基于Witness的物流實(shí)驗(yàn)室仿真與建模

學(xué)號(hào)：A07111049基于Witness的物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：所在院系：所學(xué)專業(yè)：研究方向：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)中國·哈爾濱2023年6月NEAUB.A.DegreeThesisRegisteredNumber：A07111049MODELINGANDSIMULATINGONLOGISTICSLABORATORYPRODUCTIONLOGISTICSSYSTEMBASEDONWITNESSNameofStudent：WangJiananSupervisor:WangYijiaoCollege：EngineeringCollegeSpecialty:IndustrialEngineeringResearchField:LogisticsManagementNortheastAgriculturalUniversityHarbin·ChinaJune2023摘要隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛開展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以往利用數(shù)學(xué)模型來描述系統(tǒng)特征并進(jìn)行求解的方式，正在逐步開展成為以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底的仿真建模方式，這種技術(shù)有很強(qiáng)的優(yōu)越性，可以用來解決許多無法用數(shù)學(xué)手段進(jìn)行求解的問題。生產(chǎn)物流系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜并且開放的系統(tǒng)，由于它的復(fù)雜性以及生產(chǎn)物流系統(tǒng)所處環(huán)境的不確定性，使得要找出影響生產(chǎn)物流系統(tǒng)運(yùn)行效率的瓶頸環(huán)節(jié)是非常困難的。經(jīng)驗(yàn)說明，計(jì)算機(jī)仿真建模的方法是輔助改良和優(yōu)化生產(chǎn)物流系統(tǒng)的有效工具。本文以我校物流實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)物流系統(tǒng)為研究對(duì)象，在對(duì)國內(nèi)外物流系統(tǒng)仿真的研究與開展現(xiàn)狀進(jìn)行了比擬詳細(xì)了解的根底上，確定了整個(gè)論文的研究目標(biāo)，同時(shí)介紹了仿真系統(tǒng)的相關(guān)理論知識(shí)，探討了生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真建模的方法，并介紹了Witness建模與仿真工具，應(yīng)用Witness建模仿真軟件，結(jié)合生產(chǎn)物流系統(tǒng)的理論知識(shí)，針對(duì)物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，通過Witness仿真軟件的運(yùn)行及其仿真結(jié)果的分析，運(yùn)用路徑優(yōu)化等原那么，提出了可行的優(yōu)化措施，為物流實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)化方案提供了決策參考。關(guān)鍵詞：生產(chǎn)物流系統(tǒng)；仿真建模；Witness；路徑優(yōu)化ModelingandSimulatingonLogisticsLaboratoryProductionLogisticsSystemBasedonWitnessAbstractWiththeextensiveapplicationofscienceandtechnologyandtherapiddevelopmentofcomputertechnology,inthepasttheuseofmathematicalmodelstodescribethesystemcharacteristicsandthewaytosolveisgraduallydevelopedintoamoderncomputertechnology-basedsimulationmodeling.Thistechnologyhasastrongadvantagethatitcanbeusedtosolvemanyproblemswhichcannotbesolvedbymathematicalmeans.Productionlogisticssystemisaverycomplexandopensystem,becauseofitscomplexityanduncertaintyofproductionlogisticssystemisexposed,sotofindouttheimpactofproductionlogisticssystemefficiencybottlenecksisverydifficult.Experienceshowsthatcomputersimulationsmodelingmethodisaneffectivetooltoimproveandoptimizethesecondaryproductionlogisticssystem.Inthispaper,theproductionlogisticssystemoflogisticslaboratoryinourschoolwasusedastheresearchobject.BasedontheresearchanddevelopmentofthesimulationoflogisticssysteminChinaandabroad,theresearchobjectofthewholethesisisdetermined.Atthesametime,therelevanttheoreticalknowledgeofthesimulationsystemisintroduced,andthesimulationmethodoftheproductionlogisticssystemisdiscussed,andtheWITNESSmodelingandsimulationtoolsarealsointroduced.UsingWITNESSmodelingandsimulationsoftware,combinedwiththetheoreticalknowledgeoftheproductionlogisticssystem,thelogisticslaboratoryproductionlogisticssystemwassimulationmodeling.ThroughtheWITNESSsimulationsoftwarerunningandsimulationresultsanalysis,usingtheprincipleofoptimalpathofproposedthefeasibleoptimizationmeasures,providethedecisionreferencefortheoptimizationoflogisticslaboratory.Keywords:ProductionLogisticsSystem;ModelingandSimulating;WITNESS;PathOptimization目錄摘要IAbstractII1引言11.1本研究的目的與意義11.2國內(nèi)外相關(guān)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀11.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀11.2.2國外研究現(xiàn)狀21.3研究的內(nèi)容及技術(shù)路線41.3.1主要研究內(nèi)容41.3.2技術(shù)路線42生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真技術(shù)根底理論52.1系統(tǒng)仿真概述52.1.1系統(tǒng)仿真的概念52.1.2系統(tǒng)仿真的分類62.1.3系統(tǒng)仿真的一般步驟72.1.4生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真的優(yōu)化82.2WITNESS仿真系統(tǒng)92.2.1Witness仿真軟件簡介92.2.2Witness仿真軟件提供的根本元素92.2.3Witness的規(guī)那么103物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)的模型建立113.1物流實(shí)驗(yàn)室簡介113.2生產(chǎn)物流系統(tǒng)流程的分析113.3仿真模型的建立123.3.1數(shù)據(jù)調(diào)研與元素定義123.3.2元素可視化的設(shè)置143.3.3各個(gè)元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)153.4模型運(yùn)行和數(shù)據(jù)分析193.4.1模型運(yùn)行193.4.2結(jié)果輸出與數(shù)據(jù)分析194物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)的模型優(yōu)化234.1建立優(yōu)化模型234.2優(yōu)化模型的運(yùn)行和數(shù)據(jù)比照235結(jié)論28參考文獻(xiàn)29致謝311引言1.1本研究的目的與意義隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速開展，市場(chǎng)競爭日益劇烈。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在生產(chǎn)車間里，零件在機(jī)床上的時(shí)間僅占生產(chǎn)時(shí)間的5%，而剩余95%的時(shí)間消耗在原材料、工具、零件的搬運(yùn)、等待上，也就是屬于物流活動(dòng)所占用的時(shí)間[1]。