基于设备管理的物流仓储设计型创新实验教学

2020-06-24郭瑞琴顾海燕周贤德

物联网技术 2020年6期

郭瑞琴顾海燕周贤德

摘要：基于设备管理与物流仓储的创新性实验，将教学设备管理与实验教学相融合，构建真实的实验教学环境，达到培养学生工程应用能力和实现设备信息化管理的目的。文中分析了物流仓储实验系统的特性，详细介绍了教学设备与实验商品融合的方法，以及物流仓储设计型实验的创新设计和实验的具体实施过程，给出了设备信息化管理的信息提取方法。实验拓展了物流仓储实验的内容，为实验设备的信息化管理、提高大型设备的利用率以及缓解设备场地不足问题提供了一条有效的途径。

关键词：设备管理;物流仓储;信息化;创新实验;教学设备;实验教学

中图分类号：TP315;TB-4;G642文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）06-0-04

0 引言

为了加强实践教学，国家逐步加大了高校实验室建设的资金投入，实验教学设备的质和量都得到了较大的提高，实验教学设备系统逐步完善[1-3]。物流仓储实训实验是高校工业工程专业和物流专业实验教学中重要的实验项目之一，实验设备是集机械技术、自动化技术、计算机技术、互联网技术等多学科技术为一体的大型实训系统，对于学生认识多学科现代技术在实践中的综合应用方法，了解现代物流仓储管理全过程，建立对现代物流仓储系统的感性认识，掌握物流仓储系统的工程设计方法具有重要意义。为提高实验教学质量，有效利用实验设备，近年来，国内很多高校在提升实验教学理念、优化实验课程体系和教学内容、改善实验教学方法等方面做了大量研究工作，提出了开放式[4-5]、问题引导型[6]、

多层次创新[7-9]、虚实仿真[8-9]等实验教学模式，实验教学的质和量都有了较大提高。在物流实验研究方面也取得了大量研究成果，通过优化实验内容，将虚拟实验和真实实验有机结合，丰富了实验内容[10];采用竞争竞赛式的实验方式激发促进学生参与实验的积极性[11-12];用微型化设备系统构建物流沙盘实训系统，构建实践性实验教学场景，模拟企业完整的物流过程[13]，提高学生实验参与度，激发学生学习兴趣。基于虚拟现实技术的物流实训系统[14-15]，能够体现原有实物实训系统精髓，实现系统的快速更新，模拟真实的物流运作环境，保证虚拟实验系统的先进性，有效提高学生适应工作岗位的能力。由上述分析可知，目前物流仓储实验研究主要是对实验形式和实验手段的改进，以认识设备及软件的使用方法训练为主，较少涉及管理软件中基本模块的组成原理及参数设计等内容，缺乏对物流仓储系统各流程内部模块的综合应用类实验，特别是仓储系统与应用相结合的设计型实验。

本文尝试将教学设备信息化管理与实验教学有机融合，开发一种用于设备管理的物流仓储设计型实验。

1 物流仓储创新实验的基本思想

物流仓储实验围绕商品实物的运输、入库、出库、分拣等物流活动进行，实验过程中需要大量实物作为流动商品，供学生在实验过程中使用。目前，实验主要采用统一规格的实验箱配合条码来模拟商品实物，缺乏真实感。基于设备管理的物流仓储创新实验教学的基本思想是在原有物流仓储实验教学设备系统中，添加实验室小型设备作为实验系统的流动商品，增加实验系统中物流商品的真实性，构建接近工程应用的实验环境，使学生深入理解物流仓储中物质流、信息流的组织与管理方法，并学会使用管理软件解决应用中的设备仓储管理问题。

实验以课程教学设备需求作为物流仓储实验的教学任务，筛选引入实验系统的设备种类，分析归纳设备使用与管理中的物流仓储问题，规划实验内容，设计总体实验方案及物流环节的业务流程，形成完整的实验方案。

