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物流仿真技术的运用与前景分析
本文作者：金海 单位：新疆巴音郭楞职业技术学院
自动化物流系统在提高生产效率的同时，也给企业的决策者如何全面的评估一套先进的物流系统带来新的挑战。一方面是由于系统的复杂性，不可能是人脑力所能完成的；另一方面是一套新的系统也不可能在真实的条件下测试其可行性。现代化的物流系统是集光、机、电技术为一体的复杂的系统工程，而计算机仿真技术能够提供一种复杂环境下的智能解决方案，把两者结合起来就可以利用电脑模拟现实的情况，给决策者提供一个理论依据。有关数据显示，利用仿真分析方法改进物流系统方案后可使总投资减少30%左右。因此，计算机仿真技术的应用为物流企业的配送中心、仓库管理系统、分拣系统、运输系统以及货物的实时跟踪提供了一种评价的方法，大大缩短了先进物流系统的研发周期、降低了成本，并使之更好的应用于生产实践之中。
2仿真技术在物流系统中的应用概况
计算机仿真技术是一种模仿行为，它利用计算机来运行仿真模型，模仿实际系统的运行状态及其随时间的变化情况，并通过对仿真过程的观察和统计，得到仿真模型的输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实性能，并为决策提供一定的参考。近些年来，仿真技术逐渐在各个领域都得到了广泛的应用，并在很大程度上代替实物系统。计算机仿真需要三项基本要素：系统、模型和计算机，而联系这三个要素的基本活动是模型设计、模型实现和仿真实验。图1描述了仿真过程三项基本活动之间的关系。
在实际的生产过程中，计算机物流仿真模型是根据自动化物流系统的工艺需求建立起来的，而且需要确立物流设备的基本运行参数。系统的工艺流程和系统之间存在着的逻辑控制关系，可以根据所建立的模型对物料流动过程中设备处理该物料所需的时间、流动轨迹等条件编写逻辑控制程序。程序编写后，设定物流系统的初始值并把初始值输入系统，就可以利用仿真软件在计算机上运行此仿真系统。仿真运行时间可以根据实际物流系统的生产班次或最大物流量进行模拟。
对得到的运行结果进行分析，可以确定系统是否存在瓶颈、流程是否畅通、物流量能否满足需求。如果系统运行后，得到的结果不符合预期，需要找出相应的原因，改变参数或调整方案，进行下一次的模拟直至满足物流系统的生产需求。最终的仿真结果可以为管理者和设计者生成三维动画输出结果及仿真报告，为进一步优化和完善提供科学的依据和理论支持。
目前在国外的许多物流和制造企业中已广泛应用仿真技术，如加拿大邮政、德马泰克等。我国对现代化的集成化物流规划设计仿真技术的研究较晚，从2001年开始，山东大学和同济大学才开始相关领域的研究工作，但是发展速度很快。目前国内已经有部分企业采用仿真技术，但是和国外比起来，不论是在规模还是技术上与国外都有很大的差距。近些年来，现代企业越来越重视物流在生产系统中的重要作用，对物流的设计和仿真也越来越多的得到较多的研究。
3现代物流系统中常用的仿真软件
物流仿真软件可提供基本的功能元素，使仿真的编程工作大大简化，常见的有AutoMod、Witness、eM-Plant、Flexim、Racl等。
3.1AutoMod
AutoMod仿真软件能够满足初次使用者与专业人员的需求。你可以轻松而精确地模拟任何规模、任何精细程度的系统--从手工作坊到全自动化的设施。使用AutoMod的独特功能可以提高成功率与生产力，AutoMod的独特功能有3D虚拟现实动画、互动建模、原料运送模板、易于理解的语言。AutoMod主要有以下优点：减少设计与开发时间；减少运营瓶颈的风险；建模繁简由人；建模高度精确；增强对设计的信心；减少设计错误的风险；支持设备投资分析。
