基于虚实结合的物流仓储系统仿真教学实验平台

□ 曹小华，杨 阳

(武汉理工大学 物流工程学院，湖北 武汉 430063)

现代物流业是一种包括运输、货代、仓储、信息的混合型行业，物流业渗透于十分广阔的领域，随着社会的不断发展，社会对物流相关人才的需求也在不断增大，对于物流实验的需求也在相应的增大，在对相关人才的培育过程中，物流实验所占的地位也越来越大[1]。通过开展相应的物流实验，学生可以通过相应的实验教学，来提高对物流活动的了解，熟悉的掌握相关的物流专业知识，从中也可以结合实际了解相关理论的运用方向，体会到物流专业知识至关重要的作用[2]。当前的物流教学方法还是偏重于以往的理论教学，教学形式还是以教师传授、理论考试为主，教学方式缺乏创新，国家物流师资格证书也主要采用当前的传统教学模式[3]。

随着时代的发展，许多高校的物流类专业都在不断地加大对实验室的建设力度，但是由于资金缺乏、师资实力不足等各种原因的影响，实验室的效果还是有很大的不足之处，例如，在仓储作业流程的教学实验中，由于资金、场地等原因，高校不能够完全的还原出完整仓储作业流程。由于我国物流业起步较晚，因此，加大对物流教学实验平台的建设力度，提高学生的物流实践能力，可以使当今的物流教学更加完善，也可以更加全面的对物流相关人才进行培养[4]。

1 虚实结合的实验平台

从理论的角度来说，仿真平台就是指利用虚拟的技术，利用该技术在虚拟环境中模拟出现实生活中实验所在的环境。学生可以不在现实环境中完成实验，而是通过仿真平台完成相应项目的实验，还能够对实验结果进行分析。通过仿真平台进行模拟具有非常高的真实度，仿真平台通过对各种研究对象进行模拟，可以使相关人员更加直观地了解相应的设备，以此来提升相关人员的专业水平。但是，使用仿真设备也有很大的不足之处，相关人员并不能通过仿真提高操作技能的训练效果，为此运用虚实结合的实验平台，可以对各种设备进行更加真实的模拟。在这个仿真模拟过程中，需要人工来搭建相应的控制系统，并且编写对应代码，让电脑软件中的机械设备做出动作，不仅可以减少建设实验室所需的费用，而且还能提升实训的效果[5]。

对于当前的仓储实验教学，由于资金、场地等原因的影响，学校所建立的仓储实验主要是通过构建简单的仓库来让学生了解仓库中的各个设备，但是不能很好的了解仓储过程中完整的作业流程，而且也不能通过实验来发现其中的不足之处，因此，虚实结合的仓储仿真系统实验平台则被提出。

本文“虚”是指通过对三维仿真软件Flexsim的使用，结合实际仓储，来建立起自动化仓储的仿真模型，然后，利用WinCC组态与Excel表来搭建数据接口。“实”是指将Flexsim建立的仿真模型与实际中的PLC等硬件设备进行结合，组建虚实结合的物流仓储系统仿真教学实验平台，平台的构成框架图见图1。

图1 平台构成框图

2 虚实结合实验平台的搭建

2.1 Flexsim建模

Flexsim是一个建模十分方便的软件，而且它的显示功能也是十分的强大，该软件还可以进行原始数据的拟合[6]，它可以拟合成各种分布，而且也可以导入实体，模拟现实中的设备，运行模型进行的仿真实验，可以通过对结果的分析对仿真模型进行优化，而且它能生成3D动画图像，还可以与许多大众软件进行接口[7]。

结合对教学实验平台的研究，所建立的仿真模型应该包括：仿真模型的建立、数据交换。在仿真模型的构建方面，以某仓库为参考，通过对该仓库的仓储作业流程进行分析，确定出入库流程的各个设备数量，编写流程图，完成模型的布局，然后，将各个实体的端口连接起来，最后，根据从该仓库的调查结果，对实体进行参数设置。构建的仓储作业流程模型如图2和图3所示，图2为入库作业模型(简化了出库部分)，图3为出库作业模型(简化了入库部分)。

