背景
在“工业4.0”时代，物联网将渗透到工业的各个环节，形成高度灵活、个性化、智能化的产品与服务的生产模式，推动生产方式向大规模定制、服务型制造、创新驱动转变。
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。
物流仿真是针对物流系统进行系统建模，并在电子计算机上编制相应应用程序，模拟实际物流系统运行状况，并统计和分析模拟结果，用以指导实际物流系统的规划设计与运作管理。物流仿真使用的建模方法有排队理论，Petri网，线性规划等。在中国，物流仿真技术还是个比较新的概念，大多数企业对物流仿真技术应用状况及其意义了解并不多。
方法分类
物流仿真使用的建模方法有排队理论，Petri网，线性规划等。
一些专业的物流仿真软件平台，提供基本的功能元素，使仿真的编程工作大大简化，常见的有Witness,em-Plant,FlexSim,Simio等等。
由于物流系统的专业化和规模化，物流仿真已经逐步成为物流行业规划与建设的必备环节。
数字化工厂
数字化工厂是在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，是现代数字制造技术与计算机仿真技术结合的产物，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。
数字化工厂的本质是实现信息的集成，物流仿真技术的实施成果是数字化工厂的一部分。
物流仿真技术
物流仿真的价值
从客户公司层面来说：
通过对整个工厂进行仿真,可以及早发现规划中的缺陷和错误，使工厂规划质量得到保证;
通过仿真分析和优化，提高了规划的效率和效果，为公司节约投资资金;
预知未来工厂的运行状况和极限能力，确保投资安全有效;
加快项目规划进度和减少规划员讨论时间，一方面有效降低人员时间浪费，另外一方面可以有效缩短新工厂从规划到投产的时间。
从规划员层面来说
通过三维建模和仿真分析支持，使规划员之间以及上下级之间沟通更加直观和简单;
减少规划中的盲目性，帮助规划员提高其规划能力;
用软件分析代替手工复杂计算，提高了规划的效率和效果，同时有利于激发员工思考，能够帮助规划员找到更优的规划方案;
通过量化分析评估规划方案的优劣，更有说服力，有效减少规划端与工厂端之间的矛盾。
物流仿真技术实施案例
案例
一 某主机厂总装车间改造
对于生产车间来说，使用物流仿真技术可以进行产能验证与分析，瓶颈检查与消除，缓存区计算等。
相比新工厂规划，老工厂的改造会面临更多的约束条件，例如：场地、输送线走向、输送线长度、老生产线位置不可迁移、升降机等设备设施位置固定等等。工艺规划人员往往只关注工艺能否满足，而忽略了系统内部互相制约的因素影响，这就需要物流仿真技术来补充。
在该总装车间改造项目中，通过前期调研，以及建模之后和工艺规划人员的反复确认，最终保证仿真模型的准确性，在这个条件下，我们对总装车间的生产系统进行分析。
图1 某总装车间生产线仿真部分模型
图2 投入产出分析结果示例
A.单线体极限产能和载具投入数量分析
无故障下的极限产能分析，能帮助我们检查模型的正确性，分析发现工艺方案本身的瓶颈问题。
考虑故障的影响，更符合实际生产，分析结果也更加准确，这时候得出我们需要的极限产能和载具最优的投入数量范围。
图3 单线体产能汇总示例
将各条单线体产能汇总后，能直观的看到总装车间的瓶颈，以及各单线体是否满足产能。如果有某条线体的最大产能小于生产系统的目标产能，就必须优化这条线体。从物流仿真的角度，优化的方案可以是增加缓存容量、提高线体开通率数值、提高节拍，至于方案能否实现和采纳，需要从工艺角度去验证。
B.车间整体产能分析
在单线体分析结束后，我们得到了各类载具(除了车门吊具)最优的投入数量。在给定的载具投入数量下，通过改变车门吊具数量，分析总装车间整体的产能，从而得到满足产能的车门吊具投入数量范围。
C.最小缓存分析
两条线之间的缓存输送线较长，包含一些输送设备，最少缓存数量指车身或物料经过某段缓存段需要消耗的节拍数量，缓存小于这个数量，工艺线会发生停线。
