系统建模与仿真实验报告.docx

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系统建模与仿真实验报告

一、实验目的

熟悉Witness的启动；熟悉Witness2006用户界面；熟悉Witness建模元素；熟悉Witness建模与仿真过程。

二、实验内容

1、运行witness软件，了解软件界面及组成；

2、以一个简单流水线实例进行操作。

小部件（widget）要经过称重、冲洗、加工和检测等操作。

执行完每一步操作后小部件通过充当运输工具和缓存器的传送带（conveyer）传送至下一个操作单元。

小部件在经过最后一道工序“检测”以后，脱离本模型系统。

三、实验步骤

仿真实例操作:

模型元素说明：

widget为加工的小部件名称；weigh、wash、produce、inspect为四种加工机器，每种机器只有一台；C1、C2、C3为三条输送链；ship是系统提供的特殊区域，表示本仿真系统之外的某个地方；

操作步骤：

1：

将所需元素布置在界面：

2：

更改各元素名称：

如;

3:

编辑各个元素的输入输出规则：

4:

运行一周（5天*8小时*60分钟=2400分钟），得到统计结果。

5:

仿真结果及分析：

Widget：

各机器工作状态统计表：

分析：

第一台机器效率最高位100%，第二台机器效率次之为79%，第三台和第四台机器效率低下，且空闲时间较多，可考虑加快传送带C2、C3的传送速度以及提高第二台机器的工作效率，以此来提高第三台和第四台机器的工作效率。

6：

实验小结：

通过本次实验，我对Witness的操作界面及基本操作有了一个初步的掌握，同学会了对于一个简单的流水线生产线进行建模仿真，总体而言，实验非常成功。

实验2单品种流水线生产计划设计

一、实验目的

1.理解系统元素route的用法。

2.了解优化器optimization的用法。

3.了解单品种流水线生产计划的设计。

4.找出高生产效率、低临时库存的方案。

二、实验内容

某一个车间有5台不同机器，加工一种产品。

该种产品都要求完成7道工序，而每道工序必须在指定的机器上按照事先规定好的工艺顺序进行。

假定在保持车间逐日连续工作的条件下，仿真在多对象平准化种生产采用不同投资计划的工作情况。

在不同投资计划组合中选出生产高效、低临时库存方案，来减少占用资金。

产品工艺路线如图所示。

产品的计划投产方案批量：

10,20,30。

产品计划投产间隔（min）：

10,20,30,40,50,60。

如果一项作业在特定时间到达车间，发现该机器组全都忙着，该作业就在该组机器处排入一个FIFO规则的队列，如果有前一天没有完成的任务，第二天继续加工。

三、实验步骤

1.元素定义：

元素名称

类型

数量

说明

P

part

1

产品

Waterclean

machine

1

机器组1

DSDcoat

machine

2

机器组2

Greenfire

machine

1

机器组3

TCPprintfire

machine

1

机器组4

Laping

machine

1

机器组5

Buf

buffer

5

临时库存

C2-C7

conveyor

1

输送链

St

attribute

1

产品属性

Output

Variable（Int）

1

产量统计

V1-V5

Variable（Int）

5

每台机器产量统计

abc

attribute

1

目标函数（方案优化）

2.元素可视化设置：

3.元素细节设计

（1）对Part元素P细节设计:

Type:

active

Interarrvial:

10

Lotsize:

10

To…：

PushtoRoute

Actiononcreat:

icon=94

St=1

Pen=1

Route设计：

（2）对Buffer元素buf细节设计

Capacity:

1000

:

any

（3）对Machine元素Waterclean细节设计

Type:

general

:

5

:

match/attributeStbuf

（1）#5

time:

ERLANG（R_cycle,1,st）

onfinish:

PEN=PEN+1

St=St+1

Ifst=8

Output=output+1

Endif

:

5

:

pushtoroute

（4）对Machine元素DSDcoat细节设计

Type:

general

:

5

:

match/attributeStbuf

（2）#5

time:

