基于Flexsim的農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心系統(tǒng)仿真

陳 佳，蔣國良，徐廣印

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南鄭州450002)

隨著中國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和居民消費(fèi)水平的提高，以及農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和流通量的不斷增加，人們對農(nóng)產(chǎn)品的安全和品質(zhì)提出了更高的要求［1］.物流配送中心重視商品流通的全方位功能，同時(shí)具有集散、倉儲、分揀、組配、配送運(yùn)輸、送達(dá)服務(wù)、流通加工及逆向物流的組織功能［2，3］.農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心是連接農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與消費(fèi)的橋梁，使得農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者、供應(yīng)商、經(jīng)銷商通過信息共享平臺形成農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)、供、銷一體化運(yùn)作，各個(gè)環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)無縫銜接，對農(nóng)產(chǎn)品的商品轉(zhuǎn)化起到重要的拉動(dòng)作用［4，5］.中國農(nóng)產(chǎn)品物流體系正在逐步完善，形成了生產(chǎn)、收購、流通加工、存儲、裝卸、搬運(yùn)、配送到銷售的一整套組織環(huán)節(jié).為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和顧客生活的需求，合理高效的運(yùn)輸成為加快農(nóng)產(chǎn)品流通速度的必然，農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)也逐步向精、深加工的方向發(fā)展［6，7］.因此，建立起的物流配送中心不僅要滿足農(nóng)產(chǎn)品物流數(shù)量大、品種多、運(yùn)輸便利、運(yùn)作獨(dú)立等方面的要求，還需要為其進(jìn)行加工增值提供良好的環(huán)境和方法.農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心不僅要具備集散、銜接、運(yùn)輸、儲存、分揀、裝卸及搬運(yùn)、包裝、流通加工和物流信息處理的基本功能特點(diǎn)，同時(shí)還需要具備結(jié)算、需求預(yù)測、物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)咨詢、物流教育與培訓(xùn)的增值性功能特點(diǎn)［8］.因此，就有必要對農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心的規(guī)劃方案進(jìn)行深入的研究，而較為簡便的深入研究方法就是對實(shí)際問題進(jìn)行建模，在對模型進(jìn)行仿真，以得到較為精確的結(jié)論，從而為加強(qiáng)管理及決策提供較科學(xué)的依據(jù)，并且能夠多次的修改模型的參數(shù)，得到較優(yōu)的方案［9］.本研究運(yùn)用Flexsim仿真軟件，建立了農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心系統(tǒng)仿真模型，并進(jìn)行實(shí)證分析，從而為農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心提供更好的技術(shù)支持.

1 農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心系統(tǒng)仿真模型的建立

1.1 仿真模型建立的條件

農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心與工業(yè)類產(chǎn)品配送中心的構(gòu)建有較大的差別.相對來說，農(nóng)產(chǎn)品的種類比較繁多，存儲時(shí)間不宜過長，需要在較短的時(shí)間內(nèi)完成對其的裝卸、分揀、加工、包裝和運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳎?0］.因此，在構(gòu)建配送中心模型時(shí)，采取對不同類別的農(nóng)產(chǎn)品在配送中心內(nèi)建立不同的加工生產(chǎn)線及存儲倉庫，方便裝卸貨及不同產(chǎn)品對加工的需求，加速完成相應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品的配送工作.根據(jù)現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心的功能需求，在Flexsim仿真軟件中，可以按照仿真建模的方法，將實(shí)際農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心建成其仿真模型.

圖2 葉菜區(qū)域的布局和生產(chǎn)流程Fig.2 Overall layout and flow chart of leafy vegetable

1.2 仿真模型的布局

為了使農(nóng)產(chǎn)品能夠保質(zhì)快速地完成配送，在農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心整體布局和部分布局時(shí)，都要充分考慮農(nóng)產(chǎn)品類別多、易腐爛、溫度要求有差異等的特點(diǎn).農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心仿真模型的整體布局設(shè)置見圖1.

圖1 農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心仿真模型的整體布局Fig.1 Overall layout of agricultural logistics distribution center simulation model

通過建立仿真模型的整體布局，可以實(shí)現(xiàn)集中對農(nóng)產(chǎn)品的收購、儲存、揀選、增值加工、包裝、運(yùn)輸及裝卸.同時(shí)滿足不同類別的農(nóng)產(chǎn)品對加工、存儲的環(huán)境條件不同要求.如有些需要冷鏈加工，保持農(nóng)產(chǎn)品的生鮮性，有些在常溫下就能進(jìn)行.根據(jù)實(shí)際的需求，在不同農(nóng)產(chǎn)品加工存儲區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)農(nóng)產(chǎn)品配送中心內(nèi)，構(gòu)建不同溫度的倉儲和加工倉庫模型.

