Flexsim仿真学习

一 、序言——学习方法

1、准备

2、入门

3、深入

4、高级

5、集大成

二 、系统仿真基础知识

1 、 系统仿真的基本概念

系统、模型和系统仿真

系统式相互联系、相互作用的对象的组合。可以分为工程系统和非工程系统。

系统模型是反映内部要素的关系，反映系统某昔日方面本质特征，以及内部要素与外界环境关系的形同抽象。模型主要分为两大类：一类是形象模型；二类是抽象模型，包括概念模型、模拟模型、图标模型和数学模型等

重点描述一下数学模型

（1）              按变量分为随机模型和确定模型；

（2）              按变量之间的关系分为线性模型和非线性模型；

（3）              按变量取值分为连续模型和离散模型；

（4）              按时间分为静态模型和动态模型；

（5）              按功能用途分为结构模型、评价模型、工程模型和预测模型等。

系统仿真方法是：系统模型建立后，在模型上对系统进行实验研究的方法。

随机变量的产生方法：

a)      逆变换法

b)     卷积法

c)      合成法

d)     取舍法

e)      函数变换法

随机数性能测试：

（1）    X²测试

（2）    运行测试

（3）    自相关测试

2 、 离散事件系统仿真

2.1、离散事件系统基本要素

离散事件系统式指状态变量随时间呈离散状态变化的系统。可以形式化的表现为：

M={T,U,X,Y,Ω,λ}

T为时间基；U为状态变量；X为输入变量；Y为输入变量；Ω为状态转移函数；λ状态空间。

离散事件系统的描述需要5个基本要素：实体、属性、事件、活动、进程。

1、实体（单元）。在离散事件中实体分为永久实体和临时实体两类。凡是在系统仿真器件流经系统，在仿真结束时已经离开系统的实体都称为临时实体。凡是在系统仿真期间自始自终停留在系统中的实体都称为永久实体。

2、属性。实体所具有的特性称为实体的属性。实体可能具有很多特征，但是并不是所有特征都是实体的属性，只有那些与系统仿真相关的特征才称为属性。

3、事件。在离散事件系统仿真中，有两种事件：一种是引起系统状态变化的行为。这类事件是系统所固有的，使系统状态变化的主要驱动力。另一种事件就是程序事件。如，在仿真过程中为了使仿真结束，专门定义一个事件，使其终止仿真，这类事件并非系统固有的，而是根据需要设定的。

