实验名称循径运动系统仿真资料讲解.docx

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实验名称循径运动系统仿真资料讲解

实验三循径运动系统仿真

一、实验目的

学习flexsim系统的建模，初步掌握小车的定义方法和调度逻辑的实现原理，深入理解运动系统的建模思路。

二、实验内容

某工厂车间内，由轨道小车沿轨道完成不同的工件运送过程。

轨道的平面布置如下图所示，图中标出了人员和机器的配置情况。

该运动系统的流程描述如下：

⏹有四种货物：

L_a（normal400，50）、L_b（200，40）、L_c（uniform500，100）、L_d（uniform150，30）从系统外到达系统，时间单位为秒；

⏹队列Q_in是进货口，货物从这里有小车送往后面工序，当没有空闲小车时临时堆放在进货口，出货口用两个queue队列模拟，Qin

（1）中放置L_a、L_c，Qin

（2）中放置L_b、L_d；

⏹L_a、L_c由小车送往检验工序，由一个操作工进行检验，每件货物检验耗时1min，经检验，80％的产品合格，再由小车送往出货口，卸货到队列Q_out中，20％的产品不合格，由小车送往修整地点，经2min的检修，再送往检验处检验；

⏹L_b、L_d由小车送往预加工工序，由一个操作工进行操作，每件货物耗时1min，然后仍由小车送往出货口；

⏹出货口货物临时堆放也用2个queue队列来模拟，检验合格的L_a、L_c临时堆放在Q_out

（1）中，预加工后的L_b、L_d临时堆放在Q_out

（2）中；

⏹当货物临时堆放数量达到10件时，批量送往本系统外的其他工序。

小车的调度规程如下：

⏹小车在系统开始时刻都在停车处待命；

⏹到进货口的两个货物临时堆放地装载货物，运送到检验和预加工地点；

⏹将检验和预加工完的货物运往出货口的临时堆放地；

⏹将不合格的货物运往检修地点，不下车，直接检修后送回检验处；

⏹小车空闲无任务时，到停车处停车等待；

⏹有货物到达时可以唤醒停车的小车；

系统计划投入的小车技术参数为：

每辆小车载货容量为1，小车专载某种货物。

任何货物的装载和卸载时间为8sec；

小车正常（默认）加速度为1.5fpss；

小车正常（默认）减速度为0.5fpss

用flexsim软件中的系统建立上述轨道小车运动系统的模型。

在建模之前，需要设定小车的运送方案，即确定该系统运作的一系列工作原则，例如：

四种来货如何在两个进货口堆放地堆放？

小车专载还是混载货物？

小车必须满载还是允许缺载？

一辆小车是否可运送到不同目的地的货物？

目的地不同时如何安排优先级别？

小车单向行驶还是双向行驶？

等等。

根据你所掌握的情况，设定合适的逻辑难易程度，完成该系统的运送任务就可以了。

尝试设定和比较至少两种不同的运送方案，通过仿真对多种方案的优劣进行对比分析。

三、实验步骤

1.建立一个新模型，创建一个Process系统和一个Pathmover系统；

打开Flexsim5.0，新建一个Model，根据实验内容要求，共有四种货物按照不同的时间要求从系统外到达系统，其中：

L_a、L_c两种产品需先检验其是否合格，再由小车将合格产品送出系统，将不合格产品送往检修处检修，并检修完后再送回检验处再次检验，由此模型中暂时先用一辆小车专载L_a、L_c两种产品。

L_b、L_d两种产品则只需由一辆小车负责将其送往加工处再送出系统外即可。

故暂时先考虑用两辆小车T1、T2来运送货物，其中T1专载L_a、L_c两种产品，T2专载L_b、L_d两种产品。

再根据实验其他要求，将所需实体从Library界面上拖到3D-view界面上，并根据实体间的联系，定义流程逻辑关系，进行连线处理，得仿真系统模型如图3.1所示。

图3.1系统仿真模型

在定义好模型的流程逻辑关系后，为实现系统仿真，接下来得根据实验要求对各实体的相关参数进行设置。

2.定义Pathmover系统，画出路径、控制点，定义小车和小车参数；

根据实验要求，定义小车和小车参数。

a.小车载货容量capacity参数设置：

b.小车装载Load和卸载Unload时间间隔参数设置：

c.小车正常加速度Acceleration及减速度Deceleration参数设置：

3.定义小车的调度；

小车空闲无任务时，到停车处停车等待。

4.定义Process系统的各种实体，如load、queue、resource等；

（1）定义发生器L_a的相关参数

a.到达时间间隔（inter-arrivaltime）参数设置：

b.工件种类（ItemType）参数设置：

c.发生触发器（Triggers）参数（OnExit）设置:

