第五讲生产物流系统建模与仿真王建华 jiannywang@126

第五讲生产物流系统建模与仿真 王建华 jiannywang@126.com

培训主题 • Witness软件介绍 • 基本元素、输入输出规则、复杂流程设计 • 数据类型、随机分布函数 • WITNESS建模与仿真基本过程 • 生产物流系统建模与仿真 • 生产物流系统描述 • 定义元素Define • 可视化元素Display • 细节设计Detail • 仿真实验Run Simulation • 统计报告分析Report

Witness介绍：建模元素 • 三类建模元素： • 实物元素:代表实际系统中看得见的实体，如: • 原材料part/fluid、加工设备machine/processor • 作业员labor、运输工具conveyer/track/vehicle/pipe • 仓库buffer/tank • 逻辑元素：用来处理数据，实现复杂流程和逻辑的建模要素，如: • 属性attribute、变量variable、经验分布distribution • 函数function、班次shift、文件file、模组module; • 图形元素:形象化表示实体的运行特征。如： • 时间序列图形timeseries, 饼状图piechart, 直方图histogram

Witness软件：输入/输出规则 Witness提供了两类规则用于控制仿真系统中的物料流：输入规则和输出规则 • 输出规则Output Rule： • BUFFER • PERCENT • PUSH • SELECT • SEQUENCE • DESTINATION • LEAST • MOST • WAIT • CONNECT • FLOW • RECIPE • 输入规则Input Rule： • BUFFER • MATCH • PERCENT • PULL • SELECT • SEQUENCE • LEAST • MOST • WAIT • FLOW • RECIPE 离散离散离散连续离散连续连续连续

Witness软件：复杂流程控制 • 使用基本的输入/输出规则不能对复杂流程进行建模时，可以使用条件判断规则结合基本IO规则实现流程的建模。 • IF 条件1 • IO规则1 • ELSEIF 条件2 • IO规则2 • … • … • ENDIF 例： IF time<200 Connect with pipe1 Elseif time<300 Flow to tank1 rate(100) Else Wait endif

Witness软件：数据类型 witness提供了四种类型的变量，用来进行数据处理：整型、实型、名型、字符型。 • 整型（integer）变量：用来存储不包含小数点部分的数字。在witness中，可以是-2 147 483 648到＋2 147 483 647之间的整数。 • 实型（real）变量：可以存储由数字（0～9）、小数点和正负号组成的数据。范围为（3.4E-38，3.4E38）； • 名型（name）变量：用来存储witness仿真系统组成元素的名称。例如： Widget miller（3） • 字符型（string）变量：用来存储不具有计算能力的字符型数据。字符型数据是由汉字和ASCII字符集中可打印字符（英文字符、数字字符、空格以及其他专用字符）组成，长度范围是0～4095个字符。

Witness软件：随机函数 （1）BETA β分布；（2） NORMAL 正态分布；（3）BINOMIAL 二项分布；（4）POISSON 泊松分布；（5）ERLANG 爱尔朗分布；（6）RANDOM 0-1均匀分布；（7）GAMMA γ分布；（8）TNORMAL 截断正态分布；（9）IUNIFORM 整数均匀分布；（10）TRIANGLE 三角分布；（11）LOGNORML 对数正态分布；（12）UNIFORM 均匀分布；（13）NEGEXP 负指数分布；（14）WEIBULL 威伯分布

Witness软件：界面介绍 元素设计工具栏视图控制工具栏元素列表窗口模型布局窗口运行控制工具栏统计报表工具栏

Witness软件：建模和仿真基本过程 仿真实验结果分析详细参数元素可视化元素定义校验验证

生产物流系统描述 • 使用WITNESS建立该系统的仿真模型，并进行仿真实验，研究在480分钟，该系统的产量和各设备的利用率。 10‘ 10‘ 10‘

定义元素Define

定义元素Define • WITNESS义元素的四种方式： • 通过系统布局区（layout window）：在系统布局区点击鼠标右键，在弹出菜单中选择Define菜单项，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。 • 通过元素选择窗口（elements）：选择元素选择窗口中的simulation项，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Define菜单项，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。 • 使用工具栏进行元素的定义：点击工具栏中的新建元素图标，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。 • 通过用户元素窗口（designer elements）元素模板：在该窗口中，鼠标选中所需建立的元素类型图标，然后在系统布局区中单击鼠标左键进行元素定义。

定义元素Define 定义：零件定义：机器定义：输送链定义：变量

定义元素Define：初步界面

可视化元素Display • 操作演示

细节设计Detail • 操作演示

仿真实验Run • 操作演示

统计报告Report • 操作演示

备注：Pull 规则 • 1 Pull规则：输入规则Pull将从其它元素中拉动Part进入使用该规则的元素。如果Pull规则指定了几种输入的part,该规则将一次获取这些Part，直至条件满足。 • 语法： • PULL {from} location1 {, location2 ...} • 其中，每个location的详细格式如下： • {part_name {from}} location_name {(index_exp)} {at position_exp} {with labor_name {#labor_qty}} {using PATH}