在劇烈的市場(chǎng)競爭中，企業(yè)需要重新利用或分配資源，來增加生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性，以到達(dá)降低制造本錢，提高效益的目的。因此，如何縮短生產(chǎn)周期，加速資金的周轉(zhuǎn)，降低在制品等物料的占用，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流更加合理，就成為了企業(yè)生存與開展，所必須要解決的關(guān)鍵問題。生產(chǎn)物流系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜并且開放的系統(tǒng)，它的高度動(dòng)態(tài)性、高度變化性，使得對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化變得非常困難。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一門新興的高新技術(shù)，正在被越來越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，已經(jīng)成為戰(zhàn)略研究、系統(tǒng)分析、運(yùn)籌規(guī)劃、預(yù)測(cè)決策、宏觀及微觀管理等領(lǐng)域的有效工具[2]。同時(shí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也是研究生產(chǎn)制造系統(tǒng)的一種十分有效的手段，是對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)的最簡單、最經(jīng)濟(jì)的一種方法。通過對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)的仿真研究，有助于找出生產(chǎn)系統(tǒng)潛在的作業(yè)“瓶頸〞和關(guān)鍵路徑，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行方案，找出物流制約環(huán)節(jié)，為生產(chǎn)實(shí)際改善提供決策依據(jù)，并最終實(shí)現(xiàn)提高設(shè)備利用率、降低本錢的目標(biāo)。因此，具有較強(qiáng)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用意義。本文針對(duì)物流實(shí)驗(yàn)室所模擬的生產(chǎn)物流系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在的運(yùn)輸時(shí)間消耗較長、工位空閑率高致使每次實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)周期過長的現(xiàn)象進(jìn)行研究，將實(shí)驗(yàn)課所模擬的生產(chǎn)物流系統(tǒng)，運(yùn)用Witness軟件進(jìn)行建模與仿真。通過運(yùn)用Witness仿真軟件，對(duì)實(shí)驗(yàn)室所模擬的物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，有助于找出生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題，并提出優(yōu)化方案，進(jìn)而到達(dá)減少時(shí)間浪費(fèi)，并最終實(shí)現(xiàn)提高實(shí)驗(yàn)課效率的目標(biāo)。1.2國內(nèi)外相關(guān)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀生產(chǎn)物流系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，如何提高其效益是至關(guān)重要的，系統(tǒng)仿真作為一項(xiàng)用于系統(tǒng)分析和研究的技術(shù)，已經(jīng)被廣泛用來對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)輸調(diào)度和物料控制等方面。1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀早在1930年代初，物流概念就已經(jīng)被提出。我國的學(xué)者、研究人員已經(jīng)對(duì)物流的開展歷史與內(nèi)涵等內(nèi)容做了大量的研究，在理論知識(shí)等方面雖進(jìn)行了相關(guān)的探索與研究，但關(guān)于生產(chǎn)物流方面的研究還是比擬少，目前我國還是缺乏相對(duì)完整的理論體系。而對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)的仿真，主要采用建立基于Petri網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型的方式，我國關(guān)于生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真的研究現(xiàn)狀見表1-1。表1-1國內(nèi)研究現(xiàn)狀相關(guān)人物具體事件吳耀華、顏永年[3]在1996年，提出了一種基于Perti網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型的物流系統(tǒng)，這套系統(tǒng)真實(shí)地反映了物流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。張丹羽等[4]在1999年，提出了一種面向?qū)ο蠛突趫D形的建模仿真環(huán)境的技術(shù)方案，解決了柔性制造系統(tǒng)中的模型復(fù)雜性高和可重用性差的問題。戴曉明等[5]在2001年，基于面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)了離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具DEDSSim。周立新等[6]在2003年，針對(duì)某物流企業(yè)的具體案例，利用VB6.0設(shè)計(jì)開發(fā)了仿真程序，實(shí)現(xiàn)了第三方物流企業(yè)運(yùn)作中的倉庫選址、車輛配置和庫存策略等功能。張正祥等[7]在2003年，建立了一個(gè)具有不確定需求的多周期合作型二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的庫存控制模型。鄭順?biāo)甗8]在2004年，基于生產(chǎn)線仿真與優(yōu)化技術(shù)，建立了應(yīng)用對(duì)象、類庫、仿真模型，進(jìn)行了物流和生產(chǎn)調(diào)度仿真。張曉萍[9]在2005年，主編了《物流系統(tǒng)仿真原理與應(yīng)用》一書，該書結(jié)合4種常用的仿真軟件〔AutoMod、Flexsim、Arena、Extend〕介紹了系統(tǒng)仿真原理與方法及其在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用。吳錫源等[10]在2006年，提出綠色供給鏈管理的根本思想和過程，初步建立了企業(yè)綠色供給鏈運(yùn)作參考模型。王亞超、馬漢武[11]在2006年，全國多家高校教師參與編寫了《生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真--Witness系統(tǒng)及應(yīng)用》一書，該書系統(tǒng)的介紹了Witness仿真軟件在生產(chǎn)物流建模的過程中的應(yīng)用，并結(jié)合了許多實(shí)用案例。趙剛等[12]在2007年，編寫了《仿真技術(shù)在物流管理中的應(yīng)用》一書，從物流配送中心的建模出發(fā)，介紹了仿真技術(shù)在配送中心內(nèi)部規(guī)劃、企業(yè)物流系統(tǒng)規(guī)劃等方面的應(yīng)用。詹躍東[13]在2007年，基于Petri網(wǎng)建模理論，分析了煙草行業(yè)的卷接包車間的AGVS，并對(duì)其構(gòu)造了Petri網(wǎng)模型。嵇振平等[13]在2007年，提出了一種基于Perti網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型的物流系統(tǒng)，這套系統(tǒng)真實(shí)地反映了物流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。陶紅表、鄒志強(qiáng)[14]在2023年，應(yīng)用e-Mpower軟件對(duì)包裝企業(yè)的生產(chǎn)物流進(jìn)行建模仿真，降低了瓦楞紙箱的生產(chǎn)本錢，使企業(yè)更具競爭力。1.2.2國外研究現(xiàn)狀研究物流的關(guān)鍵是找到可以對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行建模的工具，對(duì)于物流系統(tǒng)的研究，國外的開展比擬早，相對(duì)的理論根底與實(shí)踐應(yīng)用也比擬成熟，而且現(xiàn)今常用的大局部物流仿真軟件均由國外研制開發(fā)，例如美國Rockwell公司開發(fā)的Arena、英國Lanner集團(tuán)開發(fā)的Witness、以色列Tecnomatix開發(fā)的eM-Plant等物流軟件，這些軟件已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各國的汽車工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、電子等行業(yè)。