基于計算機仿真技術的企業生產物流系統優化研究

盧步

摘?要：結合企業生產物流系統優化需求，本文提出了基于計算機仿真技術的物流系統優化方法，對系統仿真建模原理、軟件選擇和建模過程展開了分析。結合企業生產實例對物流系統仿真優化問題進行探討，可以發現采用witness軟件對系統各工序設備利用率展開分析，得到原材料進入系統的最佳頻率，能夠使生產資源得到高效利用，繼而使系統充分發揮流轉能力。

關鍵詞：計算機仿真技術;物流系統;仿真建模

在市場競爭日漸加劇的背景下，企業還應不斷提高生產效率，以便使企業生產能力得到提高。而企業生產效率，與生產物流系統規劃情況密切相關。但就目前來看，企業生產物流系統未能得到足夠重視，造成企業物料流轉無法滿足生產資源高效利用要求。引入計算機仿真技術對系統運行情況進行模擬分析，能夠實現系統優化，繼而為推動企業的可持續發展提供有效技術手段。

一、企業生產物流系統優化需求

企業生產物流與生產工藝密切相關，需要負責生產過程的物品流轉。從生產物流系統組成上來看，包含采購、生產、倉庫、財務等各子系統，需要加強緊密聯系，構成完整物流系統。將物品流轉當成是各系統間的紐帶，能夠保證生產活動的延續。所以在生產物流系統規劃時，需要將生產流轉的物料當成是研究對象進行系統分析，確定原材料從倉庫發出到完成產品最后一道工序的過程是否存在不合理的因素，確保物料搬運時間與工序生產、等待時間等相互協調，促使生產設備與生產批次數量能夠相互匹配。但按照傳統生產模式，企業僅按照生產進度計劃或為補充庫存實施采購，容易造成庫存積壓。在物料流轉方面，也容易忽視工序間協調性問題，造成設備利用無法滿足產能需求。為對企業生產進行細致規劃，需要運用合理方法對物流活動和生產活動進行仿真模擬，通過實現物流系統優化提高活動一體化程度，繼而推動企業生產流程的精細化發展。

二、基于計算機仿真技術的企業生產物流系統優化方法

1.仿真建模原理

在工業4.0時代，智慧工業打造離不開高效物流支撐。而在對物流系統進行優化時，可以運用計算機仿真技術完成自動化物流系統規劃，將信息化當成是仿真模型構建支撐，促使物流系統運行效率和作業能力得到提高，為企業創造更多利潤。在實際分析時，需要利用計算機仿真技術對物流系統設備運行狀態、物流流通量等進行監測和評估，發現其中存在的問題，以便提出優化建議。運用動態仿真技術進行建模，可以對系統運行進行模擬和演練。將自動化物流系統看成是離散事件，需要加強事件調度、仿真時鐘、隨機變量等仿真技術的運用，完成系統中各離散不連續物流操作點的鏈接和處理。針對大型物流機電系統，運行周期往往較長，還要對物流動態運行進行實時模擬，才能實現動作機制的分解，完成軟件程序和現實物流的科學規劃。在真實物流系統中，對各環節工件動作、行為等進行虛擬化，可以得到影響物流系統運作的隨機變量，用于完成模型建構。結合變量對系統運行效率的影響程度，可以實現仿真數據修改，最終得到最佳的系統優化方案。作為現代物流系統規劃設計技術，計算機仿真技術能夠完成系統規劃方案模擬分析，找出其中存在的問題，并通過預先修改縮短系統規劃時間，促使系統運行效率得到提高，避免企業出現生產浪費。

2.仿真軟件選擇

運用計算機仿真技術進行系統優化，需要將系統結構和流程當成是基礎，合理進行系統數學描述，以便采取適合方法完成系統給模擬分析。所以在仿真軟件選擇上，需要根據仿真對象和目的確定。在物流系統仿真中，包含物料運輸、各種工序設備等元素，需要采用動態仿真方法進行模型組織。現階段，可供選擇的軟件主要包含AutoMod、Witness、Arena和Flexsim等，都屬于專業仿真軟件。其中，AutoMod功能相對完善，屬于計算機模擬物流軟件，能夠對制造系統、車站、港口等不同場景物流進行模擬，可以實現精確三維建模。運用軟件虛擬現實建模功能，可以在物料操作中進行系統動態監測，發現參數變化后完成持續化模擬分析。軟件側重于從進程交互方面提出仿真策略，能夠完成不同物流系統劃分，建模較為繁瑣，需要利用編程語言輸送作業流程控制指令。Witness屬于離散型系統仿真軟件，對硬件要求較低，在數據運算時無需大型集成計算機。軟件配備基本的仿真模擬功能，可以實現應用能力拓展，并進行三維立體顯示，因此應用范圍較廣，得到了用戶一致好評。Arena軟件能夠對計算機仿真和可視化功能進行集成，在物流系統仿真中能夠對價值鏈進行優化，實現對從原材料供應到商品配送整個過程的仿真分析，能夠為庫房管理、物流分銷等工作開展提供支撐。采用Flexsim，能夠實現業務流程的可視化處理，利用各項數據對包裝箱、人員等現實事物數據進行直接反映，使系統內部組織結構得到優化。

