《生产系统建模与仿真》课程实验李金文.doc

中国矿业大学徐海学院实验报告课程名称 系统建模与仿真姓名 李金文 班级 工业10-2 学号 22100366 日期 2013-10成绩 教师 前言生产系统建模与仿真是以制造型生产企业为核心，研究离散事件建模与仿真技术在生产企业分析中的应用原理和方法，旨在使学生对计算机仿真技术在生产系统的研究和分析方法上有一个正确的认识。内容包括：计算机仿真技术在生产系统分析中的作用和原理；针对生产系统组成的基本元素的各种建模方法；输入、输出和系统评价的方法；以及一个应用Witness 仿真软件对生产系统仿真和分析的实例。第一部分 绪论本实验指导书根据生产系统建模与仿真课程实验教学大纲编写，适用于工业工程专业。一、本课程实验的作用与任务培养用专用软件进行系统仿真的能力，熟悉Witness软件的基本使用方法：1、熟悉Witness的启动、熟悉Witness2003用户界面、熟悉Witness建模元素、熟悉Witness建模与仿真过程；2、掌握Witness仿真软件的基本功能、掌握排队系统建模方法和运行的特点、了解影响排队系统效率的因素，对比不同排队模型（M/M/1和M/M/C）的优缺点；3、熟悉多品种少批量生产方式的特、了解影响多品种少批量生产方式生产效率的因素及其优缺点。二、本课程实验的基础知识Witness 是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。它可以用于离散时间系统的仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真。目前已被成功运用于国际3000 多家知名企业的解决方案项目，如Airbus 公司的机场设施布局优化、BAA 公司的机场物流规划、BAE SYSTEMS 电气公司的流程改善、Exxon 化学公司的供应链物流系统规划、Ford 汽车公司的工厂布局优化和发动机生产线优化、Trebor Bassett 公司的分销物流系统规划等。Lanner 公司已经在包括澳大利亚、巴西、法国、德国、中国、意大利、日本、韩国、南非、美国、英国等25个国家和地区设立的代理，负责软件的推广和技术支持等工作。第二部分 基本实验指导实验1 Witness 仿真软件认识一、实验目的熟悉Witness 的启动；熟悉Witness2006用户界面；熟悉Witness 建模元素；熟悉Witness 建模与仿真过程。 二、实验内容1、运行witness软件，了解软件界面及组成；2、以一个简单流水线实例进行操作。小部件（widget）要经过称重、冲洗、加工和检测等操作。执行完每一步操作后小部件通过充当运输工具和缓存器的传送带（conveyer）传送至下一个操作单元。小部件在经过最后一道工序“检测”以后，脱离本模型系统。三、实验步骤1、了解Witness2006的硬件和软件必备环境； 2、启动Witness2006； 3、熟悉标题栏、菜单栏、工具栏、元素选择窗口、状态栏、用户元素窗口以及系统布局区； 4、学习建模元素：离散型元素、连续型元素、运输逻辑型元素、逻辑元素、图形元素；5、学习建模与仿真过程。 6、仿真实例操作。模型元素说明：widget 为加工的小部件名称；weigh、wash、produce、inspect 为四种加工机器，每种机器只有一台；C1、C2、C3 为三条输送链；ship 是系统提供的特殊区域，表示本仿真系统之外的某个地方；各个元素的输入输出规则仿真运行：运行一周（5 天*8 小时*60 分钟=2400 分钟），得到统计结果。四、实验报告1、写出Witness 系统界面的各个构成，以及系统布局区的组成，以及每一部分的功能；2、分析Witness 完成仿真模型所必须的五类元素； 3、仿真过程应用举例。 具体实验操作1、元素设计2，运行一周（5 天*8 小时*60 分钟=2400 分钟），得到统计结果。3，实验结果分析：机器weigh繁忙率为91.62%，过于繁忙；wash繁忙率为66.93%，比较合理；produce繁忙率为45.93%，比较清闲，需要提高这台机器的工作效率；inspect繁忙率为40.01%，过于清闲。，需要提高这台机器的工作效率。实验2 单品种流水线生产计划设计一、 实验目的1. 理解系统元素route的用法。2. 了解优化器optimization的用法。3. 了解单品种流水线生产计划的设计。4. 找出高生产效率、低临时库存的方案。二、 实验内容某一个车间有5台不同机器，加工一种产品。该种产品都要求完成7道工序，而每道工序必须在指定的机器上按照事先规定好的工艺顺序进行。假定在保持车间逐日连续工作的条件下，仿真在多对象平准化种生产采用不同投资计划的工作情况。在不同投资计划组合中选出生产高效、低临时库存方案，来减少占用资金。产品工艺路线如图所示。产品的计划投产方案批量：10,20,30。产品计划投产间隔（min）：10,20,30,40,50,60。如果一项作业在特定时间到达车间，发现该机器组全都忙着，该作业就在该组机器处排入一个FIFO规则的队列，如果有前一天没有完成的任务，第二天继续加工。三、 实验步骤1. 阅读上面的混合流水线系统信息，熟悉产品的加工流程、加工时间等； 2. 