物流仿真技術的運用與前景分析
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本文作者：金海 單位：新疆巴音郭楞職業(yè)技術學院
1引言
自動化物流系統(tǒng)在提高生產效率的同時，也給企業(yè)的決策者如何全面的評估一套先進的物流系統(tǒng)帶來新的挑戰(zhàn)。一方面是由于系統(tǒng)的復雜性，不可能是人腦力所能完成的；另一方面是一套新的系統(tǒng)也不可能在真實的條件下測試其可行性。現(xiàn)代化的物流系統(tǒng)是集光、機、電技術為一體的復雜的系統(tǒng)工程，而計算機仿真技術能夠提供一種復雜環(huán)境下的智能解決方案，把兩者結合起來就可以利用電腦模擬現(xiàn)實的情況，給決策者提供一個理論依據(jù)。有關數(shù)據(jù)顯示，利用仿真分析方法改進物流系統(tǒng)方案后可使總投資減少30%左右。因此，計算機仿真技術的應用為物流企業(yè)的配送中心、倉庫管理系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)以及貨物的實時跟蹤提供了一種評價的方法，大大縮短了先進物流系統(tǒng)的研發(fā)周期、降低了成本，并使之更好的應用于生產實踐之中。
2仿真技術在物流系統(tǒng)中的應用概況
計算機仿真技術是一種模仿行為，它利用計算機來運行仿真模型，模仿實際系統(tǒng)的運行狀態(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際系統(tǒng)的真實性能，并為決策提供一定的參考。近些年來，仿真技術逐漸在各個領域都得到了廣泛的應用，并在很大程度上代替實物系統(tǒng)。計算機仿真需要三項基本要素：系統(tǒng)、模型和計算機，而聯(lián)系這三個要素的基本活動是模型設計、模型實現(xiàn)和仿真實驗。圖1描述了仿真過程三項基本活動之間的關系。
在實際的生產過程中，計算機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備的基本運行參數(shù)。系統(tǒng)的工藝流程和系統(tǒng)之間存在著的邏輯控制關系，可以根據(jù)所建立的模型對物料流動過程中設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上運行此仿真系統(tǒng)。仿真運行時間可以根據(jù)實際物流系統(tǒng)的生產班次或最大物流量進行模擬。
對得到的運行結果進行分析，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)運行后，得到的結果不符合預期，需要找出相應的原因，改變參數(shù)或調整方案，進行下一次的模擬直至滿足物流系統(tǒng)的生產需求。最終的仿真結果可以為管理者和設計者生成三維動畫輸出結果及仿真報告，為進一步優(yōu)化和完善提供科學的依據(jù)和理論支持。
目前在國外的許多物流和制造企業(yè)中已廣泛應用仿真技術，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)劃設計仿真技術的研究較晚，從2001年開始，山東大學和同濟大學才開始相關領域的研究工作，但是發(fā)展速度很快。目前國內已經有部分企業(yè)采用仿真技術，但是和國外比起來，不論是在規(guī)模還是技術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系統(tǒng)中的重要作用，對物流的設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、任何精細程度的系統(tǒng)--從手工作坊到全自動化的設施。使用AutoMod的獨特功能可以提高成功率與生產力，AutoMod的獨特功能有3D虛擬現(xiàn)實動畫、互動建模、原料運送模板、易于理解的語言。AutoMod主要有以下優(yōu)點：減少設計與開發(fā)時間；減少運營瓶頸的風險；建模繁簡由人；建模高度精確；增強對設計的信心；減少設計錯誤的風險；支持設備投資分析。
3.2Witness
Witness是由英國lanner公司推出的功能強大的仿真軟件系統(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。其特點是界面整齊；操作方便；擁有直觀的元素：像Entity、Part、Machine、Vehicle等，易學易懂。
3.3Flexsim
Flexsim采用經過高度開發(fā)的部件(Object)來建模，允許建模者使模型構造更具有層次結構，并且其中的部件可以在不同的用戶、庫和模型之間進行交換，可移植性很強。通過部件的參數(shù)設置，設計者可以對幾乎所有的物理現(xiàn)象進行模型化。例如，可用Flexsim對操作人員、輸送機、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計算機仿真技術在物流服務中的應用
現(xiàn)代化的自動化物流系統(tǒng)車輛眾多，運輸路線復雜，利用傳統(tǒng)的數(shù)學解析法和運籌學已經不能滿足物流運輸?shù)男屎蜁惩ㄐ孕枨?。運輸和調度方案已經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)劣關系到生產效率和生產成本，是物流運輸與調度人員的重要工作內容。所以，現(xiàn)代物流系統(tǒng)是一個復雜的動態(tài)變化系統(tǒng)，其中的運行狀態(tài)、道路堵塞情況、物料供應情況是時刻變化的，必須建立運輸系統(tǒng)模型，利用計算機仿真技術來模擬出動畫的效果，把生產的全過程展現(xiàn)出來并發(fā)現(xiàn)存在的問題癥結加以改進。仿真結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)，包括車輛的運行時間、利用率等。通過對運輸調度過程仿真，調度人員對所執(zhí)行的調度策略進行檢驗和評價，從而選擇一種較優(yōu)的調度策略來提高生產效率。
