从规划到验证，离散制造业工厂设计与仿真软件解析

从规划到验证，离散制造业工厂设计与仿真软件解析图1

在《》一文中，e-works系统梳理了流程行业工厂设计类软件的核心功能及其在工厂建设全生命周期中的应用。然而，对于汽车、电子、高端装备等离散制造行业，其生产模式以多品种小批量生产、离散工艺单元组合、动态物流与柔性节拍协同为典型特征，与流程行业的连续性生产、管道布局主导、工艺参数仿真的设计逻辑存在本质差异，对软件的多目标协同能力，如空间布局、工艺路径、资源利用率平衡等，提出了更高要求。本文将解析离散制造业工厂设计与仿真全流程，涵盖三大核心环节与主流软件，助力企业实践落地。

内容提要/OVERVIEW

- 文章信息 -

本文由e-works编辑部吴星星原创发布。

e-works认为，与面向流程行业的工厂设计软件不同，工厂设计与仿真软件（Factory Design and Simulation Software）是一类服务于离散制造行业（如汽车、电子、机械、航空航天等）的数字化工具，其核心功能涵盖工厂三维建模与离散事件仿真。这类软件覆盖从工艺规划、工厂布局、物流仿真、人因工程到虚拟调试的全生命周期需求。通过虚拟环境预演工厂运行状态，精准识别物料搬运路径交叉、设备干涉风险、产能瓶颈等动态冲突，支撑设计方案的迭代优化。

离散制造业工厂

设计与仿真的总体流程

离散制造业工厂设计与仿真是一个以需求为起点、工艺为核心、布局为载体、离散事件仿真为关键技术支撑、优化为目标的闭环流程。

其中，离散事件仿真是专门用于处理离散制造生产特性的关键技术。

简单理解，离散制造的生产过程不是连续流，而是由一个个不连续的关键事件串联而成，如汽车零件的到货、机床的加工启停、工人的工位组装、AGV 小车的物料搬运、成品的下线检测等，离散事件仿真就是在虚拟环境中1:1 还原这些事件的发生顺序、时间消耗、资源占用，像提前播放生产过程电影一样，动态呈现整个工厂的生产流转过程。

该流程的常规做法是：依据工厂设计或改进需求，利用数字化工具构建可仿真预测的模型，在虚拟环境中模拟生产运行，分析关键指标，并通过多轮参数调整与逻辑优化，最终获得满足预定目标的优化方案。

整体流程可划分为需求定义与工艺规划、工厂布局与物流仿真、虚拟调试与方案优化三个核心阶段。

离散制造业工厂设计与仿真的总体流程

生产需求与工艺规划：工厂设计的数字化起点

离散制造业工厂设计的第一步，是通过系统性分析生产目标与工艺流程，为后续布局、物流、资源分配提供基准。这一阶段的核心任务是将离散制造过程抽象为可量化、可计算的工艺逻辑模型。

🔷 三类生产需求定义

在生产需求定义阶段，三类关键信息需通过专业软件转化为可量化的工艺逻辑：

产能与物流仿真类：需针对产能规模、生产模式、订单波动特征，通过离散事件仿真模拟多品种混线生产的产能瓶颈与物流路径冲突，直接支撑产能瓶颈分析与物流路径规划。

工艺建模与资源匹配类：针对产品BOM、零部件复杂度、工艺关键路径，基于BOM自动生成3D工艺路线，定义零部件复杂度与工艺关键路径，确保设备选型与工艺需求匹配。

物理与合规性约束类：针对厂房层高、环保法规、供应链周期，导入空间数据模拟设备干涉风险，集成法规数据库检查排放区域隔离，确保供应链周期符合可行性要求。

🔷 六步工艺规划建模

在生产需求定义的基础上，工艺规划建模通过数字化工具将抽象目标转化为可执行模型，其核心是工艺流程梳理、工序拆解、资源配置、约束验证、优化迭代，以确保工厂布局、设备选型、物流路径等均基于可验证的工艺逻辑展开。不同离散制造行业，工艺规划建模的实现过程虽有差异，但通常遵循以下步骤：