配送中心部分的布局主要是針對同一類型農(nóng)產(chǎn)品的布局.農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心每天加工處理的農(nóng)產(chǎn)品種類眾多，葉菜類蔬菜是較為常見的一類農(nóng)產(chǎn)品，它是一類保存時(shí)間短、易腐爛、需要進(jìn)一步加工包裝的農(nóng)產(chǎn)品.在農(nóng)產(chǎn)品配送中心內(nèi)主要經(jīng)過卸貨、分揀、增值加工、內(nèi)部輸送、存儲等流程的操作.本研究以葉菜類蔬菜(以下簡稱葉菜)為例，利用Flexsim仿真軟件中提供的固定實(shí)體和流動(dòng)實(shí)體，將葉菜區(qū)域的布局設(shè)置見圖2.

1.3 仿真模型的流程

根據(jù)葉菜區(qū)域的布局設(shè)置，在Flexsim仿真軟件中定義它的“流”，也就是設(shè)置仿真模型中流動(dòng)實(shí)體的流動(dòng)方向和路徑.本研究是對葉菜進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心的每一個(gè)工序流程進(jìn)行仿真，其他的農(nóng)產(chǎn)品可以利用相同的方法進(jìn)行仿真布局和“流”的定義，根據(jù)所需的工序，增減模型中的結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)對它們的仿真.

2 仿真模型的運(yùn)行與分析

2.1 仿真模型的參數(shù)設(shè)定

Flexsim仿真軟件的每一個(gè)實(shí)體都有相應(yīng)的參數(shù)，實(shí)體的參數(shù)是控制仿真模型運(yùn)行次數(shù)與運(yùn)行速度的關(guān)鍵.在對不同類型的農(nóng)產(chǎn)品建模仿真的過程中，不僅可以通過模型的布局修改模型的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)增減實(shí)際的工序流程數(shù)，還可以通過改變模型中的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對實(shí)際農(nóng)產(chǎn)品配送中心的具體操作.

為了使模型能夠達(dá)到仿真的效果，結(jié)合實(shí)際，葉菜在進(jìn)入配送中心時(shí)會(huì)有一部分的腐爛，在分揀區(qū)分揀后，總量會(huì)減少，但是所占比例不大.假設(shè)農(nóng)產(chǎn)品貨源供給充足且不變，葉菜經(jīng)過分揀處理器1的合格率為95%，分揀處理器2的合格率為97%，分揀處理器3的合格率為96%的情況下，按照葉菜在農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心內(nèi)處理的時(shí)間，對仿真模型進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置見表1，并設(shè)置該模型的仿真運(yùn)行時(shí)間為1個(gè)工作日(工作8 h).

表1 仿真模型處理設(shè)備參數(shù)的設(shè)定Table1 Set simulation model parameter of treatment equipments

2.2 仿真模型的運(yùn)行

從圖2可以看出，農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入配送中心后，首先在檢驗(yàn)入庫區(qū)經(jīng)過卸貨、檢驗(yàn)入庫，然后進(jìn)入分揀區(qū)，再次根據(jù)不同的加工需求進(jìn)到加工生產(chǎn)區(qū)，接著在包裝區(qū)被打包或者封箱，最后被運(yùn)送到存儲倉庫中，等待按單提貨.在配送中心的檢驗(yàn)入庫區(qū)有專職負(fù)責(zé)人員對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行卸貨、清點(diǎn)、解包、入庫等工作.當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入特定的倉庫時(shí)，仿真模型利用自動(dòng)分揀系統(tǒng)對實(shí)際中人為的分揀過程進(jìn)行仿真.入庫的農(nóng)產(chǎn)品通過模型中的輸送機(jī)，被發(fā)送到各個(gè)不同的分揀區(qū)域.在經(jīng)過不同的分揀以后，質(zhì)量達(dá)到進(jìn)行生產(chǎn)加工標(biāo)準(zhǔn)的葉菜，可以通過輸送進(jìn)入到加工區(qū)，對于分揀后不可再進(jìn)行生產(chǎn)加工的葉菜，需要丟棄.在生產(chǎn)流程仿真模型中，可以分別對3個(gè)分揀處理器進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)控制一部分葉菜(如5%葉菜)通過輸送機(jī)進(jìn)入到吸收器中，不再模型中繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這部分就是需要丟棄的葉菜，其余的將繼續(xù)進(jìn)入加工生產(chǎn)區(qū).在加工生產(chǎn)區(qū)內(nèi)，根據(jù)實(shí)際的需要，可以對不同的葉菜進(jìn)行增值加工，模型中采用1臺處理器和1個(gè)操作員對實(shí)際加工生產(chǎn)進(jìn)行仿真.每種葉菜的加工時(shí)間不同，在模型中主要是通過設(shè)置處理器的處理時(shí)間對實(shí)際的時(shí)間進(jìn)行仿真，利用這樣的仿真模式可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)的長時(shí)間模擬，還能實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)結(jié)果的預(yù)測，由于平均單位葉菜的處理時(shí)間是可以設(shè)置的，所以通過仿真可以得出具體到將來某一時(shí)刻點(diǎn)的加工生產(chǎn)量，對于高層管理者管理生產(chǎn)的進(jìn)度起到了決策支持的作用.

