基于计算机仿真技术的企业生产物流系统研究

梁富强，古险峰，徐 舒（.郑州工业应用技术学院，河南 郑州 4500；.郑州益高信息科技有限公司，河南 郑州 4500）

0 引 言

随着现代企业的不断扩张，企业生产物流系统逐渐面临着生产设备布局、仓储布局等方面的挑战。不合理的布局可能会导致物料在生产过程中出现长距离移动、浪费时间甚至丢失物料的情况，进而影响生产效率和物流效率。因此，如何优化企业生产物流系统成为了企业人员急需考虑的问题。基于计算机仿真技术的研究能够帮助企业量化分析和评估不同布局方案的优劣势，为企业优化生产物流系统提供可行的建议和决策支持。利用仿真模拟，可以在不影响实际生产和物流运作的前提下，验证不同方案的可行性，并根据实时监控和数据分析得出准确的优化结果。此外，计算机仿真技术还可以提供全面的可视化展示，使决策者直观地了解到不同布局对生产物流系统的影响，进而做出明智的决策。因此，基于计算机仿真技术开展企业生产物流系统研究具有重要的理论和实践意义。

卢步（2019）采用witness软件对系统各工序设备利用率进行分析，得出原材料进入系统的最佳频率[1]。倪晨（2018）探讨了计算机仿真技术如何在企业生产物流系统优化工作中进行优化[2]。林雅婷（2015）指出计算机仿真技术的出现解决了企业生产物流系统优化问题[3]。莫洪武（2013）指出借助计算机仿真技术，对企业生产物流系统进行优化和重新布局，能够大大提高生产物流系统的科学性与合理性[4]。高朋涛（2006）指出利用计算机仿真技术对企业物流系统进行分析与布置设计，是一种行之有效的方法[5]。

1 相关理论和技术介绍

1.1 企业生产物流系统概述

企业生产物流系统是企业为了实现生产和销售过程中物资、信息、资金的流动与协调，而建立的一个完整的物流管理体系，该系统涵盖了供应链管理、仓储管理、运输管理及流程优化等多方面。供应链管理是企业生产物流系统的核心，包括原材料和零部件的采购、生产计划的制定、库存管理以及与供应商的合作关系管理等。通过合理的供应链管理，企业可以实现原材料的准时供应，提高生产效率，降低库存成本。仓储管理是企业生产物流系统的重要组成部分，包括仓库的选址、仓库布局的设计、库存管理与仓库操作流程的优化等。通过有效的仓储管理，企业可以实现物资的准确存储和快速取出，提高物资周转率，降低仓储成本。运输管理是企业生产物流系统的另一个重要环节，包括运输方式的选择、运输路线的规划、运输安排的优化以及运输过程的监控等。通过优化运输管理，企业可以降低运输成本，提高产品的快速到达率，从而提升客户满意度。流程优化是企业生产物流系统的关键，包括生产流程和物流流程的优化。通过优化生产流程，企业可以提高生产效率，缩短生产周期；通过优化物流流程，企业可以实现高效、稳定和可控的物资流动。

1.2 企业生产物流系统特点

第一，复杂性。企业生产物流系统涉及多个环节和参与者，包括供应商、生产线、仓储和物流运输等，涉及的物流节点和流程众多，因此具有较高的复杂性。第二，高效性。企业生产物流系统的目标是实现物流过程的高效运作，减少物流成本和时间，并提高生产效率和产品流通速度。第三，灵活性。企业生产物流系统应当具备一定的灵活性，能够适应市场需求的变化和生产计划的变动，及时做出相应的调整和安排。第四，信息化。企业生产物流需要通过信息系统实现对物流过程的监控和管理，包括订单处理、库存管理、运输跟踪等。同时，信息化也能够提供准确、及时的数据支持，为企业决策提供依据。这些特点在企业的生产物流中发挥着重要的作用，为企业实现生产物流的协同和优化提供了指导和支撑。

