汽车生产线物流仿真研究.docx
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汽车生产线物流仿真研究
毕业设计（论文）报告
汽车生产线物流仿真研究
交通学院院（系）交通运输专业
学号21202103
学生姓名王玥
指导老师张永老师
起讫日期2006年3月——2006年6月
设计地点东南大学交通学院
摘要
随着汽车需求量和生产量的持续增长，汽车产业已成为我国的重要支柱产业。
汽车生产物流的运作效率的提高可大大提高汽车生产线的效率，减少不必要的浪费，提高汽车生产企业的生产效率。
仿真技术可提高决策者的工作效率，并能对系统不确定的因素进行有效分析。
在汽车生产中运用仿真技术，有助于进行系统分析，解决生产过程中的随机因素的影响。
因此，应用仿真技术研究汽车生产物流系统的优化具有重要的现实和理论意义。
文章首先介绍了汽车生产物流理论以及仿真的基础知识，分析了使用仿真技术在汽车生产线中运用的重要意义，并提出利用Arena仿真软件建立相关模型，来进行汽车生产线的仿真。
随后进行了汽车生产线流程分析，并重点对涂装环节的基本流程及设计原则进行了进一步阐述。
在进行生产线物流仿真系统设计时，文章先设定了仿真的目标，对仿真案例进行假设，然后利用Arena仿真软件进行具体模型的设计与建立。
在建好模型后，对不同的方案及不同的参数进行运行，根据运行结果进行分析，比较了不同方案以及同种方案不同参数情况下的关系。
关键词：
汽车生产线；物流；仿真；涂装；Arena
Abstract
Bythegrowthalongwiththedemandquantityandtheproductivityofautomobile,thisindustryhasbecometheimportantpillarindustryofourcountry.Theenhancementoftheoperationefficiencyofautomobileproductlogisticsmaygreatlyenhancetheefficiencyoftheautomobileproductionline,reducesthenonessentialwaste,enhancestheproductionefficiencyoftheautomobileproductionenterprise.Thesimulationtechnologymayenhancepolicy-maker'sworkingefficiency,andcancarryontheeffectiveanalysistothesystemindefinitefactor.Usingsimulationtechnologyinautomobileproductionishelpfultocarriesonthesystemanalysis,inthesolutionproductionprocessstochasticfactorinfluence.Therefore,usingsimulationengineeringtooptimizethesystemofautomobileproductlogisticshastheimportantrealityandthetheorysignificance.
Thisarticlefirstintroducedthethingflowsthelogisticstheoryaswellasthesystemsimulationelementaryknowledge,analyzedtheutilizationvitalsignificancebyusingsimulationtechnologyintheautomobileproductionline,andproposedusingtheArenasimulationsoftwareestablishmentcorrelationmodel,inordertocarryontheautomobileproductionlinethesimulation.Afterwardshascarriedontheautomobileproductionlineflowanalysis,andfurtherelaboratedthebasicflowandtheprincipleofdesignaboutpaint.Whencarriesontheproductionlineflowsthesimulationsystemdesign,thisarticlehasfirstestablishedthesimulationgoal,carriesonthesuppositiontothesimulationcase,thendothedesignandtheestablishmentcarriesontheconcretemodelbyusingArenasimulationsoftware.Afterconstructsthemodel,carriesonthemovementtothedifferentplanandthedifferentparameter,accordingtomovestheresulttocarryontheanalysis,comparedwithdifferentplanaswellasinhomogeneousplandifferentparametersituationrelations.
