主流物流仿真软件分析与比较.docx
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主流物流仿真软件分析与比较
5物流系统仿真软件
5.1仿真软件的发展与应用概括
随着物流仿真在我国物流行业中的发展，物流仿真技术及软件实现的重要性日益突出。
物流软件的开发起源于20世纪80年代，现阶段常用的物流仿真软件主要来自美国，也有部分仿真软件来自欧洲。
物流仿真软件是对商业物流进行建模、分析、可视化控制的强大工具，可以帮助企业规划和实施可靠的物流和制造解决方案，减少投资风险、减低运营成本，同时也是培训人员的有力手段。
使用物流仿真软件一个最大的优点是，不需实际安装设备，不需实际实施方案即可验证设备的导入效果和比较各种方案的优劣。
在工程建设或设备配置的计划阶段发现和解决问题，因此，它对降低整个物流投资成本起到不可缺少的作用[6]。
物流仿真软件在很多发达国家发展很快，一些大型的国际企业，甚至当地的中小型企业都已经采用了相应的仿真软件，并在应用中取得了很好的效果和经济效益。
在我国，集成化物流规划设计仿真技术的研发目前还处在起步阶段。
从2001年开始，山东大学和同济大学开始了相关领城的预研工作，但目前还未见到研发出的实际软件产品。
很多企业对于物流仿真软件的特点还不十分了解。
仿真软件开发在国内的发展，还需时日。
随着计算机技术和仿真技术的发展，目前有很多物流仿真软件可供选择。
物流仿真软件有不同的分类方法。
根据软件结构形式，物流仿真软件可分成结构性（Hierarchical）和分散式（DiscreteManufacturing）两大类型。
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是指动画表现形式为二维平面形式，3D是指动画表现形式为三维立体形式。
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类仿真软件通过其它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它用户利用，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的完善和提升。
其发展趋势主要体现在以下个方面：
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到了仿真模型中，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其最佳的参数或逻辑。
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同梱于软件之中。
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，这些数据实时地提供给仿真系统，达到实时仿真的效果。
四是网络化趋势[7]。
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己经迫在眉睫。
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。
5.2物流仿真软件介绍
随着软件工程、计算机仿真技术、人工智能及虚拟现实等信息技术的发展，仿真软件业日益丰富和趋于完善。
下面介绍一些比较常见的物流仿真软件。
5.2.1Flexsim仿真软件
5.2.1.1简介
Flexsim是由美国的FlexsimSoftwareProduction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[9]。
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。
5.2.1.2Flexsim仿真模型基本组成
（1）Objects实体
Flexsim实体包括资源类实体（FixedResource）、执行类实体（TaskExecuter）、网络类实体（Node）、图示类实体（VisualObject）。
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TaskExecuter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到通过的实体。
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。
图5.1是Flexsim提供的基本对象。
（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它对象进行通信。
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（inputports）：
用于完成资源类实体之间的连接。
输出端口（outputports）：
用于完成资源类实体之间的连接。
中间端口（centerports）：
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。
ArrivalMethod：
决定迁移实体的产生和到达模式。
TriggerMethod：
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。
FlowMethod：
决定迁移实体的流向、流动方式和流动时间。
NavigationMethod：
决定3D视图的导航以及空间飞行模式。
FlowItemBinMethod：
定义迁移实体的属性。
TaskExecuterMoveMethod：
