仿真软件Ｆｌｅｘｓｉｍ及其在物流教学中的应用

冯　云　田　哩

摘要:简述了三维仿真软件Flexsim的特点、功能以及利用该软件进行物流系统仿真研究的基本步骤,通过实例说明了在物流教学过程中如何利用仿真结果对物流系统进行分析,找出存在的问题并进行改进。

关键词:物流教学;仿真;Flexsim

中图分类号:G64文献标识码: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

随着物流行业生产自动化水平的不断提高,生产系统越来越复杂,生产节奏越来越快,生产管理者对生产改进的每一决策都需谨慎考虑、措施不当,往往需要付出高昂的代价。而正是由于系统的复杂性、快节奏和柔性,要想预测每一个决策给系统带来的后果,已经是人的大脑无法胜任的了。计算机仿真技术正是弥补了这一不足,成为自动化物流系统管理者的有用工具,成为生产系统规划设计人员的得力助手。仿真软件Flexsim可对物流系统进行三维动画仿真,通过对仿真结果进行分析,对物流系统进行改进。

1Flexsim仿真软件

Flexsim是一个在图形建模环境中集成了C++IDE和编译器的仿真软件。在这个软件环境,C++能够直接用来定义模型,这样,就不再需要传统的动态链接库和用户定义变量的复杂链接。Flexsim能应用于建模、仿真以及实现业务流程可视化。可以形成直观立体的三维仿真动画,提供生产系统的生产量,确定“瓶颈”位置,预测资源利用率。还可以被用来支持投资决定,校验物流系统设计的合理性,通过对不同的物流策略进行仿真实验来找出最优解决方案。仿真运行结束后可根据统计数据生成仿真报告,显示各个物流设备的利用串、空闲率、阻塞率等数据。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。

Flexsim可以从以下几个方面对整个业务流程进行仿真分析:

(1)评估车间生产能力

(2)生产线平衡

(3)处理瓶颈

(4)处理库存和在制品问题

(5)测试新的生产作业计划

1.1仿真模型的建立

Flexsim建模的三个步骤:

(1)利用基本对象进行总体布局

(2)完成对象间的端口连接

(3)编辑对象的外观和属性

Flexsim是一种离散事件仿真软件。以事件进行驱动,通过函数实现功能,用属性和变量来进行控制和存储数据。Flexsim应用深层开发对象,这些对象代表着一定的活动和排序过程。要想利用模板里的某个对象,只需要用鼠标把该对象从库里拖出来放在模型视窗即可。对象可以创建、删除,而且可以彼此嵌套移动,它们都有自己的功能或继承来自其他对象的功能。

在Flexsim 逻辑和资料是输入每一个对象中,而不是在产品中。例如作业的资料是在于制造的过程,不是经过的产品中。在建立模拟作业时,用户只须要把对象拖到所要的位置,然后放下。用户接下来把对象连接起来。最后把逻辑和资料输入对象,便完成整个建立的过程。用户也可以用C++建立自己的逻辑,并输入对象中。

Flexsim中的对象参数可以表示几乎所有存在的实物对象,如像机器、操作员、传送带、叉车、仓库、交通灯、储罐、箱子、货盘、集装箱等等都可以用Flexsim中的模型表示。这些对象的参数可以把任何制造业、物料处理和业务流程的快速、轻易、高效建模的主要特征描述出来。

将对象布置设计完成后,利用对象中的方法定义模型中各对象所需要完成的作业,然后通过对对象的连接定义模型的流程,连接完成后,即可仿真运行。

1.2仿真运行

Flexsim中集成有仿真引擎,该引擎可同时运行仿真和模型视窗(可视化)。根据物流系统的需求流量,统计出物料出现的时间分布规律,把这个规律输入系统,即可运行仿真引擎进行仿真。可以自动运行并把结果存在报告、图表中。这样可以非常方便地利用丰富的预定义和自定义的行为指示器,像用处、生产量、研制周期、费用等来分析每一个情节。而且也很容易将结果导入到别的应用程序像Microsoft Word和Excel等,利用ODBC(开放式数据库连接)和DDEC(动态数据交换连接)可以直接输入仿真数据。同时在仿真运行时,利用该引擎和flexscript语言可以改变模型的部分属性。

仿真运行时间可以相据实际物流系统的生产班次,也可按照最大物流量进行模拟。

1.3仿真结果分析

根据流程运行结果,进行分析,系统是否存在“瓶颈”,流程是否畅通,物流量能否满足需求。如果系统运行后,结果有不理想之处,要根据相应的原因,调整方案或者改变参数,直至满足物流系统的生产需求。生成三维动画输出结果及仿真报告提交给自动化物流系统的管理者和设计者,进一步优化和完善。

2采用Flexsim进行物流系统仿真

在物流教学过程中,经常需要对物流系统进行分析,找出存在的问题并进行改进。采用Flexsim仿真软件进行物流系统仿真,是一种比较有效的解决办法。下面以一条生产线物流系统进行仿真为例来进行说明。

该生产线同时生产三种产品,然后被送到检测车间的缓存区。检测车间有三台检测系统分别对这三种产品进行检测后,通过各自的传送带将产品运输出去。产品到达检测车间的时间服从均值为20,方差为2的正态分布。到达检测车间的产品类别(1,2,3)服从均匀分布。缓存区容量为10件产品。3种产品检测完毕后分别放入对应的三个货架中,从检测线到货架通过叉车进行存放。

对该生产线物流系统进行仿真步骤如下:

(1)建模

首先从对象库中拖放所需的对象到建模视图中,按设计场地进行布置设计。将对象布置设计完成后,利用对象中的方法定义模型中各对象所需要完成的业,然后通过对对象的连接定义模型的流程。连接完成后的三维视图如下。

(2)仿真及结果分析

编译及运行该模型,通过5 075个时间单位的仿真得到三维仿真结果如上图,导入到Excel的仿真结果如下:

从三维仿真结果图我们可明显看出,从生产线下来的产品堆积在缓存区(queue66)。这说明缓存区绝大部分时间处于满负荷状态,即从生产线下来的产品来不及送到货架上,因此该物流系统的主要瓶颈在将产品从生产线运送到货架的环节上,即叉车(Transporter158)的搬运能力有限,导致货物堆积在缓存区。从Excel的仿真结果分析中也可得出类似的结论:堆积在缓存区(queue66)产品,其总的等待运输时间为4 784个时间单位,平均堆积产品数量为8.7个,这也说明叉车(Transporter158)的搬运能力有限,导致货物堆积在缓存区。

(3)物流系统改进

为了解决这一瓶颈,考虑增加一台叉车(Transporter70),提高从生产线下来的产品送到货架上的搬运能力。增加一台叉车后的仿真结果如下:

经过约5 000个时间单位的仿真,从仿真结果分析中看到:堆积在缓存区(queue66)产品,其总的等待运输时间为2 155个时间单位,平均堆积产品数量为0.5个,这说明缓存区绝大部分时间处于正常工作状态,从生产线下来的产品基本上能及时送到货架上,解决了该生产线物流系统的瓶颈问题。

参考文献:

[1] 胡峰,孙国基,等. 动态系统计算机仿真技术综述——计算机仿真建模[J]. 计算机仿真,2000,17(1):l-7,l1.

[2] 翟跃文,冯云,等. 基于Flexsim的自动化立体仓库仿真研究[J]. 商品储运与养护,2008(1):38-40.