梳理产品工艺流程：根据产品设计要求，确定从原材料到成品的完整加工路径。包括零部件的加工顺序、装配顺序等，明确每个零部件需要经过哪些工序、在哪些设备上加工，形成清晰的工艺路线图。

工序拆解与排序：基于产品制造流程，将离散工序按逻辑顺序排列，明确关键路径（如影响整体节拍的瓶颈工序）与非关键路径，为后续布局优化提供优先级依据。同时，考虑工序之间的缓冲时间和切换时间，以提高生产的流畅性。

工艺参数与资源定义：为每道工序匹配具体设备、工艺参数、工装夹具及人力技能要求，确保资源与工艺需求严格匹配。

逻辑约束与时间模型：定义工序间依赖关系，如焊接后必须探伤检测、表面处理前需完成机加工；定义节拍时间，并分析缓冲区需求，避免生产断流或库存冗余。

多目标平衡：在满足质量与效率的前提下，运用多目标优化算法协调设备利用率、物流效率与能耗等目标。通过建立数学模型和权重分配机制，实现综合效益最大化。

工艺模型验证与文件生成：通过仿真模拟产品的加工过程，发现工艺路线中的不合理点，如瓶颈工序、资源冲突等问题，及时调整优化，并生成标准化工艺文件。

工厂布局与物流仿真：空间与效率的协同优化

离散制造业工厂设计进入工厂布局与物流仿真阶段，主要解决两大问题：一是工厂各功能区如何科学分布；二是物料、人员、设备如何实现高效流动。通过聚焦空间布局优化与物流动态仿真，将工艺规划成果转化为物理空间的可行方案。

🔷 工厂布局

工厂布局是指在特定空间内对生产设备、工作区域、物料通道、辅助设施等要素进行合理安排的过程，目的是实现空间的最优利用和生产流程的高效运行。

该阶段需综合考虑工艺流程、生产线、物流路径等多方面因素，以实现工厂整体运营的最优化，其步骤包括：

布局目标设定：根据企业战略，确定布局的核心优化方向，可多目标并行。

功能区划分：根据离散制造工艺特点，典型功能区包括生产加工区、辅助生产区、物料存储区、物料转运区、辅助功能区等。例如，基于工艺模型或物流仿真软件划分生产加工区、仓储区等。

新工厂布局规划

工艺流程布局设计：根据工艺规划模型，将离散制造产品的加工步骤转化为物理空间的设备排列顺序，严格遵循“工序先后=空间相邻”原则。

生产线类型选择：针对离散制造特点，常见的布局形式包括工艺型布局、产品型布局、单元生产布局和固定位置型布局。

生产线布局形式对比

物流路径规划：规划原材料入口、半成品暂存区、成品出口的位置，使物料搬运距离最短、搬运次数最少。

人因工程与安全布局：考虑操作人员的舒适度和安全性，设计合理的操作空间、休息区和安全通道，确保工作环境符合人体工程学和安全标准。

锂电生产线装配段人因工程分析

🔷 物流仿真

在离散工厂设计中，物流仿真是通过动态模拟物料、人员及设备在虚拟工厂环境中的流动过程，对布局方案的科学性与可行性进行量化验证的关键技术手段。

其核心价值在于：基于离散制造的工艺特性与生产需求，精准识别布局中潜在的物流瓶颈、评估不同方案下物料搬运效率、优化功能区与物流路径的协同关系，从而在投产前发现并解决空间利用不合理、物流成本过高、生产连续性风险等问题；同时，为布局决策提供数据支撑、避免实际运营中的大规模调整，实现工厂整体物流系统的高效性、柔性与稳定性，确保从设计到生产的无缝衔接。

物流仿真的实现过程如下：

仿真模型构建：基于工厂布局方案，利用专业的物流仿真软件构建三维动态模型。该模型需精确反映设备布局、物料搬运路径、存储区域及人员流动等要素，确保仿真环境与实际工厂高度一致。

参数设定与数据输入：根据工艺规划和实际运营数据，设定仿真模型的各项参数，包括设备运行速度、物料搬运时间、订单到达频率等。同时，导入历史生产数据或市场需求预测数据，作为仿真的输入条件，以增强仿真的真实性和准确性。

