倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗教學(xué)改革與實踐
——以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)

黃錐良 葉 翀 李藝全

（福州大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，福州 350116）

一、引言

隨著“中國制造2025”、“一帶一路”的提出和逐步實施，對當(dāng)前高校的物流人才培養(yǎng)提出了更高的要求，2014年6月11日國務(wù)院常務(wù)會議討論通過了《物流業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃》，提出到2020年要基本建立物流服務(wù)體系，提升物流業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化、集約化水平，培養(yǎng)企業(yè)急需的具有綜合能力的創(chuàng)新型物流人才已經(jīng)成為大勢所趨。此外，國家教委亦在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》中提出“加強實驗室、校內(nèi)外實習(xí)基地、課程教材等教學(xué)基本建設(shè)”的要求[1]。物流仿真實驗可以有效模擬物流活動的過程，使學(xué)生能充分觀察和了解實際物流活動，切身體會物流專業(yè)知識的實際運用，從而培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的知識應(yīng)用技能和科學(xué)研究方法，在物流創(chuàng)新人才培養(yǎng)中起著基礎(chǔ)性的關(guān)鍵作用[2]。

物流倉儲訂單揀選是將訂單商品從存儲區(qū)取出的過程，它是整個倉儲運營系統(tǒng)中重要的一環(huán)，同時又是不能脫離整個倉儲運營系統(tǒng)而單獨存在的[3]。因此，物流訂單揀選仿真實驗作為物流類專業(yè)重要的基礎(chǔ)實踐課程，其特點是基礎(chǔ)知識理論、物流技術(shù)和倉儲運營實踐場景結(jié)合的特別緊密，在培養(yǎng)學(xué)生知識掌握、技能操作、創(chuàng)新素養(yǎng)的過程中起著非常重要的作用。目前，倉儲訂單揀選實驗教學(xué)活動開展主要基于對電子標(biāo)簽貨架直接使用和3D倉儲模擬實訓(xùn)系統(tǒng)[4]兩種主要的形式，通過對指定的訂單商品單據(jù)的錄入和流轉(zhuǎn)，演示摘取式和播種式揀選的不同操作過程。這種走流程的實驗教學(xué)模式注重的是崗位技能的操作，學(xué)生在實際操作時都是機械的照搬固定的實驗步驟，往往是“手動腦不動”，學(xué)生“做”的內(nèi)容與“學(xué)”的知識不能有效的深度融合，而且在實驗教學(xué)內(nèi)容方面既單一又缺乏內(nèi)部聯(lián)系，僅僅是基本知識和基本技能的訓(xùn)練，教學(xué)內(nèi)容的多樣式和綜合性沒有得到充分的體現(xiàn)[5]，既不利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和解決實際問題的能力，也無法滿足當(dāng)前創(chuàng)新型高級物流人才的培養(yǎng)要求。

本研究以培養(yǎng)創(chuàng)新型物流人才的目標(biāo)為中心，在重新梳理了訂單揀選實驗的教學(xué)目標(biāo)和知識內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過重新整合組織物流實驗室現(xiàn)有的軟硬件資源，構(gòu)建一個倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗平臺，并引入新的“演示-設(shè)計-驗證”的實驗教學(xué)方式，開發(fā)具有前后延續(xù)性并能滿足不同層次需求的實驗項目，搭建多元化的實驗課程體系，進行了綜合性和開放性實驗教學(xué)的探索與實踐。

二、實驗教學(xué)目標(biāo)和知識內(nèi)容

1.實驗教學(xué)目標(biāo)規(guī)劃

要培養(yǎng)創(chuàng)新型的物流人才，訂單揀選實驗的教學(xué)目標(biāo)就不能是僅僅驗證理論知識，簡單的按照某個訂單揀選系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程進行按部就班的演示或操作，而是要能夠圍繞著訂單揀選系統(tǒng)適配和優(yōu)化問題，結(jié)合倉儲管理的知識、揀選策略和相應(yīng)的物流技術(shù)使用深入的理解訂單揀選系統(tǒng)的組成關(guān)系和影響因素，培養(yǎng)學(xué)生的訂單數(shù)據(jù)分析和處理技能、倉儲知識綜合應(yīng)用能力以及科學(xué)的研究態(tài)度，這些都是創(chuàng)新的前提條件。