ERLANG（R_cycle,1,st）

onfinish:

PEN=PEN+1

St=St+1

:

5

:

pushtoroute

（5）对Machine元素Greenfire细节设计

Type:

general

:

5

:

match/attributeStbuf（3）#5

time:

ERLANG（R_cycle,1,st）

onfinish:

PEN=PEN+1

St=St+1

:

5

:

pushtoroute

（6）对Machine元素TCPprintfire细节设计

Type:

general

:

10

:

match/attributeStbuf（4）#10

time:

ERLANG（R_cycle,1,st）

onfinish:

PEN=PEN+1

St=St+1

:

10

:

pushtoroute

（7）对Machine元素Laping细节设计

Type:

general

:

10

:

match/attributeStbuf（5）#10

time:

ERLANG（R_cycle,1,st）

onfinish:

PEN=PEN+1

St=St+1

:

10

:

pushtoroute

（8）对Conveyor元素C2、C3、C4、C5细节设计

Typeing:

Queuing

Length:

10

Indextime:

:

pushtobuf

（2）

:

pushtobuf（3）

:

pushtobuf（4）

:

pushtobuf（5）

（9）对Conveyor元素C6、C7细节设计

Typeing:

Queuing

Length:

30

Indextime:

:

pushtobuf

（2）

:

pushtobuf

（1）

（10）目标函数abc的设置

（11）仿真运行2400分钟，得出结果并分析：

零件统计：

机器统计：

缓存区统计：

传送带统计：

分析：

机器TCPprintfire和Lamping繁忙率较低，Greenfire繁忙率过低，才%，而其余几台机器繁忙率过高，均在90%以上；缓存区1和缓存区2的库存量过高，必须进行优化，传送带C3、C4、C5过忙，均在90%左右，其余几条繁忙率比较理想，均在80%上下。

（12）利用优化器optimization进行优化

优化器optimization设置：

优化结果：

优化方案汇总：

Evaluation

abc

P.InterArrivalTime

P.LotSize

0

80

10

10

1

40

10

20

2

10

10

30

3

165

20

10

4

80

20

20

5

40

20

30

6

190

30

10

7

120

30

20

8

80

30

30

9

170

40

10

10

155

40

20

11

110

40

30

12

165

50

10

13

150

50

20

14

130

50

30

15

145

60

10

16

190

60

20

17

155

60

30

由表可知，方案6和方案16的优化效果最好，均为190，即到达时间30，批量为10，或到达时间为60，批量为20时，生产效率低、临时库存低，资金占有量最少。

四、实验小结：

通过本次实验，我在前几次实验的基础上，学会了在对某一生产系统进行建模，仿真运行，数据分析之外，学会了利用优化器optimization对生产方案进行优化，选择最优方案，感觉实验较前几次复杂了一些，但实验效果非常成功！

实验3排队系统的仿真实验

一、实验目的

1、掌握Witness仿真软件的基本功能；

2、熟悉排队系统运行的特点；

二、实验内容

单服务台排队系统

三、实验步骤

1、打开计算机，进入Witness仿真系统；

2、建立一个单服务台M/M/1模型的排队系统，并运行；

四、实验报告

实验步骤:

1:

元素及界面设置：

Customer设计：

Barber设计：

state_graph设计：

2：

仿真运行5000分钟，查看数据统计：

分析：

共流失顾客（639-629）+1900=2000人，实际服务顾客数：

639人

分析：

等待区平均人数人，平均等待时间分钟。

分析：

理发师繁忙率100%，可考虑增加人手。

3：

实验小结：

通过本次实验我对单队列排队系统的建模及仿真方法有了初步掌握，也学会了如何分析单队列排队系统，这也为我后面学习多队列排队系统的建模与仿真打下良好的基础，总体而言，实验比较成功。

