物流仿真技術(shù)的運(yùn)用與前景分析

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本文作者：金海 單位：新疆巴音郭楞職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1引言

自動化物流系統(tǒng)在提高生產(chǎn)效率的同時，也給企業(yè)的決策者如何全面的評估一套先進(jìn)的物流系統(tǒng)帶來新的挑戰(zhàn)。一方面是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，不可能是人腦力所能完成的；另一方面是一套新的系統(tǒng)也不可能在真實(shí)的條件下測試其可行性。現(xiàn)代化的物流系統(tǒng)是集光、機(jī)、電技術(shù)為一體的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而計算機(jī)仿真技術(shù)能夠提供一種復(fù)雜環(huán)境下的智能解決方案，把兩者結(jié)合起來就可以利用電腦模擬現(xiàn)實(shí)的情況，給決策者提供一個理論依據(jù)。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，利用仿真分析方法改進(jìn)物流系統(tǒng)方案后可使總投資減少30%左右。因此，計算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用為物流企業(yè)的配送中心、倉庫管理系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)以及貨物的實(shí)時跟蹤提供了一種評價的方法，大大縮短了先進(jìn)物流系統(tǒng)的研發(fā)周期、降低了成本，并使之更好的應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐之中。

2仿真技術(shù)在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用概況

計算機(jī)仿真技術(shù)是一種模仿行為，它利用計算機(jī)來運(yùn)行仿真模型，模仿實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及其隨時間的變化情況，并通過對仿真過程的觀察和統(tǒng)計，得到仿真模型的輸出參數(shù)和基本特征，以此來估計和推斷實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)性能，并為決策提供一定的參考。近些年來，仿真技術(shù)逐漸在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并在很大程度上代替實(shí)物系統(tǒng)。計算機(jī)仿真需要三項(xiàng)基本要素：系統(tǒng)、模型和計算機(jī)，而聯(lián)系這三個要素的基本活動是模型設(shè)計、模型實(shí)現(xiàn)和仿真實(shí)驗(yàn)。圖1描述了仿真過程三項(xiàng)基本活動之間的關(guān)系。

在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，計算機(jī)物流仿真模型是根據(jù)自動化物流系統(tǒng)的工藝需求建立起來的，而且需要確立物流設(shè)備的基本運(yùn)行參數(shù)。系統(tǒng)的工藝流程和系統(tǒng)之間存在著的邏輯控制關(guān)系，可以根據(jù)所建立的模型對物料流動過程中設(shè)備處理該物料所需的時間、流動軌跡等條件編寫邏輯控制程序。程序編寫后，設(shè)定物流系統(tǒng)的初始值并把初始值輸入系統(tǒng)，就可以利用仿真軟件在計算機(jī)上運(yùn)行此仿真系統(tǒng)。仿真運(yùn)行時間可以根據(jù)實(shí)際物流系統(tǒng)的生產(chǎn)班次或最大物流量進(jìn)行模擬。

對得到的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，可以確定系統(tǒng)是否存在瓶頸、流程是否暢通、物流量能否滿足需求。如果系統(tǒng)運(yùn)行后，得到的結(jié)果不符合預(yù)期，需要找出相應(yīng)的原因，改變參數(shù)或調(diào)整方案，進(jìn)行下一次的模擬直至滿足物流系統(tǒng)的生產(chǎn)需求。最終的仿真結(jié)果可以為管理者和設(shè)計者生成三維動畫輸出結(jié)果及仿真報告，為進(jìn)一步優(yōu)化和完善提供科學(xué)的依據(jù)和理論支持。

目前在國外的許多物流和制造企業(yè)中已廣泛應(yīng)用仿真技術(shù)，如加拿大郵政、德馬泰克等。我國對現(xiàn)代化的集成化物流規(guī)劃設(shè)計仿真技術(shù)的研究較晚，從2001年開始，山東大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)才開始相關(guān)領(lǐng)域的研究工作，但是發(fā)展速度很快。目前國內(nèi)已經(jīng)有部分企業(yè)采用仿真技術(shù)，但是和國外比起來，不論是在規(guī)模還是技術(shù)上與國外都有很大的差距。近些年來，現(xiàn)代企業(yè)越來越重視物流在生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要作用，對物流的設(shè)計和仿真也越來越多的得到較多的研究。

3現(xiàn)代物流系統(tǒng)中常用的仿真軟件

物流仿真軟件可提供基本的功能元素，使仿真的編程工作大大簡化，常見的有AutoMod、Witness、eM-Plant、Flexim、Racl等。

3.1AutoMod

AutoMod仿真軟件能夠滿足初次使用者與專業(yè)人員的需求。你可以輕松而精確地模擬任何規(guī)模、任何精細(xì)程度的系統(tǒng)--從手工作坊到全自動化的設(shè)施。使用AutoMod的獨(dú)特功能可以提高成功率與生產(chǎn)力，AutoMod的獨(dú)特功能有3D虛擬現(xiàn)實(shí)動畫、互動建模、原料運(yùn)送模板、易于理解的語言。AutoMod主要有以下優(yōu)點(diǎn)：減少設(shè)計與開發(fā)時間；減少運(yùn)營瓶頸的風(fēng)險；建模繁簡由人；建模高度精確；增強(qiáng)對設(shè)計的信心；減少設(shè)計錯誤的風(fēng)險；支持設(shè)備投資分析。

