Witness在高職院校物流專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

宋 雷（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510650）

物流管理專業(yè)在高職院校已經(jīng)經(jīng)歷10多年的發(fā)展，無論從理論教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)方面都取得了很大提高。但是隨著物流行業(yè)設(shè)備與技術(shù)的日益發(fā)展，高職院校物流管理專業(yè)在實(shí)踐教學(xué)過程中也存在各種問題：物流理論知識(shí)比重偏高、實(shí)踐技能訓(xùn)練不足，與當(dāng)今快速發(fā)展的物流產(chǎn)業(yè)對(duì)物流高技能應(yīng)用人才的要求失衡；傳統(tǒng)的理論教學(xué)，跟實(shí)際的物流應(yīng)用脫軌，學(xué)生缺乏真實(shí)的物流環(huán)境氛圍；學(xué)生主要通過在有托盤、貨架等設(shè)施設(shè)備的物流配送中心實(shí)訓(xùn)室、到物流企業(yè)參觀、頂崗實(shí)習(xí)等形式來實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)，而通過物流仿真平臺(tái)幫助學(xué)生獲得實(shí)踐能力培養(yǎng)的運(yùn)用手段較少。因此，如何提高物流專業(yè)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，全面培養(yǎng)學(xué)生的物流職業(yè)綜合能力，顯得尤為重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的仿真技術(shù)，為物流專業(yè)實(shí)踐教學(xué)提供了一種新的途徑。

1 仿真技術(shù)的特點(diǎn)

仿真技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1.1 時(shí)間的伸縮性

使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以將幾個(gè)月甚至幾年或更長時(shí)間的外界系統(tǒng)活動(dòng)壓縮到十幾分鐘甚至幾秒內(nèi)模擬運(yùn)行出來，也可以將短期內(nèi)的系統(tǒng)活動(dòng)放大進(jìn)行長時(shí)間地模擬，在實(shí)踐教學(xué)中可以利用這一點(diǎn)根據(jù)課程的需要設(shè)計(jì)模擬系統(tǒng)，既可以設(shè)計(jì)重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也可以根據(jù)時(shí)間要求建立操作性較強(qiáng)，與現(xiàn)實(shí)比較接近的模型。

1.2 廣泛的適應(yīng)性

利用仿真技術(shù)可以按照教學(xué)需要建立不同類型的仿真模型，這些模型可以是操作性較強(qiáng)的物流設(shè)備操作仿真演示，也可以是物流規(guī)劃方案的仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)對(duì)綜合性較強(qiáng)的物流實(shí)踐教學(xué)來說是尤為重要的。

1.3 可控性

利用仿真技術(shù)的時(shí)間伸縮性、仿真廣泛性的特點(diǎn)，物流實(shí)踐教學(xué)可對(duì)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)有效的控制；由于仿真模型的使用，還可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程可視化，將平面的物流實(shí)踐教學(xué)立體化。

另外，高職院校實(shí)施仿真物流教學(xué)建立物流仿真設(shè)備，可以有效解決物流實(shí)物設(shè)備投資大、對(duì)場(chǎng)地的要求高、更新不便的問題，而且可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)的變化靈活方便地更新仿真設(shè)備。利用仿真技術(shù)的時(shí)間伸縮性、廣泛適應(yīng)性、可控性和便于多方案比較的特點(diǎn)，相對(duì)于物流實(shí)物設(shè)備實(shí)訓(xùn)的實(shí)踐教學(xué)可以更有效滿足物流實(shí)踐教學(xué)的要求。