实验4供应链系统的仿真设计与改善

一、实验目的

1.了解供应链仿真系统的设计与优化

2.熟悉Timeseries的用法

二、实验内容

当钢材服务中心的库存小于15批时钢铁公司开始组织生产，每生产一批原钢卷材需要的时间服从1～3小时的均与分布。

当部件生产商的库存小于6批时，钢材服务中心开始配货，每配一批货需要的时间服从～1小时的均匀分布。

当三个汽车厂商中库存量最小的小于3时，4个部件生产商开始组织生产，每生产一批部件需要的时间服从2～6小时的均匀分布。

汽车生产商每耗用一批部件需要4小时。

供应商每两个环节之间的路程需要5小时。

三、实验步骤

1.元素定义：

元素名称

类型

数量

说明

P

part

1

产品

M1

machine

1

机器组1

M2

machine

1

机器组2

M3

machine

4

机器组3

M4

machine

3

机器组4

B1-B3

buffer

3

库存

P1-P3

Path

3

路径

Timeseries001

reports

1

显示库存变化的元素

2.元素可视化设置：

3.元素细节设计：

（1）对Part元素P细节设计:

Type:

passive

（2）对机器的设计：

机器项目

M1

M2

M3

M4

加工时间

UNIFORM（1,3,2）

UNIFORM,1,2）

UNIFORM（2,6,2）

输入规则

IFNPARTS（B1）<15

PULLfromPARToutofWORLD

ELSE

Wait

ENDIF

IFNPARTS（B2）<6

PULLfromB1

ELSE

Wait

ENDIF

IFNPARTS（B3）<3

PULLfromB2

ELSE

Wait

ENDIF

PULLfromB3

输出规则

PUSHtoB1UsingPath

PUSHtoB2UsingPath

PUSHtoB3UsingPath

PUSHtoSHIP

（3）对缓存区的设计：

容量（capacity）：

1000

（4）对路径的设计：

项目名称

P1

P2

P3

路径更新时间间隔

来源元素

M1

M2

M3

目的地元素

B1

B2

B3

（5）显示库存变化的Timeseries元素的设计：

（6）仿真运行2400分钟，并对结果进行分析：

零件统计：

机器统计：

路径统计：

缓冲区统计：

时间序列统计：

结果分析：

机器M1繁忙率达到100%，过于繁忙，机器M3、M4、M5的繁忙率分别为%、%和%，空闲率较高，有待改进；路径P1和P2繁忙率超过96%，过于繁忙，而P3繁忙率为%，离80%的理想值较小，比较合理；三个缓冲区的出入库总量均在1200左右；而由时间序列统计表可知，B1的缓存量最大值为1，非常理想，接近于“零库存”，而B2和B3的最大库存均超过350，数值较大，方案有待改进。

（7）方案改进：

给M1增加一台机器。

四、实验小结

通过本次实验我对供应链仿真系统的设计与优化的建模与仿真有了一个初步的掌握，对于简单的供应链系统的建模与仿真已掌握，也学会了如何对仿真结果进行分析，尤其是学会了利用时间序列统计元素Timeseries对于库存（buffer）变化进行分析，而更多的技术，有待我们今后自学掌握，总体而言，实验比较成功！