2 计算机仿真技术概述

2.1 计算机仿真技术

计算机仿真技术是一种利用计算机模拟和模型构建的方法，用于复制、分析和预测实际系统的行为和性能。该技术可以通过建立虚拟模型来模拟实际系统的运行过程，包括物理、数学、经济等方面的模型。计算机仿真技术的基本步骤如图1所示。

图1 计算机仿真技术的基本步骤

2.2 计算机仿真技术在生产物流中的应用

计算机仿真技术在生产物流中的应用可以帮助企业进行系统化的分析和优化，提高生产和物流过程的效率、可靠性与灵活性。第一，生产过程仿真，建立生产过程的数学模型和仿真系统，分析生产线上的各个环节，识别生产瓶颈和潜在问题，并进行优化。可以通过增加或调整设备、优化工艺流程、调整人员配备等方式，提高生产效率和质量。第二，仓储布局仿真。建立仓储布局的仿真模型，评估仓库容量、流动性和运作效率，并设计出最佳的仓储物流布局方案。可以通过优化货物存放位置、货架布局、拣货路径等方式，提高仓库的存储和出库效率。第三，物流运输仿真，建立物流运输的仿真模型，评估不同运输方案的效果，考虑运输时间、成本和服务水平等指标。可以通过优化运输路线、调整配送策略和运输车辆规划等方式，提高物流运输的效率和响应能力。第四，供应链网络仿真，建立供应链网络的仿真模型，评估不同供应链策略对供应链绩效的影响，考虑库存水平、交货周期、服务水平等指标。可以通过优化供应链合作关系、信息共享和资源配置等方式，提高供应链的效率和灵活性。第五，运营决策仿真，建立决策支持系统的仿真模型，帮助企业管理人员在面临不确定性和风险的情况下做出合理的决策。可以通过模拟与比较不同的决策方案，评估其对企业绩效的影响，从而选择最佳的决策方案。

2.3 计算机仿真模型的常用软件工具

第一，数学模型，根据生产物流系统的特点和规律，利用数学方程描述系统的运行过程，并基于这些方程构建仿真模型。常用的数学模型方法有连续模型、系统动力学模型等。第二，离散事件仿真（DES）软件，如Arena、Simio、AnyLogic等。这些软件提供了直观的图形界面，可以通过拖放组件和连接来建立仿真模型。用户可以定义系统的各个部分、各个事件的发生规则、各个处理过程的参数等，进行系统仿真和性能评估。第三，连续仿真软件，如MATLAB、Simulink、AutoMod等。这类仿真工具主要用于连续运行的生产过程，可以对物流系统进行动态仿真，模拟随时间变化的各种因素对系统性能的影响。

3 基于计算机仿真技术的企业生产物流系统建模

3.1 AutoMod 仿真

本文基于计算机仿真技术选用AutoMod仿真软件对企业生产物流系统进行研究。AutoMod是一种流行的计算机仿真软件，用于模拟和优化企业生产物流系统。该软件由Applied Materials公司开发，主要用于制造业和物流领域。AutoMod可以通过建立虚拟模型来模拟实际的物流系统，包括供应链、生产流程、仓储管理、运输调度等环节。该软件提供了丰富的建模工具和功能模块，可以灵活地构建复杂的物流模型，并对系统进行仿真和分析。AutoMod可以模拟不同的业务场景和策略，帮助企业决策者评估不同方案的效果，并优化物流系统的性能。AutoMod主要包括4大功能模块：AutoMod模块、AutoStat模块、AutoView模块以及一些辅助模块。在实际中，AutoMod通常使用10种模型系统来刻画实际的生产系统和物流系统的结构，如表1所示。

