物流仿真与eM-plant仿真软件

[摘 要] 本文简要介绍了系统仿真的基本概念和物流系统仿真实现的方法。随着计算机技术的不断发展，物流仿真软件已经成为物流系统仿真的主要工具，并将得到更为广泛的应用与发展。

一、系统仿真理论

1.系统仿真

系统仿真是迅速发展起来的一门新兴学科，随着系统仿真的理论和应用技术研究的深入以及计算机技术的发展，应用数字计算机对实际系统或假想的系统进行仿真的技术越来越受到人们的重视[1]。现在人们普遍接收的系统仿真的定义是：以相似性原理、系统技术、信息技术及应用领域有关专业技术为基础，以计算机、仿真器和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实地或假想的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术。仿真技术是研究复杂问题的一种有效的方法。由于仿真技术在应用上的安全性和经济性，仿真技术的应用取得了广泛的范围。首先应用于军事领域，仿真技术在武器系统研制，战术互联网仿真等方面都取得了良好的效果；其次，在航空、航天、航海、核电站等方面也利用仿真技术减小了项目的风险，并在安全防御方面起到了实际系统不可比拟的作用；另外，仿真技术已逐步发展到应用于社会、经济、交通、生态系统等各个领域，成为高科技产品从论证、设计、生产试验、训练到更新等整个阶段不可缺少的技术手段，为研究和解决复杂系统问题提供了有效的工具。

2.物流系统仿真

随着中国加入WTO，中国经济的发展更是进一步的加快了步伐。加之近几年电子商务的飞速发展，使得中国的物流业也迅速的成长起来。现代自动化物流系统是集光、机、电技术为一体的复杂的系统，能够实现物流传输、识别、拣选、分拣、堆码、仓储、检索和发售等各个环节的全程自动化作业。可以看到，物流系统是一个多因素、多目标的复杂系统。正是由于物流系统的复杂性，运用系统仿真的方法对其进行建模仿真的分析研究，以此来确定物流系统中物料运输、存储动态过程的各种统计，了解设备的处理能力是否能满足实际需要，运输设备的利用率是否合理，运输线路是否通畅；以及物流配送中心的地理位置选择是否恰当，物流配送中心的建设容量设计是否适当等问题。由于现代生产物流系统具有突出的离散性、随机性的特点，因此人们希望通过对现代物流系统的计算机辅助设计及仿真的研究，将凭经验的猜测从物流系统设计中去除，能使物流合理化进而提高企业生产效率。

物流仿真技术是借助计算机技术、网络技术和数学手段，采用虚拟现实方法，对物流系统进行实际模仿的一项应用技术，它需要借助计算机仿真技术对现实物流系统进行系统建模与求解算法分析，通过仿真实验得到各种动态活动及其过程的瞬间仿效记录，进而研究物流系统的性能和输出效果。物流仿真是指评估对象系统(配送中心、仓库存储系统、拣货系统、运输系统等)的整体能力的一种评价方法。在系统仿真中，仿真的三项基本要素是：系统、模型和计算机。将三要素联系起来的三项基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验。应用于物流仿真中，系统建模就是要根据物流仿真的目的，系统试验知识和试验资料来确定系统数学模型的框架、结构和参数。模型的繁简程度应与仿真目的相匹配，确保模型的有效性和仿真的经济性。其次将数学模型转变成仿真模型，建立仿真试验框架，之后利用仿真软件将仿真模型输入计算机，设定试验条件，根据仿真目的在模型上进行试验。最后将试验结果进行分析、整理及文档化，根据分析的结果修正数学模型、仿真模型、仿真程序，以进行新的试验。

2.eM_plant物流仿真软件

eM-Plant是以色列Tecnomatix公司出品的eMPower软件工具，又称为 SiMPLE++，是用C++实现的关于生产、物流和工程的高级面向对象仿真软件，是一个面向对象、图形化、集成的建模仿真工具，系统结构和实施都满足面向对象的要求。eM-Plant(SIMPLE++)物流仿真及规划软件用于项目规划、物流仿真和优化制造厂、生产系统和工艺过程。软件能给出开发项目规划中所有层次的解决方案，许多世界级的制造商和物流系统开发商都在使用eM-Plant(SIMPLE++)做全局规划，用它来评估不同的方案以作出科学的生产、经营决策。软件的面向对象的技术使得可以生成结构合理的层次模型，模型对系统外部和内部的供应链、生产资源和所有与生产和经营过程相关的环节上都给予了充分的考虑。