2.實驗知識內(nèi)容組織

一個完整的訂單揀選系統(tǒng)需要由四個實體元素構(gòu)成，即揀選者、貨品、訂單（表現(xiàn)為用于裝載訂單中所包含貨品的容器）和設(shè)備（例如貨架、流利架、料箱及輸送線等）[6]。目前學(xué)院物流實驗室的實驗條件只具備人到貨和人到單的基礎(chǔ)設(shè)備資源，因此，訂單揀選的實驗知識內(nèi)容主要考慮這兩類情形進行組織設(shè)計。另外，物流訂單揀選作業(yè)通常涉及存儲系統(tǒng)的規(guī)劃、儲位安排、分批揀貨及分區(qū)揀貨、路線優(yōu)化、訂單類型等決策因素，在業(yè)務(wù)流程上十分復(fù)雜多變，考慮到實驗室的場地區(qū)域的條件限制和減少不必要的實驗復(fù)雜程度，選擇了訂單類型、貨架分區(qū)及儲位安排、揀選模式作為實驗的知識內(nèi)容和仿真模擬對象。

表1 可行的邏輯運動的組合

三、倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗平臺構(gòu)建

1.實驗平臺硬件模塊

如圖1所示，根據(jù)訂單揀選實驗的教學(xué)目標(biāo)和知識內(nèi)容，圍繞訂單揀選系統(tǒng)適配和優(yōu)化問題，自主研發(fā)設(shè)計了訂單揀選虛擬仿真實驗教學(xué)平臺。平臺硬件模塊主要由電子標(biāo)簽貨架、作業(yè)監(jiān)控顯示器、無動力輥筒輸送機、條碼打印機、掃描槍、周轉(zhuǎn)箱等設(shè)備設(shè)施組成。

圖1 倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗平臺

2.實驗平臺軟件功能

平臺系統(tǒng)軟件采用B/S架構(gòu)和SQL的數(shù)據(jù)庫，主要提供了倉儲運作業(yè)務(wù)中的出庫/入庫/盤點的業(yè)務(wù)功能，具有網(wǎng)絡(luò)化、可配置、可視化、可操作的特點。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問軟件平臺，進行相應(yīng)的實驗設(shè)計操作，系統(tǒng)唯一指定一臺在網(wǎng)絡(luò)中的電腦作為上位機控制現(xiàn)場實際的作業(yè)操作，其主要功能特點簡介如下：教學(xué)用戶管理和任務(wù)發(fā)布功能，教師可以批量導(dǎo)入分組的學(xué)生用戶和發(fā)布任務(wù)信息；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，可以對倉儲業(yè)務(wù)中的物品種類、客戶、供應(yīng)商進行管理配置；庫區(qū)硬件管理，支持對電子標(biāo)簽、完成器、巷道燈等硬件組件模塊進行管理配置；單據(jù)管理，提供了入庫單（WE）、出庫單-摘取作業(yè)模式（DPS）、出庫單-播種作業(yè)模式（DAS）、出庫單-分區(qū)作業(yè)模式（ZPS）4 種類型單據(jù)手動制作和excel導(dǎo)入功能，教師可以根據(jù)教學(xué)需要制作不同特征型態(tài)的批次單據(jù)；配置方案設(shè)計功能，在不同作業(yè)模式中【我的配置】對貨架分區(qū)、貨位物品、巷道燈、完成器等揀選作業(yè)要素進行具體配置，支持多個配置方案設(shè)計；作業(yè)任務(wù)生成功能，作業(yè)生成界面上可以顯示多個單據(jù)任務(wù)和多個配置方案，用戶需要同時選擇一個需要作業(yè)的批次單據(jù)和一個配置方案，生成當(dāng)前的作業(yè)任務(wù)，進入現(xiàn)場作業(yè)操作階段；數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計功能，在現(xiàn)場作業(yè)操作時，用戶可以在作業(yè)監(jiān)控看板中查看當(dāng)前任務(wù)的作業(yè)狀態(tài)信息，并記錄揀選作業(yè)耗時的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

四、“演示-設(shè)計-驗證”的實驗教學(xué)方式

在實驗教學(xué)方式上，借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”的理念，以學(xué)生“學(xué)”為中心，引入新的“演示-設(shè)計-驗證”的實驗教學(xué)方式。教師主要通過“演示”引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會使用實驗軟硬件器材，學(xué)生則利用仿真平臺自主搭建實驗系統(tǒng)進行運作方案的“設(shè)計”，最后在仿真平臺上運行“驗證”，并完成相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)收集。“演示-設(shè)計-驗證”實驗的開展，可以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和對知識的靈活掌握的運用能力，充分鍛煉學(xué)生對分揀系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計能力。

