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计算机仿真技术论文范文1
物流专业最大的特点是实践性强，加强相关设备的投入力度及构建相应的实验室对学生实践操作能力的提升具有重要意义。由于计算机仿真技术存在诸多的优势如成本少、可控性高、可视化等，将其运用到物流实验室中可以带来意想不到的效果。
1 构建基于计算机仿真技术的物流实验室的意义
1.1 教学方面
在物流教学过程中，除了要传授学生相关的物流知识外，还必须培养其一定的实践操作能力。通过将计算机仿真技术与物流实验室有机结合，能紧跟物流技术的发展变化来及时更新所需的资源，能在并不广阔的场所及资金少的情况下进行各种不同的实验操作，完全达到了物流实践教学的要求，并且学生能够将课堂上所学的知识运用到实际生活中。
1.2 科研方面
对于具有丰富理论知识，想有进一步发展的学生来说，基本的理论教学与实践操作很难达到他们的实际所需，特别渴望参与一些深层次的物流系统分析、高级实验活动。为此，构建基于计算机仿真技术的物流实验室是满足学生要求的不二选择，能够为现代社会培养一批高级别的物流管理团队。
1.3 社会服务方面
学校在完成培养综合型人才队伍的任务的同时，还肩负着服务社会的责任。由于目前缺乏实践系统，基于计算机仿真技术的物流实验室的建设，很大程度上帮助了教育者利用自身掌握的知识，通过实验室丰富的软硬件资源来承接相关的项目课题，促进企业物流系统的进一步升级，避免不必要的资金投入，综合了物流与其他相关技术、信息技术，减少了社会资源的大量耗费。
2 基于计算机仿真技术的物流实验室建设策略
2.1 明确具体的建设目标与指导思想
首先，基于计算机仿真技术的物流实验室应配备具有开放性、综合性特点的实验体系，提高学生知识水平的同时，增强其实践操作能力，制定详细完善的教学计划，注重学科发展，将学生创新意识及能力的养成作为教学目标。
其次，基于计算机仿真技术的物流实验室建设必须将系统性、先进性、经济性、实用性作为主要指导思想。实验室应时刻了解先进物流技术、相关教学手段的最新情况，尽可能的集网络技术、多媒体技术、自动识别技术、信息管理与决策技术等为一体；从学科与专业的角度出发，合理使用实验室建设费用，优化配置各类硬软件、场地资源，建立健全物流仿真实验工程体系，为专业设计及毕业设计提供帮助，真正实现涵盖教学、科研、实验、人才培养等内容的教学科研基地。
2.2 总体规划
2.2.1 硬件设备
基于计算机仿真技术的物流实验室应配置一定数量的电脑，方便学生利用电脑来构建仿真模型。另外，还需购置下列设备：投影机、弧形三维屏幕（笼罩整个实验室，以创设虚拟的物流仿真系统氛围）、在实验室中间放置一台服务器电脑与音响，并和投影机与弧形三维屏幕连接，这样即完成操作平台的设置。同时还要有具备无线遥控功能的激光笔，为相关操控提供便利。
基于计算机仿真技术的物流实验室及其硬件的规划与分配途径是：将实验室划分为教学区与科研区两个不同功能的区域，各自处于不同的空间中。教学区主要为学生的实践教学提供服务，内部共配备了投影机、屏幕、服务器、音响、供学生操作的电脑、遥控激光笔。科研区中主要配备办公桌椅、电脑以及教研人员，是教育者日常开展科研活动的场地。
2.2.2 软件设备
软件设施在物流仿真实验室中属于必不可少的工具。由于物理软件的类型众多，因此必须结合仿真系统选择相匹配的软件。比如Flexsim仿真软件，此软件具有通用性特点，在多个行业系统中得到应用。该软件在物流仿真实验中的应用涉及了配送中心拣选仿真、仓库系统出入库仿真、生产物流仿真、机场仿真等领域。由于当前运用的Flexsim软件只涉及一些基本功能，所以还需对其进行升级，添进相配套的优化软件包。
2.2.3 建设流程
基于计算机仿真技术的物流实验室建设应遵循循序渐进、分阶段的原则。举例说明，选择相应的实验场所及设备，建设满足教学要求的仿真物流系统及仿真生产物流系统；然后再建设另两个仿真配送中心系统及仿真供应链系统。
在构建仿真物流各系统过程中，应通过委托开发与自行研发相结合的手段。由于对大型仿真物流系统进行开发时会耗费诸多的时间、精力，并且要求有丰富的计算机编程知识，所以应开展招投标活动，委托专业机构开发，同时自己与相关团队协作开展二次研发。
3 结论
C上所述可知，在培养物流人才过程中，实验教学环节发挥着不可忽视的作用，为高质量人才的培养提供了坚实的保障。从专业特色角度出发，制定系统完善的培养计划，构建实践性高的物流实验室，致力于将计算机仿真技术与物流实验室紧密结合，这不仅有助于进一步升华实验教学，推动物流健康持续发展，而且还极大地增强了学生的实践应用能力。
参考文献
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[2]吕奇光，廖浩.仿真技术在物流实践教学中的应用探讨[J].重庆科技学院学报，2009（10）：221-222.
[3]初良勇.基于计算机仿真技术的物流实验室建设[J].航海教育研究，2012.
[4]高举红，陈思宇，刘晓宇.基于精益设计的生产能力分析与现场物流改善.工业工程，2010（01）.
[5]高辉.计算机实验的仿真技术探析[J].长春教育学院学报，2012（06）：130-131.
作者简介
阮文（1967-），女，福建省仙游县人。工程硕士学位，毕业于哈尔滨理工大学，现为湖南工业职业技术学院讲师。研究方向为计算机应用。
计算机仿真技术论文范文2
论文摘 要:实验室担负着向学生传播知识与技术、培养学生动手的能力和创新能力的重要使命。随着社会经济的发展及教学改革地不断深入, 实验教学在整个教学体系中的地位越来越突出,实验教学模式的改革已经迫在眉睫。本文主要分析了实验教学的传统模式与存在的问题,并提出了提高电子信息类专业实验教学质量的方法[1]。
0 引 言
实验教学是学校教学活动的重要组成,教学质量的好坏是对学校人才培养层次与质量的直接体现。实验作为实验教学活动的主要内容, 在改善教学质量方面发挥着不可替代的作用。实验室在传播知识的同时,更重要的作用体现在对学生的创造性思维与想象力的培养上。通过实验教学,学生分析解决问题以及动手能力明显提高。伴随教学改革的日益深入, 实验教学的改革也越来越引起人们的关注,以往的教师灌输式的理论教授方式,学生被动接受的教学模式,已无法满足社会经济发展的要求。当前,社会需要的是主动型、能力为主的人才培养。加强学生创新能力的培养,必须切实转变以往重理论教学轻实验教学的错误观念,重新认识实验教学在学校教学活动中的地位与作用,根据当前社会经济对人才的要求, 改革传统的实验教学模式,改革实验教学手段,优化更新实验教学的内容,切实提高实验教学质量。
1 实验教学的传统模式与存在的问题
国内高校工科教育当中,实验教学存在着硬件条件不足、硬件实验条件的发展与技术要求不相符[2],加上近几年高校扩招,实验教学的硬件条件更是供不应求。进一步加大对教学硬件条件的投入,丰富实践教学的内容、加强实验条件的改革及建设,在目看来具有特殊的重要性。面对这种情况,我国的教育主管部门采取了一些推进实践教学改革及建设的措施。如:在全国高校本科的教学水平评估中,实验室基地建设与建设投资及其实验教学改革被列为一项重要的指标。并且,各高校也逐渐开始响应教育部的的这一举动,纷纷实行了“双基”型实验室[2],与此同时,建设了“实验教学示范中心”。当前,传统实验教学模式的缺点主要有以下几点:验证性的实验所占比例较大,与综合性、设计性、创新性实验之间的比例失调;实验模式单一、实验室设备陈旧;实验教学中缺乏先进的实验教学手段。
2 提高电子信息类专业实验教学质量的方法
2.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验
在实验教学中引入计算机仿真技术,能够充分调动学生主动学习的积极性,培养学生的学习兴趣。同时,教师能够通过计算机技术对学生的实验操作的全过程进行观察,对学生进行良好的跟踪与指导,更好地进行学生实验结果的采集工作,先进科学的教学理念与教学手段对于提升实验教学效果,提高实验教学水平具有重要作用。引入计算机技术后,理论与实验教学,教师教学指导与学生操作、思考融合成一个有机整体。以往传统实验教学中课堂、课时以及实验设备因素的限制作用得到了解决,实验教学更加灵活化,教学内容在时空上得到进一步的延伸,更好地激发了学生进行实验的热情。
将计算机仿真技术引入到实验教学中,通过相应技术进行的虚拟实验,为学生提供了更为灵活开放的实验环境,能够更好地培养学生在实验过程中独立思考能力,增强学生的的学习创新意识。对于实验教学内容,仿真技术的应用,将虚拟性实验与真实的电路实验整合成有机整体,实验的能动性与趣味性明显提高,同时实验内容的充实,有利于学生综合实践以及探索创新能力的培养。当前,已经有越来越多的高校重新进行了实验室的规划建设,通过计算机仿真技术进行虚拟实验是实验教学改革发展的新方向。将与实验教学相关的计算机软件技术引入到高校实验室中,为实验科研提供了良好的平台,对于激发学生学习的主动性与积极性,培养创新能力具有重要作用。计算机仿真技术的应用,一方面能够改善实验教学条件、充实实验教学的内容,另一方面,还能够明显降低实验成本,提高实验教学的效率。通过单片机的实验教学,能够发现,教学过程中引入proteus仿真软,通过该软件对单片机的硬件系统进行模拟,克服了实际实验过程中硬件电路固定以及实验内容不易改动等因素的限制。实验设计全过程,除计算机外不用再进行任何硬件的添加即可实验,这有力地推动了实验课程教学改革,更有利于学生创新能力的培养。仿真技术的另一重要应用主要表现在学生的业余爱好上,如挑战杯、电子设计大赛等等,学生就能够用计算机来实现仿真,首先用计算机仿真出实验的模型,再在计算机上进行相应的模拟调试,最终用硬件来实现。在整个仿真的过程中,学生可以自由发挥自己的潜能,通过大量的仿真对比,来达到设计目的,也可大胆反复地调试,避免了器件的损坏。电子设计竞赛中,由于proteus开发环的运用,培训过程中不需投入任何硬件的条件下,学生却普遍反映,对于单片机的学习比单纯理论知识的学习更易接受也更易得到提高。事实证明,运用proteus进行系统仿真成功后进行的实际制作,可明显的提高单片机系统的设计效率。此外,远程教学中仿真教学的运用具体重要的意义,对于教学改革是一种很好的尝试[2]。