2 物流仓储实验中教学设备的筛选

基于设备管理的物流仓储创新实验教学将现有小型教学设备作为实验教学的一部分，在仓储系统中进行物流操作。由于物流仓储系统的存储环境和货架尺寸固定，限制了存儲设备的空间，因此需对现有设备进行筛选。

物流仓储设备是集机械系统、控制系统、信息系统和网络系统为一体的大型设备系统，其系统总体构成如图1所示。系统主要由自动立体仓储系统、拆零配送系统、自动运载小车、货箱虚拟商品、局域网、电脑客户端及多个物流仓储管理软件等组成。其中自动立体仓库货架和拆零配送系统货架占据了较大场地空间，自动化仓库货架分割成2×7×6个深度为35 cm的仓位，用于存储截面尺寸不大于45 cm×35 cm的商品。拆零配送货架分割成6×6个深度为90 cm的仓位，用于成排存储截面尺寸不大于35 cm×40 cm的商品。货架均按工业标准制造设计，能够承受一般小型设备的重量。

根据物流仓储系统货架的数量以及存储空间尺寸，考虑实验教学过程的特点，在筛选用于实验的教学设备时，应优先选择那些数量多、体积小、重量较轻、非精密、存储场地比较紧张等类型的教学设备。

机械基础实验课程是工程类学科的公共基础课，国家教育部规定，基础类实验要求1～2名学生为一组进行实验，给每个学生提供充分的动手机会，保证基础实验的教学质量。我校也和国内其他院校一样，投入了大量的设备经费，用于购置基础实验设备，基础实验教学设备的质和量都得到了较大的提高，能够满足每学期多达500多名学生进行教学实验的设备需求。机械基础类实验设备的特点是以低价格、低精度、小型设备化的设备为主，自然存储环境下能够满足设备的存储要求，即使实验过程出现意外情况，也不会给基础实验课程造成影响。因此，物流仓储系统的仓储条件能够满足机械基础类实验设备的存储要求。基于上述原因，同时考虑教学设备数量的增加所带来的大量设备存储和管理的问题，机械基础类实验教学设备比较适合作为物流商品，纳入物流仓储实验系统用于实验教学。因此，物流仓储实验教学设备的选用以机械基础实验教学设备为主，部分选用工业工程实验教学设备，来丰富物流仓储实验的商品类型。

目前，我院机械基础类实验设备的种类主要有各类减速器、齿轮范成仪、水平仪、各种齿轮零件、金属金相式样等，万用表、示波器、温湿度计、照度计、噪声计等仪器仪表。考虑实验中心实验场地的具体情况，选取减速器、齿轮零件、机加工毛坯、照度计、温湿度计5类设备作为物流仓储实验的商品对象，设计创新教学实验项目。

3 实验设计与实现

3.1 实验内容设计

基于实验设备管理的物流仓储设计型创新实验的基本思想，创新性物流仓储实验的内容设计是在原有物流仓储综合实验内容的基础上，增加面向教学应用的设计型实验内容。实验内容设计的主导思想是从面到点的知识认识过程，和从点到面的知识应用能力的培养过程。实验内容按照建立系统概念、基本技术训练、知识综合应用训练、工程应用实训的顺序进行，实验主要分为认知综合型实验和应用设计型实验两部分，实验的具体内容包括实验系统认识实验、实验技术认知实验、物流仓储综合实验和物流仓储设计应用实验4个实验模块，按图2所示顺序进行。

图2中前三部分实验为原有认知综合实验的教学内容，该部分实验完成后，要求学生了解物流仓储系统的组成、实验原理、工作流程，掌握物流仓储与管理、信息管理以及机械设计等理论知识在工程中的应用方法，了解信息管理系统的基本构成和各模块的功能，熟练掌握管理系统软件的使用方法。设计型实验部分的内容是以教学任务计划书为实验题目，根据教学任务书的教学内容、学生人数、教学安排等信息，归纳总结出相关的物流仓储问题，设计包括教学设备需求的规划、采购、仓储、调用以及信息管理等物流仓储的全过程，满足教学任务对设备使用的要求。应用设计型实验的内容主要包含以下几部分：

