Flexsim系統(tǒng)建模仿真課程教學(xué)設(shè)計 -以《物流綜合實訓(xùn)》為例

1、Flexsim系統(tǒng)建模仿真課程教學(xué)設(shè)計 以物流綜合實訓(xùn)為例引言物流管理專業(yè)是以管理科學(xué)理論為依托、面向現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)域跨行業(yè)活動的新興專業(yè)。物流管理專業(yè)強(qiáng)調(diào)管理、經(jīng)濟(jì)和信息技術(shù)等多學(xué)科的融合，具有很強(qiáng)的知識交叉和實踐應(yīng)用特點。物流管理專業(yè)是一門綜合性、交叉性很強(qiáng)的專業(yè)，對學(xué)生綜合能力有較高要求1。我校依據(jù)中華人民共和國高等教育法和教育部關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才能力的意見等文件要求，提出應(yīng)用型物流類本科人才的培養(yǎng)方針。強(qiáng)調(diào)物流管理專業(yè)需積極開展物流系統(tǒng)建模與仿真課程，加強(qiáng)虛擬仿真教學(xué)，將學(xué)科前沿、實踐經(jīng)驗等融入課堂教學(xué)。物流仿真是通過建立物流系統(tǒng)模型，利用仿真軟件對模型進(jìn)行運行檢測

2、和更改參數(shù)，使模型不斷的優(yōu)化，從而達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)。系統(tǒng)仿真設(shè)計對于提高學(xué)生物流系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃能力的培養(yǎng)，有著不可替代的作用。通過仿真教學(xué)，讓學(xué)生在建模的過程建立一種身臨其境的切身體會，將抽象理論知識直觀化、具體化。不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造思維能力和分析問題解決問題的能力。目前，計算機(jī)仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于物流工程領(lǐng)域和工業(yè)工程領(lǐng)域。在物流領(lǐng)域，主要利用仿真技術(shù)來輔助供應(yīng)鏈系統(tǒng)、生產(chǎn)物流系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、配送中心系統(tǒng)等等的規(guī)劃和設(shè)計，對多種方案進(jìn)行建模仿真驗證，找出瓶頸所在，從而進(jìn)行改進(jìn)，最終達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的目的，為企業(yè)運營管理提供決策依據(jù)?？偠灾锪鞣抡婕夹g(shù)已經(jīng)

3、成為物流工程領(lǐng)域一項非常重要的研究方法和技術(shù)手段2。一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)1.課程性質(zhì)物流綜合實訓(xùn)課程是一門實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，是我校物流管理專業(yè)的專項實踐課之一。在以往的課程設(shè)計中會組織學(xué)生進(jìn)入企業(yè)參觀和實習(xí)，2020年由于疫情原因，企業(yè)參觀和實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)只能取消，因此改為利用計算機(jī)仿真和學(xué)校實訓(xùn)室教室實操作為代替。仿真模擬具有經(jīng)濟(jì)安全、不受環(huán)境限制、不受氣候影響的優(yōu)良特點。在2020年這種特殊的背景下，進(jìn)行真實的實踐教學(xué)基本不可能，系統(tǒng)仿真技術(shù)就成為十分重要的替代工具，體現(xiàn)了其在物流教學(xué)過程中絕對的優(yōu)勢地位。2.教學(xué)目標(biāo)本課程主要是針對物流管理畢業(yè)班學(xué)生開設(shè)的一門綜合性的物流技術(shù)技能實

4、踐課程，其先修課程為所有的物流管理專業(yè)課程，學(xué)生已經(jīng)具備了較扎實的物流專業(yè)理論知識，因此可以利用Flexsim軟件對物流各功能模塊場景進(jìn)行仿真設(shè)計，例如：流水線系統(tǒng)建模仿真分析、分揀系統(tǒng)建模仿真優(yōu)化、配貨系統(tǒng)建模仿真優(yōu)化、自動化立體倉庫建模仿真、倉儲系統(tǒng)建模仿真等等4-6。系統(tǒng)仿真教學(xué)符合我校物流管理專業(yè)培養(yǎng)物流系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)復(fù)合應(yīng)用型人才的教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求：加強(qiáng)虛擬仿真教學(xué)，將實踐經(jīng)驗等融入課堂教學(xué)。二、建構(gòu)主義視角下物流建模仿真的教學(xué)探索1.建構(gòu)主義理學(xué)習(xí)理論建構(gòu)主義也被稱為“結(jié)構(gòu)主義”，屬于認(rèn)知心理學(xué)派的一個分支。源自瑞士著名的心理學(xué)家皮亞杰20世紀(jì)60年代提出的兒童

