基于Flexsim的德诚冷运冷链物流配送中心的仿真研究

孙成卫 王柯如

收稿日期：2023-07-26

基金项目：2023年度智慧物流与供应链研究中心研究成果（7）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.04.024

摘  要：随着人们对食品安全要求的日益提高，冷链物流已经成为国家和公众的关注焦点。而冷链设备的投入和运营成本较高，为了防止冷链物流设备不匹配和运营不科学的问题，使用科学有效的仿真方法进行模拟分析。文章根据冷链物流配送中心仿真的相关理论，分析了德诚企业冷链物流配送中心的布局，根据其现有作业和运营情况，运用Flexsim仿真软件对冷链物流配送中心进行仿真，分析仿真情况，提出合理措施并进行仿真验证，得到一套行之有效的布局规划方案，达到了降低建设及运营成本的目的。

关键词：Flexsim；仿真；冷链物流；配送中心

中图分类号：TP391.9  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2024）04-0113-04

Simulation Research on Decheng Enterprise's Cold Chain Logistics Distribution Center Based on Flexsim

SUN Chengwei， WANG Keru

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou  253034， China）

Abstract： With the increasing demand for food safety， cold chain logistics has become a focus of national and public attention. However， the investment and operating costs of cold chain equipment are relatively high. In order to prevent the mismatch of cold chain logistics equipment and unscientific operation， scientific and effective simulation methods are used for simulation analysis. Based on the relevant theory of cold chain logistics distribution center simulation， this paper analyzes the layout of Decheng enterprise's cold chain logistics distribution center. Based on its existing working and operation situation， it uses Flexsim simulation software to simulate the cold chain logistics distribution center， analyzes the simulation situation， proposes reasonable measures and conducts simulation verification to obtain an effective layout planning scheme， achieving the goal of reducing construction and operation costs.

Keywords： Flexsim; simulation; cold chain logistics; distribution center

0  引  言

随着我国居民消费的转型升级，人们对食品安全的要求越来越高[1]。为此，需要建立高效的冷链物流配送中心来保证食品质量安全。由于冷链设备的投入和运营成本较高，为了有效降低投入成本，提高运营效率，有必要通过建立仿真模型进行模拟分析，合理匹配人员和设备，达到优化冷链物流配送中心的效果。

1  Flexsim及冷链物流概述

1.1  Flexsim仿真介绍

Flexsim软件是一款由美国Flexsim公司开发的仿真软件[2]。通过确定仿真目标、收集整理系统数据、建立三维仿真模型、分析运行结果、改进模型，达到完成系统优化的效果。仿真模型可以有效帮助物流配送、生产、仓储等企业观察、分析其物流运行情况，根据运行结果改进系统布局和流程优化。该软件具有灵活方便、运行速度快、仿真效果好等优点，广泛应用于工业自动化、配送中心、交通流量管控等領域的仿真[3]。

1.2  冷链物流相关概述

1.2.1  生鲜食品

生鲜食品是指未经烹调、制作等深加工过程，只做必要的保鲜和简单整理上架而出售的初级类产品，以及面包、熟食等现场加工品类的商品的统称。由于生鲜食品含水量较高，保鲜、保质期比较短，因此，需要冷藏、冷冻。生鲜食品大致划分为-16 ℃条件下保存的冷冻产品，0～4 ℃条件下保存的冷鲜产品，4～12 ℃条件下保存的气调保鲜品[4]。生鲜食品对物流配送在时间和设备上提出了更高的要求[5]。

1.2.2  冷链物流配送中心

是指生鲜食品在运输过程中进行货物配送和必要流通加工的场所[6]，该场所有助于保证货物的质量安全和科学快速周转。冷链配送中心是由冷链运输系统、冷链仓储系统、冷链装卸搬运系统、冷链包装加工系统、冷链配送系统和冷链信息系统组成。

2  德诚企业概况及作业流程

2.1  企业简介

德诚企业是集仓储、配送于一体的第三方冷链物流企业。公司现有标准库房约五千平米，配有多型号的集装箱卡车，拥有专业的仓储信息系统以及1 500平米冷库，配备标准3～30吨的大小吨位齐全的冷藏车。公司目前主要经营低温宅配、常温物流、低温仓储配送[7]。公司通过物流管理系统和仓库信息系统，建立起了一支城市宅配队伍，提供上门取货、交叉理货、分区、到站、配送、签收一站式的宅配服务。

2.2  德诚公司冷链配送中心的工作流程

该公司冷链配送中心首先接收整车货物，按照货物种类对冷冻产品、冷鲜产品以及气调保温产品分别进行验收，验收合格后的产品进入加工区进行加工，加工完毕入库、按照客户订单出库、打包分拣、配送。冷链物流配送中心各区域主要功能及要素如表1所示。