目前，大部分農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心為了保持農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度以及便利的配送，會(huì)對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的張貼標(biāo)簽等生產(chǎn)包裝.在大型的超市或農(nóng)產(chǎn)品集貿(mào)交易市場，許多農(nóng)產(chǎn)品都被進(jìn)行簡易的包裝，不僅方便識別，也利于運(yùn)輸.模型中的合成器就是對加工處理過的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行包裝的仿真，在操作員的具體操作下，發(fā)生器根據(jù)不同農(nóng)產(chǎn)品的需要產(chǎn)生包裝器材，如托盤、紙箱、籃筐、標(biāo)簽、捆綁材料等，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際配送中心的仿真.在實(shí)際的農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心內(nèi)，包裝環(huán)節(jié)使用的時(shí)間，也完全可以通過設(shè)置模型中合成器的處理時(shí)間來得到準(zhǔn)確的仿真.一定質(zhì)量的葉菜打包后裝箱或是裝盤，都可以按照實(shí)際的要求得到實(shí)現(xiàn).

仿真模型中，完成包裝后的農(nóng)產(chǎn)品被輸送機(jī)運(yùn)到暫存區(qū)，通過分配器的調(diào)度，操作員利用叉車將暫存區(qū)中的農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)送到不同的存儲區(qū)內(nèi).在實(shí)際的配送中心內(nèi)，調(diào)度員通過對包裝區(qū)作業(yè)的監(jiān)控，配送相應(yīng)的叉車對包裝完畢的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行存儲.當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心接到客戶的訂單時(shí)，派出運(yùn)輸車輛對不同存儲區(qū)中的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸.

2.3 仿真模型的分析

利用Flexsim仿真軟件對葉菜在農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心1個(gè)工作日的仿真，即仿真模型運(yùn)行8 h后各個(gè)設(shè)備的平均利用率，見圖3和表2.

從表2中可以看出，在3條生產(chǎn)線中，主要是以加工處理器處理的速度為主導(dǎo).如果分揀區(qū)處理的速度過快，而加工處理區(qū)加工的速度較慢，則會(huì)造成分揀后的葉菜堆積，大量葉菜的堆積會(huì)造成新鮮葉菜的腐壞，使得分揀工作再次進(jìn)行，降低工作的效率.如果包裝合成區(qū)合成的速度過快，則會(huì)因?yàn)闆]有足夠加工處理過的葉菜的及時(shí)到達(dá)而造成合成區(qū)設(shè)備的低利用率.

在農(nóng)產(chǎn)品供給相同的情況下，3條生產(chǎn)線上設(shè)備平均利用率相比較來說，第1條和第2條生產(chǎn)線的平均設(shè)備利用率大致相同，第3條生產(chǎn)線的加工處理器平均利用率為90.7%，具有較高的利用率，但是第3條生產(chǎn)線的包裝合成器的平均利用率卻只有39.0%.說明由于加工生產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)出量不足以供給包裝區(qū)的合成，造成包裝區(qū)合成器較低的平均利用率.為了解決這個(gè)問題，可以在模型中修改相應(yīng)處理器的參數(shù)，通過縮短加工處理器3的處理時(shí)間，實(shí)現(xiàn)加快產(chǎn)品處理的速度.經(jīng)過多次修改參數(shù)，運(yùn)行模型并和第1，2條生產(chǎn)線對比，將加工處理器3的處理時(shí)間改為4.3 s后，此時(shí)第3條生產(chǎn)線的加工處理器的平均利用率為73.0%，包裝區(qū)合成器的平均利用率為45.8%，達(dá)到了3條生產(chǎn)線的平均利用率基本一致.相應(yīng)地，在農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心內(nèi)，可以加大對加工生產(chǎn)的人力或設(shè)備的投入，提高它的加工速度，使整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品配送中心處于高效的運(yùn)轉(zhuǎn)中.

圖3 處理設(shè)備運(yùn)行8 h的仿真Fig.3 Simulation of treatment equipments runned 8 h

表2 處理設(shè)備運(yùn)行8 h的平均利用率Table2 Average utilization of treatment equipments runned 8 h

3 結(jié)論

本研究以農(nóng)產(chǎn)品中較為常見的葉菜類蔬菜為例，通過利用Flexsim仿真軟件，對農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心構(gòu)建仿真模型，并在建成的模型上運(yùn)用仿真軟件的功能特性，根據(jù)葉菜類蔬菜的特性對仿真模型進(jìn)行了修正，得到了提高工作效率后的模型，完成了對農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心的仿真.對于其他的農(nóng)產(chǎn)品可以采取同樣的建模形式，運(yùn)用類似的方法，通過改變模型的布局結(jié)構(gòu)和參數(shù)的修改，完成對它們的仿真.這樣不僅簡化了農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心系統(tǒng)的復(fù)雜性，與實(shí)際的投資相比，還以較小的風(fēng)險(xiǎn)完成多種方案科學(xué)地比較.總之，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心仿真模型，不僅是對實(shí)際農(nóng)產(chǎn)品物流配送中心的一種模擬，更為配送中心的決策者和管理者提供了決策與技術(shù)支持.

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