Flexsim在仓储作业流程优化教学中的应用研究

文/徐国虎 刘 爽 沈 文

一、引言

仓储作业系统是现代物流系统的重要组成部分，它是集物流、信息流和资金流于一体的流通型节点，因此仓储作业流程的优化对物流系统整体效率的提高起到至关重要的作用。而我国仓储作业管理水平较低、作业效率不均衡、布局不合理等问题一直是企业及学界所关注的热点，仓储作业流程优化也成为了众多高校物流教学的主题。然而目前对仓储作业流程优化的教学大多以理论教学为主，学生对于仓储流程优化对企业的意义无法产生直观认识，所以学以致用的教学目的也难以通过传统的教学方式达到。而模拟仿真的出现，将在一定程度上弥补现有教学方式的缺陷，通过虚拟现实技术，仿真教学不仅能够帮助学生了解基本理论基础、有关技术及操作方法，还能将学生置身于企业环境，增强学生动手能力的同时增进其对企业流程优化的直观认识，所以说构建以模拟仿真为基础的实验平台是对理论教学的重要补充。基于此，本文将以Z公司为案例，通过构建Flexsim仿真模型来模拟并优化该公司现有的仓储作业流程，以期为今后模拟仿真实验教学的开展提供参考与借鉴。

二、Flexsim软件在仓储作业流程优化中的适用性分析

近年来，我国仓储与配送的建设仍处于一种粗放型的状态，存在着仓储管理水平较低、仓库布局不合理、仓储设备利用率不高、作业效率不均衡等多个问题，仓储作业流程优化任重而道远。传统的仓储作业流程优化教学集中在理论学习层面上，主要包括对仓储的概念、作业流程、作业流程优化的理论和方法等方面的讲授，晦涩、枯燥，很难引起学生对课程的兴趣[1]。与此同时，由于学生缺乏对企业仓储作业流程的直观认识，使得学生对理论教学内容的理解大打折扣。虽然也有一些高校借助ERP、沙盘对抗等实验模式辅助教学，但是仅仅以数据来模拟企业运作的业务流程活动，仍然无法从根本上帮助学生对企业仓储作业流程进行直观认识。

图1 基于Flexsim仿真软件的项目仿真模型1

基于传统的仓储作业流程实验教学的不足，越来越多的专家学者开始寻求更为有效的实验教学方法。Flexsim凭借其强大的图像处理技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术赢得了众多企业的青睐，而Flexsim三维动态的显示功能可以用来仿真模拟企业作业流程的多个环节，这将在极大程度上弥补理论教学可视化不足的问题[1]。另外其拥有建模、仿真分析、可视化、外围接口等功能优势[2]，可以将众多不同参数组合的运行结果输出后进行分析比较，从而得到较优的参数组合，这不但有利于企业解决现实问题，还有助于增强学生的实践操作能力。目前已经有多位学者着手于Flexsim软件在仓储作业流程优化中应用的研究，张李威[3]以中商平价仓储中心为实例，结合Flexsim软件对仓储作业过程进行仿真，最终完成该仓储作业系统的优化。朱小荣[4]采用Flexsim仿真软件对某物流中心的仓储作业系统进行了建模和深入的分析，从补货策略设备配置及利用率等方面对模型进行了优化，提出了改进意见和建议。徐林华[5]以锦程仓库为例，以Flexsim软件为基础分析了仓储的具体作业过程，给出了优化方案，消除了瓶颈，使设备利用率达到预期值。

基于上述分析，本文认为将Flexsim软件应用于仓储作业流程优化是可行的，通过模型可以检验现实情况下人员、设施设备等资源的利用效率、库存水平高低等并确定系统中“瓶颈”所在；通过对模型的分析，能够确定影响货物出入库作业效率的主要因素；另外，可以通过对初始模型的分析，提出改进方案，修改模型参数并再次运行仿真模型，分析改进前后系统各项指标的变化，如此循环直到系统得到优化。所以说，无论在实验教学还是企业实际运营中Flexsim软件都具备相当的适用性。

三、基于Flexsim软件的Z公司仓储作业系统案例分析

1.案例背景

Z公司同某小家电企业共同出资打造一个商业电视购物平台，整合电视、互联网等资源，为顾客提供多元化的优质商品与服务。Z公司仓储系统负责客户通过电视购物平台所订购产品的物流环节，包括根据客户订单进行货物的入库、保管和出库等环节。

现有仓储作业流程：入库作业——该仓库有两种不同类型的货物，货物到达后，要求根据订单对货物进行检验并分类，检验合格的货物放至仓库临时存货区，等待叉车搬运到货架进行保管。出库作业——当接到出库订单后，装卸工将需要出库的货物拣选出来放至暂存区，经由叉车运至检验器等待出库检验，检验合格后出库。

2.Z公司仓储作业系统现有流程及瓶颈分析

本文以Z公司的仓储作业系统为例，通过运用Flexsim软件对该系统进行仿真建模，以达到发现并消除项目发展瓶颈，提高系统运作效率以及订单完成率等目的。

图2 汇总报告

（1）基于Flexsim仿真软件的项目仿真模型的构建

根据以上系统描述和企业的实际作业流程，建立基于Flexsim仿真软件的仿真模型（模型1），如图1所示。

并设置系统相关参数如下。

货物到达：该公司仓库有两种不同类型的货物到达，根据仓库货物月度随机到达时间数据分析，设定到达时间间隔为normal（15，2，0）min，即货物到达时间间隔服从均值为15，标准差为2的正态分布；

入库前设置2台处理器，分别对两种不同类型的货物进行检验、分类等处理；出库前设置1台处理器，对所有的出库货物进行检验。3台处理器工作时间为expentional（0，35，0）s，即服从均值为35的指数分布；