表1  德诚企业冷链物流配送中心各区域主要功能及要素表

区域 功能 主要资源

收货区 主要负责货物的验收与入库 卸货叉车、工作人员以及验货设备等

加工区 根据市场需求，主要负责对新收入生鲜货物进行加工 清洗设备、加工设备、包装设备和操作人员

存储区 根据产品保质期和对不同的温度要求，对产品进行冷藏或冷冻 叉车、货架、起重设备和相应的操作人员

分拣理货区 根据订单信息进行产品挑选分类 货架、手推车、自动分拣装置、传动设备及相关人员

配装发货区 主要负责装配和运输 小型装卸机械设备、运输车辆及操作人员

回收处理区 主要负责对退货产品的差异化处理 操作员、叉车和货架

3  基于Flexsim企业冷链物流配送中心的建模

3.1  建模假设及模型布局

在德诚企业的实际运作过程中，各个环节设施及运作均表现得烦琐复杂。本着有助于分析问题和优化物流流程的原则，对实际冷链物流配送中心的工作情况进行简化[8]。首先，假定冷链物流配送中心的货物按照货物的类型分为冷冻产品、冷鲜产品、气调保鲜产品三种。其次，不考虑冷链物流配送货物种类计量的多样性，直接使用体积作为度量单位。再次，假设所有设备处于连续工作状态，不考虑设备的保养和维修。最后，假设货物检验的不合格品率约为1%。

从模型库中依次拖出六个发生器，分别模拟产出冷冻产品、冷鲜产品、气调保鲜产品及其各自的包装物；拖出三个合成器，分别将产品加工成运送到物流配送中心的货物；拖出三个暂存区，模拟不同类别货物的等待检验区；拖出三个处理器及一名操作员，模拟对来到冷链物流配送中心的食品进行检验；拖出三个暂存区和一个吸收器，暂存区用于存放检验合格的产品，吸收器则存放不合格的产品；拖出一个任务分配器、两辆叉车及三个分解器，通过任务分配器的协调，两辆叉车将合格品送到各自的分解器；分解后的产品通过传送带送到配送中心的合成器，按照配送中心的产品配送规格要求重新打包，贴标签，扫码，通过各自的传送带入库。拖出六个货架和三个堆垛机，每两个货架作为一组，分别存放不同类别的产品，产品通过堆垛机上、下货架；产品根据客户要求首先出库，通过分解器进行分解，再根据个人客户和单位客户的情况重新组合打包，打包后的产品通过传送带传送并扫码，分别送往B2B订单货物暂存和B2C订单货物暂存区，由运输车辆将其运走。同类模型实体之间根据物流的流经顺序进行A连接，不同类模型实体之间进行S连接。具体布局及连接如图1所示。

图1  冷链物流配送中心模型布局及连接图

3.2  货物到达及检验时间参数设置

德诚冷链配送中心作为第三方冷链物流公司，其货源以国内和国外的供货商提供的冷鲜产品为主。根据货物的储存方式，分为冷冻品、冷鲜品和气调保鲜品。在货物进行验收之前，使用两个发生器及一个合成器来模拟供应商货物的到达，双击发生器，在发生器的属性界面中设置临时实体的到达时间，模拟冷藏车在不同时间到达。在检验器临时实体流界面，在发送至端口编辑框中，通过选择百分比，将不合格品设置为1%，并进入吸收器进行处理，选用一名操作员进行对三类货物进行验收。不同产品的验收时间不同，根据以往验收经验，对服从正态分布的验收时间，在作为验收器的处理器中分别将加工时间设置为Normal（11，3）、Normal（7，2）、Normal（9，2）。合格的货物通过叉车运往拆解加工区进行处理。

3.3  拆解加工系统的模型构建

拆解加工系统的主要工作是将货物进行必要的包装拆解，进而将货物细分、扫码后进行加工再包装。在这一过程中要对货位的安排做出预处理，保证货物的高效通行，顺利进入冷库。根据货品种类设置三条流水线，每条流水线配置三名工人负责包装的拆解及货物的整理，一部分的货物按照需求进行再加工，保证货物在后续存储、发货时的安全和取送方便。

3.4  仓储系统的模型构建

在仓库前设置入库站台，放置等待入庫的产品。仓储区的面积为1 500 m2，根据货物的种类和存储条件将仓库划分为三个区域，采用当前先进的果蔬保存方式，两个货架为一组组成一个区域，仓储系统分别为冷冻库、冷鲜库以及气调保鲜库，温度按照对应保存的货物进行自由调节，用堆垛机来模拟货物的自动搬运上架，如图2所示。

图2  仓储系统模型图

3.5  分拣包装系统的模型构建

分拣包装系统是整个配送中心的核心。由于冷链物流货物的特殊性，不能频繁从仓库中取送货物，所以当订单上需求的货品积累到一定数量时进行统一取放，取出的货品运送到拆盘处进行拆盘，托盘由吸收器进行处理，货物进入周转区等待打包，为防止产品的腐烂变质，要考虑在周转区进行一定的保温措施[9，10]。按照B2B、B2C两种订单分别进行打包，由于B2B类订单比较复杂，订单信息录入全局表，依照全局表进行包装分拣工作。B2C订单直接按照订单进行打包分拣，分拣包装系统的模型如图3所示。

