Flexsim在倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化教學(xué)中的應(yīng)用研究

文/徐國(guó)虎 劉 爽 沈 文

一、引言

倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)系統(tǒng)是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，它是集物流、信息流和資金流于一體的流通型節(jié)點(diǎn)，因此倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程的優(yōu)化對(duì)物流系統(tǒng)整體效率的提高起到至關(guān)重要的作用。而我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)管理水平較低、作業(yè)效率不均衡、布局不合理等問(wèn)題一直是企業(yè)及學(xué)界所關(guān)注的熱點(diǎn)，倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化也成為了眾多高校物流教學(xué)的主題。然而目前對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化的教學(xué)大多以理論教學(xué)為主，學(xué)生對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)流程優(yōu)化對(duì)企業(yè)的意義無(wú)法產(chǎn)生直觀認(rèn)識(shí)，所以學(xué)以致用的教學(xué)目的也難以通過(guò)傳統(tǒng)的教學(xué)方式達(dá)到。而模擬仿真的出現(xiàn)，將在一定程度上彌補(bǔ)現(xiàn)有教學(xué)方式的缺陷，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，仿真教學(xué)不僅能夠幫助學(xué)生了解基本理論基礎(chǔ)、有關(guān)技術(shù)及操作方法，還能將學(xué)生置身于企業(yè)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)增進(jìn)其對(duì)企業(yè)流程優(yōu)化的直觀認(rèn)識(shí)，所以說(shuō)構(gòu)建以模擬仿真為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是對(duì)理論教學(xué)的重要補(bǔ)充。基于此，本文將以Z公司為案例，通過(guò)構(gòu)建Flexsim仿真模型來(lái)模擬并優(yōu)化該公司現(xiàn)有的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程，以期為今后模擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展提供參考與借鑒。

二、Flexsim軟件在倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化中的適用性分析

近年來(lái)，我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)與配送的建設(shè)仍處于一種粗放型的狀態(tài)，存在著倉(cāng)儲(chǔ)管理水平較低、倉(cāng)庫(kù)布局不合理、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備利用率不高、作業(yè)效率不均衡等多個(gè)問(wèn)題，倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化任重而道遠(yuǎn)。傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化教學(xué)集中在理論學(xué)習(xí)層面上，主要包括對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)的概念、作業(yè)流程、作業(yè)流程優(yōu)化的理論和方法等方面的講授，晦澀、枯燥，很難引起學(xué)生對(duì)課程的興趣[1]。與此同時(shí)，由于學(xué)生缺乏對(duì)企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程的直觀認(rèn)識(shí)，使得學(xué)生對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的理解大打折扣。雖然也有一些高校借助ERP、沙盤(pán)對(duì)抗等實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ捷o助教學(xué)，但是僅僅以數(shù)據(jù)來(lái)模擬企業(yè)運(yùn)作的業(yè)務(wù)流程活動(dòng)，仍然無(wú)法從根本上幫助學(xué)生對(duì)企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程進(jìn)行直觀認(rèn)識(shí)。

圖1 基于Flexsim仿真軟件的項(xiàng)目仿真模型1

基于傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，越來(lái)越多的專家學(xué)者開(kāi)始尋求更為有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。Flexsim憑借其強(qiáng)大的圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)贏得了眾多企業(yè)的青睞，而Flexsim三維動(dòng)態(tài)的顯示功能可以用來(lái)仿真模擬企業(yè)作業(yè)流程的多個(gè)環(huán)節(jié)，這將在極大程度上彌補(bǔ)理論教學(xué)可視化不足的問(wèn)題[1]。另外其擁有建模、仿真分析、可視化、外圍接口等功能優(yōu)勢(shì)[2]，可以將眾多不同參數(shù)組合的運(yùn)行結(jié)果輸出后進(jìn)行分析比較，從而得到較優(yōu)的參數(shù)組合，這不但有利于企業(yè)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，還有助于增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。目前已經(jīng)有多位學(xué)者著手于Flexsim軟件在倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化中應(yīng)用的研究，張李威[3]以中商平價(jià)倉(cāng)儲(chǔ)中心為實(shí)例，結(jié)合Flexsim軟件對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行仿真，最終完成該倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化。朱小榮[4]采用Flexsim仿真軟件對(duì)某物流中心的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行了建模和深入的分析，從補(bǔ)貨策略設(shè)備配置及利用率等方面對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化，提出了改進(jìn)意見(jiàn)和建議。徐林華[5]以錦程倉(cāng)庫(kù)為例，以Flexsim軟件為基礎(chǔ)分析了倉(cāng)儲(chǔ)的具體作業(yè)過(guò)程，給出了優(yōu)化方案，消除了瓶頸，使設(shè)備利用率達(dá)到預(yù)期值。

