軟件仿真技術(shù)是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)世界的技術(shù)。它可以在不影響實(shí)際生產(chǎn)和無(wú)需實(shí)際投入大量資源進(jìn)行試驗(yàn)情況下，幫助決策者觀察整個(gè)系統(tǒng)并評(píng)估不同決策對(duì)系統(tǒng)性能的影響。該技術(shù)具有成本低、靈活性高、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為解決生產(chǎn)線物流系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題的強(qiáng)大工具[3]。

因此，本文面向生產(chǎn)線物流系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)軟件仿真技術(shù)進(jìn)行全面梳理，并深入探討不同物流仿真軟件的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域以及它們?cè)谏a(chǎn)線物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)與管控過(guò)程中的實(shí)踐范式。通過(guò)對(duì)這些技術(shù)的深入分析，有助于更好地把握制造業(yè)和物流技術(shù)的發(fā)展脈搏，為構(gòu)建更靈活、高效的生產(chǎn)線物流系統(tǒng)提供有力支持。

1軟件仿真技術(shù)概述

1.1仿真技術(shù)發(fā)展歷程

在20世紀(jì)初，仿真技術(shù)已在水域等方面進(jìn)行了初步應(yīng)用。隨后在40～50年代，航空航天技術(shù)和原子能技術(shù)的發(fā)展再一次推動(dòng)了仿真技術(shù)的進(jìn)步。而60年代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展為仿真技術(shù)提供先進(jìn)的工具，進(jìn)一步推動(dòng)了仿真技術(shù)的進(jìn)步。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)，推動(dòng)了新的信息技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而計(jì)算機(jī)硬件和信息處理技術(shù)的突飛猛進(jìn)，又使得計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的速度不斷加快，出現(xiàn)了嵌入式仿真、分布式仿真、高性能仿真等[4]?，F(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)仿真軟件作為一種通用工具，已成為解決現(xiàn)實(shí)情況中復(fù)雜NP難問(wèn)題的常用方法。

1.2生產(chǎn)物流軟件仿真

計(jì)算機(jī)軟件仿真技術(shù)已成為物流企業(yè)科技化管理和智能化分析的關(guān)鍵手段。軟件仿真技術(shù)的核心是將研究對(duì)象模型化，并將整個(gè)物流過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)分，通過(guò)對(duì)不同環(huán)節(jié)的分別研究來(lái)完成對(duì)整個(gè)物流系統(tǒng)的綜合分析，從而能夠較為直觀地體現(xiàn)出評(píng)估對(duì)象系統(tǒng)（倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)以及配送中心等方面）的整體能力。因此，軟件仿真技術(shù)能夠?qū)ιa(chǎn)線中的生產(chǎn)過(guò)程、倉(cāng)儲(chǔ)布局、物流運(yùn)輸、供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營(yíng)決策進(jìn)行仿真，有助于系統(tǒng)地規(guī)劃、設(shè)計(jì)、評(píng)估與改進(jìn)生產(chǎn)線物流系統(tǒng)，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和靈活性。

1.3常用物流仿真軟件

由于物流仿真過(guò)程中的側(cè)重點(diǎn)不同，不同國(guó)家、公司針對(duì)不同應(yīng)用背景和發(fā)展階段，推出了許多物流仿真軟件，如美國(guó)的Flex Sim物流仿真軟件、英國(guó)的Witness工業(yè)工程仿真軟件、德國(guó)的e M-Plant生產(chǎn)系統(tǒng)仿真軟件。上述軟件在生產(chǎn)線物流仿真中各有較廣泛應(yīng)用。因此，本文將基于這三款仿真軟件，研究面向生產(chǎn)線物流系統(tǒng)優(yōu)化的軟件仿真技術(shù)。

2軟件仿真技術(shù)

2.1基于Flex Sim的軟件仿真技術(shù)

Flex Sim是美國(guó)Flex Sim Software Production公司開(kāi)發(fā)的一款專門(mén)針對(duì)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的三維仿真軟件。因其具有多樣化的模型資源庫(kù)、層次化軟件結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)思路，F(xiàn)lex Sim可實(shí)現(xiàn)離散事件系統(tǒng)建模、生產(chǎn)線作業(yè)仿真以及業(yè)務(wù)流程可視化。該軟件可用于生產(chǎn)線優(yōu)化、物流系統(tǒng)規(guī)劃以及供應(yīng)鏈管理，幫助預(yù)測(cè)生產(chǎn)線瓶頸及產(chǎn)能問(wèn)題，進(jìn)而制定有效的解決方案；在優(yōu)化生產(chǎn)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，幫助企業(yè)在物流管控方面做出更高效的決策，從而降低生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)效率。

