仿真軟件Ｆｌｅｘｓｉｍ及其在物流教學中的應用

馮　云　田　哩

摘要:簡述了三維仿真軟件Flexsim的特點、功能以及利用該軟件進行物流系統仿真研究的基本步驟,通過實例說明了在物流教學過程中如何利用仿真結果對物流系統進行分析,找出存在的問題并進行改進。

關鍵詞:物流教學;仿真;Flexsim

中圖分類號:G64文獻標識碼:B

Abstract: This paper describes the property of the 3D simulation software Flexsim, and the basic steps of set up a simulation system of a logistics system using this software. Through an example this paper shows how to find the problem of a logistics system and to improve it with its simulation result in iogistics teaching.

Key words: logistics teaching; simulation; Flexsim

隨著物流行業生產自動化水平的不斷提高,生產系統越來越復雜,生產節奏越來越快,生產管理者對生產改進的每一決策都需謹慎考慮、措施不當,往往需要付出高昂的代價。而正是由于系統的復雜性、快節奏和柔性,要想預測每一個決策給系統帶來的后果,已經是人的大腦無法勝任的了。計算機仿真技術正是彌補了這一不足,成為自動化物流系統管理者的有用工具,成為生產系統規劃設計人員的得力助手。仿真軟件Flexsim可對物流系統進行三維動畫仿真,通過對仿真結果進行分析,對物流系統進行改進。

1Flexsim仿真軟件

Flexsim是一個在圖形建模環境中集成了C++IDE和編譯器的仿真軟件。在這個軟件環境,C++能夠直接用來定義模型,這樣,就不再需要傳統的動態鏈接庫和用戶定義變量的復雜鏈接。Flexsim能應用于建模、仿真以及實現業務流程可視化。可以形成直觀立體的三維仿真動畫,提供生產系統的生產量,確定“瓶頸”位置,預測資源利用率。還可以被用來支持投資決定,校驗物流系統設計的合理性,通過對不同的物流策略進行仿真實驗來找出最優解決方案。仿真運行結束后可根據統計數據生成仿真報告,顯示各個物流設備的利用串、空閑率、阻塞率等數據。可根據仿真報告提供的數據對物流系統的優缺點進行判斷,做出科學決策。

Flexsim可以從以下幾個方面對整個業務流程進行仿真分析:

(1)評估車間生產能力

(2)生產線平衡

(3)處理瓶頸

(4)處理庫存和在制品問題

(5)測試新的生產作業計劃

1.1仿真模型的建立

Flexsim建模的三個步驟:

(1)利用基本對象進行總體布局

(2)完成對象間的端口連接

(3)編輯對象的外觀和屬性

Flexsim是一種離散事件仿真軟件。以事件進行驅動,通過函數實現功能,用屬性和變量來進行控制和存儲數據。Flexsim應用深層開發對象,這些對象代表著一定的活動和排序過程。要想利用模板里的某個對象,只需要用鼠標把該對象從庫里拖出來放在模型視窗即可。對象可以創建、刪除,而且可以彼此嵌套移動,它們都有自己的功能或繼承來自其他對象的功能。

在Flexsim 邏輯和資料是輸入每一個對象中,而不是在產品中。例如作業的資料是在于制造的過程,不是經過的產品中。在建立模擬作業時,用戶只須要把對象拖到所要的位置,然后放下。用戶接下來把對象連接起來。最后把邏輯和資料輸入對象,便完成整個建立的過程。用戶也可以用C++建立自己的邏輯,并輸入對象中。

Flexsim中的對象參數可以表示幾乎所有存在的實物對象,如像機器、操作員、傳送帶、叉車、倉庫、交通燈、儲罐、箱子、貨盤、集裝箱等等都可以用Flexsim中的模型表示。這些對象的參數可以把任何制造業、物料處理和業務流程的快速、輕易、高效建模的主要特征描述出來。