3.2Witness
Witness是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。它可以用于工业规划的离散系统仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真。其特点是界面整齐；操作方便；拥有直观的元素：像Entity、Part、Machine、Vehicle等，易学易懂。
3.3Flexsim
Flexsim采用经过高度开发的部件(Object)来建模，允许建模者使模型构造更具有层次结构，并且其中的部件可以在不同的用户、库和模型之间进行交换，可移植性很强。通过部件的参数设置，设计者可以对几乎所有的物理现象进行模型化。例如，可用Flexsim对操作人员、输送机、叉车、仓库、箱子等建立模型。另外，信息情报等“软”的部分也可很容易地使用Flexsim功能强大的部件库来建模。图2是Flexsim建立的局部原材料传输模型。
4计算机仿真技术在物流服务中的应用
现代化的自动化物流系统车辆众多，运输路线复杂，利用传统的数学解析法和运筹学已经不能满足物流运输的效率和畅通性需求。运输和调度方案已经成为了一种离散化的概率事件，存在很多的可能性，给物流的管理带来了极大的难度。
快速的评估各种方案或策略的优劣关系到生产效率和生产成本，是物流运输与调度人员的重要工作内容。所以，现代物流系统是一个复杂的动态变化系统，其中的运行状态、道路堵塞情况、物料供应情况是时刻变化的，必须建立运输系统模型，利用计算机仿真技术来模拟出动画的效果，把生产的全过程展现出来并发现存在的问题症结加以改进。仿真结果可以综合评价各种策略的合理性，还可以提供各种数据，包括车辆的运行时间、利用率等。通过对运输调度过程仿真，调度人员对所执行的调度策略进行检验和评价，从而选择一种较优的调度策略来提高生产效率。
比如物流库存管理问题是典型的离散事件问题，货物的入库、出库、存放数量都是一个随机事件，而且各变量之间的关系错综复杂。因此，物流库存是一个动态的模型，很难利用数学统计的方法来描述。利用计算机仿真技术可以模拟实际库存系统的运行情况和整体能力，掌握入库、出库的时机和数量，进而对库存方案的优劣进行评价。目前在物流库存管理系统的计算机仿真技术中应用较多的研究方法是以过程为核心的面向过程的离散事件系统仿真方法和以事物为中心的面向对象的离散事件系统仿真方法。仿真技术在库存管理中的应用主要是：单品种、单节点库存仿真、生产/库存系统仿真、分销库存系统仿真和多级库存系统仿真。自动化的物流库存系统可以实现自动存取系统（AS/RS）仿真、自动引导小车系统（AGVS）仿真和自动分拣系统（ASS）仿真。
此外，将库存管理系统与物流配送中心的结合还可以实现管理调度策略仿真，如配送中心定单排序策略仿真、拣选方式的选择仿真和货位分配仿真。在运输过程中则是实现运输设备调度策略的选择与比较仿真和拣选路径选择的仿真。为了使得库存系统与系统配置与布局相互配合与协调，可以对设备选型、关键设备能力冗余和设备运行协调性仿真。在现代的库存管理系统中，信息平台和信息处理技术如条形码技术、射频标识技术、地理信息系统等的广泛应用，特别是与Internet技术联系起来，使得库存管理系统更加的智能与开放，也给计算机的仿真技术带来了新的挑战。
5计算机仿真技术在生产物流系统规划中的应用
商品从物料的存储、运输到加工、包装等工序是一个连续贯通的生产物流系统，要实现对设备和物流工艺更加有效的布局规划，目前一个重要的工具便是仿真。计算机仿真针对生产物流系统的各个加工单元建立起实体的模型，设定参数、编排程序，并在计算机上运行模型，可以得到生产系统的三维动画。对模拟的结果进行分析，能够找出影响生产流程效率的关键环节和“瓶颈”位置，为动态调整生产的平衡提供理论依据。
