【正文】 模型可以表現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的各個(gè)組成因素及其相互之間的因果關(guān)系，反映實(shí)際系統(tǒng)的特征，但又高于實(shí)際系統(tǒng)，而且具有同類系統(tǒng)的共性，有助于解決抽象化的實(shí)際系統(tǒng)。 6)模型驗(yàn)證。每一個(gè)主動(dòng)成分均有一個(gè)相應(yīng)的激活條件，若條件滿足，則激活該成分的活動(dòng)條件滿足。 離散事件系統(tǒng)仿真方法可分為兩種： 事件 1 事件 2 事件 n1 事件 n 活動(dòng) 1 活動(dòng) 2 活動(dòng) m 進(jìn)程 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 1）面向進(jìn)程的離散事件系統(tǒng)仿真 面向過程的仿真方法主要研究仿真過程中發(fā)生的事件以及模型中實(shí)體的活動(dòng)。用系統(tǒng)的術(shù)語說，它是系統(tǒng)邊界內(nèi)的對象，系統(tǒng)中流動(dòng)的或活動(dòng)的元素都可以稱為實(shí)體。 系統(tǒng)仿真的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1)對已經(jīng)發(fā)生的系統(tǒng)所經(jīng)歷的歷史過程，通過仿真進(jìn)行再現(xiàn)，以研究其規(guī)律。 2)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。最初，仿真技術(shù)主要應(yīng)用于航空、航天、原子反應(yīng)堆等價(jià)格昂貴、周期長、危險(xiǎn)性大、實(shí)際系統(tǒng) 試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的少數(shù)領(lǐng)域，后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機(jī)械等一些主要工業(yè)部門，并進(jìn)一步擴(kuò)大到社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域。良好的生產(chǎn)物流系統(tǒng)應(yīng)做到物料流動(dòng)順暢，消除物料停滯現(xiàn)象，以保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性。 圖 生產(chǎn)車間布局的基本類型 （ 2）“河流水系”狀的總裝配線布置 機(jī)電產(chǎn)品本身的裝配關(guān)系呈樹狀結(jié)構(gòu)，稱為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。 (4)按項(xiàng)目布置 這類布局中，產(chǎn)品位置是固定不動(dòng)的，所有的裝備、材料、人員等都圍繞產(chǎn)品進(jìn)行布局，如飛機(jī)生產(chǎn)是采用這種布局，原因是產(chǎn)品太大或太重。結(jié)構(gòu)一經(jīng)確定后，物流運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)及經(jīng)過的路線也就確定了。生產(chǎn)物流系統(tǒng)主要由以下三個(gè)環(huán)節(jié)組成：一是從物料供應(yīng)商處采購原材料和部分成品、半成品的物料供 應(yīng)系統(tǒng)：二是發(fā)生在制造企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)過程物料搬運(yùn)系統(tǒng)；三是將成品送往消費(fèi)者手中的成品運(yùn)送系統(tǒng)，另外還有產(chǎn)品用后回收處理。 綜上所述，物流系統(tǒng)具有系統(tǒng)的所有特征。具體的說：包括運(yùn)輸、保管、搬運(yùn)、包裝、流通加工和信息活動(dòng)等環(huán)節(jié)。通過文獻(xiàn)整理與理論綜述，選取生產(chǎn) 物流理論和仿真模型作 為研究的理論基礎(chǔ)。 當(dāng)前，我國現(xiàn)代物流在功能和發(fā)展?jié)摿ι系闹饕獑栴}在于現(xiàn)代物流系統(tǒng)的不完善 以及物流運(yùn)作過程的不合理。 生產(chǎn)物流系統(tǒng)屬于具有高度隨機(jī)性的復(fù)雜離散事件系統(tǒng)，用傳統(tǒng)方法分析比 較困難。在對吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)仿真軟件 Flexsim 對其生產(chǎn) 的物流狀況進(jìn)行了建模，并通過仿真試驗(yàn)以及仿真分析，研究了系統(tǒng)中出現(xiàn)的瓶頸問題，對系統(tǒng)的瓶頸問題進(jìn)行了分析與探討，并針對瓶頸問題建立了解決這一瓶頸的優(yōu)化模型。這一塊費(fèi)用猶如“黑暗大陸”，一 般潛伏在水下，是降低企業(yè)成本的重點(diǎn)。通過調(diào)研、訪談以及數(shù)據(jù)的處理與分析，按照實(shí)際生產(chǎn)流程 情況建立吊鉤生產(chǎn)物流仿真模型，分析仿真模型的輸出數(shù)據(jù)，找出了吊鉤生產(chǎn)物流系統(tǒng)存在的“瓶頸”問題及其影響因素，研究了優(yōu) 化吊鉤的生產(chǎn)物流作業(yè)流程 中亟待解決的問題。