基于Flexsim的农产品物流配送中心系统仿真

陈 佳，蒋国良，徐广印

(河南农业大学，河南郑州450002)

随着中国农业结构调整和居民消费水平的提高，以及农产品的产量和流通量的不断增加，人们对农产品的安全和品质提出了更高的要求［1］.物流配送中心重视商品流通的全方位功能，同时具有集散、仓储、分拣、组配、配送运输、送达服务、流通加工及逆向物流的组织功能［2，3］.农产品物流配送中心是连接农业生产与消费的桥梁，使得农产品生产者、供应商、经销商通过信息共享平台形成农产品产、供、销一体化运作，各个环节之间实现无缝衔接，对农产品的商品转化起到重要的拉动作用［4，5］.中国农产品物流体系正在逐步完善，形成了生产、收购、流通加工、存储、装卸、搬运、配送到销售的一整套组织环节.为了满足经济发展和顾客生活的需求，合理高效的运输成为加快农产品流通速度的必然，农产品加工业也逐步向精、深加工的方向发展［6，7］.因此，建立起的物流配送中心不仅要满足农产品物流数量大、品种多、运输便利、运作独立等方面的要求，还需要为其进行加工增值提供良好的环境和方法.农产品物流配送中心不仅要具备集散、衔接、运输、储存、分拣、装卸及搬运、包装、流通加工和物流信息处理的基本功能特点，同时还需要具备结算、需求预测、物流系统设计咨询、物流教育与培训的增值性功能特点［8］.因此，就有必要对农产品物流配送中心的规划方案进行深入的研究，而较为简便的深入研究方法就是对实际问题进行建模，在对模型进行仿真，以得到较为精确的结论，从而为加强管理及决策提供较科学的依据，并且能够多次的修改模型的参数，得到较优的方案［9］.本研究运用Flexsim仿真软件，建立了农产品物流配送中心系统仿真模型，并进行实证分析，从而为农产品物流配送中心提供更好的技术支持.

1 农产品物流配送中心系统仿真模型的建立

1.1 仿真模型建立的条件

农产品物流配送中心与工业类产品配送中心的构建有较大的差别.相对来说，农产品的种类比较繁多，存储时间不宜过长，需要在较短的时间内完成对其的装卸、分拣、加工、包装和运输等工作［10］.因此，在构建配送中心模型时，采取对不同类别的农产品在配送中心内建立不同的加工生产线及存储仓库，方便装卸货及不同产品对加工的需求，加速完成相应农产品的配送工作.根据现有的农产品物流配送中心的功能需求，在Flexsim仿真软件中，可以按照仿真建模的方法，将实际农产品物流配送中心建成其仿真模型.

图2 叶菜区域的布局和生产流程Fig.2 Overall layout and flow chart of leafy vegetable

1.2 仿真模型的布局

为了使农产品能够保质快速地完成配送，在农产品物流配送中心整体布局和部分布局时，都要充分考虑农产品类别多、易腐烂、温度要求有差异等的特点.农产品物流配送中心仿真模型的整体布局设置见图1.

图1 农产品物流配送中心仿真模型的整体布局Fig.1 Overall layout of agricultural logistics distribution center simulation model

通过建立仿真模型的整体布局，可以实现集中对农产品的收购、储存、拣选、增值加工、包装、运输及装卸.同时满足不同类别的农产品对加工、存储的环境条件不同要求.如有些需要冷链加工，保持农产品的生鲜性，有些在常温下就能进行.根据实际的需求，在不同农产品加工存储区域，可以实现在同一个农产品配送中心内，构建不同温度的仓储和加工仓库模型.

配送中心部分的布局主要是针对同一类型农产品的布局.农产品物流配送中心每天加工处理的农产品种类众多，叶菜类蔬菜是较为常见的一类农产品，它是一类保存时间短、易腐烂、需要进一步加工包装的农产品.在农产品配送中心内主要经过卸货、分拣、增值加工、内部输送、存储等流程的操作.本研究以叶菜类蔬菜(以下简称叶菜)为例，利用Flexsim仿真软件中提供的固定实体和流动实体，将叶菜区域的布局设置见图2.

1.3 仿真模型的流程

根据叶菜区域的布局设置，在Flexsim仿真软件中定义它的“流”，也就是设置仿真模型中流动实体的流动方向和路径.本研究是对叶菜进入农产品物流配送中心的每一个工序流程进行仿真，其他的农产品可以利用相同的方法进行仿真布局和“流”的定义，根据所需的工序，增减模型中的结构，来实现对它们的仿真.

2 仿真模型的运行与分析

2.1 仿真模型的参数设定

Flexsim仿真软件的每一个实体都有相应的参数，实体的参数是控制仿真模型运行次数与运行速度的关键.在对不同类型的农产品建模仿真的过程中，不仅可以通过模型的布局修改模型的结构，实现增减实际的工序流程数，还可以通过改变模型中的参数实现对实际农产品配送中心的具体操作.

为了使模型能够达到仿真的效果，结合实际，叶菜在进入配送中心时会有一部分的腐烂，在分拣区分拣后，总量会减少，但是所占比例不大.假设农产品货源供给充足且不变，叶菜经过分拣处理器1的合格率为95%，分拣处理器2的合格率为97%，分拣处理器3的合格率为96%的情况下，按照叶菜在农产品物流配送中心内处理的时间，对仿真模型进行参数的设置见表1，并设置该模型的仿真运行时间为1个工作日(工作8 h).

