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WITENSS实验报告课程名称：振动论生产系统WITNESS仿真建模与优化实现专业班级：148081组员姓名：欧阳彪、池诲泽、杨运、种慧杰、何亚男 指导老师：李四杰 实验日期：2010年9月一、 实验目的学习并掌握WITNESS的使用方法以及相关用途，了解工业生产物流的流程。了解生产物流优化对企业的重要性以及对成本的影响。理解案例，培养学生分析生产优化流程阶段的问题和解决其问题的思维，在实验过程中独立思考的能力以及团队的协调能力，为以后就业做准备。二、 实验要求和内容要求：熟练使用WITNESS，了解实验相关的工业生产流程以及其优化内容：本次实验是模拟生产制造单一类型的产品振动轮。其生产原材料为各种类型的钢板，通过机械加工，然后组装成一个空轮（没有安装轴承座、轴承和轴）。组成振动轮的部件主要为3类，分别为内圈、外圈、封口板，以数字1，2，3表示；其生产过程包括12个主要加工单元，分别为剪板切割（WS1）、打坡口（WS2）、卷圆（WS3）、轮圈焊接（WS4）、找圆（WS5）、车断面（WS6）、数控切割（WS7）、调平（WS8）、油漆（WS9）、钻孔（WS10）、内轮焊接（W11）和轮子焊接（W12）。其图如下所示：11，3产成品需求13331,21,21,2WS1WS21,2WS3WS4WS5WS7WS8WS9WS12WS10WS112物料流WS：工作站 实例生产系统生产流程图WS6各生产单元简单的分解：该生产/库存系统包括四条串行线，分别为：（1）外圈加工串行线：剪板切割、打坡口、卷圆、轮圈焊接、找圆；（2）内圈加工串行线：剪板切割、打坡口、卷圆、轮圈焊接、找圆、车端面、钻孔；（3）封口板加工串行线：数控切割、调平、油漆、钻孔。该生产系统包括两个并行加工模块，分别为：（1）内圈、封口板焊接为内轮的焊接工段，即分装工作站WS11；（2）外圈、内轮焊接为轮子的轮子焊接工段，即总装工作站WS12。生产流程中有资源共享和竞争的作业，如：（1）内、外圈在进行切割、打坡口、卷圆、焊接等工序时，使用的都是相同的设备；系统绩效指标设计：系统绩效指标考虑系统产出量和设备稼动率两项。在进行Witness仿真程序设计的时候，将通过如下的数据模型和相关的程序进行统计计算获得。（1）系统产出量（output）:统计在特定时间长度内，生产系统所产出的成品数量。该指标在Witness中可以直接在W12的“action on finish”中进行变量的累计。每当一个成品进入缓冲区，执行式（1-1）的计算程序，即产出量增加了一个。 output=output+1 （1-1）（2）设备平均稼动率（OR，Operation Rate）：用于统计生产系统中机器利用程度，仿真系统对机器类型的元素提供了标准状态统计函数，可以统计机器的空闲、运行、故障和维修等状态所占时间的百分比。在进行生产系统优化过程中，需要使用的机器时间包括下列几种： 最大操作时间：指的是设备可用的最大时间，若设备本身为厂内自购，而非租借，且可完全由厂內自主使用，则最大操作时间一般为日历时间。(1) 负荷时间：为机器设备可稼动的时间，是最大操作时间扣除停机损失，停机损失包括计划上的休止时间，如休假、教育训练、保养等。(2) 稼动时间：是负荷时间减去停机时间，而停机时间包括批次转换、设备异常停止、修理、待料等时间。机器稼动率=稼动时间/负荷时间。(3) 故障间隔时间：机器每运转多长时间就会出现一次故障，并需要维修。(4) 故障维修时间：机器出现故障，修复所需的时间。因此，本系统的设备平均稼动率计算公式如式(1-2)。 (1-2)式中：m系统中工作单元的数量；ORj系统中第j个工作单元中机器设备的稼动率；生产平衡线：在进行系统仿真之前，需要将每个工作单元中机器设备的设计稼动率加以平衡，这样仿真过程不会因为设备能力不平衡，导致某些工序过快成为瓶颈工序，使前后工序的机器设备因为等待而导致利用不足。