3.仿真建模過程

實際在系統仿真建模時，需要在實際物流系統中建立系統運行狀態的計算機仿真模型，對系統設備運行參數進行模擬。根據系統實際數據，可以確定各種運行參數。從模型構成上來看，主要包含操作域、變量和約束條件，完成企業物流相關數據搜集，保證數據正確性和及時性，可以確定運輸時間、運輸距離等參數，為模型約束條件和操作域設定提供支持。在物流系統中，擁有多種物料流轉途徑，建模時還要明確系統優化目標，就是找出效率最高和成本最低的物流路徑。根據目標進行數據定義，完成搜集到的數據劃分，能夠確定模型輸入數據和輸出數據。根據數學建模知識，可以完成系統仿真模型的建立，然后利用數學軟件和計算機技術進行檢驗，保證建模的模型具有合理性。在模型得到確立后，需要完成邏輯控制程序的編寫，結合物流系統實際運行流程進行物料狀態運行模擬程序的編寫，然后進行系統仿真。按照系統預設流量，確定物料進入系統的頻率，然后在模型中輸入參數，能夠實現系統正常狀態的運行模擬。結合系統優化需求進行參數調整，可以對仿真結果進行優化，根據各環節流量需求確定系統運行情況，促使物流系統運行狀態得到進一步優化。將得到結果以簡易語言和格式顯示出來，可以生成物流系統優化簡易報告。根據報告提出的最佳系統運行參數實現物流系統合理規劃，最終能夠使物流系統作業能力得到提高。

4.系統優化評價

作為復雜的系統，企業生產物流系統建設投資約占企業成本30%-40%，意味著系統建設效果將直接影響企業運營水平，關系到企業能否取得穩健發展。應用計算機仿真技術進行物流系統優化，能夠為企業生產物流管理提供技術支撐，通過提出優化的物料流轉方案提高企業生產效率，降低企業生產成本，促使企業核心競爭力得到提升。相較于傳統物流管理需要消耗大量人力，運用仿真技術對物流運輸路線進行計算和建立數據庫，能夠避免物流管理中出現數據錯誤，并且使企業生產過程的數據管理過程得到簡化，減少人員管理費用開銷，繼而使系統生產作業能力得到提高。利用仿真技術完成物流系統合理規劃，能夠對企業生產設備實現智能化管理，并且對生產操作人員提出了物料運轉要求，促使企業生產物流運輸得到簡化。在現代物流體系建設中，將會遭遇存儲空間預測、貨品可用預算等各種問題，需要對多種因素進行綜合考慮。應用仿真技術進行眾多問題的協調，通過對比多個仿真模型提出最優解決方案，對系統規劃缺陷進行不斷修正，能夠為企業物流系統規劃建設提供科學依據，保證物流系統運行效能得到持續提高，因此能夠滿足企業未來發展要求。

三、企業生產物流系統優化仿真分析

1.企業生產物流系統概述

A企業按照客戶訂單要求對某型號法蘭盤進行生產，采用09MnNiD鋼材為原料，經過下料→熱處理→車削→打孔→鉗工五個工序，得到產品質量約30kg。在各道工序需要完成相應設備和人員配備，而設備和人員一次僅能完成一個零部件或半成品加工。實際采用計算機仿真技術進行系統優化時，考慮到僅對一個零件生產流轉過程進行仿真，而復雜系統難以通過建模得到全面反映，還要對模型進行合理假設和簡化。具體來講，就是將各工序抽象為一個機器，操作過程解釋為時間延遲，并假設生產期間無故障或人員疲勞、換班等問題發生。此外，需要將加工區周轉箱看成是緩存區，假設各工序之間只需較短物料運輸距離，每個工序加工完的工件能夠直接進入下一工序緩存區。

2.系統模型仿真數據分析

在系統仿真采用了物理描述方法，并且無需進行整個生產鏈的仿真分析，所以可以選用Witness計算機仿真技術建立近似模型，利用define對系統中各元素進行定義，利用part表示鋼板，用machine表示各機器組，緩沖區定義為buffers，各工序定義為machine元素，完成可同時處理在制品的批量設置，得到產成品統計元素vreal。采用display完成元素可視化分析，能夠完成單元模塊設計，得到各元素實體的細節，如Name、Queue等屬性。以machine元素為例，包含Name（下料）、Quantity（數量）、Cylce?time（工序時間）、Input?rules（物料來源）等細節。在模型仿真時，需要將時間基準單位設定為1min，仿真運行時間能夠達到10080min個仿真時間單位，即一個周期。點擊運行按鈕后，軟件可以進行模型運行。

對仿真得到的數據展開分析，如表1所示，各工序機器閑置時間較多，如打孔環節機器將閑置約57%的時間，鉗工閑置時間甚至能夠達到71%左右。而產線加工得到的成品數量為148件，期間淘汰了12件半成品。在工位閑置率較高的情況下，最終造成企業生產資源嚴重浪費，無法滿足企業高效生產要求。

表?企業各生產工序機器運行數據

3.物流系統優化分析結果

結合仿真分析結果可知，企業生產物流系統的資源閑置問題嚴重，還要從“加工件”進入系統開始進行系統優化。針對機器閑置率較高的問題，可以降低元此類到達時間間隔，促使加工件進入系統頻率得到提高。原材料到達時間間隔從18min開始取值，每次仿真縮短2min，直至達到4min。通過仿真分析可以發現，系統產成品數量不斷增加，從148件逐步提升到205件，然后保持穩定。在時間間隔縮短至10min時，產成品數量就達到了205件，說明為工件進入企業生產物流系統的最佳臨界時間。按照這一數值對各工序機器運行數據進行分析，可以發現閑置時間最長的為鉗工工序，占比約19%，最短的為下料工序，占比約8%，已經達到理想范圍，能夠使生產物流系統的能力得到充分發揮。

綜上所述，采用計算機仿真技術對企業生產物流系統進行優化，能夠對實際物流系統運行情況進行模擬分析，為物流系統的合理規劃提供科學指導。在實踐生產中，還應結合企業生物物流模式合理進行系統建模，選取適合的仿真軟件進行模擬結果統計分析，繼而使復雜物流系統的優化問題得到順利解決。

參考文獻：

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