第三章生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真.

1、3. 1生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型第三章生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與彳生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真3. 1生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型3. 2設(shè)施布置規(guī)劃與建模3.3運(yùn)輸與裝卸系統(tǒng)仿真生產(chǎn)物流是現(xiàn)代生產(chǎn)的重:要組成部分，隨著 生產(chǎn)力水平的I I益提高，生產(chǎn)物流系統(tǒng)中所蘊(yùn)藏 的巨人潛丿J也越來(lái)越引起人們的主意。在提高加 工制造設(shè)備本身能力與效益的同時(shí)，挖掘物流的 潛力，追求最高生產(chǎn)系統(tǒng)的總體效益已經(jīng)成為生 產(chǎn)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志Z-O在提高現(xiàn)代生產(chǎn)物流 系統(tǒng)的效率與效益方而，系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)已 發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。生產(chǎn)物流系統(tǒng)概述生產(chǎn)物流研究對(duì)加強(qiáng)企業(yè)管理、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重 要作用，意義十分深遠(yuǎn)，主要表現(xiàn)在：（1）可大幅度減少工作

2、量，減少勞動(dòng)力占用，減輕工 人的勞動(dòng)強(qiáng)度；（2）可大幅度縮短生產(chǎn)周期，加速資金周轉(zhuǎn)過(guò)去；（3）口J降低牛產(chǎn)成木，減少流動(dòng)資金占用，增加企業(yè) 利潤(rùn)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；（4）提高產(chǎn)品質(zhì)量：（5）促進(jìn)技術(shù)改造；（6）文明生產(chǎn).安全生產(chǎn)。生產(chǎn)物流設(shè)計(jì)原則研究生產(chǎn)系統(tǒng)的物流特點(diǎn)，從流體、載體、流向.a 速.流程和流量等6個(gè)特征量(物流要索)來(lái)対該牛產(chǎn)物流力 以分析。六者是相輔和成，緊密聯(lián)系的。其中流向是根本、流 速是基礎(chǔ)、流量是結(jié)果.生產(chǎn)物流優(yōu)化應(yīng)主意的幾個(gè)“在企業(yè)加工乍間的設(shè)備調(diào)度優(yōu)化過(guò)程中，W注意以卜兒(1) 要根據(jù)金業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行生產(chǎn)流程的調(diào)整；(2) 應(yīng)將零件匚序的合理化與物流系統(tǒng)的優(yōu)化綜合7(

3、3) 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)仿真：(4) 工件的調(diào)度要考慮到生產(chǎn)柔性；(5) 生產(chǎn)物流系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)物流環(huán)節(jié)的整體效益：(6) 要分別從流體、載體.流向.流量.流速.流申 個(gè)物流要素加以綜合考偲。設(shè)計(jì)生產(chǎn)物流的堆本原則包括:(1) 功最小原則;(2) 流動(dòng)性原則;(3) 高活性原則;(4) 安全原則。生產(chǎn)物流系統(tǒng)模式生產(chǎn)物流的邊界起源于毛坯件的投入，止于成品倉(cāng)庫(kù)，貫窗 于生產(chǎn)全過(guò)程(如圖所示)。rli 場(chǎng) 環(huán) 境幣場(chǎng)環(huán)境生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型建立一、生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型建立的基本要求：(1) 所建模型中所包含的數(shù)據(jù)要可靠，公式和圖表必須 確、科學(xué);(2) 模擬必須達(dá)到一定的糟確度；(3) 所建模型的表達(dá)方式應(yīng)明確、簡(jiǎn)單，

4、抓住系統(tǒng)木質(zhì)(4) 模型必須方便用戶(hù)，且模型應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范化；(5) 模型反復(fù)驗(yàn)證，修改和補(bǔ)充以求箱確。生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型建立二. 模擬系統(tǒng)和目標(biāo)：生產(chǎn)物流系統(tǒng)是i個(gè)多層次.多卩 素.多結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)確沱好模擬系統(tǒng)及其達(dá)到的目標(biāo)十分: 鍵，生產(chǎn)物流系統(tǒng)的建模過(guò)程參見(jiàn)圖。確定模擬系統(tǒng)生產(chǎn)物流 模型設(shè)計(jì)詁系統(tǒng) B模型設(shè)訃生產(chǎn)物流系 統(tǒng)模型方案生產(chǎn)物流 系統(tǒng)評(píng)價(jià)生產(chǎn)物流系 統(tǒng)模型確立I生產(chǎn)系統(tǒng)丨丙刃 I生產(chǎn)物流I I生產(chǎn)物流I 優(yōu)化分析 臨蠶 I優(yōu)化分析I I系統(tǒng)仿貞I '1丄生產(chǎn)系統(tǒng)柔性度量三. 生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)：生產(chǎn)系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)與企業(yè)生產(chǎn)的年度計(jì)劃和產(chǎn)品產(chǎn)量卡 息相關(guān)，生產(chǎn)系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

