基于Flexsim的德誠冷運冷鏈物流配送中心的仿真研究

孫成衛(wèi) 王柯如

收稿日期：2023-07-26

基金項目：2023年度智慧物流與供應鏈研究中心研究成果（7）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.04.024

摘? 要：隨著人們對食品安全要求的日益提高，冷鏈物流已經成為國家和公眾的關注焦點。而冷鏈設備的投入和運營成本較高，為了防止冷鏈物流設備不匹配和運營不科學的問題，使用科學有效的仿真方法進行模擬分析。文章根據冷鏈物流配送中心仿真的相關理論，分析了德誠企業(yè)冷鏈物流配送中心的布局，根據其現(xiàn)有作業(yè)和運營情況，運用Flexsim仿真軟件對冷鏈物流配送中心進行仿真，分析仿真情況，提出合理措施并進行仿真驗證，得到一套行之有效的布局規(guī)劃方案，達到了降低建設及運營成本的目的。

關鍵詞：Flexsim；仿真；冷鏈物流；配送中心

中圖分類號：TP391.9? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2024）04-0113-04

Simulation Research on Decheng Enterprise's Cold Chain Logistics Distribution Center Based on Flexsim

SUN Chengwei， WANG Keru

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou? 253034， China）

Abstract： With the increasing demand for food safety， cold chain logistics has become a focus of national and public attention. However， the investment and operating costs of cold chain equipment are relatively high. In order to prevent the mismatch of cold chain logistics equipment and unscientific operation， scientific and effective simulation methods are used for simulation analysis. Based on the relevant theory of cold chain logistics distribution center simulation， this paper analyzes the layout of Decheng enterprise's cold chain logistics distribution center. Based on its existing working and operation situation， it uses Flexsim simulation software to simulate the cold chain logistics distribution center， analyzes the simulation situation， proposes reasonable measures and conducts simulation verification to obtain an effective layout planning scheme， achieving the goal of reducing construction and operation costs.

Keywords： Flexsim; simulation; cold chain logistics; distribution center

0? 引? 言

隨著我國居民消費的轉型升級，人們對食品安全的要求越來越高[1]。為此，需要建立高效的冷鏈物流配送中心來保證食品質量安全。由于冷鏈設備的投入和運營成本較高，為了有效降低投入成本，提高運營效率，有必要通過建立仿真模型進行模擬分析，合理匹配人員和設備，達到優(yōu)化冷鏈物流配送中心的效果。

1? Flexsim及冷鏈物流概述

1.1? Flexsim仿真介紹

Flexsim軟件是一款由美國Flexsim公司開發(fā)的仿真軟件[2]。通過確定仿真目標、收集整理系統(tǒng)數(shù)據、建立三維仿真模型、分析運行結果、改進模型，達到完成系統(tǒng)優(yōu)化的效果。仿真模型可以有效幫助物流配送、生產、倉儲等企業(yè)觀察、分析其物流運行情況，根據運行結果改進系統(tǒng)布局和流程優(yōu)化。該軟件具有靈活方便、運行速度快、仿真效果好等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)自動化、配送中心、交通流量管控等領域的仿真[3]。

1.2? 冷鏈物流相關概述

1.2.1? 生鮮食品

生鮮食品是指未經烹調、制作等深加工過程，只做必要的保鮮和簡單整理上架而出售的初級類產品，以及面包、熟食等現(xiàn)場加工品類的商品的統(tǒng)稱。由于生鮮食品含水量較高，保鮮、保質期比較短，因此，需要冷藏、冷凍。生鮮食品大致劃分為-16 ℃條件下保存的冷凍產品，0～4 ℃條件下保存的冷鮮產品，4～12 ℃條件下保存的氣調保鮮品[4]。生鮮食品對物流配送在時間和設備上提出了更高的要求[5]。

1.2.2? 冷鏈物流配送中心

是指生鮮食品在運輸過程中進行貨物配送和必要流通加工的場所[6]，該場所有助于保證貨物的質量安全和科學快速周轉。冷鏈配送中心是由冷鏈運輸系統(tǒng)、冷鏈倉儲系統(tǒng)、冷鏈裝卸搬運系統(tǒng)、冷鏈包裝加工系統(tǒng)、冷鏈配送系統(tǒng)和冷鏈信息系統(tǒng)組成。