2.2 实验中引入Matlab软件内建的Simulink组件技术
目前,我国开设了电子信息类专业的高校中,大部分都将Matlab软件作为重要的实验教学平台,对定理以及算法进行仿真和验证实验。Simulink组件作为Matlab的重要组成,能够为用户提供一个仿真分析与动态建模的集成系统环境。该环境下,只需利用鼠标进行简单直观的操作,就能够完成复杂系统模型的构建,在此过程中避免了大量繁杂的书写程序。由于 Simulink组件具有适应性强、效率高,结构仿真精细、流程清晰且贴近实际、效率高、使用灵活等诸多优点,Simulink组件技术已经被广泛地运用于处理数字信号与控制理论等复杂的仿真设计之中。同时Simulink能够通过连续、离散采样时间以及两种采样时间混合的的方式进行建模,该组件还可支持多速率系统,不同的系统组成部分的采样速率不同。此外,Simulink为动态系统模型的创建,提供的图形用户接口(GUI) ,使在进行模型方块图的创建时只需通过鼠标单击与拖动鼠等简单操作即可完成,为用户提供了一种更便捷、更直接的创建方式,同时能够立即获得系统仿真结果。
该组件的这一特性,一方面可以使算法的验证更为简单,减少学生投入在验证性实验中所用的时间,而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中;另一方面,可以使学生更快捷的验证新思路、新算法,而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典RLS 算法为例,如果直接采用Matlab编程方式,在进行代码调试时,就会消耗掉大量的精力,代码长度将达到200 行以上。而如果采用Simulink组件模块化设计的思想,只需要鼠标对模型的拖拽,就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于Simulink提供了丰富的元件库,采用图形化的表示方法,学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍,思路清晰,参数的调整也十分便捷,广受学生欢迎。由此可见,引入Simulink组件后的实验,既不会影响实验效果,又能够提高实验效率,对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。
3 结 语
当前,社会对人才综合素质的要求不断提高,进行实验教学改革已经迫在眉睫,而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步,把计算机仿真技术与Simulink组件技术应用到实验教学中可以充分调动学生主动学习的积极性,充分发掘学生的创造能力,在学习到先进技术的同时,提高学生对社会的适应能力。
参考文献
计算机仿真技术论文范文3
【关键词】 仿真技术 高技术 产业化 知识经济
引言
尽管仿真技术已经很快发展,但在若干问题上仍然存在不同的见解。
比如,有人说仿真技术是要花费很多钱,所以它的成果只是荣誉性的。这种看法与当今把每台核电站仿真机以1000多万美金,飞机仿真机以1500~2000万美金的价格从美国、加拿大引进到中国的现实相矛盾,也具体说明了仿真技术的成果仍然形成了一个高价位的高科技产品和产业。
又如,有人说在市场经济的环境里,仿真技术的产值搞不大,相关的市场在萎缩;也有人认为仿真技术是21世纪战略性技术,仿真技术肯定会大发展。
当前,一场以高技术为中心的新的科技革命正在蓬勃发展,对整个社会经济发展将产生重大影响。世界的经济向知识(智力)经济过渡,信息技术迅猛发展与知识经济来临之际,对仿真技术将有什么作用,仿真技术将会有什么地位,如何迎接机遇,都应尽快考虑,这是业界的大事。
鉴于上述,作者经过几年的反复观察、研究、分析和思考写下本文。
1. 从仿真技术定义变化中考查
自从仿真概念出现以来,仿真的定义随着技术和应用的发展不断深化。
比如,牛津英文字典中初期的仿真定义是:"To imitate conditions of situation with a model for convenience or training"。后来变为:"The technique of imitating the
behavior of some situation or system (economic, mechanical, etc.) by means of an analogous model,
situation, or apparatus, either to gain information more conveniently or to train personnel"。
1993年7月,国内在《火炬计划基本概念及相关名词术语解释》中,对仿真技术作了很详细的定义,见参考文献[7]。关于仿真技术的定义,到目前为止,就很难用简单的语言描述。国内外学者从不同角度作了描述,可归纳如下几点:
仿真技术是出自对系统的研究,是通过用系统模型对真实系统或设计中的系统进行试验,以达到分析、研究和设计该系统的目的;
仿真技术是以计算机为基础,计算机能力提高了,仿真技术水平也提高,使之有能力去描述更复杂的系统;
仿真技术随需求发展,提出了大量共同性的理论、方法和技术问题,致使仿真逐步形成了一门独立的学科;
仿真技术已成为计算机应用的一个重要的领域;
仿真技术应用范围十分广泛,无孔不入的一门综合性学科,已广泛应用于航空、航天、通信、船舶、交通运输、军事、化工、生物 、医学、社会经济系统等自然科学与社会科学的各个领域,其重要性已广为人知;
仿真技术用于揭示已知对象和未知对象的内在特性、分系统之间的关系和运作规律,以研究已知和预测未知;
仿真技术是高技术领域中的关键技术之一。
2. 仿真技术主要研究的内容和成果分析
2.1 仿真技术主要研究的内容
仿真技术虽是计算机应用的一个重要的领域,但也有其自身作为一门专有技术的研究内容,有问题和难点,也有发展方向和规律,形成了仿真技术的主体技术。这些技术又在广泛而丰富的需求中深化和发展。仿真技术的研究内容最少应包括总体技术、仿真支撑软件技术与工具、建模技术和应用技术,表1归纳了这些仿真技术的研究内容:
表1:仿真技术的研究内容 总体技术 ①学科的理论研究;②仿真技术的发展与开拓;③仿真技术与支撑技术的关系;④系统的分析与划分;⑤仿真技术在信息技术和产业中的地位研究;⑥大型仿真系统研究
仿真支撑软件技术与工具 ①支撑软件理论与方法;②仿真支撑软件技术;③面向对象支撑技术;④面向各项领域的共性工具软件;⑤专用的工具软件;⑥软件系统结构;⑦实时数据库
建模技术 ①仿真对象与系统分析;②建模理论与方法;③仿真算法与语言;④验证方法与标准
应用技术 ①应用领域开拓研究;②应用软件系统;③应用的相关技术;④应用系统实现方法
2.2 从仿真技术的成果分析
近几年来,国内外仿真技术领域取得了丰硕的成果,体现出重大的社会效益和经济效益。主要的成果例举如下:
2.2.1 仿真支撑系统的发展
70年代末,国际上一些国家在实现仿真技术产业化过程中,强化了仿真支持系统的概念。因此,仿真支撑系统已经不仅是仿真领域关键的技术之一,而且是"解放"仿真系统开发者和使用者的最重要手段。它不仅赋予仿真系统以生命力,同时也是实现仿真技术产业化的基础。在应用过程中,它是实现仿真目标和解决问题的概括和总结,它支撑了仿真系统的整个生命周期,包括对仿真对象分析、仿真模型的表达、仿真模型的生成和运行、仿真过程的调试和修改、实时运行、仿真数据的存储、恢复及跨平台的联合运行。因此,近几年来,国内外已经十分重视对仿真支撑系统的研究,也出现了不少成果。从科技进步角度来分析,主要表现为:
(1)开放性和构件概念,包括:构件命名服务(Component Name Services)、构 件对象服务(Component Object Services)等为构件客户服务。
(2)提供通用数据表示方法,让集成工具之间共享信息。
(3)支撑范围扩大,表示在支撑仿真应用在网络上的实现。
(4)支撑多媒体技术的应用,使仿真系统的人机界面得以改善。
2.2.2 面向对象的仿真技术
近十几年来,面向对象仿真(Object Oriented Simulation,简称OOS)研究、开 发和应用有很大的进展,在广泛的领域里,各种各样的模型是由OOS语言(或称编程工具)和开发环境中出现。由于OOS为系统建模提供了灵活的方法,它的基本
特性使之不同于传统的仿真方法,而且适用于大型的更为复杂更分散的仿真系统,以及基于网络的仿真系统。而且,支撑OOS的工具已不少实现商品化了。例如:
(1)由于国际间多国合作的出现,对共享仿真环境的需求扩大,网络仿真技术被用在基于共享的仿真环境,如虚拟工厂教学系统,它允许学生单独工作或组成虚拟的队、建造工厂、预测产品需求、计划生产、制定日程进度等
(2)面向对象仿真在处理复杂系统模型时,是一个极好的工具。将这类模型分成几个子模型,做到仿真程序结构与真实系统结构相似。如解决互相联系的异步电动机组的仿真控制问题等。
3. 仿真技术应用领域的快速扩大
近几年世界上应用仿真技术去解决科技、生产、社会各方面问题的事例层出不穷,使仿真技术的应用能力拓展,渗透性增加,无处不在,无孔不入。例举几项:
(1)仿真技术在工业系统的多种应用取得了巨大的社会和经济效益;
(2)利用仿真技术来模拟人们不断增加对海港、船舶的到达方式,海港运作方式的变化需求,用于实现海港现代化管理或新建海港选择和投资考察;
(3)应用质量工程及仿真提高巨型计算机系统的性能。性能评估在计算机的设计、开发、配置、调节中是一个重要环节,应用质量工程和仿真技术来提高巨型计算机系统性能;
(4)应用仿真技术,开展语言系统研究,取得重要成果;
(5)仿真技术在制造业中应用和发展近几年来在国内也取得很好的成果,仿真技术在制造业的应用是从产品设计到制造,以至测试维护的整个生命周期中,计算机仿真技术贯穿始终;
(6)虚拟现实技术的应用范围扩大。它在医疗领域中开始应用,虚拟教学、虚拟会议系统等取得一定效果,虚拟现实技术与娱乐的结合更有广泛市场。
4. 从软科学技术发展展望仿真技术的作为