基于上述分析，本文認(rèn)為將Flexsim軟件應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化是可行的，通過(guò)模型可以檢驗(yàn)現(xiàn)實(shí)情況下人員、設(shè)施設(shè)備等資源的利用效率、庫(kù)存水平高低等并確定系統(tǒng)中“瓶頸”所在；通過(guò)對(duì)模型的分析，能夠確定影響貨物出入庫(kù)作業(yè)效率的主要因素；另外，可以通過(guò)對(duì)初始模型的分析，提出改進(jìn)方案，修改模型參數(shù)并再次運(yùn)行仿真模型，分析改進(jìn)前后系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)的變化，如此循環(huán)直到系統(tǒng)得到優(yōu)化。所以說(shuō)，無(wú)論在實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是企業(yè)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中Flexsim軟件都具備相當(dāng)?shù)倪m用性。

三、基于Flexsim軟件的Z公司倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)系統(tǒng)案例分析

1.案例背景

Z公司同某小家電企業(yè)共同出資打造一個(gè)商業(yè)電視購(gòu)物平臺(tái)，整合電視、互聯(lián)網(wǎng)等資源，為顧客提供多元化的優(yōu)質(zhì)商品與服務(wù)。Z公司倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)負(fù)責(zé)客戶通過(guò)電視購(gòu)物平臺(tái)所訂購(gòu)產(chǎn)品的物流環(huán)節(jié)，包括根據(jù)客戶訂單進(jìn)行貨物的入庫(kù)、保管和出庫(kù)等環(huán)節(jié)。

現(xiàn)有倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程：入庫(kù)作業(yè)——該倉(cāng)庫(kù)有兩種不同類型的貨物，貨物到達(dá)后，要求根據(jù)訂單對(duì)貨物進(jìn)行檢驗(yàn)并分類，檢驗(yàn)合格的貨物放至倉(cāng)庫(kù)臨時(shí)存貨區(qū)，等待叉車搬運(yùn)到貨架進(jìn)行保管。出庫(kù)作業(yè)——當(dāng)接到出庫(kù)訂單后，裝卸工將需要出庫(kù)的貨物揀選出來(lái)放至?xí)捍鎱^(qū)，經(jīng)由叉車運(yùn)至檢驗(yàn)器等待出庫(kù)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后出庫(kù)。

2.Z公司倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)有流程及瓶頸分析

本文以Z公司的倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)系統(tǒng)為例，通過(guò)運(yùn)用Flexsim軟件對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，以達(dá)到發(fā)現(xiàn)并消除項(xiàng)目發(fā)展瓶頸，提高系統(tǒng)運(yùn)作效率以及訂單完成率等目的。

圖2 匯總報(bào)告

（1）基于Flexsim仿真軟件的項(xiàng)目仿真模型的構(gòu)建

根據(jù)以上系統(tǒng)描述和企業(yè)的實(shí)際作業(yè)流程，建立基于Flexsim仿真軟件的仿真模型（模型1），如圖1所示。

并設(shè)置系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如下。

貨物到達(dá)：該公司倉(cāng)庫(kù)有兩種不同類型的貨物到達(dá)，根據(jù)倉(cāng)庫(kù)貨物月度隨機(jī)到達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù)分析，設(shè)定到達(dá)時(shí)間間隔為normal（15，2，0）min，即貨物到達(dá)時(shí)間間隔服從均值為15，標(biāo)準(zhǔn)差為2的正態(tài)分布；

