离散制造型企业内部物流仿真研究.doc
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1、前 言1.1课题研究背景及意义随着世界经济全球一体化发展和科学技术的飞速发展,现代物流,被西方国家称为“第三利润源泉”,被各国所广泛重视,并获得迅速发展。与此同时,物资流通的速度和效率成为经济景气指数的又一个重要衡量指标,以高效运转、分工合理、配套服务的现代物流业成为世界各国竞相发展的新的经济增长点。众多工商企业都将其作为降低成本、提高企业效益和企业综合竞争能力的重要手段,将物流上升到企业战略高度来加以重视。物流在现代社会中的作用与地位越来越突出,已成为我国未来经济发展的强劲动力。物流分为社会物流和企业物流两大方向。社会物流研究的事物质流转的全过程,而不是从物流某一个构成环节来看物流。企业内部
2、物流可分为五个部分:供应物流、生产物流、销售物流、回收物流和废弃物流。生产物流是与企业联系最紧密的,是最不容易进行“外包”的,并且它里面蕴藏的利润是比较容易被忽视的。离散型制造以不同的物料经过非连续的移动,通过不同路径,生产出不同的物料和产品。具有产品类型多,结构复杂,工艺流程长,制造周期相对较长等特点。生产并不是一步工序就能完成的,而需要进行多道工序,在离散型制造企业中产品的加工工序又有所不同,而生产工序的不同及多道工序的限制,不同的生产工序或在同一区域,或不在同一工序,总而言之,在离散型生产过程中,随着产品的不同,产品所经过的加工路线不同,在不同时刻所在加工区域不同,所以需要小车搬运,需要
3、运到下一加工区域的产品部件应当在加工能力足够的情况下应及时送到下一加工区域,进而达到缩短整体加工时间。生产物流系统是企业物流系统的子系统, 同时也是制造系统的重要组成部分物料存储及供应是生产物流系统的核心. 物料存储的目的在于保障物料的及时供应通过建立仿真模型,利用计算机仿真软件将物流系统的运行情况记录下来,从而对系统的预测和改进提供重要的参考, 通过计算机的形象的演示, 使仿真结果更直观的表达。与应用数学分析方法求解问题相比较,仿真方法求解问题的缺点是很明显的,即它只能给出问题的特解而不能给出问题的通解。然而,能用数学分析法求解的问题的范围毕竟是有限的。用数学分析法求解问题时,要对系统加以抽
4、象和近似处理,以使模型适于用数学分析方法求解。在许多方面,理想情况下是把仿真方法的应用作为已经得到的、因过于简化的数学分析解答的一种补充。系统、模型与仿真三者之间有着十分密切的关系,系统是研究对象,模型是系统特性的描述,仿真则包含建立模型及对模型进行试验两个过程。当生产方案确定后,细节的明细十分重要,通过计算机仿真技术将所实施方案过程模拟下来,建立仿真模型,通过对细节的设定,进行仿真,并根据特定的评价标准进行评价,确立最佳方案。1.2现代生产物流技术的研究现状1.2.1物流系统仿真技术 20世纪40年代末伴随着计算机技术的发展,系统仿真逐步发展为一门新兴学科。仿真就是通过建立实际系统模型并利用
5、所建模型对实际系统进行实验研究的过程。仿真技术在诸如设备参数分析、资源排班分析、时间分析、厂内外物流分析、企业流程再造、企业生产调度等方面均有广泛应用前景。比如,对于企业生产物流系统的优化,可以通过运行仿真模型,评价不同方案的优劣并修改直至给出最优方案,可避免不合理的方案带来的资金、人力和时间的浪费。物流系统仿真技术的研究,日益受到人们的重视并做了大量的研究工作,武汉理工大学高玮借助witness仿真语言对某码头当前的生产能力和未来扩建后的生产能力做了仿真实验分析1,为生产实际提供了决策基础。武汉理工大学张新艳将虚拟现实技术引入到港口集装箱物流系统仿真研究当中,得出了基于虚拟现实的港口集装箱物