软科学技术是为管理和决策服务的科学技术,或者可以定义为帮助人更直接、有效、全面和系统地使用迅速发展的各类科学技术知识,并进行科学管理和科学决策的科学。从软科学技术的应用性表现来说,如果说科学的研究是基础研究的话,软科学技术则是应用研究,产生的专家系统则是技术开发。
医学和工程领域管理决策的专家系统的研究成果几年后将被投入使用。例如美国许多大公司都开始用人软件,帮助做许多种经营工作。这意味着类似"仿真脑"的系列产品将要出现,仿真技术在管理和决策方面的应用将推向各个领域。在仿真各种管理与决策系统的过程中,仿真技术将快速发展,产业化的步伐将加快。
软科学技术是有前途的。在人类知识每5年翻一番的情况下,任何人如果不*电脑处理事务,也就是说不*"看不见的头",是无法妥善、有效处理的。如果说软科学技术会成为21世纪的先导和骨干高科技,推动软科学技术发展的仿真技术也是分析复杂问题,提示相互关系,仿真人脑管理和决策的骨干高科技之一。5. 仿真技术发展的特点和趋势
近几年,以计算机技术、通讯技术与传感技术为主导的信息技术的飞快发展,为仿真技术的发展进入一个崭新的环境打下了良好基础。仿真技术的发展将出现新概念、新应用和新的地位。由目前发展情况分析,有如下值得注意的特点:
(1)仿真技术是一门独立的学科,但它离不开计算机技术。只要计算机技术在飞快地发展,仿真技术就一定随之快速发展;
(2)仿真技术作为信息技术族内的成员,它不仅自身发展快,而且与信息技术各项发展结合也快,它们永远面对新问题、组织新技术、形成新的系统工程。因此,仿真技术是不断研究新现象、分析新规律、揭示相关系统、找出解决方法的强有力工具;
(3)在知识经济来临、知识管理的形成和发展中,仿真技术是最好的工具。它将被更多人了解和掌握。美国很多大公司开始用"人软件"代替人类做多种经营工作。预计类同"仿真脑"系列的产品将会被成批生产,用以代替人们进行管理和决策;
(4)仿真技术的应用领域越来越广,在信息技术发展中,将出现独特的地位;
(5)目前,在全世界软件产业快速进展的环境中,仿真支撑软件,各种工具软件(包括专用仿真语言),乃至于通用的应用软件、商品化的周期缩短;
(6)面向对象的技术和应用发展较快,一方面推动仿真概念变化,另一方面适应复杂、非线性应用的能力增大;
(7)由于网络技术的发展,为异地、异国应用提供了可能,将对仿真技术提出新的挑战,也推动了发展。预计仿真技术和网络技术的结合,将出现新的概念,并扩大应用范围;
(8)仿真技术在培训领域中已有了丰硕的成果,比如:核电站、飞机的仿真机等都是培训所必需的仿真系统产品。
6. 知识经济的特征和仿真技术的地位
人类在经历了漫长的农业经济、工业经济时代后,正迎接着知识经济时代的来临。1997年,人们第一次提出知识经济的概念,大家认为它是建筑在知识和信息基础上的经济;以知识和信息的生产、分配和使用为直接依据的经济;知识是提高生产率和实现经济增长的驱动器。国内外学者对此也有各种说法。如:知识经济是以智力资源的占有、配置,以科学技术为主的知识生产、分配和使用为最重要因素的经济。又如:知识经济所要表述的是一种新的复杂的经济状态,它是指以现代科学技术为核心,建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济。它有丰富的内涵和明显的特征。只有通过对其内涵和特征的分析并与仿真技术及其应用、产业化社会效益、经济效益比较,才能充分看到仿真技术在知识经济环境中的地位。
(1) 知识经济特征与仿真技术特点的切合。
(2) 仿真技术是推动知识经济发展的关键技术。
(3) 仿真技术及其应用,形成知识产品和服务,以及产业化的效益推动知识经济的增长。
7. 结论
通过考察和分析,我们看到知识经济时代的来临给仿真业界带来了新的挑战和机遇,仿真技术将因自身的特点而在知识经济环境中快速发展,反之也推动知识经济的发展。仿真技术与软科学及其它相关技术的结合将加快高附加值产品的产业化进程,给整个社会带来新的经济增长点,仿真技术大有可为。
参考文献
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[2] 游景玉,论文"论仿真技术及其产业化", 珠海出版社,1999年
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[5] 游景玉,论文"论仿真技术在高技术发展中的地位", 珠海出版社,1999年
计算机仿真技术论文范文4
[论文摘要]在教学中运用虚拟现实技术不但能有效的提高教学效果，激发学生的学习兴趣，而且还能提升教学过程中的科技含量。阐述虚拟现实技术在教学中的重要作用，重点探讨在各基础学科中虚拟现实技术的运用。
一、引言
随着计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术已经从前沿的航天、军事领域开始进入教育领域，并涉及高等教育的各个学科。计算机变成实验台，软件变成仪器，网络变成实验室的虚拟现实技术能形象生动地表现各个学科的教学内容， 有效地营造随技术发展的教学环境，提高教学质量。
二、虚拟现实技术概述
虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术，生成三维的虚拟环境，介入者利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，获得身临其境的感受和体验。
虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征。在具体的教学实验中，学生可以作为主角存在于虚拟环境中，对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈，而且当学生沉浸在多维信息空间中时，能够主动地获取知识，寻求解答，形成新的概念。
虚拟现实技术以其诸多的优点决定了它在教育领域中的重要作用。一是避免真实实验或操作所带来的各种危险并降低真实实验的实验用品损耗；二是在虚拟实验中可以获得与真实实验一样的学习效果，还可根据实验教学发展需求“引入”新设备，不断对新设备进行扩展。三是彻底打破空间与时间的限制。总之，虚拟现实技术结合多媒体技术和计算机网络，能提高实验效果与效率，充分发挥教学优势。
三、虚拟实验室的实现
虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。在虚拟实验室中，学生能够在计算机建立的三维的模拟实验场景中从不同的视角观察一个实验对象，通过鼠标的选择或者拖曳操作便可完成与虚拟实验对象之间的交互。
（一）仿真实验
虚拟实验室实际上就是数字化的仿真技术在实验教学中的应用，一个真正的虚拟实验教学系统的前台是多媒体或是虚拟化的环境，后台是实时仿真的过程。
目前的仿真软件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在构建虚拟实验时，应根据具体需求，选择合适的开发工具。如何将计算机仿真技术与虚拟化的仪器或多媒体环境有机的结合起来是虚拟实验室建立的关键和核心技术。
（二）支持技术
目前国内外对虚拟实验室的开发大致采用以下几种方法 ：
1．使用JAVA+VRML进行开发。Java目前已经成为跨平台应用软件开发的一种规范，主要讨论对象行为。VRML 是一种虚拟现实建模语言，着重于虚拟场景中对象的特征。采用JAVA+VRML混合编程是实现较复杂动态场景控制等高级交互功能的有效方法。但基于VRML虚拟现实的虚拟实验在制作上较复杂，客户端需要有大量的专业的设备（如头盔、触觉手套等），附加成本较高，并且运行VRML对客户端计算机的性能要求也很高。
2．使用ActiveX控件进行开发。ActiveX技术是Microsoft为适应网络发展的需要而将OLE技术在Internet上的重定义。在虚拟实验室的开发过程中，代码复用性对于持续开发过程尤为重要。可以利用VB、VC++、Delphi、Builder等任何一种支持COM规范的开发工具来进行ActiveX控件的开发。由于ActiveX控件只能运行在基于Microsoft Windows的操作系统，因而移植性和通用性较差。
3．使用QuickTime VR进行开发。QuickTime VR（简称QTVR）是新一代的、基于静态图像处理的实景建模的虚拟现实技术。QTVR可以应用照片、录像或数字图像等离散数据来创建虚拟环境，完成三维空间及三维物体的造型，并实现全方位观察。具有更高的真实感、更丰富的图像和更鲜明的细节特征。QTVR制作简单、周期较短、可控性也很强，对开发一些简单的网络实验教学软件的难度不大。
4．使用FLASH进行开发。FLASH是一种基于矢量的图形系统，具有短小精悍、任意缩放、兼容性良好、嵌入ActionScript脚本功能等特点。而且Flash中的工作组功能极为强大，包含一套新的工作流程，可自动更新Flash网站的数据驱动，从而大大节约了开发者的时间。因此，FlashActionScript是网上教学虚拟实验室开发的最佳平台。
（三）功能模块设计
无论建设哪个学科的虚拟实验系统，从功能模块上均可划分为三个部分。
1．网络服务。用户可通过网络注册个人信息并经过验证后登录虚拟实验系统。登录该系统后学生可自主选择将要进行的实验，并根据实际需要获得相关的指导。
2．仿真实验。采用计算机仿真技术来构建实验模型，设计出用于测试的虚拟仪器设备、实验线路或回路、实验元器件或构件库、判别实验效果的评价标准等。用户选择相关的仿真实验以后，根据提示进行相关的操作，观察实验现象并记录实验结果。
3．数据库。为虚拟实验系统提供相关的数据服务。维护虚拟实验系统的数据信息及用户的相关权限，为仿真实验提供支持。
四、结束语
如何将虚拟现实技术很好地运用于教学中是目前教育领域发展的一个新热点。虚拟现实技术在教学中具有广阔的应用和发展前景。虚拟实验的普及能更好的提高教学效率，优化教学过程，达到更好的教学效果。
参考文献
[1]孙宏彬等，VRML－Java远程虚拟教学平台的研究与实现[J].现代远程教育研究，2003（2）.
[2]许又泉、谭敏生、邓轶华，网络虚拟实验室及其实现方法研究[J].邵阳学院学报（自然科学版），2004（03）.
