【正文】 。2）確定系統(tǒng)仿真目標(biāo)系統(tǒng)仿真目標(biāo)不同，建立的模型也不同。因此在系統(tǒng)建模之前必須確定仿真目標(biāo)。3)建立系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型是對系統(tǒng)的描述。系統(tǒng)模型由模型和模型參數(shù)兩部分組成。模型參數(shù)是對系統(tǒng)調(diào)研結(jié)果的整理。由于系統(tǒng)仿真的專業(yè)性特點，仿真建模和運行模型的工作一般由仿真專業(yè)人員來做。但是，對系統(tǒng)的分析常常需要仿真需求方密切配合。為了使仿真需求方了解仿真的一般過程，以配合仿真前期的凋研工作，可以將上述調(diào)研所需獲取的數(shù)據(jù)和參數(shù)整理并列表，由仿真需求方進行有針對性的填寫，以保證資料的完整性和準(zhǔn)確性。系統(tǒng)模型的形式多樣，有文字型系統(tǒng)模型、圖表模型、流程框圖模型、數(shù)學(xué)表達式模型等。4)確定仿真算法仿真算法是控制仿真鐘推進的方法，是系統(tǒng)仿真的核心。目前最常用的有事件調(diào)度法、活動掃描法和進程交互法三種。事件調(diào)度法是最常被仿真軟件使用的算法。5)建立仿真模型仿真模型是在系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，進一步構(gòu)造可供計算機運行的模型。仿真模型與系統(tǒng)模型相同的是，針對同一個系統(tǒng)，仿真模型所表達的系統(tǒng)特征與系統(tǒng)模型應(yīng)該是一致的。不同的是，仿真模型是將系統(tǒng)模型規(guī)范化和數(shù)字化的過程，同時，需要根據(jù)計算機運行的特點增加一些必要的部件。6)運行仿真模型運行仿真模型時需要確定終止仿真的時間。一般有兩種終止方法。一種是確定一個仿真時間長度，如仿真100個小時，系統(tǒng)仿真鐘推進到100個小時將自動終止仿真，并輸出仿真結(jié)果。另一種是確定仿真事件的數(shù)量。以工件到達倉庫為例，可以設(shè)定100批物品到達后終止仿真。7)仿真結(jié)果輸出8)仿真結(jié)果分析仿真結(jié)果分析是采用統(tǒng)計學(xué)方法，對仿真結(jié)果的可信度和精度進行分析，不斷增加仿真次數(shù)或仿真時間以提高統(tǒng)計結(jié)果的可信度和精度，直至令人滿意為止。根據(jù)輸出的仿真結(jié)果，對系統(tǒng)方案進行評價。從仿真目標(biāo)出發(fā)，對系統(tǒng)的部分參數(shù)進行修改，形成不同的系統(tǒng)方案。對修改后的模型再運行，如此重復(fù)多次，可以對多種不同的方案進行結(jié)果比較，達到優(yōu)化的目的。 Flexsim簡介Flexsim是由美國的Flexsim Software Production公司出品的，是一款商業(yè)化離散事件系統(tǒng)仿真軟件。Flexsim采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，并具有三維顯示功能。建?？旖莘奖愫惋@示能力強大是該軟件的重要特點。該軟件提供了原始數(shù)據(jù)擬和、輸入建模、圖形化的模型構(gòu)建、虛擬現(xiàn)實顯示、運行模型進行仿真試驗、對結(jié)果進行優(yōu)化、生成3D動畫影像文件等功能，也提供了與其他工具軟件的接口。 Flexsim軟件的特點Flexsim提供了仿真模型與Expert Fit和Excel的接口，可以通過ExpertFit對輸入數(shù)據(jù)進行分布擬合，同時可以在Excel中方便地實現(xiàn)和仿真模型之間的數(shù)據(jù)交換，包括輸出和運行模型過程中動態(tài)修改運行參數(shù)等。