5、主要在丁確定車(chē)間設(shè)備應(yīng)如何調(diào)找 才能滿(mǎn)足要求，一般包括機(jī)床布置，運(yùn)輸線(xiàn)路，上下料等。4 產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)度還應(yīng)考慮使系統(tǒng)具備一定柔件，內(nèi)為當(dāng)今M場(chǎng)變訛 莫測(cè)，市場(chǎng)需求時(shí)刻變化著，故企業(yè)應(yīng)有隨市場(chǎng)變化而及時(shí)說(shuō) 整牛產(chǎn)的能力。生產(chǎn)物流系統(tǒng)模型建立四. 物流模型設(shè)計(jì)：生產(chǎn)物流模型是在生產(chǎn)系統(tǒng)模型初步建立的基礎(chǔ)上建工 起來(lái)的，在機(jī)床優(yōu)化調(diào)度完成Z后才能最終形成。生產(chǎn)物流必 型與生產(chǎn)系統(tǒng)模型的優(yōu)化是通過(guò)機(jī)床（也可以說(shuō)是匚藝路線(xiàn)）邸 調(diào)整來(lái)達(dá)到二者的優(yōu)化，由于牛產(chǎn)的產(chǎn)品不同，批量不同，E 而最終可形成不同的生產(chǎn)系統(tǒng)和物流系統(tǒng)模型，從而可得到彳 同的解決方案。五. 生產(chǎn)物流系統(tǒng)的選優(yōu)：由于有不同的方案可選擇，故必須

6、根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃更 出其屮最主要的條生產(chǎn)線(xiàn)路作為最終方案，其確定方法可劉 過(guò)對(duì)各個(gè)備選方案建立i套完整的指標(biāo)體系，從而確怎出生產(chǎn) 物流系統(tǒng)的放優(yōu)模型，町通過(guò)對(duì)各個(gè)方案的仿真結(jié)果進(jìn)行分村 評(píng)價(jià)，進(jìn)而確泄最優(yōu)方案。生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真五.生產(chǎn)物流系統(tǒng)的選優(yōu)：由于有不同的方案可選擇，故必須根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃更 出其屮最主要的條生產(chǎn)線(xiàn)路作為最終方案，其確定方法可劉 過(guò)對(duì)各個(gè)備選方案建立i套完整的指標(biāo)體系，從而確怎出生產(chǎn) 物流系統(tǒng)的放優(yōu)模型，町通過(guò)對(duì)各個(gè)方案的仿真結(jié)果進(jìn)行分村 評(píng)價(jià)，進(jìn)而確疋最優(yōu)方案。生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真一. 生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿 真的一般過(guò)程：生產(chǎn)物流系統(tǒng)包 括：進(jìn)料，臨時(shí)存儲(chǔ)， 生產(chǎn)系統(tǒng)前.中、后的

7、 搬運(yùn).調(diào)度.裝箱.庫(kù) 存.運(yùn)送等多個(gè)環(huán)節(jié)。 可分別對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)建立 子模型，并對(duì)其進(jìn)行初 步仿真,如圖。|(1)某*產(chǎn)環(huán)V.何做的購(gòu)逕I 廠 |(2)設(shè)祝II標(biāo)及制尢計(jì)刖建*怏朋|數(shù)用收集I1(10)分析|(II)給束生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿貢二、生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真方法的優(yōu)勢(shì)仿真技術(shù)綜合集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、 多媒體、軟件工程、信息處理、自動(dòng)控制的多個(gè)高新科技領(lǐng)土 的知識(shí)，是以相似原理.信息技術(shù).系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域彳 關(guān)的專(zhuān)業(yè)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利/ 系統(tǒng)模世對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的門(mén)綜合性扌 術(shù)。町右效解決這眾多岡索、多H標(biāo)、多層次的系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)£

