冷鏈物流配送中心作業(yè)流程的建模與仿真

李夢(mèng)然（北京交通大學(xué)，北京 100044）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們的食品消費(fèi)觀念也從傳統(tǒng)的單一型向現(xiàn)代化的多樣型、快捷型轉(zhuǎn)變，對(duì)于冷鏈物流市場(chǎng)的需求增速日益加快，冷鏈物流業(yè)正在廣泛興起。為進(jìn)一步提高肉類(lèi)和水產(chǎn)品冷鏈物流水平，增強(qiáng)食品安全保障能力，2010年7月29日國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)正式頒布的《農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃》提出，到2015年建成一批運(yùn)轉(zhuǎn)高效、規(guī)?；F(xiàn)代化的跨區(qū)域冷鏈物流配送中心，健全農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流服務(wù)體系，達(dá)到果蔬、肉類(lèi)、水產(chǎn)品冷鏈流通率分別達(dá)到20%、30%、36%以上，冷藏運(yùn)輸率分別提高到30%、50%、65%左右，流通環(huán)節(jié)產(chǎn)品腐損率分別降至 15%、8%、10%以下的目標(biāo)[1]。

作為物流體系中的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，物流配送中心是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速、準(zhǔn)確、按時(shí)配送的現(xiàn)代物流基礎(chǔ)設(shè)施。冷鏈物流產(chǎn)品具有鮮活性、易腐性、及時(shí)性和物流成本所占比重較大的特點(diǎn)，對(duì)冷鏈物流配送中心的作業(yè)效率提出了更高的要求。冷鏈物流配送中心是典型的隨機(jī)型離散事件系統(tǒng)，解析法難以對(duì)其進(jìn)行全面的分析和優(yōu)化，為了避免在配送中心的優(yōu)化構(gòu)建上浪費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，系統(tǒng)仿真方法是必然的選擇。仿真技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代物流工程建設(shè)，其優(yōu)點(diǎn)是有相對(duì)的彈性和直觀性，可用于建立復(fù)雜大型系統(tǒng)，能夠反映系統(tǒng)中發(fā)生阻塞和瓶頸的位置和情況[2]。

目前我國(guó)冷鏈物流建設(shè)尚處于起步階段，尚未形成完整獨(dú)立的冷鏈物流體系，存在產(chǎn)品冷鏈流通率較低，損耗率較高等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)配送中心的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行仿真優(yōu)化來(lái)提高作業(yè)效率，一方面使農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流有效運(yùn)作提高農(nóng)產(chǎn)品流通效率降低物流成本，另一方面有利于提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，保證食品安全從而減少產(chǎn)品在物流配送環(huán)節(jié)的損失，對(duì)提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有深遠(yuǎn)意義。

1 冷鏈物流研究現(xiàn)狀

Tarantilis，Kiranoudis[3]在2001年將易腐產(chǎn)品的配送問(wèn)題歸類(lèi)為混雜的固定車(chē)隊(duì)的VRP問(wèn)題，并利用了metaheufisties算法來(lái)提高易腐產(chǎn)品配送的效率。

Charles.G等[4]在2004年對(duì)物流分揀系統(tǒng)研究時(shí)，為了提高揀選效率采用分類(lèi)儲(chǔ)存的方法，把貨物按等級(jí)劃分，同時(shí)把儲(chǔ)存地點(diǎn)劃分面積，利用仿真方法驗(yàn)證了這種儲(chǔ)存方法在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。

劉志勇等[5]在2007年分析了我國(guó)冷鏈物流存在的問(wèn)題，對(duì)“共同配送”在冷鏈物流中的應(yīng)用做了研究。

趙艷艷[6]在2009年依據(jù)生鮮食品冷鏈配送存在的問(wèn)題及其特殊性，在分析成本構(gòu)成因素的基礎(chǔ)上，以車(chē)輛固定成本、運(yùn)輸成本、貨損成本、能耗成本及客戶懲罰成本共同構(gòu)成的綜合成本最低為目標(biāo)，建立冷鏈物流配送優(yōu)化模型，最后利用啟發(fā)式算法解決實(shí)際問(wèn)題，并驗(yàn)證了模型的有效性。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于冷鏈物流配送中心的研究主要集中于比如冷鏈配送模式選擇、基于VRP方法的路徑優(yōu)化等配送中心各個(gè)子系統(tǒng)方面的研究，對(duì)配送中心整體作業(yè)流程建模仿真的研究相對(duì)比較少，因此急需對(duì)冷鏈配送中心的作業(yè)流程進(jìn)行分析和優(yōu)化的研究。