自动化的生产物流系统一般由原料存储、输送、加工、成品包装及运输等子系统组成，它们都是由计算机管理和控制。计算机可以实时记录和调整工艺参数，通过仿真可以对这些参数进行优化。
仿真软件将凭经验的猜测从物流系统设计中去除，对设计一个复杂的工艺流程特别有效。在仿真软件的操作界面上，规划设计人员可以观察到不同的场景，通过不同的生产能力对各种物流方案进行评价。并且可以模拟一些假定的条件，如其中一个子系统出现故障，观察它对其他工序的影响。现代化的仿真软件开发者们也逐渐专注于提高软件的水平和人机友好界面，通过四维（x、y、z、t）空间的最新软件设计，使得系统更加接近现实世界。更加先进的软件倾向于软件不但在设计时是一个很好的帮助，也成为一个操作控制工具。目前在生产物流系统中广泛使用的AutoMod计算机仿真软件具有可信度高，数据准确的优点，是生产物流系统设计和优化的有力工具。
6计算机仿真技术在物流系统中的应用前景
随着现代物流自动化水平的不断提高，它与商流、资金流、信息流融为一体已经成为一种必然的趋势，现代物流业正迈向信息化、电子化和科技化的道路，仿真技术已经被广泛应用于物流系统中进行规划设计、运输调度、物料控制以及生产线平衡等。近些年来，我国兴建的自动化物流系统中也越来越多的应用到计算机仿真技术。在未来几年的发展中，仿真技术主要应用于大型物流中心的系统规划及设计、物料的实时跟踪与调度、物流成本的估算、物流自动化系统的模拟等领域，特别是与信息技术、电子技术、网络技术和通讯技术结合，在现代物流业中有很大的发展潜力，并发挥着其成本低廉、计算精确的强大优势，通过验证分析得出合理的规划方案，提高系统方案的可行性。
仿真技术是一种人为的试验手段，它利用现有的系统模型，通过计算机模拟出复杂条件下的“人造”现实环境，使系统的未来性能和长期整体特性，能在极短的时间内在计算机上得到估计、验证和结论，因而有效的避免了决策给系统带来的后果，是生产管理者改进工艺、设计方案的有力工具。虽然目前有很多商业化的仿真软件，但是都是国外物流业比较先进的国家研发的，我国的物流仿真软件自主化程度很低，对国外的软件依赖性很强，不利于我国物流业的长期发展，必须加快研发适合我国国情的物流仿真软件。随着物流行业生产自动化水平的不断提高，生产系统越来越复杂，计算机仿真技术将会在物流业中发挥越来越重要的作用。但是随着新型的自动化物流设备的应用，不同行业、不同用户对物流工艺也有不同的要求，给仿真模型的建立带来了新的挑战，也给程序编制带来了难度，而且实际运行情况也是越来越复杂，对模拟仿真的计算量较大，这也是未来仿真技术在物流业中应用的一个重要课题。
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　　物流仿真实验室是物流管理专业的专业实验室，针对物流教学的特点，将虚拟仿真技术应用于其中，主要用于学生完成各种物流软件实验、实训、课程设计和等教学任务，是培养和加强学生实际动手和开拓的综合性实验平台。
　　（一）硬件配置
　　该分室的硬件配置与国内其它物流仿真实验室的思路差别较大。尽量避免诸如加工机械、机器人、传送带、高层货架、、、穿梭车等投资大而灵活性差的实物或者实物模型的硬件配置，而以、多媒
　　体演示环境和半实物模型来构建实验室硬件环境。该分室的基本硬件配置如下:
　　(1)多媒体教研设备。、电动幕布、交互式电脑白板、投影切换控制设备等;
　　(2)电子标签拣选半实物模型。及其展列板架、PCI系统控制卡、设备连接盒、、指示灯及其它辅助设备，和产品模型及条码打印机等;