仿真运行与结果分析：启动仿真模型，模拟工厂在连续生产状态下的物流运作情况。通过实时监控和数据采集，获取物料搬运时间、设备利用率、库存水平、运输成本等关键指标。利用仿真软件的分析工具，对收集到的数据进行深入分析，识别物流瓶颈、评估资源利用效率，并预测潜在风险。

优化建议与方案调整：根据仿真结果分析，针对发现的物流瓶颈和问题，提出具体的优化建议。在实施优化方案后，重新进行仿真验证，确保改进措施提升物流效率和整体运营性能。

虚拟调试与方案优化：基于虚实映射的工厂性能提升

在数字化工厂仿真验证阶段，虚拟调试通过构建工厂级数字孪生模型，集成设备控制逻辑、生产流程与物流系统，实现多维度动态仿真与协同验证。基于虚实映射技术可在投产前精准识别工艺瓶颈、设备干涉风险及物流效率缺陷，通过方案迭代优化可有效降低投产后的停机风险与质量波动，最终实现生产效率与系统稳定性的提升。

🔷 虚拟调试

虚拟调试的核心在于通过数字化模型模拟设备控制逻辑与物理行为的交互过程，在虚拟环境中提前发现并解决潜在问题，同时预演设备与产线的安装调试流程，从而缩短物理调试周期，避免或大幅减少投产后的物理调试风险与成本。从技术实现看，主要包括以下三种典型方式：

设备控制逻辑验证。通过将PLC（可编程逻辑控制器）程序与虚拟设备模型绑定，模拟设备启停、物料输送、工艺参数调整等控制过程，检测信号传输延迟、逻辑冲突或响应异常等问题。

多设备协同测试。利用离散事件仿真技术，模拟机械臂、输送带、AGV等设备的协同作业过程，识别因节拍不匹配、资源分配不合理导致的物料堆积或设备闲置。

异常场景模拟。通过在仿真模型中主动注入故障变量，如设备宕机、物料延迟、误操作等，测试系统容错能力、应急响应机制及安全防护逻辑的有效性。

安全防护模拟

🔷 方案优化

虚拟调试为方案优化提供了可靠的数据基础与验证手段。方案优化聚焦于生产流程优化、物流系统优化、设备运行优化、人员配置优化四个方面：

生产流程优化：通过仿真分析生产流程中的瓶颈环节，调整工序顺序、优化设备布局，减少生产周期时间，提高生产效率。

物流系统优化：基于仿真软件模拟物料运输与仓储管理过程，识别物流拥堵点，优化AGV调度、运输路径及仓储布局，实现效率与成本的平衡。

设备运行优化：通过仿真模型识别设备运行中的瓶颈与低效环节，优化工艺参数、设备布局与资源配置，提升设备综合效率与系统稳定性。

人员配置优化：基于仿真模型量化各岗位工作负荷与流程瓶颈，优化人员排班、任务分配与工位布局，提高劳动生产率并降低人力成本。

离散制造业

工厂设计与仿真软件应用分析

在离散制造业工厂建设中，工厂设计与仿真软件作为核心使能工具，为工艺规划建模、工厂布局设计、生产流程仿真、物流系统优化、设备资源配置等环节提供全流程的数字化支撑。通过虚拟建模与动态仿真，这些软件能够在投产前对工厂系统的运行机制、产能瓶颈、物流效率及人机协作等进行量化分析与优化，显著降低物理试错成本，提升设计与投产效率。

厂商软件与典型应用对比

在生产需求与工艺规划阶段，西门子Plant Simulation、达索系统DELMIA、华中科技大学FactorySimulation等主流软件，通过离散事件仿真、参数化表达等功能，支撑产能瓶颈分析、工序排序、资源匹配等关键任务。

具体在生产需求方面，针对产能与物流仿真类信息，Plant Simulation通过甘特图与瓶颈识别工具，可量化订单激增时的产线饱和度；

针对工艺建模与资源匹配类信息，DELMIA通过机器人路径输送系统干涉检测可验证机械臂与传送带的兼容性，FactorySimulation基于遗传算法优化多品种混线节拍平衡，支持ECRS工时分析；

针对物理与合规性约束信息，Plant Simulation的3D碰撞检测可避免层高限制导致的产线设计失误，DELMIA的环保合规模块自动验证产线是否符合VOC排放、能耗标准等法规要求。

