基于計算機仿真技術的企業生產物流系統研究

梁富強，古險峰，徐 舒（.鄭州工業應用技術學院，河南 鄭州 4500；.鄭州益高信息科技有限公司，河南 鄭州 4500）

0 引 言

隨著現代企業的不斷擴張，企業生產物流系統逐漸面臨著生產設備布局、倉儲布局等方面的挑戰。不合理的布局可能會導致物料在生產過程中出現長距離移動、浪費時間甚至丟失物料的情況，進而影響生產效率和物流效率。因此，如何優化企業生產物流系統成為了企業人員急需考慮的問題。基于計算機仿真技術的研究能夠幫助企業量化分析和評估不同布局方案的優劣勢，為企業優化生產物流系統提供可行的建議和決策支持。利用仿真模擬，可以在不影響實際生產和物流運作的前提下，驗證不同方案的可行性，并根據實時監控和數據分析得出準確的優化結果。此外，計算機仿真技術還可以提供全面的可視化展示，使決策者直觀地了解到不同布局對生產物流系統的影響，進而做出明智的決策。因此，基于計算機仿真技術開展企業生產物流系統研究具有重要的理論和實踐意義。

盧步（2019）采用witness軟件對系統各工序設備利用率進行分析，得出原材料進入系統的最佳頻率[1]。倪晨（2018）探討了計算機仿真技術如何在企業生產物流系統優化工作中進行優化[2]。林雅婷（2015）指出計算機仿真技術的出現解決了企業生產物流系統優化問題[3]。莫洪武（2013）指出借助計算機仿真技術，對企業生產物流系統進行優化和重新布局，能夠大大提高生產物流系統的科學性與合理性[4]。高朋濤（2006）指出利用計算機仿真技術對企業物流系統進行分析與布置設計，是一種行之有效的方法[5]。

1 相關理論和技術介紹

1.1 企業生產物流系統概述

企業生產物流系統是企業為了實現生產和銷售過程中物資、信息、資金的流動與協調，而建立的一個完整的物流管理體系，該系統涵蓋了供應鏈管理、倉儲管理、運輸管理及流程優化等多方面。供應鏈管理是企業生產物流系統的核心，包括原材料和零部件的采購、生產計劃的制定、庫存管理以及與供應商的合作關系管理等。通過合理的供應鏈管理，企業可以實現原材料的準時供應，提高生產效率，降低庫存成本。倉儲管理是企業生產物流系統的重要組成部分，包括倉庫的選址、倉庫布局的設計、庫存管理與倉庫操作流程的優化等。通過有效的倉儲管理，企業可以實現物資的準確存儲和快速取出，提高物資周轉率，降低倉儲成本。運輸管理是企業生產物流系統的另一個重要環節，包括運輸方式的選擇、運輸路線的規劃、運輸安排的優化以及運輸過程的監控等。通過優化運輸管理，企業可以降低運輸成本，提高產品的快速到達率，從而提升客戶滿意度。流程優化是企業生產物流系統的關鍵，包括生產流程和物流流程的優化。通過優化生產流程，企業可以提高生產效率，縮短生產周期；通過優化物流流程，企業可以實現高效、穩定和可控的物資流動。

1.2 企業生產物流系統特點

第一，復雜性。企業生產物流系統涉及多個環節和參與者，包括供應商、生產線、倉儲和物流運輸等，涉及的物流節點和流程眾多，因此具有較高的復雜性。第二，高效性。企業生產物流系統的目標是實現物流過程的高效運作，減少物流成本和時間，并提高生產效率和產品流通速度。第三，靈活性。企業生產物流系統應當具備一定的靈活性，能夠適應市場需求的變化和生產計劃的變動，及時做出相應的調整和安排。第四，信息化。企業生產物流需要通過信息系統實現對物流過程的監控和管理，包括訂單處理、庫存管理、運輸跟蹤等。同時，信息化也能夠提供準確、及時的數據支持，為企業決策提供依據。這些特點在企業的生產物流中發揮著重要的作用，為企業實現生產物流的協同和優化提供了指導和支撐。