选择计算加工时间的模型； 3. 打开物流仿真软件Witness； 4. 使用Witness建立仿真模型；5.进行模型的初步运行；6.模型运算和数据分析7研究方案的改善。四、 实验报告按照上述实验内容，设计出仿真模型、在witness上实现计算机模型，设置仿真周期和各项参数，编写事件代码，进行仿真，分析仿真结果并尝试进行分析和优化。具体实验操作 1、 元素设计2，模型元素说明元素名称类型数量说明Ppart1产品Watercleanmachine1机器组1DSDcoatmachine2机器组2Greenfiremachine1机器组3TCPprintfiremachine1机器组4Lapingmachine1机器组5Bufbuffer5临时库存C2-C7conveyor1输送链Stattribute1产品属性OutputVariable(Int)1产量统计各工序加工时间与批量机器组别加工时间加工批量Waterclean75DSDcoat145Greenfire55DSDcoat155TCPprintfire3010Laping2010Waterclean1053，对Part元素P细节设计Type:activeInter arrvial:10Lot size:10To：Push to RouteAction on creat:icon=94St=1Pen=1对Buffer元素buf细节设计Capacity:1000Output.option:any对Machine元素Waterclean细节设计Type:generalInput.quantity:5Input.from:match/attribute St buf(1) #5Duration.Cycle time: ERLANG(R_cycle,1,st)Duration.actions on finish:PEN=PEN+1St=St+1If st=8Output=output+1EndifOutput.Quantity:5Output.to:push to route对Machine元素DSDcoat细节设计Type:generalInput.quantity:5Input.from:match/attribute St buf(2) #5Duration.Cycle time: ERLANG(R_cycle,1,st)Duration.actions on finish:PEN=PEN+1St=St+1Output.Quantity:5Output.to:push to route对Machine元素Greenfire细节设计Type:generalInput.quantity:5Input.from:match/attribute St buf(3) #5Duration.Cycle time: ERLANG(R_cycle,1,st)Duration.actions on finish:PEN=PEN+1St=St+1Output.Quantity:5Output.to:push to route对Machine元素TCPprintfire细节设计Type:generalInput.quantity:10Input.from:match/attribute St buf(4) #10Duration.Cycle time: ERLANG(R_cycle,1,st)Duration.actions on finish:PEN=PEN+1St=St+1Output.Quantity:10Output.to:push to route对Machine元素Laping细节设计Type:generalInput.quantity:10Input.from:match/attribute St buf(5) #10Duration.Cycle time: ERLANG(R_cycle,1,st)Duration.actions on finish:PEN=PEN+1St=St+1Output.Quantity:10Output.to:push to route对Conveyor元素C2、C3、C4、C5细节设计Typeing:QueuingLength:10Index time:0.1Output.to:push to buf(2)Output.to:push to buf(3)Output.to:push to buf(4)Output.to:push to buf(5)对Conveyor元素C6、C7细节设计Typeing:QueuingLength:30Index time:0.1Output.to:push to buf(2)Output.to:push to buf(1)4，各个元素的输入输出规则 产品的计划投产方案批量：10,20,30。产品计划投产间隔（min）：10,20,30,40,50,60。如果一项作业在特定时间到达车间，发现该机器组全都忙着，该作业就在该 组机器处排入一个FIFO规则的队列，如果有前一天没有完成的任务，第二天继续加工。