2? 德誠企業(yè)概況及作業(yè)流程

2.1? 企業(yè)簡介

德誠企業(yè)是集倉儲、配送于一體的第三方冷鏈物流企業(yè)。公司現(xiàn)有標準庫房約五千平米，配有多型號的集裝箱卡車，擁有專業(yè)的倉儲信息系統(tǒng)以及1 500平米冷庫，配備標準3～30噸的大小噸位齊全的冷藏車。公司目前主要經營低溫宅配、常溫物流、低溫倉儲配送[7]。公司通過物流管理系統(tǒng)和倉庫信息系統(tǒng)，建立起了一支城市宅配隊伍，提供上門取貨、交叉理貨、分區(qū)、到站、配送、簽收一站式的宅配服務。

2.2? 德誠公司冷鏈配送中心的工作流程

該公司冷鏈配送中心首先接收整車貨物，按照貨物種類對冷凍產品、冷鮮產品以及氣調保溫產品分別進行驗收，驗收合格后的產品進入加工區(qū)進行加工，加工完畢入庫、按照客戶訂單出庫、打包分揀、配送。冷鏈物流配送中心各區(qū)域主要功能及要素如表1所示。

表1? 德誠企業(yè)冷鏈物流配送中心各區(qū)域主要功能及要素表

區(qū)域 功能 主要資源

收貨區(qū) 主要負責貨物的驗收與入庫 卸貨叉車、工作人員以及驗貨設備等

加工區(qū) 根據市場需求，主要負責對新收入生鮮貨物進行加工 清洗設備、加工設備、包裝設備和操作人員

存儲區(qū) 根據產品保質期和對不同的溫度要求，對產品進行冷藏或冷凍 叉車、貨架、起重設備和相應的操作人員

分揀理貨區(qū) 根據訂單信息進行產品挑選分類 貨架、手推車、自動分揀裝置、傳動設備及相關人員

配裝發(fā)貨區(qū) 主要負責裝配和運輸 小型裝卸機械設備、運輸車輛及操作人員

回收處理區(qū) 主要負責對退貨產品的差異化處理 操作員、叉車和貨架

3? 基于Flexsim企業(yè)冷鏈物流配送中心的建模

3.1? 建模假設及模型布局

在德誠企業(yè)的實際運作過程中，各個環(huán)節(jié)設施及運作均表現(xiàn)得煩瑣復雜。本著有助于分析問題和優(yōu)化物流流程的原則，對實際冷鏈物流配送中心的工作情況進行簡化[8]。首先，假定冷鏈物流配送中心的貨物按照貨物的類型分為冷凍產品、冷鮮產品、氣調保鮮產品三種。其次，不考慮冷鏈物流配送貨物種類計量的多樣性，直接使用體積作為度量單位。再次，假設所有設備處于連續(xù)工作狀態(tài)，不考慮設備的保養(yǎng)和維修。最后，假設貨物檢驗的不合格品率約為1%。

從模型庫中依次拖出六個發(fā)生器，分別模擬產出冷凍產品、冷鮮產品、氣調保鮮產品及其各自的包裝物；拖出三個合成器，分別將產品加工成運送到物流配送中心的貨物；拖出三個暫存區(qū)，模擬不同類別貨物的等待檢驗區(qū)；拖出三個處理器及一名操作員，模擬對來到冷鏈物流配送中心的食品進行檢驗；拖出三個暫存區(qū)和一個吸收器，暫存區(qū)用于存放檢驗合格的產品，吸收器則存放不合格的產品；拖出一個任務分配器、兩輛叉車及三個分解器，通過任務分配器的協(xié)調，兩輛叉車將合格品送到各自的分解器；分解后的產品通過傳送帶送到配送中心的合成器，按照配送中心的產品配送規(guī)格要求重新打包，貼標簽，掃碼，通過各自的傳送帶入庫。拖出六個貨架和三個堆垛機，每兩個貨架作為一組，分別存放不同類別的產品，產品通過堆垛機上、下貨架；產品根據客戶要求首先出庫，通過分解器進行分解，再根據個人客戶和單位客戶的情況重新組合打包，打包后的產品通過傳送帶傳送并掃碼，分別送往B2B訂單貨物暫存和B2C訂單貨物暫存區(qū)，由運輸車輛將其運走。同類模型實體之間根據物流的流經順序進行A連接，不同類模型實體之間進行S連接。具體布局及連接如圖1所示。