入庫(kù)前設(shè)置2臺(tái)處理器，分別對(duì)兩種不同類型的貨物進(jìn)行檢驗(yàn)、分類等處理；出庫(kù)前設(shè)置1臺(tái)處理器，對(duì)所有的出庫(kù)貨物進(jìn)行檢驗(yàn)。3臺(tái)處理器工作時(shí)間為expentional（0，35，0）s，即服從均值為35的指數(shù)分布；

貨架：倉(cāng)庫(kù)設(shè)置2個(gè)貨架，分別存放兩種類型的貨物，每個(gè)貨架5層，每層可存放40件貨物，即貨架的最大容量均為200件貨物；

暫存區(qū)：共設(shè)置3個(gè)，即入庫(kù)前的到貨區(qū)、倉(cāng)庫(kù)臨時(shí)存貨區(qū)和出庫(kù)貨物暫存區(qū)，單個(gè)區(qū)域面積為10m2，可堆放4層，最大容量為60件貨物；

圖3 狀態(tài)報(bào)告

圖4 基于Flexsim仿真軟件的項(xiàng)目仿真模型2

操作員：設(shè)置1個(gè)，根據(jù)實(shí)際觀察，單個(gè)工人最大運(yùn)載能力為1件/次，運(yùn)行速度設(shè)置為1m/s，其余參數(shù)皆采用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置；

叉車：設(shè)置2輛，根據(jù)實(shí)際觀察，每輛叉車最大運(yùn)載能力為2件/次，運(yùn)行速度設(shè)置為2m/s，其余參數(shù)皆采用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置。

（2）Flexism仿真模型的運(yùn)行及結(jié)果分析

①仿真運(yùn)行 假設(shè)系統(tǒng)的1單位的仿真時(shí)間相當(dāng)于實(shí)際的1分鐘，以此為根據(jù)，使用仿真控制器，設(shè)置模型運(yùn)行30*24*60=43200個(gè)單位，即模擬公司實(shí)際運(yùn)行30天的情況，多次運(yùn)行現(xiàn)行倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程的仿真模型。

2、仿真結(jié)果輸出

仿真目的是獲得仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，打開(kāi)統(tǒng)計(jì)菜單下的“報(bào)告與統(tǒng)計(jì)”，生成相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)告如圖2和圖3）。

（3）倉(cāng)儲(chǔ)流程瓶頸分析

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在一些不合理的地方：根據(jù)貨物到達(dá)的數(shù)量（1470件）和貨物出庫(kù)數(shù)量（1112件）可知訂單完成的比率為75.65%；觀察暫存區(qū)1、3，倉(cāng)庫(kù)到貨區(qū)和出庫(kù)貨物暫存區(qū)的平均存放時(shí)間分別是1753.7分和2016.13分，最大存放時(shí)間分別為3036.16分和3073.39分，可見(jiàn)暫存區(qū)中滯留嚴(yán)重；觀察倉(cāng)庫(kù)兩個(gè)貨架，貨架1和貨架2的平均存放時(shí)間為93.03分和5610.39分，兩個(gè)貨架利用價(jià)值存在較大的差異，存在改進(jìn)的空間；觀察處理器，對(duì)貨物進(jìn)行檢驗(yàn)、分類環(huán)節(jié)的處理器的利用率分別為58.51%、54.71%，進(jìn)行出庫(kù)檢驗(yàn)的處理器利用率為92.36%，即入庫(kù)之前處理器的利用率較低，而進(jìn)行出庫(kù)檢驗(yàn)的處理器一直處于忙碌狀態(tài)，任務(wù)繁重；觀察操作員，進(jìn)行出庫(kù)貨物揀選搬運(yùn)操作的操作員2、3的利用率分別為64.98%和41.82%，利用率不高；觀察叉車，進(jìn)行入庫(kù)搬運(yùn)的叉車?yán)寐蕿?7.63%，利用率較低，出庫(kù)操作的叉車?yán)寐蕛H為7.25%，利用率極低。綜上可見(jiàn)現(xiàn)行模型中貨物入庫(kù)存在擁堵，倉(cāng)庫(kù)資源利用率較低，且工作量分布不均，由此引發(fā)該公司工作效率低，訂單完成率低等問(wèn)題，發(fā)展遇到了瓶頸。