2 計算機仿真技術概述

2.1 計算機仿真技術

計算機仿真技術是一種利用計算機模擬和模型構建的方法，用于復制、分析和預測實際系統的行為和性能。該技術可以通過建立虛擬模型來模擬實際系統的運行過程，包括物理、數學、經濟等方面的模型。計算機仿真技術的基本步驟如圖1所示。

圖1 計算機仿真技術的基本步驟

2.2 計算機仿真技術在生產物流中的應用

計算機仿真技術在生產物流中的應用可以幫助企業進行系統化的分析和優化，提高生產和物流過程的效率、可靠性與靈活性。第一，生產過程仿真，建立生產過程的數學模型和仿真系統，分析生產線上的各個環節，識別生產瓶頸和潛在問題，并進行優化。可以通過增加或調整設備、優化工藝流程、調整人員配備等方式，提高生產效率和質量。第二，倉儲布局仿真。建立倉儲布局的仿真模型，評估倉庫容量、流動性和運作效率，并設計出最佳的倉儲物流布局方案。可以通過優化貨物存放位置、貨架布局、揀貨路徑等方式，提高倉庫的存儲和出庫效率。第三，物流運輸仿真，建立物流運輸的仿真模型，評估不同運輸方案的效果，考慮運輸時間、成本和服務水平等指標。可以通過優化運輸路線、調整配送策略和運輸車輛規劃等方式，提高物流運輸的效率和響應能力。第四，供應鏈網絡仿真，建立供應鏈網絡的仿真模型，評估不同供應鏈策略對供應鏈績效的影響，考慮庫存水平、交貨周期、服務水平等指標。可以通過優化供應鏈合作關系、信息共享和資源配置等方式，提高供應鏈的效率和靈活性。第五，運營決策仿真，建立決策支持系統的仿真模型，幫助企業管理人員在面臨不確定性和風險的情況下做出合理的決策。可以通過模擬與比較不同的決策方案，評估其對企業績效的影響，從而選擇最佳的決策方案。

2.3 計算機仿真模型的常用軟件工具

第一，數學模型，根據生產物流系統的特點和規律，利用數學方程描述系統的運行過程，并基于這些方程構建仿真模型。常用的數學模型方法有連續模型、系統動力學模型等。第二，離散事件仿真（DES）軟件，如Arena、Simio、AnyLogic等。這些軟件提供了直觀的圖形界面，可以通過拖放組件和連接來建立仿真模型。用戶可以定義系統的各個部分、各個事件的發生規則、各個處理過程的參數等，進行系統仿真和性能評估。第三，連續仿真軟件，如MATLAB、Simulink、AutoMod等。這類仿真工具主要用于連續運行的生產過程，可以對物流系統進行動態仿真，模擬隨時間變化的各種因素對系統性能的影響。

3 基于計算機仿真技術的企業生產物流系統建模

3.1 AutoMod 仿真

本文基于計算機仿真技術選用AutoMod仿真軟件對企業生產物流系統進行研究。AutoMod是一種流行的計算機仿真軟件，用于模擬和優化企業生產物流系統。該軟件由Applied Materials公司開發，主要用于制造業和物流領域。AutoMod可以通過建立虛擬模型來模擬實際的物流系統，包括供應鏈、生產流程、倉儲管理、運輸調度等環節。該軟件提供了豐富的建模工具和功能模塊，可以靈活地構建復雜的物流模型，并對系統進行仿真和分析。AutoMod可以模擬不同的業務場景和策略，幫助企業決策者評估不同方案的效果，并優化物流系統的性能。AutoMod主要包括4大功能模塊：AutoMod模塊、AutoStat模塊、AutoView模塊以及一些輔助模塊。在實際中，AutoMod通常使用10種模型系統來刻畫實際的生產系統和物流系統的結構，如表1所示。