　　(3)4台和本分室的1台。该分室的硬件配置的突出特点是/小空间展示大系统0。例如在仓储仿真环境下，可在多台计算机上分别建立子系统、传送带输送子系统、AGV搬运子系统、与子系统以及发货子系统等的仿真模型，各子系统之间通过分布式的仿真环境进行信息交互，从而构建仓储全程仿真环境。而多媒体演示设备可随意切换演示查看每个子系统的仿真运行过程。也就是说，用计算机和多媒体工具为仓储全程仿真提供了一个虚拟展示空间，要改变的、空间布局、作业模式和作业流程以及和调度策略，只要调整仿真模型即可。这使得该实验室具有很大的，这是以实物硬件投入为设计方案的实验室难以比拟的。从某种意义上，虚拟实验室空间提供了可实现多个实验室设计方案的无限空间。
　　但是，这种虚拟方式在一定程度上影响感性效果。这种不足可以通过与另一分室——物流虚拟现实分室的综合设计予以弥补。仿真环境建立的三维模型可以在洞穴式虚拟现实环境中展示，在此环境下可以获得对的沉浸式的现场感受，可以巨大的实物模型，而得到小空间展示感受大系统的效果。
　　（二）软件配置
　　从研究生教学和物流前沿理论与技术研究的目的出发，软件配置至关重要。搭建一个完整、集成、灵活、安全的软件环境是一项艰巨的任务。软件配置不仅仅停留在购买获得和安装应用的水平上，而是必须进行必要的系统功能设计与开发。首先依赖于前期对物流环境的慎重设计方案，根据重点研究领域，逐步搭建不同物流系统的仿真环境和平台。同时，与不同管理、不同管理系统软件之间、仿真模型与半实物仿真系统之间，管理系统软件与仿真模型之间，以及仿真软件与之间等等，都进行接口设计和，从而构建一体化的仿真环境和平台。除了购买，本中心还得到了来自和国内外软件商的大力支持，获得了不少赠送资源。同时在业界支持下，实验室师生进行了大量的开发和二次开发工作。该分室的软件配置还在逐步完善中。
　　该分室现有的主要软件配置包括:WindowsXP/Windows2003操作系统，、SQLserver、Sybase数据库，、VC、Powerbuilder、PC/SQLdeveloper、Delphi等语言及开发环境，AutoMod、、Witness等仿真软件，软件，电子标签拣选应用仿真系统软件，以及Microsoftoffice等常用应用软件。在此基础上，已经开发搭建了仿真的平台。目前，正在不断完善其它物流领域的，如、、制造等行业的的软件。
　　(1)提供教学和实验环境。
　　为提供教学和实验环境是实验室的基础功能。仿真分室不仅提供《物流系统仿真》课程的教学和实验环境，而且为其它物流专业课程提供直观感性的教学环境。通过演示和实验帮助学生更直观、更深入地理解和掌握诸如仓储物流系统、港口物流系统、、以及与设施等物流概念。
　　(2)提供科研工具和环境。
　　为开展国际前沿的理论、方法、应用研究提供科研工具和环境，主要包括开发工具与环境、仿真软件工具、通用系统和通用模块、半实物模型等。
　　(3)提供产学研结合的社会服务技术平台。
　　搭建开放式物流系统仿真服务平台，为物流企业量身定做企业的仿真系统模型，满足企业日常运作的阶段性调整、突发事件处理、每日作业预演等管理决策支持需求。
　　(4)提供交流展示平台。
　　为科研机构和企业提供交流平台。通过科研成果展示和观摩，促进与企业的交流，使企业了解现代物流理念和，了解仿真技术在物流领域的应用，寻找新技术、新流程、新作业模式和管理调度策略等与自身的结合点。也促进不同研究机构之间的交流和互通有无，促进推动科研。
刘玉坤，张晓萍，徐青青.现代物流仿真实验室设计与实践研究[J].实验室研究与探索，2007（5）：17-19
