基于Flexsim的物流综合实训课程仿真研究

余振宁，燕 珍，王冬良

（北京师范大学珠海分校 物流学院，广东 珠海 519087）

基于Flexsim的物流综合实训课程仿真研究

余振宁，燕 珍，王冬良

（北京师范大学珠海分校 物流学院，广东 珠海 519087）

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。

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、节约时间。

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3 000m2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。

表1 各大院校物流实践调研表

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。

图1 物流综合实训生产流程图

图2 物流综合实训出库分单配送流程图

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，设定分拣传送带的入口，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。

图3 物流综合实训室设备及仿真模型

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入口的开闭。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：

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;

}

列为分布代码如下：

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。

图5 立体仓库顺序分类存储效果

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，多家电商平台，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。

表2 客户订单全局表

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3 600s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2 400s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2 100s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2 100s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。

图6 各个单位停留时间平均值

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。

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[6]秦天保,周向阳.实用系统仿真建模与分析—使用Flexsim[M].北京:清华大学出版社,2013.

[7]王帆,王艳丽,王彬.配送中心布局仿真实训:Flexsim初级实训教程[M].北京:清华大学出版社,2015.

[8]张滨,许秀红,石荣丽..现代物流综合实训教程[M].长沙:湖南师范大学出版社,2014

[9]王成林,付青叶.物流实验实训教程[M].北京:中国财富出版社,2013.

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“质量工程”实验教学示范中心，物流实验教学中心（2014308）

余振宁（1989-），男，黑龙江人，硕士，实验员，研究方向：机械制造及自动化、物流系统仿真技术；燕珍（1970-），女，内蒙古人，硕士，副院长，副教授，研究方向：物流管理；王冬良（1979-），男，江西人，硕士，高级实验师，主要研究方向：物流信息技术。