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1、flexsim学习资料实验 1 多产品单阶段制造系统仿真与分析1系统描述现在，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？ 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

2、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：803 概念模型4 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、3Processor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5 模型运行图 运行中的模型6 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？实验 2 设计步骤建立 Flexsi

3、m 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 6-1 Flexsim 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 、 3Processor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

4、 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 Q

5、ueue 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

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

7、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

8、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 13 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 6-9 Source 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

9、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

10、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“Set Itemtype and Color”选项。图6-12 Exit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

11、：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 6-14 Queue 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Send To Port下拉菜单，选中“By Itemtype (direct) 选项。图6-15 Send To Port

12、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“By Itemtype (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6-16 Processor实体的参数视窗在“Process Time”下拉菜单中，选择“Exponential Distribution”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

13、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Process Time项目下的 按

14、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“By Percentage (inputs)”选项。图6-1

15、9 Send To Port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“Set Color”选项。图 6-21 OnExit 触发器下拉菜单单击 按钮并输入 colorblack 作为流动

16、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

17、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

18、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一种寻找瓶颈的方法是查看每个 Processor 的状态统计值。如果上游的三 台机床总是处于繁忙状态，而检验台常常空闲，那么瓶颈很可能就是那三台加工 机床。反之，如果检验台总是很忙，而加工机床总是空闲，那么瓶颈可能是检验台。运行此模型至少 50000秒，再停止运行，鼠标右键单击第一台加工机床并选 择 Properties 选项，打开其属性视窗。图 6-26 右键菜单选择 Statistics 标签下

19、的 State 页，将会出现一个饼图，这张图显示了该 实体处于不同状态的时间比例。图 6-27 第一台加工机床状态统计图这张饼图说明这台机床空闲的时间占总仿真时间的17. 3% ，而加工时间占 82.7。关闭这一视窗，再右键点击另外两台加工机床，分别打开它们的属性视 窗，查看的结果相类似。现在右键单击检验台 Processor，打开其属性视窗。检验台的状态饼图如图 6-28 所示。图 6-28 检验台状态统计图从图中可以看出，检验台工作的时间占总仿真时间的 98.7%。通过这些状态图，我们可以很容易的发现检验台是瓶颈所在，而非那三台加工机床。现在我们已经找出了瓶颈，接下来的问题是如何改善呢？这

20、取决于与成本收 益相关的多个因素，以及这个车间的长期规划目标。在将来，是否需要以更快的 速率加工产品呢？在这个模型中，Source 平均每 5 秒生成一个产品，而检测台 也是平均每 5 秒将一个成品送到 Sink。检验台的 5 秒平均值是由其 4 秒的检测 时间和 80/20的路径策略计算得出的。因此随着时间的推移，这个模型的总生产 能力下降。如果这个工厂想加工更多的产品，Source 必须有更高的产品到达率 （也就是说更短的到达间隔时间）。如果不对检验台进行修改，模型中就会不断 积累越来越多的待加工品，而暂存区的容量也会不断增加直到无法再加。为了解 决这个问题，我们不得不添加一个检验台，因为

21、检验台是整个系统的瓶颈所在。如果检验台处暂存区的容量很关键，那么同样需要我们添加一个检验台。当 检验台暂存区存货过高而导致过高成本时，添加一个检验台是很明智的，这样使 得暂存区的容量不会过高，而该暂存区内待检验产品的等待时间也不会过长。让我们来看看该暂存区的统计值。鼠标右键单击该检验台暂存区，选择 Properties。打开统计标签，查看常 规页，如图 6-29 所示。图 6-29 暂存区统计数据继续运行此模型，你将会注意到这些数值随着仿真运行而改变。查看平均容量和 平均逗留时间值。逗留时间指流动实体在暂存区中停留的时间。在仿真运行的前 期，暂存区的平均容量较小，但随着仿真的继续，它将高达 2

22、00或 300。如果无 法接受 200或 300的平均暂存区容量，那么就有必要增加一个检验台。实验 2 配货系统仿真与分析14.1 建立概念模型14.1.1系统描述一个小型的发货商有10 种产品运送给五个客户，每个客户有着不同的订单， 这个发货商的 10 种产品都有很大的供货量，所以，当有订单来时，即可发货。 产品是放在托盘上输送出去的。14.1.2系统数据订单到达：平均每小时产生 10 个订单，到达间隔时间服从指数分布。 产品到达：产品拣选时间服从指数分布，根据订单确定每种产品的需求数量。 产品包装：固定时间 10 秒。14.1.3概念模型14.2 建立 Flexsim 模型双击桌面上的 F

23、lexsim 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 14-1 所示。图 14-1 Flexsim 软件界面第 1 步：模型实体设计模型元素系统元素备注Textured Colored Box货物货物为同一类型，分别由 Source2-Source10 服从指数分配方式发送。Pallet托盘不同的包装使用不同的托盘，共记5 种，分 别标记为 1，2，3，4，5，由 Source1 分别 在不同的时间段放出。这里，我们用一个标 有类型值的空托盘表示来自于一个顾客的 订单。Combiner包装机根据全局表进行包装。Source原材料库产生托盘和货物

