仿真軟件Ｆｌｅｘｓｉｍ及其在物流教學(xué)中的應(yīng)用

馮　云　田　哩

摘要:簡(jiǎn)述了三維仿真軟件Flexsim的特點(diǎn)、功能以及利用該軟件進(jìn)行物流系統(tǒng)仿真研究的基本步驟,通過實(shí)例說明了在物流教學(xué)過程中如何利用仿真結(jié)果對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行分析,找出存在的問題并進(jìn)行改進(jìn)。

關(guān)鍵詞:物流教學(xué);仿真;Flexsim

中圖分類號(hào):G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: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

隨著物流行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高,生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復(fù)雜,生產(chǎn)節(jié)奏越來越快,生產(chǎn)管理者對(duì)生產(chǎn)改進(jìn)的每一決策都需謹(jǐn)慎考慮、措施不當(dāng),往往需要付出高昂的代價(jià)。而正是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性、快節(jié)奏和柔性,要想預(yù)測(cè)每一個(gè)決策給系統(tǒng)帶來的后果,已經(jīng)是人的大腦無法勝任的了。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)正是彌補(bǔ)了這一不足,成為自動(dòng)化物流系統(tǒng)管理者的有用工具,成為生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的得力助手。仿真軟件Flexsim可對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行三維動(dòng)畫仿真,通過對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1Flexsim仿真軟件

Flexsim是一個(gè)在圖形建模環(huán)境中集成了C++IDE和編譯器的仿真軟件。在這個(gè)軟件環(huán)境,C++能夠直接用來定義模型,這樣,就不再需要傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫和用戶定義變量的復(fù)雜鏈接。Flexsim能應(yīng)用于建模、仿真以及實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程可視化。可以形成直觀立體的三維仿真動(dòng)畫,提供生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)量,確定“瓶頸”位置,預(yù)測(cè)資源利用率。還可以被用來支持投資決定,校驗(yàn)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性,通過對(duì)不同的物流策略進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)來找出最優(yōu)解決方案。仿真運(yùn)行結(jié)束后可根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)生成仿真報(bào)告,顯示各個(gè)物流設(shè)備的利用串、空閑率、阻塞率等數(shù)據(jù)。可根據(jù)仿真報(bào)告提供的數(shù)據(jù)對(duì)物流系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行判斷,做出科學(xué)決策。

Flexsim可以從以下幾個(gè)方面對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行仿真分析:

(1)評(píng)估車間生產(chǎn)能力

(2)生產(chǎn)線平衡

(3)處理瓶頸

(4)處理庫存和在制品問題

(5)測(cè)試新的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃

1.1仿真模型的建立

Flexsim建模的三個(gè)步驟:

(1)利用基本對(duì)象進(jìn)行總體布局

(2)完成對(duì)象間的端口連接

(3)編輯對(duì)象的外觀和屬性

Flexsim是一種離散事件仿真軟件。以事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng),通過函數(shù)實(shí)現(xiàn)功能,用屬性和變量來進(jìn)行控制和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。Flexsim應(yīng)用深層開發(fā)對(duì)象,這些對(duì)象代表著一定的活動(dòng)和排序過程。要想利用模板里的某個(gè)對(duì)象,只需要用鼠標(biāo)把該對(duì)象從庫里拖出來放在模型視窗即可。對(duì)象可以創(chuàng)建、刪除,而且可以彼此嵌套移動(dòng),它們都有自己的功能或繼承來自其他對(duì)象的功能。

在Flexsim 邏輯和資料是輸入每一個(gè)對(duì)象中,而不是在產(chǎn)品中。例如作業(yè)的資料是在于制造的過程,不是經(jīng)過的產(chǎn)品中。在建立模擬作業(yè)時(shí),用戶只須要把對(duì)象拖到所要的位置,然后放下。用戶接下來把對(duì)象連接起來。最后把邏輯和資料輸入對(duì)象,便完成整個(gè)建立的過程。用戶也可以用C++建立自己的邏輯,并輸入對(duì)象中。

Flexsim中的對(duì)象參數(shù)可以表示幾乎所有存在的實(shí)物對(duì)象,如像機(jī)器、操作員、傳送帶、叉車、倉庫、交通燈、儲(chǔ)罐、箱子、貨盤、集裝箱等等都可以用Flexsim中的模型表示。這些對(duì)象的參數(shù)可以把任何制造業(yè)、物料處理和業(yè)務(wù)流程的快速、輕易、高效建模的主要特征描述出來。

將對(duì)象布置設(shè)計(jì)完成后,利用對(duì)象中的方法定義模型中各對(duì)象所需要完成的作業(yè),然后通過對(duì)對(duì)象的連接定義模型的流程,連接完成后,即可仿真運(yùn)行。

1.2仿真運(yùn)行

Flexsim中集成有仿真引擎,該引擎可同時(shí)運(yùn)行仿真和模型視窗(可視化)。根據(jù)物流系統(tǒng)的需求流量,統(tǒng)計(jì)出物料出現(xiàn)的時(shí)間分布規(guī)律,把這個(gè)規(guī)律輸入系統(tǒng),即可運(yùn)行仿真引擎進(jìn)行仿真。可以自動(dòng)運(yùn)行并把結(jié)果存在報(bào)告、圖表中。這樣可以非常方便地利用豐富的預(yù)定義和自定義的行為指示器,像用處、生產(chǎn)量、研制周期、費(fèi)用等來分析每一個(gè)情節(jié)。而且也很容易將結(jié)果導(dǎo)入到別的應(yīng)用程序像Microsoft Word和Excel等,利用ODBC(開放式數(shù)據(jù)庫連接)和DDEC(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換連接)可以直接輸入仿真數(shù)據(jù)。同時(shí)在仿真運(yùn)行時(shí),利用該引擎和flexscript語言可以改變模型的部分屬性。

