中圖分類號：F252 文獻標志碼：A DOI： 10.13714/j.cnki.1002-3100.2025.09.010 and facility layout experimental software system for the Topkins worksheet method.After the product process route isentered， the software system has the ability to automatically generate thelogistics from-to table，logistics consolidationtable，and facilityrelated diagrams，randomly form a layoutplan and calculatethe total material flow.A facility layout optimization software based on genetic algorithm was developed， and the total amount oflogistics was calculated and compared with the randomlayout scheme，so that students could intuitively findout thegaps. After years of experimental teaching practice，the software system can quickly complete the problem and calculatethe results，prevent the repetition of the topic，avoid plagiarism of students in different grades and the same class，and at the same time adopt the grouping method， or even one personand one question，to truly investigate the practical level of students^SLPlayout，which has the characteristics ofcomplete functions and high efficiency.

Abstract：With the help of the secondary development function of Autocad ObjectARX， this paper develops a set of generative

Key words： ObjectARX; SLP; genetic algorithm; logistics analysis;experimental software

0引言

設施布置實驗是工業(yè)工程領域的重要課程，旨在培養(yǎng)學生的空間規(guī)劃、物流優(yōu)化及工程實踐能力。傳統(tǒng)實驗方式效率低下且易出錯，因此開發(fā)高效、智能的軟件系統(tǒng)具有重要意義。楊昆等融合仿真軟件到課程實踐，設計實驗項目、課程設計和案例庫，豐富教學手段，增強教學效果，鍛煉學生創(chuàng)新實踐能力。劉鐵男針對物流管理專業(yè)，規(guī)劃課程設計目的、內容和要求及成果形式。王致民等運用案例教學法提高教學效果。王東生總結現(xiàn)有教學模式和方法，研究任務驅動模式在該課程中的應用。唐秀英等分析實際教學中存在的問題，從立體化教材建設、教學內容、實驗室建設、教學方法和師資隊伍等方面進行改革。楊琴等探討設施規(guī)劃與物流分析課程設計的目的、內容和成果形式。薛冬娟等提出包含四個實驗模塊的實驗教學體系。周金平等提出設施規(guī)劃教學中的仿真實驗設計思路及構建方法和仿真模型。裴小兵等提出創(chuàng)建數(shù)字化工業(yè)工程實驗室的方案，由三大實體系統(tǒng)組成，通過集成化的生產與物流控制系統(tǒng)連接。陸娟等以“雙創(chuàng)”理念為指導，對實驗設計及考核、課程設計題目、網(wǎng)絡資源建設等方面進行改革與實踐。施宏偉等運用設施布局方法探索物流系統(tǒng)優(yōu)化機理。周蓉等2結合CDIO工程教育理念，提出對課程知識體系、教學方法、考核評價方式等方面的具體改革內容。

上述學者強調了設施規(guī)劃與物流分析課程實驗的重要性和迫切性，但亦指出了其中存在的問題。一方面，缺乏實際操作性強的軟件工具成為了一個顯著的制約因素。設施規(guī)劃與物流分析涉及復雜的系統(tǒng)設計和優(yōu)化，需要專業(yè)軟件工具的輔助以進行模擬和實踐。然而，目前市場上的部分軟件工具過于理論化，與實際物流操作脫節(jié)，無法提供真實有效的實驗環(huán)境。這導致學生在實驗過程中難以獲得真實的操作體驗，從而難以將所學知識應用于實際問題的解決中。

另一方面，盡管許多學校已經開始重視設施規(guī)劃與物流分析課程實驗的建設，但往往僅停留在理念的層面，缺乏具體的實驗手段。這主要體現(xiàn)在實驗內容的設計、實驗方法的選擇以及實驗數(shù)據(jù)的采集等方面。這些問題都嚴重影響了實驗的效果，難以達到預期的教學目標。