表1 AutoMod 的10 種子系統

3.2 以S 企業為例建立仿真流程

對S客車企業（以下簡稱“S企業”）裝配線繪制AutoMod仿真流程圖，如圖2所示。

圖2 S 企業轉配線建立AutoMod 仿真流程圖

3.3 S 企業裝配線系統建模

在AutoMod環境下建立資源與材料客車裝配線系統的仿真模型，主要包括Process系統、Conveyor系統和PathMover系統的創建。首先需要創建臨時實體Loads來表示7種不同類型的客車，資源Resources來表示機器或操作工人，Queues來表示隊列。裝配線系統由14個工位組成，每個工位負責不同的安裝內容。根據實際情況，可以為每個工位創建相應的Process對象，并設置加工時間等屬性，同時，將各個工位按照流程連接起來，形成一個完整的總裝配線。在創建Conveyor系統時，應當考慮到物料的流動和傳輸。根據裝配線的布局，可以創建合適的Conveyor對象，并設置其速度、容量等參數，以保證物料能夠在工位之間順利傳送。對于PathMover系統，可以通過創建移載工具來模擬車身的運輸過程。通過設置移載工具的路徑和速度，可以使車身在裝配線上按照預定的路徑進行運輸，并在進入每個工位時停留一段時間進行裝配作業。為了增強仿真結果的可信度，需要進行多次仿真，并考慮不同的環境因素和不確定性。多次運行仿真軟件，得到的結果將更加接近于實際系統的運行情況，提高仿真結果的可信度。

3.4 S 企業裝配線系統仿真與效果分析

3.4.1 仿真

該系統采用物流專業仿真軟件平臺AutoMod進行仿真，并根據長期計劃安排的工作表中的數據設定參數。根據7種車的投產頻率和各工位的加工時間，設置仿真模型的參數。實際系統是8小時工作制，總仿真時間為兩個月，即480小時。在仿真過程中，為了充分考慮不同條件下的運行情況，將每次仿真時間設置為20天（480小時），并運行40次，以覆蓋40種不同的運行條件。使用AutoMod仿真軟件中的AutoStat模塊，可以生成所需的仿真報告。這些報告將提供關于仿真模型運行期間各個工位的運行情況、資源利用率、隊列長度、生產效率等指標的統計結果。通過對仿真報告進行分析，可以評估裝配線系統在不同條件下的性能表現，挖掘潛在的瓶頸和問題，并提出改進方案。該系統將幫助企業優化生產計劃、提高生產效率，并做出更準確的決策。

3.4.2 效果評價

3.4.2.1 資源利用率報告

根據資源利用率報告（見圖3），發現裝配線系統存在資源利用率不平衡的問題。各工位的資源利用率標準方差為28.79%。其中頂上線束工位的資源利用率僅占20%左右，而組合3工位和座椅工位的資源利用率高達93%。這就導致一些工位一直都很忙，但其他工位卻處于空閑狀態，從而使得車輛在繁忙工位等待裝配的時間過長，影響了下線速度。經過修改后的仿真結果，資源利用率更趨于平衡，各工位的資源利用率標準方差為21.04%。表明對資源進行合理調配可以改善資源利用率的平衡性。

圖3 資源利用率報告

3.4.2.2 前后產量分析報告

前后產量分析報告如表2所示。

表2 前后產量分析報告

根據表2的數據，可知原始總裝配線系統在整個仿真期內共下線307輛客車進入綜調車間。而經過改進優化后，下線產量增加到350輛客車，相比之前提高了14%。這意味著整個總裝配的運行效率得到了顯著提高。

4 企業生產物流系統優化建議

4.1 優化生產線布局

合理優化生產線布局，可以提高生產效率、降低生產成本，并減少物料和人員的移動距離，提高整體生產效能。首先，優化生產線布局需要考慮生產設備的合理安排。在生產線的布局中，各個生產設備的位置和排布應該合理，以減少物料運輸的距離和時間。不同設備應盡量緊密排列，并根據生產過程的需要劃分區域，以減少物料運輸的時間和手工操作的頻次。其次，優化生產線布局還需要考慮生產流程的優化。不同生產工序之間的連接應盡量簡潔，以減少生產流程中的等待時間和瓶頸點。可以使用計算機仿真技術對生產流程進行建模和仿真，以優化生產過程并找出最佳的工序排列方式。最后，優化生產線布局還需要考慮人員的合理配備與工作站的設置。根據不同生產工序的特點和工作強度，合理安排人員的工作崗位及數量，以最大限度地提高工作效率。

