1.FlexSim系统仿真软件简介

第三讲 Flexsim系统仿真软件的功能特点

从第三讲开始依次介绍物流仿真领域应用最广的一款软件Flexsim的功能特点，建模方法，以及应用案例。

一、Flexsim系统仿真软件的简介

Flexsim是一款通用离散仿真软件，被用来对若干不同行业不同系统进行建模和仿真。据粗略估计，世界500强企业中的一半为Flexsim的客户，包括通用磨坊食品公司、戴姆勒克莱斯勒、可口可乐、波音公司、通用汽车、佳能、IBM、三星、富士康等一些著名企业。物流行业包括FedEx、DHL、LSI物流、德马泰克、AE等一些著名物流或物流设备企业。

Flexsim是一套集计算机三维图像处理技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术为一体，为制造、物流等领域服务。运用Flexsim系列仿真软件，可在计算机内建立研究对象的系统三维模型，然后对模型进行各种系统分析和工程验证，最终获得优化设计和改造方案。用此软件，可以快速确定物流设备导入方案或3D竟标演示方案，提高中标率；验证物流项目的可行性；提供改善和管理的基本数据，降低运营成本。

Flexsim是新一代离散事件系统仿真的有效工具。面向对象的建模方式使得建模过程更为快捷，只需通过图形的拖动和必要的附加程序就可以快速地建立起系统的模型。软件提供了丰富的物理单元，如处理器、操作员、堆垛机、货架等，大大方便了用户的建模。所建立的物理仿真模型可以用三维动画方式表现出来。三维动画模型形象、生动、逼真地表现出整个物流系统，为物流中心的规划设计或改造提供了有效的可视化手段。

目前，Flexsim软件已经在物流领域里成功地进行了多种系统的建模与仿真分析，如配送中心的拣选仿真、仓储出入库仿真、产品仓库分拣仿真、生产物流系统仿真、集装箱码头仿真、机场物流仿真等。

Flexsim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，并通过模型运行给分析者提供了各种方案相关的大量反馈信息，因此分析者可以在较短的时间内对各种方案的优劣进行比较，对各种预选方案做出评估。

使用Flexsim可以达到以下效果：

（1） 提高资源（设备资源、人力资源、资金资源）的利用率；

（2） 减小等待时间和排队长度；

（3） 有效分配资源；

（4） 消除缺货问题；

（5） 把故障的负面影响减至最低；

（6） 把废弃物的负面影响减至最低；

（7） 研究可替换的投资概念；

（8） 决定零件经过的时间；

（9） 研究降低成本的计划；

（10） 建立最优批量和工序排序；

（11） 坚决物料发送问题；

（12） 研究设备预置时间和改换工具的影响；

（13） 优化货物和服务的优先次序与分派逻辑；

（14） 在系统全部行为和相关作业中训练操作人员；

（15） 展示新的工具设计和性能；

（16） 管理日常运作决策；

（17） 从历史运行中得到经验和教训。

二、Flexsim系统仿真软件功能特征

1、建模功能

1）Flexsim建模是直接从三维开始的，无须转换。目前市场上的大多数仿真软件产品要求用户在二维环境中建模，待模型完成后，转换成三维，转换操作繁琐而且三维效果差。

图1 AutoCAD的平面布置图上直接建立3D模型

2）Flexsim用拖放图形方法建立模型，Flexsim提供有固定类实体库，执行类实体库，流体类实体库，以及用户实体库。建模时将相应的实体拖放到模型窗口的指定位置，操作简单。

3）Flexsim提供的实体具有相当的柔韧性，实体的参数设定可适应于不同层次的使用者，对于初中级使用者，Flexsim提供了物流业常见策略，用户只需要选择和修改数据，就可以实现先进先出、先进后出、随机出入、百分比出入、统计概率出入、最长队列出入、最短队列出入、按品种出入、按标签出入等出入库策略，无需编程。而对于高级使用者，可以直接用VC++编程，实现更复杂的有特殊需求的出入库策略，每个实体都有VC++编程接口。