為了解決上述問題，基于Visual Studio2019和AutoCAD2021這兩個強大的開發(fā)平臺，結合 C++ 和ObjectARX2021這兩種高效的開發(fā)語言和工具，開發(fā)了一款設施規(guī)劃與物流分析課程實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具備繪制基礎圖表如從至表、合并表等功能，還能夠繪制物流設施相關圖，并完成“設施布置工作表”的繪制。

這一全面的功能設置旨在幫助學生順利完成基于托普金斯工作表的設施布置任務，從而深化對設施規(guī)劃與物流分析的理解。

此外，軟件采用遺傳算法，能夠自動計算出每種方案的物流總量。同時，軟件還提供了隨機布置方案作為對比，使學生能夠清晰地看到優(yōu)化前后的差距。通過使用該軟件，學生不僅能夠更深入地了解設施布置優(yōu)化的原理和方法，還能夠直觀地感受到優(yōu)化所帶來的實際效果。這種教學方式不僅能夠激發(fā)學生的學習興趣和動力，還能夠提高學生的實踐能力和解決問題的能力。

1軟件系統(tǒng)需求分析

1.1實驗題目

開發(fā)一套物流實驗系統(tǒng)，題目設置為：“某制造公司生產10種不同類型的產品，這需要在15個面積相等的部門中進行布置，如圖1所示的產品工藝路線和預計產量，做出從至表并采用托普金斯工作表法做出塊狀布置圖，采用懲罰函數(shù)法進行布置方案評價，針對評價方案最高的布置圖計算其總物流量”。

1.2設置實驗目的

1.2.1掌握物流分析的基本方法

物流分析的基本方法涵蓋了多個方面，如運輸路徑優(yōu)化、庫存控制、需求預測等。通過本實驗，參與者將學習如何運用這些基本方法進行物流分析，從而找出物流運作中的問題，并提出優(yōu)化建議。

1.2.2學習從至表的計算與繪制方法

本實驗將教授參與者如何計算從至表中的數(shù)據(jù)，并學習如何繪制從至表，以便更直觀地展示物流節(jié)點之間的運輸關系。

1.2.3學習從至表合并表的計算與繪制方法

合并表是從至表的一種變形，通過對多個從至表進行合并，可以更好地了解整體物流網(wǎng)絡的情況。本實驗將詳細介紹如何計算合并表中的數(shù)據(jù)，并學習如何繪制合并表，以展示整個物流網(wǎng)絡的運作狀況。

1.2.4學習相關圖的計算與繪制方法

相關圖用于描述物流節(jié)點之間的相關性，通過繪制相關圖，可以更好地理解物流節(jié)點之間的關系。本實驗將教授參與者如何計算相關圖中的數(shù)據(jù)，并學習如何繪制相關圖，以便更直觀地展示物流節(jié)點之間的關聯(lián)。

1.2.5學習工作表的繪制方法

工作表是物流分析中常用的工具，用于記錄和整理數(shù)據(jù)。本實驗將介紹如何繪制工作表，并教授參與者如何運用工作表進行物流數(shù)據(jù)的整理和分析。

1.2.6學習托普金斯工作表進行設施布置的方法

托普金斯工作表是一種經典的設施布置方法，通過合理的設施布置，可以提高物流效率、降低成本。本實驗將詳細介紹如何運用托普金斯工作表進行設施布置，包括如何確定設施位置、如何優(yōu)化設施間的運輸路徑等。

1.2.7學習懲罰方法進行設施評價的方法

懲罰方法是一種常用的設施評價方法，通過對設施的運行效率、成本等進行評價，可以找出設施中存在的問題，并提出改進措施。本實驗將教授參與者如何運用懲罰方法進行設施評價，以便更好地了解設施的運行狀況，為設施優(yōu)化提供依據(jù)。

2軟件系統(tǒng)功能概述

根據(jù)產品工藝路線表，開發(fā)的軟件系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下4個核心功能：

（1）物流量從至表制作：該功能能夠自動生成物流量從至表，詳細記錄各個設施之間的物流量數(shù)據(jù)，為后續(xù)的優(yōu)化布置提供基礎數(shù)據(jù)支持。物流從至表如圖2所示。