將對象布置設計完成后,利用對象中的方法定義模型中各對象所需要完成的作業,然后通過對對象的連接定義模型的流程,連接完成后,即可仿真運行。

1.2仿真運行

Flexsim中集成有仿真引擎,該引擎可同時運行仿真和模型視窗(可視化)。根據物流系統的需求流量,統計出物料出現的時間分布規律,把這個規律輸入系統,即可運行仿真引擎進行仿真。可以自動運行并把結果存在報告、圖表中。這樣可以非常方便地利用豐富的預定義和自定義的行為指示器,像用處、生產量、研制周期、費用等來分析每一個情節。而且也很容易將結果導入到別的應用程序像Microsoft Word和Excel等,利用ODBC(開放式數據庫連接)和DDEC(動態數據交換連接)可以直接輸入仿真數據。同時在仿真運行時,利用該引擎和flexscript語言可以改變模型的部分屬性。

仿真運行時間可以相據實際物流系統的生產班次,也可按照最大物流量進行模擬。

1.3仿真結果分析

根據流程運行結果,進行分析,系統是否存在“瓶頸”,流程是否暢通,物流量能否滿足需求。如果系統運行后,結果有不理想之處,要根據相應的原因,調整方案或者改變參數,直至滿足物流系統的生產需求。生成三維動畫輸出結果及仿真報告提交給自動化物流系統的管理者和設計者,進一步優化和完善。

2采用Flexsim進行物流系統仿真

在物流教學過程中,經常需要對物流系統進行分析,找出存在的問題并進行改進。采用Flexsim仿真軟件進行物流系統仿真,是一種比較有效的解決辦法。下面以一條生產線物流系統進行仿真為例來進行說明。

該生產線同時生產三種產品,然后被送到檢測車間的緩存區。檢測車間有三臺檢測系統分別對這三種產品進行檢測后,通過各自的傳送帶將產品運輸出去。產品到達檢測車間的時間服從均值為20,方差為2的正態分布。到達檢測車間的產品類別(1,2,3)服從均勻分布。緩存區容量為10件產品。3種產品檢測完畢后分別放入對應的三個貨架中,從檢測線到貨架通過叉車進行存放。

對該生產線物流系統進行仿真步驟如下:

(1)建模

首先從對象庫中拖放所需的對象到建模視圖中,按設計場地進行布置設計。將對象布置設計完成后,利用對象中的方法定義模型中各對象所需要完成的業,然后通過對對象的連接定義模型的流程。連接完成后的三維視圖如下。

(2)仿真及結果分析

編譯及運行該模型,通過5 075個時間單位的仿真得到三維仿真結果如上圖,導入到Excel的仿真結果如下:

從三維仿真結果圖我們可明顯看出,從生產線下來的產品堆積在緩存區(queue66)。這說明緩存區絕大部分時間處于滿負荷狀態,即從生產線下來的產品來不及送到貨架上,因此該物流系統的主要瓶頸在將產品從生產線運送到貨架的環節上,即叉車(Transporter158)的搬運能力有限,導致貨物堆積在緩存區。從Excel的仿真結果分析中也可得出類似的結論:堆積在緩存區(queue66)產品,其總的等待運輸時間為4 784個時間單位,平均堆積產品數量為8.7個,這也說明叉車(Transporter158)的搬運能力有限,導致貨物堆積在緩存區。

(3)物流系統改進

為了解決這一瓶頸,考慮增加一臺叉車(Transporter70),提高從生產線下來的產品送到貨架上的搬運能力。增加一臺叉車后的仿真結果如下:

經過約5 000個時間單位的仿真,從仿真結果分析中看到:堆積在緩存區(queue66)產品,其總的等待運輸時間為2 155個時間單位,平均堆積產品數量為0.5個,這說明緩存區絕大部分時間處于正常工作狀態,從生產線下來的產品基本上能及時送到貨架上,解決了該生產線物流系統的瓶頸問題。

參考文獻:

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