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1、第十二章 设施规划与物流分析的计算机仿真,12.1工厂物流设施规划及仿真软件VisFactory 12.1.1工厂物流设施智能建模软件FactoryCAD 1FactoryCAD的作用 FactoryCAD是一种面向工业工程,规划工厂的建模软件。FactoryCAD使用户把时间用在设计工厂上而不是去制图。通过提供真实的场景演示，包括生产设备、零部件和设备操作员，3D工厂模型能减少设计和实施过程中问题的出现。,2模型库 FactoryCAD有各种类型的设备模型，这就不必用很长时间去制图，只用几秒钟时间调用即可,3FactotyCAD的分析功能 (1)零件架和地面工具包 (2)地面使用率报告 (3
2、)设备投资评估 (4)仿真数据转换,12.1.2 生产物流路径分析软件FactoryFLOW 1 FactoryFLOW的作用。 FactoryFLOW是在物流方面分析，比较，改进布置方案的模块。它将设备图，生产物流路径及物质管理数据集成，从而生成有关流程，拥塞和安全的图表。,2FactoryFLOW的功能。 (1)从装配树中能访问物体取放设备信息 新的FactoryFLOW数据库能更好地管理工程数据。能移植FactoryFLOW数据文件：产品、零件、物体处理、小组、群和物体取放路径， (2)在工厂模型中直接自动地生成物流图表。 图12-3中的菜单用以便引导用户正确地输入信息。一旦用户定义了物
3、料搬运的类型，参数就被确定。上述信息输入后，下一步根据零件工艺路线信息，就可决定物流路径和定义工作地中心点。物流路径可被定义为实际的、矩形或点到点的。,图12-3 FactoryFLOW 中输入物料搬运信息的菜单,物流路径用不同的颜色标记。物流路径的颜色深度代表路径的数量或取放物体的成本。,(3) 指定实际物流路径的参数 用箭头指定末端，中间或物流路径片段能估算丁厂中交通流量比较大的地方。颜色代表处理物体交通量的大小。产生拥塞的路径描述了发生在走廊和输送机上的路径数目。,(4)查询物流路径信息。 点击路径即可显示物体处理数据。可集中活动点成一组点。把机器当作一个整体来评估物流。通过比较物流的数
4、据和图表信息FactoryFLOW能从多种方案中很快地评估。 (5)工厂布局设计 FactoryFLOW结合AutoCAD布局和路径数据库建立物流图表。点到点流程图的产生是由FactoryFLOW根据AutoCAD中的最初的布局图形成的。新的点到点流程图的形成减少了材料的路径搜索而更注重物流的路径。,(6)FactoryFLOW的高级功能 除上述基本功能外，FactoryFLOW还提供若干高级功能，使设施设计人员能方便地工作。 例如“聚类”功能，为了用图表明并报告由许多机器设备组成的单元或部门之间的物料流动，可以将许多机器设备快速聚集在一个聚类或单元内。 另一令人感兴趣的FactoryFLOW
5、的功能是对过道堵塞的分析能力。这一功能使之能容易地预测过道的交通，从而做出一个更好的设计，做到工厂有一个连贯的物流，并能减少浪费的时间和危险的交叉堵塞。,12.1.3 工厂布局设计分析软件 （1）FactoryPLAN的功能 FactoryPLAN是设计和分析布置的另一个FactoryProgram模块。与FactoryFLOW相反，这是基于两单位的作业应当彼此靠近到满意的程度，由作业单位之间接近等级所决定的，这种关系由物流强度或非物流强度，或两者总和所决定。能自动生成不同粗细和颜色作为代码的关系线，,利用FactorvPLAN编辑器，输人作业单位关系和物流强度的数据。,另一种方法是数据直接由
6、FactorvFL0W或Excel输入。作业单位关系和物流，可以用FactoryPLAN的矩阵乘法器和关系权重、将其合并考虑 。,根据关系权重，物流强度或将两者合在一起，就能自动生成关系图，,（2）FactoryOPT的功能。FactoryPLAN 中的FactoryOPT 能自动的根据输入的特征，生成一些布局选项。 FactoryOPT 可提高设计质量，给出最佳的设计方案 。,1）FactoryOPT 根据物流的工作区域和其它的重要信息，使用一定的运算法则能快速地优化设计，得到最佳的布局方案。 2）能自动产生关系图表并对布局设计进行评估。 3）能快速容易地生成色彩图层和关系信息图表，提供分析
7、的能力而不只是简单的数据收集。,12.2工业系统建模与设施规划仿真平台 Witness是英国Lanner集团集数十年系统仿真经验开发出的面向工业系统、商业系统流程的动态系统建模于仿真软件平台。是世界上在该领域上的主流仿真软件。无论在制造业或服务业，都可以使用该仿真平台建立自己流程的仿真模型，仿真模型是工厂或流程的真实表示，基于此平台的仿真试验可以较准确的进行工厂或流程的行为预测。,12.2.1 Witness 仿真步骤 创建元素一般要经过三个步骤，首先定义元素，然后显示该元素，最后是详细配置元素的相应属性。用相应的规则将不同的元素连接起来，就得到仿真模型。通过使用“活动”（action）可以定
8、义复杂的逻辑关系。 定义一个元素可以在布局窗口单击鼠标右键，在快捷菜单中选“define”，系统弹出元素定义窗体，选择所定义元素的类型，并输入其名称后确认即可。,图 12-12 元素定义窗口,图 12-13 显示属性定义窗口,单击元素定义窗口里的“display”按钮，弹出Display 窗口，如图：12-13。可以配置元素的图标等一系列属性，在布局窗口适当位置单击鼠标左键，即将定义的元素放置于布局窗体内。当然也可以在设计元素窗口选择已定义好的元素，放置于布局窗口。,图12-14 详细属性定义窗口,定义好系统需要的元素后，在布局窗口双击该元素，弹出属性窗口，如图12-14，可以配置其详细的属性
