校企聯合模式下共建實驗室開展物流仿真教學研究

劉璠

【摘要】針對當代大學生物流專業教學的特點，在校企聯合的模式基礎之下，提出了共建實驗室的系統架構設計，通過仿真軟件提高物流教學的實踐作用。虛擬仿真技術引入物流教學是對傳統物流教學方法的革新。實踐經驗表明，虛擬仿真是解決物流教學難題的一種有效途徑。

【關鍵詞】校企聯合;共建;物流仿真教學

引言

如何將物流教育與市場需求緊密銜接，培育出確實能夠將理論與實踐相結合的物流專業化人才，已成為現代物流教育所面臨的緊迫問題。實驗平臺是大學教學和科研的重要基地，是展示大學辦學實力和人才培養質量的重要窗口，是現代大學的標志。結合聯合實驗室的特色，高校要積極為研發團隊搭建校企合作平臺，提供一流的實驗場所以及軟硬件環境。要解決這一問題，首先是學校能給學生提供一個實踐操作的環境，然后結合具體的物流操作案例，進行模擬教學或真實操作。

1.實驗室配置

在硬件配置上物流模擬仿真實驗主要以計算機為主，對硬件的要求不算太高。在軟件配置上，操作系統：Windows XP，編譯系統：Microsoft VC + +.NET2008。硬件環境：CPU - 英特爾* 奔騰;內存-1G;硬盤-80G;顯卡-獨立顯卡NVIDIA Ge Force系列;擴展接口-USB 端口2個以上等。物流模擬仿真實驗可使用的仿真軟件種類也比較多加圖所示軟件。

名稱

主要特性

F l e x s i m

Fl ex s i m 應用深層開發對象，利用些對象的參數可以把任何制造業、物料處理和業務流程的快速、輕易、高效建模的主姿特征描述出來。

Auto Mod

為了更好地評價物流項目和工廠自動化（FA）的設計和解決方案，作為世界上最大的物流和工廠自動化（FA）仿真軟件Auto Mod 的中國地區指定代理，上海村研除了為中國地區的用戶提供咨詢和技術支持以外，還為客戶提供物流和工廠自動化系統的設計方案的仿真評價

Ra LC

Ra LC物流仿真軟件，是由日本人工智能服務株式會社獨立開發的擁有自主知識產權的物流仿真軟件。Ra LC物流仿真軟件，集現代物流技術、人工智能、3D 圖像、數據處理和計算機仿真等技術為一體，專門服務于物流行業和工業工程領域，處于國際領先水平

WITNESS

從動畫表現形式和建模方法來看，該軟件可以較好地實現2D 動畫建模

總的來看，目前這些物流仿真軟件的基本功能大致包括：

1.1、為物流系統的整體規劃設計提供模擬參考。在建立正式的物流系統之前先將物流系統的規劃方案用仿真軟件轉化為模型，為管理者提供參考。通過對規劃方案進行模擬仿真，可以達到優化系統的目的。

1.2、有效控制物流過程。物流過程一般包括運輸、倉儲、配送、裝卸、包裝和搬運等物流功能。通過物流系統仿真軟件可以觀測到這些過程如何演進，整個過程各項參數會如何變化，以及過程中可能會出現哪些意外事件將對物流系統產生什么影響，系統又會做出什么反應等內容。通過掌握這些內容對運行過程中的系統進行實時控制。

1.3、估算物流成本。通過物流系統仿真軟件可以分析和記錄整個進程中所有的物流操作過程，計算出每項操作的具體時間和原材料的耗用，從而統計出各項物流作業的成本。

2.實驗教學設計

物流實驗教學目的就是培養學生的實踐能力和設計運用能力，通過強化物流理論基本知識的記憶和訓練，使學生能夠對物流系統進行分析、設計、優化和評價。由于實驗課學時有限，學生需要一邊學習實驗基礎理論，一邊進行相關的實驗操作，同時，為了滿足學生進一步的研究需求，特地在課堂中加入了創新型實驗這一環節，使得學生學習如何運用物流仿真軟件分析現實企業中的物流系統。因此，在教學設計中應該把教學重點放在物流仿真軟件的實際應用上，教學內容也應該根據難易程度由淺到深、由基礎到設計再到創新，即基礎型實驗、設計型實驗和自主創新型實驗。

2.1 基礎型實驗

基礎型實驗一般都是驗證性的實驗，實驗目的是讓學生熟悉Flexsim仿真軟件的應用環境，學習物流仿真的基礎知識，學習利用Flexsim 軟件進行物流仿真的基本步驟，為后面的設計型實驗和自主創新型實驗打好基礎。基礎實驗指導書比較詳細，學生按照操作步驟就可以詳細了解軟件的仿真過程。實驗內容如下：