计算机仿真技术论文范文5
[关键词]计算机仿真；物流管理：人才培养
[中图分类号]G40-057 [文献标识码]A [论文编号]1009-8097(2011)06-0145-04
一 引言
随着我国经济快速发展和全球一体化日益加强，对物流人才的需求呈现数量不断增多和层次不断提高的特征，而与人才需求数量增加和层次提高的客观状况相比，我国现有物流人才的培养模式相对滞后，许多物流专业毕业生仅具备操作性岗位所需能力，高端物流管理知识缺乏，为此一些外资企业甚至需要将员工送到国外进行工作培训以使其具备相应工作能力。高校物流人才培养与社会对人才需求的不匹配使我们必须寻求一种更为科学可行的物流人才培养模式。
计算机仿真是物流专业的核心技术，是一门综合叉学科，它涵盖了物流学、管理科学、信息科学、系统科学、计算机科学和通信技术等学科的内容。作为一门实践技术课程，物流仿真课程的教学效果直接影响学生的物流理念形成和运用能力培养。虽然物流仿真与物流管理存在差异，但在现代物流管理体系的建设中，管理和技术缺一不可，只有懂得仿真技术如何运用于物流管理活动，理解物流管理活动如何获得仿真技术支持的人才，才能真正推动现代物流产业发展。
二 现有物流人才培养模式存在的问题
从学生意见反馈和老师教学感受来看，目前高等院校物流管理人才培养主要存在以下方面不足：
1 教学内容系统性、整体性及专业性不强
物流管理是一个涉及多领域、多行业、多环节的复杂大系统，相应地物流管理课程也必然涵盖多学科、多层次、多方面的知识。从内容的丰富性来看，现有物流管理教材和课程无疑正在逐步完善，所涉及内容揽括了管理学、经济学、运筹学、信息科学、工程技术、计算机和通讯技术等各个领域的知识，但是目前这些知识多以独立知识点形式存在，不同领域之间内容交互融合不足，与物流管理实践融会贯通不够，教学内容的系统性、整体性、针对性不强。知识点广泛但离散独立存在的状态将使物流专业人才培养出现“全而泛”的趋势，只能培养“通才”而不能造就“专才”和“精才”。由于同学对本学科知识缺乏深入了解和掌握，将使培养出来的毕业生在从事物流信息管理工作时不如信息管理专业的同学精通，从事生产物流管理工作时不如生产运作管理专业同学适应的被动局面。
2 缺乏实践和互动培养环节
当前绝大多数物流管理课程的教学仍以老师讲授为主，随着多媒体技术在高校教学中的推广，老师们尝试结合图片、案例、视频等方式向同学讲授相关知识。新教学方法解决了学生“百闻不如一见”的学习瓶颈，但仍不能达到“百见不如一试”的教学目的。同学们普遍反映，课堂上当欣赏着老师精心准备、制作精美的PPT和视频材料，聆听着各种观点新颖、内涵丰富的物流理论时，他们瞬时感觉学习收获颇丰，但往往课堂一结束，离开老师讲授和多媒体配合，同学们却很难描述具体学习内容，更罔论将理论知识运用于物流实践。同学们知识运用能力和动手操作能力的欠缺，说明物流管理课堂实践互动环节不可或缺。
3 教学考核方法需改进
物流管理是基础性理论课程，所涉及的内容包括仓储、配送、装卸搬运、库存、信息技术、物流装备等方面，由于所讲授课程多以识记性理沦为主，如果老师仅以口头讲解和板书形式授课就必然显得枯燥乏味，无法调动学生上课积极性。经过老师们的努力，图片展示、案例教学、影像教学正不断走进物流管理课堂，但总体上新教学方法的运用还相对缺乏，与课程相关的案例积累仍显不足，需要更多引入有本专业特色的教学模式，使教学更好地服务于物流管理实践。另外目前物流管理相关课程的考核仍以闭卷考试为主，学生们长于死记硬背而疏于理解运用，所培养的学生考分虽高但能力仍显不足。
三 基于仿真的高端物流人才培养可行性与必要性
针对前文所述现有物流管理人才培养模式存在的问题，结合业内人士和本专业同学的建议，本文认为迫切需要将物流仿真实践课程引入人才培养机制，以解决人才培养的教学实践和互动不足、教学内容系统性针对性不强、教学考核方法滞后等问题。
1 高等院校开展物流仿真实践教学的可行性
当前我国高等院校物流实践课程开展情况如何?2006年，教育部高等学校物流类专业指导委员会专门对全国开设物流专业的高校进行了调查，其中关于实习实践情况的调查结果显示：95.7％的高校设立了专业实践基地，其中55％的院校选择物流企业作为实践基地，另有34％的院校选择制造企业，部分高校则拥有物流企业和制造企业等多个实践基地。实验室建设方面，我国60％的高校已经建立专业物流实验室，其中投资规模在100万元以下的实验室占46％，100万元～300万元的实验室占40％，还有14％的高等院校物流实验室投资金额在300万元以上(参见图1)。
这些数据表明，我国高等院校已意识到实习实践对物流管理人才培养的重要作用，大部分高校认识到专业实验室对物流人才的培养不可或缺，并投入大量资金进行硬件建设和软件购买，从而为基于仿真技术的高层次物流人才培养创造了有利条件。
2 高端物流人才培养的重点领域
(1)物流需求分析与预测。很多物流设施，如港口，作为交通运输的枢纽，对其物流能力的需求是一个庞大而复杂的随机服务系统，需求量具有极大的不确定性，因而提前对其进行准确的分析预测将十分困难，但是由于经由预测所确定的设施规模大小又直接影响设施建成后的经济效益和服务水平，因此在对物流设施进行规划之前，必须对经由该物流设施的货物、路线以及外部经济趋势等因素进行系统分析预测，以确定设施的吞吐量和服务水平，便于在此基础上进行物流设施规划和设计。因此物流需求分析与预测是高端物流人才培养的重要方向之一。
(2)物流系统设计与布局优化。物流系统的设计与布局优化将对其未来运行产生重大影响。如仓储系统的选址决策，就需要确定所要设置仓库的数量、位置与容量，其设计和布局是在已知物流系统的相关参数和工艺流程情况下，为实现系统未来正常稳定运行而进行的整体优化过程。物流系统设计与布局是一个复杂的系统工程，其影响因素既包括宏观政治经济、基础设施与整体环境、竞争对手状态等外部因素，也包括企业发展战略、人力资本、现有网络布局等内部因素，是目前物流管理领域最关键和最核心的内容，而涵盖如此众多影响因素的物流系统优化设计必须借助先进的预测、规划和仿真模拟技术才能实现。
(3)物流资源配置与协调。由于资源的稀缺性和系统的复杂性，物流资源协调配置是该领域的重要课题。以库存决策为例，最优的库存资源配置策略必须考虑服务成本与服务水平之间的平衡，而这种平衡的实现又依赖于：1.合理的库存层级划分和库存资源分配；2.反应灵敏的订单处理和订单管理系统；3.正确的库存品种和数量决策；4.先进的物流信息传递和协调机制；5.强大可靠的物流运输系统。这其中任何一个方面所涉及的知识均十分复杂，如库存订购决策需考虑产品需求的从属性或独立性，考虑拉式与推式运作模式对订购决策的影响；而订购模型的选择又有定量订购模型和定期订购模型的区别，决策变量更是包括再订货点(Reorder Point)、补货期(Replenishment Time)、提前期(Lead Time)、订货批量(Order Quantity)、安全库存(safe Inventory)、最高库存(Maximum Inventory)等多个指标变量。显然，众多的影响因素和决策指标使物流资源协调配置工作远远超出普通操作型物流人才的培养范畴。
3 仿真技术对培养高端物流人才的适用性
仿真技术对于培养解决物流规划、物流决策与协调、物流资源优化配置问题的高端物流人才具有理论和技术上的适用性。由于仿真技术能借助计算机对物流系统进行真实模拟，通过实验得到各种动态活动及过程瞬间的仿效记录，进而验证物流项目的有效性、合理性及优化性，从而对物流管理决策起到切实可行的指导。
具体来说，仿真技术对于高端物流管理人才的培养具有以下几个方面的优势：首先，提供学生以物流实践机会。借助仿真软件和设备对相应物流理论进行模拟，可以增强学生对相关知识的理解和运用能力。其次，仿真技术可以完整展现物流系统的全流程，并对各环节的运作过程和运作效率进行精确的定量分析，使学生形成全局、系统和精确的思考范式。再次，高端仿真软件具有较强的交互性，有效提高同学们的学习热情和效率。另外，拓展了物流学习的领域。由于资金、场所或教学资源有限，物流管理课程的教学内容有所限制，而建立虚拟仿真实验室使航空运输、跨国海运等领域的模拟教学均可在实验室内进行，极大地拓展了物流学习的领域(如图2、图3所示)。最后基于仿真的物流人才培养模式具有一定的经济性，因为采用物流仿真教学可以在一定程度上节省设备、人员、差旅等方面费用。
四 基于仿真的高端物流管理人才培养机制
目前高等院校运用仿真技术进行高层次物流人才培养尚属于探索阶段，缺乏系统的培养思路。笔者在教与学的过程中积累了以下几点具体培养机制，供老师们参考：
1 引导学生深入掌握专业基础知识
物流仿真需要用到高等数学、概率论、统计学、计算机数据库等基础知识，同时还包括物流管理、供应链管理、运筹学、生产运营管理、管理信息系统等专业知识，缺乏这些专业基础知识作为铺垫，学生进行仿真模拟时将由于缺乏理论支撑而影响教学效果，因此在开展仿真教学之前应通过合理的课程配置使学生系统掌握物流管理的基础理论知识。
2 选择合适的物流仿真软件
现在针对物流领域的仿真软件正不断出现和逐渐运用到物流管理实践中来，可选择的物流仿真软件很多，如Flexism、Witness、RaLC、Automode、Arena等，它们各有特色，也各有优点与不足，譬如Flexism以其高度的开放性和柔韧性受到不同产业仿真模型定制者的偏好，而Witness则是平面离散系统生产仿真器，操作简单，对电脑配置要求不高。在物流教学中应根据学生特点、教学要求及实验室条件选择恰当的仿真软件。
3 建立仿真数据库和案例库
案例教学是实践型人才培养模式不可或缺的重要组成部分，高层次物流管理人才的培养也需要案例的支撑和数据的积累。借鉴哈佛大学案例教学经验，建立物流仿真数据库和案例库时要注意几个方面：第一，广泛积累案例。哈佛大学肯尼迪政府学院拥有一个多达1300余案例的资料库，教师可以随时根据教学需要调为所用。第二，善于运用案例。哈佛案例来源于课堂，在课堂中经由师生交流得到升华，然后通过杂志和期刊论文传播而超越了课堂。第三，善于导演案例。哈佛课堂是由学员主演老师导演的一场戏，教室不是法庭，教师也不是法官，不负责裁定学生答案的对错，而是引导学员从不同角度看待问题，用所学的理论框架和分析工具解决问题，培养学生的思维方式和思维能力。