在生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真的方面也有一定的應(yīng)用與研究成果，國外關(guān)于生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真的研究現(xiàn)狀見表1-2。表1-2國外研究現(xiàn)狀相關(guān)人物具體事件M.EricJohnson等[15]在1994年，采用SIMAN仿真語言對(duì)所要設(shè)計(jì)的Hewlett-Packard公司的北美新配送中心建模，為中心的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)性的意見，極大地加速了配送中心的建設(shè)。WolfgangKreutzer[16]在1998年，將面向?qū)ο蟮母拍钜氲诫x散事件系統(tǒng)的建模與仿真，并給出了一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架BetaSIM。RotabKhan等[17]在1999年，提出運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織制造系統(tǒng)的管理和方案優(yōu)選。AntonioReyes等[18]在2000年，將Petri網(wǎng)和人工智能技術(shù)相結(jié)合用于解決柔性加工生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃問題，加強(qiáng)了Petri網(wǎng)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)行為的推理能力。Yang[19]在2000年，建立仿真模型研究了不同控制策略和環(huán)境因素對(duì)一個(gè)SWMR〔SingleWarehouseMulti-Retailer〕系統(tǒng)運(yùn)行績效的影響。Anglani[20]在2002年，基于UML建模語言和ARENA過程仿真語言，利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)建立了柔性制造系統(tǒng)的仿真模型開發(fā)環(huán)境―UMSIS，從而將概念模型轉(zhuǎn)化為實(shí)際模型。FellxT.S.Chan等[21]在2002年，采用商業(yè)的仿真軟件包Simprocess建立了一個(gè)供給鏈的仿真模型。ScottJ.Mason等[22]在2003年，應(yīng)用仿真軟件Arena對(duì)一個(gè)汽車企業(yè)內(nèi)部的供給鏈建立了包括庫存管理和交通管理的仿真模型。IvanFerretti等[23]在2005年，在其論文中主要研究基于ANT系統(tǒng)的啟發(fā)式算法解決鋼鐵連續(xù)鑄造企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)庫存問題。Fung.S.H[24]在2005年，提出了能夠簡化庫存方案的虛擬庫存系統(tǒng)〔VWS〕，以使得在生產(chǎn)需求突發(fā)變化時(shí)使流線型生產(chǎn)方案得以實(shí)施和控制。C.Saygin[25]在2006年，利用RFID數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)限材料的庫存管理進(jìn)行仿真。HartwigBaumg?rtel等[26]在2006年，結(jié)合Multi-agent〔多代理〕技術(shù)和分布約束理論開發(fā)了Fakos生產(chǎn)方案仿真系統(tǒng)，直觀地表現(xiàn)汽車制造設(shè)備生產(chǎn)線物流，并具備本錢優(yōu)化功能，滿足客戶的決策支持要求。1.3研究的內(nèi)容及技術(shù)路線1.3.1主要研究內(nèi)容〔1〕通過査閱文獻(xiàn)對(duì)國內(nèi)外生產(chǎn)物流系統(tǒng)的建模與仿真的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究，明確建模與仿真的理論和實(shí)踐意義；〔2〕通過學(xué)習(xí)掌握了研究生產(chǎn)物流系統(tǒng)的根本理論及方法，了解Witness軟件的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)Witness軟件的建模方法；〔3〕通過對(duì)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)其進(jìn)行仿真建模，研究其存在的問題，并運(yùn)用物料搬運(yùn)的路徑優(yōu)化等原那么，對(duì)其進(jìn)行改善，提出改良模型。1.3.2技術(shù)路線本文的技術(shù)路線不僅反映了研究的總體思路,，也是指導(dǎo)本研究有序進(jìn)行的根本依據(jù)。具體技術(shù)路線如圖1-1所示。否否是開始査閱文獻(xiàn)、收集資料，確定研究內(nèi)容分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，明確研究目的和意義對(duì)物流實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)研，收集原始數(shù)據(jù)對(duì)物流實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模運(yùn)用路徑優(yōu)化原那么，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化建模比照優(yōu)化前后模型是否滿意結(jié)束圖1-1技術(shù)路線圖2生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真技術(shù)根底理論2.1系統(tǒng)仿真概述2.1.1系統(tǒng)仿真的概念系統(tǒng)仿真是建立在數(shù)學(xué)邏輯模型的根底上，用數(shù)學(xué)和圖形的方法來演示系統(tǒng)行為過程的一種方法，然后通過計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，對(duì)一個(gè)特定的系統(tǒng)按照一定的原那么規(guī)律由一個(gè)狀態(tài)變換為另一個(gè)狀態(tài)的行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)描述和分析。計(jì)算機(jī)仿真包括三個(gè)要素：系統(tǒng)、模型以及仿真[27]?！?〕系統(tǒng)存在于世界上的系統(tǒng)是千差萬別的，但人們總結(jié)出描述系統(tǒng)的“三要素〞，即實(shí)體、屬性和活動(dòng)。實(shí)體確定了系統(tǒng)的構(gòu)成，也就確定了系統(tǒng)的邊界；屬性也稱為描述變量，描述每一實(shí)體的特征；活動(dòng)定義了系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)體之間的相互作用，從而確定了系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生變化的過程。〔2〕模型所謂模型，就是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的一種抽象、本質(zhì)的描述。首先，模型必須是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一種抽象，它是在一定假設(shè)條件下對(duì)系統(tǒng)的簡化。其次，模型必須包含系統(tǒng)中的主要因素。第三，為了進(jìn)行定量分析，模型中必須反映出各主要因素之間的邏輯關(guān)系和數(shù)學(xué)關(guān)系，使模型對(duì)系統(tǒng)具有代表性。〔3〕仿真仿真就是通過建立實(shí)際系統(tǒng)模型并利用所建模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的過程。綜上所述，“系統(tǒng)、模型、仿真〞三者之間有著密切的關(guān)系。系統(tǒng)仿真有三個(gè)根本的活動(dòng)，即系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)仿真的三個(gè)要素可以通過系統(tǒng)模型的建立、仿真模型的建立和仿真實(shí)驗(yàn)這三個(gè)根本活動(dòng)來聯(lián)系。這三個(gè)要素和三個(gè)活動(dòng)的關(guān)系如圖2-1所示。系統(tǒng)系統(tǒng)仿真模型建立系統(tǒng)模建立仿真模仿真實(shí)驗(yàn)圖2-1計(jì)算機(jī)仿真三要素及其關(guān)系系統(tǒng)仿真是針對(duì)真實(shí)系統(tǒng)而建立相關(guān)的模型，用模型代替真實(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，從而對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究的方法。要了解系統(tǒng)仿真，還需要了解與系統(tǒng)仿真相關(guān)的另一些根本概念，現(xiàn)分別描述如下：〔1〕實(shí)體實(shí)體是描述仿真系統(tǒng)的三要素之一，是組成系統(tǒng)的物理單元，分為臨時(shí)實(shí)體和永久實(shí)體兩種類型。在仿真過程中，永久實(shí)體始終都存在，而只存在一段時(shí)間的實(shí)體叫臨時(shí)實(shí)體。〔2〕事件事件是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生改變的一種行為，可以說系統(tǒng)是由事件來驅(qū)動(dòng)的。在一個(gè)系統(tǒng)中，有許多類的事件，事件的發(fā)生一般與某一類實(shí)體有關(guān)，某一類事件的發(fā)生還可能會(huì)引起別的事件發(fā)生，或者是另一類事件發(fā)生的條件等等。