Flexsim虛擬仿真軟件在服裝生產(chǎn)實踐教學中的應用

宋 瑩

(遼東學院 紡織服裝學院，遼寧 丹東 118000)

實踐教學是高校教學環(huán)節(jié)中的重要組成部分，是實現(xiàn)高校人才培養(yǎng)目標的重要途徑，對提高學生的實踐操作能力、創(chuàng)新意識和能力具有決定性作用[1]。傳統(tǒng)的實踐教學模式由于受到場地、學時、器材及成本等因素的限制，學生難以通過反復的實踐操作去驗證學習成果、鞏固學習內(nèi)容，從而導致學習效率難以提高。隨著網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展，信息化和數(shù)字化教學模式對傳統(tǒng)的實踐教學模式帶來了巨大沖擊，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的模擬仿真技術(shù)已經(jīng)成為高校實踐教學的重要手段。通過先進的仿真技術(shù)與傳統(tǒng)的實踐教學模式相結(jié)合的方式，不僅可以為學生提供逼真的實踐環(huán)境和條件，還可以為學生提供多維的學習平臺[2]，從而優(yōu)化實踐教學過程中師生之間的交互體驗[3]，進一步調(diào)動學生的學習熱情，激發(fā)學習興趣，提高學習效率，為彌補傳統(tǒng)實踐教學的不足與局限提供了新的思路和解決方案[4]。目前我國高校常用的虛擬仿真軟件有Flexsim、em-plant和Promodel 三種，其中Flexsim作為一種通用性極高的仿真軟件，與其他兩種軟件相比具有成本低、模擬能力強、運算周期短、操作簡單、數(shù)據(jù)易讀取等優(yōu)點[5]，在高校虛擬仿真實踐教學中得到了廣泛應用。

一、 Flexsim虛擬仿真軟件介紹

Flexsim虛擬仿真軟件屬于PC Base的數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)，可用于構(gòu)建各種經(jīng)營、管理、生產(chǎn)等模型，是一種可以在Windows XP、Windows 2000及Vista等不同平臺上執(zhí)行的全窗口化3D專業(yè)虛擬仿真軟件。在該軟件環(huán)境中，C++不但能夠直接用來定義模型，而且不會在編譯中出現(xiàn)任何問題，這樣就不再需要傳統(tǒng)的動態(tài)鏈接庫和用戶定義變量的復雜鏈接。在Flexsim軟件的動態(tài)三維虛擬仿真環(huán)境中,實踐者如同在真實的實驗室或生產(chǎn)車間體驗完全真實的實踐過程。通過預先創(chuàng)建的虛擬仿真案例模型及場景，學生可自己動手設計、配置實踐方案。在整個虛擬仿真過程中，學生既可以動手模擬工廠實際生產(chǎn)環(huán)境進行操作實踐，又可以自主設計實踐流程，有利于培養(yǎng)學生的操作能力、分析研判能力、方案設計能力，提高創(chuàng)新意識。 同時通過軟件的循環(huán)優(yōu)化功能，學生可以快速而精確地分析設計方案的不足之處，不需任何實踐消耗即可對設計方案進行優(yōu)化調(diào)整并進行循環(huán)優(yōu)化，直至得出最佳設計方案和實踐結(jié)論。

Flexsim虛擬仿真軟件的仿真過程包括7個內(nèi)容：(1)模型概念設定；(2)模型布局，即根據(jù)工位排布進行模型布局；(3)模型邏輯，即設定在制品的傳送路線；(4)參數(shù)設置，對各工位進行參數(shù)設置；(5)運行模型；(6)結(jié)果輸出與分析；(7)優(yōu)化與再運行。

