基于Flexsim的廢舊電冰箱回收再制造逆向物流系統(tǒng)的仿真研究*

□ 丁 毅，趙鶴洋，蔣源欣，孫逸飛

(安徽大學 商學院，安徽 合肥 230601)

1 引言

近年來，在生態(tài)文明建設(shè)方針的指引下，我國大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。國家發(fā)改委等七部門在2020年聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于完善廢舊家電回收處理體系推動家電更新消費的實施方案》，提出用3年左右的時間，推動廢舊家電回收處理體系進一步完善，促進廢舊家電規(guī)范回收數(shù)量大幅提升，使廢舊家電回售渠道更加便利順暢，家電更新消費支撐能力明顯增強。我國是電冰箱生產(chǎn)和消費大國，廢舊電冰箱的回收利用既能節(jié)約資源，又能為企業(yè)帶來不菲的利潤。

系統(tǒng)仿真是研究物流作業(yè)系統(tǒng)的重要方法和技術(shù)手段之一，通過對廢舊電冰箱逆向物流系統(tǒng)的仿真，可再現(xiàn)廢舊電冰箱逆向物流系統(tǒng)的運行規(guī)律，對廢舊電冰箱逆向物流系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計和運行有著重要的支撐作用。因此對整個廢舊電冰箱回收再制造過程進行仿真研究是很有必要的[1]。

2 仿真模型的構(gòu)建方法

2.1 Flexsim簡介

Flexsim是美國Flexsim公司的產(chǎn)品，它采用C++語言開發(fā)，利用面向?qū)ο缶幊毯蚈penGL技術(shù)，提供三維圖形化建模環(huán)境，可以直接建立三維仿真模型，并支持離散系統(tǒng)和連續(xù)流體系統(tǒng)建模。Flexsim提供了眾多的對象類型，如操作員、傳送帶、叉車、倉庫、儲罐﹑貨架等，可以快速高效地構(gòu)建制造、物料搬運、服務(wù)等系統(tǒng)模型[1]。

目前，F(xiàn)lexsim已被成功應(yīng)用于物流和生產(chǎn)制造領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真分析，如庫存系統(tǒng)仿真、集裝箱碼頭堆場閘口規(guī)劃、配送中心訂單揀選、生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真。廢舊電冰箱回收系統(tǒng)的仿真屬于典型的生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真，通過Flexsim可以很好地反映整個回收系統(tǒng)的運行狀況和問題。

2.2 仿真模型建立的基本步驟[2]

仿真模型的建立通常包含以下幾個主要步驟。

①確定仿真研究目的。明確仿真研究的目的可以使未來進行系統(tǒng)調(diào)研和建模時抓住重點，而不是面面俱到，浪費時間，甚至偏離系統(tǒng)研究方向。

②收集數(shù)據(jù)，建立概念模型。研究現(xiàn)有系統(tǒng)(或設(shè)計中的系統(tǒng))，理解系統(tǒng)運作流程，收集相關(guān)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上﹐建立系統(tǒng)的概念模型，概念模型通常以圖形表示系統(tǒng)運作流程，便于理解和交流。

③建立計算機仿真模型。一旦概念模型通過審核，就可以利用仿真軟件根據(jù)概念模型建立計算機仿真模型。

④模型校核與驗證。模型校核主要考查計算機仿真模型是否按照預(yù)先設(shè)想的情況運行，是否真實描述了概念模型。模型驗證指考查仿真模型是否符合實際情況﹐如模型的輸入分布與實地觀察結(jié)果是否一致，模型的輸出性能指標與實際情況是否一致。在此要作必要的統(tǒng)計檢驗，同時，也需要根據(jù)經(jīng)驗和常識進行判斷。

⑤實驗運行和結(jié)果分析。運行仿真實驗，得出輸出數(shù)據(jù)并進行結(jié)果分析。具體來說，這一步可能包括仿真實驗方案的設(shè)計，通過實驗運行得到輸出性能指標的統(tǒng)計，根據(jù)實驗輸出比較不同方案，或者進行敏感性分析以及最優(yōu)化分析等。

建立仿真模型的基本流程如圖1所示。

圖1 仿真模型建立的基本流程

3 廢舊電冰箱回收處理生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建

3.1 廢舊電冰箱回收處理流程分析[3]

廢舊電冰箱回收處理的詳細流程如下：

①整機檢測：生產(chǎn)商對回收來的廢舊電冰箱的外觀、安全性和性能進行檢測和評估，若整機可再使用，則進行修復(fù)和清洗消毒，作為二手產(chǎn)品售賣；若不可再使用，則進行以下步驟。