〔3〕活動(dòng)把兩個(gè)相鄰發(fā)生的事件銜接起來的過程叫做活動(dòng)。它標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)所發(fā)生的轉(zhuǎn)移，表示系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)改變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)?！?〕進(jìn)程活動(dòng)和活動(dòng)之間的間隔時(shí)間所組成的過程叫做進(jìn)程，進(jìn)程描述了它所包括的事件及活動(dòng)間的相互邏輯關(guān)系及時(shí)序關(guān)系。事件、活動(dòng)、進(jìn)程三者之間的關(guān)系如圖2-2所示。事事件1事件n事件2事件3事件4“t〞進(jìn)程活動(dòng)n-1活動(dòng)2活動(dòng)3活動(dòng)1圖2-2事件、活動(dòng)與進(jìn)程之間的關(guān)系〔5〕仿真鐘仿真時(shí)間變化用仿真鐘來模擬。仿真鐘可以跳過離散事件之間系統(tǒng)狀態(tài)不變的這個(gè)階段，使整個(gè)系統(tǒng)一直模擬整個(gè)事件的變化過程，而跳過不變的狀態(tài)，這樣可以用很短的時(shí)間來模擬很長一段時(shí)間[28]。2.1.2系統(tǒng)仿真的分類〔1〕根據(jù)模型種類根據(jù)模型種類的不同，系統(tǒng)仿真可以分為三種：物理仿真、數(shù)學(xué)仿真、半實(shí)物仿真。按照真實(shí)系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型，并在物理模型上進(jìn)行試驗(yàn)過程，稱為物理仿真；對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行抽象，并將其特性用數(shù)學(xué)關(guān)系加以描述而得到的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行試驗(yàn)的過程稱為數(shù)學(xué)仿真；將數(shù)學(xué)模型和物理模型甚至實(shí)物聯(lián)合起來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，稱之為半實(shí)物仿真[29]?！?〕根據(jù)計(jì)算機(jī)的類型根據(jù)仿真中所用計(jì)算機(jī)的不同，又可分為模擬仿真、數(shù)字仿真和混合仿真。模擬仿真是基于數(shù)學(xué)模型相似原理上的一種方法，主要工具是模擬計(jì)算機(jī)；數(shù)字仿真是基于數(shù)值計(jì)算原理，主要工具是仿真軟件和數(shù)字計(jì)算機(jī)；混合仿真是將模擬仿真和數(shù)字仿真相結(jié)合的一種方法，主要工具是混合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！?〕根據(jù)仿真的研究對(duì)象根據(jù)仿真研究對(duì)象，仿真可以分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真。這類系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型包括連續(xù)模型〔微分方程〕，離散時(shí)間模型〔差分方程〕以及連續(xù)——離散混合模型[30]。2.1.3系統(tǒng)仿真的一般步驟物流系統(tǒng)仿真是研究物流系統(tǒng)的一種具有極強(qiáng)的實(shí)用性的重要技術(shù)手段，在實(shí)施過程中應(yīng)該遵循一定的步驟，以保證仿真過程能順利進(jìn)行并得到合理的仿真數(shù)據(jù)和結(jié)果。一般要進(jìn)行如下9步[31]：否否是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并輸入修改模型并確認(rèn)系統(tǒng)抽象模型是否有效建立模型模型檢驗(yàn)運(yùn)行模型分析結(jié)果仿真結(jié)束圖2-3系統(tǒng)仿真的根本步驟〔1〕問題定義一個(gè)模型不可能呈現(xiàn)出被模擬的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的所有方面，因此比擬好的做法就是：先對(duì)問題進(jìn)行定義，后針對(duì)問題制定目標(biāo)，然后構(gòu)建一個(gè)能夠完全解決問題的模型。這樣才能保證模型能夠解決問題?！?〕制定目標(biāo)沒有目標(biāo)的仿真研究是毫無用途的。系統(tǒng)的定義是基于系統(tǒng)目標(biāo)的，目標(biāo)決定了該做出怎樣的假設(shè)，決定了應(yīng)該收集的信息和數(shù)據(jù)。目標(biāo)需要做到清楚、明確和切實(shí)可行?！?〕描述系統(tǒng)并列出假設(shè)描述系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)向模型的轉(zhuǎn)化，這比模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)模型要困難得多，因?yàn)檫@意味著你必須對(duì)現(xiàn)實(shí)非常了解，并且能夠根據(jù)目標(biāo)將其描述出來，在這一過程中，列出所做的假設(shè)是非常必要的?！?〕列出所有可能替代方案在仿真研究中，確定模型早期運(yùn)行的可置換方案是很重要的，它將影響模型的建立。在初期階段考慮替代方案，模型應(yīng)設(shè)計(jì)為非常易于轉(zhuǎn)換到替換系統(tǒng)的形式?！?〕收集數(shù)據(jù)和信息收集數(shù)據(jù)和信息，除了可以作為模型參數(shù)和輸入數(shù)據(jù)外，在驗(yàn)證模型階段還可以提供實(shí)際數(shù)據(jù)與模型的運(yùn)行結(jié)果之間的比擬。〔6〕建立計(jì)算機(jī)模型在構(gòu)造計(jì)算機(jī)模型的過程中，仿真研究目標(biāo)要放在首位。一般建模過程是分階段進(jìn)行的，即在進(jìn)行下一階段建模之前要對(duì)本階段的模型進(jìn)行驗(yàn)證，以確保正常?！?〕驗(yàn)證和確認(rèn)模型驗(yàn)證即確認(rèn)模型的功能是否與設(shè)想的系統(tǒng)功能相符，而確認(rèn)的范圍更加廣泛，包括：確認(rèn)模型是否能夠正確反映現(xiàn)實(shí)即評(píng)估模型仿真結(jié)果的可信度有多大。〔8〕運(yùn)行模型在模型得到驗(yàn)證和確認(rèn)之后，就可以運(yùn)行模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)了?？梢愿鶕?jù)不同的需運(yùn)行模型，可以改變某一參數(shù)，來確定其對(duì)模型的影響，可以運(yùn)行替代模型，以查看比擬其結(jié)果?！?〕結(jié)果輸出在進(jìn)行了所需的仿真實(shí)驗(yàn)后，就需要對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析輸出，這一局部主要是根據(jù)模擬的目標(biāo)來解釋仿真的結(jié)果[32]。2.1.4生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真的優(yōu)化系統(tǒng)經(jīng)過仿真，可以直觀的了解其運(yùn)行情況，經(jīng)過分析，對(duì)其存在的問題進(jìn)行優(yōu)化改善需要遵照一定的根底原那么。對(duì)于生產(chǎn)物流系統(tǒng)的優(yōu)化，選擇適宜的物流路徑十分重要，本研究將會(huì)從物料搬運(yùn)方面對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改良。物料搬運(yùn)是指在物流過程中，對(duì)各類物資所進(jìn)行的裝卸、搬運(yùn)、堆垛、協(xié)助取貨和理貨等相關(guān)的作業(yè)[33]。選擇適宜的搬運(yùn)路徑以及裝卸搬運(yùn)方法對(duì)降低本錢、節(jié)約時(shí)間等起著不容無視的作用。首先，物料如果不能適時(shí)、適地、適量地送至生產(chǎn)場(chǎng)所或工作地，會(huì)增加機(jī)器設(shè)備、人員的閑置時(shí)間，影響機(jī)器設(shè)備和人員的利用，甚至造成生產(chǎn)過程中斷，影響產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度和交貨時(shí)間；其次，搬運(yùn)不良或搬運(yùn)緩慢，會(huì)造成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混亂，打亂正常的工作地布置，影響平安生產(chǎn)和工人操作，導(dǎo)致工人易疲勞，降低生產(chǎn)效率；再次，搬運(yùn)不良，物料搬運(yùn)次數(shù)過多或過少，都會(huì)增加搬運(yùn)費(fèi)用，導(dǎo)致生產(chǎn)本錢的提高；最后，大量資料說明，物料搬運(yùn)不良，還是導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不良的原因之一[34]。路徑優(yōu)化是研究搬運(yùn)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從起點(diǎn)到終點(diǎn)往往有幾條可選擇路徑，選擇任意一條路徑，選擇任意一種搬運(yùn)工具，不管搬運(yùn)工具的速度是多少，都能夠?qū)崿F(xiàn)貨物送達(dá)的目的，但是卻不能實(shí)現(xiàn)消耗能源最少、搬運(yùn)時(shí)間最短和本錢最低。路徑優(yōu)化的原那么主要有以下幾點(diǎn)：〔1〕近距離原那么運(yùn)輸與裝卸搬運(yùn)只能增加產(chǎn)品本錢。