备注：Pull 规则 • Location参数：{part_name {from}} location_name {(index_exp)} {at position_exp} {with labor_name {#labor_qty}} {using PATH} • part_name：名型，为模型中part的名称 • location_name：名型，可以是元素的名称，也可以是模块Module的名称，part将从该元素被拉出。 • index_exp：整型，当输出Part的Location元素的对象数量多于1时，可以指定Pull规则具体的从该Location的第几个对象中提取Part，例如：如果Location的名称为Buffer001，那么Buffer001（2）表示Buffer001中的第二个对象。如果不指定Index_exp,Pull规则将从该Location元素的所有对象中提取适当的Part，顺序为Location（1），Location（2），......，Location(n). • position_exp:整型，当输出Part的Location为输送链时，可以指定Part从输送链的具体位置上被取出，如果不指定该数值，则Part将从输送链的尾部Rear被取出。 • with labor_name：名型，指定输入规则是否需要Labor元素协助。 • #labor_qty：整型，需要Labor元素协助时，需要的Labor元素的数量。 • using PATH：名型，指定从一个Location中提取Part进入本元素，是否需要使用特定的路径，让part沿着该路径搬运至本元素。

备注：Pull 规则 • 示例: • PULL WIDGET FROM WORLD • 在这个例子中，输入规则Pull从World（模型之外）拉动一个Part元素WIDGET进入模型。 • PULL FROM ASSEMBLY, STORE(1), STORE(2) • 在这个例子中，PULL规则将从ASSEMBLY, STORE(1), STORE(2)中提取Part，如果ASSEMBLY元素中没有Part了，则从STORE(1)中提取，如果STORE(1)中也没有Part了，则从STORE(2)中提取Part，如果这三个Location中都没有part了，则等待。 • PULL FROM ASSEMBLY WITH ENGINEER#1 USING PATH • 在这个例子中，Pull规则需要一个名为ENGINEER的labor从ASSEMBLY元素中提取Part，然后使用合适的路径运送回该规则的作用元素。 • PULL WIDGET FROM ASSEMBLY(3) WITH ENGINEER#2 USING PATH, WIDGET FROM ASSEMBLY(5) • 在这个例子中，Pull规则将使用两个工程师ENGINEER从第三个ASSEMBLY中提取Part，然后通过合适的路径运送到规则的作用元素，如果不能从ASSEMBLY(3)中提取part,将直接从第五个ASSEMBLY中提取名为WIDGET的Part。

元素详解 • Part • Machine • Conveyor

Part • 到达模式： • 被动式（Passive） • 主动式（Active） • 特殊规则的主动式（Active with profile） • 主动式细节设计项目 • Maximum： • First Arrival： • Shift： • Inter Arrival： • Lot Size： • To...： • Actions on Create...： • Actions on Leave...：

Machine 类型 • （1）单处理机（Single）。 • （2）批处理机(Batch)。 • （3）装配机(Assembly)。 • （4）生产机(Production)。 • （5）通用机（General）。 • （6）多周期处理机（Multiple Cycle）。 • （7）多工作站机（Multiple Station）。

Conveyor • 类型 • 固定式Fixed： • 队列式Queuing： • 固定式和队列式输送链比较 • 移位式Indexed • 连续式Continuous • 移位式和连续式输送链的区别

练习题 • 在超市入口有一台银行ATM机，用于客户提取现金，假设需要提取现金的客户到达时间间隔服从均值为2分钟的负指数分布，客户提取现金所需的时间服从均值为1.8分钟的负指数分布；模拟客户具有下列特性时的系统： • 客户到达ATM机，不论队列有多长，都会等待直至完成取款； • 客户到达ATM机，如果已近有4个人再排队了，他将自动离开，不再取款； • 客户到达ATM机，如果发现已经有4个人再排队了，他将先进入超市购物，购物时间服从[3，20]分钟的均匀分布，购物完毕后，他再来取款，此时他将不再考虑队列长度，直至完成取款； • 客户在第（3）中情况下，购物完毕后，如果发现已经有5个人再排队，他将直接离开； • 模拟一天12小时的时间，以上四种情况下，完成取款的人数、取款顾客平均等待时间、最大队列长度、没有完成取款的人数，对第3和4种情况下，进入超市购物的人数等。

练习题 • 在发动机装配线上，缸体P从点A上线，上线时间为20s，然后通过输送链运行到组装工位B，花费[17，23]s装配，然后再通过输送链运行到组装工位C，花费[16，24]s时间装配，然后送出下道工序，每两个工位间滚轴输送链上可以放置10个托盘，移位时间为5s，试对该系统进行8小时的仿真，统计各工位的忙闲比率、缸体等待情况。 • 某汽车生产厂，在车架、车身焊接完成，并手工修补车身之后，对汽车进行油漆。首先是底漆。将白皮车身通过滚动方式浸入糖浆般的漆槽，取出烘干底漆；然后送入无尘车间，用静电喷漆工艺喷上面漆，然后用200度左右的温度烘干。试建立该工艺过程的仿真模型，其中时间量请自行设置。 • （1）首先分析系统中的临时实体和永久实体；即加工对象和加工单元； • （2）假设加工单元特性，为了问题的简单化，假设每个加工单元只有一套设备，而且每次只对一个车身进行加工； • （3）合理设计加工工序的节拍，即设计各加工单元的加工时间为围绕节拍具有一定的随机波动性，例如设计生产节拍为60秒，而加工单元加工时间为[60-a，60+a]的均匀分布，其中不同加工单元的a取值不同。 • （4）仿真结束，分析你设计的节拍和随机量a对系统运行绩效的影响，参考指标为：产出量、平均在制品库存、车身平均通过时间等；

第五讲 生产物流系统建模与仿真 王建华 jiannywang@126