基于Flexsim的廢舊電冰箱回收再制造逆向物流系統的仿真研究*

□ 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，在生態文明建設方針的指引下，我國大力發展循環經濟。國家發改委等七部門在2020年聯合印發《關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，促進廢舊家電規范回收數量大幅提升，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。我國是電冰箱生產和消費大國，廢舊電冰箱的回收利用既能節約資源，又能為企業帶來不菲的利潤。

系統仿真是研究物流作業系統的重要方法和技術手段之一，通過對廢舊電冰箱逆向物流系統的仿真，可再現廢舊電冰箱逆向物流系統的運行規律，對廢舊電冰箱逆向物流系統的規劃、設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 仿真模型的構建方法

2.1 Flexsim簡介

Flexsim是美國Flexsim公司的產品，它采用C++語言開發，利用面向對象編程和OpenGL技術，提供三維圖形化建模環境，可以直接建立三維仿真模型，并支持離散系統和連續流體系統建模。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，可以快速高效地構建制造、物料搬運、服務等系統模型[1]。

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

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調研和建模時抓住重點，而不是面面俱到，浪費時間，甚至偏離系統研究方向。

②收集數據，建立概念模型。研究現有系統(或設計中的系統)，理解系統運作流程，收集相關數據。在此基礎上﹐建立系統的概念模型，概念模型通常以圖形表示系統運作流程，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先設想的情況運行，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。在此要作必要的統計檢驗，同時，也需要根據經驗和常識進行判斷。

⑤實驗運行和結果分析。運行仿真實驗，得出輸出數據并進行結果分析。具體來說，這一步可能包括仿真實驗方案的設計，通過實驗運行得到輸出性能指標的統計，根據實驗輸出比較不同方案，或者進行敏感性分析以及最優化分析等。

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物流系統仿真模型構建

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，則進行修復和清洗消毒，作為二手產品售賣；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對上述步驟中產生的可再使用的零部件進行修復清洗，用于整機的修復。

綜上所述，廢舊電冰箱回收處理生產物流過程如圖2所示。

圖2 廢舊電冰箱回收處理生產物流過程

3.2 系統結構和概念模型

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結構，如圖3所示。

圖3 廢舊電冰箱回收處理系統結構

一般的仿真系統需要收集很多的數據，本文通過繪制實體流程圖這樣一種結構化的數據搜集方式指導數據的搜集，防止遺漏數據。繪制實體流程圖的過程也是構建系統概念模型的過程，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的運作方式，同時判斷需要搜集哪些數據[2]。

根據以上對廢舊電冰箱回收處理生產物流過程和回收處理系統結構的分析，可得到仿真系統的實體流程圖,如圖4所示[4]。

3.3 廢舊電冰箱回收處理生產物流系統的基本設置

①生成器可以生成模型的臨時實體。設置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。設置7個處理器，分別執行不同的任務，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暫存區用來模擬對臨時實體的臨時存儲。設置5個暫存區，暫存區1用來存放回收來的廢舊電冰箱，暫存區2用來存放整機檢測之后可再使用的電冰箱，暫存區3用來存放整機修復后的電冰箱，暫存區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用于存放經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完成處理的臨時實體。設置了1個吸收器即二手產品存放地，用來模擬二手產品出廠。

3.4 模型參數設置

廢舊電冰箱回收處理模型參數設置見表1。

表1 廢舊電冰箱回收處理模型參數設置

根據表1參數所建立的仿真模型如圖5所示。

圖5 仿真模型俯視圖

4 仿真結果輸出與分析

4.1 仿真模型運行及結果輸出

Flexsim軟件能提供多種運行數據輸出格式，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進行數據統計，并生成統計報告，本物流作業系統主要考察廢舊電冰箱回收處理逆向物流的運行效率，與此相關的運行數據統計見表2。

表2 模型輸出數據統計

4.2 分析與優化

由表2的數據可以發現，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節需要更多的時間，導致了清洗消毒環節空閑時間多，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，說明操作員的人數存在冗余；另外，暫存區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象，說明叉車對暫存區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化：

①合并清洗消毒和整機修復環節。

②減少操作員數量。

③增加叉車數量，優先搬運暫存區1的廢舊電冰箱。

5 結論

本文以Flexsim為工具，對廢舊電冰箱回收處理的逆向物流系統進行了定量的分析與優化設計。結果表明，該逆向物流系統是一個復雜離散的動態系統，建立這樣一個系統需要花費大量的投資，通過仿真技術能快速找到系統運行的瓶頸，降低運行成本，進而提出優化方案。下一步研究可考慮將電冰箱的正向物流系統和逆向物流系統結合起來，更加系統地研究網絡優化問題。