Witness在高职院校物流专业实践教学中的应用研究

宋 雷（广东交通职业技术学院，广东 广州 510650）

物流管理专业在高职院校已经经历10多年的发展，无论从理论教学还是实践教学方面都取得了很大提高。但是随着物流行业设备与技术的日益发展，高职院校物流管理专业在实践教学过程中也存在各种问题：物流理论知识比重偏高、实践技能训练不足，与当今快速发展的物流产业对物流高技能应用人才的要求失衡；传统的理论教学，跟实际的物流应用脱轨，学生缺乏真实的物流环境氛围；学生主要通过在有托盘、货架等设施设备的物流配送中心实训室、到物流企业参观、顶岗实习等形式来实现实践教学，而通过物流仿真平台帮助学生获得实践能力培养的运用手段较少。因此，如何提高物流专业实践教学质量，全面培养学生的物流职业综合能力，显得尤为重要。随着计算机技术的发展而出现的仿真技术，为物流专业实践教学提供了一种新的途径。

1 仿真技术的特点

仿真技术具有以下特点：

1.1 时间的伸缩性

使用计算机仿真技术，可以将几个月甚至几年或更长时间的外界系统活动压缩到十几分钟甚至几秒内模拟运行出来，也可以将短期内的系统活动放大进行长时间地模拟，在实践教学中可以利用这一点根据课程的需要设计模拟系统，既可以设计重复性的实验项目，也可以根据时间要求建立操作性较强，与现实比较接近的模型。

1.2 广泛的适应性

利用仿真技术可以按照教学需要建立不同类型的仿真模型，这些模型可以是操作性较强的物流设备操作仿真演示，也可以是物流规划方案的仿真优化设计，这一点对综合性较强的物流实践教学来说是尤为重要的。

1.3 可控性

利用仿真技术的时间伸缩性、仿真广泛性的特点，物流实践教学可对内容实现有效的控制；由于仿真模型的使用，还可实现业务流程可视化，将平面的物流实践教学立体化。

另外，高职院校实施仿真物流教学建立物流仿真设备，可以有效解决物流实物设备投资大、对场地的要求高、更新不便的问题，而且可以根据现实的变化灵活方便地更新仿真设备。利用仿真技术的时间伸缩性、广泛适应性、可控性和便于多方案比较的特点，相对于物流实物设备实训的实践教学可以更有效满足物流实践教学的要求。

目前，用于教学工作的物流仿真软件比较多，比较常见的有Automod、Witness、Arena、ExtendSim、Flexsim、ED、eMPlant、Simio、ProModel等专业仿真软件。由英国Lanner集团开发设计的Witness软件作为一种先进的运作系统建模与仿真优化平台，在生产运营、供应链、物流、服务系统仿真优化方面获得了大量的应用和研究成果。基于面向对象建模理念开发设计的Witness软件具有编程工作量少、可视化动态模拟界面、方便的统计报表系统、智能优化算法等特征，通过Witness开发的系统仿真模型易于理解和控制，为物流专业学生在学习期间深入理解实际物流系统提供了直观的、可行的实验场景。本文以物流配送中心成本仿真模型为例说明Witness仿真技术在物流专业实践教学中的应用。

2 Witness对物流配送中心成本的仿真教学举例

2.1 案例描述

3家供应商分别根据各自产品在配送中心的库存量进行生产，当产品在配送中心的库存小于10件时，开始生产。供应商一、供应商二分别以4小时一件的效率向配送中心供应产品，供应商三向配送中心每提供一件产品需要的时间服从2～6小时的均匀分布。

配送中心根据生产企业的库存量向各企业发货，当生产企业一的库存量小于2件时，向该企业发货；当生产企业二的库存量小于3件时，向该企业发货；当生产企业三的库存量小于4件时，向该企业发货。配送中心进货成本是3元/件，供货价格5元/件。每件产品在库存中心存货100小时的费用是1元。

各生产企业进行连续生产。生产企业一每生产1件产品需要6小时，生产企业二每生产1件产品需要的时间服从3～9小时的均匀分布，生产企业三每生产1件产品需要的时间服从2～10小时的均匀分布。

2.2 仿真目的

假定在保持供应链连续工作的条件下，来仿真一段时间的工作，要求动态显示配送中心的即时库存成本及利润，作为评价仿真系统性能指标，并试图进行改善，以期达到降低库存成本与增加利润的目的。

2.3 仿真模型的实现

2.3.1 可视化建模

Witness为系统中各种类型的资源设计了对应的可视化元素，常用的建模元素为Part、Machine、Buffer、Vehicle等。Part类型元素模拟通过系统并被动态显示出来的处理对象，例如零部件、中间件、成品、顾客、包裹等。Machine类型元素模拟任何对Part类型元素进行处理的对象，例如机器设备或者工作站、工作台。Buffer类型元素模拟存储Part元素的场所，例如原料仓库、成品库存，或者顾客队列。Vehicle类型元素模拟系统中的搬运工具，主要将Part类型元素从一个工作地运往另一工作地。

这些元素在Witness中均以可视化的方式呈现出来，在建模过程中，通过鼠标操作，可以在模型工作区直接显示出当前的建模对象，如图1所示。在仿真模型的可视化界面上，建立系统的供应商、配送中心、生产商以及显示图表，可以实时的显示出建模的可视化效果，逼真形象地模拟了实际物流系统，有利于学生理解当前的建模工作和实际物流系统的运作规律，增强学生的学习兴趣。

