WITNESS

1 公司及产品概要



2 Witness特性简介

WITNESS软件是英国Lanner集团集数十年经验开发的面向工业系统、商业系统、物流系统的动态流程仿真与优化平台。广泛应用于生产和物流系统运营管理与优化、流程改进、工厂物流模拟与规划、供应链建模与优化等,是主流的动态系统建模、仿真与优化软件。

WITNESS是目前国际上领先的面向企业流程的建模与仿真平台,其可视化建模与仿真优化技术广泛应用于国防工业规划与制造、汽车制造、港口物流、钢铁制造、电子制造、空港规划设计等行业。在现代工业工程领域,计算机仿真一直是不可缺少的决策支持工具,它在大型工程项目的前期规划、投资平衡分析、生产物流的运行控制、供应链与库存管理、作业排序、资源分配、流程再造等众多方面发挥了巨大作用。

Lanner总部位于英国奥克斯,在欧洲、美洲、亚洲等多个国家拥有分支机构与合作伙伴,在全球范围内,有超过3500家企业用户,如:中航工业成都飞机制造厂、上海振华港机、北京卫星制造厂、Airbus、AENA、BAA、BAE系统公司、法国航空、维珍航空等。 

WITNESS是一款通用的系统仿真平台,广义上说,它可以运用于社会各类系统的评估、改善和优化。目前其主要应用于下列领域:

航天    航空    船舶   兵器    电子

运输    化工   工业工程    汽车    金融

运用WITNESS进行仿真模拟可以达到以下收益:

评估装备与流程设计的多种可能性;

提高工厂与资源的运行效率;

减少与优化库存;

缩短产品上市时间;

提高生产线产量;

优化资本投资。

2.1 模块介绍

2.1.1 WITNESS仿真基本包

无论在制造业或服务业,都可以使用WITNESS平台建立仿真流程模型,仿真模型是工厂或流程的真实表示,通过仿真试验可以准确地进行工厂或流程的行为预测。

WITNESS仿真系统给客户提供了详细的流程信息,能让客户更精准地进行实际系统决策。它可以方便地处理复杂随机系统的仿真与优化(从生产线到车间到整个工厂,再到供应链系统的库存、瓶颈、流程、协作和信息共享等)。通过仿真可以快速优化系统的流程逻辑和决策数据的灵敏度。

2.1.2 WITNESS OPT优化模块

WITNESS Optimizer优化模块可以为仿真模型搜索出最优的解决方案。通过完全定制的系统绩效指标,设定系统控制参数的取值范围和约束规则,WITNESS OPT使用当前最先进的优化算法来获取最优的系统配置方案,该智能模块可以有效地帮助系统决策者改善和优化绩效指标。

WITNESS OPT与WITNESS可完全集成,通过WITNESS菜单可直接调用WITNESS OPT模块。WITNESS OPT向导界面简单易用,能快速引导用户获取系统最成功的流程优化方案。

通常运作系统的绩效指标会是服务水平、产出率或者利润率等。WITNESS OPT提供了更丰富的实验设计和报表选项。一般的优化流程为:

1. 目标函数的自定义;

2. 仿真时间长度设计;

3. 控制变量取值与约束设计;

4. 优化算法选择;  

5. 算法终止条件设定;    

6. 随机流设定;  

7. 结果雷达图、系统配置表显示

2.1.3 WITNESS 方案管理器模块

可以对不同方案进行对比,计算结果保存于SQL数据中,通过它可以为仿真模型的结构、模型细节和模型逻辑等创建各种报表:从简单的元素名称和类型,到设备故障和调整细节,到物料和信息流,到活动设计等。报表将直接使用.rtf格式保存起来,各种文字处理软件可以很方便地对此进行编辑。

2.1.4 WITNESS VR生产场景虚拟现实模块

WITNESS VR虚拟现实模块集成了当前最新的3D图形与仿真技术,可以实现逼真的虚拟效果。基于此,WITNESS二维的工业流程仿真模型可以快速地生成具有高度真实感的三维的、真实几何尺寸的生产场景。在WITNESS强大的仿真引擎驱动下,生产场景中的要素,按照系统设计的运作流程在三维场景空间内实时运动,从而彻底实现生产现场的虚拟现实。