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)使物料流動(dòng)距離最短，以減少運(yùn)輸與裝卸搬運(yùn)強(qiáng)度和頻數(shù)?！?〕優(yōu)先原那么在進(jìn)行物流系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將彼此之間物流量比擬大的設(shè)施布置得近一些，而將物流量小的設(shè)施與設(shè)備布置得遠(yuǎn)一些?！?〕盡量防止迂回和倒流原那么迂回和倒流現(xiàn)象嚴(yán)重影響物流系統(tǒng)的效益，甚至影響生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行，必須使其減少到最低程度?！?〕整體化和系統(tǒng)化原那么任何系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)將整體化和系統(tǒng)化放在第一位，使得物流系統(tǒng)的整體性能和整體效益最好。2.2WITNESS仿真系統(tǒng)2.2.1Witness仿真軟件簡介WITNESS是由英國Lanner公司推出的功能強(qiáng)大的仿真軟件系統(tǒng)。它可以用于離散事件系統(tǒng)的仿真，同時(shí)又可以用于連續(xù)流體〔如液壓、化工、水力〕系統(tǒng)的仿真。目前已被成功運(yùn)用于國際3000多家知名企業(yè)的解決方案工程，如Airbus公司的機(jī)場(chǎng)設(shè)施布局優(yōu)化、BAA公司的機(jī)場(chǎng)物流規(guī)劃、BAESYSTEMS電氣公司的流程改善、Exxon化學(xué)公司的供給鏈物流系統(tǒng)規(guī)劃、Ford汽車公司的工廠布局優(yōu)化和發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線優(yōu)化和發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線優(yōu)化、TreborBassett公司的分銷物流系統(tǒng)規(guī)劃等。Lanner公司已經(jīng)在包括澳大利亞、巴西、法國、德國、中國、意大利、日本、韓國、南非、美國、英國等25個(gè)國家和地區(qū)設(shè)立的代理，負(fù)責(zé)軟件的推廣和技術(shù)支持等工作[11]。2.2.2Witness仿真軟件提供的根本元素Witness元素是模型的重要的組成局部，現(xiàn)實(shí)中的事物或商務(wù)系統(tǒng)一般是由一系列相關(guān)聯(lián)的局部組成，比方制造系統(tǒng)中的人員、加工路線、原材料、倉庫、設(shè)備等等。Witness軟件的模型與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的事物相同，通過運(yùn)行一定時(shí)間來模擬系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)中的每個(gè)部件被稱為“元素〔Element〕〞。Witness主要通過五類元素構(gòu)建系統(tǒng)仿真模型：離散型元素、連續(xù)型元素、運(yùn)輸邏輯型元素、邏輯型元素和圖形元素?！?〕離散型元素離散型元素主要表示現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中可以計(jì)數(shù)的，能夠看得見的物體，主要包括：零部件〔PART〕、輸送鏈〔CONVEYOR〕、緩沖區(qū)〔BUFFER〕、車輛〔VEHICLE〕、機(jī)器〔MACHINE〕、路徑〔PATH〕、模塊〔MODULE〕、勞動(dòng)者〔LABOR〕、軌道〔TRACK〕。〔2〕連續(xù)型元素連續(xù)型元素用來表示加工或效勞對(duì)象是流體的系統(tǒng)，如飲料、液化氣等。主要包括：容器〔TANK〕、處理器〔PROCESSOR〕、流體〔FLUID〕、管道〔PIPE〕?！?〕邏輯運(yùn)輸型元素邏輯運(yùn)輸單元是建立物料運(yùn)輸系統(tǒng)所需要的。它包括：工作站〔STATION〕、路線集〔SECTION〕、單件運(yùn)輸小車〔CARRIERS〕、運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)〔NETWORK〕?！?〕邏輯元素通過邏輯元素，可以對(duì)數(shù)據(jù)、報(bào)表、復(fù)雜的邏輯結(jié)構(gòu)的元素進(jìn)行處理，這樣有助于提高模型的質(zhì)量，更有利于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜的模型的建立。它主要包括：變量〔VARIABLE〕、屬性〔ATTRIBUTE〕、函數(shù)〔FUNCTION〕、分布〔DISTRIBUTION〕、文件〔FILE〕、班次〔SHIFT〕和零部件文件〔PARTFILE〕。〔5〕圖形元素模型的運(yùn)行績效指標(biāo)可以用圖形元素放在仿真窗口動(dòng)態(tài)的表示出來，主要包括：直方圖〔HISTOGRAM〕、餅狀圖〔PIECHART〕和時(shí)間序列圖〔TIMESERIES〕。2.2.3Witness的規(guī)那么一旦在模型中創(chuàng)立了元素，就必須說明零部件、流體、車輛和單件運(yùn)輸小車在它們之間是怎樣流動(dòng)以及勞動(dòng)者是怎樣分配的，這就要用到規(guī)那么。Witness有幾類不同的規(guī)那么：〔1〕輸入規(guī)那么〔INPUTRULE〕輸入規(guī)那么控制零部件或者流體進(jìn)入在系統(tǒng)中的流動(dòng)過程。例如，一臺(tái)空閑機(jī)器要啟動(dòng)的話會(huì)按照輸入規(guī)那么輸入零部件直到有足夠的零部件啟動(dòng)它；一臺(tái)尾部有空間的輸送鏈在每向前移動(dòng)一個(gè)位置時(shí)，按照輸入規(guī)那么輸入零部件?！?〕輸出規(guī)那么〔OUTPUTRULE〕輸出規(guī)那么控制著當(dāng)前元素中的零部件、流體、車輛和單件運(yùn)輸小車輸出的目的地和數(shù)量等。例如，一臺(tái)機(jī)器在完成對(duì)零部件的加工后按照一個(gè)輸出規(guī)那么將零部件輸出到另一臺(tái)機(jī)器上，要是它出了什么故障不能這樣做，那將會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象?！?〕勞動(dòng)者規(guī)那么機(jī)器、輸送鏈、管道、處理器、容器、路線集和工作臺(tái)都需要?jiǎng)趧?dòng)者才能完成任務(wù)。勞動(dòng)者規(guī)那么可以讓我們?cè)敿?xì)說明實(shí)體元素為完成任務(wù)所需要的勞動(dòng)者類型和數(shù)量。勞動(dòng)規(guī)那么主要有三類：NOTE規(guī)那么、MATCH規(guī)那么、WAIT規(guī)那么。3物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)的模型建立3.1物流實(shí)驗(yàn)室簡介我校物流實(shí)驗(yàn)室于2023年投入使用，主要包括自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)系統(tǒng)、U型可重構(gòu)柔性生產(chǎn)流水線、搬運(yùn)及運(yùn)輸系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)軟件系統(tǒng)等幾大局部?？梢阅M由生產(chǎn)裝配企業(yè)、倉儲(chǔ)配送中心、供給商、批發(fā)商、零售商等單位構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要承當(dāng)工業(yè)工程、物流工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程，可以以生產(chǎn)裝配企業(yè)為中心或倉儲(chǔ)配送為中心開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，例如生產(chǎn)線平衡實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)過程時(shí)間組織分析實(shí)驗(yàn)、ERP實(shí)驗(yàn)等，模擬完成企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程以及物料搬運(yùn)與運(yùn)輸過程管理。物流實(shí)驗(yàn)室既能實(shí)現(xiàn)以配送中心為中心的供給商、倉儲(chǔ)、零售商組成相應(yīng)的供給鏈，又能實(shí)現(xiàn)以生產(chǎn)制造企業(yè)為中心、以配送中心為平臺(tái)的原材料供給、輸送、倉儲(chǔ)功能，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造企業(yè)的產(chǎn)品輸入、存儲(chǔ)以及銷售功能，并且供給商、零售商可以針對(duì)不同情況角色而變化。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室具有配送中心及生產(chǎn)制造企業(yè)兩個(gè)核心，可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)物流/供給鏈和企業(yè)生產(chǎn)物流/供給鏈，通過相關(guān)軟件能夠真正實(shí)現(xiàn)各中心的物流、信息流、資金流正確、實(shí)時(shí)暢通傳輸、匯總、輸出等功能。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的生產(chǎn)線節(jié)拍具有自動(dòng)可人工設(shè)定的功能，人工設(shè)定時(shí)每工位允許有不同節(jié)拍，生產(chǎn)線傳輸設(shè)備為分體控制，支持靈活組合布置生產(chǎn)線的功能，并且生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)可以順利進(jìn)行。