基于Witness的物流實驗室仿真與建模

學(xué)號：A07111049基于Witness的物流實驗室生產(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)的迅猛開展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以往利用數(shù)學(xué)模型來描述系統(tǒng)特征并進行求解的方式，正在逐步開展成為以現(xiàn)代計算機技術(shù)為根底的仿真建模方式，這種技術(shù)有很強的優(yōu)越性，可以用來解決許多無法用數(shù)學(xué)手段進行求解的問題。生產(chǎn)物流系統(tǒng)是一個非常復(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)運行效率的瓶頸環(huán)節(jié)是非常困難的。經(jīng)驗說明，計算機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。本文以我校物流實驗室的生產(chǎn)物流系統(tǒng)為研究對象，在對國內(nèi)外物流系統(tǒng)仿真的研究與開展現(xiàn)狀進行了比擬詳細了解的根底上，確定了整個論文的研究目標(biāo)，同時介紹了仿真系統(tǒng)的相關(guān)理論知識，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，針對物流實驗室生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行仿真建模，通過Witness仿真軟件的運行及其仿真結(jié)果的分析，運用路徑優(yōu)化等原那么，提出了可行的優(yōu)化措施，為物流實驗室的優(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物流實驗室生產(chǎn)物流系統(tǒng)的模型建立113.1物流實驗室簡介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各個元素細節(jié)設(shè)計153.4模型運行和數(shù)據(jù)分析193.4.1模型運行193.4.2結(jié)果輸出與數(shù)據(jù)分析194物流實驗室生產(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)化模型的運行和數(shù)據(jù)比照235結(jié)論28參考文獻29致謝311引言1.1本研究的目的與意義隨著市場經(jīng)濟的快速開展，市場競爭日益劇烈。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，在生產(chǎn)車間里，零件在機床上的時間僅占生產(chǎn)時間的5%，而剩余95%的時間消耗在原材料、工具、零件的搬運、等待上，也就是屬于物流活動所占用的時間[1]。在劇烈的市場競爭中，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)是一個十分復(fù)雜并且開放的系統(tǒng)，它的高度動態(tài)性、高度變化性，使得對整個系統(tǒng)進行優(yōu)化變得非常困難。計算機仿真技術(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、運籌規(guī)劃、預(yù)測決策、宏觀及微觀管理等領(lǐng)域的有效工具[2]。同時計算機仿真技術(shù)也是研究生產(chǎn)制造系統(tǒng)的一種十分有效的手段，是對生產(chǎn)系統(tǒng)進行分析和評價的最簡單、最經(jīng)濟的一種方法。通過對生產(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)運行方案，找出物流制約環(huán)節(jié)，為生產(chǎn)實際改善提供決策依據(jù)，并最終實現(xiàn)提高設(shè)備利用率、降低本錢的目標(biāo)。因此，具有較強的理論研究和實際應(yīng)用意義。本文針對物流實驗室所模擬的生產(chǎn)物流系統(tǒng)在運行過程中存在的運輸時間消耗較長、工位空閑率高致使每次實驗的生產(chǎn)周期過長的現(xiàn)象進行研究，將實驗課所模擬的生產(chǎn)物流系統(tǒng)，運用Witness軟件進行建模與仿真。通過運用Witness仿真軟件，對實驗室所模擬的物流系統(tǒng)進行仿真研究，有助于找出生產(chǎn)系統(tǒng)存在的問題，并提出優(yōu)化方案，進而到達減少時間浪費，并最終實現(xiàn)提高實驗課效率的目標(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)仿真作為一項用于系統(tǒng)分析和研究的技術(shù)，已經(jīng)被廣泛用來對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行規(guī)劃設(shè)計、運輸調(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，在理論知識等方面雖進行了相關(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完整的理論體系。而對生產(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)動態(tài)模型的物流系統(tǒng)，這套系統(tǒng)真實地反映了物流系統(tǒng)的動態(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)了離散事件動態(tài)系統(tǒng)仿真工具DEDSSim。