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)量都是一個隨機事件，而且各變量之間的關系錯綜復雜。因此，物流庫存是一個動態(tài)的模型，很難利用數(shù)學統(tǒng)計的方法來描述。利用計算機仿真技術可以模擬實際庫存系統(tǒng)的運行情況和整體能力，掌握入庫、出庫的時機和數(shù)量，進而對庫存方案的優(yōu)劣進行評價。目前在物流庫存管理系統(tǒng)的計算機仿真技術中應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對象的離散事件系統(tǒng)仿真方法。仿真技術在庫存管理中的應用主要是：單品種、單節(jié)點庫存仿真、生產/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)可以實現(xiàn)自動存取系統(tǒng)（AS/RS）仿真、自動引導小車系統(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合還可以實現(xiàn)管理調度策略仿真，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。在運輸過程中則是實現(xiàn)運輸設備調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，可以對設備選型、關鍵設備能力冗余和設備運行協(xié)調性仿真。在現(xiàn)代的庫存管理系統(tǒng)中，信息平臺和信息處理技術如條形碼技術、射頻標識技術、地理信息系統(tǒng)等的廣泛應用，特別是與Internet技術聯(lián)系起來，使得庫存管理系統(tǒng)更加的智能與開放，也給計算機的仿真技術帶來了新的挑戰(zhàn)。
5計算機仿真技術在生產物流系統(tǒng)規(guī)劃中的應用
商品從物料的存儲、運輸?shù)郊庸?、包裝等工序是一個連續(xù)貫通的生產物流系統(tǒng)，要實現(xiàn)對設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。計算機仿真針對生產物流系統(tǒng)的各個加工單元建立起實體的模型，設定參數(shù)、編排程序，并在計算機上運行模型，可以得到生產系統(tǒng)的三維動畫。對模擬的結果進行分析，能夠找出影響生產流程效率的關鍵環(huán)節(jié)和“瓶頸”位置，為動態(tài)調整生產的平衡提供理論依據(jù)。
自動化的生產物流系統(tǒng)一般由原料存儲、輸送、加工、成品包裝及運輸?shù)茸酉到y(tǒng)組成，它們都是由計算機管理和控制。計算機可以實時記錄和調整工藝參數(shù)，通過仿真可以對這些參數(shù)進行優(yōu)化。
仿真軟件將憑經驗的猜測從物流系統(tǒng)設計中去除，對設計一個復雜的工藝流程特別有效。在仿真軟件的操作界面上，規(guī)劃設計人員可以觀察到不同的場景，通過不同的生產能力對各種物流方案進行評價。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友好界面，通過四維（x、y、z、t）空間的最新軟件設計，使得系統(tǒng)更加接近現(xiàn)實世界。更加先進的軟件傾向于軟件不但在設計時是一個很好的幫助，也成為一個操作控制工具。目前在生產物流系統(tǒng)中廣泛使用的AutoMod計算機仿真軟件具有可信度高，數(shù)據(jù)準確的優(yōu)點，是生產物流系統(tǒng)設計和優(yōu)化的有力工具。
6計算機仿真技術在物流系統(tǒng)中的應用前景
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，仿真技術已經被廣泛應用于物流系統(tǒng)中進行規(guī)劃設計、運輸調度、物料控制以及生產線平衡等。近些年來，我國興建的自動化物流系統(tǒng)中也越來越多的應用到計算機仿真技術。在未來幾年的發(fā)展中，仿真技術主要應用于大型物流中心的系統(tǒng)規(guī)劃及設計、物料的實時跟蹤與調度、物流成本的估算、物流自動化系統(tǒng)的模擬等領域，特別是與信息技術、電子技術、網絡技術和通訊技術結合，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、計算精確的強大優(yōu)勢，通過驗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結束語
仿真技術是一種人為的試驗手段，它利用現(xiàn)有的系統(tǒng)模型，通過計算機模擬出復雜條件下的“人造”現(xiàn)實環(huán)境，使系統(tǒng)的未來性能和長期整體特性，能在極短的時間內在計算機上得到估計、驗證和結論，因而有效的避免了決策給系統(tǒng)帶來的后果，是生產管理者改進工藝、設計方案的有力工具。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，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)生產自動化水平的不斷提高，生產系統(tǒng)越來越復雜，計算機仿真技術將會在物流業(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備的應用，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，而且實際運行情況也是越來越復雜，對模擬仿真的計算量較大，這也是未來仿真技術在物流業(yè)中應用的一個重要課題。