4、活动。事件与事件之间的过程称为活动。活动是系统状态转移的标志。

5、进程。有序的事件与活动组成的过程称为进程。它描述了其中的事件、活动的相互逻辑关系和时序关系。

2.2、离散事件系统仿真的分类

2.2.1、排队系统

在队列中，等待服务的顾客和服务台就构成一个排队系统。排队系统可以用临时实体的数目、到达模式、系统容量和排队规则来描述。

排队系统的3个组成部分

（1）到达模式，指临时实体到达的规律；

（2）服务模式，指同一时刻有多少服务机构可以接纳临时实体，需要多少服务时间。

（3）排队规则，指服务机构对下一个临时实体进行服务的选取规则。

2、排队系统常用的输出参数

（1）平均等待时间d=

（2）平均通过系统时间w=

（3）平均队长Q=

（4）系统中平均滞留的实体数L=

2.2.2、库存系统

在库存系统中，顾客需求和订货的不断发生时库存量呈动态变化。

图1——库存系统模型

库存系统仿真的主要参数

（1）  保管费C2=

（2）  订货费C1=

（3）  缺货损失费C3=

2.2.3、离散事件系统仿真的基本步骤

1、确定仿真目标

2、进行系统调研

3、建立系统模型

4、确定仿真算法

5、建立仿真模型

6、验证与确认模型

7、运行仿真模型

8、分析仿真结果

9、输出仿真结果

3 、 输入数据建模

搜集实际的数据，分析这些数据，用这些数据建立输入数据模型，并使所建立的输入数据模型能够正确的反映数据的随机特征，是否能够得到正确仿真结果的重要前提。

建立输入模型的3种方法：

（1）在仿真运行中直接使用搜集到得数据。

（2）把搜集到的数据定义为经验分布。

（3）将数据拟合为某种理论分布。

搜集数据有以下几种方法：

（1）通过实际观测获得系统的输入数据。

（2）由项目管理人员提供实际系统的运行数据。

（3）从已经发表的研究结果、论文中搜集类似系统的输入模型。

3.1、连续随机变量分布类型的辨识

点统计法

直方图发

3.2、离散型随机变量分布类型的辨识

点统计法

线图法

3.3、参数估计

3.4、拟合度检验

3.4.1、X²测试

3.4.2、kolmogorov-smirnov测试

3.5、随机变量的相关与回归分析

3.6、经验分布

3.6.1、离散型变量的经验分布

3.6.2、连续变量的经验分布

4 、 仿真结果和分析

4.1、仿真结果的瞬态与稳态特征

不同时刻的随机变量服从不同的瞬时分布

4.2、区间估计与置信区间

4.3、终止型仿真的结果分析

4.3.1、固定样本数量法

4.3.2、序贯发

4.4、稳态仿真的结果分析

4.4.1、重复/删除法

4.4.2、批均值法

4.5、敏感度分析

4.6、正交设计

4.7、参数优化

5 、 物流系统仿真的主要内容

5.1 、自动储存系统（AS/RS）的仿真

1、AS/RS简介

2、AS/RS的构成与分类

3、AS/RS仿真内容

（1）    AS/RS的总体布置

（2）    确定仓库容量和尺寸

（3）    AS/RS的资源配置

（4）    出入库策略和作业方式

（5）    存储库位管理

（6）    系统运行参数的调试

4、AS/RS仿真建模与分析

评价分析系统：

（1）    仓库整体利用率

（2）    仓库货位利用率

（3）    仓库吞吐能力

（4）    设备利用率

（5）    系统响应能力

（6）    物流周转速度

（7）    作业差错率

5.2 、自动引导小车（AGV）系统仿真

1、AGVS简介

2、AGVS的构成和分类

3、AGVS仿真的内容

（1）    AGV物流线路布局以及系统中装卸站点的位置安排

（2）    小车配置数量

（3）    小车调度规则

（4）    路劲规划与管理

（5）    小车运行参数调试与优化

4、AGVS的建模与分析

（1）    系统的运输能力

（2）    系统响应能力

（3）    小车效率和利用率

（4）    系统的故障率

5.3 、分拣系统（ASS）仿真

1、ASS简介

2、ASS特点

（1）    连续大批量地分拣货物

（2）    分拣系统作业误差率底

（3）    基本实现无人化

3、分拣方式及拣选策略

分拣方式：

（1）    按订单拣选和批量拣选

（2）    单独拣选和接力拣选

（3）    人至货前拣选和货至人前拣选

拣选策略：

（1）    分区策略

（2）    订单分割策略

（3）    订单分批策略

4、ASS仿真的内容

4、ASS的建模与分析