5，运行得到统计结果6，实验结果分析：机器Waterclean繁忙率100%，机器过于繁忙，方案需要提高工作效率；DSDcoat(1)繁忙率25.77%，机器有点空闲，方案需要提高工作效率；DSDcoat(2)繁忙率31.61%，机器有点空闲，方案需要提高工作效率；Greenfire繁忙率1.8%机器过于空闲，方案需要提高工作效率；Laping繁忙率0，机器过于空闲，方案需要提高工作效率；TCPprintfire繁忙率0机器过于空闲，方案需要提高工作效率。P的平均时间47.75minBuf(1)Buf(5)，平均库存量分别为41.9、21.32、22.97、0、0；平均库存时间分别为240.73、40.79、134.36、0、0min;由于没有完成一个工作循环，所以初步得出结论Buf(2)最佳。C2-C7运行率分别为13.67%、5.47%、0、0、0%、0%，全部过去空闲，效率有待提高。实验3 排队系统的仿真实验一、实验目的1、掌握Witness 仿真软件的基本功能；2、熟悉排队系统运行的特点；3、了解影响排队系统效率的因素，对比不同排队模型（ M/M/1 和 M/M/C ）的优缺点。二、实验内容单服务台排队系统三、实验步骤1、打开计算机，进入Witness 仿真系统；2、建立一个单服务台 M/M/1 模型的排队系统，并运行； 3、建立一个单队多服务台 M/M/C 模型的排队系统，并运行；4、建立一个多队多服务台 M/M/C 模型的排队系统，并运行。四、实验报告1、写出实验目的；2、写出实验步骤；3、将具有相同输入参数的 M/M/1 和 M/M/C 模型运行得出的结果对比，找出影响排队系统效率的因素。4、对比 M/M/C 模型的两种排队方式的优缺点，找出不同排队方式对 M/M/C 模型排队系统效率的影响。具体实验操作1、界面元素布置设计2，运行得到统计结果3，实验结果分析：分析：理发师barber繁忙率为百分百，过于繁忙，建议增加理发师；customer等待时间过长为2287.15min，等待的时间过长；queue平均排队人数约为2291.35人，由于发送数量大约是输入数量的一半，所以建议增加一个理发师。实验4 供应链系统的仿真设计与改善一、 实验目的1. 了解供应链仿真系统的设计与优化2. 熟悉Timeseries的用法3. 熟悉Max和Min的用法4. 试图对供应链系统进行改善，以缓解“牛鞭效应”二、 实验内容当钢材服务中心的库存小于15批时钢铁公司开始组织生产，每生产一批原钢卷材需要的时间服从13小时的均与分布。当部件生产商的库存小于6批时，钢材服务中心开始配货，每配一批货需要的时间服从0.51小时的均匀分布。当三个汽车厂商中库存量最小的小于3时，4个部件生产商开始组织生产，每生产一批部件需要的时间服从26小时的均匀分布。汽车生产商每耗用一批部件需要4小时。供应商每两个环节之间的路程需要5小时。三、 实验步骤1. 阅读上面的供应链物流系统信息，熟悉供应链中的物流量及时间； 2. 选择计算物流成本和利润的模型； 3. 打开物流仿真软件Witness； 4. 使用Witness建立仿真模型；5.进行模型的初步运行；6、研究方案的改善。四、 实验报告按照上述实验内容，设计出仿真模型、在witness上实现计算机模型，设置仿真周期和各项参数，编写事件代码，进行仿真，分析仿真结果并尝试进行分析和优化。具体实验操作1、 界面元素布置设计2，模型元素设计说明Machine1：输入设计：IF NPARTS (B1) 15PULL from PART out of WORLDELSE WaitENDIF输出设计：PUSH to B1 Using Path周期时间：UNIFORM (1,3,1)Machine2：输入设计：IF NPARTS (B2) 6PULL from B1ELSE WaitENDIF输出设计：PUSH to B2 Using Path周期时间：UNIFORM (0.5,1,2)Machine3：输入设计：IF NPARTS (B3) Process Views；得到process views 对话框，在该对话框中设定工艺流程图显示窗口、字体颜色、布局方式等内容。设计完毕后，得到工艺流程图如图 3 所示。4、运行模型，模型仿真钟取系统默认的1：1min，运行365860175200 仿真时间单位，并记录相应的结果。四、数据处理与分析(1)使用系统提供的report 工具。得到下列统计报表。表 6 产品统计信息NameNo. EnteredNo. ShippedW.I.P.Avg W.I.P.Avg W.I.P.A346634174922.031113.59B594058895147.571403.09C229222415127.862129.43表 7 机器组统计信息Name% Idle% BusyNo. Of OperationsMachine13.9896.0211616Machine24.9495.065682Machine327.5872.4211595Machine42.0897.928144Machine521.2278.785672表 8 缓冲区统计信息NameTotal InTotal OutNow InMaxMinAvg SizeAvg TimeBuffers11162011619173018.65281.15Buffers2575756847391017.46531.4