8、;3- 2設(shè)施布置規(guī)劃與建模設(shè)施規(guī)劃問(wèn)題概述：設(shè)施(Facilities)的英文含義足“使工作便利的匚具，3 境或設(shè)備” o設(shè)施規(guī)劃(Facilities Design)是根據(jù)對(duì)彖系統(tǒng)所應(yīng)達(dá)j 的功能和丨I標(biāo)，對(duì)其各類(lèi)設(shè)施.人員進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。20壯紀(jì)60年代以后，設(shè)施設(shè)計(jì)及布直概念越來(lái)越普遍地彳 替了匚廠布置(Plant Layout)概念，主要由于第三產(chǎn)業(yè)持續(xù) 迅猛的發(fā)展給設(shè)施規(guī)劃提供了廣泛的新的研究領(lǐng)域，牛產(chǎn)的: 義不再只是傳統(tǒng)意義上的制造加工產(chǎn)品，也包括服務(wù)的生產(chǎn)。設(shè)施布置的內(nèi)容和基本類(lèi)型一、設(shè)施布置的基本內(nèi)容：(1) 明確血當(dāng)包括哪些生產(chǎn)運(yùn)作單位，這些生產(chǎn)運(yùn)作單位f 要多人的面

9、積空間，形狀如何，位置放在什么地方：(2) 設(shè)施布置時(shí)應(yīng)為滿(mǎn)足哪些要求，遵循什么原則，選擇P 種設(shè)施布置的類(lèi)型；(3) 采用什么樣的方法和步驟來(lái)進(jìn)行布置；如何對(duì)設(shè)施布置進(jìn)彳j技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)；設(shè)施布置的內(nèi)容和基本類(lèi)型二.影響企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作單位構(gòu)成的因素：(1) 企業(yè)的產(chǎn)品；(2) 企業(yè)的規(guī)模；(3) 企業(yè)的生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化和協(xié)作化水平;(4) 企業(yè)的技術(shù)水平。設(shè)施布置的內(nèi)容和基本類(lèi)型三. 設(shè)施布置的基本要求：(1) 符合生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程的要求：(2) 盡可能使物料運(yùn)輸距離最短；(3) 設(shè)施布置應(yīng)盡可能緊湊合理，有效利用而積;(4) 有利于工作生活質(zhì)量的改善；(5) 要合理地劃分區(qū)域；(6) 充分利用外部壞境提

10、供的便利條件；(7) 留有合理的擴(kuò)展余地；(8) 設(shè)施布置應(yīng)注意與社區(qū)壞境相協(xié)調(diào)。設(shè)施布置的內(nèi)容和基本類(lèi)型四. 設(shè)施布置的基本類(lèi)型及其選擇:(1) 工藝對(duì)象專(zhuān)業(yè)化布置：(2) 產(chǎn)品對(duì)象專(zhuān)業(yè)化布置；(3) 混合式布置；(4) 固定布置；(5) 零售商店布置。設(shè)施布置計(jì)劃與方法一. 設(shè)施布置的基本步驟：鋌要步驟都是和同的，部要經(jīng)過(guò)匚 個(gè)基本步驟(1) 收集有關(guān)的信息、數(shù)挺利資料主要包摳四個(gè)方面的信息 數(shù)據(jù)和資料: 生產(chǎn)運(yùn)作單位及相關(guān)設(shè)施的數(shù)量.規(guī)模.所需面積大丿 可以利用的空間面積大小。 各個(gè)生產(chǎn)運(yùn)作單位及相關(guān)設(shè)施之間的關(guān)系。 其它限制條件。(2) 按照設(shè)施布置的基本原則，作出初步的平面布置方案，