货架：仓库设置2个货架，分别存放两种类型的货物，每个货架5层，每层可存放40件货物，即货架的最大容量均为200件货物；

暂存区：共设置3个，即入库前的到货区、仓库临时存货区和出库货物暂存区，单个区域面积为10m2，可堆放4层，最大容量为60件货物；

图3 状态报告

图4 基于Flexsim仿真软件的项目仿真模型2

操作员：设置1个，根据实际观察，单个工人最大运载能力为1件/次，运行速度设置为1m/s，其余参数皆采用系统默认设置；

叉车：设置2辆，根据实际观察，每辆叉车最大运载能力为2件/次，运行速度设置为2m/s，其余参数皆采用系统默认设置。

（2）Flexism仿真模型的运行及结果分析

①仿真运行 假设系统的1单位的仿真时间相当于实际的1分钟，以此为根据，使用仿真控制器，设置模型运行30*24*60=43200个单位，即模拟公司实际运行30天的情况，多次运行现行仓储作业流程的仿真模型。

2、仿真结果输出

仿真目的是获得仿真结果数据，打开统计菜单下的“报告与统计”，生成相应的统计报告如图2和图3）。

（3）仓储流程瓶颈分析

通过数据分析，发现系统在运行过程中存在一些不合理的地方：根据货物到达的数量（1470件）和货物出库数量（1112件）可知订单完成的比率为75.65%；观察暂存区1、3，仓库到货区和出库货物暂存区的平均存放时间分别是1753.7分和2016.13分，最大存放时间分别为3036.16分和3073.39分，可见暂存区中滞留严重；观察仓库两个货架，货架1和货架2的平均存放时间为93.03分和5610.39分，两个货架利用价值存在较大的差异，存在改进的空间；观察处理器，对货物进行检验、分类环节的处理器的利用率分别为58.51%、54.71%，进行出库检验的处理器利用率为92.36%，即入库之前处理器的利用率较低，而进行出库检验的处理器一直处于忙碌状态，任务繁重；观察操作员，进行出库货物拣选搬运操作的操作员2、3的利用率分别为64.98%和41.82%，利用率不高；观察叉车，进行入库搬运的叉车利用率为57.63%，利用率较低，出库操作的叉车利用率仅为7.25%，利用率极低。综上可见现行模型中货物入库存在拥堵，仓库资源利用率较低，且工作量分布不均，由此引发该公司工作效率低，订单完成率低等问题，发展遇到了瓶颈。

3.Z公司仓储作业流程优化

根据模型1输出数据的分析结果，考虑通过改进仓储工具以及调整仓库设备的数量等来实现仓储作业流程的优化。具体实施如下：入库阶段用一辆叉车替换在到货区进行搬运作业的装卸工，定义为“叉车1”，参数设置为最大运载能力2件/次，运行速度设置为2m/s；在出库阶段增加一个检验器，定义为“处理器4”，服从指数分布（0，35，0）s，系统其余相关参数设置不变。

表1 仿真模型1和仿真模型2关键数据对比

（1）基于Flexsim的优化仿真模型的构建（见图4）

（2）基于Flexsim的优化后仿真结果分析

编译运行仿真模型，通过对比优化前后的仿真模型1和仿真模型2的数据结果（表1）进行分析。

模型2中入库前到货区和出库货物暂存区的平均存放时间、平均存货量比模型1中的对应项数值小，说明优化后货物滞留的时间缩短，一定程度上解决了拥堵问题；同时货物2的存储货架和货物2的存储货架的平均存放时间、平均存货量比模型1中的对应项数值小，且优化后两个货架差距缩小，这说明模型2中货物流动相对较快，同时货物存储均匀，资源得到合理利用，库存水平得以改善。

模型2中货物到达量，以及出库货物量均比模型1大，说明在同样的参数设定下，模型2能比模型1输出/输入更多的货物，订单完成比率由之前的75.65%上升到93.36%；模型2中进行货物分类、检验的处理器的利用率较模型1中的高；新增加的检验器分担了原来单一检验器的工作，四台处理器利用状况整体平衡；同时进行出库作业的装卸工和叉车的利用率都得以提升，整个仓储作业布局相对协调，作业流程更加流畅。

综上所述，采取模型2的布局后，人员、叉车、处理器等利用率整体上升，工作量相对平衡，资源得到更为充分的利用；同时处理的货物数量增多，一定程度上达到了提高订单完成率、设施设备和人员利用效率，以及工作绩效的目标，实现了仓储作业流程的优化。

四、结论

本文运用Flexism软件对Z公司仓储作业流程进行仿真，模拟了Z公司仓储作业流程并发现了其瓶颈，在此基础上提出了优化改进方案，整个过程发挥Flexsim仿真技术在课程教学和现实系统中的应用价值。 Flexsim仿真软件在物流仿真教学上的应用，可以为学习者创造一种体验和沉浸的学习环境，来促进学习者的知识领悟和掌握。因此，本文认为开展基于Flexsim软件的物流实验教学是对主流教学形式的丰富和补充。

[1]李金华.物流仿真教学模型及其在教学中的应用[J].经济研究导刊，2013，（6）：322～323.

[2]周向阳.第三讲：Flexsim系统仿真软件的功能特点[J]. 物流技术（装备版），2010，（18）：85～87.

[3]张李威.基于FLEXSIM的物流仓储中心系统仿真与优化[D].湖北大学硕士学位论文，2013，4.

[4]朱小荣. 基于Flexsim的仓储作业系统仿真及优化[J].物流技术，2012，（3）:135～137.

[5]徐林华.基于FLEXSIM的仓储物流系统仿真及优化研究[D].山东科技大学硕士学位论文，2011，5.