4.2 優化倉儲布局

優化倉儲布局是企業生產物流系統優化的重要一環。一個合理的倉儲布局能夠提高物流效率、降低儲存成本，并滿足客戶的需求。首先要分析貨物流動路徑，倉庫內貨物的流動路徑決定了倉庫的操作效率。通過分析貨物流動路徑，可以找出瓶頸點，進而優化貨物的流動路徑，提高貨物的出入庫效率。例如，將需求量較大的貨物放置在易于取出的位置，以減少貨物的移動和等待時間。其次要綜合考慮貨物的存儲需求，不同類型的貨物所需的存儲條件不同，如溫度、濕度、防護性等。在倉儲布局中，應該根據貨物的存儲需求，將存儲條件接近的貨物存放在一起，以提高貨物的保鮮度和品質。再次要最大化倉庫空間利用率，合理利用倉庫空間可以減少存儲費用。通過使用智能垂直存儲系統、自動化堆垛機等先進技術，可以最大化地利用倉庫空間，提高存儲密度。最后要采用自動化倉儲設備，自動化倉儲設備可以提高倉庫的操作效率和準確性。自動化揀選系統可以縮短揀貨時間，提高揀貨效率；自動化貨架系統可以提高貨物的存儲密度和倉庫空間利用率。

4.3 優化物流運輸方案

建立高效的物流運輸方案可以提高物流運輸效率，降低物流運輸成本，提升企業的競爭力。在對物流運輸方案進行優化時，需要綜合考慮運輸路徑、運輸工具、運輸方式及運輸管理等因素。首先，企業可以通過分析貨物的流動路徑，確定最優的運輸路徑。考慮貨物來源、目的地及中間節點等因素，選擇最短、最經濟的運輸路徑來降低運輸成本。其次，根據貨物的特性和運輸距離，選擇恰當的運輸工具。例如，對于大批量、遠距離的貨物，可以選擇海運或鐵路運輸；對于緊急、小批量的貨物，可以選擇航空運輸或快遞運輸。最后，根據貨物的特性和運輸需求，選擇合適的運輸方式。例如，對于快速消耗品或易損品，可以選擇定期補貨的零庫存管理模式；對于生產周期較長的產品，可以選擇批量運輸的模式。

4.4 優化供應鏈網絡

一個強大且高效的供應鏈網絡可以幫助企業降低運輸成本、提高交付效率、增強競爭力，并最終使企業實現可持續發展。首先，選擇可靠的供應商與合作伙伴是構建和優化供應鏈網絡的基礎。企業應該評估供應商的質量和交付能力，選擇可靠的供應商與合作伙伴，與其建立長期穩定的合作關系。同時，在優化供應鏈網絡中，彈性是一項重要的策略。企業應該具有快速適應市場變化和需求波動的能力。例如，建立多渠道供應鏈，以滿足不同地區和渠道的需求，或建立靈活的生產制造模式，以便于根據需求進行快速調整。其次，信息流與物流的高度整合可以提高供應鏈網絡的效率和可見性。通過信息技術和物流系統，企業可以實時跟蹤并管理貨物的流動，優化物流運輸和配送過程，減少庫存持有時間和物流成本。最后，優化供應鏈網絡還應考慮環境可持續性。企業可以通過選用綠色運輸方式、減少包裝材料的使用、優化運輸路線等措施，降低對環境的影響，同時還能提升企業形象和品牌價值。優化供應鏈網絡是一個持續改進的過程。企業應該定期審視供應鏈網絡，并根據市場變化和業務需求進行調整和優化。持續的優化可以幫助企業保持競爭優勢并適應不斷變化的市場環境。

5 結 論

隨著全球經濟的發展和市場競爭的加劇，企業對于物流系統的優化與改進變得越來越重要。在當今信息技術高速發展的背景下，計算機仿真技術成為企業優化生產物流系統的有效工具之一。通過對計算機仿真技術的使用，企業能夠模擬物流系統的實際運作過程，分析和評估各種方案，在不同因素和變量的影響下開展實驗，從而得出最佳的生產物流系統設計方案。本文旨在基于計算機仿真技術背景，對企業生產物流系統展開分析，為企業生產物流系統的完善提供理論參考。