虚拟现实技术在仓储物流仿真系统研究与应用

1、虚拟现实技术在仓储物流仿真系统研究与 应用Virtual reality technology in the warehouse logistics simulation system of research and application/学科专业：计算机应用技术 研究生：* 指导教师：*市建设学院二零一零年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得*市建设学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已

2、 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解*市建设学院有关保留、使用学位论文的规定。特授权*市建设学院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期： 年 月 日签字日期： 年 月 日物流对人们的日常生活和经济活动有着极为重要的作用。物流是经济生活的重要因素。随着生产力的日益提高，生产物流系统中蕴藏的巨大潜力越来越引起 人

3、们的注意。在提高加工制造设备本身能力和效益的同时，挖掘物流潜力，追求 提高生产系统的效益是现代化生产的重要标志之一。仓库是物资准备、高度集散 中心，是整个物流供应链的关键节点，日常业务涉及到订货、储备管理、供应、 协调等诸多方面，有关人员不仅要懂得科学管理，还要精通一定的专业技术，了解储备物资的有关特性，借助虚拟仿真系统，能够缩短对仓库人员的技术培训， 增强他们对工作环境和对象的直观认识，尽快适应实际工作的需要。论文研究的仓储仿真系统首先介绍了仓储的功能、组成要素以及系统仿真的 基础知识，分析使用虚拟现实技术对研究仓储物流系统的重要性。根据其仓储设 备，存储任务和物流管理的要求，进行三维可视化

4、、 物流仓储技术和信息化管理 等方面的研究，并开发出具有实际应用价值的仓储仿真管理信息系统。提高仓储物流系统运作效率的拣货策略、拣货路径和仓储策略等。论文的主要研究内容是利用三维可视化和 VC.NET技术，在虚拟环境下实现 仓库存储货物实际流程的三维显示，使仓库管理人员能够直观地获取仓库的存储 状况，而不是仅仅面对枯燥的库存数据；分析和管理各种仓储物流信息，探讨仓 库的管理策略，包括仓库数据库的设计，货位的安排和进出货的策略等，方便管理人员更好的了解仓库的运行情况并对仓库管理做出科学决策。本文采用 VC.NEFF台、视景仿真工具 Multigen Creator/Vega Prime 及其 所

5、提供的应用程序接口 OpenFlight API与Vega Prime API实现了仓储模型的自 动生成、出入库操作的模拟。同时还实现了在三维虚拟环境中的实时漫游、交互控制、数据库信息查询等功能。关键词：MultiGen Creator , OpenFlight API , Vega Prime API ,仓储，虚 拟现实ABSTRACTLogistics has a vital role to the people's daily life and economic activity.Logistics is an important factor in economic activ

6、ity. With the increasing of productivity, the huge potential within the logistics system is attracting more and more people ' s attention. As the abilitndi the efficiency of manufacturing equipments rise, digging the potentiality of logistics and pursuing the efficiency of production system is o

7、ne of important signs of production modernization. The warehouse is the centre of material preparation and intensive distribution, and is the key node of the whole logistics supply chain. Its day-to-day businessinvolves order, reserve management, supply and coordination, etc. The relevant staff shou

8、ld not only understand scientific management, but also a certain degree of relevant technical expertise.They must understand the relevant characteristics of reserve materials, and with the aid of the virtual simulation system, shorten the technical training of warehouse staff, enhance the intuitive

9、understand of work environment and object , to adapt to the practical demands.The warehouse simulation system in this paper first introduces the function, elements and basic knowledge of system simulation, analyzes the importance of studying the warehouse logistics system using the method of simulat

10、ion. According to the demands of warehouse storage equipment, storage task and logistics management, study 3D visualization, logistics storage technology, informatization management and some other aspects. Besides, develop a warehouse simulation management information system which is of actual appli

11、cation value and improves the operational efficiency, picking strategy, picking path and warehousing strategy.The main contents of the research is, using 3D visualization and VC.NET technology, in a virtual environment, achieve 3D display of the actual process of warehouse storage goods, to make war

12、ehouse management personnel intuitively obtain warehouse storage condition, instead of only facing the boring inventory data. Analyze and manage various warehousing logistics information, discuss the warehouse management strategy, including the design of warehouse database,the arrangement of the loc

13、ation and the strategy of the shipments, etc. It' s conve management personnel to better understand the warehouse operations and make scientific decision.By using VC.NET platform, the visual simulation tools MultiGen Creator/Vega Prime and its provided application program interface OpenFlight AP

14、I and Vega Prime API, this system achieves functions such as the simulation of the operation of the automatic generation and in-out warehouse model. Also realizes the real-time roaming, interactive control, database information querying and the other functions in 3D virtual environment.KEY WORD SMul