（2）定义发生器L_b的相关参数

a.到达时间间隔（inter-arrivaltime）参数设置：

b.工件种类（ItemType）参数设置：

c.发生触发器（Triggers）参数（OnExit）设置:

（3）定义发生器L_c的相关参数

a.到达时间间隔（inter-arrivaltime）参数设置：

b.工件种类（ItemType）参数设置：

c.发生触发器（Triggers）参数（OnExit）设置:

（4）定义发生器L_d的相关参数

a.到达时间间隔（inter-arrivaltime）参数设置：

b.工件种类（ItemType）参数设置：

c.发生触发器（Triggers）参数（OnExit）设置:

（5）定义Q_in1和Q_in2的相关参数

（6）定义处理器P_acjianyan的相关参数

a.处理时间（ProcessTime）参数设置：

b.流体（Flow）输出（Output）参数设置：

c.流体（Flow）使用运输工具（UseTransport）

（7）定义处理器P_bdjiagong的相关参数

a.处理时间（ProcessTime）参数设置：

b.流体（Flow）使用运输工具（UseTransport）

（8）定义处理器P_acweixiu的相关参数

a.处理时间（ProcessTime）参数设置：

b.流体（Flow）使用运输工具（UseTransport）

（9）定义Q_out1及Q_out2的相关参数

5.定义逻辑流程；

6.调试检查修改模型，使模型的运送逻辑与预期设定的逻辑相符；

7.运行、输出、分析。

根据实验要求，我们设定传送带系统仿真一天8小时的系统运行状况，故共运行28800（8*60*60）秒。

为了加快仿真运行，设定运行速度为100秒。

具体参数设置如图3.2所示。

图3.2运行时间参数设置

运行模型，得到如下结果：

（1）循径运动系统仿真运行结果如图3.3所示。

图3.3循径运动系统仿真运行结果

（2）各设备利用情况

a.各小车的利用情况

小车T1的最终状态图

小车T2的最终状态图

从小车T1、T2的最终状态上可知：

在整个运行时间内，小车T1、T2的闲置时间比率分别为9.4%、0.4%，小车运行负载率分别为28.7%、30.2%，小车空载率分别为10.8%、13.4%等信息。

由以上信息可知小车T1的利用率还行，但是小车T2就显得很忙碌，其闲置时间仅为0.4%。

再加上从运行结果图可以看到产品L_b、L_d在加工处理处堆积了很多产品，其原因可能在于处理器利用不当，或者是小车运行速度慢，也可能是生产速率过快，导致后面的加工程序来不及处理。

b.各处理器的利用情况

处理器P_acjianyan的最终状态图

处理器P_bdjiagong的最终状态图

处理器P_acweixiu的最终状态图

从三个处理器的设备利用情况易分析出处理器P_acjianyan及处理器P_acweixiu利用良好，在保证系统顺利进行的前提下，一方面有着其较高的处理率，另一方面设备的闲置率也处于可接受范围内，保证了设备的使用寿命。

但是处理器P_bdjiagong利用率就很不好了，其处于等待运输的时间就占90.0%，而处理率仅为9.4%。

四、思考题

1.在你给定的运送方案中，该系统需要配置几辆小车可以满足该系统的运送需求？

你是根据什么参数判断是否满足需求的？

这时小车的工作效率如何？

答：

在建立模型中，我认为该系统需要配置至少2辆小车才可以满足该系统的运送需求偶，但是最好不要超过3辆，因为那样会使得小车长时间处于闲置状态，浪费了资源，也加大了成本。