11、 對(duì)方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。根據(jù)一些特殊的要求和限制條件，對(duì)初步方案進(jìn)行調(diào)格 直到滿(mǎn)意為止。設(shè)施布置計(jì)劃與方法設(shè)施布置計(jì)劃與方法二.設(shè)施布置計(jì)劃(SLP):設(shè)沌布置計(jì)劃(Systematic Layout Planning),又稱(chēng)系纟 布置計(jì)劃，是一種從生產(chǎn)運(yùn)作單位之間的關(guān)系出發(fā)，根據(jù)設(shè)力 的種類(lèi).數(shù)量、形狀及要求進(jìn)行系統(tǒng)布置的科學(xué)方法。 由 這種方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠幫助確定最優(yōu)設(shè)施布置方案，所L 受到普遍重視和廣泛應(yīng)用。設(shè)施布置計(jì)劃與方法系統(tǒng)布置計(jì)劃考 慮的主要主要因 素：產(chǎn)品P:產(chǎn)量Q：工藝路線(xiàn)R：供應(yīng)最S：生周期T：?jiǎn)挝粩?shù)N：SLP法的工作 程序如圖:SLP法的具體工作程序： 輸入數(shù)據(jù)； 物

12、料流向流量分析； 活動(dòng)關(guān)系分析； 物料流和活動(dòng)關(guān)系圖： 面積確定； 繪制面積關(guān)系圖； 調(diào)整面積關(guān)系圖： 優(yōu)化分析； 布®方案的評(píng)價(jià)和確定。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施和置技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)丿施布置程序?yàn)橐韵聝煞N：面向新建型系統(tǒng)布置程序:面向新建型系統(tǒng)布置程序主耍有CORELAP程序和 ALDEP程序。采用優(yōu)先評(píng)價(jià)法，優(yōu)點(diǎn)足把車(chē)間布置中重要的 切特性包括在內(nèi)，另一方而，這些方法中W用的計(jì)分技術(shù)， 要求以數(shù)量表示主觀的優(yōu)先選擇，這本身是有風(fēng)險(xiǎn)的。（2）面向改進(jìn)型系統(tǒng)布置程序：面向改進(jìn)型系統(tǒng)布置程序主要有CRAPT （計(jì)算機(jī)輔助 確泄設(shè)施相對(duì)位置技術(shù)）和C0FAD （計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施設(shè)計(jì)）程序。 CRAFT

13、是在原有布置方案上求得改進(jìn)布置，得到一個(gè)以降低系 統(tǒng)物料搬運(yùn)成本的布置方案，而COFAD還考慮搬運(yùn)設(shè)備及成本 評(píng)價(jià)，是對(duì)CRAFT的改進(jìn)。設(shè)施布置的優(yōu)化設(shè)施優(yōu)化分析與設(shè)計(jì)的廉則是康系統(tǒng)內(nèi)設(shè)施間物流仔用貴小化,設(shè)給定平面系統(tǒng)有個(gè)設(shè) 施，每?jī)蓚€(gè)訟施-丿間們恂流畫(huà)為兀2松 距離為d如則兩設(shè)施間的恂涼1股運(yùn) 工作壘為M廠少滬令系統(tǒng)的物科搬運(yùn)工隹鑿為叫：若 5 為以設(shè)施I到誅廣i的單位腿運(yùn)番用，SW系疑瘢運(yùn)費(fèi)用CM：CM = 2£%叫=£ 兀竝(2 = 12 "兒當(dāng)平面帝苴設(shè)廟位苜改變時(shí)，那么肓：CM'= 22切wj=乞2>©凡如'(=12町

14、如果CM' <CM.則方案6優(yōu)于61若將設(shè)施位負(fù)進(jìn)行“欠調(diào)整，貝IJ可咨到丄個(gè)可行方茶，這怦眾住設(shè)計(jì)方家CH知CM* = mia C3/(1),CJ/ca>CM<W).3.3運(yùn)輸與裝卸系統(tǒng)仿真概述：在一體化的生產(chǎn)物流系統(tǒng)中，運(yùn)輸與儲(chǔ)存作業(yè)之f 接 關(guān)系的協(xié)調(diào)是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，它將對(duì)物流系統(tǒng)的! 率產(chǎn)生十分重大的影響，進(jìn)而影響到物流系統(tǒng)其他有關(guān)績(jī)效? 影響物流戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。裝卸作業(yè)正是運(yùn)輸與儲(chǔ)存作業(yè)的銜接, 只有裝卸用設(shè)備的能力與運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備之間形成較為和諧一 配合關(guān)系時(shí)，才能在確保物流服務(wù)的同時(shí)，降低物流總成本. 運(yùn)輸與裝卸配合關(guān)系，可視為一排隊(duì)系統(tǒng)，以系統(tǒng)總費(fèi)莊

