基于三維仿真系統(tǒng)的物流管理課程建設(shè)芻議

黃 穎（江蘇科技大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 張家港 215600）HUANG Ying (Business School,Jiangsu University of Science and Technology,Zhangjiagang 215600,China)

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對物流的需求量越來越大，對人才的需求無論從數(shù)量上還是質(zhì)量上都顯得更為迫切。目前國內(nèi)有200多所高校開設(shè)了物流管理相關(guān)的專業(yè)，近年來也培養(yǎng)了大量的物流專業(yè)人才滿足市場需求。但是由于物流管理專業(yè)開設(shè)的歷史較短，缺乏完整的理論體系和實踐經(jīng)驗，因此大量的物流管理教學(xué)依然處于不斷探索的階段。

物流管理課程是一門理論與實踐性均較強(qiáng)的專業(yè)核心課程，對學(xué)生專業(yè)知識體系的建立具有重要的框架性作用。在教學(xué)過程中首先需要使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性，其次是將理論能夠與實際問題相結(jié)合，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，增強(qiáng)對專業(yè)的價值與意義的認(rèn)同感。因此在教學(xué)過程中需要兩方面并重，在理性和感性層面加強(qiáng)學(xué)生對物流知識的認(rèn)識，并能直觀地感受到物流系統(tǒng)運行的實際情況，避免空洞的理論講授使學(xué)生感覺過于抽象，難以產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動力[1]。因此在物流管理課程教學(xué)中不僅需要知道教什么，更應(yīng)該掌握如何教的方法，實現(xiàn)從感性認(rèn)識向著理性分析的層面逐漸深入。一般來說，為了能夠更好地實現(xiàn)理論聯(lián)系實際教學(xué)，傳統(tǒng)做法為帶學(xué)生進(jìn)行認(rèn)識實習(xí)，到周邊相關(guān)企業(yè)去參觀并了解物流的設(shè)施設(shè)備、合理布局等方面的內(nèi)容，但是受制于學(xué)時數(shù)、成本、組織難度等方面的考量，這種現(xiàn)場教學(xué)方式難以大面積的開展。

為了緩解這一需求和實際困難之間的矛盾，本文嘗試?yán)糜嬎銠C(jī)仿真技術(shù)的先進(jìn)成果，將物流系統(tǒng)的運行過程以及實際運行的狀態(tài)以動態(tài)三維可視化的方式向?qū)W生展示，并可由學(xué)生自己動手參與，通過自行動手調(diào)整設(shè)備以及參數(shù)，觀察和研究其中所發(fā)生的變化，從而更好地理解物流系統(tǒng)優(yōu)化的含義以及方法，這對于講授物流系統(tǒng)組成以及系統(tǒng)優(yōu)化均具有極強(qiáng)的現(xiàn)實意義，能夠有效地調(diào)動學(xué)生參與的積極性，將灌輸式學(xué)習(xí)向著探討式與研究式學(xué)習(xí)的方向發(fā)展。這一方法在筆者的課堂教學(xué)中嵌入，取得了良好的教學(xué)效果，值得在物流管理課程教學(xué)中推廣與應(yīng)用。

1 仿真理論與工具分析

仿真理論認(rèn)為，通過對現(xiàn)實環(huán)境的模擬，能夠在可控的條件下抽取主要影響系統(tǒng)的要素，使其在接近實境條件下展現(xiàn)系統(tǒng)的功能。仿真最初是從流程仿真開始，逐漸進(jìn)入二維仿真、三維仿真以及更為接近實境的體感仿真。這一演化過程可以讓教學(xué)、培訓(xùn)等工作更易于組織，實現(xiàn)成本也更低。例如在美國對伊拉克的沙漠風(fēng)暴作戰(zhàn)中，美國士兵基本上是未曾經(jīng)歷過任何實戰(zhàn)的新手，但是卻輕易地戰(zhàn)勝了伊拉克的有著豐富實戰(zhàn)經(jīng)驗的精銳部隊。這一戰(zhàn)爭結(jié)果并不意外，因為美軍士兵已經(jīng)在本土進(jìn)行過多次沙漠作戰(zhàn)的仿真演練，而美軍認(rèn)為，這一場實戰(zhàn)并不比仿真演習(xí)中的場景更困難[2]。這從一個側(cè)面說明了仿真系統(tǒng)的價值和重要性。

