生产系统中计算机仿真技术的应用

　　1 概述　　　　计算机仿真是利用数值方法，根据系统的实际运行规律进行约束，然后在计算机上描述出其运行状态的一种重要方法。近年来，随着计算机技术的不断发展，实际模拟技术的范围不断扩大，如飞机设计、在线自动流量的分析等，都属于仿真应用领域。在本文中，从仿真的基本理论入手，对模型构建、数值计算等方面进行阐述，最后以特定实例证明仿真技术在工程实践中的价值。　　2 计算机仿真技术的基本理论概述　　　　计算机仿真是利用计算机技术对物理模型各种状态进行描述的一种高端科学，它是各个学科以及领域的知识经验积累。【1】　　由图1可知，计算机仿真流程主要有三个步骤：模型构建、约束条件设置和数值计算，本文将分别对这三个步骤进行简述。　　2.1 模型构建作为计算机仿真的对象，理论模型是否能够精确描述实际状态，具有举足轻重的作用，这一步主要通过计算机绘图软件对系统进行三维绘图来实现。在实践中，仿真的精度更加精确，因此，在模型构建这个步骤中，必须将系统的尺寸、条件等设置保持和现实情况一致或接近。　　2.2 约束条件设置模型的约束条件，即模型在计算时所处于的状态，这是数值计算结果准确与否的关键。例如：对一个流场模型进行计算时，在一个瞬间，输入速度、进口质量和出口压力以及在固体边界等具体处于何种状况，都需要进行准确的设置，精确地计算出当前状态的仿真结果。　　2.3 数值计算数值计算是在大多数的数字仿真过程中的最后一步，数值计算主要是零方程模型，具有两个方程的标准模型等，构建离散模型，模拟仿真进行迭代计算，它包括差分法、有限元法等方式。　　3 生产系统中计算机仿真技术的应用　　　　3.1 主要功能　　　　生产系统计算机仿真，可以进行建模和实验分析，能够整合资源、产品路线、库存管理等信息，动态地生成系统活动的进程，充分体现了生产过程和系统的优越性，软件验证和操作提供了用于管理的便捷方案，近年来，运用广泛的依然是在广大中国市场的制造业，具体使用情况如下：（1）比较明显的是在生产系统业务流程再造方案方面，为可行性验证做出了突出贡献；（2）先在制造单元分析方面提供了基础制造单元程序的有效数据和依据，对物理仿真模型、设备、数量等提供了有效验证，保证了物理系统在运行中的合理可行性，还可以对资源进行检查配置，并整合资源进行核算设立和运作，同时估算系统容量和生产周期，对预防设备故障、生产系统的影响做了有效保障；（3）在生产系统仿真模型建立后，生产管理人员可以在生产系统上调整策略，预先掌握决策，对结果进行决策和科学管理完成。　　3.2 仿真分析的一般步骤　　　　计算机仿真分析的一般方法，大致可分为三个主要步骤：第一步是通过相关的系统概念和操作的要求，对系统变量中存在的主要问题，例如运行规则、系统变量、系统元件关联关系等进行论证；第二步是收集相关的数据，并初始化仿真模型，然后根据数据输入运行，最后收集输出的数据报表作为结果统计好；第三步是对仿真分析的决策内容，并对生产系统的设计水平进行有效提高。　　4 计算机仿真实例　　　　4.1 仿真工具　　　　目前，在生产系统的计算机仿真工具的应用中大致分为三类：第一类如C/C++、FORTRUN,是通用的计算机语言；第二类如SLMAN、GASP-II等，是通用的仿真程序语言；第三类则是计算机仿真软件。　　前两种工具对设计人员的编程能力要求较高，但是在建模的同时编程周期长、易出错的缺点展露无遗。第三种工具是最容易学习和掌握的，而所需的数据都在交互式图形界面里完成，不像前两种工具费时、复杂，因此在实际操作中应用最为广泛。在此简单说明一下Promodel软件，Pro-model是美国Pro model Corporation公司推出的一款功能强大、操作简单的系统仿真软件。　　它提供了由物理单元和逻辑单元两类基本单元构造的系统仿真模型，该软件被广泛应用于生产系统规划与设计、生产系统性能的评估以及生产系统运行管理和决策中。　　4.2 模拟实例　　　　实例探析：在某呼叫中心，需要雇佣客户服务人员来接听客户的呼入咨询。如果平均一小时内有10人次呼入，则每两次呼叫之间，符合平均值为6分钟的指数分布。而所雇佣服务人员接听呼叫的时间大概为最低2分钟/次到最高10分钟/次，也同样符合均值为6的平均分布。如果公司出台相应如下政策：（1）接听每位客户的平均时长少于6分钟，那么公司需要雇佣多少名客户服务人员？（2）若不能超过5的等待顾客数，那么这时公司需要雇佣多少名客户服务人员？　　下面我们利用Pro model软件模拟这个系统：　　第一，如若只雇佣一名客户服务人员，能满足结果（1）、（2）吗？经过仿真，我们得出的结论是：顾客的平均等待时间为18.92分钟，并且排队等待的人数峰值达到了18人，均不符合公司政策的要求，故方案不可行。　　第二，那么如若雇佣2名客户服务人员，结果会怎样呢？　　运行结果如图2和图3所示：结果显示为，2名客服人员情况下，平均等待时间为5.9分钟，排队等待的人数峰值是5,符合公司的要求。故此方案可行。因此我们建议雇用2名客户服务人员。凭借输出报告结果输出，还可以看出在整个过程中，等待人数为5人的情况仅仅出现了3次。　　　　5 结语　　　　伴随我国制造业信息化的发展，计算机仿真技术将越来越凸显它的重要性，尤其是对于解决在制造系统应用中复杂的机械问题有着广阔的前景，不仅在自动化制造（如FMS）中，同时在用来优化决策和一般的机械加工车间的生产车间生产体系中同样适用。计算机普及已经是现代化的标志，针对工厂的实际生产环境，后者显得更具有现实的意义。本文即是在系统总结生产系统计算机仿真技术的基础上，对该领域的研究做了初步的探讨和尝试。　　参考文献　　　　[1] 陈森发。复杂系统建模理论与方法[M].南京：东南大学出版社，2005.　　[2] 王子才。关于仿真理论的探讨[J].系统仿真学报，2000,12（6）。　　[3] 赵新俊，王行仁，龚光红。仿真建模中的概念模型研究[J].系统仿真学报，2003,15（5）。　　[4] 贾启君，王凤岐，郭伟。生产系统的计算机仿真研究[J].计算机仿真，2003,20（10）。　　[5] 孙小明。生产系统建模与仿真[M].上海：上海交通大学出版社，2006.