4 善于运用角色扮演
物流管理所涉及的功能领域非常多，以前台管理工作为例，前台业务系统可分为六大模块：生产企业管理模块、商场管理模块、物流中心管理模块、车队管理模块、出库管理模块、入库管理模块。各模块的主要功能也各不相同，此时可以通过仿真过程中对不同角色的扮演使同学们更加具体地参与到物流管理实践中去，为日后顺利融入物流管理工作提供经验。
五 教学实例――“啤酒游戏”
1 游戏介绍
在风靡全球的《第五项修炼》中，管理大师彼得・圣吉详尽而生动地描述了著名的“啤酒游戏(Beer Game)”，这个由麻省理工学院斯隆管理学院于50年前创建并发展起来的库存管理策略游戏直到今天仍被来自全球各地的商业精英们在MBA等课堂上不断演练着。尽管参与者作为各个国家、各个行业的精英，有着产、配、销等领域的丰富实践经验和杰出管理能力，但相同的危机还是在游戏中不断重演：随着运作过程的推进，无论是下游零售商、中游批发商还是上游制造商，起初总是缺货，然后是货物积压，之后是更严重的缺货，紧接着是更严重的积压：整个物流系统，从下游的零售商到上游的制造商，库存与缺货幅度逐渐上涨，就像挥动的牛鞭，从手柄到鞭梢，波动的幅度越来越大，这一现象被人们称为牛鞭效应(Bullwhip Effect)。
2 不同模式的教学效果比较
针对物流管理领域最著名的牛鞭效应问题，现有的教学方法主要以教师课堂讲授为主。但是，通过老师讲授学生仅能了解存在该问题，却不知其根源和解决方法。由于课时的限制，老师们在有限的课堂时间内全面透彻地讲授上述内容是非常困难的，往往课堂成为理论分析的场所，而同学对游戏中所涉及的管理思想和物流原理掌握较少。不仅如此，由于课程中缺乏实践互动环节，很多同学对于学习牛鞭理论的目的并不明确，缺乏学习的主动性和积极性。
计算机仿真技术论文范文6
This paper studies on the subject of production line, as well as the optimization methods, and then uses the simulation software Flexsim to make a model and simulate on sofa production line of the Sheng'Ao company, at last, analyse the simulation result, then found the bottlenecks of this production line. On this basis, optimize upon this bottlenecks, not only the operating rate improved dramatically, but also the final output increased a lot. Through the application of the simulation technology, a lot of problems in the modern enterprise can be solved, it can also solve some problems that simple mathematical methods can't, and on this basis to optimize it so the problems can be adequately highlighted in order to be resolved.
KEYWORDS: simulation technology、production line、Flexsim、optimize
正文目录
第一章 引言 1
第一节 研究背景与现状 1
第二节 选题的意义 2
第二章 生产线概论 3
第一节 生产线的基本理念 3
一、生产线的概念 3
二、流水式生产线的概念 3
第二节 生产瓶颈 4
一、生产线上的约束 4
二、节拍和瓶颈 4
第三节 生产线评价指标 5
一、生产线最终产量 5
二、操作器的利用率 5
第四节 生产线物流系统仿真方法的优势 6
一、传统生产线物流分析方法 6
二、仿真方法的优势 6
第三章 仿真技术的发展和应用 7
第一节 仿真技术的发展历史及其特点 7
一、仿真技术的发展历史 7
二.仿真技术的特点 7
第二节 仿真技术在生产系统中的应用与分类 8
一.仿真技术的应用 8
二.仿真技术的分类 9
第三节 物流相关仿真软件介绍 10
一、AUTOMOD 10
二、ARENA 10
三、EXTEND 11
四、FLEXSIM 11
第四章 生产线仿真建模 13
第一节 生产线仿真的基本过程 13
一 明确仿真目的 13
二 收集数据 14
三 建立系统的物理模型 14
四 建立系统的逻辑模型 14
五 模型确认 14
六 仿真模型运行 14
七 模型运行结果分析 14
第二节 模型介绍 15
一、圣奥沙发流水线简介 15
二、沙发制造部工艺流程图 15
三、模型实体 16
第三节 模型运行及其结果 23
一、仿真模型 23
二、仿真结果 25
第四节 结果分析以及模型改造 31
一、结果分析 31
二、模型改造 32
三、模型改进后的分析 38
第五章 结论与展望 39
参考文献 40
致 谢 42
第一章 引言
第一节 研究背景与现状
近年来，随着国内外市场竞争的激烈，我国加入WTO，企业面临巨大的挑战。物流的现代化越来越受到人们的关注。传统物流是一个流通与制造过程的附属品，其基本任务仅仅是完成商品流通或制造过程中物料的物理位置的转移，以确保流通或生产过程的正常运行，因此，物流的各个功能环节长期以来是相互分散和孤立的。现代流通与生产过程则是更加注重整体的效益。物流作为一个多因素、多目标的复杂系统，追求其整体的优化是一个复杂的系统分析问题。现代物流越来越多的强调物流的系统化合综合化，现代物流和传统物流的本质区别逐渐显现出来。正式由于现代物流的这一特点，尤其需要运用系统分析的方法对其进行分析研究。
生产线即产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。生产线需要接收和处理大量的产品设计、加工、制造资源等信息，合理调度加工零件。传统的经验分析和人工调度不能适应复杂系统和现代管理的要求。过去，一个企业有十几辆、几十辆车负责产成品的运输。车辆的调度完全依靠管理人员、调度人员的已有经验。今后，企业物流逐步走向社会化。企业要降低成本，缩短供货期，对物流提出了更高的要求。不仅仅满足于车辆的调配，更需要合理选择运输路线、合理配载和返程货物搭载等。而且，由于生产的逐渐多样化，服务的客户化，不再有一成不变的计划生产，市场不断变化的生产和供货，需要管理人员动态调整计划。人工的、经验式的管理必须用科学的控制管理方式代替。系统仿真正是适应了物流系统的复杂化、物流目标的多样化的发展需要。 人们在研究一个较为复杂的系统时，通常可以采用两种办法:一种是直接在实际系统上进行研究;另一种就是在系统的模型上进行研究。在实际系统上研究固然有其真实可信的有点，但是很多情况下是不合适甚至不可行的。这主要有以下几方面的原因:
(1)、需要考虑安全性。在研究重要的，涉及人身安全或设备安全的系统时，不允许在实际系统上进行试验，例如宇航系统，核能系统，航空系统等。
(2)、系统具有不可逆性。有很多系统是不可逆的，例如已经发生的灾害，生态系统等。
(3)、投资风险过大。一些重大的工程项目，重大设备系统很复杂，投资巨大，不允许在实际系统上进行破坏性的实验。
(4)、研究时间过长。多数情况下，在实际系统上研究问题往往需要较长的时间。例如研究复杂的生态系统一般需要数十年;研究一个交通运输系统也至少需要数天甚至数月。
(5)、真实的系统尚未建成。如果希望在系统规划设计阶段评价方案的优劣，显然无法在真实系统上进行。
出于以上主要原因，利用模型来研究系统不仅是必要的甚至在某些情况下是唯一可行的方法。
第二节 选题的意义
生产物流系统是企业物流系统的子系统，同时也是制造系统的重要组成部分。生产物流系统的优化不但可以提高企业生产中物流的顺畅程度、提高生产效率，还可以降低物料搬运成本；进而提高企业的成本、质量、交货期等各项系统性能指标。由于生产系统的复杂性、动态性和随机性，数学解析方法无法对整个生产系统的诸多特征进行建模，也就无法准确地进行投产方案的计算和优化。而系统仿真以相似论、计算机科学、概率论、数理统计和时间序列分析等为理论基础，能够真实地仿真随即时间，实时模拟生产系统的动态特性[1]，再现或预测所需的生产系统特征。
而Flexsim是一套系统仿真模型设计、制作与分析工具软件。它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，专门面向制造、物流等领域。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位模型，然后对模型进行各种系统分析和工程验证，最终获得优化设计或改造方案。
本文以圣奥有限公司沙发生产线为例，通过仿 真软件Flexsim建立生产线仿真模型，进行物流和调度仿真，瓶颈设备和故障分析与生产线能力评估，为生产线规划与布局及生产调度计划制定提供可靠的科学依据。而用仿真软件做生产线优化还可以可以减少成本，三维效果好，最重要的是仿真优化结果明显。第二章 生产线概论
第一节 生产线的基本理念
一、生产线的概念
产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。狭义的生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。
生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某几种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。
二、流水式生产线的概念
流水线是指劳动对象按照一定的工艺路线，顺序的通过各个工作地，并按照统一的生产速度(节拍)完成工艺作业连续的、重复的生产过程。