隨著當(dāng)代越來越多的系統(tǒng)操作都是通過計算機(jī)進(jìn)行的，操作者也只能通過計算機(jī)屏幕上的反饋得知真實系統(tǒng)的運行狀況。那么如果仿真系統(tǒng)足夠逼真，操作者在采用仿真訓(xùn)練和真實訓(xùn)練并沒有太大的不同，但是其成本和效率將發(fā)生較大變化，訓(xùn)練者可以輕易地調(diào)整一些現(xiàn)實中無法便捷調(diào)整的參數(shù)，并觀察和體驗其結(jié)果的不同，因此仿真這一方法成為系統(tǒng)開發(fā)與人員技能培訓(xùn)等領(lǐng)域不可或缺的重要工具，其價值表現(xiàn)得也越來越明顯。

物流仿真作為一個新興仿真領(lǐng)域，與工業(yè)仿真一樣得到了較多的關(guān)注，當(dāng)前市場上能夠見到的仿真軟件主要有以下幾類：

（1）流程性系統(tǒng)動力學(xué)仿真

這一類工具主要研究系統(tǒng)中的存量與流量的因果關(guān)系，其建模過程較為抽象，主要可用于物流系統(tǒng)中庫存量決策等問題。

（2）二維平面仿真

此類工具將上一類仿真模型中的流程轉(zhuǎn)化為了二維實體對象，通過設(shè)定對象之間的連接邏輯以及對象屬性，建立了一個實體物流系統(tǒng)的映射關(guān)系，并通過加速系統(tǒng)的運行時間，能夠在較短時間內(nèi)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，并得到系統(tǒng)分析結(jié)果。

（3）三維仿真系統(tǒng)

這是當(dāng)前業(yè)界的熱點，這一類仿真軟件基于第二類軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行實體對象的三維模塊化，并將物流系統(tǒng)中的各項作業(yè)流程采用實時動畫的形式加以展現(xiàn)，能夠以較為直觀的方式展現(xiàn)物流系統(tǒng)的運行，分析其運行結(jié)果。

（4） 體感仿真

這是下一代的仿真技術(shù)的發(fā)展方向。體感技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了大量可以真實 “感觸”的虛擬實體，而不是在計算機(jī)前用鼠標(biāo)進(jìn)行的操作，實驗者可以利用體感手套以及VR眼鏡操作虛擬環(huán)境中的設(shè)備與對象，并身臨其境地感受到系統(tǒng)的各種狀態(tài)。這需要軟件與硬件系統(tǒng)的整合，當(dāng)前硬件平臺已經(jīng)較為成熟，而軟件方面尚且欠缺，系統(tǒng)的整合仍需要經(jīng)歷一個發(fā)展的階段。但不可否認(rèn)，這將是未來最有前景的一種仿真形式。

2 物流管理仿真軟件選擇的基本原則

在物流管理課程教學(xué)中引入仿真系統(tǒng)，既需要考慮技術(shù)的先進(jìn)性，同時也要考慮到易用性、成本、適用面等方面因素的影響。為此，經(jīng)過筆者的實際教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)得出，在軟件選擇上應(yīng)把握如下四個方面的原則：