圖1? 冷鏈物流配送中心模型布局及連接圖

3.2? 貨物到達及檢驗時間參數(shù)設置

德誠冷鏈配送中心作為第三方冷鏈物流公司，其貨源以國內和國外的供貨商提供的冷鮮產品為主。根據貨物的儲存方式，分為冷凍品、冷鮮品和氣調保鮮品。在貨物進行驗收之前，使用兩個發(fā)生器及一個合成器來模擬供應商貨物的到達，雙擊發(fā)生器，在發(fā)生器的屬性界面中設置臨時實體的到達時間，模擬冷藏車在不同時間到達。在檢驗器臨時實體流界面，在發(fā)送至端口編輯框中，通過選擇百分比，將不合格品設置為1%，并進入吸收器進行處理，選用一名操作員進行對三類貨物進行驗收。不同產品的驗收時間不同，根據以往驗收經驗，對服從正態(tài)分布的驗收時間，在作為驗收器的處理器中分別將加工時間設置為Normal（11，3）、Normal（7，2）、Normal（9，2）。合格的貨物通過叉車運往拆解加工區(qū)進行處理。

3.3? 拆解加工系統(tǒng)的模型構建

拆解加工系統(tǒng)的主要工作是將貨物進行必要的包裝拆解，進而將貨物細分、掃碼后進行加工再包裝。在這一過程中要對貨位的安排做出預處理，保證貨物的高效通行，順利進入冷庫。根據貨品種類設置三條流水線，每條流水線配置三名工人負責包裝的拆解及貨物的整理，一部分的貨物按照需求進行再加工，保證貨物在后續(xù)存儲、發(fā)貨時的安全和取送方便。

3.4? 倉儲系統(tǒng)的模型構建

在倉庫前設置入庫站臺，放置等待入庫的產品。倉儲區(qū)的面積為1 500 m2，根據貨物的種類和存儲條件將倉庫劃分為三個區(qū)域，采用當前先進的果蔬保存方式，兩個貨架為一組組成一個區(qū)域，倉儲系統(tǒng)分別為冷凍庫、冷鮮庫以及氣調保鮮庫，溫度按照對應保存的貨物進行自由調節(jié)，用堆垛機來模擬貨物的自動搬運上架，如圖2所示。

圖2? 倉儲系統(tǒng)模型圖

3.5? 分揀包裝系統(tǒng)的模型構建

分揀包裝系統(tǒng)是整個配送中心的核心。由于冷鏈物流貨物的特殊性，不能頻繁從倉庫中取送貨物，所以當訂單上需求的貨品積累到一定數(shù)量時進行統(tǒng)一取放，取出的貨品運送到拆盤處進行拆盤，托盤由吸收器進行處理，貨物進入周轉區(qū)等待打包，為防止產品的腐爛變質，要考慮在周轉區(qū)進行一定的保溫措施[9，10]。按照B2B、B2C兩種訂單分別進行打包，由于B2B類訂單比較復雜，訂單信息錄入全局表，依照全局表進行包裝分揀工作。B2C訂單直接按照訂單進行打包分揀，分揀包裝系統(tǒng)的模型如圖3所示。

3.6? 配送系統(tǒng)的參數(shù)設置

貨物進行包裝后進入配送區(qū)，為防止貨物產生積壓，對于出貨量較大的B2B類訂單設置三條通道，并根據訂單的類型，運用Case語句進行設置，便于分類和分區(qū)域發(fā)貨。對于零散量小B2C訂單貨物單獨設置一條通道。兩種訂單種類的貨物經過傳送帶進行掃碼出庫，到達B2B、B2C發(fā)貨區(qū)。

