生产管理系统仿真课程设计报告.docx

1、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 12.1 分析系统的实体、事件、状态 12.2 系统终止运行条件 12.3 系统绩效指标 12.4 系统流程图形化描述 2三、WITNESS 建模过程 23.1 系统的 WITNESS 模型界面 23.2 建模元素说明 23.3 建模元素的定义 33.4 建模元素的细节设置 43.4.1 Part元素 eproduct 的细节设计 43.4.2

2、 Machine元素commonlabor的细节设计 53.4.3 Machine元素experts的细节设计 63.4.4 Conveyor元素ok_to_customer的细节设计 73.4.5 Buffer元素的细节设计 83.5 建模元素可视化设置 83.5.1 Part元素的可视化设计 83.5.2 Machine元素的可视化设计 93.5.3 工作台的绘制 10四、系统仿真实验结果统计与分析 114.1 统计数据 114.2 系统分析及优化建议 124.2.1 顾客满意度分析 124.2.2 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

3、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

4、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

5、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eproductPart1模拟需要维修的电器burrers001Buffer1模拟普工前的队列burrers002Buffer1模拟高工前的队列commonla

6、borMachine1模拟1位普工expertsMachine2模拟2位高工ok_to_customerConveyor1可视化维修好的产品输出的过程ctimeAttribute:Real1存储该产品在普工处的作业时间difficultAttribute:Integer1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WITNESS 2008，建立如下模型，具体步骤为：通过设计者窗口“Designer Elements”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

7、 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Definename（输入ctime或difficult），然后分别将它们的Element Type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3.4.1 Part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

8、(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3-5 eproduct 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3-2 Part类型元素eproduct的细节设计按钮名称代码代码功能ToPUSH to Buffers001输出到普工前的队列Actions on CreateIF RANDOM (2) 0.7 difficult = 1 ctime = UNIFORM (8,18,4)ELSE difficult = 2 ctime = UNIFORM (3,6,5)ENDI

9、F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Actions on Create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。3.4.2 Machine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，

10、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3-6 commonlabor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3-3 Machine 类型元素commonlabor的细节设计按钮名称代码代码功能From PULL from Buffers001从普工前面队列中获取电器Actions on Finish IF difficult = 1 PEN = 1ELSE PEN = 3ENDIF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 I

11、F difficult = 1 PUSH to ok_to_customer at RearELSE PUSH to Buffers002ENDIF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。 3.4.3 Machine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3-7 experts元素细节设计界面上述界面中按钮

12、中的代码及其含义说明如表3-4所示：表3-4 Machine类型元素experts的细节设计按钮名称代码代码功能From PULL from Buffers002从高工前面队列中获取电器Actions on 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 PUSH to ok_to_customer at Rear维修好的产品送到输送链上3.4.4 Conveyor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

13、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3-8 ok_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3-5 Conveyor元素ok_to_customer的细节设计按钮名称代码代码功能Actions on Join IF TOTALIN (ELEMENT) = 100 STOPENDIF当 进 入 该 输 送 链 的eproduct 数量达到 100 时，停止模型的运行To PUSH to SHIP产品最后排出系统注：elem

14、ent 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。3.4.5 Buffer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。3.5.1 Part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 Designer Element 窗口中 Part 元素的默认可视化效

15、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 Display Part-eproduct 工具条，如图3-9；图3-9 Display Part-eproduct工具条3、在 Display Part-eproduct工具条中将显示Update

16、，Name-Simulation Layer；4、在工具条中点击如图3-9中红圈所示的按钮，将弹出 Display Style-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3-10 Display Style-eproduct对话框3.5.2 Machine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，

17、这时将弹出“快捷菜单”；2、 单击Display选项，则弹出Display Machine-commonlabor工具条，如图3-11所示；图3-11 Display Machine-commonlabor工具条3、 单击如图3-11中画圈处图标，这时弹出Display Icon-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3-12 Display Icon-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

18、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Display Machine-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Display Machine-commonlabor工具条3、 单击图3-13中画圈的铅笔状的按钮，则弹出Display Line-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3-14 Display Line-comm

19、onlabor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

20、-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 84.91 min。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 5.67 min；（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99.97 min。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

21、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99.97 min，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

22、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

23、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。

24、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GroupingUnlocked”解锁即可。另外，如果在图标上“单击鼠标右键GroupingIndividual Lock”即可还原为默认设置，如果在图标上“单击鼠标右键GroupingElement Lock”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。