（1）Flexsim仿真軟件的主要功能模塊。部件庫（標準部件、固定部件和移動部件）、模擬實驗模塊、仿真執行模塊（復位、運行、暫停、步進、停止等）、仿真狀態模塊、工具模塊、模型演示模塊、統計分析模塊和各種視圖（二維、三維等）組成，該實驗的目的是讓學生熟悉軟件的開發環境和每個模塊的功能。

（2）實體。學生需要了解每個實體的性質、代表對象以及各自屬性，包括離散實體27 個（其中資源類12 個，任務執行類15 個）和流動實體11 個，如何輸入數據和修改參數等細節，目的是讓學生學會基本的命令和操作。

（3）連接端口來安排臨時實體的路徑。Flexsim模型中的對象之間是通過端口來連接的，學生應掌握三種類型的端口（輸入端口、輸出端口、中心端口）和端口連接類型（“a” “s”）和取消端口連接類型（“q” “w”）。讓學生掌握基本的命令和操作，學會如何建立連接和安排實體的路徑。

（4）簡單數據統計。學生們學習如何進行統計信息和顯示，修改記錄器對象視圖參數，修改記錄器對象表頭，統計標簽四個選項卡各代表的含義。

（5）建立一個簡單的生產布局。通過本實驗學生應該掌握建模的基本步驟：創建實體、端口連接、指定到達速率、設定臨時實體類型和顏色、設定暫存區容量、設定暫存區的臨時實體流、為處理器定義加工時間、重置與運行模型、查看簡單統計數據和保存模型，能夠運用該步驟進行簡單生產布局仿真。

（6）動畫演示。通過該實驗使學生掌握如何制作動畫錄像進行模擬演示。

2.2 設計型實驗

設計性實驗的目的是培養學生解決實際問題的能力和設計實踐能力。根據前面所學的基礎理論和對Flexsim 軟件的基本掌握，設計學生自己所學習的專業知識，使用仿真軟件對較復雜的物流系統進行建模的能力。設計型實驗老師需要指導學生如何進行建模。包括從如何確定仿真目標，收集相關數據，建立仿真流程平面圖，分析建立仿真模型到最終提出解決方案的過程。在該部分中老師應引導學生自己自主運用該仿真軟件平臺解決實際問題。

（1）某公司車間生產線的仿真設計。本實驗讓學生了解生產系統設計布局內容，理清生產設計中布局、物流及搬運系統的關系;掌握生產系統布局方法并進行仿真;掌握雙標法對生產系統物料搬運進行規劃，并進行仿真驗證。

（2）基于Flexsim 的混合生產線投產方案研究。該實驗要求學生了解混合生產線組織特點;掌握混合生產線的仿真建模;熟練運用仿真軟件建立混合生產線模型。

（3）基于Flexsim 的柔性制造系統仿真設計。該實驗在熟悉Flexsim 軟件的基礎上，了解柔性制造技術;并要求學生掌握仿真技術在柔性制造設計上如何應用。

（4）基于Flexsim 的制造加工車間仿真設計與優化。本實驗要求學生了解生產布局優化的原則;掌握Flexsim在生產布局優化的方法;夠熟練運用產能平衡的方法。

2.3 自主創新型實驗

自主創新型實驗要求學生自行設計實驗方案并完成。Flexsim 仿真軟件已經廣泛應用于制造業、倉儲與配送、訂單取貨、快餐店中的食物準備過程和客戶服務等領域，所以這部分實驗側重于軟件在實際物流系統中的實踐和創新，把所學到的知識運用到實際中去，培養學生的創新能力。該部分實驗要求學生根據自己的興趣自己去選擇想要仿真的對象，收集所需要的相關數據，建立仿真流程平面圖，建立仿真模型并進行仿真和調試，最后分析仿真結果并提出修改方案。由于實驗課的學時有限，所以學生必須利用課余的時間收集仿真對象的信息、建立模型和提出改進方案，老師僅當學生在仿真中出現問題時才進行引導性的指導，這樣可加強學生對知識的進一步理解，同時讓學生自主安排課余時間、自主學習，培養學生的自主創新能力。

3.實驗教學改進

3.1? 教學內容的改進

實驗教學內容的改革思路為了克服傳統實驗內容的不足，突出實驗課在整個教學過程中的重要地位，必須重新審定實驗課的內容。既要保證實驗課能夠為理論教學提供支撐作用，又要實現培養學生實際設計能力的目的，從而使學生的設計實踐能力在實驗過程中得到有效的鍛煉。

