6.3.2 物流仿真软件
1.仿真软件的发展与概括
系统仿真技术在汽车、烟草、医药、化工、军事配送、机械、第三方物流、视频、电器、电子等各个行业取得了广泛的应用，且应用贯穿于产品设计、生产过程、销售配送，直到产品寿命结束废弃以及回收阶段，离散事件系统仿真在各行各业的物流管理技术与手段中已取得了不可替代的地位。随着日益增长的技术需求，提供功能强大、方便、灵活、可靠的决策支持工具成为物流软件商的时代使命。自1995年第一个仿真软件问世以来，目前市面已经涌现了多样化的仿真软件。
按照技术出现的时间顺序，可将仿真软件的发展分为六个阶段，即通过程序设计语言、仿真程序包及初级仿真语言、一体化（局部智能化）建模与仿真环境、智能化建模与仿真环境以及支持分布交互仿真的综合仿真环境。
根据动画表现形式，可分为2D类（如：ARENA、eM-Plant、WITNESS、EXTEND）和3D类（Flexsim、AutoMod、RaLC、WITNESS），2D是指动画通过二维平面形式来表现，3D是指动画通过三维立体形式来表现。大多数3D类仿真软件也能在2D形式下表现，例如Flexsim，建模可在2D环境下进行，在2D环境下的建模过程中，自动生成了3D模型，建立3D模型不需另外花费时间。有些2D类仿真软件通过其他的工具辅助也可表现为3D形式，比如EXTEND、WITNESS。根据建模方法，物流仿真软件可分为部件固定类（如：ARENA、WITNESS、EXTEND、AutoMod、RaLC等）和部件开放类（如：Flexsim、eM-Plant等）。本质上，物流仿真软件的建模方法大同小异，都是通过组合预先准备好的部件来建模。其中用户不能够定制部件的软件为部件固定类，用户能够定制部件的软件为部件开放类。部件开放类的仿真软件更具有通用性和扩展性，由于用户定制的部件可被其他用户利用，部件库将会越来越大，从而加快建模速度。
根据仿真软件的来源，可分为普适性类和物流专业类。普适性类仿真软件指该软件不但可以用于物流仿真，而且可以应用到其他行业，EXTEND仿真软件既可用于政府流程、公共事业管理、认知建模和环境保护等仿真模拟，也可以用于工厂设计和布局、供应链管理、物流、生产制造、运营管理等物流行业应用。而专业物流仿真软件则专门针对物流行业应用开发，如Flexsim和Automod。
随着技术的发展进步，物流仿真软件的性能也得到不断地完善和提升。其发展趋势主要体现在以下几个方面：一是动画功能强化趋势。随着计算机处理速度的提高，各仿真软件制造商都在不断提高模型的动画表演功能。特别是20世纪90年代后研制的仿真软件，更是将现代的图像处理技术融入了仿真模型中，可直接将大众化的3D图形文件（如*.3DS、*.VRML、*.DXF和*.STL）调到模型中，进行更直观的3D动画表演。二是附加优化功能的趋势。供需链管理目前正朝着优化和协同两个方向发展，由此带动了供需链系统建模技术的日益完善。建模手段和模型的求解方法愈加丰富，引入了各种新的和改进的优化技术。仿真不是优化工具，它是对提出的方案进行评估的工具。但是仿真和优化相结合的情况越来越多。在仿真系统中，可以利用优化功能求出最佳的参数或逻辑。应用于仿真软件中的优化工具有OptQuest，许多仿真软件把OptQuest作为可选项，但也有个别的仿真软件（如Flexsim）将OptQuest同捆于软件之中。三是与其他工具（系统）的连接趋势。最新的仿真软件可与ERP系统、仓库管理系统、实时数据管理系统等相连接。在ERP系统、仓库管理系统、实时数据管理系统中设置若干个数据采集点，这些数据实时地被提供给仿真系统，达到实时仿真的效果。四是网络化趋势。随着物流供需链的发展，使得物理上供应链的分布越来越分散，越来越网络化，这使得仿真建模不能仅仅局限在定点，静态的方式下，需要网络化的发展，Internet条件下的供需链建模和仿真的研究已经迫在眉睫。
随着计算机技术的发展和新的建模方法、建模手段的产生，物流仿真软件也将逐渐完善并更广泛地应用到物流系统设计、规划当中，取得更多的成果。
2.Flexsim仿真软件
Flexsim是由美国的Flexsim Software Production公司出品的一款商业化离散事件系统仿真软件。Flexsim是目前最新的采用了VR技术的三维仿真软件，不仅带有强大的数据统计分析功能，还有强大的三维显示功能。
它的实际应用非常广泛，主要适用于：
（1）服务问题。
客户至上是当今商家最为重要的准则，但是企业的运作还必须考虑成本。满足客户服务和降低服务成本这两个相互矛盾的目标往往使人们无所适从。为了寻求最佳的解决方案，可以考虑运用系统仿真技术。通过系统仿真建立客户服务模型，然后为系统制定各种不同的服务水平和成本指标，运行仿真模型比较不同指标的输出，从中找到最佳方案。