流水生产方式是把高度的对象专业化生产和劳动对象的平行移动方式有机结合起来的一种先进的生产组织方式。
单品种流水生产线又称不变流水线，指流水线上只固定生产一种制品。要求制品的数量足够大，以保证流水线上的设备有足够的复合。
多对象流水生产有两种基本形式。一种是可变流水线，其特点是在计划期内，按照一定的间隔期，成批轮番生产多种产品;在间隔期内，只生产一种产品;在完成规定的批量后，转生产另一种产品。另一种是混合流水线，其特点是:在同一时间内，流水线上混合生产多种产品。按固定的混合产品组组织生产，即将不同的产品按固定的比例和生产顺序编程产品组。一个组一个组地在流水线上进行生产。
第二节 生产瓶颈
一、生产线上的约束
生产线的生产过程是一个按照生产工艺安排的有序过程。因此，可完成生产作业要素受到一定程度上的限制。例如，在安装仪器或者设备外壳前需要装上电动机。进行生产线平衡时，除了考虑优先约束之外还应考虑非生产工艺的约束：
(1)区域约束。它时与生产工位布置有关的限制，分为正区域约束和负区域约束。正区域约束是指某些确定的作业要素应该彼此就近设置;负区域约束是指作业要素之间相互干涉，在位置上不应靠近的限制条件。
(2)位置约束。在大型的生产线上，如汽车的装配线上，由于产品比作业人员可完成的装配作业空间大，不能完成其周边的装配作业，产品装配作业受到空间的限制。
二、节拍和瓶颈
流程的“节拍 ”（Cycle time）是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。如果产品必须是成批制作的，则节拍指两批产品之间的间隔时间。在流程设计中，如果预先给定了一个流程每天（或其它单位时间段）必须的产出，首先需要考虑的是流程的节拍。
而通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”（Bottleneck）。流程中存在的瓶颈不仅限制了一个流程的产出速度，而且影响了其它环节生产能力的发挥。更广义地讲，所谓瓶颈是指整个流程中制约产出的各种因素。例如，在有些情况下，可能利用的人力不足、原材料不能及时到位、某环节设备发生故障、信息流阻滞等，都有可能成为瓶颈。正如“瓶颈”的字面含义，一个瓶子瓶口大小决定着液体从中流出的速度，生产运作流程中的瓶颈则制约着整个流程的产出速度。瓶颈还有可能“漂移”，取决于在特定时间段内生产的产品或使用的人力和设备。因此在流程设计中和日后的日常生产运作中都需要引起足够的重视， 注意生产线平衡的持续改善。
与节拍和瓶颈相关联的另一个概念是流程中的“空闲时间”（idle time）。空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间，可以指设备或人的时间。当一个流程中各个工序的节拍不一致时，瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。这就需要对生产工艺进行平衡。制造业的生产线多半是在进行了细分之后的多工序流水化连续作业生产线，此时由于分工作业，简化了作业难度，使作业熟练度容易提高，从而提高了作业效率。然而经过了这样的作业细分化之后，各工序的作业时间在理论上，现实上都不能完全相同，这就势必存在工序间节拍不一致出现瓶颈的现象。除了造成的无谓的工时损失外，还造成大量的工序堆积即存滞品发生，严重的还会造成生产的中止。
为了解决以上问题就必须对各工序的作业时间平均化，同时对作业进行标准化，以使生产线能顺畅活动。“生产线工艺平衡”即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近。是生产流程设计与作业标准化必须考虑的最重要的问题。生产线工艺平衡的目的是通过平衡生产线使用现场更加容易理解“一个流”的必要性及“小单元生产”（Cell production）的编制方法，它是一切新理论新方法的基础。
第三节 生产线评价指标
在生产线平衡中，通常可以使用生产线最终产量、工作时间、利用率、空闲率、阻塞率等几个指标来比较和评价生产线平衡的结果，而本文中主要用到生产线最终产量和操作器利用率这两个指标。
一、生产线最终产量
生产线的评价指标之一为该条生产线最终的产量。一般而言，最终产量越多越好，本文中模型改进前后对比的评价指标之一就是生产线的最终产量。不过，现实生活中，企业还是要考虑到生产成本问题。如果生产成本投入很大，相对而言，最终产量增加不多，那么就不一定值得投入更多的生产成本的。
二、操作器的利用率
生产线中机器的利用率也是一个很重要的生产线评价指标，一般利用率较高的生产线比较好。试想，如果一条生产线上的机器大多时间都处于空闲或等待之类的 非处理状态，那就说明这条生产线的利用率不高，存在很大的浪费。本文中模型的第二个评价指标就是机器的利用率，通过模型改造，使得生产线上的各个机器的利用率有大大的提高，充分的使用了其生产能力，没有造成浪费。
第四节 生产线物流系统仿真方法的优势
一、传统生产线物流分析方法
传统对企业的生产流程的优化，主要集中在生产流程、生产节拍和工艺流程方面的优化，且主要由工艺员根据企业现有的规模，建立实体模型，通过改变其中几个瓶颈设备来达到优化的目的。这种优化在很大程度上来说，没有相关理论为指导，多是从生产实际中总结出的一些经验中得出的，常常是局部的优化，可以说只是些修修补补，并不能从根本上解决企业整体存在的问题。针对企业优化问题，目前用的较多的传统生产线物流分析方法是对所研究系统建立起相关数学模型，通过数学工具对系统进行优化。
而对生产线进行分析的数学方法包括有运筹学、系统工程等学科。其内容包含有排队论、目标规划法、模糊综合评判法、层次分析法、关系矩阵法等等。不过类似于这些方法，计算量过大，而且有些时候不一定能得出结果，所以存在一定的弊端。随着生产系统越来越复杂，越来越多采用仿真方法。
二、仿真方法的优势
对于比较复杂的工艺流程，仅用数学方法往往不能发现工艺流程中的瓶颈，因而也无法为系统优化提供依据。因此，需要通过仿真技术的应用，对工艺流程建立仿真模型、设置参数，来实现工艺流程的仿真，从而找到瓶颈，再通过优化方法消除流程中的瓶颈。因为对物流系统的仿真能将制造厂内生产的实际情况逼真的再现出来，并结合虚拟制造、虚拟物流的思想，通过对各种模型设备的工作时间、利用率、空闲率、阻塞率等的分析，找出制约整个系统物流的瓶颈因素，再通过改变相关制约因素来达到系统整体的最优，这不仅有效的解决了传统的数学模型优化不能真实、具体、全面地反映系统运作情况的缺陷，又巧妙的回避了大量不必要的计算，操作起来十分经济方便。
仿真技术综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制的多个高新科技领域的知识，是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行实验研究的一门综合性技术。可有效的解决这种多因素、多目标、多层次的系统优化问题。
第三章 仿真技术的发展和应用
第一节 真技术的发展历史及其特点
一、仿真技术的发展历史
系统仿真是建立在系统理论、控制理论、相似理论、数理统计、信息技术和计算机技术等理论基础之上，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和系统资料对实验结果进行分析研究，做出决策的一门综合性和实验性的学科。
早在几千年前，我们的先人就懂得了系统仿真的基本原理。中国象棋就是用于仿真古代战争的游戏;军事沙盘用来仿真两军对战的战略;建筑中用木模研究实际建筑物的结构与承载性能等。知道20世纪40年代，冯。诺依曼正式提出了系统仿真的概念，随后1952年美国成立了仿真学会，1963年出版了仿真领域最具权威性的学术刊物《SIMULATION》后，系统仿真之间变成了一门独立的学科。
二、仿真技术的特点
系统仿真技术是模型(物理的、数学的或非数学的)的建立、验证和实验运行技术。现代仿真技术的特点可以归纳为以下几点:
(1)、系统仿真技术是一门通用的支撑性的技术。在决策者们面对一些重大的，棘手的问题时， 能以其他方法无法代替的特殊功能， 为其提供关键性的见解和创新的观点
(2)、系统仿真技术学科的发展具有相对的独立性， 同时又与光、机、电、声， 特别是信息等众多专业技术领域的发展互为促进。因此系统仿真技术具有学科面广、综合性强、应用领域宽、无破坏性、可多次重复、安全、经济、可控、不受气候条件和场地空间的限制等独特优点， 这是其他技术无法比拟的。
(3)、系统仿真技术的发展与应用紧密相关。应用需求倩影、系统带技术、技术促系统、系统服务于应用，这是一个辩证的关系。应用需求是推动系统仿真技术发展的原动力， 系统仿真技术应用效益不但与其技术水平的高低有关， 还与应用领域的发展密切相关。大量实例证明， 系统仿真技术的有效应用必须依托于先进的仿真系统， 只有服务于应用的仿真系统向前发展了， 才能带动系统仿真技术的发展。
(4)、系统仿真技术应用正向全系统、系统全生命周期、系统全方位管理发展， 这些都给予仿真技术的发展。
第二节 仿真技术在生产系统中的应用与分类
一、仿真技术的应用
仿真在生产中的应用，主要依赖于生产力发展水平的提高。对简单的生产过程和系统， 以人工操作为主的生产，仿真显示不出其突出的优点。然而，随着生产自动化水平不断提高， 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，要想预测每一种决策给系统带来的后果。已是人的大脑无法胜任的了。仿真技术正是弥补了这一不足，成为现代生产系统的有用工具，成为生产管理人员的得力助手。仿真在制造业中的应用，主要有以下几方面：
1．生产系统的规划设计
在一个新的生产系统建立时，往往要对该生产系统的方案设计进行评价。除了其它的系统设计与评价方法外，仿真是最常用的一种方法。对新系统建立模型，动态运行此模型，从而找到系统方案存在的问题。多次修改参数与运行，可以寻求一个较优的设计方案。
2．物料的管理
复杂、快节奏的生产系统。物料的管理往往是十分复杂的。不同的物料管理策略，会产生不同的效果。策略得当，可以保证生产系统均衡的生产，保证物料适时、适量的供应。反之，会造成生产物流的失调，或出现积压浪费，或出现供料不足。通过物料管理策略仿真， 可以确定出最恰当的物料管理方案。