仿真運(yùn)行時(shí)間可以相據(jù)實(shí)際物流系統(tǒng)的生產(chǎn)班次,也可按照最大物流量進(jìn)行模擬。

1.3仿真結(jié)果分析

根據(jù)流程運(yùn)行結(jié)果,進(jìn)行分析,系統(tǒng)是否存在“瓶頸”,流程是否暢通,物流量能否滿足需求。如果系統(tǒng)運(yùn)行后,結(jié)果有不理想之處,要根據(jù)相應(yīng)的原因,調(diào)整方案或者改變參數(shù),直至滿足物流系統(tǒng)的生產(chǎn)需求。生成三維動(dòng)畫輸出結(jié)果及仿真報(bào)告提交給自動(dòng)化物流系統(tǒng)的管理者和設(shè)計(jì)者,進(jìn)一步優(yōu)化和完善。

2采用Flexsim進(jìn)行物流系統(tǒng)仿真

在物流教學(xué)過程中,經(jīng)常需要對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行分析,找出存在的問題并進(jìn)行改進(jìn)。采用Flexsim仿真軟件進(jìn)行物流系統(tǒng)仿真,是一種比較有效的解決辦法。下面以一條生產(chǎn)線物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真為例來進(jìn)行說明。

該生產(chǎn)線同時(shí)生產(chǎn)三種產(chǎn)品,然后被送到檢測(cè)車間的緩存區(qū)。檢測(cè)車間有三臺(tái)檢測(cè)系統(tǒng)分別對(duì)這三種產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)后,通過各自的傳送帶將產(chǎn)品運(yùn)輸出去。產(chǎn)品到達(dá)檢測(cè)車間的時(shí)間服從均值為20,方差為2的正態(tài)分布。到達(dá)檢測(cè)車間的產(chǎn)品類別(1,2,3)服從均勻分布。緩存區(qū)容量為10件產(chǎn)品。3種產(chǎn)品檢測(cè)完畢后分別放入對(duì)應(yīng)的三個(gè)貨架中,從檢測(cè)線到貨架通過叉車進(jìn)行存放。

對(duì)該生產(chǎn)線物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真步驟如下:

(1)建模

首先從對(duì)象庫中拖放所需的對(duì)象到建模視圖中,按設(shè)計(jì)場(chǎng)地進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。將對(duì)象布置設(shè)計(jì)完成后,利用對(duì)象中的方法定義模型中各對(duì)象所需要完成的業(yè),然后通過對(duì)對(duì)象的連接定義模型的流程。連接完成后的三維視圖如下。

(2)仿真及結(jié)果分析

編譯及運(yùn)行該模型,通過5 075個(gè)時(shí)間單位的仿真得到三維仿真結(jié)果如上圖,導(dǎo)入到Excel的仿真結(jié)果如下:

從三維仿真結(jié)果圖我們可明顯看出,從生產(chǎn)線下來的產(chǎn)品堆積在緩存區(qū)(queue66)。這說明緩存區(qū)絕大部分時(shí)間處于滿負(fù)荷狀態(tài),即從生產(chǎn)線下來的產(chǎn)品來不及送到貨架上,因此該物流系統(tǒng)的主要瓶頸在將產(chǎn)品從生產(chǎn)線運(yùn)送到貨架的環(huán)節(jié)上,即叉車(Transporter158)的搬運(yùn)能力有限,導(dǎo)致貨物堆積在緩存區(qū)。從Excel的仿真結(jié)果分析中也可得出類似的結(jié)論:堆積在緩存區(qū)(queue66)產(chǎn)品,其總的等待運(yùn)輸時(shí)間為4 784個(gè)時(shí)間單位,平均堆積產(chǎn)品數(shù)量為8.7個(gè),這也說明叉車(Transporter158)的搬運(yùn)能力有限,導(dǎo)致貨物堆積在緩存區(qū)。

(3)物流系統(tǒng)改進(jìn)

為了解決這一瓶頸,考慮增加一臺(tái)叉車(Transporter70),提高從生產(chǎn)線下來的產(chǎn)品送到貨架上的搬運(yùn)能力。增加一臺(tái)叉車后的仿真結(jié)果如下:

經(jīng)過約5 000個(gè)時(shí)間單位的仿真,從仿真結(jié)果分析中看到:堆積在緩存區(qū)(queue66)產(chǎn)品,其總的等待運(yùn)輸時(shí)間為2 155個(gè)時(shí)間單位,平均堆積產(chǎn)品數(shù)量為0.5個(gè),這說明緩存區(qū)絕大部分時(shí)間處于正常工作狀態(tài),從生產(chǎn)線下來的產(chǎn)品基本上能及時(shí)送到貨架上,解決了該生產(chǎn)線物流系統(tǒng)的瓶頸問題。

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