2 冷鏈配送中心建模過(guò)程

2.1 冷鏈配送中心作業(yè)流程分析

對(duì)冷鏈物流配送中心的內(nèi)部作業(yè)流程進(jìn)行分析，具體步驟主要分為訂單處理、收貨、加工、入庫(kù)、揀選、配送等環(huán)節(jié)[7]。本文選擇金農(nóng)果蔬配送中心作為建模仿真的研究對(duì)象，生鮮農(nóng)產(chǎn)品作為冷鏈產(chǎn)品的一個(gè)主要部分，其作業(yè)流程具有普遍性。

該配送中心物流基本業(yè)務(wù)主要包括以下環(huán)節(jié)：

（1）收貨區(qū)。包括卸貨和驗(yàn)收入庫(kù)環(huán)節(jié)，工作人員需要完成卸貨、驗(yàn)收入庫(kù)等工作，果蔬停留的時(shí)間較短。涉及的主要元素有：驗(yàn)貨設(shè)備、搬運(yùn)車(chē)、工作人員。

（2）加工區(qū)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)加工機(jī)器對(duì)從收貨區(qū)傳送的果蔬進(jìn)行初步加工，如去除蔬菜老葉、清洗，以及分拆、包裝、抽氣等深加工作業(yè)，目的在于保持新鮮度。冷鏈?zhǔn)称返募庸び兄谄髽I(yè)對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)、成本及貨源的把握。

（3）理貨分揀區(qū)。在此區(qū)域人員進(jìn)行分揀和配貨作業(yè)，主要包括對(duì)果蔬進(jìn)行分揀、裝箱，再根據(jù)客戶訂單信息（包括所訂購(gòu)的果蔬商品、要求送達(dá)的時(shí)間、客戶地理位置以及裝車(chē)配貨要求）將果蔬貨物挑選，主要包括揀選人員、傳送裝置、自動(dòng)分揀機(jī)器等設(shè)備。

（4）儲(chǔ)存區(qū)。對(duì)分揀后的產(chǎn)品進(jìn)行分類(lèi)儲(chǔ)存環(huán)節(jié)。果蔬等冷鏈產(chǎn)品的儲(chǔ)存條件要求嚴(yán)格，溫度升高極易造成腐敗變質(zhì)。因此根據(jù)果蔬保鮮期和對(duì)溫度的要求不同，一般分為冷藏庫(kù)和冷凍庫(kù)兩種儲(chǔ)存方式，以保證安全、正確、簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)地保存冷鏈產(chǎn)品。在這個(gè)作業(yè)區(qū)內(nèi)應(yīng)配置貨架、叉車(chē)和人員、冷凍冷藏設(shè)備。

（5）配裝發(fā)貨區(qū)。發(fā)貨環(huán)節(jié)包括貨物裝車(chē)和配送活動(dòng)，為適應(yīng)不同客戶的需要，配送中心在進(jìn)行送貨作業(yè)時(shí)，可選擇不同的方式，如按照固定時(shí)間、固定路線為固定用戶送貨；也可不受時(shí)間、路線的限制，機(jī)動(dòng)靈活地進(jìn)行送貨作業(yè)。

