Flexsim中的重要概念及开发技术

第五章 Flexsim相关的概念及关键技术研究

5.1 Flexsim软件介绍

Flexsim是由美国的Flexsim Software Production公司出品的，是一款商业化离散事件系统仿真软件。Flexsim采用面向对象技术，并具有三维显示功能。建模快捷方便和显示能力强大是该软件的重要特点。该软件体供了原始数据拟合、输入建模、图形化的模型构建、虚拟现实显示、运行模型进行仿真试验、对结果进行优化、生成3D动画影像文件等功能，也提供了与其他工具软件的接口。图5-1是Flexsim软件及其构成模块的结构图[7]。

ExpertFit等拟和分布工具 输入建模

Flexsim仿真软件 模型建立与调试 模型有效性确认 运行仿真试验 3D的可视化 结果动态显示 生成影像文件 系统仿真 运行仿真试验

Microsoft Visual C++.NET Excel等可以用作统计分析的工具 结果统计分析

图5-1 Flexsim功能结构图

Flexsim提供了仿真模型与ExpertFit和Excel的接口，用户可以同过ExperFit对输入数据进行分布拟合，同时可以在Excel中方面地实现和仿真模型之间的数据交换，包括输出和运行模型过程中动态修改运行参数等。另外该软件还提供了优化模块Optquest，增加了帮助迅速建模的Microsoft Visio的接口。

5.1.1 Flexsim软件的主要特点

Flexsim仿真软件的特点主要体现在采用面向对象技术，突出3D显示效果，建模和调试简单开放方便，模型的扩展性强，易于和其他软件配合使用等方面。

（1） 基于面向对象技术建模

Flexsim中所有用来建立模型的资源都是对象，包括模型、表格、记录、GUI等。同时，用户可以根据自己行业和领域特点，扩展对象，构建自己的对象库。面向对象的建模技术使得Flexsim的建模过程生产线化，对象可以重复利用，从而减少了建模人员的重复劳动。

（2） 突出的3D图形显示功能

Flexsim支持OpenGL技术，也支持3ds、wrl、dxf和stl等文件格式。因此用户可以建

立逼真的模型，从而可以帮助用户对模型有一个直观的认识，并帮助模型的验证。用户可以在仿真环境下很容易地操控3D模型，从不同角度、放大或缩小来观测。

（3） 建模和调试的方便

建模过程中用户只需要从模型库中拖入已有的模型，根据模型的逻辑关系进行连接，然后设定不同对象的属性。建模的工作简单快捷，不需要编写程序。

（4） 建模的扩展性强

Flexsim支持建立用户定制对象，融合了C++编程。用户完全可以将其当作一个C++的开发平台来开发一定的仿真应用程序。

（5） 开放性好

提供了与外部软件的接口，可以通过ODBC与外部数据库相连，通过socket接口与外部硬件设备相连，与Excel、Visio等软件配合使用。

5.2 Flexsim的一些重要概念

Flexsim是目前国内最新的仿真软件，关于该软件的资料和使用经验还很少。作者是在不断的摸索中学习的，所以希望本文能对其他人有一定的借鉴。要完全掌握好Flexsim，并将其用到我们的工作、学习和研究当中，理解该软件的一些重要概念和思想是很重要的，本节针对集装箱码头建模仿真中用到的技术做一个梳理。

5.2.1 面向对象的思想

相对于目前的一些仿真软件（如Witness, eM-Plant等），Flexsim是采用面向对象思想和技术开发的，其本身更是用C++语言实现。严格地说该仿真软件包括了两部分，仿真软件和后台支持环境VC++.NET。由于C++是一种面向对象的语言，所以使用Flexsim软件，从用户用于系统建模，或是做一些二次开发，这些工作都有面向对象思想的体现。可以这样说，没有领会面向对象的思想，就不能完全发挥Flexsim软件本身的特点，也就不能用其实现用户的目的。使用Flexsim软件的用户需要对C++语言有一定程度的熟悉。本节主要是解释Flexsim中所特有的一些面向对象思想，而不涉及面向对象语言的解释（关于C++语言的知识请查看相关书籍）。

对象（Object）的概念在Flexsim软件中无处不在，我们先直观的感受一下。软件的运行界面左边是一个常用的对象库（如图5-1）。库中的各种部件就是有特定功能的对象，这些对象是软件本身自带的，使用这些基本的部件对象用户可以完成大多数的仿真工作。我们使用Processor来解释一下对象的概念：我们日常所见的任何具体事物都可看作是对象，这里Processor就是一种设备，它的作用就是对经过他的物件进行一些加工，即改变物件的状态。这里我们可以将其当作现实中的设备，如机床等。

图5-1

这里我们借用C++程序设计语言中的对象的概念。对象是类的实例，类是对现实对象的抽象。类中包含了对象的数据（相当于现实对象的状态），以及对象的方法（相当于现实对象用来处理外界所给信息的方法）。对象封装了属性和方法，进一步到Flexsim中，对于软件中可用的库对象，他们本身有自己的属性（如颜色，尺寸，位置等），还有处理物件的方法。在使用软件的过程中，我们完全可以以人们平时的思维方式来思考，而无须过多的抽象化，这也就是面向对象方法的优点。

5.2.2 Flexsim的对象层次结构

面向对象方法的一个优点是类与类之间可以有继承关系，对象的继承性给我们提供了更大的柔性来扩展我们自己的对象，即衍生出新的对象。在Flexsim中我们可以充分利用继承性来开发我们自己的对象，而软件本身也给用户提供了这样的机制。Flexsim本身的库对象是高度抽象化的，具有很强的通用性，几乎涵盖了仿真中可能遇到的所有对象。这些对象之间有一定的继承关系，他们之间存在着逻辑关系。下图（图5-2）是Flexsim中对象的层次结构。

FlexsimObject FixedResource Dispatcher Navigator NetworkNode Source Queue Sink Conveyor Rack Reservoir FixedSourceTemplate Processor TaskExecuter NetworkNavigator CraneNavigator Operator Transpoter Crane ASRSvehicle BasicTE BasicRF Combiner Separator

从类的派生关系图中我们可以对Flexsim中各种对象的逻辑关系一目了然。对象库中的对象分为两种，一种是从FixedResource中派生下来的，另一种是TaskExecuter中派生下来的。通过分析我们不难发现，从FixedResource中派生来的对象有一个共同的特点，其本身是不会运动的，他们的作用只是产生或消除物件、存储物件、加工物件等等；从TaskExecuter中派生的对象，其本身是可以运动的，其作用是将物件从一个地点运送到另一个地点。

当现有的库对象不能满足用户的需要时，用户就需要创建自己的对象。Flexsim为用户提供了这样一种机制——用户可以定制自己的库对象。在对象层次图中，我们看到有两个虚线框，这表示用户可以从FixedResource和TaskExecuter中派生出自己的对象。Flexsim的早期版本中从这两个类中派生新的对象比较复杂，最新的3.06版中增加了BasicFR和BasicTE类，使用户的开发工作更容易。后面的章节中将具体介绍怎样来实现一个新对象的定制。 5.2.3 节点和树

在介绍树结构之前，我们先来了解Flexsim中节点（node）的概念。

节点是树结构的最基本的组成单元，他们组成了链接的层次。所有的节点都有一个文本缓冲区，用来保存节点的名字。节点可以是其他节点的容器，可以是用来定义一个对象属性