另外該軟件還提供了優(yōu)化模塊Optquest，增加了幫助迅速建模的Microsoft Visio的接口。Flexsim仿真軟件的特點主要體現(xiàn)在采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，突出3D顯示效果，建模和調(diào)試簡單開放方便，模型的擴展性強，易于和其他軟件配合使用等方面。1)基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)建模Flexsim中所有用來建立模型的資源都是對象，包括圖型、表格、記錄、GUI等。同時，用戶可以根據(jù)自己行業(yè)和領(lǐng)域特點，擴展對象，構(gòu)建自己的對象庫。面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)使得Flexsim的建模過程生產(chǎn)線化，對象可以重復(fù)利用，從而減少了建模人員的重復(fù)勞動。2)突出的3D圖形顯示功能Flexsim支持OpenGL技術(shù)，也支持ads、wrl、dxf和Stl等文件格式。因此用戶可以建立逼真的模型，從而可以幫助用戶對模型有一個直觀的認識，并幫助模型的驗證。用戶可以在仿真環(huán)境下很容易地操控3D模型，從不同角度、放大或縮小來觀測。3)建模和調(diào)試的方便建模過程中用戶只需要從模型庫中拖入已有的模型，根據(jù)模型的邏輯關(guān)系進行連接，然后設(shè)定不同對象的屬性。建模的工作簡單快捷，不需要編寫程序。4)建模的擴展性強Flexsim支持建立用戶定制對象，融合了C++編程。用戶完全可以將其當(dāng)作一個C++的開發(fā)平臺來開發(fā)一定的仿真應(yīng)用程序。5)開放性好提供了與外部軟件的接口，可以通過ODBC(開放式數(shù)據(jù)庫連接)與外部數(shù)據(jù)庫相連，通過Socket接口與外部硬件設(shè)備相連，與Excel，Visio等軟件配合使用。Flexsim是新一代離散事件系統(tǒng)仿真的有效工具。在Flexsim的支持下，建模過程變得十分簡便。Flexsim應(yīng)用于各個領(lǐng)域，具體包括：配送中心揀選仿真、倉庫系統(tǒng)出入庫仿真、產(chǎn)品庫分揀仿真、高速公路仿真、供應(yīng)鏈仿真、集裝箱碼頭仿真、生產(chǎn)物流仿真、機場仿真、醫(yī)院仿真、城市應(yīng)急系統(tǒng)仿真等。 Flexsim仿真建模的基本步驟F|exsim仿真建模的基本步驟為五大步：1)設(shè)兄布局：十艮據(jù)建模前設(shè)計好的物理系統(tǒng)，將對象從“對象庫”中拖拽到仿真視圖窗口中的適當(dāng)位置。2)定義“流”：根據(jù)對象之間的邏輯關(guān)系，連接相應(yīng)的端口，構(gòu)建仿真模型的邏輯流程。’3)參數(shù)設(shè)定：根據(jù)每個對象所要描述的物理系統(tǒng)的特征，設(shè)定對象的參數(shù)。4)運行模型：先編譯模型，然后重新設(shè)置并運行此模型。5)仿真結(jié)果分析：Flexsim是一個實時的仿真軟件，在仿真過程中，用戶可以對每個對象進行操作，檢測其當(dāng)前的狀態(tài)。 本章小結(jié)本章首先介紹了系統(tǒng)仿真技術(shù)的概念、分類、作用以及系統(tǒng)仿真的步驟；其次指出了離散事件系統(tǒng)概念、仿真結(jié)構(gòu)、量的確定以及進行離散事件仿真的方法，離散事件系統(tǒng)仿真的一般步驟，隨機變概括了離散事件仿真的基本策略，對于生產(chǎn)物流系統(tǒng)的仿真，使用的主要是離散事件系統(tǒng)仿真的方法；最后介紹了通用系統(tǒng)通仿真軟件Flexsim的主要功能特點以及在Flexsim進行仿真的基本步驟。