根据模型中在使用2辆下车时小车的各项利用率情况。

当小车为2辆或3辆时，小车的工作效率处于可接受的范围内。

且各项产品都能够较及时的送往相应的加工处理检修等处。

2.对比两种以上运送方案的效果，优化整个系统和小车效率，试分析如何可以提高小车效率。

答：

为提高小车效率以及整个系统的效率，根据前面的分析，可以考虑如下两种方案：

（1）考虑到可以适当减慢产品L_b、L_d的生产率，将L_b、L_d的到达频率分别改为服从正态分布normal400,40秒及服从均匀分布uniform400,30秒。

查看其运行8小时后的仿真结果，如图3.4。

图3.4该进后系统仿真结果

此时小车及加工处理器的利用情况如下：

小车T1的最终状态图（调整产品生产率后）

小车T2的最终状态图（调整产品生产率后）

处理器P_bdjiagong的最终状态图（调整产品生产率后）

从小车T1、T2的各项指标以及整个系统运行结果来看，我们易知此时模型明显得到了很好的改善，因为小车T2已没先前那样忙碌，而且保证及时将产品送往目的地，产品L_b、L_d加工处已没有堆积现象。

再看加工处理器P_bdjiagong的利用情况，与先前相比，其等待时间明显下降，处理率得到了较大的改善。

处理器P_bdjiagong前后情况分析如下表3.1所示。

表3.1调整产品到达时间间隔前、后相关设备利用率对比表

闲置时间比率

处理时间比率

等待收集齐材料以合成的时间比率

处理器P_bdjiagong

调整前

0.6%

9.4%

90.0%

调整后

27.3%

40.4%

32.3%

（2）考虑到系统最不佳的地方在于产品加工处堆积货物过多，这主要是因为小车忙不过来，导致加工处理好的货物无法及时送往系统外，最终使得后来送往加工处的产品堆积。

在成本效益可控的情况下，可以适当考虑在原先2辆车的情况下再增加一辆车，用来专门将加工处得产品送往系统外。

改进模型后运行结果如图3.5所示。

图3.5增加小车后模型运行结果

此时小车及加工处理器的利用情况如下：

小车T1的最终状态图（增加小车T3后）

小车T2的最终状态图（增加小车T3后）

小车T3的最终状态图（增加小车T3后）

处理器P_bdjiagong的最终状态图（增加小车T3后）

从小车及加工处理器的相关指标以及系统仿真运行结构来看，模型与最先模型有所改善，但是还存在些问题：

加工处理处得货物堆积现象有所缓解，但是存在，另外原先维修处本没有货物堆积现象，而现在却出现堆积现象。

各小车利用情况在可接受的范围内。

综上所述：

通过比较以上三种方案，我们很容易得知当将L_b、L_d的到达频率改进后，模型明显得到了很大的改善。

不仅只用了两辆小车，而且很好的利用了整个系统内的设备，使得资源合理配置，小车的利用率也有所改善，有所提高。

3.假设小车有两种规格，一种载货量为2，一种为4，并假设容量为4的小车价钱比容量为2的小车价钱高出0.5倍，根据你的系统方案设计和仿真，你认为选择那种容量的小车更适合这个系统？

应配置几辆？

答：

根据之前系统方案设计和仿真情况，我们易知当载货量为1的时候系统完全可以顺利进行。

当假设不考虑费用，还可使用其他规格的小车时，例如载货量为2或4的，根据模型分析，当由发生器产生产品时，我们可以考虑小车一次载货量超过1货物运货速率会更快，但是之后的处理、加工、维修处却只能在当运走处理好的货物之后再进行加工下一件产品，所以也就导致小车每次只能运走容量为1的货物，此时若用载货量为2或4的小车就有些浪费资源了，再者容量为2或4的规格的小车其车钱价格明显会比容量为1的高出0.5倍或1倍。

因此，综合考虑，根据此前设计的方案，选择容量为1的小车足够了，配置2~3辆小车。

但若小车只有两种规格，即一种载货量为2，一种为4，那么我们选择载货量为2的就可以了。

更何况容量为4的小车价钱比容量为2的小车价钱高出0.5倍呢。

在两种规格都可用的情况下，为了节省开支，当然还是选择便宜的更优。

小车配置2~3辆即可。