物流仿真與ｅＭ－ｐｌａｎｔ仿真軟件

[摘 要] 本文簡要介紹了系統(tǒng)仿真的基本概念和物流系統(tǒng)仿真實現(xiàn)的方法。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，物流仿真軟件已經成為物流系統(tǒng)仿真的主要工具，并將得到更為廣泛的應用與發(fā)展。

一、系統(tǒng)仿真理論

1.系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)仿真是迅速發(fā)展起來的一門新興學科，隨著系統(tǒng)仿真的理論和應用技術研究的深入以及計算機技術的發(fā)展，應用數(shù)字計算機對實際系統(tǒng)或假想的系統(tǒng)進行仿真的技術越來越受到人們的重視[1]。現(xiàn)在人們普遍接收的系統(tǒng)仿真的定義是：以相似性原理、系統(tǒng)技術、信息技術及應用領域有關專業(yè)技術為基礎，以計算機、仿真器和各種專用物理效應設備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實地或假想的系統(tǒng)進行動態(tài)研究的一門多學科的綜合性技術。仿真技術是研究復雜問題的一種有效的方法。由于仿真技術在應用上的安全性和經濟性，仿真技術的應用取得了廣泛的范圍。首先應用于軍事領域，仿真技術在武器系統(tǒng)研制，戰(zhàn)術互聯(lián)網仿真等方面都取得了良好的效果；其次，在航空、航天、航海、核電站等方面也利用仿真技術減小了項目的風險，并在安全防御方面起到了實際系統(tǒng)不可比擬的作用；另外，仿真技術已逐步發(fā)展到應用于社會、經濟、交通、生態(tài)系統(tǒng)等各個領域，成為高科技產品從論證、設計、生產試驗、訓練到更新等整個階段不可缺少的技術手段，為研究和解決復雜系統(tǒng)問題提供了有效的工具。

2.物流系統(tǒng)仿真

隨著中國加入WTO，中國經濟的發(fā)展更是進一步的加快了步伐。加之近幾年電子商務的飛速發(fā)展，使得中國的物流業(yè)也迅速的成長起來?，F(xiàn)代自動化物流系統(tǒng)是集光、機、電技術為一體的復雜的系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)物流傳輸、識別、揀選、分揀、堆碼、倉儲、檢索和發(fā)售等各個環(huán)節(jié)的全程自動化作業(yè)。可以看到，物流系統(tǒng)是一個多因素、多目標的復雜系統(tǒng)。正是由于物流系統(tǒng)的復雜性，運用系統(tǒng)仿真的方法對其進行建模仿真的分析研究，以此來確定物流系統(tǒng)中物料運輸、存儲動態(tài)過程的各種統(tǒng)計，了解設備的處理能力是否能滿足實際需要，運輸設備的利用率是否合理，運輸線路是否通暢；以及物流配送中心的地理位置選擇是否恰當，物流配送中心的建設容量設計是否適當?shù)葐栴}。由于現(xiàn)代生產物流系統(tǒng)具有突出的離散性、隨機性的特點，因此人們希望通過對現(xiàn)代物流系統(tǒng)的計算機輔助設計及仿真的研究，將憑經驗的猜測從物流系統(tǒng)設計中去除，能使物流合理化進而提高企業(yè)生產效率。

物流仿真技術是借助計算機技術、網絡技術和數(shù)學手段，采用虛擬現(xiàn)實方法，對物流系統(tǒng)進行實際模仿的一項應用技術，它需要借助計算機仿真技術對現(xiàn)實物流系統(tǒng)進行系統(tǒng)建模與求解算法分析，通過仿真實驗得到各種動態(tài)活動及其過程的瞬間仿效記錄，進而研究物流系統(tǒng)的性能和輸出效果。物流仿真是指評估對象系統(tǒng)(配送中心、倉庫存儲系統(tǒng)、揀貨系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)等)的整體能力的一種評價方法。在系統(tǒng)仿真中，仿真的三項基本要素是：系統(tǒng)、模型和計算機。將三要素聯(lián)系起來的三項基本活動是系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗。應用于物流仿真中，系統(tǒng)建模就是要根據物流仿真的目的，系統(tǒng)試驗知識和試驗資料來確定系統(tǒng)數(shù)學模型的框架、結構和參數(shù)。模型的繁簡程度應與仿真目的相匹配，確保模型的有效性和仿真的經濟性。其次將數(shù)學模型轉變成仿真模型，建立仿真試驗框架，之后利用仿真軟件將仿真模型輸入計算機，設定試驗條件，根據仿真目的在模型上進行試驗。最后將試驗結果進行分析、整理及文檔化，根據分析的結果修正數(shù)學模型、仿真模型、仿真程序，以進行新的試驗。