3.2Witness

Witness是由英國lanner公司推出的功能強(qiáng)大的仿真軟件系統(tǒng)。它可以用于工業(yè)規(guī)劃的離散系統(tǒng)仿真，同時又可以用于連續(xù)流體（如液壓、化工、水力）系統(tǒng)的仿真。其特點(diǎn)是界面整齊；操作方便；擁有直觀的元素：像Entity、Part、Machine、Vehicle等，易學(xué)易懂。

3.3Flexsim

Flexsim采用經(jīng)過高度開發(fā)的部件(Object)來建模，允許建模者使模型構(gòu)造更具有層次結(jié)構(gòu)，并且其中的部件可以在不同的用戶、庫和模型之間進(jìn)行交換，可移植性很強(qiáng)。通過部件的參數(shù)設(shè)置，設(shè)計者可以對幾乎所有的物理現(xiàn)象進(jìn)行模型化。例如，可用Flexsim對操作人員、輸送機(jī)、叉車、倉庫、箱子等建立模型。另外，信息情報等“軟”的部分也可很容易地使用Flexsim功能強(qiáng)大的部件庫來建模。圖2是Flexsim建立的局部原材料傳輸模型。

4計算機(jī)仿真技術(shù)在物流服務(wù)中的應(yīng)用

現(xiàn)代化的自動化物流系統(tǒng)車輛眾多，運(yùn)輸路線復(fù)雜，利用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)解析法和運(yùn)籌學(xué)已經(jīng)不能滿足物流運(yùn)輸?shù)男屎蜁惩ㄐ孕枨?。運(yùn)輸和調(diào)度方案已經(jīng)成為了一種離散化的概率事件，存在很多的可能性，給物流的管理帶來了極大的難度。

快速的評估各種方案或策略的優(yōu)劣關(guān)系到生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，是物流運(yùn)輸與調(diào)度人員的重要工作內(nèi)容。所以，現(xiàn)代物流系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)變化系統(tǒng)，其中的運(yùn)行狀態(tài)、道路堵塞情況、物料供應(yīng)情況是時刻變化的，必須建立運(yùn)輸系統(tǒng)模型，利用計算機(jī)仿真技術(shù)來模擬出動畫的效果，把生產(chǎn)的全過程展現(xiàn)出來并發(fā)現(xiàn)存在的問題癥結(jié)加以改進(jìn)。仿真結(jié)果可以綜合評價各種策略的合理性，還可以提供各種數(shù)據(jù)，包括車輛的運(yùn)行時間、利用率等。通過對運(yùn)輸調(diào)度過程仿真，調(diào)度人員對所執(zhí)行的調(diào)度策略進(jìn)行檢驗(yàn)和評價，從而選擇一種較優(yōu)的調(diào)度策略來提高生產(chǎn)效率。

比如物流庫存管理問題是典型的離散事件問題，貨物的入庫、出庫、存放數(shù)量都是一個隨機(jī)事件，而且各變量之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜。因此，物流庫存是一個動態(tài)的模型，很難利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計的方法來描述。利用計算機(jī)仿真技術(shù)可以模擬實(shí)際庫存系統(tǒng)的運(yùn)行情況和整體能力，掌握入庫、出庫的時機(jī)和數(shù)量，進(jìn)而對庫存方案的優(yōu)劣進(jìn)行評價。目前在物流庫存管理系統(tǒng)的計算機(jī)仿真技術(shù)中應(yīng)用較多的研究方法是以過程為核心的面向過程的離散事件系統(tǒng)仿真方法和以事物為中心的面向?qū)ο蟮碾x散事件系統(tǒng)仿真方法。仿真技術(shù)在庫存管理中的應(yīng)用主要是：單品種、單節(jié)點(diǎn)庫存仿真、生產(chǎn)/庫存系統(tǒng)仿真、分銷庫存系統(tǒng)仿真和多級庫存系統(tǒng)仿真。自動化的物流庫存系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動存取系統(tǒng)（AS/RS）仿真、自動引導(dǎo)小車系統(tǒng)（AGVS）仿真和自動分揀系統(tǒng)（ASS）仿真。

此外，將庫存管理系統(tǒng)與物流配送中心的結(jié)合還可以實(shí)現(xiàn)管理調(diào)度策略仿真，如配送中心定單排序策略仿真、揀選方式的選擇仿真和貨位分配仿真。在運(yùn)輸過程中則是實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸設(shè)備調(diào)度策略的選擇與比較仿真和揀選路徑選擇的仿真。為了使得庫存系統(tǒng)與系統(tǒng)配置與布局相互配合與協(xié)調(diào)，可以對設(shè)備選型、關(guān)鍵設(shè)備能力冗余和設(shè)備運(yùn)行協(xié)調(diào)性仿真。在現(xiàn)代的庫存管理系統(tǒng)中，信息平臺和信息處理技術(shù)如條形碼技術(shù)、射頻標(biāo)識技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等的廣泛應(yīng)用，特別是與Internet技術(shù)聯(lián)系起來，使得庫存管理系統(tǒng)更加的智能與開放，也給計算機(jī)的仿真技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)。