15、tiGen Creator, OpenFlight API, Vega Prime API, Warehouse, Virtual Reality第一章绪论01.1 选题背景及研究意义 01.1.1 选题背景01.1.2 研究意义11.2 国内外研究现状 21.3 主要研究内容 4第二章仓储物流仿真系统的基础知识 62.1 虚拟现实与系统仿真 62.1.1 系统仿真的概念 62.1.2 系统仿真的建模 62.1.3 系统仿真的基本步骤 72.1.4 系统仿真在仓储物流系统中的应用 82.1.5 系统仿真与虚拟现实的结合 92.2 仓储仿真系统的组成 92.2.1 仓储在物流中的功能 102.2

16、.2 仓储在物流中的地位和作用 112.2.3 仓储的类型122.3 仓储物流系统的理论基础 122.3.1 经济订货理论（EOQII型）142.3.2 安全库存理论 142.3.3 订货提前期理论（再订货点的确定） 142.3.4 仓库外形设计理论152.4 本章小结16第三章系统设计的软件介绍 173.1 虚拟现实模型的渲染过程 173.2 MultiGen Creator 的实体建模183.2.1 MultiGen Creator 的简介183.2.2 OpenFlight 数据结构193.2.3 MultiGen Creator建模过程中关键技术 203.3 视景开发软件 Vega P

17、rime213.3.1 Vega Prime 的简介213.3.2 Vega Prime 与 Vega 的区另213.3.3 Vega Prime 系统结构 223.4 本章小结 24第四章仓储物流系统的设计 254.1 离散系统仿真 251 .1.1 基于离散事件驱动的物流建模 254 .1.2 建模方式的分类284 .2 仓库模型描述 294 .2.1货架及托盘装载单元模型描述 294 .2.2货物模型描述304 .3数据库设计304.3.1 数据库接口 ADO的工作原理和特点 304.3.2 对象介绍 384.3.3 实现步骤304.3.4 具体实现 304 .4 本章小结33第五章基于

18、虚拟现实技术的仓储物流仿真系统 345 .1系统概述345 .1.1 系统功能分析 345.1.2 系统需求分析 345 .2系统总体设计 355.3系统开发流程 365 .4系统主要功能及其实现技术 365.4.1 仓库模型的自动构建 365. 4. 2库存数据库的设计 475 .4.3库存数据库的查询 465 .4.4出入库路径的选择 495 .4.5碰撞检测465 .4.6交互式场景设计 495 .5 系统测试及效果分析 49第六章结论与展望526 .1论文总结527 .2进一步工作展望 52参考文献53发表论文和参加科研情况说明 56致 谢57绪论1.1 选题背景及研究意义1.1.1

19、选题背景随着物流的发展及物流在经济发展中的地位， 人们对物流的重要性越来越重 视。仓储作为现代物流的一个重要组成部分，在物流系统中起至关重要的作用， 是厂商研究和规划的重点。高效合理的仓储系统可以帮助厂商加物资的流动，降低作业成本，保障生产经营的正常进行。而且可以实现对资源的合理有效控制及 管理。随着我国制造业的崛起，物流业也得到了迅猛的发展，仓储越来越受 到厂商和社会的广泛关注，大大促进了人们对仓储理论的研究，使其逐步 发展完善，从而成为一门独立的学科仓库是物资准备、高度集散中心，是整个物流供应链的关键节点，日常业务涉及到订货、储备管理、供应、协调等诸多方 面仓储物流，就是利用自建或租赁库房

20、、场地，储存、保管、装卸搬运、配送货物。 仓储的发展也经历了不同的阶段，从原始的人工仓储到现代化的智能仓储，通过各 种高新技术对仓储的支持，仓储的效率也得到了大程序的提高。虚拟现实(Virtual Reality )是近年来出现的高新技术，是利用电脑模拟 产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟， 让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制的观察三维空间内的事物，使 人作为参与者通过适当装置，自然的对虚拟世界进行体验和交互作用。 身临其境 的沉浸感和人机互动的趣味性是虚拟现实的实质特征，对时空环境的现实构想(即启发思维，获取信息的过程)是虚拟现实的最终目的。近年

21、来， VR已逐渐 从实验室的研究项目走向实际应用。目前在军事、航天、建筑设计、旅游、医疗 和文化娱乐及教育方面得到广泛应用。 借助虚拟仿真系统，能够缩短对仓库人员 的技术培训，增强他们对工作环境和对象的直观认识，尽快适应实际工作的需要。虚拟现实是一种集立体图形、自然交互等技术，以营造与客观世界高度类似 的逼真、虚拟的环境为重要内容进行各种应用的系统。具重要特性是具有一种身 临其境的临场感.为达到身临其境的现场效果，建立虚拟现实系统应该具备一些与普通图形系统不同的特点：(l)生动的计算机图形图像场景。计算机场景的生动表现依赖于计算机图形 的效果。除了计算机图形内容(如精致的纹理图像、适应计算机能