4）Flexsim应用深层开发实体，这些实体代表着一定的活动和排序过程。每一个实体都有一个坐标(x，y，z)、速度(x，y，z)，旋转(x，y，z)以及一个动态行为(时间)。实体可以创建、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实体的功能。这些实体的参数可以快速、轻易、高效地把任何制造业、物流业、甚至一般商务流程的主要特征描述出来。

Flexsim中的实体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、货盘、集装箱等等都可以用Flexsim中的实体表示，同时数据信息也可以轻松地用Flexsim丰富的实体库表示出来。用户通过实体编辑器能轻易地建立新的实体或修改现有的实体、允许用户添加个性化功能和接口。

5）由于Flexsim具有树状结构且功能齐全的实体库、Flexsim可以让用户使模型构造

更具有层次结构。在组建客户实体的时候，每一组件都使用了继承的方法，节省了开发时间。另外Flexsim中的实体都是开放的，因此这些实体可以在不同的用户、库和模型之间进行交换。

2、仿真分析功能

1） Flexsim可以用试验的形式来仿真假定的情节，而且它可以自动运行并把结果存在报告、图表中。可以利用预定义和自定义的行为指示器，像生产量、研制周期、费用等来分析每一个情节。而且也可以将结果导入到别的应用程序像Exeel等，利用ODBC(开放式数据库连接)和DDEC(动态数据交换连接)可以直接输入仿真数据。

图2 Flexsim仿真实例

2) Flexsim在模型运行过程中记录了所有设备的所有状态（工作、等待、阻塞、故障等）的时间数值，以及设备加工产品的个数，用户可以自由组合和输出由这些数据组成的报表。当然提供包括设备利用率、单条模型生产线的加工总能力、单个设备的加工能力、设备状态的时长及时间比例、模型瓶颈分析等统计分析功能。

图3 Flexsim提供的设备状态饼图

3)Flexsim提供平面和立体饼图、柱状图、折线图、海图、以及甘特图等多种图形图表，支持数据与图表混合的统计报表。

4)优化模块Optquest完全集成于Flexsim中，Optquest用于仿真优化，即找寻一组最佳的参数值（或决策变量值），以使得目标函数最优，在仿真模型中执行优化功能。

5)统计分析功能 自带随机变量发生器，能容易地建立近似于现实系统的数学模型。提供了20种以上的统计分布函数。集成了ExpertFit，具有拟合统计分布函数的功能。 3、可视化功能

1) Flexsim把所有最新的虚拟现实图形整合在个人计算机上。如果是扩展名为3DS、VRML、DXF和STL的三维图形的话，可以直接导入Flexsim模型中。Flexsim也是世界上为数不多的支持Google 3D仓库图形的仿真软件之一。

2) Flexsim所有模型均建立和运行于耀眼的彩色三维中 ，采用了与先进的视频游戏相同的虚拟现实技术。

--通过简单的点击和拖动，可从任何角度观看模型。

--通过“飞行漫游模块”，用户可随镜头漫游整个模型运行状况。可以任意使用全景、局部放大、侧面、反面等漫游技巧。

--多个窗口可以设置不同的视角，仿真运行时，以便同时观察系统的各部分。实现模型的规模化展现。

图4 Flexsim的仓库模型

4、外围接口的功能

1)Flexsim完全与VC++ 相结合，能够链接到任何ODBC数据库（像Oracle、SQLServer 或Access）和大众数据结构文件（如text, Excel, 或 Word)。

2)使用COM组件可远程控制Flexsim， 你可以用大众化语言，如VB、C + +、JavaScript、C＃等等来创建对象(Objects)。COM允许在两个应用程序之间更好的交换信息，从而使客户端应用程序可以直接检索仿真运行的信息等等，即从ERP、WMS等物流软件直接操控Flexsim 仿真模型。

3)Flexsim可获取PLC数据，支持用 PLC 直接控制虚拟模型，验证控制逻辑。这个技术被广泛应用于自动立体仓库的控制逻辑验证。

5、运动学的功能

运动学功能允许一个对象同时实现多个移动操作，在每个运动方向都有加速度、减速度、起始速度、结束速度以及最大速度等属性。Flexsim的运动学功能能实现设备的动作，平移（水平运动，或垂直运动），或是旋转运动，从而使模拟过程更接近真实。