基于计算机仿真技术的企业生产物流系统优化研究

卢步

摘 要：结合企业生产物流系统优化需求，本文提出了基于计算机仿真技术的物流系统优化方法，对系统仿真建模原理、软件选择和建模过程展开了分析。结合企业生产实例对物流系统仿真优化问题进行探讨，可以发现采用witness软件对系统各工序设备利用率展开分析，得到原材料进入系统的最佳频率，能够使生产资源得到高效利用，继而使系统充分发挥流转能力。

关键词：计算机仿真技术;物流系统;仿真建模

在市场竞争日渐加剧的背景下，企业还应不断提高生产效率，以便使企业生产能力得到提高。而企业生产效率，与生产物流系统规划情况密切相关。但就目前来看，企业生产物流系统未能得到足够重视，造成企业物料流转无法满足生产资源高效利用要求。引入计算机仿真技术对系统运行情况进行模拟分析，能够实现系统优化，继而为推动企业的可持续发展提供有效技术手段。

一、企业生产物流系统优化需求

企业生产物流与生产工艺密切相关，需要负责生产过程的物品流转。从生产物流系统组成上来看，包含采购、生产、仓库、财务等各子系统，需要加强紧密联系，构成完整物流系统。将物品流转当成是各系统间的纽带，能够保证生产活动的延续。所以在生产物流系统规划时，需要将生产流转的物料当成是研究对象进行系统分析，确定原材料从仓库发出到完成产品最后一道工序的过程是否存在不合理的因素，确保物料搬运时间与工序生产、等待时间等相互协调，促使生产设备与生产批次数量能够相互匹配。但按照传统生产模式，企业仅按照生产进度计划或为补充库存实施采购，容易造成库存积压。在物料流转方面，也容易忽视工序间协调性问题，造成设备利用无法满足产能需求。为对企业生产进行细致规划，需要运用合理方法对物流活动和生产活动进行仿真模拟，通过实现物流系统优化提高活动一体化程度，继而推动企业生产流程的精细化发展。

二、基于计算机仿真技术的企业生产物流系统优化方法

1.仿真建模原理

在工业4.0时代，智慧工业打造离不开高效物流支撑。而在对物流系统进行优化时，可以运用计算机仿真技术完成自动化物流系统规划，将信息化当成是仿真模型构建支撑，促使物流系统运行效率和作业能力得到提高，为企业创造更多利润。在实际分析时，需要利用计算机仿真技术对物流系统设备运行状态、物流流通量等进行监测和评估，发现其中存在的问题，以便提出优化建议。运用动态仿真技术进行建模，可以对系统运行进行模拟和演练。将自动化物流系统看成是离散事件，需要加强事件调度、仿真时钟、随机变量等仿真技术的运用，完成系统中各离散不连续物流操作点的链接和处理。针对大型物流机电系统，运行周期往往较长，还要对物流动态运行进行实时模拟，才能实现动作机制的分解，完成软件程序和现实物流的科学规划。在真实物流系统中，对各环节工件动作、行为等进行虚拟化，可以得到影响物流系统运作的随机变量，用于完成模型建构。结合变量对系统运行效率的影响程度，可以实现仿真数据修改，最终得到最佳的系统优化方案。作为现代物流系统规划设计技术，计算机仿真技术能够完成系统规划方案模拟分析，找出其中存在的问题，并通过预先修改缩短系统规划时间，促使系统运行效率得到提高，避免企业出现生产浪费。

2.仿真软件选择

运用计算机仿真技术进行系统优化，需要将系统结构和流程当成是基础，合理进行系统数学描述，以便采取适合方法完成系统给模拟分析。所以在仿真软件选择上，需要根据仿真对象和目的确定。在物流系统仿真中，包含物料运输、各种工序设备等元素，需要采用动态仿真方法进行模型组织。现阶段，可供选择的软件主要包含AutoMod、Witness、Arena和Flexsim等，都属于专业仿真软件。其中，AutoMod功能相对完善，属于计算机模拟物流软件，能够对制造系统、车站、港口等不同场景物流进行模拟，可以实现精确三维建模。运用软件虚拟现实建模功能，可以在物料操作中进行系统动态监测，发现参数变化后完成持续化模拟分析。软件侧重于从进程交互方面提出仿真策略，能够完成不同物流系统划分，建模较为繁琐，需要利用编程语言输送作业流程控制指令。Witness属于离散型系统仿真软件，对硬件要求较低，在数据运算时无需大型集成计算机。软件配备基本的仿真模拟功能，可以实现应用能力拓展，并进行三维立体显示，因此应用范围较广，得到了用户一致好评。Arena软件能够对计算机仿真和可视化功能进行集成，在物流系统仿真中能够对价值链进行优化，实现对从原材料供应到商品配送整个过程的仿真分析，能够为库房管理、物流分销等工作开展提供支撑。采用Flexsim，能够实现业务流程的可视化处理，利用各项数据对包装箱、人员等现实事物数据进行直接反映，使系统内部组织结构得到优化。

