物流系统仿真flexsim仿真实验手册

1 / 56实验一 flexsim 基本操作和简单模拟仿真（ 4 学时）一、实验目的1. 了解什么是 flexsim 及其主要应用2. 学习 flexsim 软件主窗口3. 学习 flexsim 基本概念和专有名词4. 了解 flexsim 建模步骤5. 学会把现实系统中的不同环节抽象成仿真模型中的对应实体6. 初步认知 flexsim 模型的建立和运行7. 体会发生器、暂存区、传送带、吸收器的使用8. 体会 A 连接和 S 链接的作用9. 学会根据现实情况对相应的实体进行参数设定二、实验内容（一）仔细阅读教材第一部分（二）按以下步骤建立第一个 flexsim 模型1. 模型基本描述在这个模型中，我们来看看某工厂生产三类产品的过程。在仿真模型中，我们将为这三类产品设置 itemtype 值。这三种类型的产品随机的来自于工厂的其它部门。模型中还有三台机器，每台机器加工一种特定类型的产品。加工完成后，在同一台检验设备中对它们进行检验。如果没有问题，就送到工厂的另2 / 56一部门，离开仿真模型。如果发现有缺陷，则必须送回到仿真模型的起始点，被各自的机器重新处理一遍。仿真目的是找到瓶颈。该检验设备是否导致三台加工机器出现产品堆积，或者是否会因为三台加工机器不能跟上它的节奏而使它空闲等待？是否需要在检验站前面添加一个缓冲区域? 虽然我们以制造业为例，但同类的仿真模型也可应用于其它行业。以一个复印中心为例。一个复印中心主要有三种服务：黑白复印、彩色复印和装订。在工作时间内有 3 个雇员工作，一个负责黑白复印工作，另一个处理彩色复印，第三个负责装订。另有一个出纳员对完成的工作进行收款。每个进入复印中心的顾客把一项工作交给专门负责该工作的雇员。当各自工作完成后，出纳员拿到完成的产品或服务，把它交给顾客并收取相应的费用。但有时候顾客对完成的工作并不满意。在这种情况下，此项工作必须被返回相应的员工进行返工。此场景与上面描述的制造业仿真模型相同。但是，在此例中，你可能更多关注在复印中心等待的人数，因为服务速度慢，所以复印中心的业务成本高昂。这个仿真模型也适用于运输业。商业运输卡车通过一座桥从加拿大行驶到美国去，进入美国之前还要过海关。司机首先要取文件，然后通过安检。有三种类型的卡车。每种卡车的司机需要填写的文件不同，所以必须向不同的海关部门索取。文件填写完成后，所有类型的卡车都在同一个安检站进行安检。如果未通过检查，就必须填写更多的文件。这个情况中包含的仿真元素与上面的制造业例子完全相同，在此案例中，你可能会对桥梁上排队的卡车数量感兴趣。如果整个桥上车辆排队几英里，并且造成交通堵塞，那么你就需要对海关的工作进行优化了。3 / 562. 打开 flexsim双击桌面上的 Flexsim 图标打开 Flexsim 软件。选择创建新模型(New Model)”选项。3. 设置模型单位建模之前，用户可以选择合适的单位。默认情况下,每次创建新模型时，都会出现模型单位窗口（Model Units） 。你可以选择时间、长度、和流体的单位和模型开始时间。你选择的单位将会用于整个模型中。参照下图设置模型单位。4 / 564. 创建实体在模型中创建一个发生器、两个暂存区、四个处理器和一个吸收器。名字与摆放位置如下图。 （注意：其中一个处理器为“检测台” ） 。创建实体的操作方法：5 / 56（1）在实体库中的实体上，按住鼠标左键，将它拖动到模型中的放置位置，松开鼠标。（2）重命名实体：双击实体，打开属性窗口。编辑窗口顶部的名字，然后点击应用和确定按钮。如下图所示。（3）移动实体：要移动模型中的实体，仅需按住鼠标左键，然后拖动实体至合适位置。要将实体沿着 z 轴的方向上下移动，请滚动鼠标滚轮，或同时按下鼠标的左右键，然后前后移动鼠标。6 / 56（4）尺寸和旋转角度-要编辑实体的尺寸和旋转角度，请点击实体，你会看到沿着三个坐标轴会有三种不同颜色的箭头。想要改变哪个方向的尺寸，就点击并拖拽哪个方向上的箭头，然后上下拖动鼠标即可。要编辑实体的旋转角度，请右键单击相应的轴，然后前后拖拽鼠标即可。 你也可以每次按照 5%的比例调整实体，按照 Ctrl 键加上 K 或 L 即可。注意：点击编辑调整尺寸并旋转实体，即可打开和关闭通过箭头修改尺寸和旋转角度的功能。（5）删除实体：高亮选中实体，按 Delete 键。5. 实体连接Flexsim 模型中的实体之间是通过端口来连接的，端口分为输入端口、输出端口和中间端口三种类型。