（1）易學(xué)易用性

這是一個必要的條件，如果軟件復(fù)雜度很高，學(xué)習(xí)起來將花費大量的時間和精力，以及需要較多的編程和其他背景知識的話，會帶來較高的技術(shù)門檻，將仿真教學(xué)變成一個 “不可能完成的任務(wù)”，這是尤其需要注意的地方，如果從一開始學(xué)生就無法對其產(chǎn)生興趣的話，即便后期能夠產(chǎn)生更好的效果，也只是一種空談而已。因此需要仿真系統(tǒng)強(qiáng)化人機(jī)界面，采取搭積木的方式將所需要的對象 “拖拽”到工作空間中，并直觀地在各個對象間建立邏輯關(guān)系，這樣的系統(tǒng)才能夠使學(xué)生迅速入門。

（2）模塊標(biāo)準(zhǔn)化

在物流系統(tǒng)中同一類設(shè)備往往有各種不同的型號。但是在仿真過程中不需要如此多的不同設(shè)備，而只需要將設(shè)備的共性部分加以呈現(xiàn)，對主要的功能輸出加以描述。例如在實際中叉車有內(nèi)燃機(jī)式和電瓶式之分，每一類下又有更多的指標(biāo)參數(shù)。但是在仿真中并不關(guān)注這些差異，而只關(guān)注叉車的行駛速度、抬升高度、最大載重負(fù)荷等與性能相關(guān)的參數(shù)，這樣就能夠有更好的大局觀視角，將精力集中于系統(tǒng)的仿真，而不是設(shè)備。

（3）接口開放性

仿真系統(tǒng)需要能夠適用于多種不同的實際環(huán)境，例如在設(shè)備的三維模型中或者物流設(shè)施的平面布置中，三維仿真系統(tǒng)可能并不擅長于具體設(shè)備的建?；蛘咂矫娌季?，但是可以方便地從外部系統(tǒng)中導(dǎo)入AUTOCAD、3DMAX等專門化軟件所形成的布局或者對象，便于協(xié)作與共享。

（4） 可控制性

在仿真系統(tǒng)中，可對于任意實體對象有更多的參數(shù)控制，可根據(jù)自己的需求任意修改其中的一部分參數(shù)，這可以滿足一些高端用戶對仿真系統(tǒng)的要求，具有更強(qiáng)的仿真能力。

3 物流管理課程仿真教學(xué)應(yīng)用階段

在物流課程中引入仿真，可分為如下幾個階段：

（1）三維實體設(shè)備的仿真

在物流課程中講授不同物流設(shè)備及其應(yīng)用，傳統(tǒng)上介紹設(shè)備的功能、參數(shù)，以及圖片視頻等，但是學(xué)生并無對設(shè)備的直觀印象。運輸車輛這些常見設(shè)備還能夠從日常生活中感知得到，但是對于AGV、ASRS等平時看不到的設(shè)備，則缺乏一個清晰的認(rèn)識。通過三維矢量建模，將設(shè)備的三維模型根據(jù)實體尺寸進(jìn)行再現(xiàn)，學(xué)生可以通過在計算機(jī)上用鼠標(biāo)查看設(shè)備的各個不同細(xì)節(jié)，對其尺寸、部件功能等都能有更清晰的認(rèn)識，同時矢量模型還可以支持無損縮放，因此，可將設(shè)備的細(xì)節(jié)進(jìn)行放大，進(jìn)行詳細(xì)的介紹和描述。這使學(xué)生在了解設(shè)備的時候有了更多的可參與性，效果較好。

（2）物流設(shè)備在系統(tǒng)中作用分析

物流系統(tǒng)中的設(shè)備需要通過鏈接來形成一個整體需要說明設(shè)備在物流系統(tǒng)中的作用，那么需要將設(shè)備嵌入在一個真實的場景中，讓其工作，表現(xiàn)出設(shè)備的功能特征。例如，在一個典型的物流倉庫中，由貨架、叉車等設(shè)備組成了一個倉儲系統(tǒng)，那么在給定了輸入輸出接口的時候，貨物的流動構(gòu)成系統(tǒng)的主要功能，因此可以通過建模將此過程描述出來，如何接貨、叉車設(shè)備如何實現(xiàn)托盤上架、如何出貨等過程均可實現(xiàn)三維動畫方式表達(dá)，使學(xué)生能夠了解設(shè)備在系統(tǒng)中的作用。