自動(dòng)化倉儲(chǔ)包括立體倉庫和電子標(biāo)簽倉庫，既可以作為物流配送中心的物料的存儲(chǔ)空間，又可以作為生產(chǎn)制造企業(yè)原材料及產(chǎn)品的存儲(chǔ)空間。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的相關(guān)軟件可以支持實(shí)驗(yàn)室所有功能，相關(guān)軟件可以適應(yīng)并支持生產(chǎn)線的改變。軟件能很容易適應(yīng)并給用戶留有相關(guān)接口，允許用戶對(duì)相關(guān)局部進(jìn)行控制和調(diào)整。3.2生產(chǎn)物流系統(tǒng)流程的分析本模型主要研究我校物流實(shí)驗(yàn)室所模擬的組裝流水線生產(chǎn)物流系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)的一次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的物流過程進(jìn)行建模仿真，根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容，一次實(shí)驗(yàn)裝配大約六個(gè)電腦主板。當(dāng)實(shí)驗(yàn)開始后，首先由AGV小車從立體倉庫裝載第一批零部件，然后將第一批零部件按照各工位所需數(shù)量，依次卸載到倍速鏈輸送機(jī)一側(cè)的各個(gè)工位上，運(yùn)送完畢后AGV小車返回起點(diǎn)，裝載第二批零部件，并且再次將所需數(shù)量的零部件，卸載到皮帶式輸送機(jī)一側(cè)的各個(gè)工位上。當(dāng)最后一個(gè)工位上有零部件后，裝配流水線開始運(yùn)行，AGV小車按原定路線同時(shí)返回起點(diǎn)并停車。當(dāng)所有成品進(jìn)入立體倉庫后，該系統(tǒng)結(jié)束運(yùn)行。具體的生產(chǎn)物流過程如圖3-1所示。否否是最后工位是否有零件AGV小車取零件零件運(yùn)送至各工位開始進(jìn)行裝配成品入庫開始結(jié)束圖3-1生產(chǎn)物流過程3.3仿真模型的建立3.3.1數(shù)據(jù)調(diào)研與元素定義本文以物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)為研究對(duì)象，經(jīng)過查閱學(xué)生以前做過的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，得到各工位裝配零部件所用的時(shí)間數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)建模的根底調(diào)研數(shù)據(jù)，工位作業(yè)時(shí)間見表3-1。表3-1工位作業(yè)時(shí)間工位號(hào)作業(yè)內(nèi)容觀測(cè)時(shí)間〔s〕標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)〔s〕1裝CPU+質(zhì)檢27322裝風(fēng)扇+質(zhì)檢42443裝內(nèi)存條+質(zhì)檢22274裝復(fù)原卡+質(zhì)檢12155裝數(shù)據(jù)線+質(zhì)檢13166裝顯卡+質(zhì)檢15197裝網(wǎng)卡+質(zhì)檢11158安電池+質(zhì)檢711經(jīng)過查閱物流實(shí)驗(yàn)室相關(guān)采購文件，得到AGV小車速度等數(shù)據(jù)見表3-2。表3-2具體參數(shù)名稱數(shù)量〔長度或個(gè)數(shù)〕速度〔cm/s〕AGV小車1臺(tái)約為4倍速鏈輸送機(jī)5m約為7皮帶式輸送機(jī)5m約為10要對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，就必須創(chuàng)立仿真模型中的各個(gè)元素，創(chuàng)立模型元素的具體步驟為：定義元素〔Definingelements〕、可視化元素〔Displayingelements〕及詳細(xì)定義元素〔Detailingelements〕。本系統(tǒng)的元素定義見表3-3。表3-3實(shí)體元素定義元素名稱類型數(shù)量說明主板Part1電腦主板第一批零件Part1倍速鏈輸送機(jī)一側(cè)所需零部件第二批零件Part1皮帶式輸送機(jī)一側(cè)所需零部件安裝CPUMachine1CPU安裝工序安裝風(fēng)扇Machine1風(fēng)扇安裝工序安裝內(nèi)存條Machine1內(nèi)存條安裝工序安裝復(fù)原卡Machine1復(fù)原卡安裝工序安裝數(shù)據(jù)線Machine1數(shù)據(jù)線安裝工序安裝顯卡Machine1顯卡安裝工序安裝網(wǎng)卡Machine1網(wǎng)卡安裝工序安裝電池Machine1電池安裝工序AGV小車Vehicle1AGV小車C1Conveyor1第一段倍速鏈輸送機(jī)C2Conveyor1第二段倍速鏈輸送機(jī)C3Conveyor1第三段倍速鏈輸送機(jī)C4Conveyor1分揀輸送機(jī)C5Conveyor1第一段皮帶式輸送機(jī)C6Conveyor1第二段皮帶式輸送機(jī)C7Conveyor1第三段皮帶式輸送機(jī)主板緩存Buffer1放在流利式輸送鏈上的電腦主板電子標(biāo)簽庫Buffer1電子標(biāo)簽庫立體倉庫Buffer1立體倉庫B1Buffer1CPU安裝工序的緩存續(xù)表3-3元素名稱類型數(shù)量說明B2Buffer1風(fēng)扇安裝工序的緩存B3Buffer1內(nèi)存條安裝工序的緩存B4Buffer1復(fù)原卡安裝工序的緩存B5Buffer1數(shù)據(jù)線安裝工序的緩存B6Buffer1顯卡安裝工序的緩存B7Buffer1網(wǎng)卡安裝工序的緩存B8Buffer1電池安裝工序的緩存成品路徑Path1成品的運(yùn)輸路徑T1Track1AGV小車運(yùn)輸路徑1T2Track1AGV小車運(yùn)輸路徑2T3Track1AGV小車運(yùn)輸路徑3T4Track1AGV小車運(yùn)輸路徑4T5Track1AGV小車運(yùn)輸路徑5T6Track1AGV小車運(yùn)輸路徑6T7Track1AGV小車運(yùn)輸路徑7T8Track1AGV小車運(yùn)輸路徑8T9Track1AGV小車運(yùn)輸路徑9T22Track1AGV小車返回路徑1T66Track1AGV小車返回路徑23.3.2元素可視化的設(shè)置各個(gè)實(shí)體元素的顯示特征定義設(shè)置如圖3-2所示。圖3-2各個(gè)實(shí)體元素的顯示特征Witness仿真軟件提供實(shí)時(shí)動(dòng)畫仿真功能，它有助于系統(tǒng)確實(shí)認(rèn)，因?yàn)橄到y(tǒng)確實(shí)認(rèn)包括確認(rèn)系統(tǒng)的行為〔從系統(tǒng)的輸入到它的運(yùn)行邏輯〕被正確地再現(xiàn)，并且有一定的精度。Witness仿真軟件為元素提供了圖庫及外部圖形文件輸入接口，用戶可以根據(jù)元素的外部特征自己繪制圖形或選擇圖片，然后將它們導(dǎo)入圖庫。顯示元素的對(duì)話框如圖3-3所示，顯示元素設(shè)計(jì)頁如圖3-4所示。圖3-3顯示元素對(duì)話框圖3-4顯示元素設(shè)計(jì)頁通過顯示元素對(duì)話框與顯示元素設(shè)計(jì)頁，可以將模型中的各個(gè)實(shí)體元素的名稱、圖示、排隊(duì)方式等屬性根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行可視化設(shè)置。3.3.3各個(gè)元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)〔1〕對(duì)Part元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)第一批零件與第二批零件的Type屬性均為Passive。主板的詳細(xì)定義：1〕屬性定義主板.Type=Active！部件主板為主動(dòng)型部件；主板.Maximum=6！部件主板本次實(shí)驗(yàn)的最大容量為6個(gè)；主板.InterArrival=1.0！部件主板的到達(dá)間隔為1秒；主板.LotSize=1！部件主板的到達(dá)批量為1個(gè)；2〕規(guī)那么定義主板.InputtoModelRules(To):IFNPARTS(B5)>0 PUSHto主板緩存ELSE WaitENDIF〔2〕對(duì)Machine元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)以Machine元素安裝CPU為例，對(duì)Machine元素的詳細(xì)設(shè)計(jì)：1〕屬性設(shè)計(jì)安裝CPU.Type=Assembly！機(jī)器安裝CPU為組裝類型的機(jī)器；安裝CPU.CycleTime=32.0！機(jī)器安裝CPU組裝用時(shí)為32秒；安裝CPU.Quantity=1！機(jī)器安裝CPU的數(shù)量是1個(gè)；2〕規(guī)那么定義安裝CPU.InputRules(From)：SEQUENCE/Wait主板緩存#(1),B1#(1)安裝CPU.OutputRules(To):PUSHtoC1atRear其他Machine元素的詳細(xì)定義過程與Machine元素安裝CPU類似，同樣按照屬性定義和規(guī)那么定義來逐一實(shí)現(xiàn)。只是各個(gè)Machine元素的參數(shù)有所不同，需要按照實(shí)際系統(tǒng)中各個(gè)生產(chǎn)元素的實(shí)際數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相應(yīng)的詳細(xì)定義?！?