D.缓存占用分析
所有载具数量都确定之后，在给定载具投入数量的前提下，运行模型，分析各段输送线缓存的占用情况。通过分析缓存的占用情况，得出该段缓存容量是长了还是短了。
图4 缓存占用分析示例
案例
二 某焊装车间物流仿真
通过物流仿真，可以对车间生产排产方案进行对比分析，实现生产过程控制策略，评估生产过程的效率，也可以对车间内部物流运输线路以及配载策略进行验证。
使用物流仿真技术可以对物流配送系统中的某些环节、功能区域等进行模块化建模，使这些模块可以在多种物流配送方案中重复、高效地使用，降低物流规划的时间成本，提高工作效率。除此之外，定制化的人机交互界面也为非专业人士提供了便捷的使用窗口。
在该焊装车间物流仿真项目中，我们通过仿真分析发现现有物流规划方案的风险点和问题，评估叉车数量、电瓶车数量、器具数量、存储区库存量和通道物流量等物流规划关键指标，对多种方案进行仿真分析后，提供分析报告和改善建议。
图5某焊装车间物流仿真项目部分仿真模型
图6 某焊装车间物流仿真项目部分仿真模型
图7 某焊装车间物流仿真项目部分仿真结果
宝马某车型30U焊装下车身包物流仿真
| 项目介绍 |
案例
三 某实验室工厂三维建模
三维建模是数字化工厂的基础，通过物流仿真技术可以实现工厂、生产车间、生产设备等的三维建模。
静态的三维模型可供直观地查看工厂、生产设备等，动态的三维模型可以直观地查看设备之间、设备与人之间是否存在干涉、是否存在可行路径等，也可以成为企业宣传的良好素材。
图8 某生产车间三维模型
十大物流仿真软件汇总
(一) Flexsim
Flexsim是美国的三维物流仿真软件,能应用于系统建模、仿真以及实现业务流程可视化.Flexsim中的对象参数可以表示基本上所有的存在的实物对象,如机器装备、操作人员、传送带、叉车、仓库、集装箱等,同时数据信息可以用Flexsim丰富的模型库表示出来.Flexsim具有层次结构,可以使用继承来节省开发时间.而且它还是面向对象的开放式软件.对象、视窗、图形用户界面、菜单列表、对象参数等都是非常直观的.由于Flexsim的对象是开放的,所以这些对象可以在不同的用户、库和模型之间进行交换,再结合对象的高度可自定义性,可以大大提高建模的速度.Flexsim的用户性和可移植性扩展了对象和模型的生命周期.
(二) RaLC(乐龙)
RaLC(乐龙)软件,是上海乐龙人工智能软件有限公司(日本人工智能服务有限公司在华子公司)提供的.它是面向对象的,物流配送中心所使用的基本搬运器械设备即对象事物,包括各种传送带、自动立体仓库、平板车等,以及工作人员的装卸、分拣、叉车搬运等,全部以按钮的形式摆放在工具栏上,而且可以对对象物体的配置来进行设计,用于对各类对象物体的形状和规格建模也十分直观.RaLC乐龙系列软件在建模速度、建模操作简便性、模拟和仿真精确度等方面都处于世界领先水平.
(三) Witness(SDX)
Witness(SDX)由英国Lanner集团用数十年系统仿真经验开发出的,它是面向工业系统,商业系统流程的动态系统建模仿真软件平台,是离散型的仿真软件,流程的仿真动态演示是三维的,是世界上该领域的主流仿真软件之一.它提供了大量描述工业系统的模型元素,如生产线上的加工中心、传送设备、缓冲存储装置等.
(四) Automod
Automod是由Autosumulation旗下的Brooks软件部门开发的,它由AutoMod、AutoStat和AutoView三个模块组成.AutoMod模块提供给用户一系列的物流系统模块来仿真现实世界中的物流自动化系统.主要包括输送机模块、自动化存取系统、基于路径的移动设备、起重机模块等.AutoStat模块为仿真项目提供增强的统计分析工具,由用户定义测量和实验的标准,自动在AutoMod的模型上执行统计分析.AutoView可以允许用户通过AutoMod模型定义场景和摄像机的移动,产生高质量的AVI格式的动画.用户可以缩放或者平移视图,或使摄像机跟踪一个物体的移动.AutoView可以提供动态的场景描述和灵活的显示方式,是目前市面上比较成熟的三维物流仿真软件.
