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1、多工件多工序生产车间建模与仿真 课程名称：生产系统仿真实验 所属院系：管理学院 工业工程系 设计环境：Witness1设计目的 1. 掌握用WITNESS仿真软件建立车间模型的方法； 2. 熟悉Witness系统建模元素Route等的用法； 3. 了解多产品多工序加工系统建模与仿真优化方法； 4. 掌握模型输入参数修改，以及仿真结果的分析方法； 5. 了解典型的生产车间的运作模式和评价指标； 6. 了解影响生产车间效率的主要因素，并通过相应措施来提高车间生产效率。 2设计任务 有一个制造车间由5组机器组，加工三种产品。每种产品分别要求完成4，3和5道工 序，而每道工序必须在指定的机器组上，按照
2、事先规定好的工艺顺序进行。 第1，2，3，4，5 组机器分别有3，2，4，3，1 台相同的机器，三种产品原料到达车 间的间隔时间分别服从均值为45，30，65 分钟的指数型随机变量。各个工序的参数指标如 下表所示： 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 对应工序平均服务时间（分钟） 1 3，1，2，5 30，36，51，30 2 4，1，3 60，50，45 3 2，5，1，4，3 70，15，42，50，60 如果一项作业在特定时间到达车间，发现该组机器全都忙着，该作业就在该组机器处 排入一个FIFO规则的队列，如果前一天没有完成的任务，第二天继续加工。在特定机器上
3、 完成一个工序的时间是一种按二阶爱尔朗分布的随机变量，它的平均值取决于作业的类别 以及机器的组别。每种作业的每道工序的平均服务时间如表1所示。 假定在保持车间逐日连续工作的条件下，来仿真365个8小时工作日的工作，计算每种产 品在队列中的平均总等待时间和作业总平均等待时间，以及每组机器队队列中的平均作业 数、平均利用率以及平均等待时间，并尝试进行改善。3 设计步骤 3.1 元素定义 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 Machine1 Machine 3 机器组1 Machine2 Machine 2 机
4、器组2 Machine3 Machine 4 机器组3 Machine4 Machine 3 机器组4 Machine5 Machine 1 机器组5 Buffer1 Buffer 1 机器组1的输入缓冲区 Buffer2 Buffer 1 机器组2的输入缓冲区 Buffer3 Buffer 1 机器组3的输入缓冲区 Buffer4 Buffer 1 机器组4的输入缓冲区 Buffer5 Buffer 1 机器组5的输入缓冲区 3.2 元素显示display 的设置可视化元素： 对part、buffer、machine、分别进行可视化。在display中设置他们的Name、Icon、 状态图标
5、Icon、Part Queue。 图1 各个实体元素的显示特征3.3 各个元素细节（detail）设计 对part 元素A、B、C的详细定义： 属性定义： 表3 产品的general 页细节设计 产品名称 Arrivals type Inter-arrival to A Active NEGEXP(45,11) Push to route B Active NEGEXP(30,11) Push to route C Active NEGEXP(65,11) Push to route 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，按表4
6、内容分别进行设计，如图2所示。 表4 产品加工路径ROUTE 页细节设计 A B C Stage Destination R_cycle Stage Destination R_cycle Stage Destination R_cycle 1 BUFFER3 30 1 BUFFER4 60 1 BUFFER2 70 2 BUFFER1 36 2 BUFFER1 50 2 BUFFER5 15 3 BUFFER2 51 3 BUFFER3 45 3 BUFFER1 42 4 BUFFER5 30 4 Ship 0 4 BUFFER4 50 5 Ship 0 5 BUFFER3 60 6 Shi
7、p 0 图2 各产品Route设计对MACHINE 元素的详细定义如下图： 图3 MECHINE1的Details的定义ELEMENT NAME: MACHINE1 Element Type: Machine Quantity:3 Priority:Lowest Type:Single Cycle Time:ERLANG (R_CYCLE,1,1) Input / Output Rules Input:PULL from Buffer1 Output:PUSH to ROUTE MECHINE2、MENCHINE3、MENCHINE4、MENCHINE5与MECHINE1的Details一致。
8、 3.4 工艺流程图的显示 图4 process view：Global（1） 模型建立如下： 初始： 运行后：3.5 模型运行和数据分析具体可以参考计模型运行后的统计数据，模型仿真时钟取系统默认的1:1，运行 365860175200时间单位，使用系统提供的各元素的Statistics工具，有如下图表。 图5 产品统计信息 图6 机器组统计信息 图7 缓冲区统计信息 3.6 改善 从图6和图7中分析找到MACHINE3的闲置率相对于其他的机组比较高，是的BUFFER3 的IN和OUT的数量一样，没有起到储存的作用，所以把MACHINE3的机组改为三台。 再运行175200时间单位，改善后的运
9、行统计报表如下： 图8 产品统计信息图9 机器组统计信息 图10 缓冲区统计信息 由以上可以看出把MACHINE3改为三台之后MACHINE3的闲置率降低了，其他的机组闲置率有 所改善，但是A、B、C的产量几乎不变，没有影响产率，所以应用改善后的。 改进前：产量A=3567、B=5602、C=2452， 改进后：产量A=3567、B=5612、C=255， 3.7 改变各Buffer的容量 把前面各个Buffer的默认的容量从1000改为100和10之后，产量逐渐降低，机组的堵塞 率急剧上升，改为10之后，堵塞率都到了90%以上。虽然BUFFER得容量应用到了极限，但是 有很严重的堵塞，实质没有有效地应用BUFFER。 4 分析提高多工件多工序生产车间生产效率的可能方法。根据不同环境不同需要工件多工序生产车间生产效率的提高多少不同的方法，再 次几个我个人认为的方法：尽量避免疲劳作业，提高工作质量；工序协调流畅，减少 每件工件的工作时间；注意改善工人的工作积极性，使他们积极主动的工作。