第4章 基于Flexsim的D公司吊鉤生產(chǎn)物流模型構(gòu)建 吊鉤生產(chǎn)物流建模的背景分析 簡介 D公司是一家生產(chǎn)開發(fā)重型機械配件的中小型工程機械公司，目前年產(chǎn)值1．8億元，占地2萬平方米，員工400人。D公司產(chǎn)品包括起重機各種型號吊鉤、各種油箱、擋板等產(chǎn)品，是重型機械公司的主要供應(yīng)商。其中吊鉤生產(chǎn)加工是該廠的主體業(yè)務(wù)，吊鉤的產(chǎn)品收益直接決定企業(yè)的經(jīng)濟效益。近年來，隨著企業(yè)的不斷發(fā)展壯大，原有的閑散型生產(chǎn)模式已經(jīng)不能滿足企業(yè)快速發(fā)展的需要，生產(chǎn)計劃制定、車間現(xiàn)場控制和自動化技術(shù)方面都亟需改進以適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要。所以，降低吊鉤的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量是該公司工作的重中之重。本文選擇吊鉤的生產(chǎn)過程進行研究分析。吊鉤有大小20余種配件組成，考慮成本因素，該廠只生產(chǎn)吊鉤的鉤頭、橫梁、側(cè)板、螺母等主要配件，其他的配件該廠不自己生產(chǎn)，由外購得到。吊鉤配件的加工分為四個作業(yè)單元，分別是原材切割料區(qū)、鍛造加工區(qū)、機床加工區(qū)和產(chǎn)品檢驗區(qū)。在每個作業(yè)區(qū)之間主要使用叉車來運送物料，作業(yè)區(qū)內(nèi)部主要是用行車來搬運。其中鉤頭、橫梁主要為鑄造型產(chǎn)品，鑄造件(圓鋼)是通過外協(xié)的形式獲得，該公司主要進行機加工和裝配生產(chǎn)，工藝相對來說比較簡單。生產(chǎn)系統(tǒng)為面向訂單的，多品種小批量生產(chǎn)模式，為典型的離散制造系統(tǒng)。該廠擁有數(shù)十臺車、銑、沖、鉆、鋸、切割機等加工設(shè)備。鉤頭的生產(chǎn)原料是直徑130mm，長590mm的圓鋼，經(jīng)過切割、鍛造、檢驗、外形處理、熱處理、切頭、鉆床加工、車床加工、焊接、表面處理、檢驗、噴漆等工序生產(chǎn)出吊鉤的配件鉤頭。橫梁的生產(chǎn)原料是直徑150mm，長143mm的圓鋼，經(jīng)過切割、鍛造、檢驗、外形處理、熱處理、鉆床加工、車床加工、切頭、表面處理、檢驗、噴漆等工序生產(chǎn)出吊鉤的配件橫梁。側(cè)板的生產(chǎn)原料是厚20mm的鋼板，經(jīng)過切割、打磨、鉆孔、鏜孔、表面處理、噴漆、檢驗等工序生產(chǎn)出吊鉤的配件側(cè)板。螺母的生產(chǎn)原料是直徑150mm，長84mm的圓鋼，經(jīng)過切割、鉆孔、車加工、表面處理、噴漆、檢驗等工序生產(chǎn)出吊鉤的配件螺母。 生產(chǎn)車間存在的問題該車間的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與制造工藝相對比較簡單，生產(chǎn)訂單種類多，屬于典型的多品種小批量生產(chǎn)方式，對生產(chǎn)過程的計劃、調(diào)度和組織有很高的要求。在這種情況下，僅僅依靠傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理和調(diào)度技術(shù)很難實現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化運行。