在WITNESS中用户可以给工业对象分派动作状态。一个车床卡盘或钻头,当它处在工作循环时,可以不停地转动,或者在发生故障时折断;工业机器人可以沿着自己的工作路径行走,工人可以坐在椅子上等待工作,而一旦系统对工人发出请求,工人则沿着路径准时到达工位。所有这些动作机理,都可以通过WITNESSVR模块的对象动作模型实现,就像真实生产场景中发生的事件一样。

WITNESSVR模块配备了大量常用场景对象的三维模型,并且这些模型带有纹理、动作定义,使得用户能快速地通过WITNESS二维逻辑模型生成三维的虚拟现实场景。另一方面,WITNESSVR还提供了专门的三维场景建模与动作定义功能。用户可方便地自由创建场景中的三维形体,并给这些形体赋予具有真实感的纹理以及动作状态定义,也可以从其他流行的三维建模软件(AutoCAD 、 Microstation、3DS Max或VRML)中导入自己所需要的三维形体。

在WITNESS VR模块中,还可以自由定义浏览场景的相机动作路线来动态地控制场景的现实规模,以保证显示的精度和速度的平衡。

3 主要技术优势

3.1 快捷的建模方式

Witness提供的建模元素能力与范围是无以伦比的。正确的模型结构和建模思想能快速组建有效的模型。基本建模元素的丰富功能给建模者提供了最大的灵活性。

提供了迄今为止最为强大的逻辑规则比如PUSH, PULL , LEAST, MOST, PERCENT, SEQUENCE等,此外IF和MATCH规则的加入更深化了这一点。逻辑规则的设置直接面向用户需求,理解容易,操作简单,不需要进行编译,因而WITNESS使用对工程师的学术背景要求较低。

Witness是少数几个提供层次建模的软件之一,通过不限层级的模块建造,用户可以很方便的克隆并重新使用整个模型。

WTINESS 不仅可以仿真以机器设备、物料搬运为特征的离散系统,还可以对管道流体等连续元素组成的连续系统(如化工生产流程)进行建模与仿真。这在目前所有的系统仿真软件里是独一无二的。

WITNESS 提供了类似于微软系列产品的操作界面使得初学者很容易上手和操作,很多软件操作习惯得以继承下来。

WITNESS采用的是面向对象的建模机制。为了使用户更方便、更精确地建立自己的系统模型和描述模型行为,WITNESS设置了丰富的模型运行规则,并提供了属性描述函数库。WITNESS设有一千多个模型运行规则和属性描述函数,其中包括系统公用的函数、与建模元素行为有关的规则与属性函数等。考虑到用户实际问题的独特性,WITNESS还专门提供了用户自定义函数的描述功能,用户可方便地定制自己的系统。

3.2 强大的交互性能

通过其内置的仿真引擎,可快速地进行模型的运行仿真,展示流程的运行规律。在整个建模与仿真过程中,用户可根据不通阶段的仿真结果,随时修改与调整系统模型(如添加和删除模型元素),动态地提高模型仿真精度。通过仿真可方便地评估备选的生产与流程设计方案,平衡服务与支出,简化换班模式,优化设计方案。

WITNESS的强大交互性能使得它从同类软件中脱颖而出:

可在任意时刻停止一个模型的运行,并对参数进行修改,然后继续运行;

可以把模型与模型状态保存以便之后导入继续运行;

可随时打断流程中的某一环节观察系统的反应;

可以倒回和重新播放模型运行的状况(类似于DVD倒带)。

3.3 独特的分析模块与软件接口

Witness拥有独一无二的优化技术,Witnes优化器模块提供了先进且易用的优化算法。与同类软件相比, WITNESS 的优化更具智能性, 能自动给出最优的解决方案。软件采用智能优化算法,且用户可以自定义优化算法。

WITNESS拥有全面成本分析功能的流程仿真优化软件。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,可以支持用户进行可行性分析及生产计划的重新制定等,从而达到可持续成本管理的目的。