6、流系统仿真的四层逻辑支撑结构2。武汉理工大学黄国梁研究了建立散货煤码头工艺系统仿真模型的方法和步骤,开发了散货煤码头工艺系统的仿真平台,分析了散货煤码头工艺系统的堆存策略对码头作业效率的影响情况3。吉林大学金凤花利用基于离散事件的仿真机制与面向对象的消息传递机制相结合的方式来实现了装配生产线系统对象类间的消息传递和系统的动态运行4。系统仿真在生产物流中的应用主要有:(1)面向生产流程的仿真,主要解决瓶颈分析、生产线平衡、暂存区大小设定、产出分析、接单分析、生产排程、及时生产系统、存货政策等方面问题。(2)面向生产物流规划与设计的仿真,主要解决物流网点布局、生产物流流程设计、车辆路线规划、设施定
7、位的规划设计等问题。(3)面向物流设备系统的仿真,主要解决设备布局、设备配置、设备参数选择等问题。(4)面向生产物流管理的仿真,主要解决控制策略、运输流程的计划和调度、库存控制与管理、物流成本管理等问题。1.2.2动态规划动态规划是一种解决多阶段决策过程最优化问题的方法,此方法在20世纪50年代由美国数学家贝尔曼等人提出。动态规划可用于解决最优路径问题、资源分配问题、生产计划与库存、装载、投资、排序等问题及生产过程的最优控制等5。1.3 论文结构本文前言部分介绍了企业物流的国内外研究现状,第二章对企业物流现状进行了描述与分析,第三章对于本文的核心工具witness做了相关介绍,第四章对企业物流
8、建立仿真模型,第五章得出结论,并对当前模型的不足做出总结,并提出以后的研究方向。2某企业生产物流分析2.1物流现状分析按产品产量的多少划分,分为少品种大批量生产,具有工艺流程固定、生产作业连续稳定、计划制定与日常管理比较容易的特点;多品种小批量生产产品品种变换频繁、工艺流程不固定,使得生产准备、日常管理比较困难,但如果采用先进的管理手段,先进的生产模式,可以很好的满足市场需求;中品种(中)批量生产。设施布置按产品在制造过程中的位置状态分为两大类6:1.产品移动式2.产品固定式产品移动式布置按设备组合形式的不同分为:a.产品原则布置 b.工艺原则布置 c.成组布置但工艺原则布置,也叫机群式布置布
9、置原则是根据工艺特点,把同种类型的一群设备和人员集中布置在一个地方。各类机床间也有一定的顺序安排,通常按照大多数零件的加工路线来排列。综上,厂区采取工艺原则布置。设施布置分为九大模块,从左至右,从上至下依次为暂存区、大件加工区、镗区、镗铣区、精加工区,轴加工区、车区、附具加工区、成品区,如图2.1。产品加工原料由暂存区取出,按工艺路线依次送往相应加工区,最后运至成品区。完成加工。图2.12.2调度问题生产物流与企业联系最为紧密且不容易外包,减少生产物料库存及在制品数量,能够减少流动资金占用,降低产品制造成本;降低整个生产过程中的物流成本(人力中的物流成本,加工过程中的物流成本等)可以提高整个生
10、产的水品和素质,减少消耗和占用,降低生产成本并提高工作效率。产品品种的多样化,必然使工艺程序多样化,在企业采取了工艺原则进行设施及厂区布置之后,物流就变成了从一个区域到另一个区域的区域间流动行为,当产品到加工区域时,加工中心对产品进行加工,加工后推入存储缓存,这时候就需要运输工具将存储缓存中的产品根据产品特性运送到其它区域。在企业生产过程中,能够利用更多的时间进行加工就意味着更多的效益,而在实际生产过程中,往往在生产过程中的时间比重较低,而大部分时间用于物流,所以提高企业物流能力可以使生产过程更加优化,提高时间利用率及机器利用率。一个企业的物流不仅仅取决于运输工具的多少,而在于它的物流方案,企
11、业应当使自己的物流方案优化,而本企业由于产品的限制,运力只能达到装载一件产品,所以重中之重便是确定小车数量,观察在不同小车辆数的情况下,生产产品的总时间。如果为每个产品配备一辆小车,无疑会增加加工中心的时间利用率(在此之前假设加工中心的加工能力足够,使得产品到达时即可进入到加工状态),但是一个企业的最终目标是为了盈利,而一味的增加小车数量必然会使成本增加,这正是企业所不愿意看到的,所以为了满足企业的生产效率提高的要求及生产成本最低的要求,合理地控制小车的数量机器运行路线变成了当务之急。小车运行时时有路线设计的因素,小车当未装货时该怎么运行,当小车装载产品后用该怎么运行,在装载产品的时候,此时产