在工艺规划方面，DELMIA支持多车型混线工艺梳理，通过工艺模板库快速复用成熟路线，提升规划效率；FlexSim通过离散事件仿真验证工序切换时间，优化多车型混线的排序逻辑；AnyLogic支持结合供应链周期，优化缓冲区安全库存；FactorySimulation支持通过权重分配机制，生成最优工艺方案。

西门子Karlsruhe制造厂（来源：西门子）

以西门子Karlsruhe制造厂为例，面对高产品变体（年产12.5万台工业PC，平均订单批量仅1.8台）和订单波动，该公司采用Plant Simulation软件，通过集成SAP系统的订单、排班等数据构建数字模型，在生产需求阶段动态仿真产能匹配度与瓶颈，在工艺规划阶段将2D产线转为3D模型规避重组碰撞风险，并优化柔性制造单元，产线规划周期显著缩短，同时支持员工通过直观界面仿真次日产能方案，最终实现100%质量与交付率目标。

在工厂布局与物流仿真阶段，Plant Simulation、Visual Components、Arena、Anylogic、FlexSim、Witness、ExtendSim等主流软件，聚焦于空间布局优化与物流动态仿真，将工艺规划成果转化为物理空间的可行方案。

🔵 具体在工厂布局方面，企业可通过FlexSim、AnyLogic等多目标优化工具，量化效率、柔性、成本的权重，动态生成布局方案。

基于工艺模型或物流仿真软件，企业可合理划分生产加工区、仓储区等，Visual Components的API支持与MES联动调整仓储区容量。

在汽车发动机缸体加工车间等场景中，利用Plant Simulation可将粗加工、半精加工、精加工的设备排列顺序，动态分析工序衔接效率，避免往返运输。

在布局模型切换与产能节拍对比方面，FlexSim支持快速切换布局模型并对比产能、节拍等指标，Witness适用于快速原型验证，通过拖拽式操作测试不同布局类型对生产节拍的敏感性。

在规划U型物流路径方案时，AnyLogic的动态物流仿真功能可实时追踪物料流动。

在设计操作空间与安全通道时，Visual Components的3D人机交互仿真可验证操作台高度、设备间距是否符合人体工程学。

🔵 在物流仿真方面，Plant Simulation的三维动态建模功能，可精确还原设备布局、物料搬运路径及存储区域，其离散事件仿真引擎可精准模拟制造流程中的时序逻辑。同时，基于Plant Simulation的甘特图工具可实时监控设备利用率与物料流转状态，通过瓶颈分析算法自动定位拥堵节点。

Arena的输入分析器能自动拟合数据分布，确保输入条件符合实际统计规律。基于ExtendSim的可靠性框图可评估物流节点故障对系统稳定性的影响，指导冗余设计。

以红旗繁荣工厂焊装车间物流系统仿真分析为例，基于实际工厂布局，采用Plant Simulation仿真软件构建三维动态模型，精准还原设备配置、物料搬运路径、存储区域及人员流动等要素。通过设定工艺参数、导入历史生产数据，进行产能验证、滑撬与吊具数量优化、缓存容量分析等多维度仿真运行与结果分析。最终，通过物流仿真，焊装车间实现了产能达标、资源利用效率提升、成本降低等目标。

基于Plant simulation的汽车总装线体仿真

在虚拟调试与方案优化阶段，主流软件各有专长。Process Simulate侧重工艺仿真与机器人离线编程；MCD专注机电一体化控制逻辑验证；DELMIA支持多学科集成仿真；Visual Components以3D物流控制仿真见长，内置PLC接口验证输送系统；Emulate3D专精物流控制系统闭环测试，通过FactoryTalk Logix集成实现PLC程序与堆垛机、分拣机等设备的协同调试；Irai专精于工业设备控制逻辑的虚拟调试与优化。

例如，在虚拟调试方面，某新能源车厂在产线设计阶段，通过Emulate3D整合CAD轻量化模型、虚拟传感器、PLC仿真器及机械臂联调工具，实现设计、仿真与调试的无缝衔接。项目团队通过远程异地协同，完成主控PLC与重载磁驱输送系统的逻辑验证及产线节拍测试，有效解决了传统调试中模型与控制数据不同步、跨地域协作效率低等问题，显著缩短了调试周期并降低成本。