圖3? 分揀包裝系統(tǒng)

4? 模型運行結果分析

由于采取的是無停歇的工作模式，且目的是為了得到一套切實可行的規(guī)劃布局方案，所以驗證的依據為模型能否運行流暢，運行效果是否達到預期。

選取模型仿真運行10天的部分設施運行數(shù)據如表2所示，進行分析，找出該冷鏈物流系統(tǒng)存在的不足。

表2? 模型運行部分數(shù)據

設施設備 建模

實體 輸入數(shù)/個 輸出數(shù)/個 最大停留時間/h 加工時間占比/%

冷凍產品分解 分解器 2 501 2 500 1.3 67

冷鮮產品分解 分解器 2 433 2 422 1.5 63

氣調保鮮產品分解 分解器 2 502 2 501 1.0 69

氣調保鮮產品掃碼 處理器 1 254 1 254 1.0 32

冷鮮產品掃碼2 處理器 1 216 1 215 1.2 33

冷凍產品掃碼3 處理器 1 257 1 256 1.0 33

氣調保鮮產品包裝 合成器 2 491 2 487 1.2 83

冷鮮產品包裝2 合成器 2 434 2 432 1.0 83

冷凍產品包裝3 合成器 2 492 2 490 1.3 66

對表2中的數(shù)據分析可以發(fā)現(xiàn)，該冷鏈物流中心在運行上存在一定的問題，需要調整達到進一步降低運營成本效果。首先，在貨物拆解、掃碼、打包入庫環(huán)節(jié)的最大停留時間明顯偏大，說明在該環(huán)節(jié)貨物到來情況變化時沒能采取靈活的工作措施，造成貨物在該環(huán)節(jié)停留時間較長，容易造成貨物堆積，需要增加人員及提高加工效率來改善；其次，包裝環(huán)節(jié)的設備作時間占比較為理想，分解環(huán)節(jié)工作時間占比63%～69%，雖然略少，但基本可以。掃碼部分工作時間占比只有30%多，人員設備的性能沒能發(fā)揮應有的效率，應考慮減少人員、設備投入。另外，在模型的仿真運行過程中，通過儀表可以看出，拆解加工系統(tǒng)的工人空閑率較高，實際人員利用率低，可以適當減少工作人員；最后，訂單在分揀包裝時容易出現(xiàn)供貨不足，需要適當提高出貨量以及抽調空閑人員負責揀選。

5? 結? 論

結合生鮮食品以及冷鏈物流的相關理論和冷鏈物流的特殊性，本文以德誠企業(yè)的冷鏈物流配送中心為例進行仿真模擬，以期望讓冷鏈物流系統(tǒng)在正式投資建設前有一個比較合理的設施設備布局，同時對已建成冷鏈物流中心在升級改造時提供參考?？紤]到冷鏈物流系統(tǒng)是一個典型的離散型變量系統(tǒng)，選擇使用Flexsim軟件進行仿真模擬更加逼真和科學。通過論述模擬對整體布局規(guī)劃方案，設置部分關鍵節(jié)點的參數(shù)，運行模型檢驗模型的可行性，在模型運行過程中進行各個流程的縱橫比較，分析模型運行數(shù)據，直觀的發(fā)現(xiàn)冷鏈物流配送中心的問題并提出相應的建議，在允許的條件下進一步調整設施布局及工作參數(shù)，優(yōu)化流程，達到布局合理，設施、設備、人員匹配的效果。實踐表明，基于Flexsim仿真軟件的對德誠冷鏈物流配送中心的模擬及結果分析，對冷鏈物流配送中心的規(guī)劃及合理運營有積極的參考意義。但是同時應該注意，模型在建立時進行了簡化，與實際的建設成本、設備運營成本有一定的差距，在實際運用中作為重要參考的同時，也應充分考慮它的局限性。

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作者簡介：孫成衛(wèi)（1968—），男，漢族，山東德州人，副教授，高級統(tǒng)計師，教師，研究方向：智慧物流與供應鏈。