3．生产系统的协调
多工序、多设备的复杂生产线。各加工工序生产节奏一般是不协调的。这种不协调会严重影响生产系统整体效率。协调各工序的生产节拍，充分发挥所有生产设备和人力资源的潜力， 力求系统生产的总体高效率，是生产中最常见的难题。仿真可以帮助人们迅速 找到生产的瓶颈，通过采取相应措旖，消除瓶颈，协调生产。
4．生产计划摸拟
企业、公司在制订计划时，为了预测计划下达后的效果，一般都采用定量分析的方法，通过分析来评价计划的合理性。仿真是定量分析方法中应用最广泛的。
5．生产成本分析
仿真可以模拟生产的动态过程。如果将成本作为一个基本变量，生产过程的模拟可以得到生产成本的统计性能。改变参数，多次仿真可以寻求降低成本提高生产率的较优方案。
生产线作为生产系统的重要组成部分，仿真技术在其中的应用同样十分广阔，从原料管理，工具管理，生产设备规划，控制生产吞吐等。
二、仿真技术的分类
系统仿真可以有很多种分类方法。
①．按模型的类型可以分为连续系统仿真、离散事件系统仿真、连续/离散混合系统仿真和定性系统仿真;
②．按仿真的实现方法和手段及模型的种类，可以分为物理仿真和数学仿真;
③．根据人和设备的真实程度，可以分为实况仿真、虚拟仿真和构造仿真等;
连续系统仿真和离散时间系统仿真是根据系统状态变化的不同而进行分类的。连续系统仿真是指系统状态随时间连续变化的系统的方针;离散事件系统仿真则是指系统状态值在一些时间点上发生变化的系统的方针。在系统仿真技术的发展历史中，连续系统仿真较早得到发展和成熟的应用。最为成熟的领域包括自动控制，电力系统，宇航，航空等。离散事件系统仿真是随着管理科学的不断发展和先进制造系统的发展而逐渐被重视和发展起来的。目前，在交通运输管理，诚实规划设计，库存控制，制造物流等领域都开展了离散事件系统仿真的理论和应用研究。
物理仿真是建立系统的物理模型。最早的仿真起源于物理仿真，例如航空飞行用空洞实验研究气流对飞机飞行的影响。数字仿真则是通过建立系统的数学模型进行研究。数学仿真又分为模拟仿真和数字仿真。数字仿真就是建立系统的数字模型。由于数字仿真依赖于计算机，并需要处理大量数据，要求能快速计算，因此数字仿真是随着计算机的发展而形成和不断成熟起来的。随着计算机的发展，数字仿真的研究和应用在系统仿真中占有越来越大的比重。
国外工业发达国家系统仿真技术的应用非常普遍。20世纪90年代初，美国提出了22项国家关键技术，系统仿真技术被列为16项;美国国防部提出了21项国防关键技术，系统仿真技术被列为第6项。美国已经严格规定所有重要的武器研究，必须进行仿真实验后才可投入正式生产和使用。
根据20世纪80年代末的统计，比人企业运用系统工程解决管理和决策问题时，采用系统仿真方法的已经超过80%。英国制造业也普遍采用系统仿真方法解决无聊控制、人力配置、调度评估、投资策略以及均衡生产等问题。根据国外应用统计，运用系统仿真油画系统设计规划可减少投资约30%，在库存控制方面科减少库存约15%。
第三节 物流相关仿真软件介绍
一、AutoMod
AutoMod仿真软件是由美国Brooks Automation公司出品，目前最新版本是11.2。 其研发基地位于犹他州的盐湖城，于上世纪80年代开始研发，目前已成为国际上产品较成熟、应用较广泛的仿真软件之一。 AutoMod的应用覆及汽车、家电、造船、化工、烟草、图书等制造业领域，军事、核工业等国防领域，以及邮政通信、港口、航空、仓储、配送、物料操作等物流及其他服务行业和领域。AutoMod是一款比较成熟的离散事件系统仿真软件，可完成对制造系统、仓储系统、物料处理、企业内部物流、港口、车站、空港、配送中心，以及控制系统等的仿真分析、评价和优化设计等。
二、Arena
Arena是美国System Modeling公司于1993年开始就基于仿真语言SIMAN
及可视化环境CINEMA研制开发的可视化交互级城市商业化仿真软件，为不同需求的用户开发有多种产品类型。
作为通用的可视化仿真环境，Arena的应用范围十分广泛，集合覆盖了可视化仿真的所有领域。在物流领域，Arena的应用涉及从供应商到客户的整个供应链，包括供应商管理、库存管理、制造过程、分销物流、商务过程以及客户服务等。在制造过程仿真应用中，Arena常用来进行四个方面的仿真分析:①生产过程中的工艺过程计划、设备布置等;②生产管理中的生产计划、库存管理(如库存规划、库存控制机制)等;③制造过程的经济性、风险性分析，降低成本或辅助企业投资决策等;④各种先进制造模式如虚拟组织与敏捷供应链管理的可视化仿真等。
三、Extend
Extend系统仿真软件是由美国Imagine That公司开发的通用仿真平台。Extend目前有连续、离散、工业和套装四个版本的商业产品。Extend提供了自成一体的集成环境，为不同层次的用户提供了多种工具，并且Extend的模块可以很容易地搭建并组合在一起，大大方便了建模。Extend在众多行业得到企业、学校和政府的广泛认可。其应用领域包括通讯、制造、服务、卫生、物流和军事等行业。
Extend提供了输入建模、运行仿真模型、数据分析等基本功能。Extend提供了模块化的建模功能，用户可以采用软件提供的基本模块，或者自己建立的模块搭建模型。此外，Extend包含了以个基于消息传递的仿真引擎，提供迅速的模型运行机制和灵活建模机制。Extend采用2D的建模与仿真显示功能，建立的模型和方针运行都显示二维的画面。Extend的方针运行支持及时的参数修改，能够及时看到修改参数后的运行情况。Extend也停工了专门的StatFit数据你和功能，辅助用户进行各种类型的输入数据的处理和分析。
四、Flexsim
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，大约500个Fortune企业中的一般为Flexsim的客户，包括General Mills， Daimler Chrysler， FedEx等一些著名企业。
Flexsim是一套系统仿真模型设计、制作与分析工具软件。它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，专门面向制造、物流等领域。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位模型，然后对模型进行各种系统分析和工程验证，最终获得优化设计或改造方案。
Flexsim是新一代离散时间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的建立起系统的模型。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。
目前，Flexsim软件已经在物流及生产制造领域里成功的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、产品库分拣仿真、生产物流系统仿真、高速公路交通仿真、集装箱码头仿真、机场仿真、城市应急系统仿真等。
以下是运用Flexsim成功解决的一些问题：
• 提高设备的利用率
• 减小等待时间和排队长度
• 有效分配资源
• 消除缺货问题
• 把故障的负面影响减至最低
• 把废弃物的负面影响减至最低
• 研究可替换的投资概念
• 决定零件经过的时间
• 研究降低成本计划
• 建立最优批量和工件排序
• 解决物料发送问题
• 研究设备预置时间和改换工具的影响
• 优化货物和服务的优先次序与分派逻辑
• 在系统全部行为和相关作业中训练操作人员
• 展示新的工具设计和性能
• 管理日常运作决策
Flexsim采用面向对象技术，并具有3D显示功能。建模快捷方便和显示能力强是Flexsim仿真软件的重要特点。该软件提供了原始数据拟合、输入建模、图形化的模型构建、虚拟现实显示、运行模型进行仿真实验、对结果进行优化、生成3D动画影像文件等的功能，也提供了与其他工具软件的方便接口。第四章 生产线仿真建模
第一节 生产线仿真的基本过程
生产线仿真的基本流程如图4-1:
图4-1 生产线仿真基本流程
一、明确仿真目的
建立生产线仿真首先要明确仿真的目的，这样才能避免对仿真过程中不必要细节的纠缠，突出问题的重点。
二、收集数据
数据收集包括收集与系统输入输出有关的数据以及反应系统各部分之间关系的数据:包括各个生产线的相互关系、生产时间、准备时间、加工零件路径关系等。这是保证以后Flexsim生产线模型能真正反映真实生产线模型的必要条件。
三、建立系统的物理模型
由Flexsim 中提供的各类资源来模拟生产线设备及产品。
四、建立系统的逻辑模型
通过connect 属性连接各实体， 以及对各实体参数的设置及编程， 实现一定产品加工顺序及不同品种的生产顺序。
五、模型确认
确认是确定模型是否正确代表实际系统，把模型及其特性与现实的系统及其特性比较的全过程。对模型的确认工作往往是通过对模型的矫正来完成，比较模型和实际系统的特性是一个迭代的过程。这个过程重复进行直到认为模型准确为止。
六、仿真模型运行
仿真运行就是将系统的仿真模型放在计算机上运行。在运行过程中了解模型对各种不同的输入数据以及不同的仿真机制输出响应的情况。
七、模型运行结果分析
对仿真结果分析是确定仿真实验中所获得的数据是否合理和充分，是否满足系统的目标要求，同时将仿真结果整理成报告，确定比较系统不同方案的准则、实验结果、数据的评价标准和问题可能的解，为系统方案的最终决策提供辅助支持。
第二节 模型介绍
一、圣奥沙发流水线简介
本模型以圣奥集团有限公司旗下的沙发流水线为实体模型。圣奥现有各类沙发共33款，其中6款为外购产品，25款为自行研发生产，淘汰2款。主要产品类别有: 厚重、气派沙发系列；高层主管(皮质) 稳重、时尚、简约沙发系列；各阶层(皮质及仿皮)贵宾、休闲沙发系列:访客、会客(布艺及皮质)。
二、沙发制造部工艺流程图
图4-2 沙发制造工艺流程图
该生产线的流程为图4-2所示。主要步骤有来料检验、材料入库、开料、钉架、打带、裁绵、裁剪、车缝、喷胶贴绵、成型安装、包装。而开料、钉架和打带是对板材进行处理的。裁绵和车缝是对皮料进行处理的。而各流程的先后顺序以及组合方式就如图4-2所示。