端口间的连接有 A 连接、S 连接和 D 连接三种类型。请在以下实体间建立 A 连接关系： 发生器与暂存区 1 连接 7 / 56 暂存区 1 与处理器 1、处理器 2 和处理器 3 分别连接 处理器 1, 处理器 2，处理器 3 和暂存区 2 分别连接 暂存区 2 与检测站连接 检测站与吸收器、暂存区 1 分别连接创建连接的操作方法：方法一：按住键盘的不同字母键并按下鼠标左键，点击一个实体并拖动至另一实体，然后放开鼠标键。如果点击-拖动的过程中，按住 A 键，第一个实体将会出现一个输出端口，而在第二个实体上则会出现输入端口。这两个端口将会自动链接。如果点击-拖动的同时，按下 S 键，就会在两个实体上各出现一个中间端口，并且自动连接。如果点击-拖动的同时，按下 Q 键，则断开连接，自动删除输入/输出端口。如果按下 W 键，点击-拖动鼠标，则会删除中间连接。8 / 56方法二：点击工具栏中的 按钮，进入连接模式。然后，通过以下几种方法连接两个实体。1. 点击一个实体，然后点击另外一个。2. 像第一条那样，通过点击-拖动的方式。不论使用哪种方法进行连接，都应该注意，连接顺序将会直接影响到临时实体的移动方向，临时实体将从第一个实体移动至第二个实体。点击 按钮，沿着连接时的方向，从第一个实体，拖动到另一个实体，即可断开连接；中间端口连接不受方向的限制。6. 定义到达时间间隔接下来要改变各实体的参数，以使它们按模型的描述来工作。这里从发生器开始一直到吸收器逐个修改参数。每个实体有它自己的参数视窗。数据和逻辑会由此视窗添加到模型中。双击一个实体进入该实体参数视窗。 在这个模型中，我们需要让 3 种不同的产品类型进入系统。要完成这一要求，每个临时实体的类型将按照均匀分布被随机分配一个 1 到 3 之间的整数值，意思是，进入系统的产品是类型 1、类型 2、或类型 3 的可能性都一样。最好在发生器的创建9 / 56触发器中设置类型值。这由发生器的出口触发器来完成。首先是定义到达时间间隔。每 5 秒到达一个产品，服从指数分布。默认情况下，发生器的到达时间间隔服从指数分布，但需要改变分布的均值。在仿真过程中采用类似于指数分布这样的统计分布，对现实系统中的变化进行模拟。双击发生器，打开属性窗口，如下图所示：发生器选项卡上，点击 按钮，将会弹出一个窗口，按下图所示。将分布设置为 exponential，渐位线（ Location）为 0 ? 均值（Scale）设置为 5 。随机数流（Stream）设置为 0。点击窗口之外的任何地方，保存这些设置。 请记住，在开始建立模型的时候就已经设置了单位。把 Scale 设置成 5，意味着分布的均值为 5 秒。如果时间单位设置的是小时，那么这里的均值就是 5 小时。10 / 567. 指定临时实体的类型和颜色在发生器的创建触发器中设置类型值。点击触发器选项卡。在创建触发器（按下 按钮）中增加一个函数。选择设置临时实体类型和颜色，就会弹出一个小窗口：11 / 568. 设置暂存器的最大容量暂存区 1 有两项内容需要设定。首先，设定它的在最大容量。第二，需要将暂存区中类型为 1 的临时实体发送至处理器 1，类型为 2 的临时实体发送到处理器 2，以此类推。打开暂存区的属性窗口完成设置：（1）双击暂存区 1，打开属性窗口。 （2）在暂存区选项卡上，把最大容量修改为 10000。 （3）点击应用,但是不关闭窗口。12 / 569. 指定暂存区 1 的发送路径点击上图中临时实体流选项卡。在输出面板中，发送至端口下拉菜单中，选择指定端口。弹出带有默认表达式的小窗口。指定端口的默认表达式为: getitemtype(item)，意思是将类型 1 的临时实体发送到第一个输出端口，类型 2 送往第二个输出端口，以此类推。10. 定义加工时间（1）双击处理器 1，打开属性窗口 （2）在处理器选项卡上,加工时间下拉列表中选择统计分布 （3）在统计分布小窗口中，选择 exponential，使用默认的参数 （4）对处理器 2 和处理器 3，重复以上操作。13 / 5611. 定义暂存区 2 的最大容量按照步骤 8 设置暂存区 2 的最大容量为 10000。12. 设置检测站的加工时间（1）双击检测站，打开属性窗口。 （2）在处理器选项卡上, 高亮选中加工时间框内的所有文本。 （3）替换成 4，意思是加工时间为常量 4 秒。13. 