劉小紅，王君蘭

(重慶電力高等?？茖W校，重慶 400053)

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

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)教學的3D動畫仿真軟件系統(tǒng)。RaLC仿真軟件可以讓學生在計算機系統(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、自動立體貨架等設備設置參數實現(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，讓學生有直觀的印象，為物流中心的規(guī)劃建設和改善提供有效的可視化手段。

2 RaLC仿真軟件教學應用設計

2.1 認識各種物流設施設備，了解其功能和用途

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

教師可以通過軟件的設備圖形、設備運行的3D動畫，以及設備的結構和功能特點相對應的參數屬性表向學生講解設備的性能和用途。以分揀輸送機如何進行貨物分揀為例。圖2向學生展示了分揀輸送機的設備形態(tài)和結構。通過分揀輸送機參數的設置，可以讓學生明白分揀輸送機是通過在軟件系統(tǒng)中設置的條形碼識別貨物，從而達到貨物分揀的目的。學生設置條形碼后，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生理解倉儲與配送課程、物流設施設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)中的實際應用有非常好的效果。

圖1 升降機、傳送帶、機械人設備圖

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試

RaLC仿真軟件采用類似Windows的視窗操作方式，應用的物流設備模擬模塊在界面上可以直接點擊按鈕來添加。模擬設備模塊可以通過直接調整設備的功能、規(guī)格形式、運動軌跡、運行邏輯等技術參數來完成，即學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。

教師可以指導學生通過仿真軟件提供的復合型物流中心來熟悉軟件的基本操作步驟和模型構建的基本方法。復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 復合型物流中心

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

在模型能夠實現(xiàn)貨物從分揀入庫到出庫全流程運行后，教師需要指導學生實現(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、貨物堵塞分揀設備的情況，此時學生可以通過軟件調整設備屬性中的速度等參數來實現(xiàn)貨物的平穩(wěn)流動。例如，學生只要調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，學生也可以在機器人的屬性中調快機器人的運行速度，同樣可緩解貨物堵塞的情況。但在調整相關設備速度后，學生會發(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鏈管理課程中的TOC瓶頸原理。學生在課堂上就能通過仿真演示，直觀和形象地看到供應鏈中的TOC瓶頸現(xiàn)象，并通過自己改變模型設備參數實現(xiàn)模型優(yōu)化，理解如何解決供應鏈中的TOC瓶頸，實現(xiàn)供應鏈的最終優(yōu)化。

通過RaLC仿真訓練，可以讓學生充分理解物流中心的運作、具體工作環(huán)境、操作內容等，還能調動學生的學習主動性，同時將理論與實踐相結合，也增強了其對專業(yè)技術的認識，從而激發(fā)其敬業(yè)精神。而傳統(tǒng)教學中，學生們會學習倉儲與配送、庫存管理、供應鏈管理等課程，盡管能掌握課本知識，但由于沒有實際應用的場景，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生的自信心和成就感。

2.3 進行現(xiàn)實問題的虛擬模型設計和調試

RaLC仿真軟件除了能夠讓學生按照已經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計和調試的功能。

1)制作數據文件的功能

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、顏色等進行設定。還可以對入庫物品的目的地、商品 ID(在商品管理文件中設定的商品)、數量、入庫類型等項目進行設定。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，便于學生進行操作和理解，學習使用難度較小，既實現(xiàn)了類似程序編輯的開發(fā)應用功能，又不要求學生必須具有相關編輯程序語言的基礎。

3)數據分析功能

RaLC軟件的數據分析功能可以記錄學生在仿真操作后的仿真運行數據，還可以將相關數據采用直觀的統(tǒng)計圖表等方式來表示。學生可以通過更改仿真設備的布局、設備配置、設備參數重新仿真，并通過查看仿真數據的變化來優(yōu)化系統(tǒng)設計，從而提高運行效率。這些仿真數據分析為學生優(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)員移動距離數據圖能直觀地展示優(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。學生可以根據吊車設備時間效率圖和忙閑狀態(tài)圖了解設備的使用情況，并及時調整貨物的安排，盡量提高設備的利用效率。

圖5 作業(yè)人員動線圖

4)現(xiàn)實物流問題的虛擬模型設計和調試

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

教師可以指導學生進行現(xiàn)實物流問題的虛擬仿真模型設計。例如：學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。首先建立貨物數據庫，然后測算學生的搬運裝卸速度等數據參數，最后根據現(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據，分析每個隊員的動線數據、忙閑狀態(tài)，以調整隊員的運動路線和工作任務，進而進行隊員工作任務的優(yōu)化和配合。模型在仿真軟件中可以不斷進行調試，直到設計出4名隊員最優(yōu)的動線和任務。學生在此過程中既學會了建立仿真模型與優(yōu)化調試，還可以用該優(yōu)化的結果指導自己的出入庫操作，不用通過一次次重復裝卸搬運來發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方法?？傊抡孳浖茏寣W生更深入地體會到其對解決實際問題的作用。

除此之外，教師還可以引導學生將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：學生去企業(yè)分揀中心進行頂崗實訓后，體會到分揀的辛苦，這時可以引導學生建立分揀模型，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)教學的不足，讓學生直接看到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用知識的能力。

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

3 結語

RaLC仿真軟件利用真實物流數據制作出商品、進貨、入庫、庫存、揀選、分類、包裝、補貨、出庫等一系列仿真數據文件來驅動模型，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條件。因此該軟件對于物流管理基礎、倉儲與配送、供應鏈管理等物流核心課程的教學有助益，同時教師能夠應用該軟件進行數據分析教學、簡單的模塊編程教學、物流中心仿真教學、虛擬模型設計和調試教學等。教師還可以根據實際教學的需要，開發(fā)新的物流實習教學的內容。

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，使用者在短時間內就可熟練掌握。教師通過對該仿真軟件的教學設計，從物流設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生根據現(xiàn)實物流問題自主設計模型并進行優(yōu)化調試，同時將相關課程的理論知識融入仿真系統(tǒng)的形象演示和運行中，能夠讓學生有強烈的體驗感，提高學習效率，激發(fā)學習興趣，從而提升教師的教學質量。

物流系統(tǒng)仿真技術對物流教學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)素質起到最根本的專業(yè)指導作用，還能對行業(yè)規(guī)范起到改進作用。