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计算机仿真技术在我国自动化物流系统中的应用
Date：2013-07-02
Source：九游会J9
摘要：主要讲述了计算机仿真技术在我国自动化物流系统中的发展和应用；根据在烟草物流系统的应用实例，介绍计算机仿真的基本步骤和方法；并阐述了未来计算机仿真技术在我国物流行业中的重要地位和发展前景。 1.引言 计 算机仿真就是利用计算机运算系统的数学模型来达到对被仿真系统的分析、研究、设计等目的。仿真技术是集计算机技术、多媒体技术、通讯技术、控制技术于一身 的现代高科技，它能仿真出一个其实的环境，一种真实的感受，可应用于宇宙飞船、核电站、飞机、轮船等大中型高精密仪器|仪表操作者的仿真训练，也可应用于 我国正在兴建的自动化物流系统的规划、设计、模拟、演示和分析。 自动化物流系统是集光、机、电技术为一体的复杂的系统工程。能够实现物料传输、识别、分拣、堆码、仓储、检索和发售等各个环节的全程自动化作业。该系统主 要包括：自动化高架立体仓库系统（AS/RS）；自动化输送机输送系统（Conveyor Systems）；自动导引车和/或往复式穿梭车系统（PathMover Systems）；逻辑控制系统（PLC）和计算机集成化物流管理系统等。
2.我国自动化物流系统应用计算机仿真技术的必要性
随 着物流行业生产自动化水平的不断提高，生产系统越来越复杂，生产节奏越来越快，生产管理者对生产改进的每一决策，都需谨慎考虑。措施不当，往往需要付出高 昂的代价。而正是由于系统的复杂性，快节奏和柔性，要想预测每一个决策给系统带来的后果，已经是人的大脑无法胜任的了。计算机仿真技术正是弥补了这一不 足，成为自动化物流系统管理者的有用五金|工具，成为生产系统规划设计人员的得力助手。 对我国兴建的自动化物流系统应用计算机仿真技术，不仅可以避免建立物理试验模拟系统的投资，减少设计成本，而且可以通过计算机技术进行精确计算和验证分 析，提高系统方案的可行性。根据物流中心的工艺设备参数和工艺流程建立起来的计算机仿真系统，可以形成直观立体的三维仿真动画，提供生产系统的生产量，确 定瓶颈位置，报告资源利用率。还可以被用来支持投资决定，校验物流系统设计的合理性，通过对不同的物流策略进行仿真实验来找出最优解。仿真运行结束后可根 据统计数据生成仿真报告，显示各个物流设备的利用率、空闲率、阻塞率等数据。可根据仿真报告提供的数据对物流系统的优缺点进行判断，做出科学决策。
3.计算机仿真技术在烟草自动化物流系统中的应用实例
中 邮科技有限责任公司在烟厂片烟自动配方库、辅料平衡库以及成品库的自动化物流系统规划设计中成功的应用了计算机仿真技术，取得了很好的效果。应用计算机仿 真技术规划设计的柳州卷烟厂自动化物流系统，已经于2003年6月实际生产运行，该自动化物流系统流程通畅，完全能够满足柳州卷烟厂物流系统的实际需求。 应用计算机仿真技术规划设计的北京市海淀区烟草自动配送系统也已经安装调试。应用计算机仿真技术规划设计的南宁卷烟厂自动化物流系统，也已经设计完成，该 自动化物流系统正在建设中。
4.计算机仿真的基本步骤和方法：
4.1 选择合适的计算机仿真软件
适 于物流仿真的软件有许多，要根据自己的实际情况和需要进行选择。中邮科技公司采用美国物流仿真软件AutoMod10.0为平台。该软件主要的模块如下： Conveyor：含积放式传输系统，非积放式传输系统，滚筒传输系统、皮带传输系统以及链条输送系统等。可以设定系统的速度、加速度、减速度、宽度、斜 坡等参数。 Pathmover：用于沿路线或轨道运动的模型汽车，如人工驾驶的升降机、自动导引车AGV、往复式穿梭车等。 AS/RS：自动仓库存取系统，通过选取货架的规格（巷道数目、排、层等），定义出入库的位置，设定存放货物的区域，以及设定堆垛机的参数（速度、加减速 度、取放货物时间等），来定义一个AS/RS系统。 Kinematic：模拟机构的简单运动。在实体造型中，定义机构的运动和自由度，详细模拟实体的机构动作。如模拟码盘机器人的码盘动作、机械手的动作 等。 Bridge Crane：在轨道上的起重机通过移动来拾起或放下货物。如物流系统中的起重、搬运装置。 Power & Free：与Conveyors类似，但是所处理的货物是悬挂着的，而不是沿输送机移动的货物。一般采用铰链悬挂在链条上的空中货车。 Tanks & Pipes / Trains：传递的物体形态是液体或气体，如啤酒、饮料、煤气等工业中的配制、生产、传输等。 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。 Autostat：用于分析仿真后的结果。根据要实现的目的，如系统内采用的AGV的数量、操作工人的数量、传输系统的速度、车辆的速度等等，都可以用来 作为优化的对象，生成产量、成本、利用率等图表。