汽车输送线吞吐量验证及其三相电机顺序启动

在生产流程优化方面，某成衣T恤生产线在需求波动环境下，利用AnyLogic离散事件仿真模型识别出操作员利用率低、任务分配失衡等瓶颈，通过合并工序、重排作业顺序与调整人力配置，在不增加成本的前提下消除瓶颈、平衡负荷，使日产能稳定达到1600件，生产周期显著缩短。

AnyLogic生产线管理流程仿真模型（来源：AnyLogic）

在物流系统优化方面，某新能源电池包装配车间基于SIMIO软件对AGV物流系统进行建模分析，通过模拟立体仓库至产线的运输路径及仓储管理机制，结合多组实验与Minitab数据分析，发现AGV数量是影响效率的核心因素；最终优化为配置6辆运载能力200个的AGV，在设备利用率提升30%、成品下线量增加28%的同时，通过产能提升利润覆盖了路线增加的成本。

在设备运行优化方面，华南农业大学团队针对金属定制门窗机加工生产线，利用Flexsim构建高保真仿真模型，识别出钻孔铣床因加工时间过长导致暂存区堵塞、叉车运力不足引发待料停机、端面铣床利用率偏低等关键问题；依据ECRS原则调整设备布局、并行配置钻铣工位并增投两台叉车后，仿真与实测均显示钻孔铣床平均加工时间缩短15.16%，设备综合利用率提升4.7%，生产节拍更为均衡，停机等待显著减少，实现了在不增加硬件投资的前提下使关键设备持续运行于最佳状态。

在人员配置优化方面，以一条六工位U型生产线为对象，运用Flexsim建立仿真模型，通过全局表与图表盘实时记录并量化各工位加工员的负荷差异，发现部分岗位闲置与过载并存；据此调整人员配置与任务分配，在不增加总人数的前提下平衡负荷、消除等待，使全线产出最大化。

U型生产线分析结果

离散制造业

工厂设计与仿真软件概览

从市场来看，国际厂商在离散制造业工厂设计与仿真软件领域占据主导地位。西门子、达索系统等企业，凭借深厚的工业技术底蕴与长期的实践经验积累，推出了一系列功能强大、应用广泛的软件产品。

同时，FlexSim、Witness、AnyLogic、Simio、ExtendSim、Emulate3D、Arena等专业工具通过差异化定位构建了独特优势，满足了不同企业在多样化场景下的复杂仿真需求。

在国内，除华中科技大学的Factory Simulation是目前公开信息中明确具备100%自主知识产权、专注于离散制造业工厂设计与仿真的国产软件外，汇川技术的Irai也是具有代表性的国产工业仿真软件之一。

