RaLC虚拟仿真软件教学应用设计

刘小红，王君兰

(重庆电力高等专科学校，重庆 400053)

虚拟仿真课程是职业院校学生体验实际操作场景的一种教学手段，《教育部办公厅关于 2017—2020 年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》(教高厅〔2017〕4 号)[1]和《教育关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》(教高函〔2018〕5 号)[2]都明确指出，虚拟仿真实验教学应以学生为中心，以项目为驱动，通过直观的仿真系统优化方案，提高学生的学习兴趣，培养学生的综合实践能力。

1 RaLC仿真软件介绍

RaLC仿真软件是一种可以面向物流管理专业教学的3D动画仿真软件系统。RaLC仿真软件可以让学生在计算机系统中建成虚拟的物流配送中心或仓库的3D动画模型，同时通过对机器人、传送带、AGV小车、自动立体货架等设备设置参数实现对配送中心或仓库功能的优化。该软件呈现的3D动画模拟配送中心等系统的运行，可真实地展现整个物流系统的运作情况，让学生有直观的印象，为物流中心的规划建设和改善提供有效的可视化手段。

2 RaLC仿真软件教学应用设计

2.1 认识各种物流设施设备，了解其功能和用途

RaLC仿真软件提供了现实物流运作中设备的模拟模块。例如：一般仓库会用到的设备，即高层货架、叉车、地牛等；智能化程度高的设备，即自动立体仓库、AGV小车、自动堆垛机、传送带、自动分拣设备等。这些物流设备模拟模块都是按照现实中物流设备的功能进行设置。一些设备图如图1所示。

教师可以通过软件的设备图形、设备运行的3D动画，以及设备的结构和功能特点相对应的参数属性表向学生讲解设备的性能和用途。以分拣输送机如何进行货物分拣为例。图2向学生展示了分拣输送机的设备形态和结构。通过分拣输送机参数的设置，可以让学生明白分拣输送机是通过在软件系统中设置的条形码识别货物，从而达到货物分拣的目的。学生设置条形码后，分拣输送机开始工作，货物进行分流，直观展示了分拣输送机的工作原理、工作状态和效果。这种形象直观的操作对学生理解仓储与配送课程、物流设施设备课程中抽象的分拣系统的描述，以及条形码在仓储系统中的实际应用有非常好的效果。

图1 升降机、传送带、机械人设备图

图2 分拣输送机货物分拣截图

2.2 建立立体仓库模型和调试

RaLC仿真软件采用类似Windows的视窗操作方式，应用的物流设备模拟模块在界面上可以直接点击按钮来添加。模拟设备模块可以通过直接调整设备的功能、规格形式、运动轨迹、运行逻辑等技术参数来完成，即学生不需要编程就可以实现建模的功能，能够进行物流中心的仿真和分析。

教师可以指导学生通过仿真软件提供的复合型物流中心来熟悉软件的基本操作步骤和模型构建的基本方法。复合型物流中心是以自动化立体仓库为中心，流程可分为入库和出库流程，基本模型如图3所示。

图3 复合型物流中心

学生根据软件实用教程的步骤，在教师指导下建立仿真3D复合型物流中心模型并进行仿真运行。在此过程中，教师可以引导学生熟悉物流中心的运作流程，了解各种设施设备的功能和用途，帮助学生具备自己建立仿真模型的能力。

在模型能够实现货物从分拣入库到出库全流程运行后，教师需要指导学生实现模型的优化。在该模型运行的过程中，会出现货物分拣不及时、货物堵塞分拣设备的情况，此时学生可以通过软件调整设备属性中的速度等参数来实现货物的平稳流动。例如，学生只要调慢直线输送机的速度，机器人处就不会出现货物堵塞的情况；同时，学生也可以在机器人的属性中调快机器人的运行速度，同样可缓解货物堵塞的情况。但在调整相关设备速度后，学生会发现后继的流程中出现了新的拥堵点，这时，教师可以借此引入供应链管理课程中的TOC瓶颈原理。学生在课堂上就能通过仿真演示，直观和形象地看到供应链中的TOC瓶颈现象，并通过自己改变模型设备参数实现模型优化，理解如何解决供应链中的TOC瓶颈，实现供应链的最终优化。

通过RaLC仿真训练，可以让学生充分理解物流中心的运作、具体工作环境、操作内容等，还能调动学生的学习主动性，同时将理论与实践相结合，也增强了其对专业技术的认识，从而激发其敬业精神。而传统教学中，学生们会学习仓储与配送、库存管理、供应链管理等课程，尽管能掌握课本知识，但由于没有实际应用的场景，往往会对本专业有一种模糊感，进而缺乏从事专业工作的积极性。因此，教师可以通过将专业知识融入仿真实践中增强学生的自信心和成就感。

2.3 进行现实问题的虚拟模型设计和调试

RaLC仿真软件除了能够让学生按照已经有的物流中心的模型等进行仿真运行外，该软件还具有强大的对现实问题的虚拟模型进行设计和调试的功能。

1)制作数据文件的功能

RaLC软件可以自己建立货物商品的文件，对包装形式(bara：单件散货；inner：可容纳多个bara的货箱；outer：可容纳多个inner 的货箱)与尺寸、商品个数、颜色等进行设定。还可以对入库物品的目的地、商品 ID(在商品管理文件中设定的商品)、数量、入库类型等项目进行设定。RaLC软件采用如图4所示的界面编辑货物商品文件，与平时学生所使用的Excel表格功能类似。