Keyword:
Automobileproductionline;Logistics,Simulation;Painting;Arena
目录
摘要I
AbstractII
目录i
第一章绪论1
1.1选题背景1
1.2研究意义和目的1
1.3国内外研究现状2
1.3.1国外研究现状2
1.3.2国内研究现状2
1.3.3文献分析4
1.4研究问题界定4
1.5技术路线5
1.6论文结构5
第二章理论基础6
2.1汽车生产物流理论6
2.2仿真理论7
2.2.1仿真的定义7
2.2.2仿真的作用7
2.2.3仿真的一般步骤8
2.3物流仿真语言9
2.3.1仿真语言简介9
2.3.1Arena仿真软件介绍9
2.4仿真在汽车生产线中的应用12
2.5本章小结13
第三章汽车生产线流程分析14
3.1流水线生产组织14
3.1.1流水生产的作用14
3.1.2流水生产的特征14
3.1.3流水生产的分类14
3.2汽车生产线流程介绍15
3.3涂装流程分析17
3.3.1基本流程17
3.3.2设计原则17
3.4本章小结18
第四章汽车生产线物流仿真设计19
4.1汽车生产线物流仿真目标19
4.1.1仿真在生产物流中的应用19
4.1.2具体仿真目标20
4.2汽车生产线物流仿真案例与假设20
4.2.1生产线仿真案例20
4.2.2影响因素假设21
4.3汽车生产线物流仿真模型设计22
4.3.1仿真步骤22
4.3.2具体模型23
4.4汽车生产线物流仿真结果分析28
4.4.1不同方案的比较分析28
4.4.2相同方案的比较分析31
4.5本章小结33
第五章结论与展望34
5.1论文的主要研究成果34
5.2论文的不足和研究展望34
参考文献36
致谢38
第一章绪论
1.1选题背景
汽车产业是国家工业化水平的代表性产业，也是最典型的成熟产业和垄断竞争型产业。
其产业关联度很大，对钢铁、有色金属、橡胶、塑料、玻璃、涂料等原材料工业，铸、锻、热、焊、冲压、机加工、油漆、电镀、试验、检测等设备制造业，机械、电子、电器、化工、建材、轻工、纺织等配套产品和零部件，公路建设、能源工业、交通运输业和服务业等，都会产生巨大需求，从而推动这些产业的发展。
汽车产业的振兴能带动诸多相关产业的发展，诸多相关产业的发展又支撑着汽车产业的振兴。
中国是世界上现今为数不多的汽车潜在需求巨大的地区。
正是基于汽车产业的特性和发展潜力，国家将汽车产业确定为国民经济发展的支柱产业。
中国汽车工业经过40多年的发展，已经成为世界上公认的未来3个最大的待开发汽车市场之一。
随着经济发展水平的不断提高和轿车开始进入家庭，中国已经成为世界上增长最为迅速的市场，对全球汽车产业产生的巨大影响力。
我国汽车年产销达到100万辆历时近40年，从100万辆增至200万辆历时8年，增至300万辆仅用了2年，而突破400万辆则只用1年时间。
预计未来的10多年里，中国的汽车需求量仍将保持10％～15％的增幅向上攀升[1]。
中国已初步形成相对齐全的汽车工业生产体系。
这是中国汽车产业新发展的起点。
此外，中国发展汽车产业还有如下优势：
一是大国的市场优势；二是劳动力成本优势；三是具有较强的制造业配套能力。
标准普尔发布最新报告说，北美、西欧和日本三大汽车生产地的产量占到了全世界的四分之三，而目前中国已取代韩国和法国成为世界第四大汽车生产地。
预计在今后10到15年，中国有望成为世界重要的汽车制造基地之一[2]。
汽车生产物流就是指从仓库入口到生产线消耗点，再到成品车库的入口前的物流。
我国现阶段对于汽车物流的重点多在运输、仓储环节，很少设计生产物流。
而面对复杂的汽车生产过程，如果能提高生产物流效率，就可以大大提高汽车生产线的效率，势必会提高汽车生产企业的生产效率，增强企业竞争力，也会相应拉动我国汽车产业，对国家经济发展起到促进作用。
1.2研究意义和目的
汽车生产是一项复杂的生产活动，其工序多且繁琐，难免会有不合理或可以改善的地方。
此时如果可以对生产线进行仿真，则可以使得生产线更优化。
仿真技术的主要的优势在于与大多数技术相比，它更简单，运作起来不昂贵且更灵活。
另外，仿真技术的发展及应用依赖于计算机软硬件的飞速发展。
今天，随着计算机科学与技术的巨大发展，仿真技术的研究也不断完善。