22、力的一定分辨 率的模型资料)外，更为重要的是计算机图形的表现形式。为生动地表现计算机 图形场景，需要应用一些图形软件以及一些模型构造软件。(2)自然的人机交互。为了达到临场感的效果，需要自然的人机交互。这种 交互形式要求尽量让操作者感到是在虚拟环境中进行动作。自然的人机交互在相当程度上依赖于交互设备。随着虚拟现实应用的深入，人们发现自然的人机交互 已成为虚拟现实系统中的一个重要问题。1.1.2 研究意义物流是一个控制原材料、制成品、产成品和信息的复杂系统，从供应开始经 各种中间环节的转让及拥有而到达最终消费者手中的实物运动。物流业已成为国际经济体系的重要组成部分。现代物流是经济全球化的产物，也

23、是推动经济全球 化的重要服务业。近年来，世界现代物流业呈快速增长趋势，欧洲、美国、日本 成为当前全球范围内的重要物流基地。 中国物流行业起步较晚，随着国民经济的 飞速发展，物流业的市场需求持续扩大。进入21世纪以来，在国家继续加强和改善宏观调控政策的影响下，中国物流行业保持较快增长速度，物流体系不断完 善，行业运行日益成熟和规范。2007年中国物流业持续快速发展，物流需求规 模进一步扩大，物流业增加值较快增长，社会物流总费用增速加快，与GD生匕率略有上升。全国社会物流总费用为 45406亿元，同比增长18.2%,增幅比2006 年提高4.7个百分点。2008年，雨雪冰冻和汶川地震两大自然灾害，

24、北京奥运 交通限行和环境整治，油价剧烈波动和燃油税出台，都对物流业带来影响，特别是国际金融危机对物流业的冲击。在严峻形势下，中国物流业增速放缓，但行业总体发展依旧保持增长水平。2008年12月，国家海关总署、财政部、国家税务 总局和外汇局联合发文，正式批准设立上海西北物流园区等 17个保税物流中心， 进一步推动国内物流园区的发展壮大。仓储系统作为整个物流设计的基础，是货物停留时间最长同时又是产生成本 最多的地方，是物流系统中一个很重要的部分，是消费和供应的中间部分，在物 流系统中起着平衡和缓冲的重要作用。目前研究分析仓储物流的方法主要可以分为以下两种：一种是解析方法。这是一种把仓储系统经过数学

25、好抽象些一个表达式，用数学工具求出最优解，是一种通过逻辑推理来求解的方法。 解析法在实际应用中应用比较广泛， 如动运筹学 中的线性规划法和动态规划法，也是一种比较成功的方法。但由于解析法偏重于 数学抽象，当人们面对抽象假想的逻辑模型时，很难得到系统的真实感受，解析法虽然可以得到最优解，但不利于人们进行实际的系统分析。另一种分析方法是非解析法。它是以现实为依据的系统仿真方法。 由于系统 仿真所依据的是对系统实际观测所得到的数据建立的动态模型。应用这种方法建立的数学模型即反应了系统的物理特性， 逻辑特性也能体现。即系统既有静态的 性质又有动态性质，更能贴近实际，更利于对系统进行系统全面的分析。仓储

26、物流系统中由于存在着大量的不确定的随机因素， 而且系统中各变量之间的关系复 杂，运用解析方法不能有效的建模及分析，并且仓储物流系统完成设计之后，难于即刻进行评价，只能在项目实施后才能作出系统的评价，再对之进行完善改进。 按照这种传统规划设计方法，容易造成物流系统较高的建设成本的比较长的设计 周期。而采用虚拟现实仿真技术，在仓储物流系统末建立起来的情况下，预先把系统规划转换成仿真模型，通过模拟系统运行后的性能的效果，确定规划方案， 可以在仓储物流系统建成或者改造之前就能发现系统存在的问题，对不合理设计及投资进行改正，从而减少了人力、资源及时间的浪费。本课题的研究目的就在于应用计算机仿真技术， 对

27、仓储系统全局或局部变量 进行分析和优化，例如仓库规模控制、库存控制策略分析等。 为企业提高仓储管 理水平提供有力的工具。1.2 国内外研究现状国外对物流的认识较早，因此对仓储物流运行系统的研究也较早， 由于订单 分拣作业在仓库中占用了 60犯上的劳动力资料及整个物流作业 353 40流右 的时间，所以国外将对仓储物流系统的研究重点放在订单分拣作业上。 国内对这 一问题的认识研究起步较晚，目前的研究内容也是围绕拣货作业。仓储物流系统作为一个劳动密集型的系统，世界各地大部分物料搬运也都是通过人工完成的，或者是半自动化搬运，所以国内外对仓储物流系统进行分析设 计时，通常还是以人工分拣和半机械化的仓库

