基于Flexsim的废旧电冰箱回收再制造逆向物流系统的仿真研究*

□ 丁 毅，赵鹤洋，蒋源欣，孙逸飞

(安徽大学 商学院，安徽 合肥 230601)

1 引言

近年来，在生态文明建设方针的指引下，我国大力发展循环经济。国家发改委等七部门在2020年联合印发《关于完善废旧家电回收处理体系推动家电更新消费的实施方案》，提出用3年左右的时间，推动废旧家电回收处理体系进一步完善，促进废旧家电规范回收数量大幅提升，使废旧家电回售渠道更加便利顺畅，家电更新消费支撑能力明显增强。我国是电冰箱生产和消费大国，废旧电冰箱的回收利用既能节约资源，又能为企业带来不菲的利润。

系统仿真是研究物流作业系统的重要方法和技术手段之一，通过对废旧电冰箱逆向物流系统的仿真，可再现废旧电冰箱逆向物流系统的运行规律，对废旧电冰箱逆向物流系统的规划、设计和运行有着重要的支撑作用。因此对整个废旧电冰箱回收再制造过程进行仿真研究是很有必要的[1]。

2 仿真模型的构建方法

2.1 Flexsim简介

Flexsim是美国Flexsim公司的产品，它采用C++语言开发，利用面向对象编程和OpenGL技术，提供三维图形化建模环境，可以直接建立三维仿真模型，并支持离散系统和连续流体系统建模。Flexsim提供了众多的对象类型，如操作员、传送带、叉车、仓库、储罐﹑货架等，可以快速高效地构建制造、物料搬运、服务等系统模型[1]。

目前，Flexsim已被成功应用于物流和生产制造领域的系统仿真分析，如库存系统仿真、集装箱码头堆场闸口规划、配送中心订单拣选、生产物流系统仿真。废旧电冰箱回收系统的仿真属于典型的生产物流系统仿真，通过Flexsim可以很好地反映整个回收系统的运行状况和问题。

2.2 仿真模型建立的基本步骤[2]

仿真模型的建立通常包含以下几个主要步骤。

①确定仿真研究目的。明确仿真研究的目的可以使未来进行系统调研和建模时抓住重点，而不是面面俱到，浪费时间，甚至偏离系统研究方向。

②收集数据，建立概念模型。研究现有系统(或设计中的系统)，理解系统运作流程，收集相关数据。在此基础上﹐建立系统的概念模型，概念模型通常以图形表示系统运作流程，便于理解和交流。

③建立计算机仿真模型。一旦概念模型通过审核，就可以利用仿真软件根据概念模型建立计算机仿真模型。

④模型校核与验证。模型校核主要考查计算机仿真模型是否按照预先设想的情况运行，是否真实描述了概念模型。模型验证指考查仿真模型是否符合实际情况﹐如模型的输入分布与实地观察结果是否一致，模型的输出性能指标与实际情况是否一致。在此要作必要的统计检验，同时，也需要根据经验和常识进行判断。

⑤实验运行和结果分析。运行仿真实验，得出输出数据并进行结果分析。具体来说，这一步可能包括仿真实验方案的设计，通过实验运行得到输出性能指标的统计，根据实验输出比较不同方案，或者进行敏感性分析以及最优化分析等。

建立仿真模型的基本流程如图1所示。

图1 仿真模型建立的基本流程

3 废旧电冰箱回收处理生产物流系统仿真模型构建

3.1 废旧电冰箱回收处理流程分析[3]