表1 AutoMod 的10 种子系统

3.2 以S 企业为例建立仿真流程

对S客车企业（以下简称“S企业”）装配线绘制AutoMod仿真流程图，如图2所示。

图2 S 企业转配线建立AutoMod 仿真流程图

3.3 S 企业装配线系统建模

在AutoMod环境下建立资源与材料客车装配线系统的仿真模型，主要包括Process系统、Conveyor系统和PathMover系统的创建。首先需要创建临时实体Loads来表示7种不同类型的客车，资源Resources来表示机器或操作工人，Queues来表示队列。装配线系统由14个工位组成，每个工位负责不同的安装内容。根据实际情况，可以为每个工位创建相应的Process对象，并设置加工时间等属性，同时，将各个工位按照流程连接起来，形成一个完整的总装配线。在创建Conveyor系统时，应当考虑到物料的流动和传输。根据装配线的布局，可以创建合适的Conveyor对象，并设置其速度、容量等参数，以保证物料能够在工位之间顺利传送。对于PathMover系统，可以通过创建移载工具来模拟车身的运输过程。通过设置移载工具的路径和速度，可以使车身在装配线上按照预定的路径进行运输，并在进入每个工位时停留一段时间进行装配作业。为了增强仿真结果的可信度，需要进行多次仿真，并考虑不同的环境因素和不确定性。多次运行仿真软件，得到的结果将更加接近于实际系统的运行情况，提高仿真结果的可信度。

3.4 S 企业装配线系统仿真与效果分析

3.4.1 仿真

该系统采用物流专业仿真软件平台AutoMod进行仿真，并根据长期计划安排的工作表中的数据设定参数。根据7种车的投产频率和各工位的加工时间，设置仿真模型的参数。实际系统是8小时工作制，总仿真时间为两个月，即480小时。在仿真过程中，为了充分考虑不同条件下的运行情况，将每次仿真时间设置为20天（480小时），并运行40次，以覆盖40种不同的运行条件。使用AutoMod仿真软件中的AutoStat模块，可以生成所需的仿真报告。这些报告将提供关于仿真模型运行期间各个工位的运行情况、资源利用率、队列长度、生产效率等指标的统计结果。通过对仿真报告进行分析，可以评估装配线系统在不同条件下的性能表现，挖掘潜在的瓶颈和问题，并提出改进方案。该系统将帮助企业优化生产计划、提高生产效率，并做出更准确的决策。

3.4.2 效果评价

3.4.2.1 资源利用率报告

根据资源利用率报告（见图3），发现装配线系统存在资源利用率不平衡的问题。各工位的资源利用率标准方差为28.79%。其中顶上线束工位的资源利用率仅占20%左右，而组合3工位和座椅工位的资源利用率高达93%。这就导致一些工位一直都很忙，但其他工位却处于空闲状态，从而使得车辆在繁忙工位等待装配的时间过长，影响了下线速度。经过修改后的仿真结果，资源利用率更趋于平衡，各工位的资源利用率标准方差为21.04%。表明对资源进行合理调配可以改善资源利用率的平衡性。

图3 资源利用率报告

3.4.2.2 前后产量分析报告

前后产量分析报告如表2所示。

表2 前后产量分析报告

根据表2的数据，可知原始总装配线系统在整个仿真期内共下线307辆客车进入综调车间。而经过改进优化后，下线产量增加到350辆客车，相比之前提高了14%。这意味着整个总装配的运行效率得到了显著提高。

4 企业生产物流系统优化建议

4.1 优化生产线布局

合理优化生产线布局，可以提高生产效率、降低生产成本，并减少物料和人员的移动距离，提高整体生产效能。首先，优化生产线布局需要考虑生产设备的合理安排。在生产线的布局中，各个生产设备的位置和排布应该合理，以减少物料运输的距离和时间。不同设备应尽量紧密排列，并根据生产过程的需要划分区域，以减少物料运输的时间和手工操作的频次。其次，优化生产线布局还需要考虑生产流程的优化。不同生产工序之间的连接应尽量简洁，以减少生产流程中的等待时间和瓶颈点。可以使用计算机仿真技术对生产流程进行建模和仿真，以优化生产过程并找出最佳的工序排列方式。最后，优化生产线布局还需要考虑人员的合理配备与工作站的设置。根据不同生产工序的特点和工作强度，合理安排人员的工作岗位及数量，以最大限度地提高工作效率。