Witnss提供了全面的报表功能,任意可以复制和粘贴报表到用户的文字编辑软件里面。提供HTML的输出模式并可以自定义自己的报表和输出。

Witness提供了广泛地数据接口—可以与EXCEL、任何OLE数据库(ORACLE, SQL Server, Access等),ODBC数据库驱动,CAD系统,XML保存格式等等进行直接的联接。可以把模型的运行过程保存为视频AVI格式。早在2008,英国伯明翰大学Franck Fontanili教授就进行了MES与Witness联合实现实时仿真控制的研究。原理图如下:

3.4 2D与3D的完美结合

WITNESS采取2D建模与仿真的方式,为了兼顾仿真的形象性,WITNESS可对仿真结果进行3D显示。可通过快速3D建模功能实现2D布局到3D布局的转变。通过其Fastbuild功能,可快速生成系统模型元素的三维立体图形,可展示系统模型在三维空间的运行效果。三维模型还具有BOM结构,模型上的零组件都保持有各自独立的运动,而不是一个整体运动。比如,当场景中有一辆车在运动时,除了车身的运动,WITNESS还可以定义和实现车轮的运动等等,这也是WITNESS在三维场景展示方面独一无二的特点。而大多数系统仿真软件,只能把三维对象当作一个整体来进行运动模拟。

直接3D建模方式常常会引入不必要的三维参数导致建模与仿真速度缓慢;另外,3D方式建立的模型各层级是连成一体的,这样会导致建模中的逻辑关系极为复杂;不仅如此,不同层级的模型无法进层级的拆分处理,因此会导致分析困难的尴尬局面。

3.5 丰富的工程经验

WITNESS自1978年问世以来, 一直专注于流程仿真,而许多同类软件并不完全专注于此。到目前为止, WITNESS已经积累了30多年的实际工程经验,在全球的商业用户超过3500家,高校用户超过500家。与同类软件相比,WITNESS的实际工程经验更丰富。

4 Witness故事集锦:

4.1 Nissan  

Nissan在LEAF的电动汽车电池生产中,将WITNESS用于其电池生产仿真,使其生产成本降低了1000万欧元。

4.2 Cocacola

可口可乐公司将WITNESS用于产线改造中,使得产量提高了18%,同时降低成本170万英镑。

4.3 BAE Systems

BAE Systems运用WITNESS对其现有生产车间进行改造,使得生产效率提高了60%以上,产能得到大幅提升。

4.4 Sanofi Aventis

欧洲第一大制药公司Sanofi  Aventis将WITNESS用于其仓储系统的改造上,使得其半年的库存成本降低了140万英镑。

4.5 北开普敦警署

北开普敦警署运用WITNESS对其出行行动流程进行了仿真,从而使成本降低了250多万英镑。

5 客户评价

5.1 Nissan

Nissan汽车(英国)首席工程师Bob Scurr:通过Witness模型,我的团队不仅可以明确地确认新的电池生产线改进方案是可行的,并且还可以在更少的投资额额度下达到同样的改进效果,这个改进方案比我们预期的要好的多。模拟仿真是唯一可以提供科学的风险预测结果的手段,通过仿真我们得到了最优化的电池生产线布局。从我们采购Witness开始,已经证实的投资回报超过了1000万欧元,并且更重要的是我们的生产绝对是高效、精益的。

5.2 BAE System

BAE System工艺工程师Miles Wallis:起初我并不相信Witness仿真结果中展示的我们可以做出的改进,但是结果表明,流程效率相比原来改进了超过50%,这全都来源于Witness的仿真结果。模拟仿真的优势在于我们在仿真模型中使用了真实的数据,因此模型能非常精确地反映我们的业务流程。我们将会在之后的所有项目中使用Witness,通过它我们可以量化能节省的加工工时,加工能力需求以及是否需要升级某一些关键设备。可以预见的是Witness将会为我们证明哪一个是最佳的工厂运营方案。

5.3 Airbus

空客项目经理Rui Furtado:我们通过Witness可以非常快速地预测每一个产品在加工步骤中耗费的时间,在我们的项目中有115个不同的产品,每一个产品都有不同的标准加工工时;有的加工步骤要求非常繁琐的手工加工过程,有的产品可以在某个机器中停留好几个小时,所以我们需要快速并精确地模拟类似如此的不同加工方案。在此过程中Witness都表现出了令我惊奇的快速、精确而且非常灵活的建模方法。