它的主要特性如下： （ 1） 物流系統(tǒng)是一個(gè)“人 —— 機(jī)系統(tǒng) 即物流系統(tǒng)是由人和物流設(shè)施、設(shè)備、工具及信息所構(gòu)成的混合系統(tǒng)，表現(xiàn)為物流管理者和從業(yè)者運(yùn)用有形的設(shè)備、工具和無形的思想、方法作用于物流對象的一系列活動(dòng)。物流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)主要包括供應(yīng)商和制造商之間的協(xié)調(diào)，制造商和銷售商之間的協(xié)調(diào)以及供應(yīng)商、制造商和銷售商內(nèi)部各種活動(dòng)之間的協(xié)調(diào)，如制造企業(yè)中生產(chǎn)與庫存的協(xié)調(diào)等。它們之間有非常強(qiáng)的一體化的特點(diǎn)，幾乎不可能出現(xiàn)工藝物件分離那樣的完全獨(dú)立分離和運(yùn)行的狀況。 (1） 按工藝原則布置 如圖 所示，將具有相同或類似工藝能力的機(jī)床集中在一起，例如，將所有的車床放在一起組成車工車間或車工班組，將所有的銑床放在一起組成銑工車間或銑工班組等，這類布局方式中，機(jī)床大多采用通用型的，以適應(yīng)不同零件的要求。它不僅可有效地應(yīng)用于 生產(chǎn)系統(tǒng)，還可以應(yīng)用于營銷、管理、服務(wù)、行政等各種產(chǎn)業(yè)和工作中。歸結(jié)起來，制造企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 生產(chǎn)物流系統(tǒng)的組成 生產(chǎn)物流系統(tǒng)的目標(biāo)就是在一定的生產(chǎn)技術(shù)組織條件下，使企業(yè)內(nèi)部物流費(fèi)用最小，物流系統(tǒng)整體效益達(dá)到最大。 生產(chǎn)物流優(yōu)化的目標(biāo) 一般來說，企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)規(guī)劃有三個(gè)目標(biāo)：降低成本、減少資本和改進(jìn)服務(wù) 。仿真技術(shù)的主要的優(yōu)勢在于與大多數(shù)技術(shù)相比，它更簡單，運(yùn)作起來不昂貴且更靈活。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)。 3）對于存在，但由于各種因素難以在實(shí)際系統(tǒng)上直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的系統(tǒng) 。從某種意義上說，離散系統(tǒng)是由事件來驅(qū)動(dòng)的。 2）面向?qū)ο蟮碾x散事件系統(tǒng)仿真 在面向?qū)ο蠓抡嬷?，組成系統(tǒng)的實(shí)體以對象來描述。每一個(gè)事件記錄 中包含該事件的若干屬性，其中必有一個(gè)屬性，說明該事件在過程中所處位置的指針。對模型的確認(rèn)工作往往是通過對模型的矯 J 下來完成。各類型的點(diǎn)如表 31所示： 表 31 系統(tǒng)模型的分類對照表 類型 特點(diǎn) 實(shí)物模型 實(shí)物模型是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)放大后或縮小后的表示，因而也稱為比例模型，如城市模型、橋梁模型及風(fēng)洞試驗(yàn)用的飛機(jī)模型等，它們形象地表達(dá)所代表的系統(tǒng)的主要特性和各個(gè)組成部分之間結(jié)構(gòu)關(guān)系；但它們不能表示數(shù)量關(guān)系，尤其是不能揭示要素的內(nèi)在聯(lián)系，也不能用于優(yōu)化 。通過觀察獲得所需的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而預(yù)測系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律。因此離散事件仿真中的數(shù)學(xué)模型是一張實(shí)體的流程圖，它包括三個(gè)部分：臨時(shí)實(shí)體的到達(dá)模型 (如加工系統(tǒng)中 的工件到達(dá)模式、概率分布 )，排隊(duì)規(guī)則 (先進(jìn)先出或后進(jìn)先出等 )，永久實(shí)體的服務(wù)模型 (服務(wù)時(shí)間的概率分布等 )。而連續(xù)系統(tǒng)主要采用固定時(shí)間增量法的仿真策略。 圖 事件、活動(dòng)與進(jìn)程的關(guān)系 6）仿真時(shí)鐘 它用來表示仿真時(shí)間的變化。 圖 系統(tǒng)仿真的基本流程 離散事件系統(tǒng)的仿真 離散事件系統(tǒng)仿真的基本概念 離散事件系統(tǒng)是相對于連續(xù)系統(tǒng)而言的，連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)變量是連續(xù)變化的 (時(shí)間上可以是連續(xù)的，也可以是離散的 )，離散事件系統(tǒng)的狀態(tài)變量只是在離散時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化，并且這些離散時(shí)間點(diǎn)一般也是不確定的，具有隨機(jī)性。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。其優(yōu)點(diǎn)是直觀、形象化；其缺點(diǎn)是花費(fèi)的投資較大，周期一般也比較長，并且在物理模型上作實(shí)驗(yàn)，很難修改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)受到一定的限制。