4.2 建立仿真模型
根据自动化物流系统的需求和工艺流程建立系统的计算机仿真模型，并确立系统基本设备的运行参数。
4.3 编写逻辑控制程序
根据系统的工艺流程和系统的逻辑控制关系，以及物料流动过程中，设备处理该物料所需的时间等编写逻辑控制程序。
4.4 运行仿真系统
根 据物流系统的需求流量，计算出物料出现的时间频率，把这个频率值输入系统，即可运行此仿真系统。仿真运行时间可以根据实际物流系统的生产班次，也可按照最 大物流量进行模拟。 4.5 仿真结果分析和优化 根据流程运行结果，进行分析，系统是否存在瓶颈，流程是否畅通，物流量能否满足需求。根据最后的数据统计结果，分析物流量能否满足需求。如果系统运行后， 结果有不理想之处，要根据相应的原因，调整方案或者改变参数，直至满足物流系统的生产需求。生成三维动画输出结果及仿真报告，提交给自动化物流系统的管理 者和设计者，进一步优化和完善。 由于采用计算机仿真技术，系统规划设计周期短，投资者在实际生产系统未建立前就能够直观地看到并了解系统实际运行的全部信息，因此，使投资者和系统方案设 计者对方案的实际运行便于直接调整和改进。合理的物流系统方案是建立一个科学的物流系统的前提。
5.计算机仿真技术在物流行业中的发展前景
我 国的计算机仿真技术目前已广泛应用于电力、航空、通信、交通运输、军事、化工、生物、经济等各个领域，并且，随着计算机仿真技术的发展将发挥更加重要的作 用。 在我国的自动化物流系统中应用计算机仿真技术，不仅能够大大缩短物流中心的规划设计周期，还可根据计算机仿真结果对方案进行优化。在开放的人机界面上，可 以看到未来实际生产过程中系统设备的全时空信息，看到未来的生产现场中各输送、存储设备和AGV、穿梭车、堆垛机、辊道等的状态，仿真系统将反映系统中发 生阻塞和瓶颈的位置和情况。可以改变参数输入，通过模拟生产情况及波动对系统造成的冲击，从而避免了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素，对系统 的堵塞有着形象和直观的解决方案。在系统未投资建立之前，就可全方位地了解未来自动化物流系统的实际流程和生产信息。 由于我国现代物流产业刚刚兴起，因此，在规划设计自动化物流系统中应用计算机仿真技术，不但可以避免新上马的许多物流项目的重大失误，而且可以使我国新建 的自动化物流系统更科学更合理。只有进行了计算机仿真的自动化物流系统，才能真正地为物流企业解决实际问题，规划和设计出切实可行的工艺方案，才能使我国 的自动化物流系统迈向国际先进水平的行列。
2.我国自动化物流系统应用计算机仿真技术的必要性
随 着物流行业生产自动化水平的不断提高，生产系统越来越复杂，生产节奏越来越快，生产管理者对生产改进的每一决策，都需谨慎考虑。措施不当，往往需要付出高 昂的代价。而正是由于系统的复杂性，快节奏和柔性，要想预测每一个决策给系统带来的后果，已经是人的大脑无法胜任的了。计算机仿真技术正是弥补了这一不 足，成为自动化物流系统管理者的有用五金|工具，成为生产系统规划设计人员的得力助手。 对我国兴建的自动化物流系统应用计算机仿真技术，不仅可以避免建立物理试验模拟系统的投资，减少设计成本，而且可以通过计算机技术进行精确计算和验证分 析，提高系统方案的可行性。根据物流中心的工艺设备参数和工艺流程建立起来的计算机仿真系统，可以形成直观立体的三维仿真动画，提供生产系统的生产量，确 定瓶颈位置，报告资源利用率。还可以被用来支持投资决定，校验物流系统设计的合理性，通过对不同的物流策略进行仿真实验来找出最优解。仿真运行结束后可根 据统计数据生成仿真报告，显示各个物流设备的利用率、空闲率、阻塞率等数据。可根据仿真报告提供的数据对物流系统的优缺点进行判断，做出科学决策。
3.计算机仿真技术在烟草自动化物流系统中的应用实例
中 邮科技有限责任公司在烟厂片烟自动配方库、辅料平衡库以及成品库的自动化物流系统规划设计中成功的应用了计算机仿真技术，取得了很好的效果。应用计算机仿 真技术规划设计的柳州卷烟厂自动化物流系统，已经于2003年6月实际生产运行，该自动化物流系统流程通畅，完全能够满足柳州卷烟厂物流系统的实际需求。 应用计算机仿真技术规划设计的北京市海淀区烟草自动配送系统也已经安装调试。应用计算机仿真技术规划设计的南宁卷烟厂自动化物流系统，也已经设计完成，该 自动化物流系统正在建设中。