目前，用于教學(xué)工作的物流仿真軟件比較多，比較常見的有Automod、Witness、Arena、ExtendSim、Flexsim、ED、eMPlant、Simio、ProModel等專業(yè)仿真軟件。由英國Lanner集團(tuán)開發(fā)設(shè)計(jì)的Witness軟件作為一種先進(jìn)的運(yùn)作系統(tǒng)建模與仿真優(yōu)化平臺(tái)，在生產(chǎn)運(yùn)營、供應(yīng)鏈、物流、服務(wù)系統(tǒng)仿真優(yōu)化方面獲得了大量的應(yīng)用和研究成果?；诿嫦?qū)ο蠼＠砟铋_發(fā)設(shè)計(jì)的Witness軟件具有編程工作量少、可視化動(dòng)態(tài)模擬界面、方便的統(tǒng)計(jì)報(bào)表系統(tǒng)、智能優(yōu)化算法等特征，通過Witness開發(fā)的系統(tǒng)仿真模型易于理解和控制，為物流專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)期間深入理解實(shí)際物流系統(tǒng)提供了直觀的、可行的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。本文以物流配送中心成本仿真模型為例說明Witness仿真技術(shù)在物流專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

2 Witness對(duì)物流配送中心成本的仿真教學(xué)舉例

2.1 案例描述

3家供應(yīng)商分別根據(jù)各自產(chǎn)品在配送中心的庫存量進(jìn)行生產(chǎn)，當(dāng)產(chǎn)品在配送中心的庫存小于10件時(shí)，開始生產(chǎn)。供應(yīng)商一、供應(yīng)商二分別以4小時(shí)一件的效率向配送中心供應(yīng)產(chǎn)品，供應(yīng)商三向配送中心每提供一件產(chǎn)品需要的時(shí)間服從2～6小時(shí)的均勻分布。

配送中心根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)的庫存量向各企業(yè)發(fā)貨，當(dāng)生產(chǎn)企業(yè)一的庫存量小于2件時(shí)，向該企業(yè)發(fā)貨；當(dāng)生產(chǎn)企業(yè)二的庫存量小于3件時(shí)，向該企業(yè)發(fā)貨；當(dāng)生產(chǎn)企業(yè)三的庫存量小于4件時(shí)，向該企業(yè)發(fā)貨。配送中心進(jìn)貨成本是3元/件，供貨價(jià)格5元/件。每件產(chǎn)品在庫存中心存貨100小時(shí)的費(fèi)用是1元。

各生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。生產(chǎn)企業(yè)一每生產(chǎn)1件產(chǎn)品需要6小時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)二每生產(chǎn)1件產(chǎn)品需要的時(shí)間服從3～9小時(shí)的均勻分布，生產(chǎn)企業(yè)三每生產(chǎn)1件產(chǎn)品需要的時(shí)間服從2～10小時(shí)的均勻分布。

2.2 仿真目的

假定在保持供應(yīng)鏈連續(xù)工作的條件下，來仿真一段時(shí)間的工作，要求動(dòng)態(tài)顯示配送中心的即時(shí)庫存成本及利潤，作為評(píng)價(jià)仿真系統(tǒng)性能指標(biāo)，并試圖進(jìn)行改善，以期達(dá)到降低庫存成本與增加利潤的目的。

2.3 仿真模型的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 可視化建模

Witness為系統(tǒng)中各種類型的資源設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的可視化元素，常用的建模元素為Part、Machine、Buffer、Vehicle等。Part類型元素模擬通過系統(tǒng)并被動(dòng)態(tài)顯示出來的處理對(duì)象，例如零部件、中間件、成品、顧客、包裹等。Machine類型元素模擬任何對(duì)Part類型元素進(jìn)行處理的對(duì)象，例如機(jī)器設(shè)備或者工作站、工作臺(tái)。Buffer類型元素模擬存儲(chǔ)Part元素的場(chǎng)所，例如原料倉庫、成品庫存，或者顧客隊(duì)列。Vehicle類型元素模擬系統(tǒng)中的搬運(yùn)工具，主要將Part類型元素從一個(gè)工作地運(yùn)往另一工作地。

這些元素在Witness中均以可視化的方式呈現(xiàn)出來，在建模過程中，通過鼠標(biāo)操作，可以在模型工作區(qū)直接顯示出當(dāng)前的建模對(duì)象，如圖1所示。在仿真模型的可視化界面上，建立系統(tǒng)的供應(yīng)商、配送中心、生產(chǎn)商以及顯示圖表，可以實(shí)時(shí)的顯示出建模的可視化效果，逼真形象地模擬了實(shí)際物流系統(tǒng)，有利于學(xué)生理解當(dāng)前的建模工作和實(shí)際物流系統(tǒng)的運(yùn)作規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖1 物流配送中心成本仿真模型布局圖