西门子作为行业领军者，构建了从工厂设计、生产规划到工厂运营的产品矩阵。

🔷 Plant Simulation作为核心离散事件仿真软件，通过模块化设计实现工厂全流程数字化优化。

其基础建模模块提供面向对象的图形化环境，支持拖拽标准对象库构建层次化模型，并内置SimTALK语言实现定制化控制逻辑；

专业应用模块涵盖自动化立体库仿真，支持多策略仓储物流优化；

分析工具模块集成遗传算法、瓶颈分析器、甘特图及能耗成本分析工具，支持产能预测与资源利用率统计；

系统集成模块通过OPC UA等接口实现与PLC、数据库的无缝对接，支撑虚拟调试与数字孪生闭环；

可视化模块提供动态仿真动画与3D工厂布局可视化，支持复杂场景沉浸式分析。

其典型应用包括汽车焊装线平衡、半导体工厂布局规划等场景。

🔷 Process Simulate聚焦工艺流程的虚拟验证与优化。

其装配工艺仿真模块在三维环境中验证装配序列与路径规划，通过动态干涉分析优化可制造性，降低工程变更成本；

人因工程仿真模块评估人工工位的人体可达性、视野及操作舒适度，生成符合国际标准的人机分析报告；

机器人及自动化仿真模块支持多品牌机器人离线编程、碰撞检测及节拍优化，覆盖焊接、喷涂等场景；

虚拟调试模块支持机电系统协同验证与自动化产线虚拟投产，缩短现场调试周期。

各模块协同覆盖从产品设计到生产下线的全生命周期工艺验证需求，主要应用于汽车焊装线、航空航天部件装配等领域。

🔷 MCD是基于NX平台的机电一体化协同设计工具。

其机械功能模块支持刚体动力学建模、运动副定义及碰撞检测，验证机械系统动态行为；

电气功能模块集成运动控制指令与信号适配器，实现传感器/执行器逻辑建模及电气交互仿真；

自动化功能模块提供外部信号映射与OPC UA/PLC通信接口，支持虚拟调试中的实时控制信号交互；

多学科集成模块通过Teamcenter接口统一管理机械、电气、软件数据，支持跨领域需求追溯与设计迭代；

智能对象封装模块提供可复用机电组件库，结合PLCopenXML导出功能，加速自动化程序开发与部署。

MCD可应用于包装机械凸轮机构优化、工业机器人路径规划等场景。

这三款软件均可与西门子生态深度集成：Plant Simulation与Process Simulate通过Teamcenter实现工艺数据统一管理，MCD与NX无缝衔接完成三维模型到运动仿真的转化，而TIA Portal则打通虚拟调试与PLC控制逻辑的闭环验证，形成产品设计、工艺规划、生产仿真、自动化控制的全链条解决方案。

例如在智能工厂建设中，企业可基于MCD完成设备概念设计，通过Process Simulate优化产线布局，再由Plant Simulation验证物流效率，最终经TIA Portal实现虚实同步调试，显著降低投产风险并提升系统综合效率。

基于Plant Simulation进行柔性U型线的仿真设计

🔷 达索系统DELMIA作为一套全面的数字化制造仿真解决方案，核心模块覆盖了DPE（面向制造过程设计）、Quest（面向物流过程分析）、DPM（面向装配过程分析）、Human（面向人机分析）、Robotics（面向机器人仿真）、VNC（面向虚拟数控加工仿真）等各个环节。