总结eM-Plant工具的特点具有如下几点：

可对高度复杂的生产系统和控制策略进行仿真分析；

标准的和专用的应用目标库为典型的方案进行迅速而高效的建模；

使用图形和图表分析产量、资源和瓶颈；

综合分析工具，包括自动瓶颈分析器、Sankey图和Gantt图；

三维可视化和动画；

使用遗传算法(genetic algorithms)对系统参数进行自动优化；

支持多界面和集成能力(ODBC、SQL、ORACLE、ERP、CAD etc.)的开放系统结构。

具体的主要体现在以下几个方面：

(1)使用标准的和专用的应用目标库建立系统仿真模型

使用应用目标库(Application Object Libraries）)的组件，eM-Plant可以为生产设备、生产线及生产过程建立结构层次清晰的仿真模型。用户可以从预定义好的资源、订单目录、操作计划、控制规则中进行选择。通过向库中加入自己的对象(object)来扩展系统库，用户可以获取被实践证实的工程经验来用于进一步的仿真研究。

(2)仿真系统优化

使用eM-Plant仿真工具可以优化产量、缓解瓶颈、减少再加工零件。eM-Plant能够定义各种物料流的规则并检查这些规则对生产线性能的影响。从系统库中挑选出来的控制规则(control rules)可以被进一步的细化以便应用于更复杂的控制模型。用户使用eM-Plant试验管理器(Experiment Manager)可以定义试验，设置仿真运行的次数和时间，也可以在一次仿真中执行多次试验。用户可以结合数据文件，例如Excel格式的文件来配置仿真试验。

使用eM-Plant可以自动为复杂的生产线找到并评估优化的解决方案。在考虑到诸如产量、在制品、资源利用率、交货日期等多方面的限制条件时，可采用遗传算法(genetic algorithms)来优化系统参数。通过仿真手段来进一步评估这些解决方案，按照生产线的平衡和各种不同批量，交互地找到优化的解决方案。

(3)分析仿真结果

使用eM-Plant分析工具可以轻松的解释仿真结果。统计分析、图、表可以显示缓存区、设备、劳动力(personnel)的利用率。用户可以创建广泛的统计数据和图表来支持对生产线工作负荷、设备故障、空闲与维修时间、专用的关键性能等参数的动态分析；由eM-Plant可以生成生产计划的Gantt图并能被交互地修改。随着数据库应用的增加，eM-Plant还提供了与SQL、ODBC、RPC、DDE的接口，能够读入CAD图形进行仿真；eM-Plant具有图形化和交互化的建模能力，同时，它通过内置的编程语言“SimTALK”进行过程的定义、参数的输入和控制策略的调整，也能够建立完整的仿真模型。

三、结束语

物流也已经成为现在社会不可或缺的一个行业。仿真方法的应用应当会主要集中在对真实的复杂物流系统的建模研究和总体优化上。eM-Plant软件几乎考虑到了实际工程领域中的各个方面，完全可以仿真出实际模型，所得出的分析结果对现实有直接的指导意义，非常适合于运用在物流系统的仿真上。

参考文献：

[1]康凤举 杨惠珍 高立娥等:现代仿真技术与应用[M]，北京：国防工业出版社，2006.1

[2]宋建新 徐 菱 宋远卓:现代生产物流系统仿真研究[J]，物流科技，2007年第3期

[3]陈子侠:龚剑虹:物流仿真软件的应用现状与发展[J]，浙江工商大学学报，2007年第4期(总第85期)

[4]www.省略/

[5]王 煜 蔡临宁 岳秀江:物流系统的仿真研究综述[J].制造业自动化，2004.9

[6]周立新 陶瑞岩 汪 菲:第三方物流项目仿真程序设计与实现[J].同济大学学报，2003，31(12)