物流系统规划与仿真实验教学研究

物流系统规划与仿真实验教学研究宁波大学海运学院胡海刚，张玉松现代物流的组织化程度和水平集中地反映了一个国家或地区综合配套能力和社会化服务水平，是一个国家综合国力的体现之一，是国民经济新的增长点。随着科学和管理技术的发展，物流越来越成为企业的一个重要利润来源和核心竞争力的体现。相当多的企业，如韩国的三星、美国的戴尔公司等国际化企业并非依靠技术上的领先优势，而是在物流系统的规划胜出竞争对手一筹而脱颖而出的。因此，学术界非常重视对物流规划理论、方法和手段的研究。在学术理论上，数学计算理论和计算机技术的发展，使得以往不能开展的一些大型计算模拟数学手段得到了应用，如遗传基因算法、神经网络模型等各种数学模型的应用。但是由于物流规划涉及到的因素很多，而且大多数因素都是可变的社会化因素，纯理论的模型不可能完全精确，因此，由规划理论得到的最优方案都必须依赖管理规划人员根据实际情况进行适当调整。在物流规划过程中一个较好的解决方法是利用仿真技术对物流系统的初步优化方案进行一个系统的虚拟运作，借以发现方案的缺陷和改进方法。目前物流系统的仿真技术已经得到了较大的完善和提高，因此在高校实验教学中进行物流系统规划和仿真实验的条件已经成熟。1物流系统仿真1．1物流系统仿真的作用计算机系统仿真技术适用于实验性研究和规划方案的分析和论证。一个机构如要决定使用一个新的设计或新的概念时，往往由于时间和资金的限制，没有办法承受失败所带来的风险。因此仿真模拟可以有效地减小失败的风险。通过系统仿真，决策者可以知道概念或设计的可行性，从而帮助他们作出明智的决定。在物流系统规划设计中，由于场地、设备规模等因素，不可能在建设完后再进行大规模的变化，因此仿真技术有了很大的用武之地。物流仿真系统具有如此强大的功能使得其在工业界得到了广泛的应用，目前国际化的大公司在设计自己的物流系统时，如规划建设自己的厂房区域、在宽大的厂房内布置生产线、以及一些服务大厅的布置都要求设计人员在建设前利用得到认可的仿真软件对规划方案进行建模和仿真。1．2常见的物流仿真系统目前，Arena、Promodel、Witness、Automod、Flexsim等都是市场上常常看到的模拟仿真软件。在实际应用和国内外本科和研究生教学中采用的物流仿真系统普遍需要具有以下基本功能和特点：强大的建模规划功能、先进可靠的优化仿真、直观便捷的可视化的功能要求，以及能够产生运行数据分析报告。这里简单介绍Promodel和Flexsim两种软件。1．2．1Promodel系统Promodel是当前流行的典型的建模工具。它能够精确地建立一个经营过程及其资源配置的随机性、不确定性和相互依赖性的模型，具有为设计者提供连续或离散事件的、动态的和随机的分析功能，是仿真理论在商业、工业、服务业等方面的建模工具，功能包括分析、建模、模型确认、输出分析等。1．2．2Flexsim系统Flexsim能使决策者轻易地通过计算机建构及监控任何工业及企业的分布式流程。透过Flexsim能找出未来工业及企业流程的模式，进而使本企业为该领域中的领先者。Flexsim基础架构的设计不只是要满足使用者当前的需求，其架构的概念更是为了企业的未来而准备，无论在模拟驱动器、统计数字分析和图形代表上都反映了客观的情况。在Flexsim的3D虚拟中，用户可以使用鼠标器放大、缩小和改变视像的角度。同时，Flexsim是个面向用户对象的软件。资料、图像和结果都可以与其他个体导向的软件共用。Flexsim可以从Excel读取资料和输出资料(或任何ODBC数据库)，可以从生产线上读取现时资料以作分析功能，Flexsim也允许用户建立自己的模拟对象。2物流系统规划与仿真实验2．1开展物流系统规划与仿真实验的意义随着中国和全球经济的日益融合，对物流仿真系统人才的需求越来越迫切，而国内的管理专业的教学普遍注重理论分析，缺乏实验教学，因此许多毕业生，特别是本科毕业生在就业后往往只能到较低层次的操作性岗位，或者需要公司送到国外进行工作培训。从实验教学需要出发，我们设计了物流专业的学生仿真系统的实验教学环节。