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WITNESS

1 公司及產品概要



2 Witness特性簡介

WITNESS軟件是英國Lanner集團集數十年經驗開發的面向工業系統、商業系統、物流系統的動態流程仿真與優化平臺。廣泛應用于生產和物流系統運營管理與優化、流程改進、工廠物流模擬與規劃、供應鏈建模與優化等,是主流的動態系統建模、仿真與優化軟件。

WITNESS是面向企業流程的建模與仿真平臺,其可視化建模與仿真優化技術廣泛應用于國防工業規劃與制造、汽車制造、港口物流、鋼鐵制造、電子制造、空港規劃設計等行業。在現代工業工程領域,計算機仿真一直是不可缺少的決策支持工具,它在大型工程項目的前期規劃、投資平衡分析、生產物流的運行控制、供應鏈與庫存管理、作業排序、資源分配、流程再造等眾多方面發揮了巨大作用。

Lanner總部位于英國奧克斯,在歐洲、美洲、亞洲等多個國家擁有分支機構與合作伙伴,在全球范圍內,有超過3500家企業用戶,如:中航工業成都飛機制造廠、上海振華港機、北京衛星制造廠、Airbus、AENA、BAA、BAE系統公司、法國航空、維珍航空等。 

WITNESS是一款通用的系統仿真平臺,廣義上說,它可以運用于社會各類系統的評估、改善和優化。目前其主要應用于下列領域:

航天    航空    船舶   兵器    電子

運輸    化工   工業工程    汽車    金融

運用WITNESS進行仿真模擬可以達到以下收益:

評估裝備與流程設計的多種可能性;

提高工廠與資源的運行效率;

減少與優化庫存;

縮短產品上市時間;

提高生產線產量;

優化資本投資。

2.1 模塊介紹

2.1.1 WITNESS仿真基本包

無論在制造業或服務業,都可以使用WITNESS平臺建立仿真流程模型,仿真模型是工廠或流程的真實表示,通過仿真試驗可以準確地進行工廠或流程的行為預測。

WITNESS仿真系統給客戶提供了詳細的流程信息,能讓客戶更精準地進行實際系統決策。它可以方便地處理復雜隨機系統的仿真與優化(從生產線到車間到整個工廠,再到供應鏈系統的庫存、瓶頸、流程、協作和信息共享等)。通過仿真可以快速優化系統的流程邏輯和決策數據的靈敏度。

2.1.2 WITNESS OPT優化模塊

WITNESS Optimizer優化模塊可以為仿真模型搜索出領先的解決方案。通過完全定制的系統績效指標,設定系統控制參數的取值范圍和約束規則,WITNESS OPT使用當前領先的優化算法來獲取領先的系統配置方案,該智能模塊可以有效地幫助系統決策者改善和優化績效指標。

WITNESS OPT與WITNESS可完全集成,通過WITNESS菜單可直接調用WITNESS OPT模塊。WITNESS OPT向導界面簡單易用,能快速引導用戶獲取系統最成功的流程優化方案。

通常運作系統的績效指標會是服務水平、產出率或者利潤率等。WITNESS OPT提供了更豐富的實驗設計和報表選項。一般的優化流程為:

1. 目標函數的自定義;

2. 仿真時間長度設計;

3. 控制變量取值與約束設計;

4. 優化算法選擇;  

5. 算法終止條件設定;    

6. 隨機流設定;  

7. 結果雷達圖、系統配置表顯示

2.1.3 WITNESS 方案管理器模塊

可以對不同方案進行對比,計算結果保存于SQL數據中,通過它可以為仿真模型的結構、模型細節和模型邏輯等創建各種報表:從簡單的元素名稱和類型,到設備故障和調整細節,到物料和信息流,到活動設計等。報表將直接使用.rtf格式保存起來,各種文字處理軟件可以很方便地對此進行編輯。

2.1.4 WITNESS VR生產場景虛擬現實模塊

WITNESS VR虛擬現實模塊集成了當前領先的3D圖形與仿真技術,可以實現逼真的虛擬效果。基于此,WITNESS二維的工業流程仿真模型可以快速地生成具有高度真實感的三維的、真實幾何尺寸的生產場景。在WITNESS強大的仿真引擎驅動下,生產場景中的要素,按照系統設計的運作流程在三維場景空間內實時運動,從而徹底實現生產現場的虛擬現實。