2.3.2 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

（1）元素參數(shù)的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

Witness仿真平臺(tái)中定義相關(guān)元素之后，需要對(duì)每個(gè)元素的運(yùn)作細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓元素能夠表征實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中被模擬對(duì)象的特征。Witness中每種元素都具有細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)對(duì)話框，通過這些對(duì)話框，學(xué)生在可視化交互模式下對(duì)元素進(jìn)行具體的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，通過這些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生能夠深刻理解物流系統(tǒng)資源的詳細(xì)配置。以圖1所示的物流配送中心成本仿真模型為例，學(xué)生在建立了產(chǎn)品、供應(yīng)商、生產(chǎn)企業(yè)和配送中心等元素之后，還需要進(jìn)行如下細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，才能夠讓模型完善起來。

①設(shè)計(jì)供應(yīng)商到配送中心，以及配送中心到生產(chǎn)商的的路徑，代表現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中行程的長度和實(shí)際路線，并對(duì)其長度、最大容量、部件移動(dòng)每單位所需的時(shí)間等項(xiàng)進(jìn)行設(shè)定。

②設(shè)計(jì)供應(yīng)商、生產(chǎn)企業(yè)等的作業(yè)時(shí)間。作業(yè)時(shí)間是對(duì)應(yīng)該環(huán)節(jié)完成單個(gè)工序所需的時(shí)間，通常是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法處理得到的一個(gè)隨機(jī)分布。

③設(shè)計(jì)每項(xiàng)資源的固定成本和運(yùn)行成本。通過固定成本和運(yùn)行成本的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出在不同模式下的收益。

從上述可視化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的描述可看出，在進(jìn)行這些設(shè)計(jì)時(shí)，始終緊密結(jié)合實(shí)際物流系統(tǒng)的運(yùn)行特征，可以引導(dǎo)學(xué)生逐步理解實(shí)際物流系統(tǒng)各項(xiàng)資源的具體配置參數(shù)，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)際物流系統(tǒng)運(yùn)作規(guī)律的興趣。

（2）系統(tǒng)運(yùn)營控制的規(guī)則設(shè)計(jì)

Witness仿真模型在元素和相關(guān)細(xì)節(jié)設(shè)定以后，需要使用規(guī)則（Rules）將這些元素之間連接起來，說明在元素之間是怎樣流動(dòng)以及勞動(dòng)者是怎樣分配的，形成物流系統(tǒng)的運(yùn)作控制邏輯。Witness提供了Pull、Push、Sequence、Match以及If判定條件等控制語句。

Pull語句實(shí)現(xiàn)本工位設(shè)備直接從上游元素處領(lǐng)取零部件進(jìn)行加工，例如生產(chǎn)企業(yè)直接從本工位前面的緩存區(qū)域獲取零部件進(jìn)行加工處理；Push語句實(shí)現(xiàn)當(dāng)本工位對(duì)當(dāng)前零部件處理完畢后將其送往何處，例如供應(yīng)商加工完畢后通過路徑將零件運(yùn)往配送中心存儲(chǔ)；Sequence語句實(shí)現(xiàn)當(dāng)本工位獲取多件零部件進(jìn)行裝配操作時(shí)，如果這些零部件的裝配具有先后順序關(guān)系時(shí)，逐次放入本工位的輸入方式；Match語句實(shí)現(xiàn)當(dāng)本工位的輸入零部件滿足一定條件方能被獲??；If判定條件方式以更靈活的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，例如通過供應(yīng)商在配送中心的庫存小于10件時(shí)這一條件變量進(jìn)行供應(yīng)商的生產(chǎn)控制。