9、。通过定义系统元素的相应属性包括系统的输入输出规则，将不同的元素连接起来。就完成了仿真模型的建立。,12.2.2 Witness 提供的元素 零部件（Part） 零部件是一种最基本的离散型元素，它可以代表在其它离散型元素间移动的任何事物。如产品、电话交流中一个的请求、微型电子元件、医院中的病人、机场上的行李等等。 零部件进入模型主要有两种方式。第一种方式是被动式的，只要有需要，零部件可以无限量进入模型。第二种方式是主动式的，零部件可以按一定的时间间隔进入模型。,机器（Machine） 机器是获取、处理零部件并将其送往目的地的离散型元素。不同的机器代表不同类型的处理过程。Witness 提供了七
10、类机器来建立不同类型处理过程的模型： （1）单处理机（single） （2）批量机器 (batch) （3）装配机器 (assembly) （4）生产型机器 (production) （5）通用型机器（general） （6）多周期处理机器（multiple cycle） （7）多工作站机器（multiplestation）,输送链（Conveyor） 输送链是一种可以实现带传送和滚轴传送的离散型元素。如机场里运送行李的传送带，将卡车车体沿生产线移动的传送装置等都可以称为输送链。 Witness 提供了两种输送链： （1）固定式（Fixed）。这是一种保持部件间距不变的输送链。假如该输送链停了
11、，它上面的部件间的距离仍保持不变。 （2）队列式（Queuing）。这种输送链允许部件的累积,缓冲区（Buffer） 缓冲区是存放部件的离散型元素。 例如存放即将焊接的电路板，位于加工区的盛放产品部件的漏斗形容器等物体都称为缓冲区。 缓冲区是一种被动型元素，既不能像机器元素一样主动获取部件，也不能主动将自身存放的部件运送给其他元素；它的部件存取依靠系统中其他元素主动的推或拉。,车辆（Vehicle） 车辆是一种离散型元素，可以将一个或多个部件从一个地点运载到另一个地点（例如，卡车，起重机，铲车），车辆沿着轨道（track）运动。 轨道（Track） 轨道是表示车辆运输部件时所行走的路径。也用来
12、定义车辆装载，卸载或停靠的地点。车辆所走的路径是由一系列轨道组成的。每条轨道都是单向的； 劳动者（Labor） 劳动者是代表资源（例如，工具或操作工人）的离散型元素，它一般负责对其它元素进行处理、装配、修理或清洁。如操作机器的工人、一个通用固定装置都可用劳动者来表示。可以对各种类型的劳动者设置不同的班次。,路径（Path） 路径元素用来表征部件和劳动者从一个元素到达另一个元素的移动路线。在模型中用来代表现实系统中行程的长度和实际路线。路径对于提高模型的精确性是特别有用的。比如在一个制造单元里，操作者要控制数台机器的操作，在各台机器之间的走动时间是完成整个任务总时间的重要组成部分。可以用路径表示
13、移动消耗的时间。,12.2.3 Witness 程序设计基础 （1）变量 Witness 提供了四种类型的变量，用来进行数据处理。它们是整型、实型、名称型、字符串型。整型变量（integer）用来存储不包含小数点部分的数字。实型变量（real）可以存储由数字（09）、小数点和正负号组成的数据。名称型变量（name）用来存储Witness 仿真系统中元素的名称。字符串型变量（string）用来存储字符串类型的数据。,（2）运算符号 连接两个字符串用“+”，如VarString=”how”+” are you”，则VarString的值为how are you. 乘方用“*.”，如 VarInte
14、ger=8*2，则VarInteger的值为64。 将整数转换为英文字母用“&”，如VarString=&1，则VarString的值为A。 将数值型数据转换为字符型数据用“”，例如：DESC=“P”+VAR1（此时数值型变量VAR1=56），则DESC=P56。,（3）分支结构 IF ELSE ENDIF,IF (water_level = 0) AND (water_level 5) AND (water_level = 10) PRINT “The level in the water tank is normal“ ELSE PRINT “The level in the water
15、tank is high“ ENDIF,（4）循环结构 FOR循环变量=循环变量初值TO循环变量终值 命令行序列 NEXT NUMBER_FOUND = 0 FOR BUFFER_INDEX = 1 to NPARTS(STORE(1) IF STORE(1) at BUFFER_INDEX:color=red NUMBER_FOUND = NUMBER_FOUND + 1 ENDIF NEXT,“While”型循环 基本语法如下： WHILE ENDWHILE 示例如下： WHILE NPARTS(STOCK) 90 PRINT “Warning! The STOCK buffer is n
16、early full.“ ENDWHILE,12.2.4 Witness 仿真建模过程 （1）模型概述 在模型中，零部件（widget）要经过称重（weigh）、冲洗（wash）、加工（produce）和检测（inspect）四个工序的操作。执行完每一步操作后零部件通过充当运输器和缓存器的输送链传送至下一步操作；经过检测以后零部件脱离模型；同时需要一个操作人员控制加工机器的各种加工活动。,（2）构建第一阶段 （Stage1.mod）模型 定义元素 元素详细设计（Detailing an element）,建立元素之间的逻辑规则 机器规则设计。 点击选中Weigh 图标，然后单击element 工具栏中的visual input rule 图标，出现input rule for weigh 对话框，如图12-17 所示； 在文本框中输入“PULL Widget out of WORLD”，定义了机器Weigh 加工完成一个Widget 之后，从本系统模型的外部WORLD 处拉进一个Widget 进行加工。此时也可以用鼠标在Layout窗口