仿真技术近年来应用越来越广，其在物流研究中的应用主要表现为以下几个方面：
●有利于解决随机因素的影响；
●仿真帮助系统优化；
●仿真对各种复杂的系统具有良好的适应性；
●符合人们的思维习惯，有助于系统分析；
在汽车生产中运用仿真技术，所建成的物流系统仿真可以大大提高生产效率，优化系统，有助于进行系统分析，解决生产过程中的随机因素的影响。
这对于复杂的汽车生产过程来说，无疑是有重大意义的。
本文就旨在运用物流仿真系统模拟汽车生产流程，具体分析涂装流程，通过不同方案、不同参数的比较，得出最优方案，以提高汽车生产线的效率。
1.3国内外研究现状
1.3.1国外研究现状
国外对于物流仿真的研究相对发展的比较早，此类研究也进行得比较深入。
S.G.Lee,R.desouza,E.K.Ong（1996）[3]运用Arena软件对于自动库存补货系统进行了仿真，以使得在巷道狭窄的仓库可以尽量减少搬运工具，提高物流效率。
HenkdeSwaanArons,CsabaAttilaBoer（2001）[4]运用离散事件仿真模型，将模型存入特定数据库中，在Arena模拟软件中研究了库存补货战略。
A.Anglani,A.Grieco,M.Pacella,T.Tolio（2002）[5]对于柔性制造系统进行分析与建模，也是在Arena软件的环境中进行仿真的。
DanX.Houstonetc.（2001）[6]；YoungJunSon,AlbertT.Jones,RichardA.Wysk（2003）[7]也进行了相关的仿真建模研究。
1.3.2国内研究现状
我国的物流研究起步晚、发展快，不少大学相继成立了物流研究中心。
关于物流仿真有以下研究：
1.基于Petri网的仿真研究
昆明理工大学的詹跃东、骆瑛基于Petri网理论对烟草行业的卷接包车间的AGVS进行了分析，并对该系统构造了一Petri网模型，并进行了仿真研究[8]。
华中科技大学的刘巍、王明哲基于Petri网/JavaBean的分层有色Petri网（HCPN）物流系统建模，通过建立递阶层次、对象，子网和整个HCPN等模型，将其接入主Petri网（PN），用颜色描述Petri网中流动的令牌。
以汽车总装为例，将物流过程分解成若干子网和HCPN模型，并以HCPN仿真模型为核心，定义通用接口、建立与PN相应的模型组件[9]。
南京林业大学的张颖利、邵明习采用Petri网建立了某微型汽车厂总装车间的生产物流模型，并用VisualBasic语言对其生产线进行仿真[10]。
安徽工业大学的李明河、鲁蔚锋提出了一种基于Petri网的生产车间物料运输系统Petri网模型，可以将该系统的物理过程通过网系统形象地表示出来，并反映出系统的动态特性。
同时用ARENA仿真软件对该系统进行了模型仿真研究[11]。
还有学者运用其它算法对物流仿真进行了分析研究，如王英凯,安晓东（2005）[12]进行了基于遗传算法的物流建模与仿真分析。
他们在对传统算法讨论的基础上提出了一种基于遗传算法的物流配送最佳路径选择建模方法，并应用实例进行了仿真分析。
2.面向对象仿真方法
山东工业大学的张丹羽等基于面向对象方法学，采用窗口界面技术，提出了一种面向对象和基于图形的建模仿真环境的技术方案，面向对象技术解决了FMS（柔性制造系统）中的模型复杂性高和可重用性差的问题，为进一步开发物流实时离线（或在线）调度仿真软件提供了一个很好的环境[13]。
北方交通大学的唐孝飞基于面向对象的思想和系统理论概念，提出面向对象的第三方物流配送仿真系统，通过描述配送系统各组成对象之间的关系，仿真研究了各种配送控制功能及其参数[14]。
3.其他物流仿真系统：
清华大学的董建华,肖田元,樊树海,羌磊（2003）针对汽车大规模定制生产的实施策略提出汽车总装生产线满足大规模定制的三个关键问题：
提高动态响应能力、缩短交货期、降低成本。
针对这三个问题讨论了汽车总装生产线规划中的相应对策，根据汽车总装线规划的要求提出并建立了一个相应的规划仿真环境，并在该环境中进行了一个仿真实例[15]。
郑顺水（2004）基于生产线仿真与优化技术，建立了应用对象、类库、仿真模型，进行了物流和生产调度仿真，对瓶颈设备与故障进行了分析及生产线能力评估，为生产线规划与生产调度计划的制定提供了可靠的科学依据[16]。
