生产管理系统仿真课程设计报告.docx
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生产管理系统仿真课程设计报告
生产管理系统仿真课程设计报告
家电维修部建模与仿真设计
环节名称：
生产管理系统仿真
学生专业班级：
工业工程2010127
指导教师：
学生姓名学号：
高赵碧201012723
目录
一、系统描述1
二、系统分析1
2.1分析系统的实体、事件、状态1
2.2系统终止运行条件1
2.3系统绩效指标1
2.4系统流程图形化描述2
三、WITNESS建模过程2
3.1系统的WITNESS模型界面2
3.2建模元素说明2
3.3建模元素的定义3
3.4建模元素的细节设置4
3.4.1Part元素eproduct的细节设计4
3.4.2Machine元素commonlabor的细节设计5
3.4.3Machine元素experts的细节设计6
3.4.4Conveyor元素ok_to_customer的细节设计7
3.4.5Buffer元素的细节设计8
3.5建模元素可视化设置8
3.5.1Part元素的可视化设计8
3.5.2Machine元素的可视化设计9
3.5.3工作台的绘制10
四、系统仿真实验结果统计与分析11
4.1统计数据11
4.2系统分析及优化建议12
4.2.1顾客满意度分析12
4.2.2员工满意度分析与优化13
五、体会和建议13
家电维修部建模与仿真设计报告
一、系统描述
某家电维修部有一名普通修理工和两名高级工程师。
普通修理工负责简单的维修项目，这部分业务占维修部所接维修项目的70%，剩下的30%疑难问题由高工负责解决。
根据以往的记录，其中不用高工维修的项目，普通修理工维修时间服从（8，18）min的均匀分布；需要高工维修的项目，先由普通修理工进行简单的检测，需要时间服从（3，6）min的均匀分布，然后由高工花费服从（60，68）min均匀分布的时间；顾客到达的时间间隔服从（6，16）min的均匀分布。
要求：
对100位顾客进行仿真，评价该系统的各类效率指标。
二、系统分析
2.1分析系统的实体、事件、状态
（1）系统中的临时实体：
需要维修的电器
（2）系统中的永久实体：
普工、高工、普工前的队列、高工前的队列
（3）事件：
电器到达、电器普工处理完毕、电器进入高工前的队列、电器高工处理完毕
（4）状态：
电器在普工前队列中的排队状态、电器在高工前队列中的排队状态、普工工作状态、普工空闲状态、高工工作状态、高工空闲状态
2.2系统终止运行条件
系统终止运行的条件是完成对100位顾客的服务。
2.3系统绩效指标
（1）题设要求统计的系统绩效指标
✧普工工作忙率
✧高工工作忙率
✧顾客等待时间
（2）自己添加的关于系统的重要绩效指标如下
✧顾客通过时间（从进入系统到完成维修出系统的时间间隔）
✧普工队列的最大长度
✧电器在普工队列中最长等待时间
✧高工队列的最大长度
✧电器在高工队列中的最长等待时间
2.4系统流程图形化描述
图2-1家电维修部运作流程图
三、WITNESS建模过程
3.1系统的WITNESS模型界面
该家电维修部的WITNESS仿真模型界面如图3-1所示，其中损害未维修电器为蓝色，疑难问题电器为黄色，维修好的电器为红色。
图3-1家电维修部WITNESS仿真模型界面
3.2建模元素说明
模型中涉及的建模元素名称、类型、作用见表3-1：
表3-1家电维修部建模元素表
名称
类型
数量
作用
eproduct
Part
1
模拟需要维修的电器
burrers001
Buffer
1
模拟普工前的队列
burrers002
Buffer
1
模拟高工前的队列
commonlabor
Machine
1
模拟1位普工
experts
Machine
2
模拟2位高工
ok_to_customer
Conveyor
1
可视化维修好的产品输出的过程
ctime
Attribute:
Real
1
存储该产品在普工处的作业时间
difficult
Attribute:
Integer
1
判断产品问题是1简单，还是2复杂
3.3建模元素的定义
打开WITNESS2008，建立如下模型，具体步骤为：
通过设计者窗口“DesignerElements”定义1个Part元素、2个Buffer元素、2个Machine元素和1个Conveyo元素；然后对照表1修改这些元素名称。
其中在为experts命名时，要将Machine数改为2，设计完成后的初始窗口界面如图3-2。
图3-2家电维修部WITNESS仿真初始界面
定义两个属性ctime和difficult。
即在布局窗口通过：
右键→Define→name（输入ctime或difficult），然后分别将它们的ElementType设置为Real和Integer，并点击creat创建，这两个属性的设计界面如图3-3和3-4所示：
图3-3属性元素定义界面
图3-4属性元素定义界面
3.4建模元素的细节设置
3.4.1Part元素eproduct的细节设计
对该元素细节设计需要达到的效果是：
实现eproduct以间隔时间服从均匀分布UNIFORM（6,16）分钟到达系统的buffers1，第一件eproduct在时刻0到达，eproduct到达批量为1，具体设计见图3-5.
