劉小紅，王君蘭

(重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶 400053)

虛擬仿真課程是職業(yè)院校學(xué)生體驗實際操作場景的一種教學(xué)手段，《教育部辦公廳關(guān)于 2017—2020 年開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》(教高廳〔2017〕4 號)[1]和《教育關(guān)于開展國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)工作的通知》(教高函〔2018〕5 號)[2]都明確指出，虛擬仿真實驗教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為中心，以項目為驅(qū)動，通過直觀的仿真系統(tǒng)優(yōu)化方案，提高學(xué)生的學(xué)習興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力。

1 RaLC仿真軟件介紹

RaLC仿真軟件是一種可以面向物流管理專業(yè)教學(xué)的3D動畫仿真軟件系統(tǒng)。RaLC仿真軟件可以讓學(xué)生在計算機系統(tǒng)中建成虛擬的物流配送中心或倉庫的3D動畫模型，同時通過對機器人、傳送帶、AGV小車、自動立體貨架等設(shè)備設(shè)置參數(shù)實現(xiàn)對配送中心或倉庫功能的優(yōu)化。該軟件呈現(xiàn)的3D動畫模擬配送中心等系統(tǒng)的運行，可真實地展現(xiàn)整個物流系統(tǒng)的運作情況，讓學(xué)生有直觀的印象，為物流中心的規(guī)劃建設(shè)和改善提供有效的可視化手段。

2 RaLC仿真軟件教學(xué)應(yīng)用設(shè)計

2.1 認識各種物流設(shè)施設(shè)備，了解其功能和用途

RaLC仿真軟件提供了現(xiàn)實物流運作中設(shè)備的模擬模塊。例如：一般倉庫會用到的設(shè)備，即高層貨架、叉車、地牛等；智能化程度高的設(shè)備，即自動立體倉庫、AGV小車、自動堆垛機、傳送帶、自動分揀設(shè)備等。這些物流設(shè)備模擬模塊都是按照現(xiàn)實中物流設(shè)備的功能進行設(shè)置。一些設(shè)備圖如圖1所示。

教師可以通過軟件的設(shè)備圖形、設(shè)備運行的3D動畫，以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能特點相對應(yīng)的參數(shù)屬性表向?qū)W生講解設(shè)備的性能和用途。以分揀輸送機如何進行貨物分揀為例。圖2向?qū)W生展示了分揀輸送機的設(shè)備形態(tài)和結(jié)構(gòu)。通過分揀輸送機參數(shù)的設(shè)置，可以讓學(xué)生明白分揀輸送機是通過在軟件系統(tǒng)中設(shè)置的條形碼識別貨物，從而達到貨物分揀的目的。學(xué)生設(shè)置條形碼后，分揀輸送機開始工作，貨物進行分流，直觀展示了分揀輸送機的工作原理、工作狀態(tài)和效果。這種形象直觀的操作對學(xué)生理解倉儲與配送課程、物流設(shè)施設(shè)備課程中抽象的分揀系統(tǒng)的描述，以及條形碼在倉儲系統(tǒng)中的實際應(yīng)用有非常好的效果。

圖1 升降機、傳送帶、機械人設(shè)備圖

圖2 分揀輸送機貨物分揀截圖

2.2 建立立體倉庫模型和調(diào)試

RaLC仿真軟件采用類似Windows的視窗操作方式，應(yīng)用的物流設(shè)備模擬模塊在界面上可以直接點擊按鈕來添加。模擬設(shè)備模塊可以通過直接調(diào)整設(shè)備的功能、規(guī)格形式、運動軌跡、運行邏輯等技術(shù)參數(shù)來完成，即學(xué)生不需要編程就可以實現(xiàn)建模的功能，能夠進行物流中心的仿真和分析。

教師可以指導(dǎo)學(xué)生通過仿真軟件提供的復(fù)合型物流中心來熟悉軟件的基本操作步驟和模型構(gòu)建的基本方法。復(fù)合型物流中心是以自動化立體倉庫為中心，流程可分為入庫和出庫流程，基本模型如圖3所示。

圖3 復(fù)合型物流中心

學(xué)生根據(jù)軟件實用教程的步驟，在教師指導(dǎo)下建立仿真3D復(fù)合型物流中心模型并進行仿真運行。在此過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生熟悉物流中心的運作流程，了解各種設(shè)施設(shè)備的功能和用途，幫助學(xué)生具備自己建立仿真模型的能力。

在模型能夠?qū)崿F(xiàn)貨物從分揀入庫到出庫全流程運行后，教師需要指導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)模型的優(yōu)化。在該模型運行的過程中，會出現(xiàn)貨物分揀不及時、貨物堵塞分揀設(shè)備的情況，此時學(xué)生可以通過軟件調(diào)整設(shè)備屬性中的速度等參數(shù)來實現(xiàn)貨物的平穩(wěn)流動。例如，學(xué)生只要調(diào)慢直線輸送機的速度，機器人處就不會出現(xiàn)貨物堵塞的情況；同時，學(xué)生也可以在機器人的屬性中調(diào)快機器人的運行速度，同樣可緩解貨物堵塞的情況。但在調(diào)整相關(guān)設(shè)備速度后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)后繼的流程中出現(xiàn)了新的擁堵點，這時，教師可以借此引入供應(yīng)鏈管理課程中的TOC瓶頸原理。學(xué)生在課堂上就能通過仿真演示，直觀和形象地看到供應(yīng)鏈中的TOC瓶頸現(xiàn)象，并通過自己改變模型設(shè)備參數(shù)實現(xiàn)模型優(yōu)化，理解如何解決供應(yīng)鏈中的TOC瓶頸，實現(xiàn)供應(yīng)鏈的最終優(yōu)化。

