融入OBE理念優(yōu)化物流系統(tǒng)課堂教學(xué)實踐

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.22.164

摘 要 針對現(xiàn)代物流系統(tǒng)不完善和運作過程不合理、物流系統(tǒng)設(shè)計缺乏前瞻性和系統(tǒng)性等問題進行分析，基于OBE理念，利用FlexSim，以智慧物流背景下現(xiàn)代化物流配送中心系統(tǒng)效率評價與優(yōu)化為課堂教學(xué)案例，結(jié)合學(xué)生的實習(xí)實踐經(jīng)驗，通過引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)問題、實地調(diào)研獲取數(shù)據(jù)、巧妙設(shè)計程序、思考構(gòu)建模型與分析仿真結(jié)果，系統(tǒng)性提出優(yōu)化方案，強化課堂理論教學(xué)與現(xiàn)實實踐的融合，培養(yǎng)學(xué)生實際調(diào)研和實際操作的能力，促進學(xué)生形成數(shù)據(jù)佐證論點和理論為實踐服務(wù)的學(xué)習(xí)思維與素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 物流系統(tǒng)；OBE理念；智慧物流；配送中心系統(tǒng)；FlexSim

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）22-0-05

0 引言

現(xiàn)代物流系統(tǒng)是一個高度復(fù)雜的系統(tǒng)，其自身的不完善和運作過程的不合理，使得物流系統(tǒng)設(shè)計缺乏前瞻性和系統(tǒng)性，在資源配置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面難以實現(xiàn)可靠性、協(xié)調(diào)性、合理性和最優(yōu)化。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、數(shù)字化的興起，物流進入一個蓬勃發(fā)展的時代，物流系統(tǒng)的建模、仿真與優(yōu)化技術(shù)日益成為物流專業(yè)的必修課程，是物流系統(tǒng)學(xué)習(xí)不可缺少的環(huán)節(jié)，成為鞏固物流理論知識和提高實際操作技能的重要內(nèi)容。

為了更好地鍛煉學(xué)生運用科學(xué)理論解決實際問題的能力，加強實際操作能力的培養(yǎng)，在OBE理念的指導(dǎo)下，借助FlexSim的仿真功能，以智慧物流背景下現(xiàn)代化物流配送中心系統(tǒng)為分析對象，模擬物流系統(tǒng)的真實環(huán)境，動態(tài)地、實時地展示物流系統(tǒng)優(yōu)化的過程和結(jié)果，為突破復(fù)雜隨機系統(tǒng)中的瓶頸提供分析范式。

1 OBE理念

成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，簡稱OBE）作為一種先進的教育理念，強調(diào)以學(xué)生為中心，注重以理論應(yīng)用于實際的方式學(xué)習(xí)，實現(xiàn)教育活動由教師中心向?qū)W生中心轉(zhuǎn)移，使學(xué)生獲取更好地學(xué)習(xí)理論知識和解決實踐問題的能力[1]。融入OBE理念優(yōu)化物流系統(tǒng)課程教學(xué)，即在教學(xué)活動中采用開放的對話式教學(xué)手段、以能力為主的和學(xué)思結(jié)合的教學(xué)模式，強調(diào)學(xué)生學(xué)到了什么而不是教師輸出了什么，強調(diào)研究型教學(xué)而不是灌輸型教學(xué)，強調(diào)個性化教學(xué)而不是“車廂”式教學(xué)。而現(xiàn)代智慧物流配送中心系統(tǒng)這一現(xiàn)實實踐案例，可以使物流課程理論與實踐教學(xué)有機結(jié)合起來，相互補充，實現(xiàn)知識課堂向能力課堂轉(zhuǎn)變[2，3]?；贔lexSim的物流系統(tǒng)與OBE理念在本質(zhì)上高度契合，兩者融合對于優(yōu)化物流系統(tǒng)課堂教學(xué)具有重要意義。

2 FlexSim在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 FlexSim簡介

FlexSim是一個強有力的集模型和數(shù)據(jù)分析于一身的模擬工具，擁有強大的3D計算機模型庫方便設(shè)計者使用，而且自帶強大的數(shù)據(jù)分析軟件，更加適用于物流行業(yè)。該軟件提供了原始數(shù)據(jù)擬合、輸入建模、圖形化模型構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實顯示、運行模型進行仿真試驗、對結(jié)果進行優(yōu)化等功能[4]，其功能配件與實際情況非常接近，可對物流、物料搬運、制造業(yè)、醫(yī)療保健、倉儲、采礦等多個行業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行建模、模擬、預(yù)測和可視化，更好地促進理論知識應(yīng)用于實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的物流系統(tǒng)綜合能力和創(chuàng)新能力[5]。同時，該軟件操作方便，運用鼠標(biāo)即可拖動相應(yīng)的設(shè)備圖形并進行旋轉(zhuǎn)、移動等多個調(diào)整。軟件利用率較高，學(xué)生除在課堂上進行操作之外，還可以實現(xiàn)課下自行練習(xí)，實現(xiàn)課上互助與課下自助的聯(lián)動[6]。