〕對(duì)Vehicle元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)對(duì)Vehicle元素AGV小車的詳細(xì)設(shè)計(jì)：1〕屬性設(shè)計(jì)AGV小車.Quantity=1！AGV小車的數(shù)量為1個(gè)；AGV小車.Capacity=30！AGV小車的容量為30；AGV小車.UnloadedSpeed=4.0！AGV小車的空載速度為4.0厘米/秒；AGV小車.LoadedSpeed=4.0！AGV小車的滿載速度為4.0厘米/秒；2〕規(guī)那么定義AGV小車.EntryRules(To):PUSHtoT1〔4〕對(duì)Conveyor元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)1〕以Conveyor元素C1為例，對(duì)Conveyor元素的詳細(xì)設(shè)計(jì)：①屬性設(shè)計(jì)C1.Type=Queuing！C1傳送鏈的類型為隊(duì)列型；C1.Lengthinparts=4.0！C1傳送鏈的長度為4個(gè)單元長度；C1.MaximumCapacity=3.0！C1傳送鏈的最大容量為3個(gè)單元長度；C1.MovementIndextime=6.0！C1傳送鏈的移動(dòng)速度為6秒一個(gè)單元長度；②規(guī)那么定義C1.InputRules(From):WaitC1.OutputRules(To):Wait2〕以Conveyor元素C5為例，對(duì)Conveyor元素的詳細(xì)設(shè)計(jì)：①屬性設(shè)計(jì)C5.Type=Fixed！C5傳送鏈的類型為固定型；C5.Lengthinparts=4.0！C5的長度為4個(gè)單元長度；C5.MaximumCapacity=3.0！C5的最大容量為3個(gè)單元長度；C5.MovementIndextime=3.0！C5傳送鏈的移動(dòng)速度為4秒一個(gè)單元長度；②規(guī)那么定義C5.InputRules(From):WaitC5.OutputRules(To):Wait其他Conveyor元素的詳細(xì)定義過程與Conveyor元素C1和Conveyor元素C5類似，同樣按照屬性定義和規(guī)那么定義來逐一實(shí)現(xiàn)。只是各個(gè)Conveyor元素的參數(shù)有所不同，需要按照實(shí)際系統(tǒng)中各個(gè)生產(chǎn)元素的實(shí)際數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相應(yīng)的詳細(xì)定義?！?〕對(duì)Buffer元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)Buffer元素的詳細(xì)定義界面如圖3-5所示。圖3-5詳細(xì)定義元素〔6〕對(duì)Track元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)1〕以Track元素T1為例，對(duì)Track元素的詳細(xì)設(shè)計(jì)：①屬性設(shè)計(jì)T1.DurationDisplayLength=1000！TrackT1的長度為1000厘米；②規(guī)那么定義T1.FrontRules(Outputto)：IFNPARTS(B1)=0ORNPARTS(B2)=0ORNPARTS(B3)=0ORNPARTS(B4)=0 PUSHtoT2ELSE PUSHtoT6ENDIF③Loading定義:T1.TimetoLoad=10.0！AGV小車在T1的裝載時(shí)間為10.0秒；T1.InputLoadingRule：IFNPARTS(B1)=0ANDNPARTS(B2)=0ANDNPARTS(B3)=0ANDNPARTS(B4)=0 PULLfrom第一批零件outofWORLDELSEIFNPARTS(B5)=0ANDNPARTS(B6)=0ANDNPARTS(B7)=0ANDNPARTS(B8)=0 PULLfrom第二批零件outofWORLDELSE WaitENDIF2〕以Track元素T2為例，對(duì)Track元素的詳細(xì)設(shè)計(jì)：①屬性設(shè)計(jì)T2.DurationDisplayLength=250！TrackT2的長度為250厘米；②規(guī)那么定義T2.FrontRules(Outputto)：PUSHtoT3③Unloading定義:T2.TimetoUnload=2.0！AGV小車在B1的卸載時(shí)間為5.0秒；T2.Quantityto=6！AGV小車在B1的卸載數(shù)量為6個(gè)；T2.OutputLoadingRule：PUSH第一批零件toB1其他Track元素的詳細(xì)定義過程與Track元素T1和Track元素T2類似，同樣按照屬性定義和規(guī)那么定義來逐一實(shí)現(xiàn)。只是各個(gè)Track元素的參數(shù)有所不同，需要按照實(shí)際系統(tǒng)中各個(gè)生產(chǎn)元素的實(shí)際數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相應(yīng)的詳細(xì)定義?！?〕對(duì)Path元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)對(duì)Path元素成品路徑的詳細(xì)設(shè)計(jì)：成品路徑.PathTraverse=20.0!成品經(jīng)過Path路徑的時(shí)間為20秒；成品路徑.PathUpdate=0.01!成品路徑的圖像刷新率為0.01秒一次；成品路徑.SourceElement=安裝電池!成品路徑上的部件來自于Machine元素安裝電池；成品路徑.Destination=立體倉庫!成品路徑上的部件發(fā)給Buffer元素立體倉庫；3.4模型運(yùn)行和數(shù)據(jù)分析3.4.1模型運(yùn)行模型仿真鐘取系統(tǒng)默認(rèn)的1的時(shí)間單位為1秒鐘，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行至定義事件完成后結(jié)束，共運(yùn)行1881仿真時(shí)間，約為30分鐘。運(yùn)行之中某時(shí)刻如圖3-6所示。圖3-6模型運(yùn)行界面3.4.2結(jié)果輸出與數(shù)據(jù)分析模型運(yùn)行結(jié)束后，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，輸出各個(gè)工位閑忙所占比例如圖3-7所示，各段傳送鏈閑忙所占比例如圖3-8所示，各段路徑閑忙所占比例如圖3-9所示，AGV小車閑忙所占比例如圖3-10所示。圖3-7各個(gè)工位閑忙所占比例圖3-8各段傳送鏈閑忙所占比例圖3-9各段路徑閑忙所占比例圖3-10AGV小車閑忙所占比例分析具體數(shù)據(jù)，得到各工位裝配工作情況見表3-4，各段傳送鏈工作情況見表3-5，各段路徑工作情況見表3-6，AGV小車工作情況見表3-7。表3-4各工位裝配工作情況名稱空閑時(shí)間%工作時(shí)間%裝配數(shù)量安裝CPU89.7910.216安裝風(fēng)扇85.9614.046安裝內(nèi)存條91.398.616安裝復(fù)原卡95.224.786安裝數(shù)據(jù)線94.905.106安裝顯卡93.946.066安裝網(wǎng)卡95.224.786安裝電池96.493.516表3-5各段傳送鏈工作情況名稱空閑時(shí)間%工作時(shí)間%排隊(duì)時(shí)間〔s〕運(yùn)輸數(shù)量平均運(yùn)輸時(shí)間〔s〕C187.243.519.25654.00C292.347.660.00624.00C392.347.660.00624.00C485.3314.670.00656.00C594.905.100.00616.00C694.905.100.00616.00C794.905.100.00616.00表3-6各段路徑工作情況名稱空閑時(shí)間%運(yùn)輸時(shí)間%T172.3627.64T296.573.43T397.902.10T497.902.10T597.902.10T698.561.44T797.902.10T897.902.10T997.902.10T2276.7423.26T6668.3721.2表3-7AGV小車工作情況名稱空閑時(shí)間%載物時(shí)間%AGV小車49.8448.25由以上數(shù)據(jù)可以看出，各個(gè)工位的空閑時(shí)間占全部時(shí)間的比例很大，均到達(dá)80%以上，傳送鏈和路徑的利用率也很低，這是由于AGV小車搬運(yùn)物料所用的時(shí)間過長造成的，而AGV小的載物時(shí)間不到50%。由于AGV小車的速度限制，大約為4厘米/秒，當(dāng)所有工位都有零部件時(shí)整個(gè)裝配流水線才開始運(yùn)行，裝配流水線開始運(yùn)行的時(shí)間很晚，使得整個(gè)生產(chǎn)周期變得很長，各個(gè)工位的等待時(shí)間所占百分比就會(huì)很大，其他設(shè)備的利用率很低，各工位的實(shí)際有效工作時(shí)間相對(duì)變短，導(dǎo)致生產(chǎn)效率很低。4物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)的模型優(yōu)化4.1建立優(yōu)化模型根據(jù)路徑優(yōu)化的原那么，由于AGV小車的速度很小，為了使AGV小車在搬運(yùn)物料的過程中盡量減少占用時(shí)間，應(yīng)該盡可能的考慮路徑最近原那么。從上文數(shù)據(jù)可以看出，T1這段路徑的利用率最大，T1為關(guān)鍵路徑，因此要盡可能的縮短T1的長度。由于電子標(biāo)簽庫內(nèi)存放的物料不經(jīng)常使用，根據(jù)優(yōu)先原那么，考慮到AGV小車優(yōu)先從立體倉庫內(nèi)取物料，故將其移動(dòng)到如圖4-1所示的位置。