盡管提高物流服務(wù)水平將大幅度提高成本，但收入的增長可能會(huì)超過成本的上漲。等級越高，表示越容易搬運(yùn)。 豐田企業(yè)按市場定單組織多品種小批量的均衡生產(chǎn)。 ① 單一產(chǎn)品線，在線上只能生產(chǎn)一種產(chǎn)品或零件，適用于單一產(chǎn)品的企業(yè)。 （ 4）生產(chǎn)物流是小規(guī)模的精益物流。它貫穿生產(chǎn)過程，橫跨整個(gè)企業(yè)，其流經(jīng)的范圍是全廠性的、全過程的。 （ 3）物流系統(tǒng)是跨地域、跨時(shí)域的大系統(tǒng) 由于世界經(jīng)濟(jì)的全球化和信息化物流活動(dòng)早已突破了地域限制，形成了物流跨地區(qū)、跨國界發(fā)展的趨勢?？梢赃@樣講，現(xiàn)代物流包含了產(chǎn)品從“生”到“死” 的整個(gè)物理性的流通全過程。 然而，制造車間生產(chǎn)物流系統(tǒng)是離散的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，通過常規(guī)的計(jì)算、估計(jì)，往往很難看到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的協(xié)調(diào)性，以及各設(shè)備的處理能力 搭配是否得 當(dāng)。 system simulation。 工業(yè)工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 題 目 基于 Flexsim 的吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 班 級 工業(yè) 081 姓 名 馬力 學(xué) 號 11010308136 指導(dǎo)教師 梅宏標(biāo) 2020年 5 月 9 日 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 基于 Flexsim的 吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 摘 要 隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化步伐加快，生產(chǎn)企業(yè)間的競爭更趨激烈，降低產(chǎn)品成本 是企業(yè)在競爭中取勝的關(guān)鍵。 discrete event。因此，針對企業(yè)生產(chǎn)物流進(jìn)行系統(tǒng) 地分析，從車間生產(chǎn)物流規(guī)劃技術(shù)到生產(chǎn)物流調(diào)度技術(shù)進(jìn)行研究，就制造業(yè)工廠 進(jìn)行生產(chǎn)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化，對提高企業(yè)設(shè)備利用率、減少設(shè)備投資、降低成 本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。具體地說，就是使物流向兩頭延伸并加入新的內(nèi)涵，使社會(huì)物流與企業(yè) 物流有機(jī)結(jié)合在一起，從采購物流開始，經(jīng)過生產(chǎn)物流，再進(jìn)入銷售物流，與此同時(shí)，要經(jīng)過包裝、運(yùn)輸、倉儲、裝卸、加工配送到達(dá)用戶（消費(fèi)者）手中，最后還有回收物流，如圖 所示。因此每一個(gè)系統(tǒng)都像一般系統(tǒng)一樣，都具有一個(gè)系統(tǒng)環(huán)境。 （ 2）從物流范圍分析 企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中物流的邊界起源于原材料、外購件的投入，止于成品倉庫。因此，工廠生產(chǎn)物流，具有專門的適應(yīng)性而不是普遍實(shí)用性，可以通過定制，取得很高的效率。按照流水線的柔性來分，可以將其分為三種類型，它們的物流路線比成組布置還要短，效率更高。少量的在制品置于生產(chǎn)現(xiàn)場的固定位置并用貨架擺放，嚴(yán)格限定其占地范圍，既便于目視管理，又有效地防止了超量生產(chǎn)和生產(chǎn)不足等問題的產(chǎn)生。所謂活性指數(shù)是對物料搬運(yùn)難易程度的等級表示方法。 3）改進(jìn)服務(wù) (Service Improvement)一般認(rèn)為企業(yè)收入取決于所提供的物流 服務(wù)水平。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)行實(shí)驗(yàn)的過程，稱為物理仿真。其基本特點(diǎn)是能用一組方程式來描述。 系統(tǒng)仿真的一般步驟為 (如圖 所示 )： 1)調(diào)研系統(tǒng)，設(shè)立目標(biāo)； 2)收集數(shù)據(jù)，建立模型； 3)編制仿真程序； 4)運(yùn)行仿真模型； 5)輸出結(jié)果分析。活動(dòng)和進(jìn)程則是發(fā)生在某 一時(shí)問段的過程。迄今為止，離散事件系統(tǒng)已形成三種基本的仿真策略，分別是事件調(diào)度 (Event Scheduling， ES)，活動(dòng)掃描 (Activity Scanning， AS)和進(jìn)程交互 (Process Interaction,PI)。