一、
实验总体流程
本虚拟仿真实验基于多网络节点的邮政网络设计问题出发，结合3D虚拟技术手段，为学生提供了一个集流量网络数据分析，虚拟分拨中心系统设计与实现、分拨中心运营模拟以及分拣系统优化的虚拟仿真实验工具，让学生能够摆脱现实条件的限制，对邮政枢纽分拣系统的设计、实现、运营以及优化策略进行深入的学习与实践。
实验将根据“邮政分拨网络流量计算->成本/流量/效率约束下的分拨中心分拣系统设计->流量波动条件下的分拨中心模拟运营指标分析->成本约束下的分拨中心分拣能力优化策略选择”的总体实验流程，展开流量波动下的邮政弹性网络优化设计虚拟仿真实验，通过科学合理的设置实验参数，并按照以下实验步骤完成虚拟实验，使学生学习掌握典型邮政网络设计问题的数学方法、分拣系统设计理论与方法、分拨系统运营效率核心指标计算以及流量波动下的分拣系统优化策略选择等关键知识要素。项目总体实验流程如图1所示：
图1 实验总体流程示意图
邮政分拨网络流量计算
实验环节依托于单一分派轴辐式网络设计的基本原理，为学生提供标准数学模型以及程序算法工具，让学生能够利用工具，完成数学模型求解。促使学生掌握邮政网络流量计算的基本方法。
成本/流量/效率约束下的分拨中心分拣系统设计
本实验环节主要考察学生在成本、网络流量条件下，合理设计邮政分拨中心的能力。要求学生设计自动化分拣系统，确定分拣效率，保证邮政枢纽有效运营，规避在不同流量输入条件下出现的分拣能力不匹配、分拣效率低下等问题。通过输送系统设计、分拣设备选型、分拣逻辑配置等虚拟技术手段，提高学生对邮政自动化、分拣系统设计理论、分拣装备选型以及分拣逻辑等知识的认知与理解。
流量波动条件下的分拨中心模拟运营指标分析
本实验环节将为学生提供分拨中心的虚拟运营模拟方法，学生将邮政网络流量计算结果作为数据来源（包括邮政网络波动流量数据的导入），输入邮件包裹，验证自动化分拣系统的运营能力，并产生运营能力报表。学生通过动态验证的方式，验证上一个实验环节中自动化分拣系统能力的合理性，从而掌握邮政分拨中心的运营的关键评价指标相关知识。
成本约束下的分拨中心分拣能力优化策略选择
实验阶段主要目标在成本条件约束范围下，当分拨中心分拣能力无法满足额定分拣效率时，要求学生进行系统性分析，寻找提高系统分拣能力的方法，继而通过一定的手段方法，达到提高分拣能力，满足分拨中心分拣需求的目的。
二、详细实验流程
详细流程如图2所示：
图2 实验详细流程图
实验项目包含四大部分，共计27个实验步骤：
本实验项目涉及的上述四个实验阶段均需要使用“流量波动下邮政弹性网络优化设计虚拟仿真实验系统”进行实验。学生进行实验前，请先在浏览器中输入本虚拟仿真实验项目网址（http://bjzwhz.com/vrlab/VRLAB.htm），进入虚拟仿真项目主页，如图3所示：
(a) 虚拟仿真项目站点主页
(b) 实验客户端及实验数据模板下载页面
图3 虚拟仿真项目网站页面
在开始实验栏目下载本实验所需要的客户端软件，基础数据模板文件，以及.Net FrameWork3.5等支持插件到本地电脑上，安装插件，打开桌面快捷方式，登录账户后进入实验界面，开始实验。
1、邮政分拨网络流量计算
1）按照数据模板填写实验数据。
打开实验数据模板，填写实验数据。实验数据包括三个数据模板，邮政网络基础数据包模板、邮政网络波动下的OD流量表以及其他平台数据导入模板。
2）设置计算参数，求解数学模型。
点击软件菜单中【数据分析】菜单，进入邮政物流网络数据分析模块，选择填写完成的流量数据文件，并设置计算参数。包括:计算需求矩阵的需求点数、需要计算的分拨中心数量以及干线运输折扣率参数。操作界面如图4所示：
(a) 设置数学模型主要参数值
(b) 计算出物流网络节点运输成本最低的连接关系
图4 邮政网络数据分析界面
3）计算分拨中心流量输入及输出值。
根据邮政物流网络最优解，计算各个分拨中心的流量参数，包括各个网络节点去往分拨中心的流量数值，也包括枢纽运输至各个网络节点的流量数值。
4）计算分拨中心基础指标参数。
根据分拨中心流量输入/输出结果，计算各个分拨中心的基础指标参数，如表1所示。通过基础指标的计算，为后续实验步骤提供基础条件以及分析数据来源。
表1分拨中心基础指标计算表（示例）
分拨中心 | 流量输入 | 流量输入点 | 入库频率（件/分钟） | 流量输出 | 流量输出点 | 目标建设成本 | 目标分拣效率（件/日） | 目标分拣正确率 |