5計算機(jī)仿真技術(shù)在生產(chǎn)物流系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用

商品從物料的存儲、運(yùn)輸?shù)郊庸?、包裝等工序是一個連續(xù)貫通的生產(chǎn)物流系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)對設(shè)備和物流工藝更加有效的布局規(guī)劃，目前一個重要的工具便是仿真。計算機(jī)仿真針對生產(chǎn)物流系統(tǒng)的各個加工單元建立起實(shí)體的模型，設(shè)定參數(shù)、編排程序，并在計算機(jī)上運(yùn)行模型，可以得到生產(chǎn)系統(tǒng)的三維動畫。對模擬的結(jié)果進(jìn)行分析，能夠找出影響生產(chǎn)流程效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和“瓶頸”位置，為動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)的平衡提供理論依據(jù)。

自動化的生產(chǎn)物流系統(tǒng)一般由原料存儲、輸送、加工、成品包裝及運(yùn)輸?shù)茸酉到y(tǒng)組成，它們都是由計算機(jī)管理和控制。計算機(jī)可以實(shí)時記錄和調(diào)整工藝參數(shù)，通過仿真可以對這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

仿真軟件將憑經(jīng)驗(yàn)的猜測從物流系統(tǒng)設(shè)計中去除，對設(shè)計一個復(fù)雜的工藝流程特別有效。在仿真軟件的操作界面上，規(guī)劃設(shè)計人員可以觀察到不同的場景，通過不同的生產(chǎn)能力對各種物流方案進(jìn)行評價。并且可以模擬一些假定的條件，如其中一個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，觀察它對其他工序的影響?，F(xiàn)代化的仿真軟件開發(fā)者們也逐漸專注于提高軟件的水平和人機(jī)友好界面，通過四維（x、y、z、t）空間的最新軟件設(shè)計，使得系統(tǒng)更加接近現(xiàn)實(shí)世界。更加先進(jìn)的軟件傾向于軟件不但在設(shè)計時是一個很好的幫助，也成為一個操作控制工具。目前在生產(chǎn)物流系統(tǒng)中廣泛使用的AutoMod計算機(jī)仿真軟件具有可信度高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)物流系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化的有力工具。

6計算機(jī)仿真技術(shù)在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

隨著現(xiàn)代物流自動化水平的不斷提高，它與商流、資金流、信息流融為一體已經(jīng)成為一種必然的趨勢，現(xiàn)代物流業(yè)正邁向信息化、電子化和科技化的道路，仿真技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于物流系統(tǒng)中進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計、運(yùn)輸調(diào)度、物料控制以及生產(chǎn)線平衡等。近些年來，我國興建的自動化物流系統(tǒng)中也越來越多的應(yīng)用到計算機(jī)仿真技術(shù)。在未來幾年的發(fā)展中，仿真技術(shù)主要應(yīng)用于大型物流中心的系統(tǒng)規(guī)劃及設(shè)計、物料的實(shí)時跟蹤與調(diào)度、物流成本的估算、物流自動化系統(tǒng)的模擬等領(lǐng)域，特別是與信息技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)結(jié)合，在現(xiàn)代物流業(yè)中有很大的發(fā)展?jié)摿?，并發(fā)揮著其成本低廉、計算精確的強(qiáng)大優(yōu)勢，通過驗(yàn)證分析得出合理的規(guī)劃方案，提高系統(tǒng)方案的可行性。

7結(jié)束語

仿真技術(shù)是一種人為的試驗(yàn)手段，它利用現(xiàn)有的系統(tǒng)模型，通過計算機(jī)模擬出復(fù)雜條件下的“人造”現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使系統(tǒng)的未來性能和長期整體特性，能在極短的時間內(nèi)在計算機(jī)上得到估計、驗(yàn)證和結(jié)論，因而有效的避免了決策給系統(tǒng)帶來的后果，是生產(chǎn)管理者改進(jìn)工藝、設(shè)計方案的有力工具。雖然目前有很多商業(yè)化的仿真軟件，但是都是國外物流業(yè)比較先進(jìn)的國家研發(fā)的，我國的物流仿真軟件自主化程度很低，對國外的軟件依賴性很強(qiáng)，不利于我國物流業(yè)的長期發(fā)展，必須加快研發(fā)適合我國國情的物流仿真軟件。隨著物流行業(yè)生產(chǎn)自動化水平的不斷提高，生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，計算機(jī)仿真技術(shù)將會在物流業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。但是隨著新型的自動化物流設(shè)備的應(yīng)用，不同行業(yè)、不同用戶對物流工藝也有不同的要求，給仿真模型的建立帶來了新的挑戰(zhàn)，也給程序編制帶來了難度，而且實(shí)際運(yùn)行情況也是越來越復(fù)雜，對模擬仿真的計算量較大，這也是未來仿真技術(shù)在物流業(yè)中應(yīng)用的一個重要課題。