計算機建模仿真在實際工程中的應用

摘要：文章介紹了計算機仿真技術在實例中的應用，總結了Pro model軟件在仿真技術中起到的重要作用。在此基礎上利用Pro model 6.0軟件構建了一個簡單的模型進行模擬分析，建立致力于提高該程序的最好的系統，結果顯示，計算機仿真技術能有效地提高管理水平。

關鍵詞：計算機；建模仿真；Pro model；仿真技術；模擬分析 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）14-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.031

1 概述

計算機仿真是利用數值方法，根據系統的實際運行規律進行約束，然后在計算機上描述出其運行狀態的一種重要方法。近年來，隨著計算機技術的不斷發展，實際模擬技術的范圍不斷擴大，如飛機設計、在線自動流量的分析等，都屬于仿真應用領域。在本文中，從仿真的基本理論入手，對模型構建、數值計算等方面進行闡述，最后以特定實例證明仿真技術在工程實踐中

的價值。

2 計算機仿真技術的基本理論概述

計算機仿真是利用計算機技術對物理模型各種狀態進行描述的一種高端科學，它是各個學科以及領域的知識經驗積累。

圖1 計算機仿真流程

由圖1可知，計算機仿真流程主要有三個步驟：模型構建、約束條件設置和數值計算，本文將分別對這三個步驟進行簡述。

2.1 模型構建

作為計算機仿真的對象，理論模型是否能夠精確描述實際狀態，具有舉足輕重的作用，這一步主要通過計算機繪圖軟件對系統進行三維繪圖來實現。在實踐中，仿真的精度更加精確，因此，在模型構建這個步驟中，必須將系統的尺寸、條件等設置保持和現實情況一致或接近。

2.2 約束條件設置

模型的約束條件，即模型在計算時所處于的狀態，這是數值計算結果準確與否的關鍵。例如：對一個流場模型進行計算時，在一個瞬間，輸入速度、進口質量和出口壓力以及在固體邊界等具體處于何種狀況，都需要進行準確的設置，精確地計算出當前狀態的仿真結果。

2.3 數值計算

數值計算是在大多數的數字仿真過程中的最后一步，數值計算主要是零方程模型，具有兩個方程的標準模型等，構建離散模型，模擬仿真進行迭代計算，它包括差分法、有限元法等方式。

3 生產系統中計算機仿真技術的應用

3.1 主要功能

生產系統計算機仿真，可以進行建模和實驗分析，能夠整合資源、產品路線、庫存管理等信息，動態地生成系統活動的進程，充分體現了生產過程和系統的優越性，軟件驗證和操作提供了用于管理的便捷方案，近年來，運用廣泛的依然是在廣大中國市場的制造業，具體使用情況如下：（1）比較明顯的是在生產系統業務流程再造方案方面，為可行性驗證做出了突出貢獻；（2）先在制造單元分析方面提供了基礎制造單元程序的有效數據和依據，對物理仿真模型、設備、數量等提供了有效驗證，保證了物理系統在運行中的合理可行性，還可以對資源進行檢查配置，并整合資源進行核算設立和運作，同時估算系統容量和生產周期，對預防設備故障、生產系統的影響做了有效保障；（3）在生產系統仿真模型建立后，生產管理人員可以在生產系統上調整策略，預先掌握決策，對結果進行決策和科學管理完成。

3.2 仿真分析的一般步驟

計算機仿真分析的一般方法，大致可分為三個主要步驟：第一步是通過相關的系統概念和操作的要求，對系統變量中存在的主要問題，例如運行規則、系統變量、系統元件關聯關系等進行論證；第二步是收集相關的數據，并初始化仿真模型，然后根據數據輸入運行，最后收集輸出的數據報表作為結果統計好；第三步是對仿真分析的決策內容，并對生產系統的設計水平進行有效提高。

4 計算機仿真實例

4.1 仿真工具

目前，在生產系統的計算機仿真工具的應用中大致分為三類：第一類如C/C++、FORTRUN，是通用的計算機語言；第二類如SLMAN、GASP-II等，是通用的仿真程序語言；第三類則是計算機仿真軟件。

前兩種工具對設計人員的編程能力要求較高，但是在建模的同時編程周期長、易出錯的缺點展露無遺。第三種工具是最容易學習和掌握的，而所需的數據都在交互式圖形界面里完成，不像前兩種工具費時、復雜，因此在實際操作中應用最為廣泛。在此簡單說明一下Pro model軟件，Pro-model是美國Pro model Corporation公司推出的一款功能強大、操作簡單的系統仿真軟件。它提供了由物理單元和邏輯單元兩類基本單元構造的系統仿真模型，該軟件被廣泛應用于生產系統規劃與設計、生產系統性能的評估以及生產系統運行管理和決

策中。

4.2 模擬實例

實例探析：在某呼叫中心，需要雇傭客戶服務人員來接聽客戶的呼入咨詢。如果平均一小時內有10人次呼入，則每兩次呼叫之間，符合平均值為6分鐘的指數分布。而所雇傭服務人員接聽呼叫的時間大概為最低2分鐘/次到最高10分鐘/次，也同樣符合均值為6的平均分布。如果公司出臺相應如下政策：（1）接聽每位客戶的平均時長少于6分鐘，那么公司需要雇傭多少名客戶服務人員？（2）若不能超過5的等待顧客數，那么這時公司需要雇傭多少名客戶服務人員？

下面我們利用Pro model軟件模擬這個系統：

第一，如若只雇傭一名客戶服務人員，能滿足結果（1）、（2）嗎？

經過仿真，我們得出的結論是：顧客的平均等待時間為18.92分鐘，并且排隊等待的人數峰值達到了18人，均不符合公司政策的要求，故方案不可行。

第二，那么如若雇傭2名客戶服務人員，結果會怎樣呢？

運行結果如圖2和圖3所示：

圖2

圖3

結果顯示為，2名客服人員情況下，平均等待時間為5.9分鐘，排隊等待的人數峰值是5，符合公司的要求。故此方案可行。

因此我們建議雇用2名客戶服務人員。憑借輸出報告結果輸出，還可以看出在整個過程中，等待人數為5人的情況僅僅出現了3次。

圖4

5 結語

伴隨我國制造業信息化的發展，計算機仿真技術將越來越凸顯它的重要性，尤其是對于解決在制造系統應用中復雜的機械問題有著廣闊的前景，不僅在自動化制造（如FMS）中，同時在用來優化決策和一般的機械加工車間的生產車間生產體系中同樣適用。計算機普及已經是現代化的標志，針對工廠的實際生產環境，后者顯得更具有現實的意義。本文即是在系統總結生產系統計算機仿真技術的基礎上，對該領域的研究做了初步的探討和嘗試。

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作者簡介：馮霖（1986-），女，重慶人，南京揚子石油化工設計工程有限責任公司助理工程師，研究方向：化工

機械。

（責任編輯：陳 倩）