由于進(jìn)行路徑優(yōu)化，故除Track元素的長度發(fā)生改變，其他元素的具體細(xì)節(jié)均不變，模型優(yōu)化布局如圖4-1所示。圖4-1AGV小車路徑優(yōu)化4.2優(yōu)化模型的運(yùn)行和數(shù)據(jù)比照路徑優(yōu)化后，將具體優(yōu)化路徑數(shù)據(jù)輸入模型，當(dāng)模型運(yùn)行至定義事件完成后結(jié)束，共運(yùn)行1276仿真時(shí)間，約為21分鐘。輸出優(yōu)化后各工位閑忙比方圖4-2所示，優(yōu)化后各段傳送鏈閑忙比方圖4-3所示，優(yōu)化后各路徑閑忙比方圖4-4所示，優(yōu)化后AGV小車閑忙比方圖4-5所示。圖4-2優(yōu)化后各工位閑忙比圖4-3優(yōu)化后各段傳送鏈閑忙比圖4-4優(yōu)化后各路徑閑忙比圖4-5優(yōu)化后AGV小車閑忙比分析具體數(shù)據(jù)，得到優(yōu)化后各工位裝配情況見表4-1，優(yōu)化后各段傳送鏈工作情況見表4-2，優(yōu)化后各段路徑工作情況見表4-3，優(yōu)化后AGV小車工作情況見表4-4。表4-1優(yōu)化后各工位裝配情況名稱空閑時(shí)間%工作時(shí)間%裝配數(shù)量安裝CPU84.9515.056安裝風(fēng)扇79.3120.696安裝內(nèi)存條87.3012.706安裝復(fù)原卡92.957.056安裝數(shù)據(jù)線92.487.526安裝顯卡91.078.936安裝網(wǎng)卡92.957.056安裝電池94.835.176表4-2優(yōu)化后各段傳送鏈工作情況名稱空閑時(shí)間%工作時(shí)間%排隊(duì)時(shí)間〔s〕運(yùn)輸數(shù)量平均運(yùn)輸時(shí)間〔s〕C181.195.1713.64654.00C288.7111.290.00624.00C388.7111.290.00624.00C477.4322.570.00668.00C592.487.520.00616.00C692.487.520.00616.00C792.487.520.00616.00表4-3優(yōu)化后各段路徑工作情況名稱空閑時(shí)間%運(yùn)輸時(shí)間%T192.557.45T295.924.08T396.903.10T496.903.10T596.903.10T692.997.01T796.903.10T896.903.10T996.903.10T1184.3315.67T2252.7819.59表4-4優(yōu)化后AGV小車工作情況名稱空閑時(shí)間%載物時(shí)間%AGV小車21.5575.63比照優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)可以看出，各個(gè)工位及設(shè)備的空閑時(shí)間所占比例均有下降，各工位優(yōu)化情況見表4-5，各段傳送鏈優(yōu)化情況見表4-6，各段路徑優(yōu)化情況見表4-7，AGV小車優(yōu)化情況見表4-8。表4-5各工位優(yōu)化情況名稱優(yōu)化前空閑時(shí)間%優(yōu)化后空閑時(shí)間%優(yōu)化量%安裝CPU89.7984.954.84安裝風(fēng)扇85.9679.316.65安裝內(nèi)存條91.3987.304.09安裝復(fù)原卡95.2292.952.27安裝數(shù)據(jù)線94.9092.482.42安裝顯卡93.9491.072.87安裝網(wǎng)卡95.2292.952.70安裝電池96.4994.831.66表4-6各段傳送鏈優(yōu)化情況名稱優(yōu)化前空閑時(shí)間%優(yōu)化后空閑時(shí)間%優(yōu)化量%C187.2481.196.05C292.3488.713.63C392.3488.713.63C485.3377.437.9C594.9092.482.42C694.9092.482.42C794.9092.482.42表4-7各段路徑優(yōu)化情況名稱優(yōu)化前運(yùn)輸時(shí)間%優(yōu)化后運(yùn)輸時(shí)間%優(yōu)化量%T127.647.45-20.19T23.434.080.65T0T0T0T61.447.015.57T0T0T0T1123.2615.677.59T2221.219.591.61表4-8AGV小車優(yōu)化情況名稱優(yōu)化前載物時(shí)間%優(yōu)化后載物時(shí)間%優(yōu)化量%AGV小車48.2575.6327.38由以上比照數(shù)據(jù)可以看出：各工位和設(shè)備的空閑率均有所下降，工作時(shí)間所占比例均有所上升，AGV小車的載物時(shí)間所占比例到達(dá)75%以上，小車的利用率變高，并且由于路徑T1的距離減少，T1的運(yùn)輸量時(shí)間減少，說明等待的時(shí)間所占比例下降了，而有效的作業(yè)時(shí)間占據(jù)更多的比例，并且整個(gè)生產(chǎn)周期由原來的30分鐘縮短至21分鐘，生產(chǎn)周期減少30%，生產(chǎn)效率得到了顯著的提升，優(yōu)化方案可行。5結(jié)論本論文的研究是在生產(chǎn)物流理論和系統(tǒng)仿真理論的指導(dǎo)下完成的。在對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)相關(guān)文獻(xiàn)閱讀的根底上，結(jié)合生產(chǎn)物流系統(tǒng)的特點(diǎn)，運(yùn)用Witness系統(tǒng)仿真軟件，以物流實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)物流系統(tǒng)為例，研究使用仿真手段尋找系統(tǒng)生產(chǎn)瓶頸和設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的方法，這種方法對(duì)類似的實(shí)際生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)物流系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本文的結(jié)論如下：在對(duì)物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)物流系統(tǒng)調(diào)研和分析的根底上，運(yùn)用Witness仿真軟件建立了物流實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真模型；通過仿真分析，確定了系統(tǒng)運(yùn)行中瓶頸的具體環(huán)節(jié)；根據(jù)路徑優(yōu)化等原那么，提出了消除瓶頸的系統(tǒng)改良方案，為物流實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)化方案提供了決策參考。參考文獻(xiàn)[1]楊堃.流水線型制造企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真與應(yīng)用研究[D].重慶大學(xué),2023,4.[2]孫單智,牟能冶,陳達(dá)強(qiáng).仿真在生產(chǎn)物流系統(tǒng)巾的應(yīng)用[J].物流科技,2006,29(3):36-37.[3]吳耀華,嚴(yán)永年.基于Petri網(wǎng)模型的物流系統(tǒng)建模[J].機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化,1996,18(3):6-8.[4]張丹羽,王瑩,肖際偉.基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的物流系統(tǒng)的調(diào)度與仿真[J].機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化,1999,21(3):24-26.[5]戴曉明,張洪淵,程海光等.離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具DEDSSim及其應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2001,18(4):38-40.[6]周立新,陶瑞巖,汪菲.第三方物流工程仿真程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,31(12):1426-1429.[7]于泳海,張正祥.基于供給鏈管理的多周期合作型隨機(jī)庫存控制模型與仿真[J].現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù),2003,20(1):15-18.[8]鄭順?biāo)?生產(chǎn)線仿真技術(shù)研究[J].先進(jìn)制造技術(shù),2004,23(4):22-23.[9]張曉萍.物流系統(tǒng)仿真原理與應(yīng)用[M].北京:中國物資出版社,2005,3.[10]吳錫源,張大亮.SCOR模型在綠色供給鏈管理中的應(yīng)用研究[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理研究,2006(2):81-82.[11]王亞超,馬漢武主編.生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真--Witness系統(tǒng)及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2006.[12]趙剛.仿真技術(shù)與物流管理中的應(yīng)用[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2007,5.[13]李永先,胡祥培,熊英.物流系統(tǒng)仿真研究綜述[J].系統(tǒng)仿真報(bào),2007(4),19(7):1411-1416.[14]陶表紅,鄒志強(qiáng)