设定检测站的路径分配检验站将次品送回到模型前面的工站，将合格产品送到吸收器。在建立该实体的连接时，应首先把它连接至吸收器，然后将它连接到暂存区 1。这个顺序可以使第一个输出端口连接到吸收器，第二个输出端口连接到暂存区 1。在常规选项卡上，端口模块中选择输出端口，查看是否正确连接。如果出现端口连接错误的情况，可以通过和 v 按钮调整正确。现在，我们想按百分比，将临时实体发送到不同的输出端口。14 / 56（1）点击检验站的临时实体流选项卡。在发送至端口下拉菜单中，选择按百分比（2）使用 按钮，添加一个域段（3）按照下图输入参数，将 80%的产品（合格产品）流向端口 1，也就是吸收器。20%的产品（次品）通过端口 2 流向暂存区 1。（4）对返回的次品进行可视化区分。点击触发器选项卡，在离开触发器（单击 ）下拉列表中选择设置颜色，然后选择 colorblack(item)，如下图所示。15 / 56（5）点击确认按钮，关闭属性窗口。14. 重置和运行模型（1）点击左上角的 按钮，把系统中的所有变量重置为它们的初始值并清除所有临时实体。每当模型中创建新的连接时，都需要重置。（2）点击重置按钮旁边的 按钮。现在模型应该开始运行了。临时实体应该从第一个暂存区开始，进入 3 个处理器中的一个，然后到第二个暂存区，再进入检验站，并从这里去往吸收器，也有一些被重新发送回第一个暂存区。被发回的临时实体为黑色。16 / 56（3）要停止模型运行，可随时按 按钮（4）要加快或减慢模型运行速度，可左右移动视窗顶部的运行速度滑动条。另外，你可以点击 Ctrl+Down 箭头和 Ctrl+Up 箭头来提高和降低运行速度。移动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。15. 保存模型，并存入 U 盘，下节课要继续使用此模型（三）课内完成以上模型，并提交老师检查（四）完成实验报告 1 和课后思考题，打印后 1 人提交 1 份。17 / 56实验报告 1年 月 日实验名称：Flexsim 基本操作和简单模拟仿真学时：4 学时指导老师： 实验地点：实验过程问题记录及其解决方法（手写）实验结果及数据输出（截图完全雷同的实验报告，评分为 0 分）1. 截图实验内容第（二）部分建立的模型 3D 视图,要求所有实体可见（打印后粘贴在此页）18 / 56课后思考题1. 什么是 Flexsim 实体？简述其主要类型。2. 什么是 Flexsim 临时实体？教师检查评分表检查项目 说明 分值 评分实验过程记录详细记录实验过程遇到的问题及其解决方法10 分能够正确选用相应的实体 10 分实体连接正确 10 分参数设置无误 20 分模型正常运行 20 分实验过程实验内容（二）课内按时完成模型 10 分课后思考题针对课后思考题的评分 10 分完成时间 按时提交实验报告 10 分本次实验总得分 100 分19 / 56实验二 使用 flexsim 模型进行统计分析（ 4 学时）一、实验目的1. 进一步熟悉 Flexsim 建模步骤和操作2. 学会用 flexsim 进行瓶颈分析3. 学会用 Dashboard 进行统计分析4. 进一步掌握视图导航操作5. 学会正确使用 S 连接和 A 连接二、实验内容（一） Flexsim 的数据分析在模型描述时，我们总是提到希望找到系统的瓶颈。这里有几种寻找瓶颈的方式。首先，你可以直接观察暂存区里的货物数量。如果某个暂存区一直有很多的产品堆积，这就表明它下游的设备是系统的一个瓶颈。1. 打开上次实验建立的模型，并运行运行上面的模型时，你会注意到在第二个暂存区中有很多产品等待加工，而第一个暂存区中的产品数量总是保持在 20 个或更少，如下图。20 / 562. 查看处理器的状态统计另一种查找瓶颈的方法是查看每个处理器的状态统计。如果上游的三个处理器繁忙，而检测站空闲时，瓶颈很可能在三个处理器上。反之，如果检测站很忙，上游的处理器总是空闲，则瓶颈可能是在检验站上。至少运行 50000 秒，然后停止，双击 3 个处理器中的一个，打开属性窗口。点击“统计”选项卡。在状态模块中点击 。会出现一个饼状图，显示每种状态的时间及其百分比。21 / 56饼图表明这个处理器的空闲时间占仿真时间的 13.8%，而加工时间占86.2。关闭这个窗口，然后双击另外两个处理器，打开属性窗口，它们将有类似的统计结果。22 / 563. 查看检测站的状态统计双击检测站，打开属性窗。