（1）归纳物流仓储问题，设计实验任务书;

（2）实验总流程规划与设计，完善设备管理系统基本信息;

（3）设计教学设备的规划、采购、仓储、调用、归还等具体物流业务流程;

（4）采集设备库存信息，生成教学设备信息化管理文件，实现教学设备的信息化管理。

3.2 实验的组织与实现

基于教学设备管理的物流仓储创新实验采用自行选择教学课程任务，自由组合实验参与人员的实验模式。实验以小组为单位，每组约5人，角色有物流总部、供方用户、配送中心、配销中心等业务流程管理员。根据实验内容分配角色。

（1）归纳物流仓储问题，设计实验任务书。小组成员根据实验课程提供的教学计划书，选定其中一份教学任务书作为本实验的项目任务。教学任务书主要包括教学内容、学生人数、教学分组等信息。根据教学任务书的信息确定教学所需设备的类型和数量，明确设备的流动过程，归纳物流仓储问题，设计实验任务书。实验任务主要包括实验所需的硬件设备和软件、教学设备的种类及数量、流转箱的个数、参与实验人员的数量等。根据人因工程教学计划书，物流仓储实验任务书的具体内容是8个照度计、8个温湿度计，2台多功能呼吸仪等教学设备。完成教学设备的库存规划与管理、借出、归还等主要的物流仓储任务。所需实验设备主要有自动化立体仓库，全套国内物流仓储软件，物流商品周转箱8个，物流小车2台等。

（2）完善物流仓储管理系统基本信息，规划与设计实验总流程。按照实验任务书的设备需求，首先在管理系统中完成教学设备基础信息的录入工作，为后续进行实验和设备信息化管理做信息准备。图3为人因工程教学物流仓储实验所需设备在总部管理系统中基本信息的输入界面。

由图3可知，设备基础信息主要包括商品的名称、类别、规格型号、最小单位、价格、供货商等信息。首先根据采购计划所确定的设备种类和数量，选定设备供应商并进行优选，确定设备的名称、型号、价格、供货期等信息。设备的名称、型号、价格等按教学设备的档案资料填写，为实现设备管理，供货商取名为教学课程名称。总部管理系统中完成设备基本信息，在整个实验系统中可以实现信息共享。

根据物流仓储流程规划与设计的基本规则和标准流程，将实验任务书中的物流仓储任务分解为业务小流程，并按照一定的顺序进行排列，可以得到物流仓储实验的总流程。人因工程学课程的物流仓储实验总流程如图4所示。

由图4可知，物流仓储实验的总流程主要包括设备规划采购、存储管理、分拣出库和使用归还等业务小流程，协同完成设备的使用与管理，各业务小流程通过物流管理系统中的软件操控物流设备，自动完成商品的流动与信息管理。

（3）物流实验各业务小流程的规划与设计。如前所述，实验的总流通过物流管理系统中的软件操控物流设备，实现商品的自动流动与信息管理。实验操作中，首先需要了解总流程中各业务小流程的目的，建立业务流程与物流管理软件模块间的对应关系，确定各业务流程的具体实验任务，详细规划设计业务小流程的操作流程。图5为实验任务、物流软件和业务流程任务三者关系的物流业务流程。

图5中，第一行为实验任务，中间行为物流所使用的业务流程软件模块，第三行为业务流程的任务。实验系统中的业务流程任务是以软件客户端业务订单的形式操作执行，根据业务流程的实验任务，设计业务流程订单中的各项内容，订单应能够明确反映用户的信息。图6为人因工程课程物流实验物流总部管理中商品采购订单，该模块的实验任务是根据设备使用计划，拟定所需采购的教学设备，利用该流程中的供应链模块，制定商品采购单，完成商品的采购计划。采购订单主要包含订货商品的名称、数量、供货厂商、发货日期等信息，为了与学校设备管理制度的要求相一致，供货商信息与教学课程相对应，管理员对应该管理商品的责任教师，其他信息以教学计划书为依据，采购数量应考虑设备损坏、丢失等意外情况，适当增加额定采购数量，保证教学的正常进行。