周立新等[6]在2003年，針對某物流企業(yè)的具體案例，利用VB6.0設(shè)計開發(fā)了仿真程序，實現(xiàn)了第三方物流企業(yè)運作中的倉庫選址、車輛配置和庫存策略等功能。張正祥等[7]在2003年，建立了一個具有不確定需求的多周期合作型二級網(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)用對象、類庫、仿真模型，進行了物流和生產(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)動態(tài)模型的物流系統(tǒng)，這套系統(tǒng)真實地反映了物流系統(tǒng)的動態(tài)特性。陶紅表、鄒志強[14]在2023年，應(yīng)用e-Mpower軟件對包裝企業(yè)的生產(chǎn)物流進行建模仿真，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)鍵是找到可以對物流系統(tǒng)進行建模的工具，對于物流系統(tǒng)的研究，國外的開展比擬早，相對的理論根底與實踐應(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仿真語言對所要設(shè)計的Hewlett-Packard公司的北美新配送中心建模，為中心的設(shè)計提供了指導(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，并給出了一個系統(tǒng)實現(xiàn)框架BetaSIM。RotabKhan等[17]在1999年，提出運用計算機仿真實現(xiàn)對紡織制造系統(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，加強了Petri網(wǎng)對實際系統(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)境因素對一個SWMR〔SingleWarehouseMulti-Retailer〕系統(tǒng)運行績效的影響。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建立了一個供給鏈的仿真模型。ScottJ.Mason等[22]在2003年，應(yīng)用仿真軟件Arena對一個汽車企業(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)變化時使流線型生產(chǎn)方案得以實施和控制。C.Saygin[25]在2006年，利用RFID數(shù)據(jù)對時限材料的庫存管理進行仿真。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〕通過査閱文獻對國內(nèi)外生產(chǎn)物流系統(tǒng)的建模與仿真的應(yīng)用現(xiàn)狀進行調(diào)查研究，明確建模與仿真的理論和實踐意義；〔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，學(xué)習(xí)Witness軟件的建模方法；〔3〕通過對驗室生產(chǎn)物流系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行分析，對其進行仿真建模，研究其存在的問題，并運用物料搬運的路徑優(yōu)化等原那么，對其進行改善，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、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物流實驗室進行調(diào)研，收集原始數(shù)據(jù)對物流實驗室現(xiàn)有系統(tǒng)進行仿真建模運用路徑優(yōu)化原那么，對系統(tǒng)進行優(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，然后通過計算機實驗，對一個特定的系統(tǒng)按照一定的原那么規(guī)律由一個狀態(tài)變換為另一個狀態(tài)的行為進行動態(tài)描述和分析。計算機仿真包括三個要素：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〞，即實體、屬性和活動。實體確定了系統(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，描述每一實體的特征；活動定義了系統(tǒng)內(nèi)部實體之間的相互作用，從而確定了系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生變化的過程?！?〕模型所謂模型，就是對實際系統(tǒng)的一種抽象、本質(zhì)的描述。首先，模型必須是對現(xiàn)實系統(tǒng)的一種抽象，它是在一定假設(shè)條件下對系統(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，使模型對系統(tǒng)具有代表性。〔3〕仿真仿真就是通過建立實際系統(tǒng)模型并利用所建模型對實際系統(tǒng)進行試驗研究的過程。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)仿真有三個根本的活動，即系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真實驗。計算機仿真的三個要素可以通過系統(tǒng)模型的建立、仿真模型的建立和仿真實驗這三個根本活動來聯(lián)系。