5、認(rèn)知發(fā)展理論，其后在皮亞杰認(rèn)知理論的基礎(chǔ)上，科爾伯格和斯滕伯格等人分別對認(rèn)知結(jié)構(gòu)的性質(zhì)與認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展條件、認(rèn)知過程中如何發(fā)揮個體主動性進(jìn)行探索，直到現(xiàn)代奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論、布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論等研究成果和理論觀點，都為當(dāng)代建構(gòu)主義的形成奠定了理論基礎(chǔ)。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個積極主動地自我建構(gòu)過程，倡導(dǎo)在教師指導(dǎo)下，以學(xué)習(xí)者為中心進(jìn)行學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)理論傾向于被動學(xué)習(xí)，把學(xué)習(xí)等同于知識的簡單輸入、存儲、輸出和反復(fù)記憶的過程，建構(gòu)主義則提倡學(xué)習(xí)者通過對已有知識的加工和重組、通過與學(xué)習(xí)環(huán)境相互作用，再對新知識進(jìn)行意義構(gòu)建的過程。建構(gòu)主義的教學(xué)觀要求教師成為學(xué)生建構(gòu)意義的幫助者。因此，在建構(gòu)主

6、義課堂上，要求教師使用多種教學(xué)手段和方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，形成學(xué)習(xí)動機(jī)；其次，要主動為學(xué)生創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容要求的情境，幫助學(xué)生構(gòu)建當(dāng)前所學(xué)新知識和舊知識的聯(lián)系，促進(jìn)知識的遷移和同化。我校物流綜合實訓(xùn)課程面向?qū)ο笫俏锪鞴芾韺I(yè)大四學(xué)生，經(jīng)過大學(xué)三年專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課知識的學(xué)習(xí)，具備了系統(tǒng)的專業(yè)知識體系和較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力；此外，物流仿真課程具有較強(qiáng)的應(yīng)用性，在該課程的實踐環(huán)節(jié)引入建構(gòu)主義的教學(xué)觀，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自主去設(shè)計仿真案例，將理論知識點融入到項目方案設(shè)計過程當(dāng)中，可以實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)。2.Flexsim仿真目前，國內(nèi)高校教學(xué)使用的物流仿真軟件主要有Flexsim、樂龍、AnyLo

7、gic、Automod、Arenad等。本課程選取Flexsim作為仿真教學(xué)軟件。Flexsim仿真是指美國的Flexsim Software Production公司開發(fā)的一款采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，具有三維顯示功能的系統(tǒng)仿真軟件。廣泛應(yīng)用于建模、仿真以及實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程可視化。Flexsim中的對象庫非常豐富，幾乎可以表示所有物流系統(tǒng)的實物對象：像貨架、托盤、叉車、傳送帶、操作員、箱子等都可以用Flexsim中的對象進(jìn)行表示，通過連接和參數(shù)設(shè)置可以實現(xiàn)各種模型的構(gòu)建，立體形象地展示動態(tài)的物流系統(tǒng)，同時可以對運行的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析7。更重要的是，F(xiàn)lexsim視窗頁面簡單直觀，只需要用鼠標(biāo)把該對象從庫

8、里拖出來放在模型視窗即可，對象可以創(chuàng)建、刪除，而且可以彼此嵌套移動，在Flexsim的3D虛擬中，用戶可以使用鼠標(biāo)器放大、縮小和改變視像的角度。非常易于學(xué)生的理解和操作，交互性很強(qiáng)。3.教學(xué)設(shè)計結(jié)合我校物流管理人才培養(yǎng)方案和教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，基于建構(gòu)主義教學(xué)理論設(shè)計物流綜合實訓(xùn)實踐課時的教學(xué)過程。本課程實踐課時主要是運用Flexsim軟件來完成物流系統(tǒng)方案的建模和優(yōu)化，通過仿真建模的過程中，將具體的理論知識點融入方案設(shè)計和優(yōu)化的各個環(huán)節(jié)當(dāng)中。本課程總課時48課時，其中理論課程32課時，實踐課時16課時。該課程理論課時涵蓋了物流專業(yè)大部分的專業(yè)課程，如倉儲與配送，供應(yīng)鏈管理、運籌學(xué)、運輸管理等等；實

9、踐課時要求學(xué)生能夠基于物流專業(yè)基礎(chǔ)知識利用仿真軟件對現(xiàn)實中物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真和優(yōu)化。詳細(xì)的教學(xué)設(shè)計如圖1.所示。整個實踐過程分2個階段，第一個是階段軟件基礎(chǔ)操作共計4課時，第二階段為物流實驗項目設(shè)計共計12課時。（1）軟件基礎(chǔ)操作本階段課時為4個課時，該階段主要是熟悉Flexsim軟件的基礎(chǔ)操作。本課程系統(tǒng)仿真采用FlexsimChines7.5.4版本。第一階段實訓(xùn)任務(wù)包括軟件基本結(jié)構(gòu)、對象和連接、建模流程3個單元。軟件基本結(jié)構(gòu)。本單元為先導(dǎo)學(xué)習(xí)，通過介紹軟件的基本結(jié)構(gòu)：Flexsim實體、臨時實體、端口、建立標(biāo)簽、實體庫、視圖以及軟件的主要窗口等，幫助學(xué)生建立物流系統(tǒng)仿真的系統(tǒng)認(rèn)知框架，熟悉