（2）制造问题。
制造过程最为关注的是，要在恰当的时间制造出恰当的产品，同时又要力求成本最低。这三个目标之间同样是相互矛盾的。为了解决这一难题，也可以运用系统仿真的方法，通过建立制造系统的模型，运行不同参数下的各种系统方案，进行比较。
（3）物流问题。
现代物流要求在规定时间内把适当的产品送至指定的地点，同时尽可能降低运送成本。这也是一个复杂的多目标系统问题，需要通过系统仿真来分析解决。
归结起来，凡是属于排队系统问题、库存系统问题和网络系统问题的都可以用Flexsim通过建模仿真来进行分析解决。Flexsim所研究的对象多是复杂的多目标系统。Flexsim将众多目标的不同参数组合的运行结果输出后供分析者比较，选取较优的参数组合。由于Flexsim提供了逼真的图形动画显示、完整的运作绩效报告，因此可以在比较短的时间内对各种方案的优劣进行比较，同时对预选的各种方案进行评估。
Flexsim仿真模型的基本组成。
（1）Objects实体。
Flexsim实体包括资源类实体（Fixed Resource）、执行类实体（Task Executer）、网络类实体（Node）、图示类实体（Visual Object）。
资源类实体：资源类对象一般是仿真模型中的主干对象，此类对象决定了模型的流程。
执行类实体：执行类对象可从固定资源对象中获取并执行任务。一个执行类对象可以向其他执行类对象指派任务，或者管理模型中所有的执行类对象。
网络类实体：网络类对象一般用来设定Task Executer对象的行动路线。
图示类实体：图示类对象可用在仿真模型中显示各种信息、标识、图片或图表等。
临时实体：临时实体是那些在模型系统中移动通过的实体。临时实体可以代表零件、托盘、组装部件、纸张、集装箱、人、电话呼叫、订单或任何移动通过你正在仿真的过程的对象。临时实体可以被加工，也可以被物料运输资源携带通过系统。在Flexsim中，临时实体产生于一个发生器实体。一旦临时实体从模型系统中通过，它们就被送至吸收器实体。
（2）Connection实体。
Flexsim中通过对象之间的连接定义仿真模型的流程，模型中对象之间是通过端口来连接的，每个对象通过端口与其他对象进行通信。每个Flexsim的对象都可有多个端口，没有数量限制。端口可分为输入端口、输出端口和中心端口三种类型。
输入端口（input ports）：用于完成资源类实体之间的连接。
输出端口（output ports）：用于完成资源类实体之间的连接。
中间端口（center ports）：用于完成执行类实体与资源类实体之间的连接。
（3）Methods方法集。
每个对象都具有不同的功能，这些功能确定对象的运行方式，这些不同的功能在Flexsim中被称为方法，方法集是完成一项任务的一系列规则集。Flexsim采用一系列方法集来完成所建模型的作业。
Arrival Method：决定迁移实体的产生和到达模式。(https://www.daowen.com)
Trigger Method：确定迁移实体的流动的信息内容，信息传递目标对象和传递时间等。
Flow Method：决定迁移实体的流向、流动方式和流动时间。
Navigation Method：决定3D视图的导航以及空间飞行模式。
Flow Item Bin Method：定义迁移实体的属性。
Task Executer Move Method：决定迁移实体如何从一个固定资源流向另一固定资源。
以下是Flexsim仿真平台建模特点。
Flexsim具有如下特点：
（1）面向对象。
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。每一个对象都有一个坐标、速度，旋转以及一个动态行为。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。这些对象的参数可以把任何制造业、物料处理和业务流程中的快速、轻易、高效建模的主要特征描述出来。
Flexsim中的对象参数可以表示几乎所有存在的实物对象。像机器、操作员、传送带、叉车、仓库、交通灯、储罐、箱子、托盘、集装箱等等都可以用Flexsim中的模型表示，同时数据信息也可以轻松地用Flexsim丰富的模型库表示出来。
Flexsim也允许用户建立自己的模拟对象，用户可以自行建立自己特殊的对象，一旦建立完成，其他用户便可以共享这些对象而无须重新建立。
（2）层次结构。
运用Flexsim所建立的仿真模型具有层次结构。在组建客户对象的时候，每一组件都使用继承的方法，在建模中使用继承结构可以有效地节省开发时间，建模时可以充分利用Microsoft Visual C++的层次体系特性。