表1 仿真模型处理设备参数的设定Table1 Set simulation model parameter of treatment equipments

2.2 仿真模型的运行

从图2可以看出，农产品进入配送中心后，首先在检验入库区经过卸货、检验入库，然后进入分拣区，再次根据不同的加工需求进到加工生产区，接着在包装区被打包或者封箱，最后被运送到存储仓库中，等待按单提货.在配送中心的检验入库区有专职负责人员对农产品进行卸货、清点、解包、入库等工作.当农产品进入特定的仓库时，仿真模型利用自动分拣系统对实际中人为的分拣过程进行仿真.入库的农产品通过模型中的输送机，被发送到各个不同的分拣区域.在经过不同的分拣以后，质量达到进行生产加工标准的叶菜，可以通过输送进入到加工区，对于分拣后不可再进行生产加工的叶菜，需要丢弃.在生产流程仿真模型中，可以分别对3个分拣处理器进行设置，实现控制一部分叶菜(如5%叶菜)通过输送机进入到吸收器中，不再模型中继续运转，这部分就是需要丢弃的叶菜，其余的将继续进入加工生产区.在加工生产区内，根据实际的需要，可以对不同的叶菜进行增值加工，模型中采用1台处理器和1个操作员对实际加工生产进行仿真.每种叶菜的加工时间不同，在模型中主要是通过设置处理器的处理时间对实际的时间进行仿真，利用这样的仿真模式可以实现对生产的长时间模拟，还能实现对生产结果的预测，由于平均单位叶菜的处理时间是可以设置的，所以通过仿真可以得出具体到将来某一时刻点的加工生产量，对于高层管理者管理生产的进度起到了决策支持的作用.

目前，大部分农产品物流配送中心为了保持农产品的新鲜度以及便利的配送，会对农产品进行进一步的张贴标签等生产包装.在大型的超市或农产品集贸交易市场，许多农产品都被进行简易的包装，不仅方便识别，也利于运输.模型中的合成器就是对加工处理过的农产品进行包装的仿真，在操作员的具体操作下，发生器根据不同农产品的需要产生包装器材，如托盘、纸箱、篮筐、标签、捆绑材料等，实现对实际配送中心的仿真.在实际的农产品物流配送中心内，包装环节使用的时间，也完全可以通过设置模型中合成器的处理时间来得到准确的仿真.一定质量的叶菜打包后装箱或是装盘，都可以按照实际的要求得到实现.

仿真模型中，完成包装后的农产品被输送机运到暂存区，通过分配器的调度，操作员利用叉车将暂存区中的农产品运送到不同的存储区内.在实际的配送中心内，调度员通过对包装区作业的监控，配送相应的叉车对包装完毕的农产品进行存储.当农产品物流配送中心接到客户的订单时，派出运输车辆对不同存储区中的农产品进行运输.

2.3 仿真模型的分析

利用Flexsim仿真软件对叶菜在农产品物流配送中心1个工作日的仿真，即仿真模型运行8 h后各个设备的平均利用率，见图3和表2.

从表2中可以看出，在3条生产线中，主要是以加工处理器处理的速度为主导.如果分拣区处理的速度过快，而加工处理区加工的速度较慢，则会造成分拣后的叶菜堆积，大量叶菜的堆积会造成新鲜叶菜的腐坏，使得分拣工作再次进行，降低工作的效率.如果包装合成区合成的速度过快，则会因为没有足够加工处理过的叶菜的及时到达而造成合成区设备的低利用率.

在农产品供给相同的情况下，3条生产线上设备平均利用率相比较来说，第1条和第2条生产线的平均设备利用率大致相同，第3条生产线的加工处理器平均利用率为90.7%，具有较高的利用率，但是第3条生产线的包装合成器的平均利用率却只有39.0%.说明由于加工生产区的产出量不足以供给包装区的合成，造成包装区合成器较低的平均利用率.为了解决这个问题，可以在模型中修改相应处理器的参数，通过缩短加工处理器3的处理时间，实现加快产品处理的速度.经过多次修改参数，运行模型并和第1，2条生产线对比，将加工处理器3的处理时间改为4.3 s后，此时第3条生产线的加工处理器的平均利用率为73.0%，包装区合成器的平均利用率为45.8%，达到了3条生产线的平均利用率基本一致.相应地，在农产品物流配送中心内，可以加大对加工生产的人力或设备的投入，提高它的加工速度，使整个农产品配送中心处于高效的运转中.

图3 处理设备运行8 h的仿真Fig.3 Simulation of treatment equipments runned 8 h

表2 处理设备运行8 h的平均利用率Table2 Average utilization of treatment equipments runned 8 h

3 结论

本研究以农产品中较为常见的叶菜类蔬菜为例，通过利用Flexsim仿真软件，对农产品物流配送中心构建仿真模型，并在建成的模型上运用仿真软件的功能特性，根据叶菜类蔬菜的特性对仿真模型进行了修正，得到了提高工作效率后的模型，完成了对农产品物流配送中心的仿真.对于其他的农产品可以采取同样的建模形式，运用类似的方法，通过改变模型的布局结构和参数的修改，完成对它们的仿真.这样不仅简化了农产品物流配送中心系统的复杂性，与实际的投资相比，还以较小的风险完成多种方案科学地比较.总之，构建农产品物流配送中心仿真模型，不仅是对实际农产品物流配送中心的一种模拟，更为配送中心的决策者和管理者提供了决策与技术支持.

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