6 多产品单阶段制造系统仿真与分析.docx

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6多产品单阶段制造系统仿真与分析

第六章多产品单阶段制造系统仿真与分析

6.1建立概念模型

现在，我们来看看某工厂加工三种类型产品的过程。

这三类产品分别从工厂其它车间到达该车间。

这个车间有三台机床，每台机床可以加工一种特定的产品类型。

一旦产品在相应的机床上完成加工，所有产品都必须送到一个公用的检验台进行质量检测。

质量合格的产品就会被送到下一个车间。

质量不合格的产品则必须送回相应的机床进行再加工。

我们希望通过仿真实验找到这个车间的瓶颈所在，以回答如下问题：

检验台能否及时检测加工好的产品？

或者检验台是否会空闲？

缓存区的大小重要吗？

6.1.2系统数据

产品到达：

平均每5秒到达一个产品，到达间隔时间服从指数分布

产品加工：

平均加工时间10秒，加工时间服从指数分布

产品检测：

固定时间4秒

产品合格率：

80％

6.1.3概念模型

6.2建立Flexsim模型

双击桌面上的Flexsim图标打开软件，你可以看到Flexsim菜单、工具条、实体库，和正投影模型视窗，如图6-1所示。

图6-1Flexsim软件界面

第1步：

模型实体设计

模型元素

系统元素

备注

Flowitem

产品

不同实体类型代表不同类型的产品，分别标为1、2、3

Processor

机台，检验台

进行不同的参数定义以表征不同的机台和检验台

Queue

暂存区

两个暂存区，分别表示待加工暂存区和待检验暂存区

Source

待加工产品库

产品的始发处，连续不断的提供待加工产品

Sink

成品库

产品加工并通过检验后的最终去处

第2步：

在模型中生成一个实体

从左边的实体库中拖出一个Source（发生器），放到模型视窗中。

具体操作是，点击并按住实体库中的实体，然后将它拖动到模型中想要放置的位置，松开鼠标。

这将在模型中建立一个Source实体，如图6-2所示。

生成实体后，实体会被赋予一个默认的名称，例如Source#，#为Flexsim软件打开后生成的实体总数。

在后续的编辑过程中，你可以重新命名模型中的实体。

图6-2生成一个Source对象

第3步：

在模型中生成更多的实体

从实体库中拖出一个Queue实体放在Source实体的右侧；这里，Queue实体相当于实际系统中的缓存区。

再从库中拖出3个Processor实体放在Queue实体的右侧，如图6-3所示；这里一个Processor实体相当于实际系统中的一台加工机床。

图6-3生成其余实体

移动实体-要在模型中移动实体，用鼠标左键点击该实体，并拖动至需要的位置。

还可以通过右键点击并拖动鼠标来旋转此实体。

使用鼠标滚轮，或同时按住鼠标左右键点住该实体并移动鼠标，可使该实体沿z轴上下移动，如图6-4所示。

图6-4移动实体方法图解

变换视角-要改变观察点，可用鼠标左键点击视窗的任意空白区域，然后拖动鼠标。

要旋转模型视角，用右键点击任意空白区并拖动鼠标。

要放大或缩小视图，用鼠标滚轮或同时按住鼠标左右键并拖动鼠标。

如图6-5所示。

图6-5变换视角方法图解

第4步：

完成在模型中生成实体

再拖出一个Queue、一个Processor和一个Sink实体放到模型中，如图6-6所示。

图6-6完成实体生成

第5步：

连接端口

下一步是根据流动实体的路径来连接不同固定实体的端口。

要将一个实体的输出端口与另一个实体的输入端口相连接，首先按住键盘上的“A”键，然后单击第一个实体并按住鼠标左键，拖动鼠标到下一个实体处再松开。

此时将会看到在你拖动时有一条黄色连线，而松开鼠标后，会出现一条黑色连接线。

如图6-7所示。

图6-7“A”端口连接

首先，将Source与第一个Queue连接；将这个Queue分别与每个Processor连接。