（2）物流量從至表合并：通過合并多個物流量從至表，系統(tǒng)能夠提供更全面的物流數(shù)據(jù)視圖，幫助決策者更全面地了解物流運作情況。物流從至表合并表如圖3所示。

（3）相關圖繪制：系統(tǒng)支持繪制相關圖，通過圖形化的方式展示物流量、設施位置等關鍵信息，使得決策者能夠更直觀地理解物流運作的規(guī)律和特點。作業(yè)單位相關圖如圖4所示。

（4）工作表制作：系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)和參數(shù)，自動生成關系工作表，為后續(xù)的設施布置和計算提供便利。關系工作表如圖5所示。

學生們通過手工計算和尺筆繪制的方式，完成了上述四個功能的實驗。他們不僅熟悉了整個物流布置的流程，還親手繪制了相關的圖表和表格。在此基礎上，學生們還繼續(xù)完成了以下3個關鍵步驟：

（1）設施布置：根據(jù)托普金斯工作表法，學生們進行至少三種不同的設施布置方案的設計。這些方案考慮了物流量、設施位置、作業(yè)效率等多個因素，體現(xiàn)了多樣化的設計思路。（2）布置結果評分：學生們采用懲罰方法，對三種布置方案的合理性進行了評分。這種方法綜合考慮了物流量、運輸距離、作業(yè)時間等多個評價指標，為決策提供了量化的參考依據(jù)。（3）總物流量計算：學生們計算了其中一種布置方案的總物流量，以評估該方案的物流效率。這一步驟不僅幫助學生理解了物流量的概念，還讓學生學會了如何運用數(shù)據(jù)進行方案評估。隨機布置結果及總物流量計算結果如圖6所示。

在實際應用中，由于物流設施的數(shù)量龐大（如15個設施），窮舉法進行二次布置將產生超過100億次的布置結果，這使得手工計算變得不切實際，因此，決定采用遺傳算法等進化算法來進行布置設計。這些算法能夠在短時間內找到近似的最優(yōu)解，大大提高了布置的效率和準確性如圖7、圖8所示。

為了滿足這一需求，本文進一步開發(fā)了基于遺傳算法的優(yōu)化布置模塊。該模塊能夠自動生成多種布置方案，并通過遺傳算法進行迭代優(yōu)化，最終找到最符合實際需求的布置方案。此外，還開發(fā)了隨機布置方案的功能，以便進行比較和驗證。

并根據(jù)最優(yōu)物流量方案，進行了設施布置，只需要點擊對話框中的“設施位置”按鈕即可生成最優(yōu)布置方案。

3系統(tǒng)開發(fā)

基于VisualStudio2019和AutoCAD2021兩大平臺，采用 C++ 對ObjectARX2021進行開發(fā)，已經有了很多成功的案例[13]，也有很多成功的經驗[14，論文在此平臺上開發(fā)了設施規(guī)劃與物流分析課程實驗系統(tǒng)。

Visual Studio 2019是一款功能強大的集成開發(fā)環(huán)境 （IDE），它支持多種編程語言，包括 C++ 等。通過Visual Studio 2019，開發(fā)者可以更加便捷地編寫、調試和部署應用程序。AutoCAD 2021則是一款廣泛應用于建筑設計、機械設計等領域的專業(yè)繪圖軟件。它提供了豐富的繪圖工具和功能，使得用戶可以更加輕松地創(chuàng)建高質量的二維和三維圖形。ObjectARX 2021則是AutoCAD的二次開發(fā)工具包，它提供了豐富的API和函數(shù)庫，使得開發(fā)者可以在AutoCAD的基礎上進行擴展和定制。結合這四個強大的工具和技術，我們打造了一款設施規(guī)劃與物流分析課程實驗系統(tǒng)。開發(fā)系統(tǒng)具有以下特點：