为了防止这一问题，将根据该系统的设计能力2500台/年，每年250个工作日来平衡生产线。由于机器对每一部件的加工时间均值确定，只能通过设计每个加工单元中机器的数量来对生产线进行设计，使得生产线能够很好的满足设计的生产能力。对每个工作单元机器数量的计算过程涉及到如下的变量符号，首先对它们加以说明。TWTTotalWorkTime：每个工作单元中机器一年中的负荷时间；QU QuantityUnit：每个工作单元所拥有的机器数量；TQWTotalQuantityofWork：每个工作单元所完成的产品套数；TC TimeCycle：每个单元完成一套产品的生产平均周期时间，例如：WS3设备完成的一套产品为分别加工一个外圈、一个内圈，则平均周期时间为完成一个外圈的平均周期时间（30）+完成一个内圈的平均周期时间（30），共60分钟；TNBTotalNumofBreakdown：全年机器发生故障的次数，每月1次，均值为12次；RTRepairTime：单次机器维修所需时间，均值为半天，4小时，240分钟；BRBreakdownRate：故障率，均值为240*12/240/480=2.5%；BIBreakdownInterval：机器故障发生时间间隔；OROperating Rate：机器稼动率，假设为80%。通过该产品的数据，得出该系统生产单件最终产品，在各个生产单元上需要的平均周期时间TC如表1.1所示。表1.1 生产系统中生产单元TC表单元WS1WS2WS3WS4WS5WS6WS10WS7WS8WS9WS11WS12时间5090601204050130838203045通过系统的设计生产能力和机器的生产周期，同时考虑故障比率较低，在计算机器台数时将其忽略不记，设计计算公式如（1-3）所示。 （1-3）式（1-3）中涉及四项变量，其中由于设备的故障、维修等所占时间比例忽略不记，所以机器全年负荷时间为TWT=250天*480分钟/天=120000分钟；假设稼动率产品套数就是生产线的年设计能力，即TQW=2500；从表1.1可以得出这12个工作单元的单套产品生产平均周期时间TCi。所以根据式（1-3）可以得出每个工作站的机器数量计算公式，如式（1-4）。 （1-4）计算式（1-4）可以得出每个加工单元所需的设备数量，如果结果是小数，取不小于结果的最小整数。通过计算得出每个单元需要配备的机器数量如表1.2所示。表1.2 加工单元设备台数表加工单元WS1WS2WS3WS4WS5WS6WS10WS7WS8WS9WS11WS12设备数量232422411112根据设备故障比率，可以计算出设备故障平均时间间隔，计算公式如式（1-5）：BI=TWT（OR-BR）/TNB=1200000.775/12=7750 （1-5）即每台设备加工时间累计达到7750分钟，就会发生故障，需要进行平均时间为240分钟的维修后，才可以继续运转。三、 实验步骤1、 学习软件WITNESS，并熟练其操作2、 各组员寻找课题，小组讨论决定课题3、 实验室里确定流程模型，依据课题进行初步的仿真制作4、 讨论传送带的转速问题和同一个生产单元向不同的下一个生产单元的流向问题5、 运行模型，并进行优化6、 根据运行的情况对模型进行改装并重新运行7、 得出结果，并进行分析四、 实验器材根据WITNESS的功能在实验室完成其制作过程五、 实验结果和分析在2000个单位时间内，优化前的模型可生产13个产品即振动轮，而优化后的模型可生产51个。1模型如下图。优化前模型优化后模型2每台机器的数据如下图：优化前结果 优化后结果3分析：由以上的实验结果可知，第一个模型中，大部分机器利用率很低，传送带上长期堆积待加工零件，导致系