湖南大学的刘靓,黄立葵（2004）针对物流仿真系统体系结构的难题,建立物流系统仿真研究的基本步骤,创建供应链运营参考模型，包括基本的供应链过程要素、过程性能评价指标和供应链对象模型[17]。
王煜，蔡临宁，岳秀江（2004）比较了应用解析方法和仿真方法研究物流系统的特点及其优缺点，然后从点和面两个层次分析了应用仿真方法研究物流系统的研究现状，指出物流系统仿真研究的优势和趋势，通过仿真实验研究一定系统优化目标下一些系统参数和运作策略的优化设置，作为决策分析依据[18]。
周立新,陶瑞岩,汪菲（2003）采用系统仿真的方法，针对物流项目不同的要素构成和物流需求，运用计算机工具，设计与开发了仿真程序，研究了第三方物流项目仿真程序设计与实现[19]。
华中科技大学CAD中心的郭宇,陈立平,王书亭,钟毅芳（2003）构建了一个优化与仿真分离的仿真优化框架,该框架的核心是混合优化算法模块和物流仿真模块,根据物流仿真的特点提出了一种改进的区域收缩遗传算法和增强连续型禁忌搜索算法混合的优化算法，并基于该框架开发了一个仿真优化软件系统[20]。
上海海运学院杨静蕾和丁以中（2003）以上海港外高桥集装箱码头为例，通过构建一个包括锚地、泊位堆场、桥吊、龙门吊和集卡的动态多级排队网络模型，较为全面地描述了集装箱码头装卸系统的运行指标和最优化设备配置。
阐述了动态多级排队网络模型的构成和特点，说明了仿真程序中的事件、事件之间的逻辑关系以及程序的检验和模型输入输出参数，最后通过对系统输出指标的分析得出了外高桥集装箱码头的最优机械配比和最优的桥吊台数[21]。
1.3.3文献分析
从文献的综述看，国内由于受物流实践和研究水平的制约，对于物流仿真的研究只处于起步阶段，还不够完善，对于汽车生产线的物流仿真更是涉及甚少。
关于汽车生产线流程分析、汽车物流分析、物流仿真应用的参考文献较少，关于仿真系统在汽车生产线中的实际运用也需要进一步的研究探讨。
总的说来，关于汽车生产线物流分析存在以下不足：
1.没有详尽的汽车生产线流程分析
汽车生产流程复杂，工序繁多。
了解汽车生产线的流程，是研究汽车生产线物流仿真的基础。
已有文献并没对此进行详尽的分析。
2.物流仿真的研究欠缺
仿真是一种实验方法，也是一种优化方式，旨在优化系统、解决随机性因素、提高生产效率。
关于物流仿真，在国内还是一个新兴课题，需要对此进行进一步研究。
另外，仿真技术的发展及应用依赖于计算机软硬件的飞速发展。
今天，随着计算机科学与技术的巨大发展，仿真技术的研究也不断完善。
因此，对于物流仿真的研究也是一个与时俱进的过程，不能只依赖前人的研究成果。
3.缺乏利用专业仿真软件进行的具体设计方案
本文将运用Arena仿真软件进行设计。
国内很少有运用此软件进行仿真的文献，因此对于Arena仿真软件需要在熟练操作的基础上进行建模和仿真。
仿真系统是要运用到具体问题当中的。
当仿真完成后，要选取具体案例，运用仿真系统进行比较和评价。
1.4研究问题界定
本文旨在运用仿真技术对汽车生产线进行仿真，以构成完善的汽车生产线物流仿真系统，便于改善实际生产现状，减少不合理的因素，提高总体生产效率。
具体研究问题为：
1.汽车生产线流程现状
2.如何运用仿真软件对汽车生产线（以涂装流程为例）进行物流系统仿真
3.根据仿真结果进行比较分析
1.5技术路线
本文技术路线图如下：
图1-1技术路线图
1.6论文结构
本文由五章正文、参考文献和致谢组成。
第一章是绪论，主要介绍了本文的选题背景、研究意义和目的、国内外研究现状、研究问题界定及技术路线等。
第二章是理论基础的介绍，主要就物流理论、仿真理论以及物流仿真语言作了介绍和说明，并详细介绍了本文采用的软件：
Arena仿真软件，就软件的性能以及优势作了阐述，解释了使用此软件的原因。
第三章着重进行了汽车生产线流程的分析，特别对于涂装环节的基本流程、设计原则进行了详细的介绍。
第四章将进行生产线物流仿真系统的设计，在设定目标、选取实例与假设后进行模型设计，并对结果进行比较分析。
第五章是结论与展望，主要对本文所取得的成果和不足之处进行总结。
第二章理论基础
2.1汽车生产物流理论