废旧电冰箱回收处理的详细流程如下：

①整机检测：生产商对回收来的废旧电冰箱的外观、安全性和性能进行检测和评估，若整机可再使用，则进行修复和清洗消毒，作为二手产品售卖；若不可再使用，则进行以下步骤。

②箱体拆卸：对废旧电冰箱的箱体进行拆卸，取出箱体板、门封条和发泡剂等，箱体板可重用或进行破碎处理。

③汇放制冷剂：将冰箱残留的制冷剂进行回收处理，以免污染环境。

④压缩机拆卸：对满足要求的旧压缩机可处理重用，对无法再使用的压缩机进行拆卸破碎处理。

⑤冷凝器、蒸发器、继电器、温控器拆卸：对其余部件进行拆卸，重新利用可再用部分，适当处理不可用部分。

⑥对上述步骤中产生的可再使用的零部件进行修复清洗，用于整机的修复。

综上所述，废旧电冰箱回收处理生产物流过程如图2所示。

图2 废旧电冰箱回收处理生产物流过程

3.2 系统结构和概念模型

基于以上废旧电冰箱回收处理的流程分析，可得出仿真模型的系统结构，如图3所示。

图3 废旧电冰箱回收处理系统结构

一般的仿真系统需要收集很多的数据，本文通过绘制实体流程图这样一种结构化的数据搜集方式指导数据的搜集，防止遗漏数据。绘制实体流程图的过程也是构建系统概念模型的过程，在实体流程图上，沿着实体流动的路径，使用文字或图表描述系统的运作方式，同时判断需要搜集哪些数据[2]。

根据以上对废旧电冰箱回收处理生产物流过程和回收处理系统结构的分析，可得到仿真系统的实体流程图,如图4所示[4]。

3.3 废旧电冰箱回收处理生产物流系统的基本设置

①生成器可以生成模型的临时实体。设置1个生成器，用来模拟回收来的废旧电冰箱。

②处理器用来模拟对临时实体的处理过程。设置7个处理器，分别执行不同的任务，如整机检测处理器用来进行整机检测，箱体拆卸处理器用来进行废旧电冰箱的拆卸工作。

③暂存区用来模拟对临时实体的临时存储。设置5个暂存区，暂存区1用来存放回收来的废旧电冰箱，暂存区2用来存放整机检测之后可再使用的电冰箱，暂存区3用来存放整机修复后的电冰箱，暂存区4用来存放整机检测之后不可再使用的电冰箱，可利用零部件暂存区用于存放经过拆卸后可再使用的零部件。

④操作员和叉车表示处理厂里的工人和叉车。设置了2个叉车和3个操作员，分别用来搬运整个冰箱和零部件。

⑤吸收器用来消除已经完成处理的临时实体。设置了1个吸收器即二手产品存放地，用来模拟二手产品出厂。

3.4 模型参数设置

废旧电冰箱回收处理模型参数设置见表1。

表1 废旧电冰箱回收处理模型参数设置

根据表1参数所建立的仿真模型如图5所示。

图5 仿真模型俯视图

4 仿真结果输出与分析

4.1 仿真模型运行及结果输出

Flexsim软件能提供多种运行数据输出格式，如Excel表格、直方图、饼图等。模型运行5000s 后，对模型中各种实体的状态进行数据统计，并生成统计报告，本物流作业系统主要考察废旧电冰箱回收处理逆向物流的运行效率，与此相关的运行数据统计见表2。

表2 模型输出数据统计

4.2 分析与优化

由表2的数据可以发现，模型在运行5000s后，清洗消毒处理器的输出只有38，而平均容量只有0.15，但空闲时间超过了4000s，说明整机处理到清洗消毒这一环节需要更多的时间，导致了清洗消毒环节空闲时间多，资源的利用率低；同时，操作员3的空闲时间也超过了4000s，平均容量也只有0.07，说明操作员的人数存在冗余；另外，暂存区1的平均停留时间为1448.87s，滞留时间过长，模型在运行时也能看到临时实体大量堆积的现象，说明叉车对暂存区1临时实体的处理不及时。

针对以上问题，可提出如下方案进行优化：

①合并清洗消毒和整机修复环节。

②减少操作员数量。

③增加叉车数量，优先搬运暂存区1的废旧电冰箱。

5 结论

本文以Flexsim为工具，对废旧电冰箱回收处理的逆向物流系统进行了定量的分析与优化设计。结果表明，该逆向物流系统是一个复杂离散的动态系统，建立这样一个系统需要花费大量的投资，通过仿真技术能快速找到系统运行的瓶颈，降低运行成本，进而提出优化方案。下一步研究可考虑将电冰箱的正向物流系统和逆向物流系统结合起来，更加系统地研究网络优化问题。