②箱體拆卸：對廢舊電冰箱的箱體進行拆卸，取出箱體板、門封條和發(fā)泡劑等，箱體板可重用或進行破碎處理。

③匯放制冷劑：將冰箱殘留的制冷劑進行回收處理，以免污染環(huán)境。

④壓縮機拆卸：對滿足要求的舊壓縮機可處理重用，對無法再使用的壓縮機進行拆卸破碎處理。

⑤冷凝器、蒸發(fā)器、繼電器、溫控器拆卸：對其余部件進行拆卸，重新利用可再用部分，適當處理不可用部分。

⑥對上述步驟中產(chǎn)生的可再使用的零部件進行修復(fù)清洗，用于整機的修復(fù)。

綜上所述，廢舊電冰箱回收處理生產(chǎn)物流過程如圖2所示。

圖2 廢舊電冰箱回收處理生產(chǎn)物流過程

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和概念模型

基于以上廢舊電冰箱回收處理的流程分析，可得出仿真模型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 廢舊電冰箱回收處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一般的仿真系統(tǒng)需要收集很多的數(shù)據(jù)，本文通過繪制實體流程圖這樣一種結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)搜集方式指導(dǎo)數(shù)據(jù)的搜集，防止遺漏數(shù)據(jù)。繪制實體流程圖的過程也是構(gòu)建系統(tǒng)概念模型的過程，在實體流程圖上，沿著實體流動的路徑，使用文字或圖表描述系統(tǒng)的運作方式，同時判斷需要搜集哪些數(shù)據(jù)[2]。

根據(jù)以上對廢舊電冰箱回收處理生產(chǎn)物流過程和回收處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，可得到仿真系統(tǒng)的實體流程圖,如圖4所示[4]。

3.3 廢舊電冰箱回收處理生產(chǎn)物流系統(tǒng)的基本設(shè)置

①生成器可以生成模型的臨時實體。設(shè)置1個生成器，用來模擬回收來的廢舊電冰箱。

②處理器用來模擬對臨時實體的處理過程。設(shè)置7個處理器，分別執(zhí)行不同的任務(wù)，如整機檢測處理器用來進行整機檢測，箱體拆卸處理器用來進行廢舊電冰箱的拆卸工作。

③暫存區(qū)用來模擬對臨時實體的臨時存儲。設(shè)置5個暫存區(qū)，暫存區(qū)1用來存放回收來的廢舊電冰箱，暫存區(qū)2用來存放整機檢測之后可再使用的電冰箱，暫存區(qū)3用來存放整機修復(fù)后的電冰箱，暫存區(qū)4用來存放整機檢測之后不可再使用的電冰箱，可利用零部件暫存區(qū)用于存放經(jīng)過拆卸后可再使用的零部件。

④操作員和叉車表示處理廠里的工人和叉車。設(shè)置了2個叉車和3個操作員，分別用來搬運整個冰箱和零部件。

⑤吸收器用來消除已經(jīng)完成處理的臨時實體。設(shè)置了1個吸收器即二手產(chǎn)品存放地，用來模擬二手產(chǎn)品出廠。

3.4 模型參數(shù)設(shè)置

廢舊電冰箱回收處理模型參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 廢舊電冰箱回收處理模型參數(shù)設(shè)置

根據(jù)表1參數(shù)所建立的仿真模型如圖5所示。

圖5 仿真模型俯視圖

4 仿真結(jié)果輸出與分析

4.1 仿真模型運行及結(jié)果輸出

Flexsim軟件能提供多種運行數(shù)據(jù)輸出格式，如Excel表格、直方圖、餅圖等。模型運行5000s 后，對模型中各種實體的狀態(tài)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并生成統(tǒng)計報告，本物流作業(yè)系統(tǒng)主要考察廢舊電冰箱回收處理逆向物流的運行效率，與此相關(guān)的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2。

表2 模型輸出數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4.2 分析與優(yōu)化

由表2的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，模型在運行5000s后，清洗消毒處理器的輸出只有38，而平均容量只有0.15，但空閑時間超過了4000s，說明整機處理到清洗消毒這一環(huán)節(jié)需要更多的時間，導(dǎo)致了清洗消毒環(huán)節(jié)空閑時間多，資源的利用率低；同時，操作員3的空閑時間也超過了4000s，平均容量也只有0.07，說明操作員的人數(shù)存在冗余；另外，暫存區(qū)1的平均停留時間為1448.87s，滯留時間過長，模型在運行時也能看到臨時實體大量堆積的現(xiàn)象，說明叉車對暫存區(qū)1臨時實體的處理不及時。

針對以上問題，可提出如下方案進行優(yōu)化：

①合并清洗消毒和整機修復(fù)環(huán)節(jié)。

②減少操作員數(shù)量。

③增加叉車數(shù)量，優(yōu)先搬運暫存區(qū)1的廢舊電冰箱。

5 結(jié)論

本文以Flexsim為工具，對廢舊電冰箱回收處理的逆向物流系統(tǒng)進行了定量的分析與優(yōu)化設(shè)計。結(jié)果表明，該逆向物流系統(tǒng)是一個復(fù)雜離散的動態(tài)系統(tǒng)，建立這樣一個系統(tǒng)需要花費大量的投資，通過仿真技術(shù)能快速找到系統(tǒng)運行的瓶頸，降低運行成本，進而提出優(yōu)化方案。下一步研究可考慮將電冰箱的正向物流系統(tǒng)和逆向物流系統(tǒng)結(jié)合起來，更加系統(tǒng)地研究網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題。