果蔬配送中心作業(yè)策略仿真與優(yōu)化

王文銘，鄭 薇，2

(1.中國石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東 東營 257061;2.煙臺南山學(xué)院，山東 煙臺 265713)

山東省是我國的果蔬生產(chǎn)大省，果蔬種植面積及產(chǎn)量均居于全國前列，成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)［1］。因此，加快發(fā)展果蔬類農(nóng)產(chǎn)品的流通，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化物流的重要環(huán)節(jié)。

果蔬類農(nóng)產(chǎn)品具有較強(qiáng)的季節(jié)性、地域性、易腐性和易變質(zhì)等特性，這對果蔬的儲藏、加工、配送、運輸和銷售等物流環(huán)節(jié)提出了特殊要求。

果蔬及果蔬產(chǎn)業(yè)的特性決定了其流通過程不完全等同于工商業(yè)、制造業(yè)的物流運作模式和要求，果蔬類物流在理論研究與實踐活動中具有自己的獨特性，主要表現(xiàn)為:①果蔬生產(chǎn)季節(jié)性強(qiáng)，物流數(shù)量大，種類、品種繁多。②果蔬供給主體分散，物流網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、龐大、運距長。③果蔬市場供給與需求彈性小，價格波動較大，應(yīng)保證其物流供應(yīng)的連續(xù)性來滿足持續(xù)性消費需求。④涉及技術(shù)領(lǐng)域廣，物流難度大，物流成本高。

目前，我國果蔬類配送中心基本上沿用傳統(tǒng)的批發(fā)市場方式進(jìn)行配送作業(yè)，作業(yè)環(huán)節(jié)較多，物流損耗較大，作業(yè)效率較低［2］。因此，如何優(yōu)化其作業(yè)策略，提高配送中心的勞動生產(chǎn)效率，從而降低物流成本，是促進(jìn)果蔬類農(nóng)產(chǎn)品流通體系快速發(fā)展的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

利用仿真方法［3-4］解決果蔬配送作業(yè)方案問題，可以比較直觀地展示物流流程的運行過程并反映出作業(yè)狀態(tài)，對多種配送作業(yè)方案進(jìn)行評測并選擇最優(yōu)方案，從而為決策提供支持。

Witness［5］是英國 Lanner Group 公司推出的具有面向?qū)ο蠊δ艿姆抡孳浖a(chǎn)品，是平面離散系統(tǒng)生產(chǎn)線仿真器，可以用于離散事件系統(tǒng)的仿真，同時又可以用于連續(xù)流體(如液壓、化工、水力)系統(tǒng)的仿真，具有完備的基本仿真功能和處理優(yōu)勢，在汽車、航天航空、電子電器、食品飲料、石油天然氣、醫(yī)藥化工和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

筆者以果蔬配送中心的作業(yè)流程為研究對象，要求配送中心在滿足客戶需求的前提下，盡可能提高配送作業(yè)效率，提高物流設(shè)施設(shè)備及工作人員等資源的利用效率，減少庫存，縮短產(chǎn)品流通時間，減少在配送過程中造成的損失。

1 果蔬配送中心作業(yè)策略建模分析

果蔬配送中心由相應(yīng)的設(shè)施、設(shè)備和運作管理方式構(gòu)成一個完整的服務(wù)系統(tǒng)，包括果蔬的集中、分類和散發(fā)3個步驟，由一系列功能獨立的配送作業(yè)環(huán)節(jié)組成，如集貨、分揀、配貨、配裝和送貨等。

果蔬配送作業(yè)是典型的離散事件系統(tǒng)［6］，引起系統(tǒng)狀態(tài)變化的各種作業(yè)事件的發(fā)生具有隨機(jī)性，運用計算機(jī)仿真技術(shù)解決這類復(fù)雜問題時，需要確定影響系統(tǒng)變化的隨機(jī)變量，并分析確定這些隨機(jī)變量的概率分布類型和相關(guān)參數(shù)，建立計算機(jī)仿真模型，采用多組隨機(jī)數(shù)進(jìn)行多次獨立重復(fù)的仿真并分析這些仿真結(jié)果，從中選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。

建模步驟如下:

(1)采用實體流圖法［7］建立配送作業(yè)過程的流程圖，借助實體流程圖表示系統(tǒng)中的事件、狀態(tài)變化及實體間相互作用的數(shù)量關(guān)系和邏輯關(guān)系，即按照實際的配送作業(yè)工作流程，在規(guī)定的時間內(nèi)順序地改變實體或設(shè)備的狀態(tài)。