再将这三个Processor分别与第二个Queue连接；将这个Queue与检验台Processor连接。

最后将检验台Processor分别与Sink和之前的第一个Queue连接；先连接Sink，再连接Queue。

模型连接图6-8所示。

图6-8模型端口连接

接下来需要改变每个实体的参数，使得模型运行与上述系统描述一致。

我们将从Source开始，沿着流动实体的路径直到Sink。

第6步：

给发生器指定临时实体的到达速率

每个实体有参数视窗，通过该视窗可以添加一定的数据和逻辑关系。

双击一个实体可以进入其参数视窗。

在这个模型中，我们有3种不同类型的产品，每类产品与一个实体类型相对应。

每个流动实体将被随机均匀的赋予1－3之间的任意整数值作为其类型值。

这由Source的Exit触发器来完成。

双击Source打开它的参数视窗，如图6-9所示。

图6-9Source实体的参数视窗

所有Flexsim实体都有多个包含其变量和信息的标签，建模人员可根据模型要求来改变其内容。

在这个模型中，我们需要通过改变到达间隔时间和流动实体类型来产生3种类型的产品。

这里，平均每5秒到达一个新产品，到达间隔时间随指数分布。

Source默认使用随指数分布的到达时间间隔，但我们需要改变其均值。

在仿真过程中使用诸如指数分布的随机分布可以模拟现实系统中的变化。

Flexsim提供了一个叫做ExpertFit的工具来帮助你确定哪种随机分布与你的实际数据最匹配。

在Source标签中，单击到达时间间隔项目下的 按钮。

图6-10到达时间间隔项目栏

此时将打开一个新视窗，对该项目下的选项进行了解释，并允许你编辑该选项的参数。

所有以棕色显示的内容都可以编辑。

图6-11参数编辑、解释窗口

使用这个模板你可以修改某个分布，甚至可以插入一个表达式。

对于这个模型，将尺度参数从10改为5。

对于指数分布，尺度参数就是均值。

按确定按钮返回参数视窗。

第7步：

流动实体的类型和颜色

接下来需要在流动实体进入系统时指定一个类型值。

此类型值在1到3之间均匀分布，也就是说，当前进入系统的这个产品是类型1、类型2或类型3的可能性是一样的。

最好的方法是在Source的Exit触发器中改变实体类型和颜色。

选择Source的触发器标签。

单击Exit触发器的下拉菜单，选择“SetItemtypeandColor”选项。

图6-12Exit触发器下拉菜单

再单击模板按钮 ，可看到如下信息。

图6-13选项解释、修改参数窗口

离散均匀分布与均匀分布相似，只是其返回值不是所给参数之间的任意实数，而是一个整数。

我们已经完成了对Source的参数编辑，单击确定按钮即以接受参数修改并关闭该视窗。

第8步：

设置暂存器容量

下一步是设置第一个Queue。

我们需要设定两项内容。

首先要设定其容量；其次，该暂存区应该将流动实体中所有类型1送至处理器1，类型2送至处理器2，以此类推。

双击第一个Queue，就会出现其参数视窗。

图6-14Queue实体参数视窗

将最大容量改为10000，使得这个Queue容量没有限制。

单击  按钮。

第9步：

Queue的路径分配

选择Flow标签来设置该暂存区的流动实体路径。

单击Output部分的SendToPort下拉菜单，选中“ByItemtype（direct）”选项。

图6-15SendToPort下拉菜单

我们已经将每个流动实体的类型定义为1、2或3，现在可以用其类型值来确定该实体通过的端口号。

处理器1应被连接至端口1，处理器2应被连接至端口2，处理器3应被连接至端口3。

选择了“ByItemtype（direct）”选项后，单击确定按钮关闭该暂存区的参数视窗。

第10步：

定义机床加工时间

接下来需要定义三台机床的加工时间。

双击第一个Processor，出现其参数视窗。

图6-16Processor实体的参数视窗

在“ProcessTime”下拉菜单中，选择“ExponentialDistribution”选项，再单击 按钮。