二、 “服裝生產(chǎn)實踐”課程教學模式存在的問題

“服裝生產(chǎn)實踐”是一門通過模擬服裝廠實際生產(chǎn)過程，使學生熟練掌握服裝工藝流程設計、流水線設計及流水線生產(chǎn)管理等相關(guān)專業(yè)知識和技能的服裝專業(yè)主干課程。在我國高校傳統(tǒng)的“服裝生產(chǎn)實習”課程教學中，通常是教師以課堂講授的方法，通過對成衣的實際拆分引導學生首先確定服裝加工工序，在此基礎(chǔ)上學生完全依賴書本上所學到的知識以及網(wǎng)絡資源，通過主觀想象營造出所謂的“真實”服裝企業(yè)生產(chǎn)場景，對實踐環(huán)節(jié)中服裝流水線的設備布置、人員設置、產(chǎn)品傳送路線進行編制，并制定生產(chǎn)方案和流水線布局，最后通過實際生產(chǎn)才能得出該流水線的生產(chǎn)效率。對流水線生產(chǎn)過程中所存在的問題與瓶頸也只能是邊生產(chǎn)、邊發(fā)現(xiàn)、邊改進，這樣不僅加大了實踐成本，浪費實踐課時，也難以保證流水線的生產(chǎn)效率能夠與企業(yè)實際生產(chǎn)標準相吻合并符合企業(yè)要求。

由于傳統(tǒng)模擬生產(chǎn)形式需要學生做出成衣，只有流水線中的所有學生同時參與生產(chǎn)，才能保證實踐教學的順利進行。這樣很難保證學生有足夠的課后實踐機會，使得學習成果難以鞏固，學習效率無法提高。由于受到實踐教學條件的限制，學生在設置流水線布局時，只能根據(jù)現(xiàn)有的教學場地、教學設備、教學資金及學生人數(shù)進行有限的方案設計，極大地限制了學生能力水平的發(fā)揮。

三、 運用Flexsim虛擬仿真軟件后的教學模式

將Flexsim虛擬仿真軟件應用于“服裝生產(chǎn)實踐”課程教學，將整個教學場景通過先進的數(shù)字媒體技術(shù)由課堂轉(zhuǎn)入“車間”。課前教師利用虛擬技術(shù)為學生內(nèi)置足夠的場地大小、設備種類和數(shù)量、員工人數(shù)、生產(chǎn)數(shù)量等不同的生產(chǎn)要素模型，以供學生對各生產(chǎn)要素進行自由搭配、組合和設計，同時配以豐富的界面、交互和音效元素，三維的聽覺與視覺效果使學生產(chǎn)生身臨其境的感覺。在這種仿真實踐系統(tǒng)中，學生根據(jù)既定的任務要求，利用虛擬軟件對服裝流水線的各生產(chǎn)要素進行自由編制，通過仿真運行得出自己設置流水線的生產(chǎn)效率。同時Flexsim虛擬仿真軟件還可對生產(chǎn)過程中的瓶頸工序和瓶頸時間迅速做出判斷，這樣學生可以有針對性地對低效率流水線中的瓶頸環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，并對該流水線的運行再次進行循環(huán)優(yōu)化，直至得到符合生產(chǎn)要求的高效率流水線設置。由于整個實驗過程是在虛擬仿真軟件模擬出的實際生產(chǎn)場景中進行的，學生可以充分發(fā)揮自身的想象能力和設計能力，設計出盡可能多的流水線生產(chǎn)方案，進而通過反復的循環(huán)模擬仿真，最終獲得最高效的生產(chǎn)線編制，而不必擔心因此而產(chǎn)生的任何不必要的人員、物資和時間上的損耗和浪費。同時，實驗的形式可以是學生獨立完成，也可以是團隊合作完成，因此既可以提高學生的獨立設計能力，也可提升其團隊協(xié)作能力。

Flexsim虛擬仿真實驗室設有教師和學生兩個登錄端口，教師可以通過教師端口進行操作演示，監(jiān)控學生的實驗過程，完成同步指導，以及查看學生的實驗結(jié)果，進行成績評定等工作。學生則可以通過學生端口進行實驗，參與測試，完成作業(yè)，并與教師互動，使師生之間的交流更加高效和暢通。