(2)分析各種實體的狀態(tài)、活動，以及各種狀態(tài)的變化規(guī)律，對其參數(shù)的取值、參變量的計算方法進(jìn)行描述，確定隨機(jī)變量及其所屬的分布函數(shù)［8-10］。

筆者以某果蔬配送中心為例，將系統(tǒng)分成收貨區(qū)、流通加工區(qū)、理貨分揀區(qū)、儲存區(qū)和配裝發(fā)貨區(qū)5個作業(yè)區(qū)域，其作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 果蔬配送中心物流作業(yè)流程圖

配送中心根據(jù)不同作業(yè)環(huán)節(jié)的需要安排工作人員和機(jī)器設(shè)備，整個作業(yè)過程包括果蔬入庫、盤點及搬運作業(yè)，相關(guān)作業(yè)人員有果蔬質(zhì)檢、盤點人員和搬運人員，機(jī)器設(shè)備包括叉車、托盤等。

根據(jù)對相關(guān)作業(yè)數(shù)據(jù)的分析、處理可得:

(1)固定批量果蔬的到達(dá)時間間隔服從泊松分布，即POISSON(10，1)，且每個果蔬的平均重量約為0.25 kg，每批到達(dá)4000個，即每一批果蔬重量為1000 kg，果蔬裝箱后每箱重量為50 t，每天到達(dá)50箱;

(2)收貨區(qū)各工作機(jī)器處理1 kg果蔬需要的時間服從均勻分布UNIFORM(2，5);

(3)流通加工區(qū)各工作機(jī)器(如包裝機(jī)和封口機(jī)等)，加工1 kg果蔬物品需要的時間服從均勻分布UNIFORM(3，5);

(4)理貨分揀區(qū)主要包括果蔬分揀作業(yè)，其分揀機(jī)器配備有理貨人員，分揀1 kg果蔬所需時間服從均勻分布UNIFORM(1，3);

(5)配裝發(fā)貨區(qū)機(jī)器的工作時間服從UNIFORM(5，10)分布;

(6)在儲存區(qū)用t(t≥0)表示不同種類果蔬的保鮮期，將保鮮期在2 d以內(nèi)的果蔬歸為一類，即t≤2的果蔬;將保鮮期在3～7 d的果蔬歸為一類，即3≤t≤7的果蔬;保鮮期在7 d以上的果蔬歸為一類，即t＞7的果蔬;

(7)仿真元素各利用率的調(diào)整值允許在(-7%，7%)的誤差范圍內(nèi)變動。

根據(jù)上述對果蔬配送中心物流作業(yè)流程的分析，將圖1的作業(yè)流程圖抽象化，建立包括收貨區(qū)、流通加工區(qū)、理貨區(qū)、儲存區(qū)和配裝發(fā)貨區(qū)5個仿真模塊的仿真模型如圖2所示，各個仿真模塊由具體的作業(yè)模塊構(gòu)成。

圖2 果蔬配送中心物流作業(yè)仿真模型

2 實例分析

2.1 建立模型

利用Witness仿真軟件面向?qū)ο蟮目梢暬δ埽瑢Ψ抡婺Ｐ椭械脑剡M(jìn)行可視化設(shè)置，使仿真模型運行更具真實性。

配送中心作業(yè)流程仿真界面如圖3所示。

圖3 配送中心作業(yè)流程仿真界面圖

仿真模型中部分元素說明如下:

P1、P2、P3分別代表保鮮期較短的果蔬、需要冷藏的果蔬、需要冷凍的果蔬;M1、M2、M3、M4分別代表收貨區(qū)、流通加工、理貨分揀、配裝發(fā)貨的機(jī)器;Labor1、Labor2、Labor3 代表叉車、手推車、工作人員;C1、C2、C3代表傳送帶。

2.2 模擬結(jié)果及分析

模型仿真時鐘取系統(tǒng)默認(rèn)的時間單位為1 min，根據(jù)選取的數(shù)據(jù)，對配送中心一天的運行狀況進(jìn)行模擬仿真，設(shè)定每天8 h制的工作時間，因此物流仿真時間設(shè)定為8×60=480仿真時間單位，并假設(shè)整個配送中心的各個工作環(huán)節(jié)連續(xù)進(jìn)行。根據(jù)以上參數(shù)的設(shè)定，運行仿真模型，得到傳送帶工作狀態(tài)、機(jī)器工作狀態(tài)和員工工作狀態(tài)的統(tǒng)計結(jié)果界面圖如圖4～圖6所示。