15、低作為系統(tǒng)優(yōu)化組合的主導(dǎo)因素，運(yùn)用離散系統(tǒng)仿真的辦法; 找及恰當(dāng)?shù)慕M合與配合關(guān)系。仿真示例裝運(yùn)問(wèn)題的提岀和系統(tǒng)定義(1) 問(wèn)題描述：汽車(chē)運(yùn)輸作業(yè)段因運(yùn)輸量有了較大的增 長(zhǎng)，原有 過(guò)程設(shè)備配置關(guān)系已與實(shí)際情況不符造成了生產(chǎn)管理的困難。 集了與系統(tǒng)有關(guān)的歷史資料并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)地觀察，初步夕 岀系統(tǒng)中主要問(wèn)題在于裝車(chē)設(shè)備和汽車(chē)數(shù)目搭配不當(dāng)。(2) 裝運(yùn)過(guò)程：(3) 系統(tǒng)定義：要求模型可用不同的數(shù)據(jù)，從而適用對(duì)不同類(lèi)型; 與裝車(chē)設(shè)備配合數(shù)目的研究。仿真示例二. 系統(tǒng)的流程圖：下圖中的五種簡(jiǎn)單符號(hào)可以用來(lái)畫(huà)出系統(tǒng)流程圖。相i 號(hào)是美國(guó)工程技術(shù)學(xué)會(huì)提岀的。0牒作過(guò)程0傳送某種實(shí)體產(chǎn)雖和質(zhì)呈的檢査D等待V

16、存儲(chǔ)仿真示例三、構(gòu)造系統(tǒng)模型裝車(chē)設(shè)備有兩種不同的狀態(tài)：裝載、空閑。卸車(chē)點(diǎn)也彳 兩種不同的狀態(tài)，卸車(chē)、空閑。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的彳 何一部分變化都被認(rèn)為是系統(tǒng)狀態(tài)的變化。系統(tǒng)可能在以下E 種情況下發(fā)生狀態(tài)變化。 某輛汽車(chē)到達(dá)裝車(chē)點(diǎn)： 某輛汽車(chē)裝完車(chē)離開(kāi)裝車(chē)點(diǎn)； 某輛汽車(chē)到達(dá)卸車(chē)點(diǎn)； 某輛汽車(chē)卸完車(chē)離開(kāi)卸車(chē)點(diǎn)。仿真示仞一一構(gòu)造系統(tǒng)模型系統(tǒng)的變化稱(chēng)作事件，裝運(yùn)系統(tǒng)發(fā)生的事件可分成上述四類(lèi) 汽車(chē)到達(dá)裝車(chē)場(chǎng)。 汽車(chē)離開(kāi)裝車(chē)場(chǎng)。 汽車(chē)到達(dá)卸車(chē)點(diǎn)。汽車(chē)離開(kāi)卸車(chē)點(diǎn)。仿真示例一一構(gòu)造系統(tǒng)模型四. 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：已收集到裝運(yùn)貨物的汽車(chē)91次運(yùn)行的數(shù)據(jù)女 時(shí)間單位為分。杠禪行時(shí)閶（分出頻*100.021011.03

17、37.443942.9577.1611.1700.0按表4仲鱷可以計(jì)胃出籲運(yùn)行時(shí)間肋樣本均值讓3.60,樣本方乏?=0.702,5=0.84.作統(tǒng)計(jì)假設(shè)耳rM沏1"=36,忘誰(shuí)差0二08的正辭布.仿真示仞一一構(gòu)造系統(tǒng)模型將運(yùn)行時(shí)間分成5個(gè)區(qū)域，如表5. 2中第一列所拓縱標(biāo)準(zhǔn)正 分布表中可查出對(duì)應(yīng)每個(gè)分界點(diǎn)的概率分布函數(shù)值，從而可得! 落在每一區(qū)域中的概率Pi。同時(shí)可計(jì)算岀按以上正態(tài)分布，91； 驗(yàn)中落在每一區(qū)域的理論頻數(shù)fei,并將它列入下表區(qū)同P|心K2.52 52-3 -).0.08380.87. 621007432.5VX3.5_工536 2.5-3.65 0.80.8 >-