物流仿真與ｅＭ－ｐｌａｎｔ仿真軟件

[摘 要] 本文簡要介紹了系統仿真的基本概念和物流系統仿真實現的方法。隨著計算機技術的不斷發展，物流仿真軟件已經成為物流系統仿真的主要工具，并將得到更為廣泛的應用與發展。

一、系統仿真理論

1.系統仿真

系統仿真是迅速發展起來的一門新興學科，隨著系統仿真的理論和應用技術研究的深入以及計算機技術的發展，應用數字計算機對實際系統或假想的系統進行仿真的技術越來越受到人們的重視[1]。現在人們普遍接收的系統仿真的定義是：以相似性原理、系統技術、信息技術及應用領域有關專業技術為基礎，以計算機、仿真器和各種專用物理效應設備為工具，利用系統模型對真實地或假想的系統進行動態研究的一門多學科的綜合性技術。仿真技術是研究復雜問題的一種有效的方法。由于仿真技術在應用上的安全性和經濟性，仿真技術的應用取得了廣泛的范圍。首先應用于軍事領域，仿真技術在武器系統研制，戰術互聯網仿真等方面都取得了良好的效果；其次，在航空、航天、航海、核電站等方面也利用仿真技術減小了項目的風險，并在安全防御方面起到了實際系統不可比擬的作用；另外，仿真技術已逐步發展到應用于社會、經濟、交通、生態系統等各個領域，成為高科技產品從論證、設計、生產試驗、訓練到更新等整個階段不可缺少的技術手段，為研究和解決復雜系統問題提供了有效的工具。

2.物流系統仿真

隨著中國加入WTO，中國經濟的發展更是進一步的加快了步伐。加之近幾年電子商務的飛速發展，使得中國的物流業也迅速的成長起來。現代自動化物流系統是集光、機、電技術為一體的復雜的系統，能夠實現物流傳輸、識別、揀選、分揀、堆碼、倉儲、檢索和發售等各個環節的全程自動化作業。可以看到，物流系統是一個多因素、多目標的復雜系統。正是由于物流系統的復雜性，運用系統仿真的方法對其進行建模仿真的分析研究，以此來確定物流系統中物料運輸、存儲動態過程的各種統計，了解設備的處理能力是否能滿足實際需要，運輸設備的利用率是否合理，運輸線路是否通暢；以及物流配送中心的地理位置選擇是否恰當，物流配送中心的建設容量設計是否適當等問題。由于現代生產物流系統具有突出的離散性、隨機性的特點，因此人們希望通過對現代物流系統的計算機輔助設計及仿真的研究，將憑經驗的猜測從物流系統設計中去除，能使物流合理化進而提高企業生產效率。

物流仿真技術是借助計算機技術、網絡技術和數學手段，采用虛擬現實方法，對物流系統進行實際模仿的一項應用技術，它需要借助計算機仿真技術對現實物流系統進行系統建模與求解算法分析，通過仿真實驗得到各種動態活動及其過程的瞬間仿效記錄，進而研究物流系統的性能和輸出效果。物流仿真是指評估對象系統(配送中心、倉庫存儲系統、揀貨系統、運輸系統等)的整體能力的一種評價方法。在系統仿真中，仿真的三項基本要素是：系統、模型和計算機。將三要素聯系起來的三項基本活動是系統建模、仿真建模和仿真試驗。應用于物流仿真中，系統建模就是要根據物流仿真的目的，系統試驗知識和試驗資料來確定系統數學模型的框架、結構和參數。模型的繁簡程度應與仿真目的相匹配，確保模型的有效性和仿真的經濟性。其次將數學模型轉變成仿真模型，建立仿真試驗框架，之后利用仿真軟件將仿真模型輸入計算機，設定試驗條件，根據仿真目的在模型上進行試驗。最后將試驗結果進行分析、整理及文檔化，根據分析的結果修正數學模型、仿真模型、仿真程序，以進行新的試驗。

2.eM_plant物流仿真軟件

eM-Plant是以色列Tecnomatix公司出品的eMPower軟件工具，又稱為 SiMPLE++，是用C++實現的關于生產、物流和工程的高級面向對象仿真軟件，是一個面向對象、圖形化、集成的建模仿真工具，系統結構和實施都滿足面向對象的要求。eM-Plant(SIMPLE++)物流仿真及規劃軟件用于項目規劃、物流仿真和優化制造廠、生產系統和工藝過程。軟件能給出開發項目規劃中所有層次的解決方案，許多世界級的制造商和物流系統開發商都在使用eM-Plant(SIMPLE++)做全局規劃，用它來評估不同的方案以作出科學的生產、經營決策。軟件的面向對象的技術使得可以生成結構合理的層次模型，模型對系統外部和內部的供應鏈、生產資源和所有與生產和經營過程相關的環節上都給予了充分的考慮。