实验5多品种少批量生产系统的仿真实验

一、实验目的

1、熟悉多品种少批量生产方式的特点；

2、了解影响多品种少批量生产方式生产效率的因素，及其优缺点。

二、实验内容

按照用户的订货需要组织生产，是现代工业企业的一种比较流行的生产组织方式。

这种生产组织方式是企业所生产的产品品种多、产量少，产品的结构与工艺有较大的差异，生产的稳定性和专业化程度很低。

本实验将建立一个多产品多阶段的生产系统仿真模型来探讨多品种少批量生产方式的优缺点及其影响因素。

三、实验步骤

1、打开计算机，进入Witness仿真系统；

2、建立一个由5组机器组成的制造车间，利用该车间来加工3种产品。

每种产品分别要求完成4、3和5道工序。

表1产品加工工艺路线与各工序加工时间参数

产品类型

机器组别

相继工序平均服务时间/MIN

1

3,1,2,5

30,36,51,30

2

4,1,3

66,48,45

3

2,5,1,4,3

72,15,42,54,60

3、设置模型中各元素的属性及参数；

（1）元素定义define

本系统的元素定义如表2所示。

表2实体元素定义

元素名称

类型

数量

说明

A

Part

1

产品A

B

Part

1

产品B

C

Part

1

产品C

M1

machine

3

机器组１

M2

Machine

2

机器组2

M3

Machine

4

机器组3

M4

Machine

3

机器组4

M5

machine

1

机器组5

B1

Buffer

1

机器组1的输入缓冲区

B2

Buffer

1

机器组2的输入缓冲区

B3

Buffer

1

机器组3的输入缓冲区

B4

Buffer

1

机器组4的输入缓冲区

B5

Buffer

1

机器组5的输入缓冲区

（2）元素显示display的设置

（3）各个元素细节（detail）设计

表3产品的general页细节设计

产品名称

Arrivalstype

Interarrival

To

A

Active

NEGEXP（50,11）

Pushtoroute

B

Active

NEGEXP（30,11）

Pushtoroute

C

Active

NEGEXP（75,11）

Pushtoroute

产品A、B、C的加工路径ROUTE设计：

通过双击各个产品图标，在弹出式页框中选择其ROUTE页，如下图所示，分别进行设计。

表4机器组general页细节设计

机器组名称

From

Cycletime

to

M1

PULLfromB1

ERLANG（R_CYCLE,1,1）

Pushtoroute

M2

PULLfromB2

ERLANG（R_CYCLE,1,2）

Pushtoroute

M3

PULLfromB3

ERLANG（R_CYCLE,1,3）

Pushtoroute

M4

PULLfromB4

ERLANG（R_CYCLE,1,4）

Pushtoroute

M5

PULLfromB5

ERLANG（R_CYCLE,1,5）

Pushtoroute

表5产品加工路径route页细节设计

A

B

C

Stage

Destin_

ation

R_cycle

Stage

Destin_

ation

R_cycle

Stage

Destin_

ation

R_cycle

1

B3

30

1

B4

66

1

B2

72

2

B1

36

2

B1

48

2

B5

15

3

B2

51

3

B3

45

3

B1

42

4

B4

30

4

Ship

0

4

B4

54

5

Ship

0

5

B3

60

6

Ship

0

（4）工艺流程图的显示

工艺流程图也称全局工艺流程图，是WITNESS提供的模型简化图。

在工艺流程图中，模型中的每个元素由一个方框和元素名称来表示，如果某一元素的数量多于1个，也仅仅显示一个框图；各元素之间的输入输出关系由有方向的箭线表示；不过它不显示元素中所包含的函数或变量等逻辑元素。

设计完毕后，得到工艺流程图如图3所示。

4、运行模型，模型仿真钟取系统默认的1：

1min，运行365×8×60＝175200仿真时间单位，并记录相应的结果。

表6产品统计信息

表7机器组统计信息

表8缓冲区统计信息

结论：

从表6可以看出，产品在系统中的平均时间为1100分钟左右，分别为A：

，B：

，C：

，时间太长。

再从表8中可以看出机器组1、2、4是瓶颈，开动率达到94％以上。

改善措施：

对机器组1、2、4再各添加一台机器。

改善后:

表9改善后产品统计信息

表10改善后机器组统计信息

表11改善后缓冲区统计信息

结论：

从表9可以看出，产品在系统中的平均时间为分钟左右，分别为A：

，B：

，C：

，时间明显缩短。

再从表10中可以看出之前繁忙的机器组1、2、4开动率降低到到70％左右，下降明显，但距离80%的理想繁忙率还有所差距，有待进一步改善。

四、实验小结

通过本次试验，我对多品种少批量生产流水线的模型建立有了初步掌握，对于流水线出现的问题也学会分析，通过对流水进行初步改善，仍然发现机器繁忙率离理想值还有一些差距，需要进行进一步改善，总体而言，试验非常成功！