本章将涵盖仿真的理论知识和基本概念，并介绍Plant Simulation的核心功能。完成本章学习后，您将能够：

• 理解仿真的定义及其价值
• 了解仿真的不同类型
• 掌握Plant Simulation的核心功能与应用场景

仿真

“仿真是通过可实验模型对系统及其动态过程进行复现，从而获得可应用于现实的结论。该过程尤其强调系统随时间推移的发展变化。”（VDI 3633-1, 2010）

产品、流程和系统日益复杂，是仿真技术越来越多地应用于技术系统规划、实施和运营阶段的重要原因之一。作为数字工厂概念的组成部分，仿真有助于缩短产品上市时间，并为决策过程提供支持。对于分析系统行为随时间动态变化且难以通过数学方法高效求解的问题，仿真技术尤其有效。

在规划阶段，仿真可用于：

• 确定所需资源数量、运输系统配置及缓冲区规模
• 验证和优化规划参数 基于不同场景评估规划方案 分析系统在长期运行及产能爬坡期间的行为 提供概念验证 在运营阶段，仿真可用于： 优化控制策略、调度安排与订单排序 验证资源与缓冲区利用率、批量大小及库存水平 在不干扰运行系统的前提下分析假设场景 分析故障与中断产生的影响 培训员工熟悉流程与物料流转 仿真类型 仿真可应用于物理现象、业务流程、行人及交通流，以及制造与物流运营。主要存在两种不同类型的仿真： 连续仿真 离散事件仿真 连续仿真以连续方式观察仿真模型中的状态随时间变化，而离散事件仿真仅检查特定时间点——当特定事件发生或特定模型组件状态改变时（例如工作站开始或结束加工零件）。因此，离散事件仿真从一个事件或状态变化跳转到下一个，并跳过中间的时间间隔。 仿真活动

基于不同场景评估规划方案
• 分析系统在长时间运行和爬坡阶段的行为
• 提供概念验证

在运营阶段，仿真可用于：
• 优化控制策略、调度和订单排序
• 验证资源与缓冲区利用率、批量大小及库存水平
• 在不中断运行系统的前提下分析假设情景
• 分析故障与中断的影响
• 对操作人员进行流程与物料流动培训

仿真的类型
仿真可用于物理现象、业务流程、行人及交通流、以及制造与物流运营。主要存在两种不同的仿真类型：
• 连续仿真
• 离散事件仿真

连续仿真将仿真模型中的状态变化视为随时间连续变化，而离散事件仿真仅检查特定时间点——在这些时间点上，某个事件发生或某个模型组件的状态发生变化，例如当某工位开始或完成一个零件的加工时。因此，离散事件仿真从一个事件或状态变化跳转到下一个，并跳过中间的时间段。

仿真活动

仿真范围可从生产设施的局部区域延伸至全球分布的供应链网络。在制造与物流领域，仿真有助于识别瓶颈、高库存水平、可行的吞吐量以及合适的控制策略。典型的仿真项目流程包括（Rabe, Spieckermann, Wenzel, 2008）：

• 问题与目标描述
• 系统分析
• 数据采集
• 模型形式化与实施
• 实验与仿真结果分析

仿真始终基于模型，模型是对规划中或现有系统的简化再现。因此，仿真结果的质量完全取决于模型及仿真实验所依据的数据质量（VDI 3633-1, 2010）。为以合理投入获得可行结果，仿真模型的详细程度既不宜过度细化，也不应过于抽象。

Tecnomatix Plant Simulation

Plant Simulation是一款离散事件过程仿真软件，隶属于西门子PLM软件的Tecnomatix数字化制造解决方案。该软件支持用户创建面向对象、层次化的生产与物流系统仿真模型，涵盖复杂控制策略。基于这些仿真模型，可分析系统特性、探测潜在薄弱环节或瓶颈，并优化包括资源利用率、吞吐量和物料搬运操作在内的整体性能。

Plant Simulation核心功能

Plant Simulation的核心功能在于其面向对象和层次化的建模方法。面向对象方法允许子对象从父对象继承属性（attributes）和行为（methods）。Plant Simulation的建模能力不仅支持使用标准库对象，还能开发可重复使用的自定义库元素。这使得用户可以定义复杂的物料流规则和控制策略，在仿真模型中验证其性能，并将其复用于其他仿真模型。 根据西门子PLM软件介绍，Plant Simulation的其他关键功能包括： - 面向标准与自定义库元素的对象库及管理功能 - 集成工厂布局的交互式2D与3D可视化 - 内置图表用于吞吐量、利用率和瓶颈的可视化分析 - 集成神经网络、遗传算法及实验管理器 - 支持多种接口的开放系统架构（如ActiveX、SQL、ODBC、Socket等） 开始前准备 请确保计算机已安装并运行Plant Simulation软件。该软件提供商业和非商业许可，学术非商业许可包含教育许可和研究许可。若您是学术机构的学生，可从西门子PLM软件官方网站下载免费学生版本。

根据西门子PLM软件公司介绍，Plant Simulation 的其他关键功能包括：

• 支持标准及自定义库元素的对象库与管理

• 结合设施布局的交互式2D和3D可视化

• 集成图表，用于可视化和分析吞吐量、利用率及瓶颈

• 集成的神经网络、遗传算法和实验管理器

• 开放的系统架构，支持多种接口（如 ActiveX、SQL、ODBC、Socket 等）

开始之前
请确保 Plant Simulation 已安装并在您的计算机上正常运行。Plant Simulation 提供商业和非商业许可证。面向学术机构的非商业许可证包括教育许可证和研究许可证。如果您是学术机构的学生，可以从西门子PLM软件网站下载免费的 Plant Simulation 学生版。

请注意，在仿真模型中可创建的对象数量受许可证类型限制：学生许可证最多可创建80个对象，教育许可证最多可创建1000个对象。您仍可在学生或教育许可证下加载由其他许可证创建的仿真模型，但如果对象数量超过限制，将无法保存该模型。

同时请注意，使用非商业许可证创建的仿真模型不得用于商业用途。使用学生许可证或研究许可证创建的模型仍可在商业许可证（如专业许可证）的Plant Simulation中打开。但使用教育许可证创建的模型无法在商业许可证的Plant Simulation中打开。

本教程使用Plant Simulation 14.0.1专业版创建。如果您使用的是较早版本的Plant Simulation（例如13及更低版本），部分功能可能不同，且由于Plant Simulation的向下不兼容性，您将无法打开本教程提供的示例模型。

请注意，您可以使用新版本的Plant Simulation打开并运行旧版本创建的仿真模型（例如从13版升级到14版）。但若使用新版本保存模型，则无法再在旧版本中打开。