评价分析系统：分拣能力

              设备利用率

              作业流程的合理性

              拣选策略的合理性

              系统的柔性

5.4 、离散制造系统仿真

5.4.1、离散制造系统仿真简介

5.4.2、仿真在系统中的应用

1、仿真目标

（1）    维修工位的数目

（2）    工作人员的数目

（3）    测试设备的数目

（4）    工位布局

2、建立仿真模型

3、仿真运行结果与系统分析

4、仿真与生产调度

（1）    基于仿真的调度方法步骤

Ø  建立制造系统的仿真模型

Ø  在系统仿真模型中集成决策规则，依据决策规则选择设备和路径

Ø  按照制造系统的初始状态和输入状态的生产指令运行仿真模型

Ø  通过仿真得到工件在制造系统中的加工流程，这个流程就是调度方案

5.5 、交通系统仿真

1、交通系统的简介

2、交通系统的构成和分类

3、交通系统仿真的内容

4、交通系统模型建立与分析

三、仿真实验

实验一、  分拣、分流功能模拟

相关理论知识

1、分拣、分流的含义

2、分拣、分流的流程

3、分拣、分流的控制方法

实验目的与要求

在该实验中，我们主要针对通过型物流中心的模型研究来了解分拣、分流的控制方法，并通过模型驱动来了解Flexsim中的生成器、传输带、吸收器、操作员、暂存区等实体的功能和特点，加深操作者对分流功能的设置规则和控制方法的掌握，并对通过型物流中心有一个整体的了解。

实验模型概述

通过型物流中心是指进货后不经入库储存直接按店铺分类后出货的物流中心。其模型如图所示。

                          图一通过型物流中心

实验步骤

…

实验总结

通过本实验我们学习了如何利用发生器生成产品、传输带的（直线、分流、弯曲、直线倾斜、曲线倾斜）的设置、吸收器的使用、操作员的设置、暂存区等来构筑简单的物流中心的方法。重点需要理解各实体的属性的设置

实验难点

角度的设置

实验二、  仓储型物流中心模拟

相关理论知识

托盘

托盘的码放

托盘商品的堆码要求

仓库的出入口设计

实验目的与要求

在该实验中，我们主要通过仓储型物流中心的模型来学习了解自动化仓库、装货平台、卸货平台、传输带、机器手、托盘等尸体的功能特点。通过对仓储型物流中心模型的构筑，加深对托盘的货物的对吗规则和控制方法的了解，并对仓储型物流中心有一个更深的认识。

实验模型概述

仓储型物流中心是指进货的商品临时保存在仓库中，然后根据需要进行出库的物流中心。

1.    入库流程：商品从不同的发生器投放到传送带上，按事先设定好的规则在装货区，由机械手装入托盘，托盘根据商品特性经入库区送入自动立体仓库中的指定位置。

2.    出库流程：根据需要情况，将储存在自动化立体仓库的托盘商品从自动化立体仓库中取出，在卸货平台中由机械手将其从托盘上卸下，并投入分流传输带上，根据装车原则出库。

实验步骤

……

实验总结

通过本实验，可熟练掌握自动立体仓库、装货平台、卸货平台、传送带、机械手、托盘供应等设备的控制方法及功能特点。同时通过模拟也加深了托盘对吗等概念以及设置方法的认识，也加深了对托盘商品出入库的情况了解。

实验三、  复合型物流中心模拟

相关理论知识

实验目的与要求

实验模型概述

实验步骤

实验总结

 

第二篇：Flexsim系统仿真软件介绍

1 Flexsim系统仿真软件概况

Flexsim 是PC Base的数字虚拟企业的仿真系统，来建立各种经营、管理、制造等模型，并且可在微软公司的Windows 2000、Windows XP、及Vista 等不同作业平台上执行的全窗口化3D专业仿真软件。Flexsim是新一代的面向对象的仿真建模工具，它是迄今为止世界上唯一一个在图形建模环境中集成了C++IDE和编译器的仿真软件。在这个软件环境，C++不但能够直接用来定义模型，而且不会在编译中出现任何问题。这样就不再需要传统的动态链接库和用户定义变量的复杂链接。它能使决策者轻易地在个人电脑中建构及监控任何工业及企业的分散式流程。透过Flexsim我们可以率先找出未来工业及企业流程的模式。Flexsim基础架构设计不只是要满足使用者现今的需求，其架构的概念更是为了企业的未来而准备。

Flexsim就是帮助工程师，经理和决策者形象化地在动态三维虚拟现实环境中检测新提议的操作，流程或是系统。这对于创建那些可能出现崩溃，发生中断或是产生瓶颈的复杂系统是必不可少的。通过预先创建系统模型，可以考察各种假设的场景，同时不会产生改变实际系统时所面临的中断，成本和风险。