2.2 FlexSim仿真在課堂教學(xué)中的作用

引入FlexSim仿真分析的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，可有效促進理論知識與實踐問題的有機結(jié)合，在講解式的純理論課堂教學(xué)基礎(chǔ)上，學(xué)生不僅能系統(tǒng)性記憶和理解全面的知識體系，更能深刻理解知識點及其具體實際應(yīng)用，實現(xiàn)在操作中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中操作，從而達(dá)到樂學(xué)的結(jié)果。將該軟件引入教學(xué)，能培養(yǎng)學(xué)生用理論知識解決現(xiàn)實問題的能力，提高學(xué)生解決系統(tǒng)復(fù)雜問題的技能，提升學(xué)生對數(shù)據(jù)分析的能力，從而構(gòu)建“總結(jié)問題—聯(lián)系系統(tǒng)理論模型—構(gòu)建系統(tǒng)仿真模型—分析仿真數(shù)據(jù)—解決問題”的仿真分析范式[7]。

2.3 FlexSim仿真建模步驟

FlexSim仿真建模步驟：1）構(gòu)建模型布局，根據(jù)案例明確所需標(biāo)準(zhǔn)對象并從對象庫中拖拽到仿真視圖窗口中的適當(dāng)位置；2）定義物流流程，考慮

實體之間的關(guān)系進行正確連接；3）編輯對象參數(shù)，

根據(jù)對象的物理特性和實體特征進行參數(shù)設(shè)置；

4）編譯運行仿真；5）仿真結(jié)果分析。

3 FlexSim仿真教學(xué)展示

明晰學(xué)生學(xué)習(xí)FlexSim仿真分析環(huán)節(jié)后能夠達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，即熟悉仿真軟件模擬物流系統(tǒng)的模型構(gòu)建過程，熟練使用仿真軟件提供的各種功能模塊，借助仿真軟件加深理解物流系統(tǒng)的評價過程，提出物流系統(tǒng)的提升優(yōu)化策略，具備深入構(gòu)建、分析和優(yōu)化復(fù)雜物流系統(tǒng)的能力，依此設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容和模塊。接下來以“智慧物流背景下現(xiàn)代化配送中心系統(tǒng)評價與優(yōu)化”這節(jié)課的教學(xué)為例，展示引入FlexSim仿真分析的課堂教學(xué)過程。

3.1 問題提出

引用實踐中的應(yīng)用案例，讓學(xué)生更多地了解社會和實踐需求，培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識解決現(xiàn)實問題的意識。網(wǎng)購成為人們生活中不可缺少的一部分，G物流配送中心快遞分揀任務(wù)量繼續(xù)增加，這導(dǎo)致原有的分揀流水線無法滿足持續(xù)增長的快遞分揀任務(wù)需求。G物流配送中心負(fù)責(zé)管轄的四區(qū)域的快遞分揀配送工作，配送模式均為貨車直達(dá)。該物流配送中心現(xiàn)有一個卸貨端口、貨物搬運工一名、自動掃描儀一臺、分揀機一臺、打包機四臺和小型叉車一臺。分揀設(shè)備是一條復(fù)合式分揀線，分揀傳送帶速度為0.35 m/s，貨物運輸系統(tǒng)主要由滾筒式輸送線和皮帶式輸送線組成。G物流配送中心的基本運作如圖1所示。

3.2 基本數(shù)據(jù)

引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生進行實地調(diào)研，獲取研究對象的相關(guān)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生合理取材，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，采用整體化教學(xué)模式代替碎片化模式，形成學(xué)習(xí)理論知識、實地調(diào)研、FlexSim 模擬、結(jié)果分析的四級教學(xué)架構(gòu)。經(jīng)實地調(diào)研，G物流中心一周內(nèi)的到貨信息如圖2所示。G配送中心每天接收11個班次的貨物，貨物總量約為5 500件，每批貨物約為500件。

3.3 物流配送中心建模

基于實際問題，向?qū)W生詳細(xì)講解FlexSim仿真建模步驟，包含構(gòu)建模型布局、定義物流流程、編輯對象參數(shù)、編譯運行仿真和仿真結(jié)果分析。因此，根據(jù)理論知識點分析，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)G物流配送中心基本區(qū)域表搭建仿真模型基本框架。按照G物流配送中心的工藝布局表和配送中心布局圖，確定各個設(shè)備組件位置。根據(jù)G物流配送中心基本工作流程鏈接各個設(shè)備和區(qū)域，物流配送中心系統(tǒng)仿真模型如圖3所示。其中，在對參數(shù)進行設(shè)定時，進一步向?qū)W生強調(diào)采用不同顏色模擬區(qū)分包裹的不同收貨信息。

3.4 仿真結(jié)果與分析

G物流配送中心的仿真模型構(gòu)建過程是課程講解中的難點。結(jié)合FlexSim仿真結(jié)果，向?qū)W生強調(diào)用數(shù)據(jù)佐證論點、輔助說明解決方案，并給學(xué)生留出適當(dāng)?shù)乃伎紩r間，引導(dǎo)學(xué)生從貨物暫存區(qū)、員工工作時間、破損件回收、叉車等不同視角，評價物流配送中心系統(tǒng)的效率，思考該系統(tǒng)存在的問題，最后直觀地展示仿真技術(shù)結(jié)果可視化的優(yōu)勢[8]，繪制物流配送中心系統(tǒng)效率直觀圖，分析系統(tǒng)瓶頸，如圖4所示。