當(dāng)前存在的主要問題是：1）該車間的現(xiàn)有設(shè)施布置是在建廠初期規(guī)劃設(shè)計的，隨著訂單的不斷增漲，原有加工設(shè)備已經(jīng)不能滿足新的產(chǎn)量要求，并且車間內(nèi)在制品數(shù)量和停留時間增加等物流混亂現(xiàn)象日趨嚴(yán)重；2）由于該車間涉及的產(chǎn)品工藝路線復(fù)雜、工序繁多，因此在進行產(chǎn)品的工藝路線設(shè)計時，難以對工藝路線多種設(shè)計方案的設(shè)備利用率、生產(chǎn)時間等重要指標(biāo)進行準(zhǔn)確評價，導(dǎo)致難以采用優(yōu)化的工藝路線；3）當(dāng)前車間的生產(chǎn)過程時常發(fā)生瓶頸現(xiàn)象。然而對于關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的瓶頸現(xiàn)象缺乏針對性的科學(xué)分析，無法找到本質(zhì)原因，尤其是對動態(tài)瓶頸的判斷缺乏有效的措施，因此無法避免阻塞的發(fā)生，生產(chǎn)效率難以提高，給車間的管理帶來困難。 仿真的目的該車間的生產(chǎn)過程是多品種、小批量、多階段的連續(xù)工藝過程，生產(chǎn)物流系統(tǒng)屬于離散動態(tài)系統(tǒng)，比較復(fù)雜，不定情形多，無法用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方程來描述，不適于用排隊網(wǎng)絡(luò)法、極大代數(shù)法和擾動分析法等數(shù)學(xué)解析法來分析。本論文通過系統(tǒng)仿真的方法對其生產(chǎn)物流系統(tǒng)生產(chǎn)能力狀況等方面進行研究，可以比較直觀的了解現(xiàn)有狀況下各個操作工序在系統(tǒng)中的生產(chǎn)能力狀態(tài)，便于生產(chǎn)管理人員對生產(chǎn)過程中的一些問題進行分析和解決，以達到降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)時間，提高企業(yè)市場競爭力的目的。本論文的仿真目標(biāo)：1）在投產(chǎn)計劃和調(diào)度原則固定的前提下，統(tǒng)計加工過程中的各種設(shè)備的性能，分析系統(tǒng)的設(shè)備配置和物料通過能力，判斷系統(tǒng)中設(shè)備的配置是否合理，檢驗系統(tǒng)運行過程是否暢通；2）通過對仿真結(jié)果的分析，確定系統(tǒng)生產(chǎn)瓶頸的具體環(huán)節(jié)，結(jié)合實際情況，制定消除瓶頸的優(yōu)化方案；3）根據(jù)優(yōu)化方案對模型進行改進，進行二次優(yōu)化模型的仿真，分析優(yōu)化模型的輸出數(shù)據(jù)，對比前后兩模型的數(shù)據(jù)和產(chǎn)能，驗證優(yōu)化模型的優(yōu)越性。 仿真模型的構(gòu)建 仿真性能參數(shù)定義為了便于對模型改進前后的對比分析，需要制定一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)模型仿真目標(biāo)，定義統(tǒng)計性能參數(shù)如下，便于進行仿真分析：1)機器的利用率工作時間與可用時問之比。對一個操作來說，機器的利用率是指在仿真期內(nèi)，機器的忙期與整個仿真時間的比值。2)產(chǎn)品的堵塞率等待加工產(chǎn)品數(shù)與全部加工產(chǎn)品數(shù)之比。對一個設(shè)備來說，產(chǎn)品的阻塞率是這個設(shè)備加工過程中，排隊等待加工產(chǎn)品數(shù)與加工完成產(chǎn)品數(shù)的比值。3)暫存區(qū)臨時實體數(shù)量暫存區(qū)臨時實體數(shù)量的多少直接表現(xiàn)出待加工產(chǎn)品的數(shù)量。4)暫存區(qū)臨時實體平均數(shù)量仿真模型中暫存區(qū)平均每秒臨時實體的個數(shù)。 