2 | 9851 | 4/6/7/8 | 13.1 | 9456 | 4/6/7/8 | 88000 | 9456 | 95% |
7 | 14768 | 1/2/5/8/9/10 | 20.3 | 14574 | 1/2/5/8/9/10 | 92000 | 14574 | 95% |
8 | 5856 | 2/3/8 | 7.9 | 5697 | 2/3/8 | 78000 | 5697 | 95% |
2、成本/流量/效率约束下的分拨中心分拣系统设计
1）确认分拨中心分拣系统出入库通道数量。
进入虚拟分拨中心搭建场景界面，根据上个实验产生的分拨中心关键指标数据，确认分拨中心最少需要的入库通道以及出库通道数量，如图5所示。
(a) 根据枢纽需求网络选择合适数量的入库通道
(b) 根据枢纽需求网络选择合适数量的出库通道
图5 邮政分拨中心出入库通道部署
2）部署出入库通道输送路线。
在虚拟分拨中心搭建场景中，选择相应数量的入库通道以及出库通道，选择合适的输送设备，部署入库传输以及出库传输的输送线路。
3）绘制分拣系统设计草图。
根据当前规划的分拨中心流量输出/输出情况，绘制自动化输送系统的路线草图以及分拣节点位置等，为后续部署自动化分拣系统提供设计支持,如图6所示。
图6 邮政分拨中心分拣路线设计图例
4）部署及测试自动化输送设备。
按照上一步骤设计绘制的自动分拣线草图，在虚拟分拨中心构建模块3D模型库中选择合适的输送设备，在满足分拣需求前提下，将选定的入库通道和出库通道通过输送设备连接在一起，如图7所示：
图7 虚拟邮政分拨中心输送系统部署
完成输送设备部署后，测试自动化输送线是否合格，要求输送线上运输的货物能够均匀、平稳的输送。防止出现货物偏离输送带，货物运输过程掉落等问题。若输送线输送未出现上述问题，则部署完成。若出现上问题，则重新优化输送线，如添加挡板。
5）部署关键节点分拣设备。
根据自动化分拣系统设计草图，在关键节点处部署合适的分拣设备。分拣装置的选择可使用系统内置的分拣设备，也可以使用自行设计的分拣设备进行部署，如图8所示：
图8 关键分拣点部署分拣装置
6）设计分拣设备分拣逻辑。
根据所选的分拨中心初始数据确定邮政分拨中心需要分拨的目标出货口对应的目标点编号值，并根据分拣需求，设计分拣设备的分拣逻辑，并绘制分拣逻辑图，如图9所示（示例图）：
图9 分拣设备分拣逻辑流程图例
7）实现并测试分拣设备分拣逻辑。
根据分拣逻辑判断流程，编辑逻辑控制模块，设计实现分拣设备的分拣逻辑。根据分拣需求，选择需要设置分拣逻辑的分拣设备位置，选择需要的检测器以及逻辑运算器，并根据设计好的分拣逻辑进行配置。分拣设备逻辑配置完成后，对分拣设备进行测试。若测试过程出现问题，则检查并调整分拣逻辑配置，直至完成目标。如图10所示：
(a) 选取逻辑组件
(b) 可视化编程界面进行逻辑配置
(c) 分拣装置分拣逻辑测试
图10 分拣设备分拣逻辑配置与测试
8）部署完善自动化分拣系统，并测试关键性能指标
根据分拣系统设计草图，确认所有输送设备以及分拣设备都已部署并测试完成，并确保所选择的分拣出入通道都与输送设备连接在一起时，即可认为完成自动化分拣系统的部署。完成部署后，针对分拣系统的关键性能指标进行测试，在这里我们将采用自主测试的方式，通过自定义货物输入及频率，初步测试分拣系统的关键性能指标。
关键性能指标：
分拣效率：分拣数/运行时间（单位时间为秒，通过时间换算成每日）
分拣中心建设成本：使用到的设备成本总和
使用测试模式，首先配置测试货物需求标签参数，然后部署货物生成器，并配置指定需求货物及货物生成频率等参数，最后点击模拟软件中
启动测试，如图所示图11所示：
(a) 配置测试货物需求标签参数
(b) 部署货物生成器参数
(c) 启动测试模式
(d) 查看测试数据面板
图11 部署完善分拣系统并进行测试
3、流量波动条件下的分拨中心模拟运营指标分析
本实验环节提供了流量波动下的运营模拟，让学生理解流量波动环境对邮政分拨中心系统设计造成的影响因素，进而提出解决措施。
1）设置基础指标数据
在数据分析界面中，打开分拣运营模拟测试按钮，进入分拨中心分拣模拟配置界面，在配置界面中选择需要模拟的枢纽编号，系统自动获取相应数值，将“基于成本/流量的邮政分拨网络分析实验”计算出来的分拣效率等指标填写到左侧配置栏中，如图12所示：
图12 分拣中心运营指标参数配置
2）设置出入库通道参数
根据前面实验计算的各分拨中心流量输入/输出情况表，配置所选择分拨中心的入库通道以及出库通道参数，如图13所示：