這三個要素和三個活動的關(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驗圖2-1計算機仿真三要素及其關(guān)系系統(tǒng)仿真是針對真實系統(tǒng)而建立相關(guān)的模型，用模型代替真實的系統(tǒng)進行各項試驗，從而對系統(tǒng)的性能進行研究的方法。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〕實體實體是描述仿真系統(tǒng)的三要素之一，是組成系統(tǒng)的物理單元，分為臨時實體和永久實體兩種類型。在仿真過程中，永久實體始終都存在，而只存在一段時間的實體叫臨時實體?！?〕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)動的。在一個系統(tǒng)中，有許多類的事件，事件的發(fā)生一般與某一類實體有關(guān)，某一類事件的發(fā)生還可能會引起別的事件發(fā)生，或者是另一類事件發(fā)生的條件等等?！?〕活動把兩個相鄰發(fā)生的事件銜接起來的過程叫做活動。它標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)所發(fā)生的轉(zhuǎn)移，表示系統(tǒng)從一個狀態(tài)改變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)?！?〕進程活動和活動之間的間隔時間所組成的過程叫做進程，進程描述了它所包括的事件及活動間的相互邏輯關(guān)系及時序關(guān)系。事件、活動、進程三者之間的關(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〞進程活動n-1活動2活動3活動1圖2-2事件、活動與進程之間的關(guān)系〔5〕仿真鐘仿真時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)不變的這個階段，使整個系統(tǒng)一直模擬整個事件的變化過程，而跳過不變的狀態(tài)，這樣可以用很短的時間來模擬很長一段時間[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、半實物仿真。按照真實系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型，并在物理模型上進行試驗過程，稱為物理仿真；對實際系統(tǒng)進行抽象，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，對數(shù)學(xué)模型進行試驗的過程稱為數(shù)學(xué)仿真；將數(shù)學(xué)模型和物理模型甚至實物聯(lián)合起來進行實驗，稱之為半實物仿真[29]。〔2〕根據(jù)計算機的類型根據(jù)仿真中所用計算機的不同，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，主要工具是模擬計算機；數(shù)字仿真是基于數(shù)值計算原理，主要工具是仿真軟件和數(shù)字計算機；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，主要工具是混合計算機系統(tǒng)?！?〕根據(jù)仿真的研究對象根據(jù)仿真研究對象，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)的一種具有極強的實用性的重要技術(shù)手段，在實施過程中應(yīng)該遵循一定的步驟，以保證仿真過程能順利進行并得到合理的仿真數(shù)據(jù)和結(jié)果。一般要進行如下9步[31]：否否是統(tǒng)計數(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運行模型分析結(jié)果仿真結(jié)束圖2-3系統(tǒng)仿真的根本步驟〔1〕問題定義一個模型不可能呈現(xiàn)出被模擬的現(xiàn)實系統(tǒng)的所有方面，因此比擬好的做法就是：先對問題進行定義，后針對問題制定目標(biāo)，然后構(gòu)建一個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、明確和切實可行?！?〕描述系統(tǒng)并列出假設(shè)描述系統(tǒng)就是要實現(xiàn)現(xiàn)實系統(tǒng)向模型的轉(zhuǎn)化，這比模型轉(zhuǎn)化為計算機模型要困難得多，因為這意味著你必須對現(xiàn)實非常了解，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)計為非常易于轉(zhuǎn)換到替換系統(tǒng)的形式。〔5〕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，在驗證模型階段還可以提供實際數(shù)據(jù)與模型的運行結(jié)果之間的比擬?！?〕建立計算機模型在構(gòu)造計算機模型的過程中，仿真研究目標(biāo)要放在首位。一般建模過程是分階段進行的，即在進行下一階段建模之前要對本階段的模型進行驗證，以確保正常?！?〕驗證和確認(rèn)模型驗證即確認(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)實即評估模型仿真結(jié)果的可信度有多大?！?〕運行模型在模型得到驗證和確認(rèn)之后，就可以運行模型進行仿真試驗了?？梢愿鶕?jù)不同的需運行模型，可以改變某一參數(shù)，來確定其對模型的影響，可以運行替代模型，以查看比擬其結(jié)果?！?