DPE用于产品、流程和资源规划，支持工艺规划与成本管理，助力企业确定技术经济最优方案，在制造行业成熟应用；

Quest用于对工厂物流过程进行仿真和分析，通过模拟物料流、设备利用率、生产节拍等，帮助企业优化物流布局、减少物流成本、提高生产效率；

DPM依托数字样机实现零件加工、产品装配及生产规划的3D验证，确保产品的可制造性、可达性、可拆卸性和可维护性；

Human用于人体工程学分析，通过构建虚拟人体模型，开展人机工程学评估以提升工作场所安全与效能；

Robotics依托PPR集成中枢及机器人资源库，支持工作单元快速搭建与离线编程；

VNC用于数控加工的仿真和验证，基于NC代码完成机床加工全流程验证，降低实际加工风险。

使用DELMIA搭建虚拟工厂

🔷 Visual Components集成了离散物流仿真、机器人离线编程、PLC虚拟调试三大模块。

其离散物流仿真支持仓储动态流量模拟与AGV路径优化；

机器人离线编程提供智能路径生成及多品牌机器人的离线仿真验证；

PLC虚拟调试实现与西门子、三菱等主流PLC系统的实时连接，支持逻辑程序测试与生产环境变动控制。

其扩展模块包括3D工艺仿真、装配仿真、人机协作、数字孪生工厂等，通过高度逼真的3D建模与可视化能力，精准还原设备布局与物料流，实现全流程虚拟验证。

此外，平台还整合了参数化组件库、CAD兼容性设计、3D布局优化及数据统计分析工具，提供从工艺规划到生产落地的端到端解决方案。

采用Visual Components的电机组产线仿真案例

🔷 FlexSim作为面向对象的离散事件仿真平台，核心模块涵盖建模、仿真、分析及优化全流程。

其图形化建模模块提供拖放式对象库，支持二维/三维同步建模与AutoCAD导入，并允许用户基于C++自定义部件逻辑；

仿真引擎模块以离散事件内核驱动模型运行，支持实时与加速运行模式，集成3D虚拟现实环境实现多视角动态可视化；

数据分析模块内置统计跟踪工具，结合可视化组件及OptQuest优化引擎，实现多目标参数寻优；

系统集成模块支持Excel/数据库双向数据交换，提供API接口与外部系统联动，并生成PDF/网页报告。

FlexSim主要用于制造、物流、医疗等复杂系统仿真。

基于Flexsim的工厂仿真

🔷 Witness采用模块化架构设计。

其基础建模模块提供离散与连续流体元素库，支持图形化拖拽式建模及自定义扩展；

仿真引擎模块通过高精度算法驱动离散事件与连续流体系统动态模拟，内置统计分布函数库与事件调度机制实现实时推演；

可视化模块通过2D/3D动态演示及统计图表，直观呈现系统运行状态与瓶颈环节；

数据分析模块集成灵敏度分析工具与多维度统计报表，支持参数优化与效能评估；

优化模块基于定制化绩效指标，通过智能算法搜索系统最优参数组合；

系统集成模块提供Excel/ODBC数据库双向接口、CAD格式导入及FactoryCAD的SDX协议支持，实现与外部系统的数据交互。

Witness主要应用于制造、物流、医疗等复杂系统规划与效能提升。

🔷 AnyLogic作为多方法建模仿真平台，支持从建模到部署的全流程实现。

其多方法建模引擎支持离散事件、智能体及系统动力学方法的任意组合，通过流程图、状态图等可视化语言构建复杂系统逻辑；

行业专业库提供流程、轨道、行人等专用组件库，覆盖多领域场景需求；

可视化与交互模块支持2D/3D动态演示、CAD导入及交互式仪表板，实现模型运行过程实时监控；

系统集成模块集成GIS地图与云端平台，通过API接口对接外部数据源及AI库；

高级应用模块包含数字孪生开发工具及AI训练环境，支撑智能决策优化。

AnyLogic广泛应用于供应链、制造、交通等动态系统分析。

基于AnyLogic进行AGV码垛系统仿真

🔷 Simio是一款面向对象的离散事件仿真软件。

其智能对象建模模块融合离散事件、连续系统及智能主体方法论，通过可视化过程步骤实现拖放式逻辑构建与重用；

动态3D可视化模块提供实时渲染的2D/3D环境，支持空间布局规划与系统行为动态展示，实现逻辑与对象一体化设计；

智能优化与分析模块内置参数优化算法及多场景对比工具，结合统计分布函数生成资源利用率与瓶颈分析报告；

系统集成模块通过API接口实现Excel/SQL双向交互，支持ERP/MES实时数据集成，并兼容ONNX框架部署AI模型。

Simio广泛应用于制造、物流、医疗及军事资源调配领域。

利用Simio软件模拟盒式钢板自动化运输

🔷 ExtendSim软件的模块化架构支持离散、连续、系统动力学及智能体等多种仿真范式。

其核心功能通过一系列专业模块库实现，主要包括：用于离散事件仿真的Item（实体处理）与Value（信息处理）库，用于连续/速率仿真的Rate库，以及支持可视化的Animation和Plotter库等。

此外，ExtendSim还提供高级专业模块，如与流程仿真完全集成的可靠性模块，用于构建可靠性框图（RBD）并分析资源可用性对系统性能的影响。

该软件广泛应用于制造、供应链、医疗保健、国防与军事等行业。

🔷 Emulate3D是一款专注于虚拟调试的数字孪生软件。

其基础设备建模模块提供堆垛机、AGV等物流设备组件库，支持拖拽式配置与属性自定义；

物理引擎仿真模块集成摩擦力、重力等力学特性，实现设备运动高精度动态模拟与碰撞检测；

虚拟调试模块支持硬/软PLC直接控制，覆盖主流工业通讯协议，实现逻辑验证与设备故障模拟；

数据分析优化模块实时采集设备利用率、吞吐量等指标，结合Excel/数据库接口定位瓶颈；

可视化交互模块集成VR/AR技术实现沉浸式方案展示；

Factory Test模块支持工厂级数字孪生，具备多模型协调、DevOps工作流及自动化测试，并与NVIDIA Omniverse API集成支持千万级部件实时协同仿真；