12、品的种类及加工到第几部分是已知的,所以小车行驶的目标是已知的,在轨道上就应当给轨道和小车明确的信息,因此在每条路径上应当根据小车上的产品特性确定小车的流动方向,这样就能决定小车运行的最短路径。在调度问题上,东南大学王玥,张永,毛海军等人进行了汽车生产线物流仿真研究7,重庆大学刘纪岸, 周康渠, 夏敏, 张瑞娟等人也进行了某摩托车企业发动机装配线物料配送仿真与优化的研究8,武汉理工大学龚波也就基于WITNESS的生产物流系统仿真进行了研究9。刘华琼、甘淑萍二人也就港口物流系统的调度进行了仿真研究10.3 witness仿真软件Witness仿真软件简介Witness软件是英国Lanner集团集数
13、十年经验开发的流程仿真平台,广泛应用于生产和流程系统运营管理与优化、流程改进、工厂物流模拟与规划、供应链建模与优化等。Witness是目前国际上领先的面向企业流程 的建模仿真平台,其可视化建模与仿真优化技术广泛应用于汽车制造、港口物流、钢铁制造、电子制造、空港规划设计等行业。在现代工业工程领域,计算机仿真一直是不可缺少的决策支持工具,它在大型工程项目的前期规划、投资平衡分析、生产物流的运行控制、供应链与库存管理、作业排序、资源分配、流程再造等众多方面发挥了巨大作用。3.1离散型元素1.零部件(Part)零部件是最基本得离散型元素之一,运用零部件可以代表各种可以移动的离散型事物,例如在路上川流不
14、息的行人,电话交流中的请求,而零部件进入模型的方式有两种,一是主动式的,零部件的主动到达方式可以是active、active with profile,二是被动式的passive,零件的使用方法有很多种,可以一个生成多个,也可以多个转化成一个,也可以进一个出一个。2.机器(Machine)机器元素是一种用来获取、处理零部件并将其送往目的离散型元素,而机器可以建立不同的模型,机器在Witness中有七类:单处理机(single),批处理机(batch),装配机(assembly),生产机(production),通用机(general),多周期处理机(multiple cycle),多站点机(m
15、ultiple station)3.缓冲区(Buffer)缓冲区是用来存放部件的离散元素,通常缓冲区用来存储,如用来存储生产结束后的成品,公交车站等。缓冲区是一种被动型元素,不能主动地将元素推出Buffer,也不能主动的将元素拉入Buffer,而在缓冲区的进入或推出可以先进先出,也可以先进后出,同时可以随时进随时出。在缓冲区中可以设置延迟,当零部件在缓冲区的时间在限定时间推出。4.车辆(Vehicle)车辆也是一种离散型元素,主要是用来建立可以将若干个部件从一地点运载至另一个地点的模型,在现实中往往代表厂区的运输车,或一些物流公司的运输车辆,还可以代表铲车,起重机等。车辆需要轨道才能运动,所以
16、在使用小车时应当先建立轨道,并指明车辆的移动速度,分别为装载情况下和空载情况下的速度。并且在车辆上可以设置装载过程的行为及被调用过程中的规则。5.轨道(Track)轨道为车辆提供了运动的路线,只有在轨道上,小车才可以移动,是一种代表车辆运输时所遵循的路径的离散元素,在轨道上可以定义轨道的物理长度及显示的长度,并且轨道上还可以用来完成装载和卸载的工作,而装载和卸载动作都是车辆行驶到轨道的末端front时进行装载和卸载。在设置装载和卸载时应当选中Loading Enabled对勾,并且设定装载和卸载的数量及时间。6.模块(Module)模块是用来将一些元素整体集合起来,可以clone整个模块,模块
17、内部具有独立处理的功能模型。7.逻辑元素逻辑元素是用来处理数据、建立复杂逻辑结构的元素,通过这些元素可以提高模型的质量和实现对具有复杂结构的系统的建模8.属性(Attribute)用在零部件上主要表示零部件的状态属性,用户还可以自定义属性,模型中包括系统属性PEN,ICON,DESC and TYPE等。9.变量(Variable)变量分为四种分别为整型、实型、名型、字符串型。Witness共有三种类型a.系统变量系统变量有I,M,N,TIME,VTYPE,ELEMENT具有特殊意义而不能被用户所定义。b.全局变量全局变量是用户自定义下的变量,Define变量并设置变量类型及数量。c.局部变量