图3-5eproduct元素细节设计界面
上述界面中按钮中的代码及其含义说明如表3-2所示：
表3-2Part类型元素eproduct的细节设计
按钮名称
代码
代码功能
To…
PUSHtoBuffers001
输出到普工前的队列
Actionson
Create…
IFRANDOM
（2）<0.7
difficult=1
ctime=UNIFORM（8,18,4）
ELSE
difficult=2
ctime=UNIFORM（3,6,5）
ENDIF
实现到达的产品中，70%为简单问题，以UNIFORM（8,18,4）对该产品在普工处的加工时间ctime赋值；30%为疑难问题，以UNIFORM（3,6,5）对该产品在普工处加工时间ctime赋值
注：
按钮ActionsonCreate中的程序在每个eproduct进入系统是都执行一次，属性元素的值将是针对当前进入系统的eproduct。
3.4.2Machine元素commonlabor的细节设计
对该元素细节设计需要达到的效果是：
该元素空闲将从Buffers001中获取正在排队的电器eproduct，然后根据所获取电器上的属性ctime决定加工时间，在到达该电器加工结束时，根据电器的属性difficult输出电器，具体设置界面如图3-6所示。
图3-6commonlabor元素细节设计界面
上述界面中按钮中的代码及其含义说明如表3-3所示：
表3-3Machine类型元素commonlabor的细节设计
按钮名称
代码
代码功能
From…
PULLfromBuffers001
从普工前面队列中获取电器
Actionson
Finish…
IFdifficult=1
PEN=1
ELSE
PEN=3
ENDIF
在普工对电器处理完成之后，在电
器离开普工之前，根据当前电器问
题的难易属性，决定电器显示的颜
色。
pen=1将显示红色；pen=3将显
示黄色。
To…
IFdifficult=1
PUSHtook_to_customeratRear
ELSE
PUSHtoBuffers002
ENDIF
普工对电器处理完毕，根据该电器
问题的难易属性，决定电器的下一
步去向：
简单问题的电器已经维修
好，将送到输送链上；疑难问题的
电器将送到高工前的队列中。
3.4.3Machine元素experts的细节设计
对该元素细节设计需要达到的效果是：
该元素空闲将从Buffers2中获取正在排队的电器eproduct，经过时间UNIFORM（60,80）后维修好该电器，电器将被送出，设置界面如图3-7。
图3-7experts元素细节设计界面
上述界面中按钮中的代码及其含义说明如表3-4所示：
表3-4Machine类型元素experts的细节设计
按钮名称
代码
代码功能
From…
PULLfromBuffers002
从高工前面队列中获取电器
Actionson
Finish…
PEN=1
维修结束，产品为完好产品，所
以颜色pen=1将显示红色。
To…
PUSHtook_to_customeratRear
维修好的产品送到输送链上
3.4.4Conveyor元素ok_to_customer的细节设计
对该元素细节设计需要达到的效果是：
eproduct在其上移动过程能够具有很好的可视性；将eproduct输出系统；最重要的一点是实现当有100个eproduct到达它时，将整个仿真模型停止，因为题设要求通过仿真统计出该维修点完成100件产品维修时，系统的绩效指标，其设计界面如图3-8所示。
图3-8ok_to_customer元素细节设计
上述界面中按钮中的代码及其含义说明如表3-5所示：
表3-5Conveyor元素ok_to_customer的细节设计
按钮名称
代码
代码功能
Actionson
Join…
IFTOTALIN（ELEMENT）=100
STOP
ENDIF
当进入该输送链的eproduct数量达到100时，停止模型的运行
To…
PUSHtoSHIP
产品最后排出系统
注：