28、为研究对象（人工系统和叉车一托盘系统），而且通常考虑最简单的仓储布局，对仓储物流系统的各种策略进行比 较研究时，也是以总的作业时间为衡量标准。目前市场上主要的物流仿真软件有以下几种：1、Autosimulation 的 AutomodAutomod是目前 市面上比 较成熟的 三维物流 仿真软件。主要包 括了AutoStat、AutoWiew和AutoMod三大模块。AutoStat为仿真项目提供统计分析 工具，由用户事先定义测量和实验的标准，自动在AutoMod模块上运行分析，具有多CPU行计算的特点。AutoMod提供用户一系列物流模块来仿真现实世界的 物流物流。包括输送机模块、自动化存取系

29、统、基于路径的移动设备、起重模块 等。AutoMod模块提供给用户一系列的物流系统模块来仿真现实世界中的物流自 动化系统。AutoView允许用户通过AutoMod模型来定义场景和摄像机的移动， 产生高质量的AVI动画格式。用户还可以缩放或平移视图，还可以使用摄像机跟 踪一个物体的移动，如叉车或托盘的运动。AutoView可以提供动态的场景描述和灵活的显示方式。但由于AutoMod对全部设备等对象需要程序命令语言，因此 对操作人员的编程要求比较高，而且价格也比较昂贵。2、 3i 的 SIMAnimation 28SIMAnimation是美国3i公司设计开发的集成化物流仿真软件。SIMAnim

30、ation使用基于图像的仿真语言，来简化仿真模型的创建。使用OOP®程方法，仿真系统可以非常简单的创建模型。许多先进软件工具都合成为一种语 言，它包括布局编辑器、曲线拟合、线路优化、试验编辑器、二维和三维的动画 和完整的用户报表编辑器。仿真模型还具有丰富的交互特点，允许用户改变参数 输入，可以通过模拟实际生产情况及市场波动对系统造成的冲击，从而避免了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素，对系统的堵塞有着形象和直观的 解决方案。SIMAnimation使用OpenGL维建模技术，集材质视点变换、三维实体光 照、漫游于一体，提供真正的三维动画和虚拟的现实世界，使仿真模型更加容易 理

31、解。同时使生产、管理和工程人员的意见交流更加容易。SIMAnimation使用Petri网模型技术。它包含两个程序：建模部分是针对 于物理和逻辑模型。在用户定义物理和逻辑模型之后，他就可以编辑成为一个可 执行模型，在这个模型中仿真和动画同时运行，并且运行非常快，实现了完全交互化。而且它可以随时停止来观察统计和模型状态。3、ShowFlowShowFlow仿真软件可为制造业和物流业提供建模、仿真、动画和统计分析 工具。ShowFlow可以提供生产系统的生产量，确定瓶颈位置，估测提前期和报 告资源利用率。还可以被用来支持投资决策，查验制造系统设计的合理性，通过对不同的制造策略进行仿真实验来得到最优

32、解。主要包括仿真、建模、分析、统 计、动画及文档输出等几大模块。1.3主要研究内容本文将虚拟现实技术应用于仓储物流仿真系统中，实现了仓储物流相关模型的 自动生成、存取货物的路径选择，出入库操作的控制以及仓库性能的分析等。本文选用 VC.NET200W台、应用视景仿真工具 Multigen Creator 、Lynx Prame, 平面图象处理软件 Photoshop CS以及 OpenFlight API> VegaPrime API> OpenGL 进行总体程序设计。本文主要的研究内容如下：(1)仓储物流相关模型的自动生成。通过Creator建成相关模型，利用VC.NETg术在场

33、景中自动生成。(2)出入库操作的控制。通过生成出入库的类，在窗口中自动生成出入库操作。(3)仓库性能的分析在场景漫游的过程中，通过场景可以分析出整个仓库的运行状况，概据这个状况对仓库的存储策略进行调整。(4)查询功能设计能够与虚拟场景进行实时交互，可以通过查询条件的设置，实现查询操作。(5)三维场景的漫游。本文设置了两种漫游方式：通过鼠标、键盘等外部设备在三维场景中进行实 时的漫游；通过在存取路径中的路径选择，实现出入库的动态模拟。第二章仓储物流仿真系统的基础知识在社会生产生活中，生产与消费之间存在着不一致性，使得生产与消费节奏 存在时间差，如何生产与消费或者供给与需求的时间差当中妥善地保持物

