红、绿、蓝三种颜色区分。经过3种合成器后，每9个杯子与周转箱打包，并在周转箱上贴标签，区分3种产品，根据实际情况，设定打包加工时间为5min，也就是300s。最后，经过分拣流水线，进入库传送带。在这里，用编程方法，设定分拣传送带的人口，根据其带上的周转箱数量而判断是否关闭，以保证传送带的正常工作。

3.2立体库仿真

货物经过入库传送带进入立体仓库。首先，入库传送带采用“基本传送带”模块，并编程，逻辑判断其出口以及人口的开闭。根据带上光电传感器以及周转箱数量，来判定是否发送或者接收实体。立体仓库与实际的物流综合实训室一样，采用8行10列的排布。立体库出库逻辑与实际接近，需要根据出库平台的信号，顺序出库。考虑到实际实验室的堆垛机为实验用慢速堆垛机，因此设定其最大运行速度为0.5m/s。

立体库内，通过编程，读取周转箱上的标签值。并安排储位。这里的设定与实际一样，在1-3列顺序放置标签1产品，4-6列顺序放置标签2产品，7-9列放置标签3产品。最后一列作为备用，临时周转和存储。行位库位分布代码如下：

以上代码实现效果，如图5所示，每种颜色的货物代表同一种标签值，堆垛机根据其标签值，按类别、顺序运输进入立体货架。

3.3打包拼单仿真

这里的打包拼单是一个比较实际的概念，也就是在同一客户订购了多件不同数量的商品时，在商品出库后，首先拆掉库内周转箱，再根据实际订单数量，多种产品拼单而成。目前，多家电商平臺，如苏宁、天猫、京东均有采用这种方法，为本平台自营产品拼单，打包。在本案例中，仿真系统需要引入“全局表”数据才能实现，见表2。将不同客户的相应产品数量，输入名为“订单”的全局表。按照习惯，行为产品，列为客户。在这里用合成器来制作打包平台，合成器根据“订单”全局表，进行打包操作。根据实际情况，这里设定拆周转箱时间为1min。

4仿真结果与分析

根据课程实验设计，1h为一个实验周期，因此，我们截取前3600s的仿真结果进行分析，单位平均停留时间，如图6所示。图中波幅最大的线为立体仓库中实体的平均停留时间。可以看出，在生产线不停止的情况下，在第2400s时，立体仓库的货架达到最大值，也就是此时仓库饱和。同时，仓库的上游单位，入库平台上的实体开始堆积。此时开始形成“瓶颈”效应。观察绿线，打包台的平均停留时间，可以看出，打包台在前2100s处于浮动平衡状态。说明在实验前期，配送岗位获得相应单据并有效进行操作。在完成所有订单，也就是2100s后，打包台不再工作，其上游发生堆积，此时实体平均停留时间开始增长，产生“瓶颈”效应。

5结论

从上述的仿真结果与实际情况对比分析，可以看出仿真结果与实训课堂实际情况相符。同时，仿真可以模拟并预判出在生产线不停止的极端情况下，整个物流综合实训系统的各个环节走向。这对于优化实验教学教案，改造实验教学设备方面有很大帮助。在各教学单位的物流综合实训教案改进、升级或建设创新型综合实验室工作中，本系统仿真方法可以有效降低成本、预测极端情况实验室系统表现并得出优化解决方案。在今后研究中，可以针对某一环节，例如仓储、分拣、生产、配送环节，进一步详细分析，这对于专业实践课教改有极大帮助。