（3）模塊化仿真系統(tǒng)運行與優(yōu)化

作為物流管理，更多地是需要學(xué)生在了解系統(tǒng)作用的前提下進(jìn)行如何才能更好地實現(xiàn)管理這一目標(biāo)，所謂管理，即在資源受限的條件下實現(xiàn)系統(tǒng)效率的最大化，避免閑置、浪費以及資源配置不足等不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。例如在上一步完成的條件下，對系統(tǒng)中貨物的到達(dá)進(jìn)行描述，可以給定一個真實的貨物到達(dá)時間數(shù)量表，或者按照一定的概率分布給定貨物到達(dá)，在系統(tǒng)中給出貨架的存放最大容量，叉車設(shè)備的作業(yè)時間等參數(shù)，那么通過讓系統(tǒng)在計算機(jī)中快速運行，并得出系統(tǒng)的使用率，使學(xué)生對系統(tǒng)瓶頸、優(yōu)化等概念有更深入的理解。例如，在暫存區(qū)貨物出現(xiàn)了大量的堆積，而貨架利用率尚且不足，叉車卻是滿負(fù)荷工作，此時，學(xué)生便易于找到系統(tǒng)的瓶頸，并且嘗試著提出采取什么樣的方案才能夠更好地解決這一問題。這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有了更強(qiáng)地參與和動手的積極性。

（4）模塊整合，綜合研究

將各個獨立的物流系統(tǒng)模塊進(jìn)行整合，從而掌握更為復(fù)雜的大系統(tǒng)運行的仿真模擬，對物流有更為成熟的大系統(tǒng)觀。物流課程的講授一般是從系統(tǒng)的七大功能要素展開的，并最終要對其各個功能模塊有綜合性、整體性的認(rèn)識，因此，給出各個子系統(tǒng)的接口，并將子系統(tǒng)定義為若干個子模塊，這樣可以方便地形成一個可運行的大系統(tǒng)，分析各個子系統(tǒng)模塊之間的關(guān)系，并實現(xiàn)物流效率的提升。在教學(xué)過程中加入了這些仿真的手段，使學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn) “做中學(xué)”，使其產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動力和興趣，極大地提高了教學(xué)的效果。

4 結(jié)論

通過在物流管理教學(xué)過程中引入仿真軟件Flexsim，極大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，通過布置實際問題的形式，鼓勵學(xué)生主動地尋找問題答案，學(xué)生能夠在課后自覺地進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，并開始對優(yōu)化的概念進(jìn)行思考，在嘗試解決系統(tǒng)瓶頸問題時，開始由問題驅(qū)動學(xué)習(xí)理論方法，對課本上所描述的大量抽象概念有了更為清晰的認(rèn)識。并且通過這一工具的掌握，為后續(xù)的運輸與配送管理、倉儲管理以及物流系統(tǒng)規(guī)劃等課程的深入學(xué)習(xí)奠定了堅實的基礎(chǔ)，有助于學(xué)生將前后所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行貫通，逐步提高解決更為復(fù)雜的物流問題的能力，起到了比參加企業(yè)認(rèn)識實習(xí)更好的效果。在教學(xué)實際運用過程中，需要能夠?qū)⑵髽I(yè)的真實場景和問題引入到三維建模過程中來，而不僅僅采用一個假設(shè)的場景，這樣更易于使學(xué)生理解物流系統(tǒng)仿真的價值所在。

[1]黃穎，王勉.基于案例難度矩陣的物流管理課程案例教學(xué)方法研究[J].價值工程，2010,29(35):192-193.

[2]凱文·凱利.技術(shù)元素[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.