（3）可重用性。
由于Flexsim中的对象都是开放的，因此这些对象可以在不同的用户、库和模型之间进行交换，可以在对象中根据自己的想法改变已经存在的代码，删除不需要的代码，甚至还可以创建全新的对象。不论是已设定的还是新创建的对象都可以放入库中，而且可以应用在别的模型中。由于对象的高度可自定义性，可以大大提高建模的速度。当用户自定义的对象加入库中时，就可以非常方便地在别的模型中使用该对象。可定制化和可重用性可以显著扩展对象和模型的生命周期。
（4）可视化。
Flexsim的虚拟现实动画以及模型浏览窗口可以把所有实时的虚拟现实图形整合在模型输出窗口。其内置的虚拟现实浏览窗口，可以添加光源、雾以及虚拟现实立体技术。为方便实际演示还可定义“Fly-Through”（三维视角的空间路径）可以将不同视角的模型运行状态实时显示出来，并且可以通过内置的AVI录制器快速生成AVI文件来记录仿真过程。
以下是Flexsim仿真建模的基本步骤。
Flexsim仿真建模的基本步骤为五大步：
（1）设置布局：根据建模前设计好的物理系统，将对象从“对象库”中拖到仿真视图窗口中的适当位置。
（2）定义“流”：根据对象之间的逻辑关系，连接相应端口，构建仿真模型的逻辑流程。
（3）参数设定：根据每个对象所要描述的物理系统的特征，设定对象的参数。
（4）运行模型：先编译模型，然后重新设置并运行此模型。
（5）仿真结果分析：Flexsim是一个实时的仿真软件，在仿真过程中，用户可以对每个对象进行操作，检测其当前的状态。
3.Automod仿真软件
Automod是目前市面上比较成熟的三维物流仿真软件，由美国Autosimulation公司的Brooks软件部门开发，主要特点：基于发展策略运算法则的最优化分析，用户为得到更好的模型来定义输出审核，多CPU并行计算等。主要包括了三大模块：AutoMod、AutoStat和AutoView。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（辊道、链式），自动化存取系统（立体仓库、堆垛机），基于路径的移动设备（AGV等），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，如叉车或托盘的运动。AutoView可以提供动态的场景描述和灵活的显示方式。
4.eM-Plant仿真软件
eM-Plant（原名SIMPLE++）是美国Tecnomatix公司的一个生产过程仿真软件系统，可以对各种规模的工厂和生产线，包括大规模的跨国企业，建模、仿真和优化生产系统，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链，以便于承接不同大小的订单与混合产品的生产错误。
在规划阶段可通过eM-Plant分析全厂的设施规划方案选择、设备投资评估、暂存区、生产线平衡、瓶颈分析、派工模拟及产能分析模拟及企业再造等模拟分析。基本上与Witness和Factor/AIM一样，同样属于平面离散系统生产线仿真器。eM-Plant具有周边的机器人仿真器群，可与CAD、CAPE、ERP、DB等软件之间实时通信。与周边的机器人仿真器群之间产生强有力的关联，面向大型制造业领域的仿真群中，和Delmia公司实力相当。其主要目的是整体系统的优化等，主要与周边系统联合起来灵活使用。但是价格昂贵，从周边工具群的联合中脱离出来单独使用时，缺乏魅力。
eM-Plant使用面向对象的技术和可以自定义的目标库来创建具有良好结构的层次化仿真模型，这种模型包括供应链、生产资源、控制策略、生产过程、商务过程。用户通过扩展的分析工具、统计数据和图表来评估不同解决方案并在生产计划的早期阶段做出迅速而可靠的决策。
主要特点：可裁剪工厂模块；与CAD、CAPE、ERP和数据库系统实时通信和集成；客户化用户接口；使用遗传算法（genetic algorithms）对系统参数进行自动优化；适合于专用加工应用如白车身车间、喷漆车间、工作车间的应用对象库；在面向对象的用户环境中建立、更新和维护模型；可重复使用的工程模型等。
5.Witness仿真软件
Witness是英国Lanner集团（LannerGroup）集数十年系统witness仿真经验开发出的面向工业系统、商业系统流程的动态系统建模，是世界上在该领域上的主流witness仿真软件，也是当今世界上可视化交互型仿真软件中的佼佼者，主要是针对离散事件系统。Witness仿真技术作为一门独立的学科已经有50多年的历史，它不仅用于航天、航空、各种武器系统的研制部门，而且已经广泛应用于电力、交通运输、通信、化工、核能等各个领域。