首先，系統(tǒng)提供了豐富的對話框資源和調用方法，可以完成設施規(guī)劃和物流分析功能。通過該系統(tǒng)，可以開發(fā)出設施布局設計、物流路徑規(guī)劃、物流效率分析等功能模塊。這些功能模塊不僅可以滿足基本操作要求，還可以進一步擴展為嵌入模塊?；贠bjectARX的命令行加載代碼如圖9所示。

其次，系統(tǒng)具有高度的靈活性和可擴展性。通過ObjectARX2021的API和函數(shù)庫，開發(fā)者可以根據(jù)實際需求對系統(tǒng)進行定制和擴展。這為用戶提供了無限的可能性，使得系統(tǒng)可以滿足各種特殊需求。基于ObjectARX的對話框卸載代碼如圖10所示。

最后，系統(tǒng)還具有良好的用戶體驗。開發(fā)者采用了直觀易用的界面設計，使得用戶可以輕松地掌握系統(tǒng)的使用方法。同時，還提供了詳細的幫助文檔和教程，幫助用戶更好地理解和應用該系統(tǒng)。

總之，基于Visual Studio 2019、AutoCAD 2021、 C++ 和 ObjectARX2021這四個強大的工具和技術，我們打造了一款功能豐富、靈活可擴展、用戶體驗良好的設施規(guī)劃與物流分析課程實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅為學術研究和實際應用提供了有力的支持，還為用戶提供了一個高效、便捷的學習和實踐環(huán)境。

4系統(tǒng)使用效果測試

在某工業(yè)工程班級中，為了有效地檢驗學生的學習成果并提升團隊協(xié)作能力，老師們采用了分組完成工程項目的模式。這個班級共有24位學生，老師根據(jù)人數(shù)將學生分為4個或6個小組，每個小組負責完成一套特定的工程項目題目。學生的設施布置結果如圖11所示。

為避免抄襲現(xiàn)象的發(fā)生，教師們要求各小組分別完成不同的題目。這樣，每個小組都需獨立思考、解決問題，從而確保每個學生得到充分的鍛煉。實踐已證明，這種分組作業(yè)模式取得了顯著成效。各小組均能夠按時完成任務，并且質量得到了保障。圖8例展示了其中一個小組的布置成果。

在沒有軟件系統(tǒng)支持的情況下，此種分組作業(yè)模式將產生龐大的工作量，教師需要獨立為各小組計算各類數(shù)據(jù)、制作詳盡的圖紙，并進行復雜的物流量計算和分析。在此情境下，僅依賴人力來完成這些任務耗時長、效率低，而且錯誤率很高。采用開發(fā)的軟件進行輸人和相關的計算，大大提高了效率、縮短了實驗準備時間、提高了計算準確率，使分組實驗成為現(xiàn)實。

此外，分組作業(yè)模式不僅提高了學生的團隊協(xié)作能力，還激發(fā)了他們的創(chuàng)新思維。在小組內，成員們可以進行充分的討論和交流，從而激發(fā)出更多的創(chuàng)意火花。這種互動式的學習方式有助于培養(yǎng)學生的批判性思維和解決問題的能力，為他們未來的職業(yè)生涯奠定堅實的基礎。

5結論

本文開發(fā)的基于Autocad ObjectARX的托普金斯工作表法設施布置實驗軟件系統(tǒng)，不僅功能全面、高效便捷，而且能夠真實評估學生的實操能力，對于提升實驗教學的效果與質量具有重要意義。未來，將繼續(xù)完善該系統(tǒng)的功能與性能，以滿足更多實驗教學需求。

通過本文的介紹和分析，可以看到，基于產品工藝路線表的軟件系統(tǒng)在物流布置方面發(fā)揮了重要作用。它不僅提供了豐富的功能支持，還通過遺傳算法等優(yōu)化方法提高了布置的效率和準確性。未來，將繼續(xù)完善軟件的功能和性能，為物流行業(yè)的智能化發(fā)展做出更大的貢獻。

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