18、局部变量是一个用户在使用它的活动中所创建的变量,且局部变量只能是一个数,而不能是带有下标的数组。局部变量的定义格式为:DIM 变量名 AS 数据类型 !注释系统默认数据类型为整型Integer.3.2规则1.输入规则(Input Rule)输入规则控制零部件或车辆进入系统中的流动过程,当零部件为主动生成时,零部件可以主动推入模型,当零部件是被动拉入时,零部件进入模型可以使用pull 零部件名称 out of world。输入规则有,BUFFER,FLOW,LEAST, MATCH,MOST, PERCENT,PULL,RECIPE,SELECT, SEQUENCE,WAIT。2.输出规则(Ou
19、tput Rule)输出规则是用来控制零部件及车辆流出系统的流动过程,输出规则有BUFFER,FLOW,DESTINATION,CONNECT,LEAST,MOST, PERCENT,PUSH,RECIPE,SELECT,SEQUENCE,WAIT等。输入输出规则设置方式可以通过单击元素,点击可视化按钮输入规则输出规则弹出可视化窗口,如图3.1图3.1然后单击目标元素,或者右击元素选中detail弹出窗口选中From或To弹出如下窗口,如图3.2。图3.2然后进行编辑,编辑后点击OK,完成编辑。3.3常用系统函数1.Mod( )函数使用格式 Mod(integer_number1, integ
20、er_number2)函数功能 该函数用来求 integer_number1 关于integer_number2 余数,返回值类型为整型。2.Str2num( )函数使用格式 Str2num(string)函数功能 将字符串转化为实数3.Inputdlg( )函数使用格式 Inputdlg (title,dialog_text,field_default,field_width,type_id)函数功能 该函数用来产生用户可进行编辑的交互窗口。返回字符串型参数:title 字符串型,用来产生交互窗口的标题;dialog_text 字符串型,用来产生交互窗口的要进行编辑的提示信息;field_d
21、efault 字符串型,在交互窗口要输入的默认值;field_width 整数型,交互窗口要输入的文本的宽度;type_id 整数型;交互窗口要输入的类型,若type_id =0,则应该输入字符串型;若type_id =1,则应该输入整数型;若type_id =2,则应该输入实数型模型交互窗口如图3.3所示图3.34.NPARTS( )函数函数功能 返回模型中特定元素中部件(part)的数量。使用格式 NPARTS(element_name)。返回整数型5.NPARTS2( )函数函数功能 返回模型中指定元素中指定部件(part)的数量。使用格式 NPARTS(element_name,par
22、t_name,mode)。返回整数型。参数:element_name 名型,用于指定要统计部件(part)的元素的名称。part_name 名型,用于指定要统计的部件(part)的名称。mode 整数型,用于指定要统计模式。当mode=0 时,则统计包括输入和输出缓冲区的指定部件;当mode=1 时,则只统计指定元素的指定部件,不包括输入和输出缓冲区的指定部件;当mode=2 时,只统计指定元素的输入缓冲区的指定部件;当mode=3 时,只统计指定元素的输出缓冲区的指定部件。4 witness仿真建模系统仿真的研究对象是具有独立行为规律的系统。所谓系统是指相互联系又相互作用着的对象的有机组合。
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- 离散 制造 企业内部 物流 仿真 研究
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