element为系统变量，代替当前执行事件的元素名；Totalin（）函数将返回其参变量对象中获取的总的part的数量。
3.4.5Buffer元素的细节设计
将队列Buffers1和Buffers2的QueueType设计为Count，运行时直接显示数字。
方法同
3.5建模元素可视化设置
系统完成了3.4部分的细节设计，已经可以正常运行了，但是为了模型界面能够更好的表示被模拟的现实系统，需要对各个实物元素进行可视化效果设计。
3.5.1Part元素的可视化设计
在元素定义过程中，对eproduct的可视化效果采用了DesignerElement窗口中Part元素的默认可视化效果，其图标为一个红的点，在接下来的设计中将这个图标换为一个单色的电话图标，使它可以通过系统属性pen值的变化让它呈现不同的颜色，这样模型运行过程中，可以通过eproduct的显示图形来判断它当前的状态：
没经过普工处理（蓝色）、疑难问题（黄色）、修理好了（红色）。
具体过程如下：
1、右键点击当前eproduct的图标，将弹出“快捷菜单”；
2、在“快捷菜单”中选择“Display”菜单项，将弹出DisplayPart-eproduct工具条，如图3-9；
图3-9DisplayPart-eproduct工具条
3、在DisplayPart-eproduct工具条中将显示Update，Name-SimulationLayer；
4、在工具条中点击如图3-9中红圈所示的按钮，将弹出DisplayStyle-eproduct对话框，如图3-10所示。
在该对话框中设置希望的图标和该图标的颜色（红圈处可设置），并点击“Update”按钮更新即可，效果见图3-1。
图3-10DisplayStyle-eproduct对话框
3.5.2Machine元素的可视化设计
Machine元素的可视化设计主要包括两个，一是对commonlabor的可视化设计，二是对experts的可视化设计。
以commonlabor的可视化设计为例，具体步骤如下：
1、右键点击commonlabor，这时将弹出“快捷菜单”；
2、单击Display选项，则弹出DisplayMachine-commonlabor工具条，如图3-11所示；
图3-11DisplayMachine-commonlabor工具条
3、单击如图3-11中画圈处图标，这时弹出DisplayIcon-commonlabor对话框；
如图3-12所示，选择图标9，点击“Update”按钮更新，效果见图3-1。
图3-12DisplayIcon-commonlabor对话框
Machine元素experts的可视化设计内容和过程同commonlabor，只是选择图标
更新，效果同样见图3-1。
3.5.3工作台的绘制
在对Machine元素进行可视化设计时，需要绘制工作台，以commonlabor为例，具体步骤如下：
1、右键点击commonlabor，这时将弹出“快捷菜单”；
2、单击Display选项，则弹出DisplayMachine-commonlabor工具条，如图3-11所示，调整选项后如图3-13所示；
图3-13调整选项后的DisplayMachine-commonlabor工具条
3、单击图3-13中画圈的铅笔状的按钮，则弹出DisplayLine-commonlabor对话框，如图3-14，之后点击“Draw”按钮即可绘制，效果见图3-1。
图3-14DisplayLine-commonlabor对话框
此外，Machine元素中experts的工作台绘制方法同commonlabor。
四、系统仿真实验结果统计与分析
在模型元素、流程和可视化效果设定之后，进行1次仿真实验以获得需要的统计结果，并对实验结果进行分析（注：
因为模型具有随机变量，所以1次仿真实验的统计数据不能完全代表系统的运行绩效，如果希望获得系统在当前模式下的运行绩效，需要改变随机变量的随机数流，即均匀分布函数中的第三个参数，运行实验10次以上，然后将各次统计数据汇总、求平均值，以平均值作为系统的期望绩效）。