〕結(jié)果輸出在進行了所需的仿真實驗后，就需要對仿真結(jié)果進行分析輸出，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行情況，經(jīng)過分析，對其存在的問題進行優(yōu)化改善需要遵照一定的根底原那么。對于生產(chǎn)物流系統(tǒng)的優(yōu)化，選擇適宜的物流路徑十分重要，本研究將會從物料搬運方面對原有系統(tǒng)進行優(yōu)化改良。物料搬運是指在物流過程中，對各類物資所進行的裝卸、搬運、堆垛、協(xié)助取貨和理貨等相關(guān)的作業(yè)[33]。選擇適宜的搬運路徑以及裝卸搬運方法對降低本錢、節(jié)約時間等起著不容無視的作用。首先，物料如果不能適時、適地、適量地送至生產(chǎn)場所或工作地，會增加機器設(shè)備、人員的閑置時間，影響機器設(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)進度和交貨時間；其次，搬運不良或搬運緩慢，會造成生產(chǎn)現(xiàn)場混亂，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，搬運不良，物料搬運次數(shù)過多或過少，都會增加搬運費用，導(dǎo)致生產(chǎn)本錢的提高；最后，大量資料說明，物料搬運不良，還是導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不良的原因之一[34]。路徑優(yōu)化是研究搬運系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從起點到終點往往有幾條可選擇路徑，選擇任意一條路徑，選擇任意一種搬運工具，不管搬運工具的速度是多少，都能夠?qū)崿F(xiàn)貨物送達的目的，但是卻不能實現(xiàn)消耗能源最少、搬運時間最短和本錢最低。路徑優(yōu)化的原那么主要有以下幾點：〔1〕近距離原那么運輸與裝卸搬運只能增加產(chǎn)品本錢。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)使物料流動距離最短，以減少運輸與裝卸搬運強度和頻數(shù)?！?〕優(yōu)先原那么在進行物流系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計時，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公司的機場設(shè)施布局優(yōu)化、BAA公司的機場物流規(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)動機生產(chǎn)線優(yōu)化和發(fā)動機生產(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)實系統(tǒng)的事物相同，通過運行一定時間來模擬系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)中的每個部件被稱為“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、運輸邏輯型元素、邏輯型元素和圖形元素。〔1〕離散型元素離散型元素主要表示現(xiàn)實系統(tǒng)中可以計數(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〕、機器〔MACHINE〕、路徑〔PATH〕、模塊〔MODULE〕、勞動者〔LABOR〕、軌道〔TRACK〕?！?〕連續(xù)型元素連續(xù)型元素用來表示加工或效勞對象是流體的系統(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〕?！?〕邏輯運輸型元素邏輯運輸單元是建立物料運輸系統(tǒng)所需要的。它包括：工作站〔STATION〕、路線集〔SECTION〕、單件運輸小車〔CARRIERS〕、運輸網(wǎng)絡(luò)〔NETWORK〕?！?〕邏輯元素通過邏輯元素，可以對數(shù)據(jù)、報表、復(fù)雜的邏輯結(jié)構(gòu)的元素進行處理，這樣有助于提高模型的質(zhì)量，更有利于實現(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〕?！?〕圖形元素模型的運行績效指標(biāo)可以用圖形元素放在仿真窗口動態(tài)的表示出來，主要包括：直方圖〔HISTOGRAM〕、餅狀圖〔PIECHART〕和時間序列圖〔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、車輛和單件運輸小車在它們之間是怎樣流動以及勞動者是怎樣分配的，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入在系統(tǒng)中的流動過程。例如，一臺空閑機器要啟動的話會按照輸入規(guī)那么輸入零部件直到有足夠的零部件啟動它；一臺尾部有空間的輸送鏈在每向前移動一個位置時，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、車輛和單件運輸小車輸出的目的地和數(shù)量等。例如，一臺機器在完成對零部件的加工后按照一個輸出規(guī)那么將零部件輸出到另一臺機器上，要是它出了什么故障不能這樣做，那將會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。〔3〕勞動者規(guī)那么機器、輸送鏈、管道、處理器、容器、路線集和工作臺都需要勞動者才能完成任務(wù)。勞動者規(guī)那么可以讓我們詳細說明實體元素為完成任務(wù)所需要的勞動者類型和數(shù)量。勞動規(guī)那么主要有三類：NOTE規(guī)那么、MATCH規(guī)那么、WAIT規(guī)那么。