在WITNESS中用戶可以給工業對象分派動作狀態。一個車床卡盤或鉆頭,當它處在工作循環時,可以不停地轉動,或者在發生故障時折斷;工業機器人可以沿著自己的工作路徑行走,工人可以坐在椅子上等待工作,而一旦系統對工人發出請求,工人則沿著路徑準時到達工位。所有這些動作機理,都可以通過WITNESSVR模塊的對象動作模型實現,就像真實生產場景中發生的事件一樣。

WITNESSVR模塊配備了大量常用場景對象的三維模型,并且這些模型帶有紋理、動作定義,使得用戶能快速地通過WITNESS二維邏輯模型生成三維的虛擬現實場景。另一方面,WITNESSVR還提供了專門的三維場景建模與動作定義功能。用戶可方便地自由創建場景中的三維形體,并給這些形體賦予具有真實感的紋理以及動作狀態定義,也可以從其他流行的三維建模軟件(AutoCAD 、 Microstation、3DS Max或VRML)中導入自己所需要的三維形體。

在WITNESS VR模塊中,還可以自由定義瀏覽場景的相機動作路線來動態地控制場景的現實規模,以保證顯示的精度和速度的平衡。

3 主要技術優勢

3.1 快捷的建模方式

Witness正確的模型結構和建模思想能快速組建有效的模型。基本建模元素的豐富功能給建模者提供了最大的靈活性。

提供了強大的邏輯規則比如PUSH, PULL , LEAST, MOST, PERCENT, SEQUENCE等,此外IF和MATCH規則的加入更深化了這一點。邏輯規則的設置直接面向用戶需求,理解容易,操作簡單,不需要進行編譯,因而WITNESS使用對工程師的學術背景要求較低。

Witness是少數幾個提供層次建模的軟件之一,通過不限層級的模塊建造,用戶可以很方便的克隆并重新使用整個模型。

WTINESS 不僅可以仿真以機器設備、物料搬運為特征的離散系統,還可以對管道流體等連續元素組成的連續系統(如化工生產流程)進行建模與仿真。這在目前所有的系統仿真軟件里是領先的無二的。

WITNESS 提供了類似于微軟系列產品的操作界面使得初學者很容易上手和操作,很多軟件操作習慣得以繼承下來。

WITNESS采用的是面向對象的建模機制。為了使用戶更方便、更精確地建立自己的系統模型和描述模型行為,WITNESS設置了豐富的模型運行規則,并提供了屬性描述函數庫。WITNESS設有一千多個模型運行規則和屬性描述函數,其中包括系統公用的函數、與建模元素行為有關的規則與屬性函數等。考慮到用戶實際問題的獨特性,WITNESS還專門提供了用戶自定義函數的描述功能,用戶可方便地定制自己的系統。

3.2 強大的交互性能

通過其內置的仿真引擎,可快速地進行模型的運行仿真,展示流程的運行規律。在整個建模與仿真過程中,用戶可根據不通階段的仿真結果,隨時修改與調整系統模型(如添加和刪除模型元素),動態地提高模型仿真精度。通過仿真可方便地評估備選的生產與流程設計方案,平衡服務與支出,簡化換班模式,優化設計方案。

WITNESS的強大交互性能使得它從同類軟件中脫穎而出:

可在任意時刻停止一個模型的運行,并對參數進行修改,然后繼續運行;

可以把模型與模型狀態保存以便之后導入繼續運行;

可隨時打斷流程中的某一環節觀察系統的反應;

可以倒回和重新播放模型運行的狀況(類似于DVD倒帶)。

3.3 獨特的分析模塊與軟件接口

Witness擁有領先的無二的優化技術,Witnes優化器模塊提供了先進且易用的優化算法。與同類軟件相比, WITNESS 的優化更具智能性, 能自動給出領先的解決方案。軟件采用智能優化算法,且用戶可以自定義優化算法。

WITNESS擁有全面成本分析功能的流程仿真優化軟件。可以仿真包括能源消耗、碳排放、水/蒸汽消耗等方面的成本消耗,可以支持用戶進行可行性分析及生產計劃的重新制定等,從而達到可持續成本管理的目的。