圖1 冷鏈配送中心業(yè)務(wù)流程

具體作業(yè)流程如圖1所示：

2.2 設(shè)定假設(shè)條件

仿真是通過(guò)對(duì)所建立的模型進(jìn)行分析來(lái)研究實(shí)際系統(tǒng)的特性，由于實(shí)際環(huán)境的復(fù)雜度，建立的模型不可能表現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的全部結(jié)構(gòu)，就需要在一定的假設(shè)條件下對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行抽象得到數(shù)學(xué)模型，根據(jù)對(duì)該配送中心業(yè)務(wù)流程的調(diào)研設(shè)定了以下假設(shè)條件：

（1）果蔬以固定批量到達(dá)配送中心，每天到達(dá)配送中心的時(shí)間間隔服從泊松分布；

（2）系統(tǒng)仿真中運(yùn)行時(shí)間內(nèi)果蔬連續(xù)不斷地到達(dá)；

（3）每個(gè)到達(dá)的果蔬重量幾乎相同；

（4）不同種類(lèi)果蔬的保鮮期不同，假設(shè)保鮮期控制在一周之內(nèi)，根據(jù)保鮮期長(zhǎng)短，設(shè)計(jì)仿真運(yùn)行程序；

（5）仿真模塊包括收貨區(qū)、流通加工區(qū)、理貨分揀區(qū)、儲(chǔ)存區(qū)和配裝發(fā)貨區(qū)五個(gè)模塊，分別由具體的作業(yè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。

2.3 系統(tǒng)模型

依據(jù)上述冷鏈配送中心的作業(yè)流程分析，應(yīng)用實(shí)體流程圖將作業(yè)環(huán)節(jié)流程圖抽象化建立系統(tǒng)模型，即冷鏈配送中心業(yè)務(wù)流程的仿真模塊，如圖2所示。

3 建立仿真模型

3.1 確定仿真目標(biāo)

研究對(duì)象是冷鏈配送中心作業(yè)流程的建模與仿真，根據(jù)冷鏈產(chǎn)品具有易腐性、保鮮周期短等特點(diǎn)，設(shè)定仿真目標(biāo)包括：果蔬周轉(zhuǎn)量，配送中心作業(yè)能力指標(biāo)（包括人員、機(jī)器設(shè)備等資源利用率狀況），以便檢驗(yàn)機(jī)器設(shè)備和人員的數(shù)量是否滿足需要，確定系統(tǒng)中的瓶頸環(huán)節(jié)并且消除瓶頸提高貨物周轉(zhuǎn)量，提高作業(yè)流程的平衡度，提高設(shè)備的利用率，并最終提高工作效率。

3.2 仿真模型顯示

冷鏈配送中心作業(yè)流程仿真模型視圖如圖3所示。

圖2 冷鏈配送中心業(yè)務(wù)流程仿真模塊

圖3 冷鏈配送中心作業(yè)流程透視模型視圖

4 仿真結(jié)果分析與優(yōu)化

4.1 輸出結(jié)果分析

從仿真輸出結(jié)果可得設(shè)備利用率分別為69.87%、79.44%、39.94%和61.95%，其中理貨分揀機(jī)器的利用率偏低，配裝發(fā)貨機(jī)器有21.15%的時(shí)間在等待工作員運(yùn)送冷藏冷凍產(chǎn)品從而影響其利用率。傳送帶利用率分別為68.1%、84%和28.6%，其中將保鮮期較短產(chǎn)品從理貨分揀區(qū)送到配裝發(fā)貨區(qū)的傳送帶利用率只有28.6%，發(fā)生了38.6%的阻塞，空閑率為32.8%，由于阻塞率和空閑率較高導(dǎo)致利用率偏低的情況，說(shuō)明在這個(gè)過(guò)程中工作人員和機(jī)器設(shè)備沒(méi)能及時(shí)處理產(chǎn)品，或者是人員或設(shè)備數(shù)量不夠。收貨區(qū)的搬運(yùn)車(chē)閑置率較高，為59.1%，從冷藏冷凍存儲(chǔ)區(qū)運(yùn)送到配裝發(fā)貨機(jī)器的工作員2閑置率很高，為96.3%，從配裝發(fā)貨機(jī)器搬運(yùn)產(chǎn)品到暫存區(qū)的工作員3閑置率也偏高，為56.9%，以上數(shù)據(jù)說(shuō)明配裝發(fā)貨區(qū)處理的冷藏冷凍產(chǎn)品流通較少，在從流通加工區(qū)、冷藏冷凍存儲(chǔ)區(qū)至配裝發(fā)貨區(qū)以上作業(yè)環(huán)節(jié)存在瓶頸。