34、质实体 的有用性，这是物流仓储环节中面对的主要问题。随着经济的迅速发展，产品需求方式呈现出个性化、多样化， 生产方式也变 得多样化和小批量化。物流过程也表现为从少品种、大批量变成多品种、小批量或多批次、小批量，仓储也从由重视保管效率转变重视物资的流通。储存只是物 流系统的一个节点。在这节点上，物质实体创造了时间效益同时也化解了供求之 问在时间上的矛盾。所以，仓储是物流的重要部分，物流体系的储存功能既有缓冲与调节作用，时也有增值与增效的作用。2.1 虚拟现实与系统仿真2.1.1 系统仿真的概念现代系统仿真理论是以形式化、系统化、随机过程、统计和优化理论为基础， 以计算机为工具，对具备不确定性因素

35、的现实或未来系统进行动态实验研究的理 论方法。在系统仿真的实施过程中，是通过对所研究系统的认识和了解，抽取当中的基本要素和关键数据，从而建立与现实系统相应的仿真模型， 通过对仿真模 型的确认及仿真程序的验证，然后在仿真试验设计的基础上，对模型进行仿真试 验，模拟系统的运行过程，观察系统状态变量随时间变化的动态规律性，并通过数据采集和统计分析，得到被仿真系统参数的统计特性，由此推断和估计系统的 真实参数和性能测试，为决策提供辅助依据。2.1.2 系统仿真的建模仿真模型是对所研究系统运行过程和一种抽象描述，并能反映系统的本质属 性。通常仿真建模是采用面向问题和运行过程的方法建模。虚拟仿真从本质上来

36、是一种严谨的科学实验过程，虚拟仿真模型必须经过理论和实践的检验，在仿真建模过程中必须有严格的“确认” (Validation )与“验证”(Verfication )环 节，保证仿真建模的科学性。2.1.3 系统仿真的基本步骤系统仿真建模求解方法不同于其他建模方法之处主要在于其建模的不唯一性及求解过 程的实验性，所以，系统仿真须遵循一定的实现步骤，才能保证建模的有效性以及仿真实际运行结果的正确性。如图 2-1所示(1)阐明问题和目标设定每项仿真研究都必须从所研究的系统说明开始，只有对该系统作深入了解，明确需解决的主要问题和要达到的主要目标，并且在这些问题上与决策者达成一致，才能为提供可靠的仿真

37、建模与仿真运行基础。(2)仿真建模 仿真模型是对所研究系统运行过程和一种抽象，并反映该系统的本质 属性(3)数据采集 根据仿真模型给出的系统仿真构架和驱体，当用户输入正确数据后， 仿真运行能自动调动模型内部的逻辑关系和数学关系，并进行相应的数学运算和统计计算， 最后给出准确的仿真输出结果。(4)仿真模型的确认由仿真建模所建立的仿真模型是否代表所研究的真实系统，是决定仿真效果的关键，对仿真模型的代表性须按照一定的统一标准来衡量。(5)仿真程序的编制和验证 由于仿真模型只是系统仿真的一种抽象和运行框架，只有将仿真模型转化成计算机能识别和执行的代码，才能通过计算机进行必要的仿真实验。所以仿真程序的验

38、证是对仿真程序的逻辑和数学关系以及输入输出响应与仿真模型一致性所进 行的测试和检验。(6)仿真模型的运行在仿真模型已得到确认，仿真程序也以过验证之后，就可以对仿真模型进行正式运行。(7)仿真输出结果的统计分析对仿真模型进行多次独立重复运行后，就可以获得仿真输出响应和系统性能测试的标准偏差、最大小值、均值、变异系数、观察数等参数。这些数 值也仅是对所研究系统所作仿真实验的一个样本，要对系统的总体参数和分布特征进行估 计，还要在仿真输出样本的基础上，进行相应的统计分析和统计推断。问题描述确定仿真目标仿真建模数据采集程序验证模型再确认仿真程序编制（生成）正式仿真运行仿真实验设计仿真试运行仿真输出统计

39、分析仿真报告图2-1系统仿真的基本步骤2.1.4 系统仿真在仓储物流系统中的应用仓储物流系统的仿真是物流技术和仿真技术的综合应用，系统仿真技术在仓储物流系统中应用主要体现在以下几个方面：1、仓储物流系统成本的评估仓储物流系统的主要成本包括仓库的建设、设备和器械的购置、运作过程中人员及设备的成本，运用系统仿真方法，判断出仓库的布局、设备和人员的数量及工作安排的总成本在 长期运作过程中是否能达到最小。同时也可以针对仓库的某一区域或者仓储物流运作过程当 中的某一环节，在有关因素不变的前提下，确定最小的布置和运作方式。2、寻找仓储物流系统的瓶颈环节在系统仿真的动画演示和仿真结束后的进行数据分析，寻找仓