图7为人因工程课程物流实验配送中心商品入库模块和入库单据，图8为商品的出库模块和出库单据。入库单据主要包含商品名称、数量、采购单位、入库时间、仓位等信息。出库单据主要包含商品名称、数量、单位信息等。入库作业单据中，采购单位以实验室名称命名，业务员对应该设备的责任管理人，确定商品每箱的包装数量时，在满足仓位数量、空间大小、货架承载能力等硬件设备要求的前提下，依据教学计划书分组人数，合理选择每箱设备的数量，减少拆零配送业务。仓库选择与仓位分配规划，建议优先选用自动化仓库，遵照最短路径、最短时间、最少物流次数等原则进行存储的仓位分配。入库单据和出库单据其他信息的设计与教学计划书相一致。實验中形成的入库和出库物流单据，作为教学设备的实际存储和信息化管理的基础数据。

4 教学设备信息化管理的实现

教学设备信息化管理就是利用目前空置的物流仓库和现有的物流仓储管理系统，利用实验中获得的物流基础信息数据，实现教学设备的存储和信息化管理。目前，实验室设备管理除了包含一般设备管理的基本信息，如设备名称、型号、数量等信息外，管理信息系统中还需要体现设备管理的责任人、设备所属课程等信息，以及设备与责任管理人、设备与课程之间的关联关系等。

在物流仓储系统中，设备的基础信息主要从配送中心系统中商品的出入库单据及库存信息中获得。物流总部完成教学设备使用总体规划，配送中心控制完成商品从采购入库，到商品的仓储、调用和归还等全流程，该流程完成后，形成了完整的入库单、出库单、库存单等物流单据，这些单据中包含了商品的基本信息和使用详情，为设备管理提供了详细的基础数据信息。实验中通过设计各业务流程订单中的商品名称、业务员、往来单位等信息，可以准确地建立实验商品与教学设备两者间的信息对应关系，保证从物流仓储实验信息系统，获得设备信息化管理所需要的所有信息。如在

图6～图8单据中，除了可以获得人因工程课程的照度计设备名称、数量、价格等基础信息外，还可以获得设备的责任管理人为顾老师、照度计属于工业工程课程等关联信息。

图9为配送中心商品库存信息单，由库存单可以获得照度计总数目和有效库存数目，总数目表示学校拥有照度计的总数目，有效库存表示目前可以使用的设备数量，两者的差值表示设备借出的数量。

综上所述，利用物流仓储实验系统中的物流流程单据，可以获得设备管理所需的全部基础数据和动态数据，将这些数据导入到设备管理信息表中，可以实现设备的自动存放和设备信息化管理的目的。

5 结语

基于设备管理与物流仓储实验相结合的设计型实验，创新性地将教学设备引入到物流实验系统中，实现了实验教学与设备信息化管理的相互融合。实验以课程教学设备的使用计划为应用背景，自行规划与设计物流仓储实验的物流流程，以设备信息化管理为工程应用，规划与设计管理系统的信息流，使虚拟的物流商品实物化，构建真实的工程应用环境，并将实验中形成的结果应用于教学设备的信息化管理，拓展了实验系统的应用范围。该创新实验项目在实验教学中进行了尝试性应用，应用效果表明，实验在巩固学生所学理论知识、培养学生解决实际问题的能力等方面取得了良好的教学效果，提高了实验教学的深度和质量，提升了实验室设备管理水平和管理效率。利用空置的物流仓储货架存放教学设备，有效地提高了大型实验设备和实验场地利用率，缓解了实验设备存放空间不足的实际问题，为实验室设备信息化管理和缓解设备场地不足的矛盾提供了一条有效的途径。

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