4.计算机仿真的基本步骤和方法：
4.1 选择合适的计算机仿真软件
适 于物流仿真的软件有许多，要根据自己的实际情况和需要进行选择。中邮科技公司采用美国物流仿真软件AutoMod10.0为平台。该软件主要的模块如下： Conveyor：含积放式传输系统，非积放式传输系统，滚筒传输系统、皮带传输系统以及链条输送系统等。可以设定系统的速度、加速度、减速度、宽度、斜 坡等参数。 Pathmover：用于沿路线或轨道运动的模型汽车，如人工驾驶的升降机、自动导引车AGV、往复式穿梭车等。 AS/RS：自动仓库存取系统，通过选取货架的规格（巷道数目、排、层等），定义出入库的位置，设定存放货物的区域，以及设定堆垛机的参数（速度、加减速 度、取放货物时间等），来定义一个AS/RS系统。 Kinematic：模拟机构的简单运动。在实体造型中，定义机构的运动和自由度，详细模拟实体的机构动作。如模拟码盘机器人的码盘动作、机械手的动作 等。 Bridge Crane：在轨道上的起重机通过移动来拾起或放下货物。如物流系统中的起重、搬运装置。 Power & Free：与Conveyors类似，但是所处理的货物是悬挂着的，而不是沿输送机移动的货物。一般采用铰链悬挂在链条上的空中货车。 Tanks & Pipes / Trains：传递的物体形态是液体或气体，如啤酒、饮料、煤气等工业中的配制、生产、传输等。 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。 Autostat：用于分析仿真后的结果。根据要实现的目的，如系统内采用的AGV的数量、操作工人的数量、传输系统的速度、车辆的速度等等，都可以用来 作为优化的对象，生成产量、成本、利用率等图表。
4.2 建立仿真模型
根据自动化物流系统的需求和工艺流程建立系统的计算机仿真模型，并确立系统基本设备的运行参数。
4.3 编写逻辑控制程序
根据系统的工艺流程和系统的逻辑控制关系，以及物料流动过程中，设备处理该物料所需的时间等编写逻辑控制程序。
4.4 运行仿真系统
根 据物流系统的需求流量，计算出物料出现的时间频率，把这个频率值输入系统，即可运行此仿真系统。仿真运行时间可以根据实际物流系统的生产班次，也可按照最 大物流量进行模拟。 4.5 仿真结果分析和优化 根据流程运行结果，进行分析，系统是否存在瓶颈，流程是否畅通，物流量能否满足需求。根据最后的数据统计结果，分析物流量能否满足需求。如果系统运行后， 结果有不理想之处，要根据相应的原因，调整方案或者改变参数，直至满足物流系统的生产需求。生成三维动画输出结果及仿真报告，提交给自动化物流系统的管理 者和设计者，进一步优化和完善。 由于采用计算机仿真技术，系统规划设计周期短，投资者在实际生产系统未建立前就能够直观地看到并了解系统实际运行的全部信息，因此，使投资者和系统方案设 计者对方案的实际运行便于直接调整和改进。合理的物流系统方案是建立一个科学的物流系统的前提。
5.计算机仿真技术在物流行业中的发展前景
我 国的计算机仿真技术目前已广泛应用于电力、航空、通信、交通运输、军事、化工、生物、经济等各个领域，并且，随着计算机仿真技术的发展将发挥更加重要的作 用。 在我国的自动化物流系统中应用计算机仿真技术，不仅能够大大缩短物流中心的规划设计周期，还可根据计算机仿真结果对方案进行优化。在开放的人机界面上，可 以看到未来实际生产过程中系统设备的全时空信息，看到未来的生产现场中各输送、存储设备和AGV、穿梭车、堆垛机、辊道等的状态，仿真系统将反映系统中发 生阻塞和瓶颈的位置和情况。可以改变参数输入，通过模拟生产情况及波动对系统造成的冲击，从而避免了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素，对系统 的堵塞有着形象和直观的解决方案。在系统未投资建立之前，就可全方位地了解未来自动化物流系统的实际流程和生产信息。 由于我国现代物流产业刚刚兴起，因此，在规划设计自动化物流系统中应用计算机仿真技术，不但可以避免新上马的许多物流项目的重大失误，而且可以使我国新建 的自动化物流系统更科学更合理。只有进行了计算机仿真的自动化物流系统，才能真正地为物流企业解决实际问题，规划和设计出切实可行的工艺方案，才能使我国 的自动化物流系统迈向国际先进水平的行列。