圖4 傳送帶工作狀態(tài)統(tǒng)計界面圖

圖5 機(jī)器工作狀態(tài)統(tǒng)計界面圖

圖6 員工工作狀態(tài)統(tǒng)計界面圖

從圖4可知，傳送帶C1將果蔬從收貨區(qū)送到流通加工區(qū)進(jìn)行加工、C2將果蔬從流通加工區(qū)送到理貨分揀區(qū)，這兩條傳送帶的利用率分別達(dá)到了67.35%，50.16%，但相應(yīng)發(fā)生了 24.99%、36.89%的阻塞，說明在這兩個過程中工作人員或機(jī)器設(shè)備沒能及時處理到達(dá)的果蔬，或者是人員或機(jī)器設(shè)備數(shù)量不夠;C3傳送帶將果蔬送到儲存區(qū)的利用率較低，只有44.79%。

從圖5可知，M1、M2兩臺機(jī)器的利用率不高，分別為52.29%、54.00%，同時，M1和M2也發(fā)生了阻塞，其阻塞程度分別為3.82%和17.81%;M3發(fā)生了嚴(yán)重阻塞，導(dǎo)致利用率極低，僅為22.87%;M4的利用率基本上符合預(yù)期目標(biāo)。

從圖6可知叉車Labor1、手推車Labor2、人員Labor3都有大約一半的閑置狀態(tài)。尤其是Labor2，閑置狀態(tài)最多，說明沒有充足的工作人員和叉車與之配套使用。

由上述分析可知，該果蔬配送中心物流作業(yè)環(huán)節(jié)的運行效率不高，并未達(dá)到充分利用配送中心工作人員、設(shè)施設(shè)備等資源的目標(biāo)，需進(jìn)一步針對這些情況，對作業(yè)條件和資源配置進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，以滿足果蔬配送中心資源充分利用的目標(biāo)，提高果蔬配送中心的作業(yè)效率和果蔬周轉(zhuǎn)率。

3 結(jié)論與建議

通過對果蔬配送中心物流環(huán)節(jié)的分析，運用Witness仿真軟件建立物流作業(yè)仿真模型，并對其進(jìn)行仿真，通過顯示其物流配送系統(tǒng)的整個運作過程及各主要環(huán)節(jié)，清晰明了地了解其中發(fā)生的問題，根據(jù)預(yù)定的仿真目標(biāo)對仿真輸出結(jié)果(以報表或圖形的形式表現(xiàn))進(jìn)行分析，內(nèi)容包括機(jī)器設(shè)備、人員等的利用率和空閑率等，及時調(diào)整模型的參數(shù)，主要是各個環(huán)節(jié)內(nèi)人員和機(jī)器設(shè)備的安排數(shù)量，以使果蔬物流配送中心取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

仿真結(jié)果表明，所建立的果蔬配送中心物流作業(yè)模型符合實際情況，運用Witness仿真軟件可以便捷地對模型進(jìn)行驗證，只需對部分模型元素進(jìn)行替換或修改就可實現(xiàn)作業(yè)策略的分析或改進(jìn)，為提高果蔬類農(nóng)產(chǎn)品的配送效率、加快果蔬類農(nóng)產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)速度，提供有效的手段和工具。

［1］張根生.關(guān)于土地經(jīng)營的調(diào)查［J］.新華文摘，2005(21):24-25.

［2］戰(zhàn)書彬，李秀麗.基于精益思想的山東半島農(nóng)產(chǎn)品物流體系構(gòu)建［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(4):1801-1804.

［3］GREASLEY A.Simulation modelling for business［M］.Aldershot:Ashgate Publishing Limited，2004:54-87.

［4］GREASLEY A.Increasing the use of simulation in business［C］//Proceedings of the 2005 Summer Computer Simulation Conference.［S.l.］:［s.n.］，2005:400-405.

［5］王亞超，馬漢武.生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真:Witness系統(tǒng)及應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2006:21-143.

［6］王維平.離散事件系統(tǒng)建模與仿真［M］.長沙:國防科技大學(xué)出版社，1997:10-98.

［7］雋志才，孫寶鳳.物流系統(tǒng)仿真［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007:18-102.

［8］COSTANTINO F，GIULIO D，MASSIMO T.Simulation model of the logistic distribution in a medical oxygen supply chain［C］//Proceedings of the 19th European Conference on Modelling and Simulation.［S.l.］:［s.n.］，2005:175-183.

［9］龔波.基于Witness的生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真研究［D］.武漢:武漢理工大學(xué)圖書館，2008.

［10］耿麗梅，陳國華.物流配送中心工作流程的建模與仿真［J］.物流技術(shù)，2008，27(4):107-111.