這些規(guī)則可以使用可視化的方式設(shè)定，也可以直接輸入語句。為了實(shí)現(xiàn)這些規(guī)則，學(xué)生需要調(diào)查、思考實(shí)際物流系統(tǒng)是如何流動(dòng)起來，使用不同的規(guī)則的優(yōu)缺點(diǎn)以及使用情況等問題，可以有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)物流系統(tǒng)運(yùn)作流程的理解。

2.3.3 統(tǒng)計(jì)報(bào)表

通過構(gòu)建Witness仿真模型，可以引導(dǎo)學(xué)生調(diào)查和分析物流系統(tǒng)的本質(zhì)，激發(fā)學(xué)生對(duì)物流系統(tǒng)調(diào)查、分析和改善的興趣。建立仿真模型的最終目的是要通過仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識(shí)別出當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況并提出改善建議。Witness仿真系統(tǒng)提供了大量標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為每個(gè)元素在實(shí)驗(yàn)過程中的相關(guān)指標(biāo)都進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，例如設(shè)備的繁忙率、空閑率、故障時(shí)間率、完成作業(yè)數(shù)量等；零部件輸入數(shù)量、發(fā)送數(shù)量、當(dāng)前數(shù)量、平均數(shù)量、通過系統(tǒng)的平均時(shí)間等。通過這些詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，學(xué)生可以很快掌握系統(tǒng)運(yùn)行績(jī)效的特征，分析出系統(tǒng)的問題以及對(duì)應(yīng)的改善方案。

本文中的模型仿真時(shí)鐘取系統(tǒng)默認(rèn)的1的時(shí)間單位為1小時(shí)，運(yùn)行365×8=2 920仿真時(shí)間單位，根據(jù)運(yùn)行模型得到如表1所示統(tǒng)計(jì)表。改善前的配送中心庫存成本為248.68元，庫存成本較高，降低了利潤。

表1 改善前、后物流配送中心成本統(tǒng)計(jì)表

改善方案：若供應(yīng)商當(dāng)配送中心的庫存量小于5件時(shí)開始進(jìn)行供貨，運(yùn)行模型2 920仿真時(shí)間單位后對(duì)改善方案的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)運(yùn)行模型得到如表1所示統(tǒng)計(jì)表。改善后的配送中心庫存成本降低了53.5%，利潤增加了5.5%。

根據(jù)模型運(yùn)行得出的數(shù)據(jù)和不同資源配置仿真的結(jié)果可以看出：仿真模型模擬了配送中心從3個(gè)供應(yīng)商進(jìn)貨，向3個(gè)生產(chǎn)企業(yè)發(fā)貨，通過調(diào)整模型中供應(yīng)商在配送中心的存貨數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)，大大降低了配送中心的庫存成本，加快了物流的流動(dòng)速度，從而達(dá)到資源優(yōu)化配置的目的。通過報(bào)表分析和改善方案效果評(píng)價(jià)，可以有效提高學(xué)生的物流系統(tǒng)調(diào)查與分析能力。

3 結(jié) 論

Witness系統(tǒng)仿真平臺(tái)作為一種先進(jìn)的流程改善和優(yōu)化輔助決策工具，以其可視化建模方式、簡(jiǎn)易的編程語言、動(dòng)態(tài)運(yùn)行界面以及建模柔性等特征在生產(chǎn)運(yùn)營系統(tǒng)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用，將其作為一種輔助教學(xué)手段引入高職物流專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過程，可以根據(jù)物流技術(shù)的發(fā)展而實(shí)時(shí)更新所需資源，在有限的教學(xué)場(chǎng)地、資金條件下開展眾多類型的實(shí)驗(yàn)，滿足物流實(shí)踐教學(xué)操作性、重復(fù)性、開放性和綜合性特點(diǎn)。通過物流仿真實(shí)驗(yàn)，直接地將實(shí)際物流系統(tǒng)的運(yùn)行場(chǎng)景以可視化的方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生獲得實(shí)際物流系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的直觀認(rèn)識(shí)，有效地提高物流專業(yè)學(xué)生對(duì)物流系統(tǒng)的調(diào)查、分析和改善能力。

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