40、储物流运作过程中的最大影响环节，即瓶颈环节，通过对产生瓶颈的各种因素的改进，实现对仓储物流系统的优化。3、选择合适的物流操作方式在仓储物流系统中，除仓库的布局、物流设施的放置等固定因素以外，仓库操作人员在仓库的物流运作中所采取的操作方法也会影响仓储物流的效率，如货物的仓储方法、拣货方法、拣货路径的选择等。通过系统仿真，可以对各种操作方法的优劣进行比较，从而指导拣 货人员的物流操作。2.1.5 系统仿真与虚拟现实的结合为了在虚拟现实环境中能够得到身临其境的感觉，用户可以像在实际生活中 一样，实时地对象的运动，干预虚拟环境中系统的运行。尤其是对以仿真为产要目的研究，虚拟现实环境的目标是提供给研究者

41、一个仿真的空间，使得到的仿真结果更加真实可信。所以仿真系统的对象应该是可控的，可以按照研究者的需要 动态地产生或消除三维实体，而三维实体的运动也应该按照仿真的需要进行。因 此，在进行三维仿真系统时，只有在虚拟现实的建模环境是不够的，必须在环境中加入主动控制的因素。本文中采用基于MultiGen Creator/Vega 和C+勺虚拟现实仿真机制。Vega 及其相关模块支持Unix和Windows平台，用Vega写的应用程序可以99嘛容跨 平台使用，支持Open Flight、3D Studio等数据库格式。作为专业的虚拟现实 建模环境，Vega提供了三维实体、场景驱动的专用模块，把这些模块置于

42、C+环境中，可以把C+叫言编制的仿真程序与 Vega的环境实现无缝连接，在程序 运行时通过绑定的Vega模块即可实现该环境下的虚拟现实仿真。2.2仓储仿真系统的组成2.2.1 仓储的概念仓储是指仓库中物品堆放的管理，包括货架、货位、分拣等操作，其中就主要 的是出入库及在库管理。也就是说仓储是以改变“物”的时间状态为目的，通过 仓库这类特定场所来对“物”进行控制、保管等操作，从供求关系之间的时间差中获得效益。现代仓储不是传统意义上的“仓库”、“仓库管理”，而是在经济全球化与供应链一体化背景下的仓储， 是现代物流系统中的仓储，它表示一项活 动或一个过程，在英文中对应的词是“ warehousing

43、"，是以满足供应链上下游 的需求为目的，在特定的有形或无形的场所、运用现代技术对物品的进出、库存、 分拣、包装、配送及其信息进行有效的计划、执行和控制的物流活动。2.2.2 仓储在物流中的功能仓储在物流中具有储备、库存的广义概念。是和运输(物的空间状态的改变) 相并列的两个重要功能因素。仓储的主要功能是包括进入物流系统的货物进行堆 存、保管、保养、管理、维护等一系列的活动。随着经济的快速发展，物流也从 大批量、少品种进入到小批量或少批量、多品种的时代。重视保管效率的功能也逐渐被重视如何保证货物的顺利发送所取代。图 2-2表示出完备的仓储功能。集货、理货、打包、使用图2-2仓储的功能在

44、现代大规模的专业化生产中，劳动生产的高效率和产量的扩大导致了绝大 部分产品都需要在仓库是进行存储而不是很快就被消费，因此这些物品在物流过程中有很大一部分时间是处于存储状态的， 而且需要在仓库中进行重新整合、 配 送、加工或根据市场需要进行重新调整供给。在物品的流通中，仓储的主要功能体现在以下几个方面：(1)当产品由于量大而不会在短时间内消费时，可以运用仓储来避免生产 过程的堵塞，生产过程的顺利进行就得到保证。同样，生产过程中所需的原材料合理储备，也是生产顺利进行的重要保证。(2)产品在流通过程经过从生主到消费的过程，各环节的顺利连接也是非常 重要的。仓储服务可以实现经济运输。因此商品在仓库中进

45、行分类、包装、配送 等，可以使商品更容易销售。(3)如何商品在消费前保持其使用价值，而仓储是产品用于消费的最后一个环节，仓储就需要对产品进行管、保护来防止其何价值的损失。(4)当需求与供给之间的平衡因此生产和消费之间的时间差打破时，市场 就会出现波动。对产品在仓库中进行集中储存，可以保证产品对市场的持续供给， 满足市场需求，可以解决集中生产与供给的时间差，稳定市场，有利于生产活动的持续进行。(5)通过对产品仓储的及时了解，生产者可以掌握市场需求动向，仓储环 节的反馈信息还可以反应出产品的销售状况，虽然具有一定的滞后性，但具有低成本的优点，而且信息更加集中准确，生产者也可以把仓储的充化作用决定生