二次开发模块基于.NET开放C，支持自定义组件库及B/S架构应用开发。

Emulate3D广泛应用于物流自动化与智能制造领域。

基于Emulate3D的后道包装线仿真

🔷 Arena是一款基于SIMAN仿真语言的离散事件仿真软件，采用分层模板架构实现建模与优化。

其基础模板层提供底层逻辑构建能力；

通用模板层由基础、高级流程及传输模板组成，支持拖拽式流程图建模，覆盖实体创建、资源调度等逻辑模块；

应用方案模板层包括高速包装、离散-连续混合系统等专业化模板；

分析工具模块集成输入、过程及输出分析器，内置OptQuest优化器通过遗传算法自动寻优；

二次开发模块基于Microsoft VBA环境，支持与Office、SQL Server等系统集成，核心功能以动态链接库封装，允许用户自定义模板扩展。

Arena主要应用于制造、物流、国防等复杂系统效能评估。

🔷 Factory Simulation是由华中科技大学国家智能设计与数控技术创新中心自主研发的生产系统建模仿真软件。

其仿真建模模块支持图形化、面向对象及多层级建模；

仿真引擎模块基于离散事件理论构建，以Java为开发平台，支持高性能计算及国产系统适配；

仿真动画模块通过2D/3D可视化动态呈现系统运行过程；

仿真分析模块涵盖生产效率、物流性能、资源利用率等关键指标，支持多种数据图表分析；

仿真优化模块集成试验设计、遗传算法等方法，支持外部算法嵌入与跨软件集成，实现资源配置与策略优化。

扩展功能包括数据监测管理模块及基于Java的二次开发模块。

该软件已应用于制造业、物流、港口、铁路等领域，实现生产系统综合性能分析。

基于Factory Simulation半天即实现某板链生产线方案验证

🔷 Irai软件是汇川技术于2024年收购的法国Irai公司产品，在数字孪生、机电一体化设计与仿真以及虚拟教学领域拥有超过30年的积累。

其Automgen控制开发平台支持PLC离线编程与实时调试，通过硬件通讯实现虚实结合闭环控制；

VUP仿真引擎提供多物理场耦合环境，支持二次开发与第三方集成，构建高保真数字孪生模型；

人机交互与诊断模块支持HMI控制面板设计、多设备同步操作及仿真日志记录。

该软件覆盖产线设计、机电仿真到虚拟调试全流程，通过高保真模型动态验证工业设备控制逻辑，兼容主流工业控制系统，显著降低物理调试风险与成本，主要应用于智能制造、教育实训及自动化系统优化场景。

主流离散制造业工厂设计与仿真软件概览

笔者认为，离散制造业的工厂设计与仿真软件市场呈现多元化格局，西门子、达索系统等国际巨头以深度集成与全流程仿真能力为核心，Simio、AnyLogic等专业工具厂商聚焦场景化仿真优势，不同类型工具共同覆盖从规划到验证的全流程技术需求。面对市场需求与技术迭代，企业需基于自身数字化基础、工艺复杂度与战略目标选型，避免 “唯品牌论” 或 “功能堆砌”。

根据工厂设计与仿真软件特性，离散制造企业可以按照以下三条原则进行选型：

原则1：明确核心需求边界。

若需高精度工艺仿真与多系统集成，如数字孪生联动、PLM/PLC 协同，西门子、达索系统等国际厂商工具仍是首选；若聚焦快速产线布局验证，Visual Components、Simio更具适配性；若以物流瓶颈识别、资源利用率优化为核心，FlexSim、ExtendSim等工具可提供精准支持。

原则2：平衡成本与长期价值。

国际厂商工具成本较高但技术生态完善，适配大规模、全球化项目；轻量化工具如ExtendSim、FactorySimulation在基础功能场景中性价比更高，可降低中小企业初期投入。同时，企业需关注软件的可扩展性、模块化设计，能有效避免初期过度投资。

原则3：重视实施落地与生态协同。

成功落地依赖供应商的实施经验与跨系统集成能力，如机器人离线编程的精度调试、PLM/ERP/MES的数据互通。此外，企业还需评估内部团队的技术储备，优先选择API开放、集成性强、二次开发友好的平台，以应对未来工艺升级需求。

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