三、模型实体
表4-1 模型实体介绍
模型元素 系统元素 备注
Flowitem 原料 默认生成原料
Processor
机器 进行不同的参数定义以表征不同机器组中的机器
Queue 暂存区 暂时存放货物的区域
Conveyor 传送带 用来传送被加工对象
Source 原材料库 原材料的始发处
Sink 成品库 原料加工后的最终去向
(一)加工工艺及设备:
开料------根据产品、设计、工艺技术要求画板、用开料锯、带锯将板材锯成所需求规格形状(数量、品质)，机械设备及工具:带锯机、推台锯、横截锯、压刨机。
开绵------根据设计技术、样板要求，用电剪将海绵简称所需求规格的产品部件，机械设备及工具:电剪
裁剪------根据技术设计要求，用裁剪工具将皮料和面料裁成所需规格的产品部件，机械设备及工具:电剪，剪刀
车缝------根据设计技术要求，对各型号的产品进行缝合，机械设备及工具:缝纫机、锁边机、双针机
钉架------根据工艺技术要求，对已开好的料进行拼接，机械设备及工具:马钉枪、直钉枪
贴绵------根据设计技术要求，对已钉好的沙发架加贴海绵、造型
成型------对已贴好绵的沙发进行们皮和组装，对沙发进行初步的成型
安装------根据工艺要求对需要组装的产品进行安装固定以达到工艺要求
包装------根据工艺要求对检验合格的产品进行包装以达到工艺需求。
(二)模型假定:
由于工序较多，所以我将生产线中对板材的操作步骤(开料-钉架-打带)合并为一个过程，简称为板材操作，假定存在一板材处理器，能完成此三个程序。同理，将对皮料进行操作的步骤(剪裁-车缝)合并为一个过程，简称为皮料处理器。由于贴绵过程只有一道，所以就不需要合并。此外，圣奥沙发生产流水线上是一个流程一个人负责的。所以因为我把对板材的处理合并为一个流程，所以设定有1个操作员操作该流程。同理可得，裁绵区1人操作，皮料处理区1人操作。综上，整条沙发生产线所需的操作员共有6人。
表4-2 车间生产线机器与操作人员明细表
机器名称 数量 操作人员数
板材处理器 1 1
裁绵器 1 1
皮料处理器 1 1
喷胶器 1 1
成型安装器 1 1
包装器 1 1
沙发生产线首先从原料仓库取材料。由于生产线流程中有来料检验这一步骤，我假设原材料的产品合格率为99%，即只有1%的产品，由发生器随机发送。而与发生器连接的第一个暂存区是存放合格品的，第二个暂存区是存放不合格品的，进入生产线的原材料是由第一个暂存区发出的，因此就不存在有出现有次品进入生产线的问题。板材处理的总时间为各步骤的总和(即开料时间+钉架时间+打带时间)为702s。裁绵时间为78s，皮料处理时间(即裁剪时间+车缝时间)为367s。当板材和绵料都处理完毕后，以1:1的比例进 行喷胶贴绵操作，该过程处理时间为345s。完成后，与处理完毕的皮料进行成型安装，需要时间380s。最后进行成品包装，需时256s。当上述步骤都完成后，将成品入库。
模型的布局如图4-3:
图4-3 模型布局图
图4-4 模型透视图
(三)运行时间:
假定沙发生产线是一周7天都工作，每天工作时间为24个小时，采用班组轮换制度进行运作。总计一次仿真时间为168小时(7*24=168)，即604800s(168*60*60=604800s)。
(四)参数设置:
1.发生器source的参数设置为服从正态分布，均值为50，方差为2。
2.操作器处理时间服从常数分布。
3.除了装载废品的暂存区最大容量为1000，其他暂存区最大容量均为100。
4.由于有来料检验环节，我假定来自原料仓库的材料合格率为99%，所以在发生器的临时实体流分页中的送往端进行设定。如图4-5:
图4-5 发生器参数设置图
5.设定第一台合成器操作之后实体颜色改为黄色，自定义颜色为(R=255，G=255，B=0)。
6.第一台合成器设置:
图4-6 合成器一设置图
图4-7合成器一参数设置图
7.第二台合成器处理过后颜色设置为白色，即(R=255，G=255，B=255)。
图4-8 合成器二参数设置图
第三节 模型运行及其结果
一、仿真模型
由于本文的模型是以一周为一个模型周期的，因此我们用到Flexsim实验控制器的这个功能，实验控制器的参数设定如图4-9:
图4-9 实验控制器设置图
运行中的模型截图4-10。
图4-10 运行中的模型立体图
仿真结束时间为604813.30s。
图4-11 运行中的模型俯视图
该模型场景运行五次之后，观察的最终产量为860。如图4-12:
图4-12 最终产量图
二、仿真结果
(一)板材处理器:
由于在该生产线仿真模型中，我们假设的原料供应是得到充分保证的。如图4-13所示，板材处理器基本上处于满负荷状态，即一直在进行操作。
图4-13 板材处理器状态图
(二)裁绵器:
从图4-14可以看出裁绵器有大量空闲，空闲率超过50%。
图4-14 裁绵器状态图
(三)皮料处理器:
皮料处理器利用率也不高，大部分时间还是处于空闲状态。
图4-15 皮料处理器状态图
(四)喷胶贴绵器:
喷胶贴绵器的工作效率也不高，处理率只有近50%，大部分时间都是在收集。有前面几个操作器的状态可知，由于板材操作器的工作时间过长，导致裁绵器已经工作完成而它还没有操作完成。此外，喷胶贴绵器又是要由板材操作器和裁绵器都工作完后才能将处理过后的材料进行合成，所以它大部分时间都在等待经板材操作器处理过后的材料。
图4-16 喷胶贴绵器状态图
(五)成型安装器:
成型安装器的状态和上一个喷胶贴绵器状态相差不多，原因也相似。由于皮料处理器工作时间相对不是特别长，且工序只有一道，而喷胶贴绵器以及之前的操作不仅操作时间久，而且工序也有两道，所以成型安装器这里大部分时间都在等待喷胶处理过后的材料。皮料处理过后的材料也得闲置着，等待着进行合并。
图4-17 成型安装器状态图
(六)包装器:
由于成型安装器那里大部分时间都在等待，所以会造成包装器大部分时间都是空闲的，只有等待成型安装器安装完成之后才能进行操作，所以利用率不高，空闲率过高。
图4-18包装器状态图
第四节 结果分析以及模型改造
一、结果分析
由上述状态图可以看出，由于板材操作器的处理时间相对于裁绵器和皮料处理器的时间过长，所以导致同一层次的裁绵器和皮料处理器的空闲时间太大，操作率不高。而且，由于板材操作器的处理时间过长，导致喷胶贴绵器的大部分时间都在等待它操作完成。连锁反应，最后的成型安装器大部分时间久在等喷胶贴绵器操作结束。这样以来，最后的包装器大多时间都是空闲的。只有前一步骤的成型包装器完成了之后它才运作。
因此，这条生产线的生产瓶颈就在板材操作器那里。由于生产时间过长，导致整条生产线的利用率不高。其他操作器空闲率过大，利用率很低，而且合成器的大部分时间都是在等待。因此，本文的模型改造主要对板材操作器进行改造的。
下图就可以看出裁绵器后的暂存区十分拥堵。
图4-19运行中的模型图
二、模型改造
针对上述的结果分析，本文对模型进行以下改造:
(一)由于板材操作器是生产瓶颈，所以在模型中增加一台同类型操作器。此外进行技术革新，使其操作时间简短，改造后每台机器的操作时间为300s。
(二)在皮料处理器之后使用一跳传送带，并设定速度为1m/s。这样就使得皮料处理完成之后不会马上拥堵到暂存区。
模型改造后的立体图如下:
图4-20改造后的模型立体图
改造后的模型运行中的图:
图4-21改造后的模型运行图
模型运行结果中各操作器的状态:
板材操作器1:
图4-22改造后的板材操作器一的状态图
板材操作器2:
图4-23改造后的板材操作器二的状态图
裁棉器:
图4-24改造后的裁绵作器的状态图
皮料处理器:
图4-25改造后的皮料器的状态图
喷胶贴绵器器:
图4-26改造后的合成器一的状态图
成型安装器:
图4-27改造后的合成器二的状态图
包装器:
图4-28改造后的包装器的状态图
最终产量:
图4-29改造后的最终产量图
三、 模型改进后的分析
从上面的状态图中可以发现，各操作器的操作率有明显提高，并且最终产量提高了将近一倍。原先一次仿真结果产量为860。增加一台板材处理器之后仿真后的产量为1586，产量增加了84.4%。这个结果十分理想。因此，在设备和人员方面增加投入，换来产量的飞速增长是很值得的。
改造前后的产量比较:
图4-30改造前的最终产量图
图4-31改造后的最终产量图
第五章 结论与展望
通过对中国圣奥有限公司的沙发制造车间的生产线调查，运用Flexsim软件进行该生产线的模拟仿真，并设置参数，从最终的仿真结果中发现该生产线的不足。如板材处理器的生产瓶颈，经过仔细分析，最终在板材处理该环节上提高其生产能力，即增加一台板材处理器，分担部分原材料，并且进行技术革新，使得单板材处理环节的处理时间有所剪断。改造后的模型运行结果十分理想，不仅各个操作器的忙闲率有所提高，处理率增加了，空闲率降低了，最明显的改进结果就是其最终产量，由原先的860增加到1586，将近增加了一倍，表明使用仿真软件能够用方便的找出瓶颈，并且可以明显的对比改造前后的结果。
实体制造企业的生产线是一个十分复杂的系统，其决 策变量十分多，并且一般不是单一目标的系统，而是个多目标的系统。此外，会有很多不定性因素，所以单纯的数学方法很难对其进行准确分析并且找出不足。因而对生产线的建模和仿真是必不可少的。Flexsim的特点就是三位可视化效果好，操作也比较简便，实体类型丰富，数据选择也比较齐全，对于生产线仿真十分适合。
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致 谢
本学位论文是在我的导师曹玉华老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。无论是从课题的选择到论文的完成，都包含了曹老师的细心的指导和不懈的支持。完成论文所需的Flexsim软件正是通过曹老师的帮助才得以使用，对于完成论文中实证部分起到了至关重要的作用。在论文的完成过程中，曹老师给予了我很多的指导，并指正了我在论文写作过程的错误；在论文完成后，曹老师又帮助我查找了论文中出现的错误。在这里谨向曹老师致以最真诚的谢意和崇高的敬意。