46、产 的依据之一。2.2.3 仓储在物流中的地位和作用仓储在物流体系中扮演“节点”的角色。在化解供求关系在时间上的矛盾的同时还可以 创造新的时间上的效益(如时令上的差值等)，因此仓储在物流系统中有非常重要的作用。 在现代物流中，仓储的主要作用如下：< 1>生产运输成本的降低。建立产品的仓储虽然会增加费用，与此同时却可以提高生产和运输效率，总得来说是降低了两者的成本。在市场需求难以预测不确定的情况下，储存一定数量的产品可以防止缺货成本的产生，同时也可以在一定程度上保证了生产的节奏化运 行，生产计划能够很好的实施，降低生产成本。仓储可以将小批量、分散的产品运输任务集 中整合，有利于形成整

47、担运输以及运输线路的整体优化，从而降低了运输成本。虽然仓储的建立会增加新的成本，但同时可以减少物流其他方面的运营成本，最终可以达到物流系统总成本降低的目的。< 2>货物运输的调节。由于各种运输工具的运输能力不一样。船舶的运输能力最大，海 运船一般都是万吨级，内河船舶也可以达到几百吨至几千吨的。火车的运输能力相对较小， 但每节车皮装运力也有 3060t, 一列火车的运量最多也有几千吨。汽车的运输能力很小， 一般每辆车410t。它们之间的运输衔接是比较困难的，这种运输能力的差异，都可以通 过仓储进行调节和衔接。< 3>供需调节。物流的基本职能之一就是创造物质的时间效用，仓储

48、环节可以完成这一 职能。在多样化的现代大生产过程中，生产和消费是连续的，每种产品各不相同，有些产品 的生产是不均衡的，而消费是均衡的，还有一些产品生产均衡，消费却是不均衡进行。在这 种情况下，需要通过仓储进行供需调节供需平衡。< 4>检验。如何有效的防止伪劣产品流入市场保护消费者权益，还需要要货物在仓储环节中进行产品质量检验，同时也是在保护厂商的信誉。在仓储环节中保证产品质量主要有两 个方面：一是在入库时进行质量检验，查看货物是否符合仓储要求，严禁不合格品混入库， 二是在货物的储存期间内，保证产品尽量不发生物理和化学变化，减少库存货物损失。< 5>传递信息。信息传递是从

49、传统物流向现代物流转变提出的新要求。在处理仓库有关事务时，需要计算机互联，利用条码技术和电子数据交换（EDI）来提高仓储信息的传递速度，及时准确地了解储库信息，比如进出库的频率、储位利用率、顾客需求、仓库人员置配 及仓库运输状况等。< 6>支持产品生命周期。在 2002年1月美国物流管理协会发布的物流定义中：在物流 供应链运作中要以满足客户要求为目的，是对货物、服务等有关信息在产销地间实现低成本高效率的正反向流动储存时所进行的计划、执行和控制的过程。可见现代物流包括了产品从“生”到“死”的整个生产、流通及服务的过程。因此，仓储系统能为产品生命周期提供支持。2.2.4 仓储的类型根据

50、仓储在物流系统中的作用，主要有几下几种类型：<1>储存仓储。这是一种较长周期存放的仓储类型。费用相对较低，通常设在比较偏远地区。存放品种也比较单一，但存储量比较大。<2渤流中心仓储。以物流管理为目的是物流中心仓储，是对物流的数量、方 向、过程进行控制，实现物流时间价值。通常设在一定经济地区的中心、交通便 利、储存成本低。物流中心仓储是以大批量、少品种的方式入库，以分批、定批 量的方式出库，整体吞吐能力强。<3>配送仓储。配送仓储也可以称为配送中心仓储， 在商品配送交付消费者之 前所进行的短期仓储，也是商品销售或供生产使用前的最后储存。配送仓储经常 设在商品的消费经

51、济区间，可以快速送达消费和销售。配送仓储物品种类繁多， 要支持销售、控制物品存量，需采用定量进货、分批次少批量出库的操作方法， 而且同时还要对物品进行拆包、分拣、组配等作业。<4>运输转换仓储。是在不同运输方式之间进行运输转换衔接的仓储方式。 设 在不同运输方式的相接处，可以保证不同运输方式的高效衔接， 有效地减少运输 工具的装卸和停留时间。运输转换仓储具有大进大出、货物存期短的特点， 注重 货物的周转率和周转作业效率。在本文所研究的仓储类型为储存仓储型。2.3仓储物流系统的理论基础我们在物流系统运用仿真之前，首先要剖析物流系统 ：实体、属性和活动是 一个系统必须存在的三个要素服。