1.實驗平臺“演示”階段

在實驗平臺“演示”階段，如圖3所示教師可以具體的介紹實驗平臺的軟件的功能和電子標(biāo)簽控制系統(tǒng)的硬件組成和控制原理，并結(jié)合訂單揀選系統(tǒng)的實驗知識內(nèi)容，通過對整個實驗平臺的功能演示讓學(xué)生了解實驗的目的、實驗原理、實驗設(shè)備、實驗的組織安排、實驗內(nèi)容、實驗步驟、實驗結(jié)果、實驗評價標(biāo)準(zhǔn)等實驗要點。實驗過程主要以小組形式進行。

圖3 實驗平臺演示引導(dǎo)過程

倉儲訂單揀選虛擬仿真實驗平臺支持DPS摘取式、DAS播種式、ZPS分區(qū)式三種訂單揀選作業(yè)模式，下面以DPS摘取作業(yè)模式為例對實驗平臺的功能進行演示引導(dǎo)說明：

平臺登錄：首先各個小組根據(jù)各自的組賬戶登錄倉儲分揀虛擬仿真實驗軟件平臺。

我的實驗項目：在我的實驗項目（圖4）功能模塊中可以查看了解實驗?zāi)康暮驮怼嶒瀮x器設(shè)備和材料、實驗方法與步驟要求、實驗結(jié)果和結(jié)論要求等內(nèi)容。

圖4 我的實驗項目操作界面

我的出庫單：在出庫作業(yè)→摘取作業(yè)模式（DPS）→我的出庫單列表（圖5）中會顯示在【單據(jù)管理】中所有單據(jù)類型為“出庫單-摘取作業(yè)模式（DPS）”的單據(jù)，學(xué)生可以下載訂單內(nèi)容，導(dǎo)出為excel文檔，進行訂單數(shù)據(jù)EIQ分析。

圖5 我的出庫單操作界面

我的配置：在出庫作業(yè)→摘取作業(yè)模式（DPS）→我的配置界面（圖6）中學(xué)生可以對倉儲區(qū)進行具體方案設(shè)計配置。

圖6 我的配置操作界面

作業(yè)生成和執(zhí)行：啟動現(xiàn)場電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)，連接作業(yè)控制器后，在系統(tǒng)DPS摘取作業(yè)模式下【作業(yè)生成】中界面（圖7）“我的出庫單任務(wù)”和“我的倉儲區(qū)配置方案”中各勾選一個后，點擊作業(yè)生成，即可生成一個組合作業(yè)任務(wù)，進入出庫作業(yè)-摘取作業(yè)模式（DPS）操作界面（圖 8），該界面可以實時監(jiān)控當(dāng)前作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)，并記錄作業(yè)計時數(shù)據(jù)。學(xué)生根據(jù)電子標(biāo)簽系統(tǒng)的引導(dǎo)完成現(xiàn)場揀選作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行。

圖7 作業(yè)生成操作界面

圖8 系統(tǒng)操作監(jiān)控界面

作業(yè)統(tǒng)計：在組合作業(yè)任務(wù)現(xiàn)場操作完成后，在系統(tǒng)作業(yè)統(tǒng)計中可以查看該組合作業(yè)任務(wù)的作業(yè)具體執(zhí)行情況。

2.實驗方案“設(shè)計”階段

在實驗方案“設(shè)計”階段，學(xué)生可以對訂單類型和貨架分區(qū)及儲位配置進行具體的內(nèi)容設(shè)計。

圖9 學(xué)生現(xiàn)場揀選作業(yè)執(zhí)行

圖10 作業(yè)統(tǒng)計操作界面

（1）訂單類型設(shè)計

在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)→單據(jù)管理的列表（圖11）中，學(xué)生可以對四種類型的訂單批次單據(jù)進行設(shè)計制作。