图4 库存文件编辑图

2)作业管理器的强大功能

RaLC软件提供了具有强大功能的作业管理器，学生可以通过作业管理器读取命令文件来对连接在作业管理器上的设备进行操作。RaLC软件提供了简单易操作的TM命令编辑器，同时采用了接近日常语言的命令语句，便于学生进行操作和理解，学习使用难度较小，既实现了类似程序编辑的开发应用功能，又不要求学生必须具有相关编辑程序语言的基础。

3)数据分析功能

RaLC软件的数据分析功能可以记录学生在仿真操作后的仿真运行数据，还可以将相关数据采用直观的统计图表等方式来表示。学生可以通过更改仿真设备的布局、设备配置、设备参数重新仿真，并通过查看仿真数据的变化来优化系统设计，从而提高运行效率。这些仿真数据分析为学生优化物流系统的运作提供了可视化和客观的支持。

图5展示了作业员分拣货物的动态线路，表示出作业人员的移动路线及滞留时间的球体。学生可以通过改变货架的位置或者改变作业人员分拣货物的方式来优化作业人员工作效率。作业员移动距离数据图能直观地展示优化前、后作业人员移动的距离，如果是分拣同样的货物，作业人员移动的距离越短，则表示该作业员的效率越高。学生可以根据吊车设备时间效率图和忙闲状态图了解设备的使用情况，并及时调整货物的安排，尽量提高设备的利用效率。

图5 作业人员动线图

4)现实物流问题的虚拟模型设计和调试

RaLC软件的上述三大功能使得学生通过在仿真软件中灵活地设置各种参数，应用各种设备模块模拟条件，就可以模拟真实物流中心的各种运行情况，为学生提供了了解真实物流设备运作的机会。仿真软件不存在操作危险的限制，学生可以天马行空地想象，进行各种各样的设备调试设计，拓展学生的发散思维，并可以迅速地通过仿真看到结果，激发学习热情。这在传统教学中是不可能实现的[3]。

教师可以指导学生进行现实物流问题的虚拟仿真模型设计。例如：学生参加智慧物流技能大赛的物流操作，涉及货物的入库和出库操作，这部分要求4个学生队员进行团队配合，利用托盘、叉车、地牛等工具实现快速准确的出入库操作。传统方法需要学生不断地搬运装卸货物，每次时长至少要1个小时。而利用RaLC软件的仿真功能就便利多了。首先建立货物数据库，然后测算学生的搬运装卸速度等数据参数，最后根据现实情况建立出入库模型。模型顺利运行后，团队可通过直观的数据，分析每个队员的动线数据、忙闲状态，以调整队员的运动路线和工作任务，进而进行队员工作任务的优化和配合。模型在仿真软件中可以不断进行调试，直到设计出4名队员最优的动线和任务。学生在此过程中既学会了建立仿真模型与优化调试，还可以用该优化的结果指导自己的出入库操作，不用通过一次次重复装卸搬运来发现优化方法。总之，仿真软件能让学生更深入地体会到其对解决实际问题的作用。

除此之外，教师还可以引导学生将RaLC软件的仿真优化功能运用到现实的各种物流场景中，实现优化作业。例如：学生去企业分拣中心进行顶岗实训后，体会到分拣的辛苦，这时可以引导学生建立分拣模型，尝试摘果法和播种法2种分拣方式作业，或者混合方式作业，利用仿真软件弥补传统教学的不足，让学生直接看到2种分拣方式的具体效果，而不是仅仅在知识和理论上背诵2种分拣方式的优缺点，从而达到真正理解知识和提高应用知识的能力。

学生在教师指导下将现实物流问题进行虚拟模型设计。当模型运行结果不能达到要求时，学生必须动脑筋认真分析问题出在哪里，想办法对模型设计进行调试优化，最终通过不断动手尝试，真正地解决问题。这种教学模式可以调动学生的学习主动性，为学生提供了充分动手的机会，符合职业教育的特点。

3 结语

RaLC仿真软件利用真实物流数据制作出商品、进货、入库、库存、拣选、分类、包装、补货、出库等一系列仿真数据文件来驱动模型，动态实现完整意义的仿真，真实再现了物流工作场景。这为学生熟悉真实物流工作、了解物流基本原理、思考提升物流工作效率的方法提供了基础条件。因此该软件对于物流管理基础、仓储与配送、供应链管理等物流核心课程的教学有助益，同时教师能够应用该软件进行数据分析教学、简单的模块编程教学、物流中心仿真教学、虚拟模型设计和调试教学等。教师还可以根据实际教学的需要，开发新的物流实习教学的内容。

RaLC系列软件采用视窗操作，功能模块直接拖放使用，操作简单，模型建立快速便捷，对使用者的计算机能力要求不高，使用者在短时间内就可熟练掌握。教师通过对该仿真软件的教学设计，从物流设施的点到物流中心的面，从模仿系统提供的模型进行操作到让学生根据现实物流问题自主设计模型并进行优化调试，同时将相关课程的理论知识融入仿真系统的形象演示和运行中，能够让学生有强烈的体验感，提高学习效率，激发学习兴趣，从而提升教师的教学质量。

物流系统仿真技术对物流教学和物流实验起到了重要作用，可为培养专业而实用的物流专业人才助一臂之力，也可为提高物流行业从业人员的专业素质起到最根本的专业指导作用，还能对行业规范起到改进作用。