2.eM_plant物流仿真軟件

eM-Plant是以色列Tecnomatix公司出品的eMPower軟件工具，又稱為 SiMPLE++，是用C++實現(xiàn)的關于生產、物流和工程的高級面向對象仿真軟件，是一個面向對象、圖形化、集成的建模仿真工具，系統(tǒng)結構和實施都滿足面向對象的要求。eM-Plant(SIMPLE++)物流仿真及規(guī)劃軟件用于項目規(guī)劃、物流仿真和優(yōu)化制造廠、生產系統(tǒng)和工藝過程。軟件能給出開發(fā)項目規(guī)劃中所有層次的解決方案，許多世界級的制造商和物流系統(tǒng)開發(fā)商都在使用eM-Plant(SIMPLE++)做全局規(guī)劃，用它來評估不同的方案以作出科學的生產、經營決策。軟件的面向對象的技術使得可以生成結構合理的層次模型，模型對系統(tǒng)外部和內部的供應鏈、生產資源和所有與生產和經營過程相關的環(huán)節(jié)上都給予了充分的考慮。

總結eM-Plant工具的特點具有如下幾點：

可對高度復雜的生產系統(tǒng)和控制策略進行仿真分析；

標準的和專用的應用目標庫為典型的方案進行迅速而高效的建模；

使用圖形和圖表分析產量、資源和瓶頸；

綜合分析工具，包括自動瓶頸分析器、Sankey圖和Gantt圖；

三維可視化和動畫；

使用遺傳算法(genetic algorithms)對系統(tǒng)參數(shù)進行自動優(yōu)化；

支持多界面和集成能力(ODBC、SQL、ORACLE、ERP、CAD etc.)的開放系統(tǒng)結構。

具體的主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)使用標準的和專用的應用目標庫建立系統(tǒng)仿真模型

使用應用目標庫(Application Object Libraries）)的組件，eM-Plant可以為生產設備、生產線及生產過程建立結構層次清晰的仿真模型。用戶可以從預定義好的資源、訂單目錄、操作計劃、控制規(guī)則中進行選擇。通過向庫中加入自己的對象(object)來擴展系統(tǒng)庫，用戶可以獲取被實踐證實的工程經驗來用于進一步的仿真研究。

(2)仿真系統(tǒng)優(yōu)化

使用eM-Plant仿真工具可以優(yōu)化產量、緩解瓶頸、減少再加工零件。eM-Plant能夠定義各種物料流的規(guī)則并檢查這些規(guī)則對生產線性能的影響。從系統(tǒng)庫中挑選出來的控制規(guī)則(control rules)可以被進一步的細化以便應用于更復雜的控制模型。用戶使用eM-Plant試驗管理器(Experiment Manager)可以定義試驗，設置仿真運行的次數(shù)和時間，也可以在一次仿真中執(zhí)行多次試驗。用戶可以結合數(shù)據文件，例如Excel格式的文件來配置仿真試驗。

使用eM-Plant可以自動為復雜的生產線找到并評估優(yōu)化的解決方案。在考慮到諸如產量、在制品、資源利用率、交貨日期等多方面的限制條件時，可采用遺傳算法(genetic algorithms)來優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。通過仿真手段來進一步評估這些解決方案，按照生產線的平衡和各種不同批量，交互地找到優(yōu)化的解決方案。

(3)分析仿真結果

使用eM-Plant分析工具可以輕松的解釋仿真結果。統(tǒng)計分析、圖、表可以顯示緩存區(qū)、設備、勞動力(personnel)的利用率。用戶可以創(chuàng)建廣泛的統(tǒng)計數(shù)據和圖表來支持對生產線工作負荷、設備故障、空閑與維修時間、專用的關鍵性能等參數(shù)的動態(tài)分析；由eM-Plant可以生成生產計劃的Gantt圖并能被交互地修改。隨著數(shù)據庫應用的增加，eM-Plant還提供了與SQL、ODBC、RPC、DDE的接口，能夠讀入CAD圖形進行仿真；eM-Plant具有圖形化和交互化的建模能力，同時，它通過內置的編程語言“SimTALK”進行過程的定義、參數(shù)的輸入和控制策略的調整，也能夠建立完整的仿真模型。

三、結束語

物流也已經成為現(xiàn)在社會不可或缺的一個行業(yè)。仿真方法的應用應當會主要集中在對真實的復雜物流系統(tǒng)的建模研究和總體優(yōu)化上。eM-Plant軟件幾乎考慮到了實際工程領域中的各個方面，完全可以仿真出實際模型，所得出的分析結果對現(xiàn)實有直接的指導意義，非常適合于運用在物流系統(tǒng)的仿真上。

參考文獻：

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[4]http://www.ugs.com.cn/

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