【正文】 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。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。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。簡化后的車間的產(chǎn)品加工工序如表41所示。 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。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。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。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。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)。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。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。 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)一的標準。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。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。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。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。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。該廠擁有數(shù)十臺車、銑、沖、鉆、鋸、切割機等加工設(shè)備。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。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)。本文選擇吊鉤的生產(chǎn)過程進行研究分析。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。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。 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。4)運行模型：先編譯模型，然后重新設(shè)置并運行此模型。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。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是新一代離散事件系統(tǒng)仿真的有效工具。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。建模的工作簡單快捷，不需要編寫程序。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。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。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。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。 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。建模快捷方便和顯示能力強大是該軟件的重要特點。 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。從仿真目標出發(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。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。另一種是確定仿真事件的數(shù)量。一般有兩種終止方法。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。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。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。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。但是，對系統(tǒng)的分析常常需要仿真需求方密切配合。模型參數(shù)是對系統(tǒng)調(diào)研結(jié)果的整理。3)建立系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型是對系統(tǒng)的描述。2）確定系統(tǒng)仿真目標系統(tǒng)仿真目標不同，建立的模型也不同。各實體之間相互約束與關(guān)聯(lián)參數(shù)。仿真目標不同，輸出變量也不同。如果是隨機變量，則需確定其分布和特征值。例如，自動化倉庫中堆垛機的工作狀態(tài)是“閑”還是“忙”：貨位的狀態(tài)是“空”還是“滿”；物品排隊的隊列長度等。③工藝參數(shù)如工件被加工的工序路線。通常采集的參數(shù)可以分為以下幾類：①靜態(tài)參數(shù)系統(tǒng)的幾何布局參數(shù)：設(shè)備的幾何參數(shù)，位置參數(shù)等；實體的物理參數(shù)：實體的幾何尺寸參數(shù)等。一般了解流程是以流動實體的流動過程為線索進行的。這個步驟十分細致而且繁瑣。調(diào)研系統(tǒng)的第一步就是要首先了解系統(tǒng)有哪些實體。當(dāng)前對生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真的研究，通常采用以下幾個步驟，：系統(tǒng)調(diào)研建立系統(tǒng)模型確定仿真算法建立仿真模型運行仿真模型仿真結(jié)果分析仿真結(jié)果輸出修改系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)方法比較確定系統(tǒng)方案仿真結(jié)果 仿真步驟1）調(diào)研系統(tǒng)調(diào)研系統(tǒng)是系統(tǒng)仿真的第一步，這一過程需要了解以下幾個方面：（1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任何系統(tǒng)的運行都是基于一個物理的環(huán)境，各種不同的系統(tǒng)由不同的物理元素組成，構(gòu)成物理環(huán)境的要素包括實體和實體的屬性。仿真法較為廣泛地應(yīng)用于物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計中，如可在仿真模型中反映出可供利用的運輸方式，交通費用，供貨廠商地點，倉庫場所，顧客服務(wù)要求，工廠地址等因素。此外，實際系統(tǒng)的實施成本太高，且一旦系統(tǒng)建好，在一個較長的時期內(nèi)是難于改變的。所以，系統(tǒng)仿真就是對實際觀測所獲得的數(shù)據(jù)建立起來的一種動態(tài)模型，既反映了系統(tǒng)的物理特征和邏輯特征，也表達了系統(tǒng)的靜態(tài)性質(zhì)和動態(tài)性質(zhì)，有利于對系統(tǒng)進行分析。制造系統(tǒng)中的服務(wù)對象是成品或零部件，服務(wù)員可能是加工設(shè)備、流水線、物料搬運設(shè)備或上下料機器人。