决定迁移实体如何从一个固定资源流向另一固定资源。
图5.1Flexsim提供的基本对象
5.2.1.3Flexsim仿真平台建模特点
本章仿真建模所使用的仿真建模平台Flexsim，是一种应用于建模、仿真以及实现业务流程可视化的、面向对象的离散事件通用仿真平台软件。
作为一种三维可视化仿真软件包，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需重新建立。
（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MicrosoftVisualC++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，就可以非常方便的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。
5.2.1.4Flexsim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，连接相应的端口，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。
5.2.2RaLC（乐龙）仿真软件
RaLC系列仿真软件是由日本人工智能服务株式会社独立开发的拥有自主知识产权的物流仿真软件，上海乐龙人工智能软件有限公司为其在华独资子公司。
RaLC系列仿真软件，集现代物流技术、人工智能、3D图像、数据处理和计算机仿真等技术为一体，专门服务于物流行业和工业工程领域，处于国际领先水平。
其主要功能与特点如下[10]。
（1）建模简单直观。
RaLC系列仿真软件完全中文化界面，点击按钮即可在三维立体画面上显示出的对象物体，通过对这些对象物体的配置来进行设计，对各个对象物体的形状和规格，即使在仿真执行中也很容易可设置其属性，可以非常直观且简单的建模。
使用的时候，不需要复杂的知识。
由于仿真结果以动作日志形式排出，所以可以自由进行分析。
作为简单的建模操作与三维立体动画模型，是破例的低价格，独一无二的高性价比（CostPerformance）。
作为软件包其魅力十足，将系统仿真领域的应用纳入视野，提供解决方案服务。
这一点则是其最大的优点。
（2）个性化服务。
RaLC系列仿真软件可对每一个用户的个性化需求提供个性化服务。
用户独创性机器设备可以与模型整合，人工作业功能的作业管理器也独具特色，如，对于“分拣、验货、包装、搬运”等一系列作业，用户既可以让多数人来分担，又可以使工人互相协助，或设定作业优先度等。
仅仅在选用内设菜单选项即可简单完成这些复杂的作业运行，不需要任何复杂编程，且附带有能自动生成最短行进路径的智能化功能，比如，只要给出存货位置数据和分拣指令，作业员就会走向指令产品的放置位置去拣货。
即使货位数据当场发生变化，作业员也能立即去适应，当布局和货位每发生变化时，行走路径的设置上不必花费太多时间就能极其简单地进行多方面的验证。
基于此功能，也可以在没有传送带和自动立体仓库等机器设备的平置型仓库的人员模拟操作中灵活使用，效果很好。
（3）交互性好。
RaLC系列仿真软件是专业面向物流的3D动画仿真软件系统，利用RaLC可以把现有的或正在规划中的物流配送中心或工厂在计算机系统中建成虚拟的3D动画模型，以实现一种以3D动画为载体，集作业人员、搬运设备、货物、控制系统、数据信息合为一体的系统仿真平台，3D动画模型具体、形象、生动，可非常真实地表现整个物流系统，为物流中心的规划建设和改善提供有效的可视化手段。
由于软件采用视窗操作、功能模块直接拖放使用，对使用者的计算机能力要求不太高，在短时间内就可熟练掌握。
总之，RaLC系列仿真软件采取模块化设计理念，注重数据分析，提供直观结果，以创造利润和产业化为根本目标，具有易学易用、快速建模、专业实用、性价比高等特点。
5.2.3eM-Plant仿真软件
eM-Plant（原名SIMPLE++）是美国Tecnomatix公司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和产品的生产[10]。
在规划阶段可通过eM-Plant分析全厂之设施规划方案选择、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有强有力的关联，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的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讯和集成；客户化用户接口；使用遗传算法（geneticalgorithms）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。
5.2.4Witness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、核能各个领域。
特别是，近20年来，随着系统工程与科学的迅速发展，witness仿真技术已从传统的工程领域扩展到非工程领域，因而在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育训练系统也得到了广泛的应用。
witness仿真技术正是从其广泛的应用中获得了日益强大的生命力，而witness仿真技术的的发展反过来使其得到越来越广泛的应用[10]。
在系统的规划、设计、运行、分析及改造的各个阶段，witness仿真技术都可以发挥重要作用。
随着人类所研究的对象规模日益庞大，结构日益复杂，仅仅依靠人的经验及传统的技术难于满足越来越高的要求。