總結eM-Plant工具的特點具有如下幾點：

可對高度復雜的生產系統和控制策略進行仿真分析；

標準的和專用的應用目標庫為典型的方案進行迅速而高效的建模；

使用圖形和圖表分析產量、資源和瓶頸；

綜合分析工具，包括自動瓶頸分析器、Sankey圖和Gantt圖；

三維可視化和動畫；

使用遺傳算法(genetic algorithms)對系統參數進行自動優化；

支持多界面和集成能力(ODBC、SQL、ORACLE、ERP、CAD etc.)的開放系統結構。

具體的主要體現在以下幾個方面：

(1)使用標準的和專用的應用目標庫建立系統仿真模型

使用應用目標庫(Application Object Libraries）)的組件，eM-Plant可以為生產設備、生產線及生產過程建立結構層次清晰的仿真模型。用戶可以從預定義好的資源、訂單目錄、操作計劃、控制規則中進行選擇。通過向庫中加入自己的對象(object)來擴展系統庫，用戶可以獲取被實踐證實的工程經驗來用于進一步的仿真研究。

(2)仿真系統優化

使用eM-Plant仿真工具可以優化產量、緩解瓶頸、減少再加工零件。eM-Plant能夠定義各種物料流的規則并檢查這些規則對生產線性能的影響。從系統庫中挑選出來的控制規則(control rules)可以被進一步的細化以便應用于更復雜的控制模型。用戶使用eM-Plant試驗管理器(Experiment Manager)可以定義試驗，設置仿真運行的次數和時間，也可以在一次仿真中執行多次試驗。用戶可以結合數據文件，例如Excel格式的文件來配置仿真試驗。

使用eM-Plant可以自動為復雜的生產線找到并評估優化的解決方案。在考慮到諸如產量、在制品、資源利用率、交貨日期等多方面的限制條件時，可采用遺傳算法(genetic algorithms)來優化系統參數。通過仿真手段來進一步評估這些解決方案，按照生產線的平衡和各種不同批量，交互地找到優化的解決方案。

(3)分析仿真結果

使用eM-Plant分析工具可以輕松的解釋仿真結果。統計分析、圖、表可以顯示緩存區、設備、勞動力(personnel)的利用率。用戶可以創建廣泛的統計數據和圖表來支持對生產線工作負荷、設備故障、空閑與維修時間、專用的關鍵性能等參數的動態分析；由eM-Plant可以生成生產計劃的Gantt圖并能被交互地修改。隨著數據庫應用的增加，eM-Plant還提供了與SQL、ODBC、RPC、DDE的接口，能夠讀入CAD圖形進行仿真；eM-Plant具有圖形化和交互化的建模能力，同時，它通過內置的編程語言“SimTALK”進行過程的定義、參數的輸入和控制策略的調整，也能夠建立完整的仿真模型。

三、結束語

物流也已經成為現在社會不可或缺的一個行業。仿真方法的應用應當會主要集中在對真實的復雜物流系統的建模研究和總體優化上。eM-Plant軟件幾乎考慮到了實際工程領域中的各個方面，完全可以仿真出實際模型，所得出的分析結果對現實有直接的指導意義，非常適合于運用在物流系統的仿真上。

參考文獻：

[1]康鳳舉 楊惠珍 高立娥等:現代仿真技術與應用[M]，北京：國防工業出版社，2006.1

[2]宋建新 徐 菱 宋遠卓:現代生產物流系統仿真研究[J]，物流科技，2007年第3期

[3]陳子俠:龔劍虹:物流仿真軟件的應用現狀與發展[J]，浙江工商大學學報，2007年第4期(總第85期)

[4]http://www.ugs.com.cn/

[5]王 煜 蔡臨寧 岳秀江:物流系統的仿真研究綜述[J].制造業自動化，2004.9

[6]周立新 陶瑞巖 汪 菲:第三方物流項目仿真程序設計與實現[J].同濟大學學報，2003，31(12)