通過RaLC仿真訓(xùn)練，可以讓學(xué)生充分理解物流中心的運作、具體工作環(huán)境、操作內(nèi)容等，還能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習主動性，同時將理論與實踐相結(jié)合，也增強了其對專業(yè)技術(shù)的認識，從而激發(fā)其敬業(yè)精神。而傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生們會學(xué)習倉儲與配送、庫存管理、供應(yīng)鏈管理等課程，盡管能掌握課本知識，但由于沒有實際應(yīng)用的場景，往往會對本專業(yè)有一種模糊感，進而缺乏從事專業(yè)工作的積極性。因此，教師可以通過將專業(yè)知識融入仿真實踐中增強學(xué)生的自信心和成就感。

2.3 進行現(xiàn)實問題的虛擬模型設(shè)計和調(diào)試

RaLC仿真軟件除了能夠讓學(xué)生按照已經(jīng)有的物流中心的模型等進行仿真運行外，該軟件還具有強大的對現(xiàn)實問題的虛擬模型進行設(shè)計和調(diào)試的功能。

1)制作數(shù)據(jù)文件的功能

RaLC軟件可以自己建立貨物商品的文件，對包裝形式(bara：單件散貨；inner：可容納多個bara的貨箱；outer：可容納多個inner 的貨箱)與尺寸、商品個數(shù)、顏色等進行設(shè)定。還可以對入庫物品的目的地、商品 ID(在商品管理文件中設(shè)定的商品)、數(shù)量、入庫類型等項目進行設(shè)定。RaLC軟件采用如圖4所示的界面編輯貨物商品文件，與平時學(xué)生所使用的Excel表格功能類似。

圖4 庫存文件編輯圖

2)作業(yè)管理器的強大功能

RaLC軟件提供了具有強大功能的作業(yè)管理器，學(xué)生可以通過作業(yè)管理器讀取命令文件來對連接在作業(yè)管理器上的設(shè)備進行操作。RaLC軟件提供了簡單易操作的TM命令編輯器，同時采用了接近日常語言的命令語句，便于學(xué)生進行操作和理解，學(xué)習使用難度較小，既實現(xiàn)了類似程序編輯的開發(fā)應(yīng)用功能，又不要求學(xué)生必須具有相關(guān)編輯程序語言的基礎(chǔ)。

3)數(shù)據(jù)分析功能

RaLC軟件的數(shù)據(jù)分析功能可以記錄學(xué)生在仿真操作后的仿真運行數(shù)據(jù)，還可以將相關(guān)數(shù)據(jù)采用直觀的統(tǒng)計圖表等方式來表示。學(xué)生可以通過更改仿真設(shè)備的布局、設(shè)備配置、設(shè)備參數(shù)重新仿真，并通過查看仿真數(shù)據(jù)的變化來優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，從而提高運行效率。這些仿真數(shù)據(jù)分析為學(xué)生優(yōu)化物流系統(tǒng)的運作提供了可視化和客觀的支持。

圖5展示了作業(yè)員分揀貨物的動態(tài)線路，表示出作業(yè)人員的移動路線及滯留時間的球體。學(xué)生可以通過改變貨架的位置或者改變作業(yè)人員分揀貨物的方式來優(yōu)化作業(yè)人員工作效率。作業(yè)員移動距離數(shù)據(jù)圖能直觀地展示優(yōu)化前、后作業(yè)人員移動的距離，如果是分揀同樣的貨物，作業(yè)人員移動的距離越短，則表示該作業(yè)員的效率越高。學(xué)生可以根據(jù)吊車設(shè)備時間效率圖和忙閑狀態(tài)圖了解設(shè)備的使用情況，并及時調(diào)整貨物的安排，盡量提高設(shè)備的利用效率。

圖5 作業(yè)人員動線圖

4)現(xiàn)實物流問題的虛擬模型設(shè)計和調(diào)試

RaLC軟件的上述三大功能使得學(xué)生通過在仿真軟件中靈活地設(shè)置各種參數(shù)，應(yīng)用各種設(shè)備模塊模擬條件，就可以模擬真實物流中心的各種運行情況，為學(xué)生提供了了解真實物流設(shè)備運作的機會。仿真軟件不存在操作危險的限制，學(xué)生可以天馬行空地想象，進行各種各樣的設(shè)備調(diào)試設(shè)計，拓展學(xué)生的發(fā)散思維，并可以迅速地通過仿真看到結(jié)果，激發(fā)學(xué)習熱情。這在傳統(tǒng)教學(xué)中是不可能實現(xiàn)的[3]。