3.仿真建模過程

实际在系统仿真建模时，需要在实际物流系统中建立系统运行状态的计算机仿真模型，对系统设备运行参数进行模拟。根据系统实际数据，可以确定各种运行参数。从模型构成上来看，主要包含操作域、变量和约束条件，完成企业物流相关数据搜集，保证数据正确性和及时性，可以确定运输时间、运输距离等参数，为模型约束条件和操作域设定提供支持。在物流系统中，拥有多种物料流转途径，建模时还要明确系统优化目标，就是找出效率最高和成本最低的物流路径。根据目标进行数据定义，完成搜集到的数据划分，能够确定模型输入数据和输出数据。根据数学建模知识，可以完成系统仿真模型的建立，然后利用数学软件和计算机技术进行检验，保证建模的模型具有合理性。在模型得到确立后，需要完成逻辑控制程序的编写，结合物流系统实际运行流程进行物料状态运行模拟程序的编写，然后进行系统仿真。按照系统预设流量，确定物料进入系统的频率，然后在模型中输入参数，能够实现系统正常状态的运行模拟。结合系统优化需求进行参数调整，可以对仿真结果进行优化，根据各环节流量需求确定系统运行情况，促使物流系统运行状态得到进一步优化。将得到结果以简易语言和格式显示出来，可以生成物流系统优化简易报告。根据报告提出的最佳系统运行参数实现物流系统合理规划，最终能够使物流系统作业能力得到提高。

4.系统优化评价

作为复杂的系统，企业生产物流系统建设投资约占企业成本30%-40%，意味着系统建设效果将直接影响企业运营水平，关系到企业能否取得稳健发展。应用计算机仿真技术进行物流系统优化，能够为企业生产物流管理提供技术支撑，通过提出优化的物料流转方案提高企业生产效率，降低企业生产成本，促使企业核心竞争力得到提升。相较于传统物流管理需要消耗大量人力，运用仿真技术对物流运输路线进行计算和建立数据库，能够避免物流管理中出现数据错误，并且使企业生产过程的数据管理过程得到简化，减少人员管理费用开销，继而使系统生产作业能力得到提高。利用仿真技术完成物流系统合理規划，能够对企业生产设备实现智能化管理，并且对生产操作人员提出了物料运转要求，促使企业生产物流运输得到简化。在现代物流体系建设中，将会遭遇存储空间预测、货品可用预算等各种问题，需要对多种因素进行综合考虑。应用仿真技术进行众多问题的协调，通过对比多个仿真模型提出最优解决方案，对系统规划缺陷进行不断修正，能够为企业物流系统规划建设提供科学依据，保证物流系统运行效能得到持续提高，因此能够满足企业未来发展要求。

三、企业生产物流系统优化仿真分析

1.企业生产物流系统概述

A企业按照客户订单要求对某型号法兰盘进行生产，采用09MnNiD钢材为原料，经过下料→热处理→车削→打孔→钳工五个工序，得到产品质量约30kg。在各道工序需要完成相应设备和人员配备，而设备和人员一次仅能完成一个零部件或半成品加工。实际采用计算机仿真技术进行系统优化时，考虑到仅对一个零件生产流转过程进行仿真，而复杂系统难以通过建模得到全面反映，还要对模型进行合理假设和简化。具体来讲，就是将各工序抽象为一个机器，操作过程解释为时间延迟，并假设生产期间无故障或人员疲劳、换班等问题发生。此外，需要将加工区周转箱看成是缓存区，假设各工序之间只需较短物料运输距离，每个工序加工完的工件能够直接进入下一工序缓存区。

2.系统模型仿真数据分析

在系统仿真采用了物理描述方法，并且无需进行整个生产链的仿真分析，所以可以选用Witness计算机仿真技术建立近似模型，利用define对系统中各元素进行定义，利用part表示钢板，用machine表示各机器组，缓冲区定义为buffers，各工序定义为machine元素，完成可同时处理在制品的批量设置，得到产成品统计元素vreal。采用display完成元素可视化分析，能够完成单元模块设计，得到各元素实体的细节，如Name、Queue等属性。以machine元素为例，包含Name（下料）、Quantity（数量）、Cylce time（工序时间）、Input rules（物料来源）等细节。在模型仿真时，需要将时间基准单位设定为1min，仿真运行时间能够达到10080min个仿真时间单位，即一个周期。点击运行按钮后，软件可以进行模型运行。

对仿真得到的数据展开分析，如表1所示，各工序机器闲置时间较多，如打孔环节机器将闲置约57%的时间，钳工闲置时间甚至能够达到71%左右。而产线加工得到的成品数量为148件，期间淘汰了12件半成品。在工位闲置率较高的情况下，最终造成企业生产资源严重浪费，无法满足企业高效生产要求。

表 企业各生产工序机器运行数据

3.物流系统优化分析结果

结合仿真分析结果可知，企业生产物流系统的资源闲置问题严重，还要从“加工件”进入系统开始进行系统优化。针对机器闲置率较高的问题，可以降低元此类到达时间间隔，促使加工件进入系统频率得到提高。原材料到达时间间隔从18min开始取值，每次仿真缩短2min，直至达到4min。通过仿真分析可以发现，系统产成品数量不断增加，从148件逐步提升到205件，然后保持稳定。在时间间隔缩短至10min时，产成品数量就达到了205件，说明为工件进入企业生产物流系统的最佳临界时间。按照这一数值对各工序机器运行数据进行分析，可以发现闲置时间最长的为钳工工序，占比约19%，最短的为下料工序，占比约8%，已经达到理想范围，能够使生产物流系统的能力得到充分发挥。

综上所述，采用计算机仿真技术对企业生产物流系统进行优化，能够对实际物流系统运行情况进行模拟分析，为物流系统的合理规划提供科学指导。在实践生产中，还应结合企业生物物流模式合理进行系统建模，选取适合的仿真软件进行模拟结果统计分析，继而使复杂物流系统的优化问题得到顺利解决。

参考文献：

[1]刘海斌.计算机仿真AHP-F模型物流系统规划应用研究[J].电子设计工程，2019，27（18）：16-19+28.

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