图13 分拨中心入库通道以及出库通道参数配置
3）启动分拣中心模拟程序
设置完成后，启动模拟程序
，开始分拨中心的模拟过程，系统将获取上一实验步骤中设置的配置信息，初始化入库通道以及出库通道配置，自动运行货物入库以及分拣系统模拟。如图14所示：
图14 分拣中心模拟运营
4）查看分拣中心模拟结果
在设定的模拟时间完成后，系统将自动采集分析分拨中心流量输入、流量输出、分拨中心运营效率、分拨正确率等指标参数。
若模拟结束时，实时分拣能力数值大于目标能力数值，且当前建设成本小于目标建设成本，则可认为所设计的分拣系统达到目标要求，可继续进行波动流量运营模拟实验；若实时分拣能力是指小于目标能力数值或当前建设成本大于目标建设成本，则认为所设计的分拣系统未达到目标要求，需要通过第四个实验阶段选择合适的优化策略，对分拣系统进行优化，直至达到目标要求。
5）导入波动流量数据表
打开数据分析界面找到上次分析的邮政物流网络分析结果，选择OD量波动测试，并选择导入“邮政网络波动下的OD流量表”，系统将根据当前物流节点网络加载新的OD数量，并重新计算各分拨中心流量输入以及流量输出值。如图15所示：
图2-8-15 导入波动流量OD表数据
6）设置分拨模拟参数，查看模拟结果
导入波动流量表后，点击分拣运用测试，进入分拨中心模拟运营配置界面，按照上次配置的结果重新配置分拨中心分拣配置信息后，点击分拣模拟按钮，启动新的流量输入下的分拨中心分拣模拟过程，如图16所示：
图2-8-16 波动OD条件下分拨中心分拣模拟
查看波动流量下的分拣系统实时性能指标数值报表，判断是否能够满足新的目标需求，若实时能力指标不能满足目标需求，则进入第四个实验阶段进行优化策略的选择，若满足目标需求，则实验成功。
4、成本约束下的分拨中心分拣能力优化策略选择实验
在优化策略选择时，需要分析邮政分拣系统的能力瓶颈，确认分拣系统的短板因素。本实验环节包括以下四类策略：
提高输送系统设备功率策略；
自主设计分拣设备提高分拣能力策略；
改造分拣系统策略；
重新规划物流网络策略
（1）提高输送系统设备功率策略
步骤1：调节输送设备功率。
选择一个分拣输送段，通过调节传输设备的功率（输送带的速度属性，设备的输送速度上限为5），提高单位时间内通过该输送段的货物数量，如图17所示：
图2-8-17 调整输送设备的输送效率
步骤2：测试输送设备调整效果。设置货物生成器以及相应标签的货物，运行测试调整速度参数的输送段能力，是否在可接受范围（不出现阻塞，输送节奏混乱等现象），并测算在当前功率条件下的分拣能力数值，如图18所示：
图18 调整输送装置功率后测试分拣线的分拣能力
（2）自主设计分拣设备提高分拣能力策略；
步骤1：设计分拣设备，绘制分拣逻辑流程图
基于对分拣设备的认知，通过虚拟仿真系统自主创新设计新型分拣设备的方式来提高分拣效率。根据分拨需求，选择合适的分拣设备类型，自行设计分拣设备样式及分拣逻辑，示例：设计一个顶升移栽装置。根据分拨需求，绘制分拣设备分拣逻辑图，如图19所示：
图19 分拣设备分拣逻辑流程设计图例
步骤2：部署并配置分拣设备分拣逻辑
选用合适工程组件创造分拣装置，并对分拣逻辑进行设置，实现及测试。将创新设备需要的组件进行组合，并根据设计的分拣逻辑进行分拣设备的逻辑配置，如图20所示：
图20 分拣设备逻辑配置
步骤3：测试分拣设备分拣能力
对自主创造出来的分拣设备进行测试，查看分拣设备的分拣能力情况。
分拨效率测试：分拨货品数量/测试时间
极限分拨效率测试：在正常分拨范围内，分拨货品数量/测试时间
（3）改造分拣系统策略
步骤1：分析需求并绘制分拣系统改造草图
根据流量波动情况，分析分拣系统能力约束的关键分拨点，在成本允许的前提下，优化分拣系统。在实验过程中设计的分拣系统草图上进行设计优化，如图21所示：
图21 分拣系统优化设计示例图
步骤2：根据设计草图部署并改进分拣系统
根据分拣系统改造后草图，在虚拟分拨中心搭建场景界面选择合适的物流设备，部署实现上一个实验步骤的设计内容，如图22所示：
图22 分拣系统优化部署示例图
步骤3：设置测试条件并测试改进后的分拣系统
设置货物生成器以及相应标签的货物，运行测试模式，查看分拨中心整体运营效率指标数值。
（4）重新规划物流网络策略
实验步骤：调整数学模型Hub数量，重新计算物流网络结果
使用数据分析工具，重新设置目标Hub数量，将整个邮政物流网络流量分摊到多个分拨中心，继而降低单个分拨中心的流量压力，如图23所示：
图23 重新设置物流网络分析参数计算结果