3物流實驗室生產(chǎn)物流系統(tǒng)的模型建立3.1物流實驗室簡介我校物流實驗室于2023年投入使用，主要包括自動化立體倉儲系統(tǒng)、U型可重構(gòu)柔性生產(chǎn)流水線、搬運及運輸系統(tǒng)、實驗實訓(xùn)軟件系統(tǒng)等幾大局部?？梢阅M由生產(chǎn)裝配企業(yè)、倉儲配送中心、供給商、批發(fā)商、零售商等單位構(gòu)成的實驗實訓(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)的實驗課程，可以以生產(chǎn)裝配企業(yè)為中心或倉儲配送為中心開設(shè)相關(guān)實驗，例如生產(chǎn)線平衡實驗、生產(chǎn)過程時間組織分析實驗、ERP實驗等，模擬完成企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程以及物料搬運與運輸過程管理。物流實驗室既能實現(xiàn)以配送中心為中心的供給商、倉儲、零售商組成相應(yīng)的供給鏈，又能實現(xiàn)以生產(chǎn)制造企業(yè)為中心、以配送中心為平臺的原材料供給、輸送、倉儲功能，同時也能實現(xiàn)生產(chǎn)制造企業(yè)的產(chǎn)品輸入、存儲以及銷售功能，并且供給商、零售商可以針對不同情況角色而變化。整個實驗室具有配送中心及生產(chǎn)制造企業(yè)兩個核心，可以實現(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)軟件能夠真正實現(xiàn)各中心的物流、信息流、資金流正確、實時暢通傳輸、匯總、輸出等功能。實驗室內(nèi)的生產(chǎn)線節(jié)拍具有自動可人工設(shè)定的功能，人工設(shè)定時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)及實驗可以順利進行。自動化倉儲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)品的存儲空間。實驗室內(nèi)的相關(guān)軟件可以支持實驗室所有功能，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，允許用戶對相關(guān)局部進行控制和調(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驗室所模擬的組裝流水線生產(chǎn)物流系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的一次實驗內(nèi)容的物流過程進行建模仿真，根據(jù)以往實驗課的內(nèi)容，一次實驗裝配大約六個電腦主板。當(dāng)實驗開始后，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一側(cè)的各個工位上，運送完畢后AGV小車返回起點，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一側(cè)的各個工位上。當(dāng)最后一個工位上有零部件后，裝配流水線開始運行，AGV小車按原定路線同時返回起點并停車。當(dāng)所有成品進入立體倉庫后，該系統(tǒng)結(jié)束運行。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小車取零件零件運送至各工位開始進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驗室生產(chǎn)物流系統(tǒng)為研究對象，經(jīng)過查閱學(xué)生以前做過的實驗報告，得到各工位裝配零部件所用的時間數(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)時間見表3-1。表3-1工位作業(yè)時間工位號作業(yè)內(nèi)容觀測時間〔s〕標(biāo)準(zhǔn)工時〔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)過查閱物流實驗室相關(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〔長度或個數(shù)〕速度〔cm/s〕AGV小車1臺約為4倍速鏈輸送機5m約為7皮帶式輸送機5m約為10要對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)進行仿真建模，就必須創(chuàng)立仿真模型中的各個元素，創(chuàng)立模型元素的具體步驟為：定義元素〔Definingelements〕、可視化元素〔Displayingelements〕及詳細定義元素〔Detailingelements〕。本系統(tǒng)的元素定義見表3-3。表3-3實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倍速鏈輸送機一側(cè)所需零部件第二批零件Part1皮帶式輸送機一側(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C2Conveyor1第二段倍速鏈輸送機C3Conveyor1第三段倍速鏈輸送機C4Conveyor1分揀輸送機C5Conveyor1第一段皮帶式輸送機C6Conveyor1第二段皮帶式輸送機C7Conveyor1第三段皮帶式輸送機主板緩存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成品的運輸路徑T1Track1AGV小車運輸路徑1T2Track1AGV小車運輸路徑2T3Track1AGV小車運輸路徑3T4Track1AGV小車運輸路徑4T5Track1AGV小車運輸路徑5T6Track1AGV小車運輸路徑6T7Track1AGV小車運輸路徑7T8Track1AGV小車運輸路徑8T9Track1AGV小車運輸路徑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)置各個實體元素的顯示特征定義設(shè)置如圖3-2所示。