3.Z公司倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程優(yōu)化

根據(jù)模型1輸出數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，考慮通過(guò)改進(jìn)倉(cāng)儲(chǔ)工具以及調(diào)整倉(cāng)庫(kù)設(shè)備的數(shù)量等來(lái)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程的優(yōu)化。具體實(shí)施如下：入庫(kù)階段用一輛叉車替換在到貨區(qū)進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的裝卸工，定義為“叉車1”，參數(shù)設(shè)置為最大運(yùn)載能力2件/次，運(yùn)行速度設(shè)置為2m/s；在出庫(kù)階段增加一個(gè)檢驗(yàn)器，定義為“處理器4”，服從指數(shù)分布（0，35，0）s，系統(tǒng)其余相關(guān)參數(shù)設(shè)置不變。

表1 仿真模型1和仿真模型2關(guān)鍵數(shù)據(jù)對(duì)比

（1）基于Flexsim的優(yōu)化仿真模型的構(gòu)建（見(jiàn)圖4）

（2）基于Flexsim的優(yōu)化后仿真結(jié)果分析

編譯運(yùn)行仿真模型，通過(guò)對(duì)比優(yōu)化前后的仿真模型1和仿真模型2的數(shù)據(jù)結(jié)果（表1）進(jìn)行分析。

模型2中入庫(kù)前到貨區(qū)和出庫(kù)貨物暫存區(qū)的平均存放時(shí)間、平均存貨量比模型1中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)數(shù)值小，說(shuō)明優(yōu)化后貨物滯留的時(shí)間縮短，一定程度上解決了擁堵問(wèn)題；同時(shí)貨物2的存儲(chǔ)貨架和貨物2的存儲(chǔ)貨架的平均存放時(shí)間、平均存貨量比模型1中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)數(shù)值小，且優(yōu)化后兩個(gè)貨架差距縮小，這說(shuō)明模型2中貨物流動(dòng)相對(duì)較快，同時(shí)貨物存儲(chǔ)均勻，資源得到合理利用，庫(kù)存水平得以改善。

模型2中貨物到達(dá)量，以及出庫(kù)貨物量均比模型1大，說(shuō)明在同樣的參數(shù)設(shè)定下，模型2能比模型1輸出/輸入更多的貨物，訂單完成比率由之前的75.65%上升到93.36%；模型2中進(jìn)行貨物分類、檢驗(yàn)的處理器的利用率較模型1中的高；新增加的檢驗(yàn)器分擔(dān)了原來(lái)單一檢驗(yàn)器的工作，四臺(tái)處理器利用狀況整體平衡；同時(shí)進(jìn)行出庫(kù)作業(yè)的裝卸工和叉車的利用率都得以提升，整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)布局相對(duì)協(xié)調(diào)，作業(yè)流程更加流暢。

綜上所述，采取模型2的布局后，人員、叉車、處理器等利用率整體上升，工作量相對(duì)平衡，資源得到更為充分的利用；同時(shí)處理的貨物數(shù)量增多，一定程度上達(dá)到了提高訂單完成率、設(shè)施設(shè)備和人員利用效率，以及工作績(jī)效的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程的優(yōu)化。

四、結(jié)論

本文運(yùn)用Flexism軟件對(duì)Z公司倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程進(jìn)行仿真，模擬了Z公司倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程并發(fā)現(xiàn)了其瓶頸，在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化改進(jìn)方案，整個(gè)過(guò)程發(fā)揮Flexsim仿真技術(shù)在課程教學(xué)和現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值。 Flexsim仿真軟件在物流仿真教學(xué)上的應(yīng)用，可以為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造一種體驗(yàn)和沉浸的學(xué)習(xí)環(huán)境，來(lái)促進(jìn)學(xué)習(xí)者的知識(shí)領(lǐng)悟和掌握。因此，本文認(rèn)為開(kāi)展基于Flexsim軟件的物流實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)主流教學(xué)形式的豐富和補(bǔ)充。

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