實驗教學內容的重新定位在重新確定實驗內容時，必須考慮到兩個方面：（1）物流仿真實驗課的知識體系結構和技能訓練目標;（2）學生的興趣和實驗效果。經過認真的研討，選用Flexsim軟件作為實驗教學的主要工具，實驗內容仍然包括基礎性實驗、設計性實驗和自主創新性實驗三個部分，且做到循序漸進。在實際操作中，選定了托盤數據綁定、倉庫布局設計、交通流量控制、貨物包裝控制、貨物分揀控制、貨物合并控制、多通道數據采集、數據分析等8 個項目，并將這些項目分成若干個子模塊。在每次單元實驗時，從中選取1～2 個子模塊作為學生的實驗內容。這樣，將一些有實際意義的研究項目融入到單元實驗中，一方面有效地激發了學生的學習興趣，另一方面也使學生的感性認識大大增強，實驗更具針對性，實驗效果良好。在實驗內容的組織形式上采用階段式結構，即將實驗教學過程分為三個階段：單元實驗階段、小型設計性實驗階段和大型設計性設計實驗階段。單元實驗階段以選取項目的子模塊為主，實驗任務單一;小型設計性實驗穿插在若干個單元實驗之后，要求學生采用單元電路模塊組合的設計方法，實現具有一定控制功能的簡單物流系統建模。例如，交通流量控制實驗就必須考慮到倉庫布局以及貨物處理速率。實驗時學生很容易將之前所學的相關內容通過組合、調整與改進，完成相應的實驗任務。大型設計性設計實驗也可以稱為課程設計，一般為期一周，安排在實驗教學的后期階段，選題主要圍繞上述8 個項目的相關子模塊，但系統構成相對復雜些，如生產線仿真應用。這一階段的目標是培養學生的設計設計能力。

3.2? 教學方式的改進

在傳統的實驗教學方法中，一般先由實驗指導教師詳細地講解實驗原理、方法及步驟，然后讓學生按照實驗教材所列步驟一步步去完成，而且有些教材甚至把實驗需要的程序、實體分布圖、接線方法、參數設置、程序輸入方法等都一一列了出來，使學生不需要動腦，直接動手按步驟輸入就可以完成實驗，若實驗中出現問題也是立即去找教師解決，很少主動思考，這樣的實驗效果可想而知。為此，筆者在實踐教學過程中進行了如下改革。

安排實驗預習內容學生做好實驗預習是完成實驗的第一步。每次實驗前，布置好預習的內容，要求學生必須結合自己所學的理論知識，通過查閱有關資料，獲得實驗的第一手資料，做到實驗目的明確，實驗原理清楚。

布置實驗任務實驗時，不向學生提供具體的、詳細的實驗參數，只提出具體的實驗要求，讓學生通過自己的預習以及對實驗要求的理解和分析，自行設計實驗方案，獨立設計實驗結構。

合理地安排實驗方式在實驗的組織形式上，采取學生分組實驗的方式，即單元實驗一人使用一臺電腦，兩人為一組，可相互交流;小型設計性實驗是兩人共用一臺電腦，兩人合作設計;大型設計設計性實驗為4 人共用一臺電腦，共同討論設計。實驗過程中難免出現一些問題，這時教師應盡量要求學生自行提出解決方法，教師則幫助分析這些方法的合理性，通過學生為主，教師為輔的實驗教學方法，逐步培養學生的獨立工作能力。

在課堂上，教師首先要做好演示實驗，演示實驗內容并不等同于學生實驗內容，但與學生的實驗又有一定的關聯，切不可讓學生可以照搬照抄。其次，應著重講演示實驗的設計思想、設計方法，操作示范要細致，讓學生能夠從教師的示范中獲得啟發。

突出學生的主體地位實驗過程是學生進行思維訓練、提高分析問題與解決問題能力的重要實踐活動，整個過程應以學生為主體，鼓勵學生動手、動腦，采用多種方式去完成實驗任務。

加強對實驗過程的管理教師應督導學生實驗操作的全過程，提醒學生實驗中應注意的事項，督促學生準確記錄實驗結果，規范學生的實驗報告。要求學生將實驗過程中的實驗數據分析、系統結構圖以及調試運行情況和體會認真填寫在實

驗報告中，這樣每做一次實驗，相當于完成一個小課題的研究，可大大提高學生運用知識的能力，也有利于培養學生的設計設計素質和科學嚴謹的實驗精神。

電腦教學實驗室采用相對定時開放方式結合我校實驗教學班級不多的特點，主要針對設計性實驗，采用定時開放方式，在時間上給予充分的保證，允許學生根據自己的需要申請進入實驗室進行實驗研究。同時，安排相應的指導教師對學生的實驗過程給予指導和幫助。

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本文受教育部教指委項目資助，項目編號：JZW2015072，基于“逆向分析”的物流成本管理課程教學設計。