4.2 优化仓储布局

优化仓储布局是企业生产物流系统优化的重要一环。一个合理的仓储布局能够提高物流效率、降低储存成本，并满足客户的需求。首先要分析货物流动路径，仓库内货物的流动路径决定了仓库的操作效率。通过分析货物流动路径，可以找出瓶颈点，进而优化货物的流动路径，提高货物的出入库效率。例如，将需求量较大的货物放置在易于取出的位置，以减少货物的移动和等待时间。其次要综合考虑货物的存储需求，不同类型的货物所需的存储条件不同，如温度、湿度、防护性等。在仓储布局中，应该根据货物的存储需求，将存储条件接近的货物存放在一起，以提高货物的保鲜度和品质。再次要最大化仓库空间利用率，合理利用仓库空间可以减少存储费用。通过使用智能垂直存储系统、自动化堆垛机等先进技术，可以最大化地利用仓库空间，提高存储密度。最后要采用自动化仓储设备，自动化仓储设备可以提高仓库的操作效率和准确性。自动化拣选系统可以缩短拣货时间，提高拣货效率；自动化货架系统可以提高货物的存储密度和仓库空间利用率。

4.3 优化物流运输方案

建立高效的物流运输方案可以提高物流运输效率，降低物流运输成本，提升企业的竞争力。在对物流运输方案进行优化时，需要综合考虑运输路径、运输工具、运输方式及运输管理等因素。首先，企业可以通过分析货物的流动路径，确定最优的运输路径。考虑货物来源、目的地及中间节点等因素，选择最短、最经济的运输路径来降低运输成本。其次，根据货物的特性和运输距离，选择恰当的运输工具。例如，对于大批量、远距离的货物，可以选择海运或铁路运输；对于紧急、小批量的货物，可以选择航空运输或快递运输。最后，根据货物的特性和运输需求，选择合适的运输方式。例如，对于快速消耗品或易损品，可以选择定期补货的零库存管理模式；对于生产周期较长的产品，可以选择批量运输的模式。

4.4 优化供应链网络

一个强大且高效的供应链网络可以帮助企业降低运输成本、提高交付效率、增强竞争力，并最终使企业实现可持续发展。首先，选择可靠的供应商与合作伙伴是构建和优化供应链网络的基础。企业应该评估供应商的质量和交付能力，选择可靠的供应商与合作伙伴，与其建立长期稳定的合作关系。同时，在优化供应链网络中，弹性是一项重要的策略。企业应该具有快速适应市场变化和需求波动的能力。例如，建立多渠道供应链，以满足不同地区和渠道的需求，或建立灵活的生产制造模式，以便于根据需求进行快速调整。其次，信息流与物流的高度整合可以提高供应链网络的效率和可见性。通过信息技术和物流系统，企业可以实时跟踪并管理货物的流动，优化物流运输和配送过程，减少库存持有时间和物流成本。最后，优化供应链网络还应考虑环境可持续性。企业可以通过选用绿色运输方式、减少包装材料的使用、优化运输路线等措施，降低对环境的影响，同时还能提升企业形象和品牌价值。优化供应链网络是一个持续改进的过程。企业应该定期审视供应链网络，并根据市场变化和业务需求进行调整和优化。持续的优化可以帮助企业保持竞争优势并适应不断变化的市场环境。

5 结 论

随着全球经济的发展和市场竞争的加剧，企业对于物流系统的优化与改进变得越来越重要。在当今信息技术高速发展的背景下，计算机仿真技术成为企业优化生产物流系统的有效工具之一。通过对计算机仿真技术的使用，企业能够模拟物流系统的实际运作过程，分析和评估各种方案，在不同因素和变量的影响下开展实验，从而得出最佳的生产物流系统设计方案。本文旨在基于计算机仿真技术背景，对企业生产物流系统展开分析，为企业生产物流系统的完善提供理论参考。