Flexsim不仅已应用于工业自动化仿真、物流中心配送仿真、交通运输仿真、交通流量管制仿真、医疗管理研究、医院动线规划仿真等民用工程，也已经应用于先进国防战略仿真、航天制程仿真等大型研究方向。

主要的应用领域：

制造业：

半导体芯片制造、肉食包装工厂中的牛肉处理、钢铁制造、果酱成品的罐装，标签，包装，发货、电子器件制造、

仓储和配送：

港口集装箱船只的装卸、配送中心操作、订单取货、传输带系统和布局、物流货架、传送带和堆垛机。

运输：

高速路交界处的交通流、火车站中人群和列车的移动、河流中驳船的往来穿梭、国际边防路口的交通堵塞

其他：

矿石开采和加工、快餐店中食物准备和客户服务、参观者在娱乐场所内的活动、喷气式飞机引擎的拆卸，翻新和更换、医院中病人和食物的处理、共享的网络存储器中数据的流动、银行处理中心中支票的处理。

2 Flexsim仿真功能

2.1 Flexsim建模的功能

1) Flexsim具有离散型和连续型的混合建模功能。软件本身更多的是离散型仿真方面应用，但它支持连续型生产建模，它有专门的流体部件库，有很多应用于炼钢厂、塗料生产厂及石油输送的成功案例。

图-1 Flexsim连续型生产模型之一

2) Flexsim提供平面与三维建模窗口，可以直接将AutoCAD的平面布置图导入建模窗口，可完全遵循平面布置图的距离关系建立平面模型，平面模型只要换一个窗口，或换一个角度就是三维模型，建立二维模型的同时，同步自动生成三维模型，不需要将二维模型转为三维模型的操作。同样，也可以直接在三维建模窗口建立模型，二维模型同步自动生成。二/三维建模完全同步关联。

图-2 AutoCAD的平面布置图上建模

3) Flexsim提供的部件具有相当的柔韧性，部件的参数设定可适应于不同层次的使用者，对于刚入门的使用者，Flexsim

提供了制造业和物流业常见策略，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。对于使用熟练者，可以直接用C++编程，实现更复杂的有特殊需求的出入库策略，每个部件都有C++编程接口。

4) Flexsim用拖放图形方法建立模型，Flexsim提供有固定类部件库，执行类部件库，流体类部件库，以及用户部件库。建模时将相应的部件拖放到模型窗口的指定位置。Flexsim允许用户开发自己的部件并建立自己的部件库，对于使用熟练者用户可以手工编制代码来建模。

5) Flexsim具有完全的C++面向对象(object-oriented)性。

6) Flexsim所有模型均建立和运行于耀眼的彩色3D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-3 大规模模型全景

模型的第二层情景 模型的第一层情景

7) Flexsim能利用包括最新的虚拟现实图形在内的所有PC上可用的图形。如果是扩展名为3DS、VRML、DXF和STL的3D立体图形文件的话，可以直接导入Flexsim模型中，模型中的任何部件或背景都可以通过导入图片或立体图形文件的方法替换部件或背景的图片或立体图形。

图-4 Flexsim模型

8) Flexsim是世界唯一的在图形的模型环境中应用C++ IDE和编译程序的仿真软件。定义模型逻辑时，可直接使用C++，而且可立刻编译到 Flexsim 中。因为Flexsim 具有高度的开放性和柔韧性，所以能为几乎所有产业定制特定的模型。

9) 有Flexsim版本3.0的中文版。最新版本没有中文版，是英文版，但软件本身在建模环境中能输入中文字符，在仿真运行环境中能以标签或表格形式显示中文信息等。

图-5 Flexsim最新版报表中显示的中文信息

10) Flexsim尽管能同时打开多个窗口，但模型是在集成统一的开发环境中，这种开发环境具有两种表现形式，一种是3D或2D的视景环境，一种是树结构的纯文本环境。它是同一个东西，不同表现形式，方便建模和调试。