4.2 優(yōu)化方案

由上述分析可知，根據(jù)實(shí)際的冷鏈物流配送中心物流作業(yè)環(huán)節(jié)所建立的仿真模型存在運(yùn)行效率較低，產(chǎn)品周轉(zhuǎn)率低，設(shè)備人員利用率偏低等問(wèn)題。接下來(lái)將針對(duì)作業(yè)環(huán)節(jié)的瓶頸，對(duì)各個(gè)資源的配置進(jìn)行調(diào)整，以提高配送中心的作業(yè)效率和產(chǎn)品周轉(zhuǎn)率。

（1）調(diào)整機(jī)器和工作人員的數(shù)量，在存儲(chǔ)區(qū)增加一個(gè)叉車(chē)ASRSvehicle29，增加一個(gè)配裝發(fā)貨機(jī)器Processor30，刪減工作員Operator29；

（2）更改冷藏冷凍區(qū)貨架的存儲(chǔ)規(guī)則，由之前的隨機(jī)擺放更改為距離優(yōu)先，即優(yōu)先放置貨品到距離較近的空位；

（3）配裝發(fā)貨機(jī)器前后各增加一個(gè)暫存區(qū)。

4.3 結(jié)果對(duì)比

將優(yōu)化前后各實(shí)體的輸出結(jié)果統(tǒng)計(jì)表進(jìn)行匯總，得出表1所示的仿真優(yōu)化前后對(duì)比結(jié)果。

通過(guò)分析、對(duì)比仿真模型優(yōu)化前后數(shù)據(jù)輸出結(jié)果，可得出以下結(jié)論。如表1所示，經(jīng)過(guò)調(diào)整后，各類(lèi)果蔬的日周轉(zhuǎn)率均達(dá)到了87%以上，其中保質(zhì)期較短果蔬（Item1）周轉(zhuǎn)率在優(yōu)化后提高了23.33%，達(dá)到91.43%；需冷藏的果蔬（Item2）的周轉(zhuǎn)率提高至88.24%；需冷凍的果蔬（Item3）的周轉(zhuǎn)率提高了74.5%，保證了果蔬類(lèi)產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)完成周轉(zhuǎn)，按時(shí)保質(zhì)保量地送達(dá)至客戶。同時(shí)提高了配送中心作業(yè)流程各環(huán)節(jié)的設(shè)備利用率，改善了設(shè)備的阻塞情況。

表1 輸出結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)論

本文完成了對(duì)冷鏈物流配送中心作業(yè)流程系統(tǒng)的分析建模，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用軟件進(jìn)行了仿真優(yōu)化，最終得到了優(yōu)化方案。

本文將Flexsim仿真技術(shù)應(yīng)用于冷鏈配送中心作業(yè)流程中，應(yīng)用軟件對(duì)該果蔬配送中心的作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，根據(jù)對(duì)果蔬配送中心作業(yè)流程調(diào)研、搜集、處理的數(shù)據(jù)運(yùn)用于仿真模型中，在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了方案的優(yōu)化調(diào)整。最后從生產(chǎn)線平衡的角度對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到了較優(yōu)方案。

通過(guò)對(duì)果蔬類(lèi)配送中心作業(yè)流程的系統(tǒng)仿真分析，建模仿真技術(shù)對(duì)于提高配送效率、加快周轉(zhuǎn)速度以降低冷鏈產(chǎn)品腐爛變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)具有很大作用。但論文涉及的內(nèi)容較為復(fù)雜，限于水平有限還存在一些不足之處，比如對(duì)冷鏈產(chǎn)品溫度的控制進(jìn)行仿真優(yōu)化等方向，在今后工作中有待進(jìn)一步探討。

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