52、组成系统的具体对象的实体，属性是指实体所 具有的每一个属性，随着时间的推移的活动。一个完整的物流系统实体是构成物流系统并且维持其正常物流活动的各类有形物体，通常包括生产商(暂不考虑厂内物流)、消费者、经销商以及交通运输、搬运堆垛、仓储、通信等设施设备。这些实体都具有不同的属性，厂商属性是生产能力、生产量等，经销商属性是则有销售量、进货量、进货周期等，仓储设备属性是容量、自动化程度、堆垛高度 等，搬运设备的属性为机械数量、机械利用率作业效率等，以此类推。这些因 素组成了整个物流系统，并在物流系统中各自起到了各自的作用。实际上，仓库作用物流系统的一个成本中心，仓库布置则是有关物流系统运 作效率和物

53、流成本的关键问题。属于设施布置的范畴，基本内容是在一定的设施 范围内、安排参与物流单元的活动。目的是将系统内合理安排的各种物流设施运 行，得到高效、低成三的系统运行服务，获得最好的经济效益。设施布置的基本问题包括以下几个方面：(l)物流活动单元的确定。这些单元包括仓库库房、货架、托盘、搬运工具、 堆场等。这主要由物流企业的客户、规模、物流专业化水平、协作化水平和技术 水平决定。(2)单元需求空间。包括每个单元的基本空间要求、 以及考虑单元间联系的附 加空间要求，还有考虑到库存中特殊商品要求的各种要求所进行的空间调整。(3)单元属性。包括单元的平面几何形状及其基本面积要求与基本空间要求， 单元的

54、工作能力，以及单元的成本消耗等。(4)单元相对位置与绝对位置。 绝对位置指单元的地理坐标，它通常与设施范 围的出入口相联系；而相对位置指单元之间的相对靠近程度，是与单元间物料的 搬运和信息沟通的效率相关。单元相对位置和绝对位置都与运费有关，相对位置 决定内部运输的费用，绝对位置与外部运输有着联系的密切。这些问题都是与搬运系统及内部设备选用决策，物流系统的仓库布局决策， 储位与拣货管理决策等有关仓储系统成本效率的主要问题都是紧密相关的。目前这些问题都有大量的研究，由于物流系统的复杂性与随机性，利用数学公式无法 有效的做出准确快速的描述和决策。 现代计算机技术的发展弥补了这一遗憾，可以用计算机仿真

55、方法对仓库布置问题进行模拟，通过运行仿真系统，对仓库系统设计、布置、运作管理中的优化问题作出正确的决策，还可以利用仿真的思路开 发出适合物流决策应用的辅助决策软件。2.3.1 经济订货理论（EOQ更型）经济订货理论的原理是在进行订货的时， 使订货费用最低，要确定一个经 济订货量。假设全年需求量H,每次订货费用0,存储费用率K,货物资单价p（元 每吨），订购批量Q每年的iT购次数N,则：订货费用B七次订货费用*每年订购次数=0* N =H*0/Q存储费用C用储费用率*平均库存值=QPK/2= HPK/（2N）单个订货周期内发生的总费用为 A=B+C经济订货批量使得总费用是最小值。即:至工=0.:

56、Q;Q根据以上可以推导出订购次数 N与经济订货批量Q的计算公式：Q=径日0公式（2-1）,PKHPK20公式(2-2)N=2.3.2 安全库存理论安全库存理论的原理是：在先确定服务水平的前提下，规定在此服务水平情况下订货完成率为P,假定对存货的需求量服从正态分布，%为单位时间内平均需求量的标准差，Z是标准偏差系数，货物在订货周期内订货量的标准差。利用统计学可以从调查数据中得到：Z根据P从标准正态分布表I网中查得，假设订货提前期为那么在订货提前期内需求标准差L ：=。t * JT,因此可以得出此时的安全量SS=Z* 0 L公式（2-3）2.3.3 订货提前期理论（再订货时间的确定）发出补货订单后

57、，要经过一个随机的订货周期后才能对仓库中的货物补足。因此在设立再订货点时，必须根据商家所提供的供货情况确定合理的提前订货期。企业要保证生产经营的顺利进行，需要提前进行补货，提前的时间就是订货提前期。通常，订货提前期要与交货 时间相等。在提前进货的前提下，企业一般在根据发出订货单时仓库尚存货的库存量确定再订货点。通常，在考虑安全库存的前提下，再订货R的数量要等于交货时间 L与平均每日需求量d之积再加上安全库存量 SS表达式（即再订货点模型）为：R=d*L+SS 公式（2-4）2.3.4 仓库外形设计理论在不考虑限制建筑用地的前提下，仓库（存储区域）一般都是按矩形设计的，因此，接下来就是确定仓库平面形状的长 （