图2 入库作业模型

图3 出库作业模型

在数据交换方面，众所周知，仿真就是为了模拟实际系统，所以，要实现实际数据与仿真模型的对接接口，只有这样才能更好地模拟出实际系统。Flexsim仿真软件提供了与外部软件的接口，可以通过ODBC与外部数据库进行相连，通过socket接口可以与外部硬件设备相连，与Excel、Visio等软件配合使用[6]。本文利用Excel表格作为数据库结合ODBC的方式进行数据传输，我们就要运用到Excel导入，从中我们可以看出我们可以导入合成清单表格、传送带布局表格、全局表、管道布局表、到达时间表、时间表、交通控制表等，可以看到我们可以导入想要的数据，只要设置起始行、起始列以及总行数和总列数就行。

2.2 PLC控制硬件

本文采用PLC控制硬件作为教学实验平台的控制核心，教学实验平台将实验室中的操作手柄、按钮与PLC进行连接，将它们构成输入设备，通过输入设备来实现对Flexsim所建立的仿真模型的控制，这很好的彰显了本文的虚实结合。实验平台在实验前已经定义好相关的I/O接口，以便于与WinCC以及Flexsim进行有效的对接，方便学生使用该实验平台进行实验。

2.3 WinCC组态

WinCC是一个功能强大的组态软件，它不仅提供PLC的通信通道，而且它能够连接所有的西门子S5和西门子S7控制器，还提供许多非特定控制器的通信通道，如DDE和OPC的通信通道。

如图1所示，本文通过WinCC与Excel将PLC与仿真模型连接到一起，WinCC具有十分强大的组态功能，而且它能够访问外部的数据库，这就实现了对PLC特定变量的修改、对Excel进行读写等功能。通过WinCC组态软件，可以实现与PLC的组态，而且也可以实现与Excel之间的通讯，最终能够实现PLC与Flexsim软件之间的数据调用，调用的流程见图4[8]。

图4 WinCC实现数据调用的流程

3 实验平台的运用

本文所建立的基于虚实结合的仓储系统仿真实验平台可以供学生进行不同的实验，通过该实验平台，可以进行仓储作业的教学，也可以进行仓储作业流程的优化实验，还可以进行以PLC控制硬件控制仓储设备的实验。

在用现实物流设备进行仓库作业模拟时，只能够模拟出部分的仓储内容，不易于学生对仓储作业的了解，而且由于教学中没有足够的货物，所以，不能够准确的模拟出货物的运输，而且学生也不能很好的观察出不同时间到达的货物在运输线中产生的问题。通过该实验平台，学生可以更加直观的了解到仓库的整个作业流程。

由于仓库不同，作业流程与设备数量也会存在一定的差异，学生就可以以实验平台的仿真模型为基础，然后通过对各个设备的数量以及设备的各种参数进行适当的调整，能够准确的模拟出实验中的某一仓库，然后再根据到达该仓库的货物信息，来实现Excel与Flexsim模型的接口，通过改变Excel表里面的货物到达信息，来实时实现它们之间的动态连接，然后通过对仿真的运行，学生可以直观的观察货物的出入库，而且还可以通过生成的报告来发现仓储作业系统中的“瓶颈”，并对其进行优化，并通过图5所示的流程，找出最优的方案，以此达到实验教学的目的。

学生除了可以用仿真模型进行实验外，本平台还提供了PLC硬件控制，因此，学生还能够通过PLC硬件控制进行实验，可以通过本文所搭建的平台来实现PLC对仓储中的设备的控制，通过操作相关按钮，来观察仿真画面上的动作，以此提高学生的动手能力以及实现虚实结合的实验教学。

通过该实验平台，学生不仅能够加深对物流中仓储作业流程的认识，而且还能加强对各个仓储设备的认识，除此之外，学生通过对该平台的使用，不仅能够提高对c++的编程能力，而且能够提高逻辑思维，还能提高物流仿真建模能力以及动手能力。

图5 仿真优化的流程图

4 结语

通过利用该教学实验平台，仿真可以很好的替代许多因各种原因而无法在教学中使用的仓库设备，实验平台的应用也能够很好的解决因为实验设备数量的不足、设备的老旧等原因而产生的问题。而且通过对实验平台的使用，可以提高实验教学的经济性，它既可以实现仓储作业流程与运行结果的可视化，又能进行修改，并且能够实现修改后的模型的可视化，通过对运行结果的分析，学生可以完成对仓储作业流程的优化的实验，这对教学实验有一定的借鉴意义。