圖11 單據(jù)管理操作界面

每個單據(jù)類型的設(shè)計規(guī)則如表2所示。

以出庫單-摘取作業(yè)模式 （DPS）單據(jù)類型為例，在【單據(jù)管理】主界面點擊新增跳出對話框，選中該類型單據(jù)，并輸入批次單據(jù)的數(shù)量5后并提交，系統(tǒng)在單據(jù)列表中會自動生成對應(yīng)的批次單據(jù)DPS001。點擊批次單據(jù)DPS001的操作按鈕【詳情】，進入單據(jù)詳情矩陣（如圖11所示），可以手動設(shè)置每個單據(jù)揀選種類和揀選數(shù)量，或者直接導(dǎo)入制作好的excel數(shù)據(jù)，單據(jù)列表中的完成狀態(tài)標(biāo)識了該批次單據(jù)的設(shè)置情況，“0/5”表示該批次共5個單據(jù)，已經(jīng)完成設(shè)置的為0個單據(jù)，只有不存在空單據(jù)時，完成狀態(tài)為“已完成”；已完成的單據(jù)會根據(jù)單據(jù)類型自動發(fā)布到出庫或入庫模塊的我的出/入庫單列表中。

表2 單據(jù)類型設(shè)計規(guī)則

圖12 單據(jù)詳情矩陣

（2）貨架分區(qū)及儲位配置設(shè)計

實驗平臺支持DPS摘取式、DAS播種式、ZPS分區(qū)式三種訂單揀選作業(yè)模式，在每個作業(yè)模式下我的配置界面可以對該模式下的貨架分區(qū)及儲位進行配置設(shè)計，以摘取作業(yè)模式為例，在出庫作業(yè)->摘取作業(yè)模式（DPS）→我的配置界面（圖6）中對倉儲區(qū)進行配置，可以在7組電子標(biāo)簽貨架中選擇倉儲的庫區(qū) （3組27個貨位）和對應(yīng)完成器、巷道燈，并對倉儲庫區(qū)儲位進行貨物配置，系統(tǒng)支持多個配置方案的設(shè)計；界面中貨架示意圖中標(biāo)識了貨架編號、貨位對應(yīng)的電子標(biāo)簽ID編號和完成器、巷道燈的貨架位置。在圖6中操作欄點擊配置按鈕進入貨位配置界面（圖13），點擊每個貨位即可對物品進行選擇配置，當(dāng)27個物品（編號P01-P27）全部配置完成后，貨位配置狀態(tài)會顯示“已完成”。

圖13 貨架儲位配置操作界面

（3）實驗結(jié)果“驗證”階段

在實驗結(jié)果“驗證”階段，學(xué)生需要根據(jù)實驗的任務(wù)訂單和所設(shè)計的實驗方案進行實驗任務(wù)作業(yè)的執(zhí)行操作，得到該實驗任務(wù)的訂單揀選時間結(jié)果數(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析和討論。以《DPS和DAS訂單揀貨系統(tǒng)比較分析》實驗項目為例，如圖14所示實驗過程，學(xué)生需要在相同的貨架及儲位配置方案下完成4批訂單數(shù)據(jù)在兩種作業(yè)模式下的實際揀選作業(yè)，作業(yè)完成后，系統(tǒng)會記錄該批次訂單和配置方案的組合作業(yè)任務(wù)數(shù)據(jù)（圖10），從而得到4組實驗結(jié)果數(shù)據(jù)。學(xué)生則按實驗要求對各組實驗數(shù)據(jù)結(jié)果進行對比分析，并完成實驗報告（表3）中各實驗項目的內(nèi)容任務(wù)要求。

圖14 實驗結(jié)果驗證對比過程

表3 實驗報告任務(wù)內(nèi)容要求

五、結(jié)語

本實驗教學(xué)項目，針對倉儲分揀環(huán)節(jié)，自主開發(fā)構(gòu)建了能與實驗內(nèi)容高度相融合的倉儲分揀虛擬仿真實驗平臺。在教學(xué)理念上，以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，將虛擬實驗和真實實驗有機結(jié)合，借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”的理念，以學(xué)生“學(xué)”為中心，引入新的“演示-設(shè)計-驗證”的實驗?zāi)Ｊ?。而且在實驗過程中能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生系統(tǒng)分析問題和解決問題的能力，從而達到高級物流人才的培養(yǎng)要求。另外，實驗采用小組方式進行，并以小組為評價單位，結(jié)合方案設(shè)計、現(xiàn)場操作、數(shù)據(jù)分析等多方面的能力表現(xiàn)進行綜合評分。以小組形式進行實驗，能有效促進學(xué)生相互間的知識共享和交流，相互提升各自的能力水平。