四、 Flexsim虛擬仿真軟件的應用實例

本文以遼東學院“服裝生產(chǎn)實踐”課程中的西服裙模擬生產(chǎn)為例，在課程教學中學生借助Flexsim虛擬仿真軟件對所設定的流水線編制進行模擬仿真優(yōu)化，最終實現(xiàn)提升產(chǎn)量、提高生產(chǎn)效率的教學和生產(chǎn)目標。

Flexsim虛擬仿真軟件設定流水線編制包括工位布局、生產(chǎn)平衡率優(yōu)化和人員優(yōu)化重組三部分內(nèi)容。本次實驗設定的仿真前提條件為：流水線工人21人，實際工作時間8小時;設備種類、數(shù)量及布置由學生自主設定；實際應用的西服裙款式如圖1所示[6]。

圖1 西服裙款式圖

首先，由學生對該款西服裙的工序進行拆分得到工序流程圖，如圖2所示。在此基礎(chǔ)上對工序進行編制得出流水線工位分配表，如表1所示，并利用公式P=T/N計算出流水線節(jié)拍為23 s，式中T代表單件產(chǎn)品的生產(chǎn)工時，N代表工位數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)線傳送路線設計出模擬仿真的工位布局，如圖3所示。

圖2 西服裙工序流程圖

表1 工位分配表

圖3 工位模擬布局

將工位分配表中的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入Flexsim虛擬仿真軟件，對學生所編制的流水線生產(chǎn)情況進行首次模擬仿真，得出該流水線實際運行效率、瓶頸工序數(shù)量及所需工人數(shù)量，如表2所示，具體模擬過程如圖4所示。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，利用公式E=P/BP計算該流水線運行效率，即生產(chǎn)平衡率。式中E代表生產(chǎn)平衡率，P代表流水線節(jié)拍，BP代表流水線中瓶頸工序工時。當一條流水線存在多個瓶頸工序時，則選取最大工時的瓶頸工序。通過計算得出，首次模擬仿真的流水線平衡率為77%，低于國家標準(85%)；且若按照該流水線進行生產(chǎn)，實際需要的工人數(shù)為23人，與課程設定的21人不符。因此需要進行循環(huán)模擬仿真，對該流水線進行優(yōu)化，從而提高流水線生產(chǎn)平衡率。

優(yōu)化過程由學生自主設計，通過人員與工序的兼顧組合來實現(xiàn)，優(yōu)化后的流水線運行狀況如表3所示。將該流水線編制再次輸入Flexsim虛擬仿真軟件進行模擬運行，得出該流水線實際生產(chǎn)平衡率為92%，符合國家標準要求。這種高效率服裝流水線可應用于實際生產(chǎn)，這樣學生不必通過反復實際生產(chǎn)加工就能發(fā)現(xiàn)流水線的問題，提高流水線效率。通過軟件的模擬仿真就可以對流水線布局及生產(chǎn)平衡率進行研判和優(yōu)化，不僅大大減少了由課時、場地、設備、人員及用料等所產(chǎn)生的實踐成本與損耗，還拓寬了學生的設計思路，使學生有條件設計并完成更多的實踐方案，從而激發(fā)學生的學習熱情，提高學習效率。

表2 流水線初次模擬仿真運行狀況

圖4 Flexsim虛擬仿真軟件運行過程

表3 優(yōu)化后流水線運行狀況

五、 結(jié)語

將Flexsim虛擬仿真軟件應用于服裝生產(chǎn)實踐教學，為學生提供逼真的實踐環(huán)境和條件以及多維的學習平臺，使他們能夠高效地發(fā)揮專業(yè)知識和技能水平，降低實踐成本，提高創(chuàng)新意識與能力，并有效地將學習內(nèi)容從課堂延伸至課后乃至企業(yè)，使學生的知識運用與企業(yè)的實際生產(chǎn)相適應，實現(xiàn)企業(yè)需求與學校人才培養(yǎng)的無縫對接，大大提升了“服裝生產(chǎn)實踐”課程的教學效率與教學效果。