圖3-2各個實體元素的顯示特征Witness仿真軟件提供實時動畫仿真功能，它有助于系統(tǒng)確實認(rèn)，因為系統(tǒng)確實認(rèn)包括確認(rèn)系統(tǒng)的行為〔從系統(tǒng)的輸入到它的運行邏輯〕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。顯示元素的對話框如圖3-3所示，顯示元素設(shè)計頁如圖3-4所示。圖3-3顯示元素對話框圖3-4顯示元素設(shè)計頁通過顯示元素對話框與顯示元素設(shè)計頁，可以將模型中的各個實體元素的名稱、圖示、排隊方式等屬性根據(jù)實際需求進行可視化設(shè)置。3.3.3各個元素細節(jié)設(shè)計〔1〕對Part元素細節(jié)設(shè)計第一批零件與第二批零件的Type屬性均為Passive。主板的詳細定義：1〕屬性定義主板.Type=Active！部件主板為主動型部件；主板.Maximum=6！部件主板本次實驗的最大容量為6個；主板.InterArrival=1.0！部件主板的到達間隔為1秒；主板.LotSize=1！部件主板的到達批量為1個；2〕規(guī)那么定義主板.InputtoModelRules(To):IFNPARTS(B5)>0 PUSHto主板緩存ELSE WaitENDIF〔2〕對Machine元素細節(jié)設(shè)計以Machine元素安裝CPU為例，對Machine元素的詳細設(shè)計：1〕屬性設(shè)計安裝CPU.Type=Assembly！機器安裝CPU為組裝類型的機器；安裝CPU.CycleTime=32.0！機器安裝CPU組裝用時為32秒；安裝CPU.Quantity=1！機器安裝CPU的數(shù)量是1個；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)那么定義來逐一實現(xiàn)。只是各個Machine元素的參數(shù)有所不同，需要按照實際系統(tǒng)中各個生產(chǎn)元素的實際數(shù)據(jù)分別進行相應(yīng)的詳細定義。〔3〕對Vehicle元素細節(jié)設(shè)計對Vehicle元素AGV小車的詳細設(shè)計：1〕屬性設(shè)計AGV小車.Quantity=1！AGV小車的數(shù)量為1個；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Conveyor元素細節(jié)設(shè)計1〕以Conveyor元素C1為例，對Conveyor元素的詳細設(shè)計：①屬性設(shè)計C1.Type=Queuing！C1傳送鏈的類型為隊列型；C1.Lengthinparts=4.0！C1傳送鏈的長度為4個單元長度；C1.MaximumCapacity=3.0！C1傳送鏈的最大容量為3個單元長度；C1.MovementIndextime=6.0！C1傳送鏈的移動速度為6秒一個單元長度；②規(guī)那么定義C1.InputRules(From):WaitC1.OutputRules(To):Wait2〕以Conveyor元素C5為例，對Conveyor元素的詳細設(shè)計：①屬性設(shè)計C5.Type=Fixed！C5傳送鏈的類型為固定型；C5.Lengthinparts=4.0！C5的長度為4個單元長度；C5.MaximumCapacity=3.0！C5的最大容量為3個單元長度；C5.MovementIndextime=3.0！C5傳送鏈的移動速度為4秒一個單元長度；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)那么定義來逐一實現(xiàn)。只是各個Conveyor元素的參數(shù)有所不同，需要按照實際系統(tǒng)中各個生產(chǎn)元素的實際數(shù)據(jù)分別進行相應(yīng)的詳細定義?！?〕對Buffer元素細節(jié)設(shè)計Buffer元素的詳細定義界面如圖3-5所示。圖3-5詳細定義元素〔6〕對Track元素細節(jié)設(shè)計1〕以Track元素T1為例，對Track元素的詳細設(shè)計：①屬性設(shè)計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Track元素的詳細設(shè)計：①屬性設(shè)計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的卸載時間為5.0秒；T2.Quantityto=6！AGV小車在B1的卸載數(shù)量為6個；T2.OutputLoadingRule：PUSH第一批零件toB1其他Track元素的詳細定義過程與Track元素T1和Track元素T2類似，同樣按照屬性定義和規(guī)那么定義來逐一實現(xiàn)。只是各個Track元素的參數(shù)有所不同，需要按照實際系統(tǒng)中各個生產(chǎn)元素的實際數(shù)據(jù)分別進行相應(yīng)的詳細定義?！?〕對Path元素細節(jié)設(shè)計對Path元素成品路徑的詳細設(shè)計：成品路徑.PathTraverse=20.0!