Witnss提供了全面的報表功能,任意可以復制和粘貼報表到用戶的文字編輯軟件里面。提供HTML的輸出模式并可以自定義自己的報表和輸出。

Witness提供了廣泛地數據接口—可以與EXCEL、任何OLE數據庫(ORACLE, SQL Server, Access等),ODBC數據庫驅動,CAD系統,XML保存格式等等進行直接的聯接。可以把模型的運行過程保存為視頻AVI格式。早在2008,英國伯明翰大學Franck Fontanili教授就進行了MES與Witness聯合實現實時仿真控制的研究。原理圖如下:

3.4 2D與3D的完美結合

WITNESS采取2D建模與仿真的方式,為了兼顧仿真的形象性,WITNESS可對仿真結果進行3D顯示。可通過快速3D建模功能實現2D布局到3D布局的轉變。通過其Fastbuild功能,可快速生成系統模型元素的三維立體圖形,可展示系統模型在三維空間的運行效果。三維模型還具有BOM結構,模型上的零組件都保持有各自獨立的運動,而不是一個整體運動。比如,當場景中有一輛車在運動時,除了車身的運動,WITNESS還可以定義和實現車輪的運動等等,這也是WITNESS在三維場景展示方面領先的無二的特點。而大多數系統仿真軟件,只能把三維對象當作一個整體來進行運動模擬。

直接3D建模方式常常會引入不必要的三維參數導致建模與仿真速度緩慢;另外,3D方式建立的模型各層級是連成一體的,這樣會導致建模中的邏輯關系極為復雜;不僅如此,不同層級的模型無法進層級的拆分處理,因此會導致分析困難的尷尬局面。

3.5 豐富的工程經驗

WITNESS自1978年問世以來, 一直專注于流程仿真,而許多同類軟件并不完全專注于此。到目前為止, WITNESS已經積累了30多年的實際工程經驗,在全球的商業用戶超過3500家,高校用戶超過500家。與同類軟件相比,WITNESS的實際工程經驗更豐富。

4 Witness故事集錦:

4.1 Nissan  

Nissan在LEAF的電動汽車電池生產中,將WITNESS用于其電池生產仿真,使其生產成本降低了1000萬歐元。

4.2 Cocacola

可口可樂公司將WITNESS用于產線改造中,使得產量提高了18%,同時降低成本170萬英鎊。

4.3 BAE Systems

BAE Systems運用WITNESS對其現有生產車間進行改造,使得生產效率提高了60%以上,產能得到大幅提升。

4.4 Sanofi Aventis

歐洲領先的大制藥公司Sanofi  Aventis將WITNESS用于其倉儲系統的改造上,使得其半年的庫存成本降低了140萬英鎊。

4.5 北開普敦警署

北開普敦警署運用WITNESS對其出行行動流程進行了仿真,從而使成本降低了250多萬英鎊。

5 客戶評價

5.1 Nissan

Nissan汽車(英國)首席工程師Bob Scurr:通過Witness模型,我的團隊不僅可以明確地確認新的電池生產線改進方案是可行的,并且還可以在更少的投資額額度下達到同樣的改進效果,這個改進方案比我們預期的要好的多。模擬仿真是領先的可以提供科學的風險預測結果的手段,通過仿真我們得到了最優化的電池生產線布局。從我們采購Witness開始,已經證實的投資回報超過了1000萬歐元,并且更重要的是我們的生產絕對是高效、精益的。

5.2 BAE System

BAE System工藝工程師Miles Wallis:起初我并不相信Witness仿真結果中展示的我們可以做出的改進,但是結果表明,流程效率相比原來改進了超過50%,這全都來源于Witness的仿真結果。模擬仿真的優勢在于我們在仿真模型中使用了真實的數據,因此模型能非常精確地反映我們的業務流程。我們將會在之后的所有項目中使用Witness,通過它我們可以量化能節省的加工工時,加工能力需求以及是否需要升級某一些關鍵設備。可以預見的是Witness將會為我們證明哪一個是領先的工廠運營方案。

5.3 Airbus

空客項目經理Rui Furtado:我們通過Witness可以非常快速地預測每一個產品在加工步驟中耗費的時間,在我們的項目中有115個不同的產品,每一個產品都有不同的標準加工工時;有的加工步驟要求非常繁瑣的手工加工過程,有的產品可以在某個機器中停留好幾個小時,所以我們需要快速并精確地模擬類似如此的不同加工方案。在此過程中Witness都表現出了令我驚奇的快速、精確而且非常靈活的建模方法。




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