基于现代计算机及其网络的witness仿真技术，不但能提高效率，缩短研究开发周期，减少训练时间，不受环境及气候限制，而且对保证安全、节约开支、提高质量尤其具有突出的功效。
witness的应用范围非常广泛，如物流、汽车工业、化学工业、电子、航空、工程、食物、造纸、银行及金融、政府和交通等。
无论在制造业或服务业，都可以使用该witness仿真平台建立自己流程的witness仿真模型，witness仿真模型是工厂或流程的真实表示，基于此的witness仿真试验可以较准确的进行工厂或流程的行为预测。
witness仿真提供给用户基于决策的更大的幅度和深度的信息，它不仅仅是一个优化的工具。
它能处理复杂的大的系统，即使是整个工厂。
另外，witness仿真通过快速改变模型逻辑和数据支持灵敏度分析。
Witness操作简单，在低配置计算机上也完全可以灵活使用，是生产线仿真器的老字号，其完备的基本仿真功能和处理优势，一直是大家所公认的。
作为可选项，还具备了三维立体显示功能（VR），扩大了其适用范围，不过三维立体显示功能是后来添加的可选项，所以不适合模型从大致轮廓的概念设计开始依次建构下去的动态过程中使用。
Witness的功能包括投资项目评估、现有设备改进、参数变化管理等，模型可分阶段建立，而且在模型运行时可随时改变。
Witness仿真软件功能简介如下。
（1）工业（商业）系统流程的动态建模与运行witness仿真。
Witness软件提供了大量的描述工业系统的模型元素，如生产线上的加工中心，传送设备、缓冲存贮装置等，以及逻辑控制元素，如流程的倒班机制，事件发生的时间序列，统计分布等，用户可方便的使用这些模型元素建立起工业系统的运行的逻辑描述。
通过其内置的witness仿真引擎，可快速的进行模型的运行witness仿真，展示流程的运行规律。
进一步，在整个建模与witness仿真过程中，用户可根据不通阶段的witness仿真结果，随时的修改系统模型，如添加和删除必要的模型元素，动态的提高模型的精度。
可方便的设计与测试新设计的工厂和流程方案，平衡服务与花费，简化换班模式，评测可选的设计方案。
（2）流程的witness仿真动态演示。
Witness仿真软件提供了直观的流程运行的动态的动画展示，使用户清楚和直观地了解系统的运行过程，通过其Fastbuild功能，可快速生成系统模型元素的三维立体表示，可展示系统模型在三维空间的运行效果。
（3）流程环节的灵敏度分析。
Witness软件内置强大的仿真引擎，及模型元素运行状态的多种表示方法，如饼图，柱图等，可使用户实时的看到系统模型各个部分的运行状态，如忙闲等，清楚地展示出流程中的拥堵环节，找出问题所在，为系统的优化设计提供重要的依据。
（4）方便的图形界面操作功能，如多窗口显示，‘Drag&drop’便捷的拖拉建模方法，多种witness仿真结果的报表及图示。
（5）强大的建模功能模组，层次建模策略，可定制的模型组件库。
Witness提供的系统建模元素主要有：
属性元素（Attributes），缓冲与库存元素（Buffer），运送设备元素（Carrier）,传送设备元素（Conveyors）,描述时间发生规律的统计分布元素（Distributors）等三十多个。
进一步，Witness还允许用户定制自己领域独特的建模元素。
（6）Witness软件是采用面向对象的建模机制，为了是用户更方便和细致的建立和描述自己的系统模型和模型的行为，提供了丰富的模型运行规则和属性描述函数库。
Witness仿真软件提供了一千多个描述模型运行规则和属性描述函数，其中包括系统公用的函数，与建模元素行为有关的规则与属性函数，与witness仿真时间触发特性相关的函数等。
考虑到用户领域问题的独特性，Witness还专门提供了用户自定义函数的描述功能，使得用户可方便的定制自己的系统。
（7）由于用户的流程数据往往存储在数据库或其他文件系统中，为了能方便的引用这些数据，Witness仿真软件,提供了与其他系统相集成的功能，如直接读写excel表，与ODBC数据库驱动相连接，输入描述建模元素外观特征的多种CAD图形格式文件如：
jpg,gif,wmf,dxf,bmp等。
（8）与FactoryCAD系统的集成。
在FcatoryCAD中以SDX（SimulationDataeXchange）的文件格式输出系统工艺流程的属性数据，如加工中心的加工循环时间，物料搬运设备的使用效率经济性指标等。
WITNESS的SDX功能可使用户从FactoryCAD系统里输出的信息的转化为Witnesswitness仿真模型。
包括在Witness里自动建立布局图表，使用这些数据建立Witness路径选择，选项包括部件类型图标的设置，机床类型和传送带表示和改变颜色、缩放比例、改变位置和许多其它的等，这个重要的预设置也允许一套自动报告选项位置被定义。
因此，从SDX文件，一个完整的工作模型被建立。
使用Witness平台的收益：
评估装备与流程设计的多种可能性；提高工厂与资源的运行效率；减少库存；缩短产品上市时间； 提高生产线产量； 优化资本投资。
在一个小的增长阶段内，模型能被建立和测试，大大简化了模型构造，提供了识别逻辑错误的能力，使得模型更可靠。
在运行时，模型能在任何时候改变，更改能被立即合并，引导更快速地建立模型。
5.2.5SIMAnimation仿真软件
SIMAnimation是美国3i公司设计开发的集成化物流仿真软件。
SIMAnimation使用的是先进的基于图像的仿真语言，这种语言可以简化仿真模型的创建。
由于采用OOP编程方法，仿真系统可以非常简单地创建模型。
许多的先进软件工具都合成为一种语言，包括布局编辑器，完全的二维和三维的动画，曲线拟合，路线优化软件，试
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