成品經(jīng)過Path路徑的時間為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模型運行和數(shù)據(jù)分析3.4.1模型運行模型仿真鐘取系統(tǒng)默認(rèn)的1的時間單位為1秒鐘，當(dāng)系統(tǒng)運行至定義事件完成后結(jié)束，共運行1881仿真時間，約為30分鐘。運行之中某時刻如圖3-6所示。圖3-6模型運行界面3.4.2結(jié)果輸出與數(shù)據(jù)分析模型運行結(jié)束后，對仿真結(jié)果進行分析，輸出各個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間%工作時間%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間%工作時間%排隊時間〔s〕運輸數(shù)量平均運輸時間〔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間%運輸時間%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間%載物時間%AGV小車49.8448.25由以上數(shù)據(jù)可以看出，各個工位的空閑時間占全部時間的比例很大，均到達80%以上，傳送鏈和路徑的利用率也很低，這是由于AGV小車搬運物料所用的時間過長造成的，而AGV小的載物時間不到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整個裝配流水線才開始運行，裝配流水線開始運行的時間很晚，使得整個生產(chǎn)周期變得很長，各個工位的等待時間所占百分比就會很大，其他設(shè)備的利用率很低，各工位的實際有效工作時間相對變短，導(dǎo)致生產(chǎn)效率很低。4物流實驗室生產(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小車在搬運物料的過程中盡量減少占用時間，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，故將其移動到如圖4-1所示的位置。由于進行路徑優(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)模型運行至定義事件完成后結(jié)束，共運行1276仿真時間，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間%工作時間%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間%工作時間%排隊時間〔s〕運輸數(shù)量平均運輸時間〔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間%運輸時間%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間%載物時間%AGV小車21.5575.63比照優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)可以看出，各個工位及設(shè)備的空閑時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)化前空閑時間%優(yōu)化后空閑時間%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)化前空閑時間%優(yōu)化后空閑時間%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)化前運輸時間%優(yōu)化后運輸時間%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)化前載物時間%優(yōu)化后載物時間%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，工作時間所占比例均有所上升，AGV小車的載物時間所占比例到達75%以上，小車的利用率變高，并且由于路徑T1的距離減少，T1的運輸量時間減少，說明等待的時間所占比例下降了，而有效的作業(yè)時間占據(jù)更多的比例，并且整個生產(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。在對生產(chǎn)物流系統(tǒng)相關(guān)文獻閱讀的根底上，結(jié)合生產(chǎn)物流系統(tǒng)的特點，運用Witness系統(tǒng)仿真軟件，以物流實驗室的生產(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)計優(yōu)化方案的方法，這種方法對類似的實際生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)物流系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計具有廣泛的應(yīng)用價值。本文的結(jié)論如下：在對物流實驗室生產(chǎn)物流系統(tǒng)調(diào)研和分析的根底上，運用Witness仿真軟件建立了物流實驗室生產(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，為物流實驗室的優(yōu)化方案提供了決策參考。參考文獻[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,陳達強.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].機械工業(yè)自動化,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(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