(五) ShowFlow
ShowFlow是来自英国的仿真软件,可为制造业和物流业提供建模、仿真、动画和统计分析工具,可以提供生产系统的生产量,确定瓶颈位置,估测提前期和报告资源利用率,还可以被用来支持投资决定,校验制造系统设计的合理性,通过对不同的制造策略进行仿真实验来找出最优解.主要包括系统建模、仿真、统计分析、动画和文档输出等模块.
(六) SIMAnimation
SIMAnimation是美国3i公司设计开发的集成化物流仿真软件,其基于图象的仿真语言,用以简化仿真模型的建立.不同于其他的仿真系统,它可以处理系统物理元素和逻辑元素.SIMAnimation具有多方面特点: ① 建模能力强,具有精确性较高的建模功能; ② 在仿真软件开发和终端用户实用方面,具有较高的灵活性; ③ 参数化建模是SIMAnimation较之其他软件的独特优势,它可以通过多元非线性参数设置,建立精确度较高的三维实体; ④ SIMAnimation仿真运行结束后可根据统计数据生成仿真报告,仿真报告以表格、直方图、饼状图等形式表示,显示了各个物流设备的利用率、空闲率、阻塞率等数据.用户可根据仿真报告提供的数据对物流系统的优缺点进行判断,做出科学决策.
(七) Arena
Arena是美国System Modeling公司开发的可视化的通用交互集成的仿真软件,很好地解决了计算机仿真与可视化的有机集成,具备高级仿真器的易用性和专用仿真语言的柔性.它是一种集成的仿真软件,在物流中的主要运用有: ① 在生产过程中,进行设备布置,实现工件加工轨迹的可视化仿真等; ② 在生产管理中,进行生产计划、库存管理、生产控制和产品市场的预测和分析等; ③ 在生产价值分析方面,可进行生产系统经济性、风险性分析,从而改进生产、降低成本或辅助企业投资决策; ④ 可实现企业流程再造可视化仿真优化,实现敏捷供应链管理的可视化仿真决策等.
(八) Supply chain guru
Supply chain guru是来自美国的供应链战略规划仿真软件,它允许用户输入或导入供应链网络信息,并使用人工智能和嵌入的知识库,用以自动建立强大的离散事件仿真和网络优化模型.用户可以测定改变供应链结构或策略所带来的影响,优化模型以选择改进的供应源关联,仿真多个供应链设计方案以评估服务和费用之间的折中,预测库存投资、运输费用以及生产情况,为企业提供预算功能.
(九) Classwarehouse
Classwarehouse是来自英国的仓库物流仿真软件,一种专门用于仓库设计的仿真软件.通过在虚拟的计算机环境来进行设计、改进和测试复杂的仓库解决方案.它还能帮助公司评估产品的产量、人员的组织以及设备情况,来量化成本、效率以及服务水平.Classwarehouse所解决的实际问题范围很广,从对新建仓库的设计、评估,到对已有仓库的某个具体生产工艺的改进,再到如何在改变供应链和客户需求时保证成本、服务和效率三者间的平衡和优化.除了Arena和Supply chain guru,其他都为三维软件,其中Flexsim和RaLC有很好的面向对象性,Supply chain guru是专门的供应链仿真软件,Classwarehouse是专门的仓库仿真软件.物流系统仿真软件
(十) SimLab
Simlab是来自于中国上海百蝶公司的教学应用软件，一种专门以教学实验实训为目的物流仿真软件，Simlab可以让使用者以物流系统中不同的角色进入虚拟的场景中进行任务实训，分单人任务和多人协同完成任务两种，让学生以游戏对抗的方式来达到实训的目的，是一种比较新颖的教学手段，Simlab的主要功能有：① 真实再现物流企业运作环境；② 逼真的物流相关设备操作体验；③ 交互功能：人机互动与人人互动；④ 极其精确朴实的数据仿真，信息系统与虚拟现实系统无缝对接；⑤ 实验过程中灵活可控，教师备课极其方便；⑥ 配有科学的实验评价体系和自动综合评分系统。
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来源：制造业物流规划与机巧改善
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