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物流系统大多是离散、复杂的大系统，包含多约束、多因素的影响，难以达到最优状态。传统的运筹学方法无法对建立的模型进行有效求解，而仿真技术在解决这些问题时有其独到的优势和特点，因此许多专家学者对物流系统仿真领域进行了大量的研究，以求使物流系统的价值潜力得到最大的发挥，提高企业的效率和利润。
在改善企业管理方面有着广泛的应用，主要体现如下四个方面：
1.生产物流系统重构(数字化工厂的规划)
要实现生产物流的重构，考虑将物流控制系统独立起来并将计划调度作用于控制系统，即在计划调度层就保证其最终解的理论性，并利用仿真的手段来验证调度方案。在这一思想的指导下，有关学者提出了一种基于时间的任务队列方法而建立的面向可重构生产物流系统仿真平台，在物流资源重构和调度策略的基础上分析各种物流方案的性能，为生产物流重构提供了有效的决途径。
2.车间物流改造 (数字化车间的规划)
一般制造企业车间仿真都可以归类于离散事件仿真。一般的做法是采用Petri网或面向对象方法对车间物流进行系统建模，利用三维可视化仿真软件完成从系统建模到仿真模型的构建，通过运行仿真模型并观察其效果，直观地从仿真画面或是仿真后得到的数据图表等形式发现车间物流系统中存在的问题，然后分析问题的原因进而对车间物流系统进行改进。
3.确定瓶颈资源 (实物流动方案仿真模拟)
依据TOC理念(约束理论)，企业的产出是由它的瓶颈资源决定的。在“按订单”生产方式下，准确且尽早地确定瓶颈资源能大大地缩短生产周期，在时间方面更好地满足订单的要求。通过建模，仿真能充分考虑和体现生产系统的复杂性和随机性，在生产之前较为准确地确定瓶颈工序，从而指导生产，使企业在保证较短的生产提前期的同时，大大节省人力和物力。
4.库存管理 (实物流动效率仿真模拟)
传统的库存管理往往是依靠预测来安排生产。由于预测和实际存在差距，往往造成不同程度的损失，如库存不足或过剩、仓库空间紧缺、设备超负荷工作等。使用仿真技术可以确定企业何时需要再订货，订多少货;仓库的选址、布局和容量大小;各种运输、装卸设备的数量及分配规则;货物的配送方案等。可以先建立企业库存系统的模型，在此基础上对各种库存管理模型进行仿真，对仿真结果进行分析评价，从而确定最优策略。使用模拟仿真技术不仅可以动态地模拟入库、出库、库存及各种设施、资源的使用情况，避免资金、人力和时间的浪费，更重要的是，它可以为库存管理提供有效的科学的依据，使企业根据需要准确地掌握入库、出库的时机和数量，合理地规划和安排仓库及各类设施、资源，实现库存成本的最小化。（智能物流仿真技术www.opemt.com）
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今日搜狐热点物流仿真软件的应用现状与发展--《浙江工商大学学报》2007年04期
物流仿真软件的应用现状与发展
【摘要】：物流仿真在我国已逐渐显出其重要作用.我国物流发展水平和研究应用能力还不尽人意,物流企业或企业物流在面临物流工程项目投资新建或原有系统技术改造时,由于缺乏准确丰富的信息数据和必要的物流仿真系统决策支持,造成了企业物流项目建设投入的盲目性和资金流失.物流仿真借助计算机技术对物流系统进行真实模仿,通过仿真实验得到各种动态活动及过程瞬间仿效记录,进而验证物流工程项目建设的有效性、合理性和优化效果,因此物流仿真是有其重要意义的.本文着重介绍物流仿真的功能,几种常见的物流仿真软件的性能特点,同时结合Flexsim和RaLC(乐龙)两种国内外典型仿真软件,进行物流仿真软件的应用过程与仿真效果分析.
【作者单位】：
【基金】：
【分类号】：TP391.9
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