利用Flex Sim優(yōu)化生產(chǎn)資源配置。文獻(xiàn)[5-7][5-7][5-7]利用Flex Sim軟件構(gòu)建了仿真模型，通過(guò)大量仿真實(shí)驗(yàn)確定了生產(chǎn)線中最優(yōu)機(jī)器人配置數(shù)量方案，在保證方案合理性的同時(shí)提高系統(tǒng)效率。同時(shí)，國(guó)外研究人員也利用Flex Sim獲得單位時(shí)間的最優(yōu)產(chǎn)出結(jié)果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)工藝時(shí)間與生產(chǎn)目標(biāo)數(shù)量的最優(yōu)配置[8]。

利用Flex Sim優(yōu)化流程/布局設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[9]基于自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)物流系統(tǒng)的Flex Sim仿真模型，設(shè)計(jì)了物流節(jié)拍，驗(yàn)證了設(shè)備利用率。文獻(xiàn)[10]在涂裝車(chē)間輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用Flex Sim實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的最優(yōu)規(guī)劃。

利用Flex Sim優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)劃/調(diào)度。文獻(xiàn)[11]基于倉(cāng)儲(chǔ)物品入庫(kù)的Flex Sim仿真模型，改進(jìn)倉(cāng)儲(chǔ)入庫(kù)策略，為真正倉(cāng)儲(chǔ)入庫(kù)系統(tǒng)的建立提供實(shí)質(zhì)性指導(dǎo)。文獻(xiàn)[12]基于Flex Sim建立了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)模型，通過(guò)改進(jìn)AGV調(diào)度和路徑規(guī)劃策略，提高了系統(tǒng)作業(yè)效率。

此外，文獻(xiàn)[13]基于Flex Sim開(kāi)發(fā)了一種自定義參數(shù)的四向穿梭車(chē)三維自動(dòng)建模系統(tǒng)，提高了建模的效率和方便性，降低了Flex Sim的使用難度，擴(kuò)展了其在智能制造仿真中的應(yīng)用。

2.2基于Witness的軟件仿真技術(shù)

Witness(SDX）是英國(guó)Lanner集團(tuán)根據(jù)數(shù)十年系統(tǒng)仿真經(jīng)驗(yàn)所開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)營(yíng)仿真平臺(tái)。它是一款面向工業(yè)/商業(yè)系統(tǒng)流程的離散型動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模與仿真軟件。Witness集成了高度逼真的三維圖形、仿真技術(shù)以及強(qiáng)大的仿真引擎，可將二維的工業(yè)流程仿真模型快速地生成三維逼真的虛擬生產(chǎn)場(chǎng)景。

利用Witness優(yōu)化生產(chǎn)資源配置。文獻(xiàn)[14]以機(jī)加車(chē)間單元物流系統(tǒng)規(guī)劃為例，利用Witness仿真模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為生產(chǎn)線設(shè)備資源配置提供量化依據(jù)。文獻(xiàn)[15]使用Witness軟件分析了企業(yè)生產(chǎn)車(chē)間的物流人員配置，為優(yōu)化車(chē)間物流人員提供了參考。

利用Witness優(yōu)化流程/布局設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[16]利用Witness驗(yàn)證了軸承廠生產(chǎn)物流系統(tǒng)優(yōu)化措施的有效性。文獻(xiàn)[17]利用Witness調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化鋼鐵企業(yè)BF-BOF區(qū)域生產(chǎn)過(guò)程。

利用Witness優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)劃/調(diào)度。文獻(xiàn)[18]使用Witness優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)物流運(yùn)輸路徑方案，以提高生產(chǎn)物流效率和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。文獻(xiàn)[19]采用Witness研究了逆向物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、模型優(yōu)化及策略制定，對(duì)企業(yè)建立逆向物流提供了幫助。

此外，文獻(xiàn)[20]基于Witness模型仿真驗(yàn)證了表面貼裝生產(chǎn)線的維修策略對(duì)每臺(tái)機(jī)器可用性和系統(tǒng)可用性的影響，確定了最優(yōu)的維修策略。

2.3基于e M-Plant的軟件仿真技術(shù)

e M-plant是一款由Aesop、Tecnomatix和KG公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)流程與物料搬運(yùn)系統(tǒng)仿真軟件，能對(duì)生產(chǎn)線物流系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，幫助用戶識(shí)別生產(chǎn)線瓶頸、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程并提高生產(chǎn)效率。e M-plant軟件具有強(qiáng)大的建模能力、直觀的用戶界面、豐富的分析工具以及高度的可定制性，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線規(guī)劃、物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃生成及調(diào)度優(yōu)化。