24、。Conveyor传送带运送包装好的货物。Sink成品库货物包装后的最终去处表 14-1 实体与系统元素的对应关系第 2 步：生成实体从实体库中拖出（按住鼠标左键不放，拖至正投影模型视窗即可）11个Source（每个 Source 代表一类货物）实体，Combiner 实体、Conveyor 实体、Sink 实体图 14-2 生成所需实体对象第 3 步：连接端口连接端口时，根据流程图，我们只需将 Source 与 Combiner，Combiner 与 Conveyor，Conveyor 与 Sink 之间使用 A 连接（按下 A 键不放，鼠标左键点击输 入实体不放，拖至输出实体松开鼠标左键和

25、 A 键即可。若要取消 A 连接，则按 下 Q 键不放，鼠标左键点击输入实体不放，拖至输出实体松开鼠标左键和 Q 键 即可）进行连接即可，连接时注意输入输出顺序。如图 14-3 所示：第 4 步：设置连接线 端口连接完成后，我们为了使视图更加好看，同时也为了利于以后的建模， 因此我们考虑将这些连接线设为不可见。单击建模视窗左侧的菜单弹出按钮 ， 可以看到如图 14-4 的弹出菜单：图 14-4 设置连接线属性视图单击 Show Connections 选项前的方框，除去其前的，可以看到模型视窗中 的连接线都不见了。注意，这只是视觉效果，而实际上我们刚才所作的连接没有 被消除，也就是说，各实体间

26、的逻辑连接还是存在的。如图 14-5 所示：图 14-5 隐藏实体间的连接线图 14-6 隐藏实体的名称属性等标签第 5 步：定义Source在模型中，共有 11 个 Source 实体，第一个 Source 定义为产生托盘，其余 10 个 Source 产生待包装的十种货物。托盘的到达时间固定的，每 3600个单位时间产生 10个托盘。我们双击对应 于托盘那个 Source1 实体，打开其参数视窗。改变其 Arrival Style 的默认选项 “Inter-Arrival Time”，选择“Arrival Schedule”,并将“FlowItem Class”选项的 下拉列表中选择“Pa

27、llet”，将“Number of Arrivals”数值改为 5，点击“Refresh Arrival”按钮刷新列表，修改列表中的数值，如图 14-7 所示：图 14-7 定义 Source 的 Arrival Schedule 表 对于产生货物的 Source2-Source10 实体，我们采用默认设置。第 6 步：定义全局表下面我们定义一个全局表。首先，点击工具栏中的“ToolBox”按钮，打开 “Global Modeling Tools”视图，在“Global Tables”一项中点击“Add”按钮， 系统为我们添加了一个名为“GlobalTable1”的全局表，如图 14-8 所示

28、：图 14-8 加入一个名为 GlobalTable1 的全局表GlobalTable1”就是我们要编辑的全局表。我们单击“Edit”按钮，打开“GlobalTable Parameters Window”视图，如图 14-9 所示：图 14-9 打开全局表的参数窗口因为我们要建立一个10 行5 列的全局表，所以我们将“Rows”选项改为 10， 将“Columns”选项改为 5，并将“Name”改为“Orders”，点击“Apply”更新 表格，并添加数据如图 14-10 所示：图 14-10 编辑全局表编辑的过程中，我们可以随时点击 Apply按钮来保存我们的编辑结果，防止发生意外而进行重

29、复劳动。编辑完成后，点击 OK按钮保存并关闭视图第 7 步：定义Combiner下面我们来设置 Combiner 实体。我们双击Combiner实体，打开它的参数视图，如图14-11所示：图 14-11 打开 Combiner 的参数窗口然后我们点击名为“ProsserorTriggers” 标签，如图 14-12 所示：图 14-12 ProsserorTriggers 标签视图我们在“OnEntry”选项的下拉列表框中选择“Update Component List”一项，如图 14-13 所示：图 14-13 选择 OnEntry 触发的功能函数点击 OK确定设置即可。对于 Convey

30、or 与 Sink 实体我们采用默认设置。14.3模型运行第 8 步：设置Experimenter我们模型的运行共分4个阶段，每个阶段3600个单位时间，连续进行，共记14400单位时间。模型的运行总时间长度在Experimenter中设置。单击界面右下方的 按钮，打开 Experimenter 窗口，将 Simulation End Time 改为 14400 。这里，我们只运行一次仿真，因此将仿真次数改为1。如图14-14所示：图 14-14 设置 Experiment 窗口单击确定关闭窗口。第 9 步：编译、重置、运行模型单击 按钮，对模型进行编译。编译完成后，单击 按钮， 重置模型。最后单击 按钮，开始仿真。我们看到在不同的阶段，托盘包装的货物个数是不同的，Combiner 根据全 局表来设定托盘包装的货物的个数，从不同的 Source 中获取不同数量的货物。 如图 14-15 所示：图 14-15 模型的运行当仿真运行到 14400单位时间的时候，自动停止。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。下面您就可以根据以前学习的内容来分 析数据了。实验 2 配货系统仿真与分析1系统描述一个小型的发货商有 10 种产品运送给五个客户，每个客户有着不同的订单，这个发货 商的 10 种产品都有很大