在物流系统仿真实验教学中，遵循先掌握物流规划基本理论，后着手系统建模，利用实际案例引导学生了解仿真、调节优化方案，以及根据系统输出的分析报告提出优化建议的原则。在学生经过一定的物流基础知识学习后，可以设置物流系统仿真实验教学。2．2实验教学方案规划实验教学方案设计可以根据各高校实验室的仿真系统配置、具体的行业服务特点进行规划，但物流系统的仿真实验可以参考一些共性的设置方案。一般的来说，物流系统仿真实验的步骤可以规划为：(1)小组广泛调研，讨论确定一个实际系统作为研究对象；(2)对系统进行前提讨论，分析系统的逻辑、问题、需要采集的数据；(3)确定系统模型，限定系统目标；(4)收集数据，数据预处理，确定建模方案；(5)讨论确定仿真模型结构和仿真目标；(6)建立模型；(7)仿真分析与优化；(8)撰写仿真分析报告，系统论述实际系统的特点、矛盾、原因，提出解决方案和预期效果；(9)提示与建议。在实验教学环节中，学生分成若干小组，制定自己的工作制度、工作日程，开展仿真实践。采取全面参与、内部分工的合作方式，即小组成员合作中，不要让每个成员只参加工作步骤的一个阶段，而是让每个成员都完整参加各个阶段的工作，在各个阶段中大家各分担一部分工作，并且很多时候需要大家共同讨论决策.在进行实验时，所选择的案例系统的规模要适当。没有特别兴趣的学生按照以前实验作业的规模即可，有兴趣的学生往往试图将自己选中的系统做到尽善尽美的程度，但要考虑工作量和有限时间与人力资源的限制，保证工程如期竣工。最后每个小组提交小组实验报告、原系统模型、优化后的模型和仿真报告文档。3教学案例解析在物流规划与仿真实验教学过程中，学生可以选择实验室配置的系统进行仿真作业，如Promod—el、Flexsim等。3．1教学案例的问题提出在实验教学中，要求进行如图1所示的流水加工生产线的系统仿真实验。在实验中对加工生产线不考虑其流程间的工件运输，对其各道工序流程进行建模。该加工系统的流程与相关参数如下：(1)2种工件L—a、L—b，(10，2)和均匀分布(20，10)进入系统，首先进入队列Q—in；(2)由操作工人进行检验，min。不合格的废弃，离开系统，加工工序，合格率为95％;分别以正态分布min的时间间隔每件检验用时2合格的送往后续(3)L—a送往机器M1加工，如需等待，则在Q—ml队列中等待；L—b送往机器M2加工，如需等待，则在Q—m2队列中等待；(4)L—a在机器M1上加工时间为均匀分布(5，1)min，加工后的工件为L—a2；L—b在机器M2上的加工时间为正态分布(8，1)min，加工后的工件叫做L—b2；(5)一个L—a2和一个L—b2在机器Massm上装配成L—product，需要时间为正态分布(5，1)min，然后离开系统；(6)如装配机器忙，则L—a2在队列Q—outl中等待；Lb2在队列Q—out2中等待。建立上述流水作业线仿真模型，并连续仿真一个月的系统运行情况。3．2实验步骤(1)选择一个合适的物流系统仿真系统，根据案例中的实际情况建立系统仿真模型。(2)定义系统各实体间的流程逻辑。(3)定义系统和各种实体的参数。(4)设定运行时间，调节时间比例。(5)编译。(6)运行模型。(7)查看仿真结果，分析设备利用情况。(8)改变这个加工系统的加工能力配置(改变机器数量、或者更换不同生产能力的机器等),查看结果化情况。3．3实验完成后的思考和研究在完成仿真模型的建立、运行以及优化方案分析后，需要学生根据仿真的结果提交实验报告。在实验报告中可以思考和分析研究如下问题：什么单元的哪些参数可以有效反映系统生产能力平衡状况，根据模型运行结果对系统进行调整，比较调整前后的运行结果有何不同，并写出学习仿真软件和建模的心得体会和建议。4结束语物流专业开展系统规划和仿真实验教学不仅可以有效地提高学生对物流系统的分析和综合策划能力，更好地满足物流产业发展对高层次人才的需求，而且有利于高校充分发挥为社会经济发展服务的功能。参考文献(References)：[1]杨晓．基于物流仿真技术的系统设施布置设计[J]．矿山机械，2005，33(11)：85—88．[2]何腊梅，郑忠，高小强．基于时间倒推和流程仿真