教師可以指導(dǎo)學(xué)生進行現(xiàn)實物流問題的虛擬仿真模型設(shè)計。例如：學(xué)生參加智慧物流技能大賽的物流操作，涉及貨物的入庫和出庫操作，這部分要求4個學(xué)生隊員進行團隊配合，利用托盤、叉車、地牛等工具實現(xiàn)快速準確的出入庫操作。傳統(tǒng)方法需要學(xué)生不斷地搬運裝卸貨物，每次時長至少要1個小時。而利用RaLC軟件的仿真功能就便利多了。首先建立貨物數(shù)據(jù)庫，然后測算學(xué)生的搬運裝卸速度等數(shù)據(jù)參數(shù)，最后根據(jù)現(xiàn)實情況建立出入庫模型。模型順利運行后，團隊可通過直觀的數(shù)據(jù)，分析每個隊員的動線數(shù)據(jù)、忙閑狀態(tài)，以調(diào)整隊員的運動路線和工作任務(wù)，進而進行隊員工作任務(wù)的優(yōu)化和配合。模型在仿真軟件中可以不斷進行調(diào)試，直到設(shè)計出4名隊員最優(yōu)的動線和任務(wù)。學(xué)生在此過程中既學(xué)會了建立仿真模型與優(yōu)化調(diào)試，還可以用該優(yōu)化的結(jié)果指導(dǎo)自己的出入庫操作，不用通過一次次重復(fù)裝卸搬運來發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方法?？傊?，仿真軟件能讓學(xué)生更深入地體會到其對解決實際問題的作用。

除此之外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生將RaLC軟件的仿真優(yōu)化功能運用到現(xiàn)實的各種物流場景中，實現(xiàn)優(yōu)化作業(yè)。例如：學(xué)生去企業(yè)分揀中心進行頂崗實訓(xùn)后，體會到分揀的辛苦，這時可以引導(dǎo)學(xué)生建立分揀模型，嘗試摘果法和播種法2種分揀方式作業(yè)，或者混合方式作業(yè)，利用仿真軟件彌補傳統(tǒng)教學(xué)的不足，讓學(xué)生直接看到2種分揀方式的具體效果，而不是僅僅在知識和理論上背誦2種分揀方式的優(yōu)缺點，從而達到真正理解知識和提高應(yīng)用知識的能力。

學(xué)生在教師指導(dǎo)下將現(xiàn)實物流問題進行虛擬模型設(shè)計。當模型運行結(jié)果不能達到要求時，學(xué)生必須動腦筋認真分析問題出在哪里，想辦法對模型設(shè)計進行調(diào)試優(yōu)化，最終通過不斷動手嘗試，真正地解決問題。這種教學(xué)模式可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習主動性，為學(xué)生提供了充分動手的機會，符合職業(yè)教育的特點。

3 結(jié)語

RaLC仿真軟件利用真實物流數(shù)據(jù)制作出商品、進貨、入庫、庫存、揀選、分類、包裝、補貨、出庫等一系列仿真數(shù)據(jù)文件來驅(qū)動模型，動態(tài)實現(xiàn)完整意義的仿真，真實再現(xiàn)了物流工作場景。這為學(xué)生熟悉真實物流工作、了解物流基本原理、思考提升物流工作效率的方法提供了基礎(chǔ)條件。因此該軟件對于物流管理基礎(chǔ)、倉儲與配送、供應(yīng)鏈管理等物流核心課程的教學(xué)有助益，同時教師能夠應(yīng)用該軟件進行數(shù)據(jù)分析教學(xué)、簡單的模塊編程教學(xué)、物流中心仿真教學(xué)、虛擬模型設(shè)計和調(diào)試教學(xué)等。教師還可以根據(jù)實際教學(xué)的需要，開發(fā)新的物流實習教學(xué)的內(nèi)容。

RaLC系列軟件采用視窗操作，功能模塊直接拖放使用，操作簡單，模型建立快速便捷，對使用者的計算機能力要求不高，使用者在短時間內(nèi)就可熟練掌握。教師通過對該仿真軟件的教學(xué)設(shè)計，從物流設(shè)施的點到物流中心的面，從模仿系統(tǒng)提供的模型進行操作到讓學(xué)生根據(jù)現(xiàn)實物流問題自主設(shè)計模型并進行優(yōu)化調(diào)試，同時將相關(guān)課程的理論知識融入仿真系統(tǒng)的形象演示和運行中，能夠讓學(xué)生有強烈的體驗感，提高學(xué)習效率，激發(fā)學(xué)習興趣，從而提升教師的教學(xué)質(zhì)量。

物流系統(tǒng)仿真技術(shù)對物流教學(xué)和物流實驗起到了重要作用，可為培養(yǎng)專業(yè)而實用的物流專業(yè)人才助一臂之力，也可為提高物流行業(yè)從業(yè)人員的專業(yè)素質(zhì)起到最根本的專業(yè)指導(dǎo)作用，還能對行業(yè)規(guī)范起到改進作用。