離散事件的數(shù)學(xué)模型難以采用某種規(guī)范的形式，而一般采用馬力：基于 Flexsim 的吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 18 流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖的形式才能準(zhǔn)確地定義實(shí)體在系統(tǒng)中的活動(dòng)。在運(yùn)行過程中了解模型對各種不同的輸入數(shù)據(jù)及各種不同的仿真機(jī)制的輸出響應(yīng)情況。 模擬模型 用一種原理上相似，而求解或控制處理容易的系統(tǒng)，代替或近似描述另一種系統(tǒng)，前者稱為后者的模擬模型。比較模型和實(shí)際系統(tǒng)的特性是一個(gè)迭代過程，同時(shí)應(yīng)用兩者之間的差異，對系統(tǒng)和模型獲得更透徹的理解，從而達(dá)到改進(jìn)模型的目的。 離散事件系統(tǒng)仿真的步驟 1)明確仿真目的。對象有三個(gè)基本的描述部分，即屬性、活動(dòng)和消息。 4)活動(dòng) 離散事件系統(tǒng)中的活動(dòng)，通常用于表示兩個(gè)可以區(qū)分的事件之間的過程，它標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。 有些現(xiàn)實(shí)中的系統(tǒng)，雖然實(shí)際存在，但是難以在實(shí)際系統(tǒng)上直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。其優(yōu)點(diǎn)是可以快速的進(jìn)行多次仿真研究，特別適用于參數(shù)尋優(yōu)和統(tǒng)計(jì)分析等方面的應(yīng)用，在復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方面體現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性。另外，仿真技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用依賴于計(jì)算機(jī)軟硬件的飛速發(fā)展。 1）降低成本 (Cost Reduction)指戰(zhàn)略實(shí)施的目標(biāo)是將與物流相關(guān)的可變成本和不變成本降到最低，通常要比較各備選的行動(dòng)方案。從狹義上講，物流系統(tǒng)通過企業(yè)內(nèi)運(yùn)輸子系統(tǒng)，使原材料、外購件、在制品各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運(yùn)送達(dá)到速度最快、行程最短、費(fèi)用最省、服務(wù)最好，實(shí)現(xiàn)其空間效益，通過物料的儲存子系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)過程對不同物料的需求，實(shí)現(xiàn)其時(shí)間效益。經(jīng)幾十年來的改善與發(fā)展已形成了一套完整的管理哲理和方法體系，美國人把豐田生產(chǎn)方式稱為精益生產(chǎn)方式。一個(gè)零件的加工按照工藝要求進(jìn)入不同的功能車間或功能班組，物流線路根據(jù)零部件不同變化較大，物流裝備只能選用一些通用的工具，如叉車、手 推車、行車等，物流運(yùn)行的效率較低，導(dǎo)致零件在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中停留較長的時(shí)間和需要大的倉庫。 （ 2）生產(chǎn)物流有非常強(qiáng)的成本中心的作用。物流系統(tǒng)的優(yōu)化主要包括物流成本、服務(wù)水平、適應(yīng)性的權(quán)衡，決定工廠和倉庫的數(shù)量、分布、能力等，供應(yīng)商的選擇，運(yùn)輸渠道和方式的選擇，決定物料訂貨量、產(chǎn)量及運(yùn)輸，安排生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)方式等的選擇，庫存管理等。在這一系列活動(dòng)中，人是系統(tǒng)的主體。 論文研究內(nèi)容及技術(shù)路線 主要研究內(nèi)容： 1. 理論綜述； 2. 吊鉤生產(chǎn)線的現(xiàn)場 描述； 3. 原始數(shù)據(jù)的分析與整理，繪出現(xiàn)行的工藝程序圖； 4. 利用仿真軟件 Flexsim 建立了吊鉤生產(chǎn)路線的仿真模型； 5. 仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行與調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析； 6. 對吊鉤生產(chǎn)線的優(yōu)化，利用 Flexsim 仿真軟件對優(yōu)化后的模型進(jìn)行試驗(yàn)結(jié) 果分析。比如，通過減少生產(chǎn)物料庫存及在制品 數(shù)量，可以減少流動(dòng)資金占用，降低產(chǎn)品制造成本；通過降低蘊(yùn)含在整個(gè)生產(chǎn)過 程的物流成本，例如燃料中的物流成本、材料中的物流成本，加工過程中的物流成本等，可以提高整個(gè)生產(chǎn)的水平和素質(zhì)，減少消耗和占用，降低生產(chǎn)的總成本。 關(guān)鍵詞：生產(chǎn)物流；離散事件；系統(tǒng)仿真； Flexsim 馬力：基于 Flexsim 的吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 II Hook production system