点击统计选项卡，状态模块右侧的图表按钮。检测站的状态饼图如下。请注意，检测站比处理器忙碌的多。通过这些状态图，很明显瓶颈出在检验站上，而不是这 3 个处理站上。现在我们已经找到了瓶颈的位置，那下一步应该怎么解决它呢？这取决于几个因素，如投入产出比、工厂将来的目标。在将来，工厂需要具备以更快的速率加工更多产品能力吗？在我们的模型中，发生器平均每 5 秒生产一个产品，同时，检测站平均每 5 秒将一个成品发送到吸收器。检测站平均 5 秒的时间是通过 4 秒的检验周期和 80/20 的发送策略计算得到的。这样，在整个加工过程中，模型的产量非常平稳。如果工厂要处理更多的产品，也就是说发生器有更高的到达速率（更短到达时间间隔） 。如果不对检测站进行调整，那么模型就会23 / 56收集越来越多的产品，暂存区里的临时实体不断增加，直到没有剩余的空间为止。要解决这个问题，必须增加第二个检验站，因为它是模型的瓶颈。 增加检测站的另一种情况就是如果检测站的排队长度对我们非常重要。如果检测站中产品数量的增加会导致成本变大，那么增加第 2 台检验站是很明智的，这可以确保暂存区中产品数量不会太多，产品的等待时间不会太长。4. 查看暂存区 2 的统计数据双击暂存区 2，打开属性窗口。点击统计选项卡，查看生成的信息。24 / 56继续运行模型，将会注意到这些数值随着仿真运行而变化。查看平均容量和平均停留时间数值。停留时间指临时实体在暂存区中停留的时间。在仿真前期，暂存区里的产品数量比较少，但随着仿真继续，它将达到较高的数值如150 或 200。如果无法接受 150 或 200 的平均容量，那么就有必要增加第 2 个检测站。25 / 565. 改变模型的随机性既然发生器平均每 5 秒产生一个产品，产品平均每 5 秒到达吸收器，那么为什么暂存区会有产品堆积呢？产品以到达速度离开，这样在系统中似乎不应该有任何堆积。假如，产品不以指数分布到达，而以更加平稳的速度到达，产品的堆积数量是否会变少？让我们来测试一下。按照下面的参数设置发生器。点击确定。重置并再次运行模型。双击暂存区 2 打开属性页面。继续运行此模型。将注意到暂存区的最大容量和平均停留时间不会和之前那么高。现在它们不会高过 50 或 60，而以前它们有时候会高至 150 或 200。这种显著变化是只是因为我们改变了模型的随机性。也就是说，暂存区堆积的原因是系统的随机性。是的，平均每 5 秒产生一个产品，但这个到达速率是基于指数分布的。指数分布中 5 为平均值，在多数时间里，产品实际将以比 5 秒更快的速度到达。但每隔一会都会有一段较长的时间没有产品到达。最后，产品以平均 5 秒的时26 / 56间离开，但由于产品经常以更快的速度到达，所以才会在暂存区 2 中发生堆积现象，因为检验站是瓶颈。6. 提高模型吞吐量如果系统需要增加 15%的输出，那么就要把发生器发生产品的速率从 5 秒调整到 4.25 秒。由于检测台的利用率已经达到 100%，非常明显，需要在系统中增加第 2 个检测台。（1）把发生器的到达时间间隔设置为均值为 4.25 的正态分布。 （2）现在我们将创建第二个检测站。创建另一个处理器实体，放在第一个检测站下面。命名为检测站 2。 （3）连接暂存区 2 到检测站 2。（4）将检测站 2 分别连接到吸收器和暂存区 1。（5）把检测站 2 的加工时间修改为 4。（6）在检测站 2 的发送至端口列表中选择按百分比，具体参数和检测站 1 相同。27 / 56（7）就像检测站 1 那样，在离开触发器中，把临时实体的颜色改变成黑色。 （8）现在已经完成了整个模型的修改。点击重置，再次运行模型。7. 创建 Dashboard 评估新配置现在，至少运行 50000 秒。首先，请注意暂存区 2 几乎总是空着，而暂存区 1 却经常堆积。让我们使用 Dashboard 对比两个检测站。(1)在顶部的统计菜单中，选择 Dashboard添加,打开 Dashboard 窗口。(2) 把 图表拖拽到 Dashboard 窗口中。就会弹出实体选择窗口。28 / 56(3)在实体选项卡上，点击 ，就会弹出一个窗口。 (4)在弹出的窗口中，点击 ，展开处理器，选择检验站 1 和检验站 2。(5)单击选中(Select)按钮，完成选中操作。单击 OK。一个空白的图表就29 / 56会出现在 Dashboard 上。 (6)重置并运行模型。Dashboard 中的