排隊論能在等候隊列系統(tǒng)中通過分析下述情況提供估算值：(1)待在隊列中的零件數(shù)量；(2)一個零件在排隊中的等待時間；(3)機器設(shè)備空閑的概率；(4)充分發(fā)揮生產(chǎn)能力的隊列長度的概率。通常線性模型比非線性模型或整數(shù)模型更容易找到優(yōu)化解。如約束或目標函數(shù)都是變量的線性函數(shù)，則此模型就稱為線性模型。所以通常數(shù)學(xué)規(guī)劃問題就成為在約束區(qū)內(nèi)為達到優(yōu)化目標函數(shù)而選擇一個可行解。常用的建模方法有：1)最優(yōu)化方法最優(yōu)化方法是在不違背一組規(guī)定的約束條件下，優(yōu)化一個可量化的目標函數(shù)。如庫存水平的確定，運輸路徑的選擇，自動導(dǎo)向車的運行軌道和作業(yè)控制，自動分揀機的運行，制造模式的選擇等的研究。因此，對于各種復(fù)雜的物流系統(tǒng)，無論是線性的還是非線性的，無論是靜態(tài)的還是動態(tài)的，都可以用仿真方法來研究。3)仿真對各種復(fù)雜的系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性仿真所建立的模型，完全是實際系統(tǒng)的映像。因此，不單純追求最優(yōu)解，而尋求改善系統(tǒng)行為的途徑和方法，應(yīng)該說是更加有效的?；蛘哒f，仿真是一種間接的系統(tǒng)優(yōu)化方法。從這點來說，系統(tǒng)仿真方法不是一種系統(tǒng)優(yōu)化方法，即它不能求系統(tǒng)的最優(yōu)解。忽略隨機因素的影響，用確定性模型代替隨機模型研究系統(tǒng)，將會使分析結(jié)果有很大的誤差。其他方法一般是針對一種固定的約束條件或環(huán)境求解。由于生產(chǎn)物流系統(tǒng)的復(fù)雜性，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法難以構(gòu)造模型，提出解析式，此時可以采用計算機仿真技術(shù)對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行研究，仿真技術(shù)在物流系統(tǒng)研究中的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為以下幾個方面：1)有利于解決隨機因素的影響仿真模型的一個特點是它是一個隨機模型，系統(tǒng)的參數(shù)受隨機因素影響所發(fā)生的變化在模型中得到充分體現(xiàn)。啟發(fā)式方法針對優(yōu)化方法的不足，運用一些經(jīng)驗法則來降低優(yōu)化模型的數(shù)學(xué)精確程度，并通過模仿跟蹤校正過程求取物流系統(tǒng)滿意解。模擬方法以其描述和求解問題的能力優(yōu)勢，成為物流系統(tǒng)建模的主要方法。優(yōu)化模型常用于物流系統(tǒng)的局部優(yōu)化，并結(jié)合其他方法求得物流系統(tǒng)的次優(yōu)解。數(shù)學(xué)模型是最抽象的模型，是定量化的基礎(chǔ)，也是科學(xué)試驗的重要的補充手段，是現(xiàn)代科學(xué)管理的重要工具3)生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模的方法生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模的方法主要有優(yōu)化方法、模擬方法、啟發(fā)式方法3種。圖式模型在選優(yōu)中起輔助作用，當(dāng)維數(shù)大于2時，其作圖的可行性受到了限制。他一般有兩種類型，一種是可接受輸入并進行動態(tài)原始的可控模型，如可以對機械系統(tǒng)中的速度、力、與質(zhì)量的描述，可以用電路中的電壓、電流與電容來模擬；另一種是用計算機和程序語言來表達的模擬模型，如生產(chǎn)線的物流量模擬等。各類型的點如表31所示：表31 系統(tǒng)模型的分類對照表類型特點實物模型實物模型是現(xiàn)實系統(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)洞試驗用的飛機模型等，它們形象地表達所代表的系統(tǒng)的主要特性和各個組成部分之間結(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。物流系統(tǒng)模型化是物流合理化的前提。物流系統(tǒng)模型化是把系統(tǒng)中的各個組成部分的特征及變化規(guī)律數(shù)量化，組成部分之間的關(guān)系方程式化。數(shù)據(jù)收集仿真要素的抽取仿真系統(tǒng)建模仿真實驗仿真方式與仿真次數(shù)控制仿真建模檢驗仿真結(jié)果分析結(jié)束編程利用仿真模型工具 離散系統(tǒng)仿真步驟 生產(chǎn)物流的建模與仿真1)物流系統(tǒng)模型化的概念模型是對系統(tǒng)的特征及其變化規(guī)律的一種抽象表示，而且往往是以系統(tǒng)中那些所要研究的特定特征變量為核心。對仿真結(jié)果進行分析的目的是確定仿真實驗中所得到的信息是否合理和充分，是否滿足系統(tǒng)的目標要求，同時將仿真結(jié)果分析整理成報告，確定比較系統(tǒng)不同方案的準則、實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)的評價標準及問題可能的解，為系統(tǒng)方案的最終決策提供輔助支持。通過觀察獲得所需的試驗數(shù)據(jù)，從而預(yù)測系統(tǒng)的實際運行規(guī)律。仿真運行就是將系統(tǒng)的仿真模型放在計算機上執(zhí)行計算。重復(fù)進行這個過程直到認為模型準確為止。對模型的確認工作往往是通過對模型的矯J下來完成。7)模型確認。模型的驗證即系統(tǒng)模型(包括對系統(tǒng)的組成成分、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及參數(shù)值的假設(shè)、抽象和簡化)是否能準確地由仿真模型和計算機程序表示出來。建立系統(tǒng)的仿真模型過程包括根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及實際特點，確定模型和數(shù)據(jù)的存儲形式，選擇建模的軟件開發(fā)平臺和程序設(shè)計語言。數(shù)據(jù)收集包括收集與系統(tǒng)的輸入輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)以及反映系統(tǒng)各部分之間關(guān)系的數(shù)據(jù)。因此離散事件仿真中的數(shù)學(xué)模型是一張實體的流程圖，它包括三個部分：臨時實體的到達模型(如加工系統(tǒng)中的工件到達模式、概率分布)，排隊規(guī)則(先進先出或后進先出等)，永久實體的服務(wù)模型(服務(wù)時間的概率分布等)。3)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。2)系統(tǒng)的分析與描述。每一個事件記錄中包含該事件的若干屬性，其中必有一個屬性，說明該事件在過程中所處位置的指針。3)進程交互法這種方法的特點是系統(tǒng)仿真時鐘的控制程序采用兩張事件表，其一是當(dāng)前事件表(CEL：Current Events List)，它包含了從當(dāng)前時間點開始有資格執(zhí)行的事件記錄，但是該事件是否發(fā)生的條件尚未判斷。仿真過程中，活動的發(fā)生時間也作為條件之一，而且較之其它條件具有更高的優(yōu)先權(quán)，即在判斷激活條件時首先判斷該活動發(fā)生的時間是否滿足，然后再判斷其它條件。2)活動掃描法活動掃描法的基本思想是：系統(tǒng)由成分組成，而成分包含著活動，這些活動的發(fā)生應(yīng)當(dāng)滿足規(guī)定事件發(fā)生的條件。按這種策略建立模型時，所有事件均放在事件表中，模型中設(shè)有一個時間控制成分，該成分從事件表中選擇具有最早發(fā)生時間的事件，