图1 物流配送中心成本仿真模型布局图

2.3.2 细节设计

（1）元素参数的数据设计

Witness仿真平台中定义相关元素之后，需要对每个元素的运作细节进行设计，让元素能够表征实际生产系统中被模拟对象的特征。Witness中每种元素都具有细节设计对话框，通过这些对话框，学生在可视化交互模式下对元素进行具体的细节设计，通过这些细节设计，可以让学生能够深刻理解物流系统资源的详细配置。以图1所示的物流配送中心成本仿真模型为例，学生在建立了产品、供应商、生产企业和配送中心等元素之后，还需要进行如下细节设计，才能够让模型完善起来。

①设计供应商到配送中心，以及配送中心到生产商的的路径，代表现实系统中行程的长度和实际路线，并对其长度、最大容量、部件移动每单位所需的时间等项进行设定。

②设计供应商、生产企业等的作业时间。作业时间是对应该环节完成单个工序所需的时间，通常是运用统计学方法处理得到的一个随机分布。

③设计每项资源的固定成本和运行成本。通过固定成本和运行成本的设计，系统可以自动统计出在不同模式下的收益。

从上述可视化细节设计的描述可看出，在进行这些设计时，始终紧密结合实际物流系统的运行特征，可以引导学生逐步理解实际物流系统各项资源的具体配置参数，激发学生对实际物流系统运作规律的兴趣。

（2）系统运营控制的规则设计

Witness仿真模型在元素和相关细节设定以后，需要使用规则（Rules）将这些元素之间连接起来，说明在元素之间是怎样流动以及劳动者是怎样分配的，形成物流系统的运作控制逻辑。Witness提供了Pull、Push、Sequence、Match以及If判定条件等控制语句。

Pull语句实现本工位设备直接从上游元素处领取零部件进行加工，例如生产企业直接从本工位前面的缓存区域获取零部件进行加工处理；Push语句实现当本工位对当前零部件处理完毕后将其送往何处，例如供应商加工完毕后通过路径将零件运往配送中心存储；Sequence语句实现当本工位获取多件零部件进行装配操作时，如果这些零部件的装配具有先后顺序关系时，逐次放入本工位的输入方式；Match语句实现当本工位的输入零部件满足一定条件方能被获取；If判定条件方式以更灵活的方式实现系统控制，例如通过供应商在配送中心的库存小于10件时这一条件变量进行供应商的生产控制。

这些规则可以使用可视化的方式设定，也可以直接输入语句。为了实现这些规则，学生需要调查、思考实际物流系统是如何流动起来，使用不同的规则的优缺点以及使用情况等问题，可以有效促进学生对物流系统运作流程的理解。

2.3.3 统计报表

通过构建Witness仿真模型，可以引导学生调查和分析物流系统的本质，激发学生对物流系统调查、分析和改善的兴趣。建立仿真模型的最终目的是要通过仿真实验，对实验数据进行分析，识别出当前系统的运行状况并提出改善建议。Witness仿真系统提供了大量标准的实验结果统计报表，为每个元素在实验过程中的相关指标都进行了统计，例如设备的繁忙率、空闲率、故障时间率、完成作业数量等；零部件输入数量、发送数量、当前数量、平均数量、通过系统的平均时间等。通过这些详细的统计数据，学生可以很快掌握系统运行绩效的特征，分析出系统的问题以及对应的改善方案。

本文中的模型仿真时钟取系统默认的1的时间单位为1小时，运行365×8=2 920仿真时间单位，根据运行模型得到如表1所示统计表。改善前的配送中心库存成本为248.68元，库存成本较高，降低了利润。

表1 改善前、后物流配送中心成本统计表

改善方案：若供应商当配送中心的库存量小于5件时开始进行供货，运行模型2 920仿真时间单位后对改善方案的实施效果进行评价。根据运行模型得到如表1所示统计表。改善后的配送中心库存成本降低了53.5%，利润增加了5.5%。

根据模型运行得出的数据和不同资源配置仿真的结果可以看出：仿真模型模拟了配送中心从3个供应商进货，向3个生产企业发货，通过调整模型中供应商在配送中心的存货数量标准，大大降低了配送中心的库存成本，加快了物流的流动速度，从而达到资源优化配置的目的。通过报表分析和改善方案效果评价，可以有效提高学生的物流系统调查与分析能力。

3 结 论

Witness系统仿真平台作为一种先进的流程改善和优化辅助决策工具，以其可视化建模方式、简易的编程语言、动态运行界面以及建模柔性等特征在生产运营系统中获得越来越广泛的应用，将其作为一种辅助教学手段引入高职物流专业实践教学过程，可以根据物流技术的发展而实时更新所需资源，在有限的教学场地、资金条件下开展众多类型的实验，满足物流实践教学操作性、重复性、开放性和综合性特点。通过物流仿真实验，直接地将实际物流系统的运行场景以可视化的方式呈现在学生面前，使学生获得实际物流系统现场的直观认识，有效地提高物流专业学生对物流系统的调查、分析和改善能力。

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