Flexsim

建模环境同时支持仿真模型的运行、调试等功能。

11) Flexsim全部模块是在Windows系列版本的操作系统上运行，包括Windows 2000各版本、Windows XP各版本、Windows 2003各版本以及Windows Vista各版本。软件操作风格上具备典型的Windows操作风格，具备菜单、工具条以及复制、粘贴等操作。

12) Flexsim提供较为详细的通用格式的技术帮助文件（文件格式为*.HTML）。在软件中也有帮助菜单，有查询功能。

13) 开放性和互联性是Flexsim体系架构的一个特点。Flexsim完全与C++ 相结合，用户可以随时修改Flexsim满足其特定需求，而不必学习专有代码。Flexsim能够链接到任何ODBC数据库（像Oracle.or Access.）和大众数据结构文件（如text, Excel, 或 Word)。创时能公司能够提供仿真与用户异构平台的接口。

2.2 Flexsim的分析优化的功能

1) Flexsim建立模型的所有资源是对象（Objects），对象可以是产品，模型，图表，记录，库，GUI，甚至是应用程序本身。而Flexsim的对象都可以向定制的用户公开，建模人员可以自由地操作部件、图形用户界面、菜单、选择列表和部件参数，可以在部件里增加自定义的逻辑、改变或删掉既存的编码。所以当然允许用户根据实际需求来自定义统计分析报表。Flexsim在仿真过程中，能根据仿真进度动

态显示2D和3D报表数据。

图-7 3D报表实时显示报表数据

2) Flexsim仿真的统计分析数据除在仿真运行环境内显示外，可以直接导出EXCEL和文本文件形式的报表，提供数据库以自定义表形式储存报表。

3) 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-8 Flexsim提供的设备状态饼图

4) 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（如上图）。

5) 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。由于在Flexsim中除了模型本身外、模型中的每个部件都提供了编写VC++程序的接口，所以当然支持嵌入自定义的优化算法。

2.3 Flexsim的其它功能

1）层次结构 Flexsim可以让建模者使模型构造更具有层次结构。建立模型的时候，每一部件都使用继承的方法（即采用继承结构），可以节省开发时间。Flexsim可以让用户充分利用Microsoft Visual C++的层次体系特性。

2）量身定制 软件的所有可视窗体都可以向定制的用户公开。建模人员可以自由地操作部件、视窗、图形用户界面、菜单、选择列表和部件参数，可以在部件里增加自定义的逻辑、改变或删掉既存的编码，也可以从零开始完全建立一个新的部件。不论是设定的还是新创建的部件都可以保存到部件库中，而且可以应用在其它模型中。最重要的是，在Flexsim中可以用C++语言创建和修改部件，同时，利用C++可以控制部件的行为活动。Flexsim的界面、按钮条、菜单、图形用户界面等都是由预编译的C++库来控制

的。

3）可移植性 因为Flexsim的部件是向建模者公开的，所以部件可以在不同的用户、库和模型之间进行交换。可移植性与量身定制相结合能带来惊异的建模速度。定制的部件保存在部件库中，建模时，只要从部件库中拖放相应部件，就能在新模型中再现这些部件。可移植性与量身定制延长了部件和模型双方的生命周期。

4）仿真实验 Flexsim 能一次进行多套方案的仿真实验。这些方案能自动进行，其结果存放在报告、图表里，这样我们可以非常方便地利用丰富的预定义和自定义的行为指示器，像用处、生产量、研制周期、费用等来分析每一个情节。同时很容易的把结果输出到象微软的Word、Excel等大众应用软件里，利用ODBC（开放式数据库连接）和DDEC（动态数据交换连接）可以直接对数据库进行读写数据。

5）统计分析 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25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。

技术支持：Flexsim中国唯一代理商 北京创时能科技发展有限公司