通過直觀圖可知，貨物在暫存區(qū)平均停留時間達(dá)到2 959 s，貨物堆積較多，嚴(yán)重影響G物流配送中心系統(tǒng)的運行效率；且G員工空閑時間僅占總時間的11%，員工長時間處于高強度的工作狀態(tài)。借助數(shù)據(jù)與圖形相結(jié)合的形式，讓學(xué)生以系統(tǒng)思維總結(jié)G物流配送中心存在的三個問題：問題一為暫存區(qū)貨物積壓，貨物等待時間長，最長停留時間高達(dá)7 200 s，從而導(dǎo)致物流配送中心系統(tǒng)效率嚴(yán)重下降；問題二為貨物滯留，現(xiàn)有分揀系統(tǒng)無法滿足目前的分揀任務(wù)，一天工作結(jié)束后暫存區(qū)仍有300多件貨物滯留，導(dǎo)致員工加班等現(xiàn)象；問題三為暫存區(qū)搬運員工工作強度過大，工作時間占比達(dá)到89%，員工幾乎沒有休息時間，必然會導(dǎo)致員工工作積極性下降，作業(yè)效率低下，影響物流配送中心系統(tǒng)效率。

3.5 優(yōu)化方案

根據(jù)上述總結(jié)，為了解決物流配送中心系統(tǒng)效率問題，進一步啟發(fā)學(xué)生提出改進的設(shè)計方案，促進學(xué)生在做中學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生用理論知識解決現(xiàn)實問題的能力。與原有的物流配送中心系統(tǒng)相比較，優(yōu)化方案為：1）增加一名工作人員，該工作人員參數(shù)設(shè)置和原有工作人員保持一致；2）增加一臺任務(wù)分配器，指揮兩名工作人員搬運貨物到兩條傳送帶上；3）增加一臺收貨傳送帶，收貨傳送帶參數(shù)設(shè)置和原有傳送帶參數(shù)保持一致；4）由于多了一條收貨傳送帶，掃描儀入口處采用合流傳送帶連接兩條收貨傳送帶，匯總兩條收貨傳送帶上的貨物，再進行掃描識別操作；5）在前四步的基礎(chǔ)上增加一條分揀傳送帶，該分揀傳送帶參數(shù)設(shè)置同原來的分揀傳送帶保持一致；6）由于多了一條分揀傳送

帶，分揀區(qū)入口處用分流傳送帶連接兩條分揀傳送帶，分流主傳送帶上運輸來的貨物，分別發(fā)送貨物到兩條分揀傳送帶，再由分揀傳送帶進行分揀操作。引導(dǎo)學(xué)生對比原始模型和優(yōu)化方案數(shù)據(jù)結(jié)果，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)暫存區(qū)的貨物積壓現(xiàn)象、貨物滯留狀況得到有效改善，員工的工作強度有所下降。

4 結(jié)束語

仿真軟件的引入搭建了本課程理論知識和課程實踐應(yīng)用的教學(xué)橋梁，將培養(yǎng)學(xué)生在做中學(xué)、解決實際問題的能力貫穿整個課堂教學(xué)；采用FlexSim構(gòu)建課堂講授的智慧物流背景下物流配送中心系統(tǒng)模型圖，構(gòu)建四級教學(xué)模式，讓學(xué)生對理論上的實體對象和物流關(guān)系有直觀的理解與體驗；并結(jié)合多媒體、板書、課堂仿真演示等多種教學(xué)手段，通過與學(xué)生討論、學(xué)生與學(xué)生辯論，引導(dǎo)學(xué)生主動創(chuàng)新式參與課堂學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生成為學(xué)習(xí)的探究者；以現(xiàn)實問題為驅(qū)動，通過引導(dǎo)、思考、設(shè)計、分析與優(yōu)化的課堂學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)學(xué)生獨立自主、理論運用于實際和創(chuàng)新創(chuàng)作能力；遵循成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進的理念，提高學(xué)生數(shù)據(jù)佐證論點、理論與實踐相融合的學(xué)習(xí)素養(yǎng)，使學(xué)生具備分析解決復(fù)雜物流系統(tǒng)的實際能力，提高教學(xué)質(zhì)量，增強教學(xué)效果。

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*項目來源：教育部人文社會科學(xué)研究青年基金項目“社區(qū)韌性視角下城市級聯(lián)災(zāi)害致災(zāi)機理與應(yīng)對策略研究”（基金編號：22YJC630002）；河南省軟科學(xué)研究項目“河南自然災(zāi)害應(yīng)急管理模式韌性提升與優(yōu)化路徑研究”（基金編號：242400411121）；

河南省高等學(xué)校哲學(xué)社會科學(xué)創(chuàng)新團隊建設(shè)計劃資助項目“基于人工智能的管理理論與方法”（基金編號：2024-CXTD-10）。

作者簡介：柴瑞瑞，博士，講師。