尺度参数值默认为10秒。

不改变该默认值。

这样，在我们的模型中，每个产品的平均加工时间是10秒钟，加工时间服从指数分布。

图6-17加工时间参数修改窗口

单击确定关闭模板视窗。

到此为止，这是我们要对Processor做的唯一修改。

我们将在后续章节中使用其它选项。

单击确定关闭其参数视窗。

对其它两个Processor重复这一步骤。

第11步：

设置第二个暂存区

现在双击第二个暂存区打开其参数视窗。

我们希望它和第一个暂存区一样，具有无限容量。

在“最大容量”栏输入10000，单击确定关闭视窗。

第12步：

设置检验台测试时间

现在需要设置检验台的测试时间和路径逻辑。

双击该检验台打开其参数视窗。

在ProcessTimes标签中单击ProcessTime项目下的  按钮。

这将打开一个解释当前加工时间选项的模板视窗。

将时间常数改为4。

无论检测的产品是否合格都需要花费相同的检测时间——4秒。

图6-18加工时间参数修改窗口

第13步：

设置检验台的路径分配

现在需要设置该检验台将不合格产品送回到模型前端，将合格产品送到Sink。

在建立该实体的连接时，应该首先连接Sink，然后再连接第一个暂存区。

这个顺序使得检测台的第一个输出端口连接到Sink，第二个输出端口连接到暂存区。

现在，我们想按照某个百分比来设置输出端口。

点击该检验台的Flow标签。

单击Output部分的SendToPort下拉菜单，选择“ByPercentage（inputs）”选项。

图6-19SendToPort下拉菜单

再单击模板按钮 。

这将打开一个解释所选路径策略的视窗。

为端口1输入80%，端口2为20%，也就是说，将80%的产品，或者说制造合格的产品，从输出端口1输出到Sink；而将剩余20%的产品，或者说，有制造不合格的产品，从端口2送回第一个暂存区。

图6-20输出端口策略解释、修改窗口

单击确定关闭模板视窗。

我们可能想直接从视觉上区分合格产品和返工产品。

点击检验台参数视窗中的ProcessTrigger标签，选择OnExit触发器下拉菜单中的“SetColor”选项。

图6-21OnExit触发器下拉菜单

单击  按钮并输入colorblack作为流动实体的颜色。

图6-22设置颜色选项参数修改窗口

单击确定关闭此模板视窗，再单击检验台参数视窗确定按钮关闭之。

6.3模型运行

第14步：

编译

到此，我们可以对模型进行编译和运行了。

单击主视窗底部的   按钮。

编译过程完成后，就可以进行模型的重置和运行了。

第15步：

重置模型

单击主视窗左下角按钮。

重置模型可以保证所有系统变量都是初始值，并将模型中所有流动实体清除。

第16步：

运行模型

单击主视窗底部  按钮。

现在模型应开始运行。

流动实体将从第一个暂存区开始移动，进入3个处理器中的一个，然后进入第二个暂存区，再进入检验台，最后进入Sink，也有一些重新进入第一个暂存区。

返回的实体将变成黑色。

图6-23运行中的模型

要停止运行，可随时按 按钮。

后面你将学到如何按特定时间长度和特定重复次数来运行模型。

当模型定义中用到随机分布时，多次运行模型是很重要的。

要加快或减慢模型运行速度，可左右移动视窗底部的仿真速度滑动条。

图6-24仿真速度滑动条

移动此滑动条能改变仿真时间与真实时间的比率，它完全不会影响模型运行的结果。

现在已经完成了建模过程。

来看一看这个模型产生的一些统计数字。

6.4数据分析

在描述系统中我们提到希望能找出系统的瓶颈。

有几种途径可以做到这点。

第一种方法是，你可以从视觉上观察每个暂存区的容量。

如果一个暂存区始终堆积着大量的产品，这就表明从该暂存区取货的一台或几台加工机床形成了系统的瓶颈。

模型运行时，可以注意到第二个暂存区经常堆积很多待加工的产品，而第一个暂存区的容量通常是20或更少，如图6-25所示。

图6-25不同暂存区中存放的产品数量不同

另