3.6  配送系统的参数设置

货物进行包装后进入配送区，为防止货物产生积压，对于出货量较大的B2B类订单设置三条通道，并根据订单的类型，运用Case语句进行设置，便于分类和分区域发货。对于零散量小B2C订单货物单独设置一条通道。两种订单种类的货物经过传送带进行扫码出库，到达B2B、B2C发货区。

图3  分拣包装系统

4  模型运行结果分析

由于采取的是无停歇的工作模式，且目的是为了得到一套切实可行的规划布局方案，所以验证的依据为模型能否运行流畅，运行效果是否达到预期。

选取模型仿真运行10天的部分设施运行数据如表2所示，进行分析，找出该冷链物流系统存在的不足。

表2  模型运行部分数据

设施设备 建模

实体 输入数/个 输出数/个 最大停留时间/h 加工时间占比/%

冷冻产品分解 分解器 2 501 2 500 1.3 67

冷鲜产品分解 分解器 2 433 2 422 1.5 63

气调保鲜产品分解 分解器 2 502 2 501 1.0 69

气调保鲜产品扫码 处理器 1 254 1 254 1.0 32

冷鲜产品扫码2 处理器 1 216 1 215 1.2 33

冷冻产品扫码3 处理器 1 257 1 256 1.0 33

气调保鲜产品包装 合成器 2 491 2 487 1.2 83

冷鲜产品包装2 合成器 2 434 2 432 1.0 83

冷冻产品包装3 合成器 2 492 2 490 1.3 66

对表2中的数据分析可以发现，该冷链物流中心在运行上存在一定的问题，需要调整达到进一步降低运营成本效果。首先，在货物拆解、扫码、打包入库环节的最大停留时间明显偏大，说明在该环节货物到来情况变化时没能采取灵活的工作措施，造成货物在该环节停留时间较长，容易造成货物堆积，需要增加人员及提高加工效率来改善；其次，包装环节的设备作时间占比较为理想，分解环节工作时间占比63%～69%，虽然略少，但基本可以。扫码部分工作时间占比只有30%多，人员设备的性能没能发挥应有的效率，应考虑减少人员、设备投入。另外，在模型的仿真运行过程中，通过仪表可以看出，拆解加工系统的工人空闲率较高，实际人员利用率低，可以适当减少工作人员；最后，订单在分拣包装时容易出现供货不足，需要适当提高出货量以及抽调空闲人员负责拣选。

5  结  论

结合生鲜食品以及冷链物流的相关理论和冷链物流的特殊性，本文以德诚企业的冷链物流配送中心为例进行仿真模拟，以期望让冷链物流系统在正式投资建设前有一个比较合理的设施设备布局，同时对已建成冷链物流中心在升级改造时提供参考。考虑到冷链物流系统是一个典型的离散型变量系统，选择使用Flexsim软件进行仿真模拟更加逼真和科学。通过论述模拟对整体布局规划方案，设置部分关键节点的参数，运行模型检验模型的可行性，在模型运行过程中进行各个流程的纵横比较，分析模型运行数据，直观的发现冷链物流配送中心的问题并提出相应的建议，在允许的条件下进一步调整设施布局及工作参数，优化流程，达到布局合理，设施、设备、人员匹配的效果。实践表明，基于Flexsim仿真软件的对德诚冷链物流配送中心的模拟及结果分析，对冷链物流配送中心的规划及合理运营有积极的参考意义。但是同时应该注意，模型在建立时进行了简化，与实际的建设成本、设备运营成本有一定的差距，在实际运用中作為重要参考的同时，也应充分考虑它的局限性。

参考文献：

[1] 刘宇笑. HL冷链物流配送中心的Flexsim仿真与优化策略研究 [D].南昌：江西财经大学，2018.

[2] 戴晨.基于Flexism的生产物流系统仿真 [J].物流工程与管理，2014，36（7）：140-142.

[3] 赵会君.基于Flexsim的冷鲜肉物流优化与仿真研究 [D].郑州：河南农业大学，2017.

[4] 丁晓慧.基于Anylogic的生鲜农产品冷链系统配送中心物流仿真 [J].全国流通经济，2020（4）：11-13.

[5] 谢文宇.基于Flexsim的生鲜产品仓储作业问题优化分析 [J].物流科技，2022，45（12）：120-123.

[6] 王海燕，孙涛.食品冷链物流配送中心作业流程仿真与优化 [J].物流技术，2016，35（10）：92-97.

[7] 王典雪，尹科.基于Flexsim的山区生鲜农产品冷链物流配送网络仿真分析 [J].物流科技，2018，41（4）：55-58+76.

[8] 刘佳欣.A公司冷链物流收储配业务的仿真与改进研究 [D].大连：大连理工大学，2019.

[9] 李尚儒.基于Flexsim的A冷链物流配送中心仓储系统仿真与优化 [D].邯郸：河北工程大学，2022.

[10] 孙成卫，张燕茹.基于Flexsim的自动化立体仓库仿真研究 [J].现代信息科技，2021，5（21）：155-158.

作者简介：孙成卫（1968—），男，汉族，山东德州人，副教授，高级统计师，教师，研究方向：智慧物流与供应链。