生產(chǎn)物流的簡化與假設(shè)對于復(fù)雜系統(tǒng)的建模分析無法反映全部現(xiàn)實系統(tǒng)，仿真模型也不是全部現(xiàn)實系統(tǒng)的重復(fù)或預(yù)演，因此必需對模型進行合理的簡化假設(shè)。本文對吊鉤配件加工車間生產(chǎn)物流系統(tǒng)的仿真模型作如下假設(shè)與定義：1)生產(chǎn)線各個工序所進行的操作都很復(fù)雜，不可能具體描述每個工序的加工程序，在模型里每個工序都定義為一個處理器(Processor)；各項工序的具體操作(如鉆孔、表面處理等)都抽象為時問延遲，時間參數(shù)按實際操作時間設(shè)置。2)待加工的原材料都被定義為生成器按照實際生產(chǎn)工序的時間要求生成的不同類型的臨時實體。3)仿真模型中不出現(xiàn)行車和叉車，把生產(chǎn)加工區(qū)的行車和原料區(qū)的叉車傳送半成品從一完成工序到下一工序時間抽象為時間延遲，即生產(chǎn)的預(yù)置時間。4)由于公司生產(chǎn)的單個產(chǎn)品價值較高，生產(chǎn)過程管理嚴(yán)格，現(xiàn)實中的次品率極低，因此模型假設(shè)沒有次品產(chǎn)生。5)機器不發(fā)生故障，人力資源總能滿足生產(chǎn)要求；所有機器準(zhǔn)備時間為零，即所有作業(yè)能立即進入工作狀態(tài)：第一個工序不因缺料而短缺，即不會出現(xiàn)停工現(xiàn)象。6)車間實行8小時工作制，早上8點到下午4點，中間生產(chǎn)線不中斷，全年的工作日為300天。 生產(chǎn)系統(tǒng)流程描述本模型主要研究吊鉤生產(chǎn)車問的生產(chǎn)物流系統(tǒng)，其基本作業(yè)單位有切割、鍛造、熱處理、鋸床加工、鉆床加工、車床加工、鉗床加工、焊接、表面處理、噴漆、檢驗等，四種配件在生產(chǎn)加工區(qū)有各自的工藝路線，但在最后都要經(jīng)過表面處理、打磨、噴漆、檢驗幾個環(huán)節(jié)，因此為了簡化模型，提高仿真效率，可以把打磨、噴漆和檢驗三個操作并入表面處理操作。設(shè)合并前表面處理、打磨、噴漆、檢驗的操作時間分別為TTTT4，合并后的表面處理操作時間為T，那么T=Tl+T2+T3+T4。簡化后的車間的產(chǎn)品加工工序如表41所示。表41 吊鉤配件產(chǎn)品加工工藝路線配件名稱加工工序鉤頭切割、鍛造、熱處理、鋸床加工、鉆床加工、車床加工、表面處理橫梁切割、鍛造、熱處理、鉆床加工、車床加工、表面處理側(cè)板切割、鉗床加工、鉆床加工、車床加工、表面處理螺母切割、鉆床加工、車床加工、表面處理。原料區(qū)切割鍛造熱處理磨床加工鉗床加工磨床加工車床加工表面處理檢驗叉車行車 吊鉤零部件加工工藝流程圖根據(jù)預(yù)先確定的時間表，模型使用四種型號拆分送達不同類型的原材料。每一種類型的原材料每隔一個小時(60分鐘)重復(fù)一次。其具體到達時刻如表42所示：表42 原材料到達時刻表原材料類型到達時間數(shù)量類型1（鉤頭）01類型2（橫梁）201類型3（側(cè)板）402類型4（螺母）601類型1（鉤頭）801………………如果一項作業(yè)在特定時間到達車間，發(fā)現(xiàn)該機器組全都忙著，該作業(yè)就在該機器組前的暫存區(qū)處排入一個FIFO規(guī)則的隊列，如果前一天沒有完成任務(wù)，第二天繼續(xù)加工。在特定機器上完成一個工序的時間是平均加工時間，它的平均值取決于作業(yè)的類別以及機器組的類別。根據(jù)實際調(diào)查數(shù)據(jù)整理出每種作業(yè)的每道工序的平均服務(wù)時間如表43所示。表43 吊鉤配件產(chǎn)品加工時間(單位：分鐘)鉤頭橫梁側(cè)板螺母工藝名時間工藝名時間工藝名時間工藝名時間切割15切割15切割10切割15鍛造80鍛造90鉗床加工5鉆床加工5熱處理50熱處理60鉆床加工5車床加工20鋸床加工20鉆床加工10車床加工10表面加工