利用e M-plant優(yōu)化生產(chǎn)資源配置。文獻(xiàn)[21]基于e M-plant仿真模型分析線體緩存數(shù)量與產(chǎn)能的關(guān)系，供前期規(guī)劃人員參考。文獻(xiàn)[22]利用e M-plant分析汽車(chē)公司裝配車(chē)間的生產(chǎn)節(jié)拍與AGV數(shù)量、速度的匹配關(guān)系，得出合適的AGV配置，并優(yōu)化配送流程。

利用e M-plant優(yōu)化流程/布局設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[23]基于e M-plant構(gòu)建了虛擬倉(cāng)儲(chǔ)物流作業(yè)系統(tǒng)，驗(yàn)證了調(diào)度系統(tǒng)的可行性。文獻(xiàn)[24]利用e M-plant軟件進(jìn)行了某乘用車(chē)沖壓車(chē)間生產(chǎn)物流流程的仿真模擬，為實(shí)際物流運(yùn)轉(zhuǎn)工作提供了方案基礎(chǔ)。

利用e M-plant優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)劃/調(diào)度。文獻(xiàn)[25]使用e M-plant分析多種消防車(chē)的應(yīng)急調(diào)度調(diào)度策略的應(yīng)急效率，提高了消防車(chē)的應(yīng)急性能。文獻(xiàn)[26]針對(duì)軍工行業(yè)彈藥生產(chǎn)問(wèn)題，利用e M-plant軟件構(gòu)建仿真模型，優(yōu)化車(chē)間布局和AGV路徑，確定最優(yōu)配送方案。

此外，在企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)線改造或增加生產(chǎn)設(shè)備前，先通過(guò)e M-plant對(duì)調(diào)整后的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行建模仿真，預(yù)先發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線改造過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，從而降低企業(yè)的生產(chǎn)線改造或設(shè)備購(gòu)置成本[27]。

2.4其他軟件仿真技術(shù)

除了上述三種典型物流仿真軟件，還有其他一些軟件也被應(yīng)用于生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真中。例如，文獻(xiàn)[28]通過(guò)Auto Mod優(yōu)化了自動(dòng)化物流系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，加速了智能化物流系統(tǒng)發(fā)展。文獻(xiàn)[29]基于Anylogic軟件構(gòu)建了AGV運(yùn)行仿真環(huán)境，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了物料路徑規(guī)劃的優(yōu)化方案，確定了最優(yōu)料車(chē)選型、AGV數(shù)量配置和速度設(shè)置，降低了物流系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)工作效率。文獻(xiàn)[30]利用Demo3D軟件建立了AGV系統(tǒng)、輸送線、AS/RS系統(tǒng)等設(shè)備模型，組成了整個(gè)卷煙成品配送物流系統(tǒng)，通過(guò)仿真分析評(píng)估了AGV系統(tǒng)的可行性。

3結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)生產(chǎn)線物流系統(tǒng)優(yōu)化的軟件仿真技術(shù)進(jìn)行了文獻(xiàn)綜述，探討了常用物流仿真軟件的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域以及它們?cè)谏a(chǎn)線物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)與管控過(guò)程中的實(shí)踐范式，分別從生產(chǎn)資源配置、流程/布局設(shè)計(jì)、系統(tǒng)規(guī)劃/調(diào)度等方面開(kāi)展了軟件仿真技術(shù)研究總結(jié)與分析。針對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)研究的局限性，今后研究工作可從以下方面展開(kāi)：

1）使仿真更接近實(shí)際。

現(xiàn)有文獻(xiàn)為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，經(jīng)?；诩僭O(shè)條件進(jìn)行建模仿真，忽略了實(shí)際過(guò)程中的隨機(jī)干擾等因素，導(dǎo)致仿真模型與實(shí)際系統(tǒng)之間存在差異。

2）考慮問(wèn)題間耦合性。

現(xiàn)有研究只針對(duì)某一兩類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行建模仿真，而多類(lèi)問(wèn)題之間通常存在耦合，需要同時(shí)考慮它們的相互影響。

3）仿真和優(yōu)化方法融合。

仿真方法和其他優(yōu)化方法單獨(dú)使用時(shí)都可能存在一定的局限性，因此，可融合仿真方法和其他優(yōu)化方法的各自優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建求解復(fù)雜問(wèn)題的綜合仿真優(yōu)化方法。