□ 丁 毅，趙鶴洋，蔣源欣，孫逸飛

(安徽大學(xué) 商學(xué)院，安徽 合肥 230601)

1 引言

近年來(lái)，在生態(tài)文明建設(shè)方針的指引下，我國(guó)大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。國(guó)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(dòng)家電更新消費(fèi)的實(shí)施方案》，提出用3年左右的時(shí)間，推動(dòng)廢舊家電回收處理體系進(jìn)一步完善，促進(jìn)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(fèi)支撐能力明顯增強(qiáng)。我國(guó)是電冰箱生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，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(lái)不菲的利潤(rùn)。

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(guò)對(duì)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(yùn)行規(guī)律，對(duì)廢舊電冰箱逆向物流系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行有著重要的支撐作用。因此對(duì)整個(gè)廢舊電冰箱回收再制造過(guò)程進(jìn)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(jiǎn)介

Flexsim是美國(guó)Flexsim公司的產(chǎn)品，它采用C++語(yǔ)言開(kāi)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(duì)象類型，如操作員、傳送帶、叉車、倉(cāng)庫(kù)、儲(chǔ)罐﹑貨架等，可以快速高效地構(gòu)建制造、物料搬運(yùn)、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(kù)存系統(tǒng)仿真、集裝箱碼頭堆場(chǎng)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(guò)Flexsim可以很好地反映整個(gè)回收系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和問(wèn)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(gè)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(lái)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研和建模時(shí)抓住重點(diǎn)，而不是面面俱到，浪費(fèi)時(shí)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(jì)中的系統(tǒng))，理解系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)作流程，便于理解和交流。

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

④模型校核與驗(yàn)證。模型校核主要考查計(jì)算機(jī)仿真模型是否按照預(yù)先設(shè)想的情況運(yùn)行，是否真實(shí)描述了概念模型。模型驗(yàn)證指考查仿真模型是否符合實(shí)際情況﹐如模型的輸入分布與實(shí)地觀察結(jié)果是否一致，模型的輸出性能指標(biāo)與實(shí)際情況是否一致。在此要作必要的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，同時(shí)，也需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)進(jìn)行判斷。

⑤實(shí)驗(yàn)運(yùn)行和結(jié)果分析。運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得出輸出數(shù)據(jù)并進(jìn)行結(jié)果分析。具體來(lái)說(shuō)，這一步可能包括仿真實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行得到輸出性能指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)輸出比較不同方案，或者進(jìn)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(xì)流程如下：

①整機(jī)檢測(cè)：生產(chǎn)商對(duì)回收來(lái)的廢舊電冰箱的外觀、安全性和性能進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，若整機(jī)可再使用，則進(jìn)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(jìn)行以下步驟。

②箱體拆卸：對(duì)廢舊電冰箱的箱體進(jìn)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(jìn)行破碎處理。

③匯放制冷劑：將冰箱殘留的制冷劑進(jìn)行回收處理，以免污染環(huán)境。

④壓縮機(jī)拆卸：對(duì)滿足要求的舊壓縮機(jī)可處理重用，對(duì)無(wú)法再使用的壓縮機(jī)進(jìn)行拆卸破碎處理。

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

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

綜上所述，廢舊電冰箱回收處理生產(chǎn)物流過(guò)程如圖2所示。

圖2 廢舊電冰箱回收處理生產(chǎn)物流過(guò)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(guò)繪制實(shí)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(shí)體流程圖的過(guò)程也是構(gòu)建系統(tǒng)概念模型的過(guò)程，在實(shí)體流程圖上，沿著實(shí)體流動(dòng)的路徑，使用文字或圖表描述系統(tǒng)的運(yùn)作方式，同時(shí)判斷需要搜集哪些數(shù)據(jù)[2]。

根據(jù)以上對(duì)廢舊電冰箱回收處理生產(chǎn)物流過(guò)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(shí)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(shí)實(shí)體。設(shè)置1個(gè)生成器，用來(lái)模擬回收來(lái)的廢舊電冰箱。

②處理器用來(lái)模擬對(duì)臨時(shí)實(shí)體的處理過(guò)程。設(shè)置7個(gè)處理器，分別執(zhí)行不同的任務(wù)，如整機(jī)檢測(cè)處理器用來(lái)進(jìn)行整機(jī)檢測(cè)，箱體拆卸處理器用來(lái)進(jìn)行廢舊電冰箱的拆卸工作。

③暫存區(qū)用來(lái)模擬對(duì)臨時(shí)實(shí)體的臨時(shí)存儲(chǔ)。設(shè)置5個(gè)暫存區(qū)，暫存區(qū)1用來(lái)存放回收來(lái)的廢舊電冰箱，暫存區(qū)2用來(lái)存放整機(jī)檢測(cè)之后可再使用的電冰箱，暫存區(qū)3用來(lái)存放整機(jī)修復(fù)后的電冰箱，暫存區(qū)4用來(lái)存放整機(jī)檢測(cè)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(guò)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(gè)叉車和3個(gè)操作員，分別用來(lái)搬運(yùn)整個(gè)冰箱和零部件。

⑤吸收器用來(lái)消除已經(jīng)完成處理的臨時(shí)實(shí)體。設(shè)置了1個(gè)吸收器即二手產(chǎn)品存放地，用來(lái)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(jiàn)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(yùn)行及結(jié)果輸出

Flexsim軟件能提供多種運(yùn)行數(shù)據(jù)輸出格式，如Excel表格、直方圖、餅圖等。模型運(yùn)行5000s 后，對(duì)模型中各種實(shí)體的狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并生成統(tǒng)計(jì)報(bào)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(yùn)行效率，與此相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 模型輸出數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

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(yùn)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(shí)間超過(guò)了4000s，說(shuō)明整機(jī)處理到清洗消毒這一環(huán)節(jié)需要更多的時(shí)間，導(dǎo)致了清洗消毒環(huán)節(jié)空閑時(shí)間多，資源的利用率低；同時(shí)，操作員3的空閑時(shí)間也超過(guò)了4000s，平均容量也只有0.07，說(shuō)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(shí)間為1448.87s，滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，模型在運(yùn)行時(shí)也能看到臨時(shí)實(shí)體大量堆積的現(xiàn)象，說(shuō)明叉車對(duì)暫存區(qū)1臨時(shí)實(shí)體的處理不及時(shí)。

針對(duì)以上問(wèn)題，可提出如下方案進(jìn)行優(yōu)化：

①合并清洗消毒和整機(jī)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(yùn)暫存區(qū)1的廢舊電冰箱。

5 結(jié)論

本文以Flexsim為工具，對(duì)廢舊電冰箱回收處理的逆向物流系統(tǒng)進(jìn)行了定量的分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，該逆向物流系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜離散的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，建立這樣一個(gè)系統(tǒng)需要花費(fèi)大量的投資，通過(guò)仿真技術(shù)能快速找到系統(tǒng)運(yùn)行的瓶頸，降低運(yùn)行成本，進(jìn)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(lái)，更加系統(tǒng)地研究網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題。