4.1统计数据
对模型相关元素的WITNESS标准统计报表中截取出有用的统计数据如图4-1,图4-2，图4-3。
图4-1仿真过程中电器的统计数据
从图4-1表中可以看出：
电器总共进入系统111件，维修好并送出系统的98件，当前在制品库存13件，平均在制品库存7.63件，单个电器通过系统的平均时间为84.91min。
图4-2仿真过程中普通修理工人的统计数据
从图4-2表中可以看出：
（1）普工前队列的最大队长为3，平均队长为0.51，电器平均等待时间为5.67min；
（2）高工前队列的最大队长为9，平均队长为3.48，电器平均等待时间为99.97min。
图4-3仿真过程中高级工程师的统计数据
从图4-3表中可以看出：
（1）普工工作忙率为88.11%，空闲为11.89%，被阻塞时间为0，总完成电器的检测和修理数量为109件；
（2）高工1工作忙率为99.49%，空闲为0.46%，被阻塞时间为0.05%，总完成电器的修理数量为17件；（3）高工2工作忙率为97.53%，空闲为2.47%，被阻塞时间为0，总完成电器的检测和修理数量为17件。
4.2系统分析及优化建议
4.2.1顾客满意度分析
顾客满意度分析主要从顾客平均等待时间和队列长度方面分析。
从图4-2中可以看出顾客平均等待时间在普工前面为5.67min，在高工前面为99.97min，从实际生活经验来看，如果维修的是一般性的家电而非工业用品，顾客对这么长的等待时间是可以接受的；此外，从图中表格还可以看出队列最大长度普工前为3件，在高工前为9件；而平均队列长度普工前为0.51件，高工前为3.48件，应该说都不算高。
因此可以说该系统的顾客满意度还是比较高的，即仅仅从顾客满意度方面考虑，该系统可以暂时不进行优化。
4.2.2员工满意度分析与优化
主要分析员工工作压力，即工作忙率。
从表3种可以看出，普工忙率为88.11%，高工忙率均超过97%，而且还可以看出，高工1有被阻塞时间，这项时间比例是由输送链的移动速度过慢造成的，而实际系统产品排出时间要比输送链快得多，即如果没有这个被阻塞时间，员工的忙率可能更高。
因此，可以得出员工的工作强度比较大，如果从员工福利方面考虑，迫切需要对系统进行优化，因为正常员工工作忙率大概在75%～80%。
而仿真结果显示忙率高达97%以上，实在让人难以接受。
假设普工工资2500元/月，高工工资4000/月，给出优化建议如下：
（1）引进新的员工，要想降低两类员工的工作压力，则需要引进两名员工（一名普工、一名高工），，很显然从经济成本上看，老板不会同意；
（2）引进1名新员工，该工人可以进行普工的工作，而且在闲暇时，还可以协助高工进行维修作业，如果有该普工的协助，高工的维修时间将比高工先前独自一人维修疑难问题电器耗时要短。
（3）购买辅助仪器设备，这些设备可以分别提高普工和高工的工作效率。
五、体会和建议
通过这次学习和尝试，我觉得只有亲身经历了，才会刻骨铭心，道听途说总免不了肤浅。
在本次课程设计过程中，我对WITNESS软件有了更加深入的了解，对该软件的相关操作也进一步熟悉。
当然了，在本次仿真建模过程中也不免遇到一些问题，起初很让人头疼，但是经过摸索和求教，最终还是解决了。
比如在Machine元素的可视化设计过程中要对起图标进行修改，默认的图标是被锁定了的。
在仿真模型运行过程中，为了更形象，更真实，我需要把小方块移到工作台上，这样电器在流动过程都会经过工作台。
而由于默认图标被锁定，在拖动小方块时，图标和向下，向右的箭头也会跟着移动。
经过摸索，我发现在图标上“单击鼠标右键→Grouping→Unlocked”解锁即可。
另外，如果在图标上“单击鼠标右键→Grouping→IndividualLock”即可还原为默认设置，如果在图标上“单击鼠标右键→Grouping→ElementLock”即可将包括名称框、图标、箭头、方框（工作台）等整体移动。
建议学校和老师多组织一些类似的实践活动。
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