10、Flexsim仿真的步驟。通過本單元的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生形成“固定資源布局流程連接參數(shù)設(shè)置統(tǒng)計分析仿真結(jié)論歸納”的分析范式。對象和連接。該單元為進(jìn)階學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)Flexsim中邏輯判斷、循環(huán)控制、分支語句以及樹結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，幫助F學(xué)生了解Flexsim實體的參數(shù)和屬性設(shè)置，為后續(xù)復(fù)雜物流系統(tǒng)的建模奠定基礎(chǔ)。建模流程。本單元在前兩個單元基礎(chǔ)上，進(jìn)行簡單的系統(tǒng)建模，遵循“組件簡單物流小系統(tǒng)復(fù)雜物流系統(tǒng)”的進(jìn)階式建模能力訓(xùn)練。本階段主要是要熟悉建模方法和流程。試驗任務(wù)包括傳送帶、任務(wù)序列、貨架設(shè)置等等。此階段主要是熟悉軟件操作，因此課堂教學(xué)組織形式為個人操作和教師演示相結(jié)合。（2）物流實驗項目設(shè)計階段本

11、階段課時為12個課時，該階段主要是學(xué)生利用前一階段已經(jīng)掌握的基礎(chǔ)建模能力，來對具體的物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計，找出模型的瓶頸，提出優(yōu)化措施，達(dá)到解決具體問題的目的。本階段綜合性較強(qiáng)，有一定難度且工作量大，單個學(xué)生難以在課堂中有限的時間內(nèi)完成，因此以小組為單位共同配合完成實驗項目設(shè)計和試驗報告的撰寫，具體設(shè)計為6人為一組。根據(jù)本課程的教學(xué)大綱和人才培養(yǎng)目標(biāo)定位，側(cè)重于為現(xiàn)代化物流管理服務(wù)，本階段設(shè)計的3個綜合物流仿真實驗項目分別為：倉儲系統(tǒng)建模仿真優(yōu)化、分揀系統(tǒng)建模仿真優(yōu)化、自動化立體倉庫建模仿真優(yōu)化。由于篇幅有限，謹(jǐn)以自動化立體倉庫建模仿真優(yōu)化為例。本階段基于建構(gòu)主義理論，設(shè)計“任務(wù)驅(qū)動式”課堂。

12、教學(xué)過程包括三個模塊：教師講授和演示、小組合作建模仿真、學(xué)習(xí)情況評價。詳細(xì)地教學(xué)設(shè)計過程如下：課前準(zhǔn)備提前發(fā)布實驗任務(wù)和小組學(xué)習(xí)情況評價表，讓每個小組提前對實驗任務(wù)進(jìn)行分工和安排。讓每一個學(xué)生由被動參與轉(zhuǎn)為主動參與實驗是任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式的主要目標(biāo)。授課過程實驗前教師說明本次實驗的原理、目的和要求，同時基于實驗內(nèi)容演示實驗的關(guān)鍵步驟。譬如如何用NetworkNode對象創(chuàng)建自動化立體倉庫中堆垛機(jī)的行駛路線。小組合作建模仿真模塊，學(xué)生以小組為單位，學(xué)生根據(jù)教師講授的實驗步驟和課前的實驗分工，進(jìn)行自動化立體倉庫的建模仿真。完成建模仿真后，每一組對各自的模型進(jìn)行課堂演示，小組之間按照老師的評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)

13、行打分和評價。老師將根據(jù)學(xué)生的課堂演示和評分結(jié)果對每個小組的建模結(jié)果進(jìn)行點評，對學(xué)生的建模情況進(jìn)行及時的閉環(huán)反饋和指導(dǎo)。通過“任務(wù)驅(qū)動式”教學(xué)，讓每一位學(xué)生積極參與課堂，甚至課前準(zhǔn)備。將自我學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、課堂互動結(jié)合成一個整體，充分提高課堂中師生互動、生生互動，教師主要扮演引導(dǎo)者的角色，真正讓學(xué)生成為課堂的“中心”。此階段不僅能夠全面提升學(xué)生對于物流專業(yè)知識系統(tǒng)性和綜合性的掌握，而且培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊合作能力和創(chuàng)新意識。同理，倉儲系統(tǒng)建模仿真優(yōu)化、分揀系統(tǒng)建模仿真優(yōu)化也采用此三模塊的“任務(wù)驅(qū)動式”課堂教學(xué)，讓學(xué)生自主去設(shè)計實驗設(shè)計方案，在實驗教學(xué)中更多的突出學(xué)生的主體地位，老師則是起到引導(dǎo)者和督促者的作用，給學(xué)生提供思路和促進(jìn)學(xué)生完成每一個實驗環(huán)節(jié)。結(jié)束語物流綜合實訓(xùn)課程是物流管理專業(yè)的一門專項實訓(xùn)課，著重培養(yǎng)學(xué)生的實驗實踐能力。本文基于建構(gòu)主義的教學(xué)理論，設(shè)計了“任務(wù)驅(qū)動式”課堂，探討建構(gòu)主義教學(xué)觀下物流仿真的實驗教學(xué)設(shè)計過程。“任務(wù)驅(qū)動式”的物流仿真教學(xué)方式，為學(xué)生提供了