2003年，美国物流管理协会对物流管理的最新定义为[22]：
“物流是供应链活动的一部分，是为满足顾客需要，对商品、服务、及相关信息在产地和消费地之间高效、低成本地前向/逆向流动和储存而进行的规划、实施、控制过程。
”
“物流”这一概念在中国被普遍采用是近十多年的事，2001年4月国家正式颁布的《物流术语》中把物流概念表述为：
“物品从供应地向接受地的实体流动过程。
根据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能实施有机结合”。
将物流管理表述为“为了以最低的物流成本达到用户所满意的服务水平，对物流活动进行的计划、组织、协调与控制”[22]。
汽车物流是指以最小的总费用，按用户的需求，将汽车零部件、备件、整车从供给地向需求地转移的过程，主要包括运输、储存、包装、装卸、配送、流通加工、信息处理等相关活动[23]。
汽车物流按业务流程可分为4大部分：
供应过程中的零部件配送、运输物流；生产过程中的储存、搬运物流；整车与备件销售储存及运输物流和工业废弃物回收处理物流。
供应物流是指上游供应商向整车厂提供汽车零部件、生产材料、辅料到整车厂的仓库入口的流程。
生产物流主要发生在企业的内部，即指从仓库入口到生产线消耗点，再到成品车库的入口前的物流。
整车与备件销售物流指从成品车库、备件库入口到经销商入口之间的物流。
如图所示。
图2汽车物流的分类
我国现阶段对于汽车物流的主要重点是在运输与仓储等环节上，而对于汽车生产物流涉及较少。
其实汽车生产零配件种类繁多，生产工序复杂，生产物流的作用不容忽视。
若能较好的提高汽车生产物流效率，则能在生产过程中避免不必要的浪费，提高生产线的效率，减少生产成本，从而提高企业生产率。
本文将主要讨论汽车生产物流仿真，目的就是通过计算机仿真语言，将汽车生产线的流程进行仿真，在仿真情况下找出其存在的问题，辅以适当的改进建议，以提高其生产线效率，即提高生产物流效率。
2.2仿真理论
2.2.1仿真的定义
在生产活动中，运用仿真技术可以提高工作效率，并且可以对不确定的因素进行分析。
仿真是一种实验方法，它是运筹学和系统工程中一种重要的优化方法，基本想法是试图重现某一系统或活动的作业情况，而不必实地去建造并运转一个系统，那样会造成巨大的花费，这种方法不是去求解模型，而是在各种不同的作业条件的组合下，去运行这一模型，由模拟运行所得的结果，对所提出的方案的优缺点进行评价[24]。
仿真技术的主要的优势在于与大多数技术相比，它更简单，运作起来不昂贵且更灵活。
另外，仿真技术的发展及应用依赖于计算机软硬件的飞速发展。
今天，随着计算机科学与技术的巨大发展，仿真技术的研究也不断完善。
2.2.2仿真的作用
仿真技术近年来应用越来越广，其在物流研究中的应用主要表现为以下几个方面：
1.有利于解决随机因素的影响
仿真模型的一个特点是它是一个随机模型，系统的参数受随机因素影响所发生的变化在模型中得到充分体现。
这一点是其他方法所无法比拟的。
其他方法一般是针对一种固定的约束条件或环境求解。
而实际系统，特别是复杂的离散事件系统往往受很多随机因素的影响（物流系统就是这样的系统）。
忽略随机因素的影响，用确定性模型代替随机模型研究系统，将会使分析结果有很大的误差。
2.仿真帮助系统优化
表面上看，仿真模型的一次运行，只是对系统一次抽样的模拟。
从这点来说，系统仿真方法不是一种系统优化方法，即它不能求系统的最优解。
但是，仿真可以让人们依据对系统模型动态运行的效果，多次修改参数，反复仿真。
或者说，仿真是一种间接的系统优化方法。
现在，人们越来越认识到，对于多目标、多因素、多层次的系统（物流系统正是这样的系统）来说，并不存在绝对意义上的最优解。
优化只是相对而言的。
即使是最优化方法，其本身由于若干的假设、抽象和简化所造成的误差，已经使“最”字打了折扣。
因此，不单纯追求最优解，而寻求改善系统行为的途径和方法，应该说是更加有效的。
仿真方法正是提供了这种环境。
3.仿真对各种复杂的系统具有良好的适应性
仿真所建立的模型，完全是实际系统的映像。
即它反映系统的物理特征、几何特征，
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