物流系统仿真案例赵宁 第6章模块化仿真案例课件

第6章模块化仿真案例第6章模块化仿真案例模块化方法原理6.1AGV物流系统模块化仿真案例6.2传送带物流系统模块化仿真案例6.3小结6.4

6.1模块化方法原理

1.模块化概念模块是在模块化系统中用于构成系统的单元，具有独立功能、一致的几何连接接口和一致的输入输出接口的单元，相同种类的模块在系统中可以重用和互换，而相关模块的有序排列组合就可以形成最终的系统。

简言之，类似儿童积木游戏。用积木块进行不同的搭配、组合的方法和原理就是最简单、最基本的模块化概念。2.传统的建模流程与模块化建模流程的比较传统的仿真建模方法是对每一个新系统进行建模时，仿真用户都要根据新系统的数学模型重新建立仿真模型。模块化建模方法打破了传统建模的思维定式，将整个系统细分为若干个模块，通过模块的拼接来搭建整个系统模型。而一个新模型的建立过程就是一些通用的标准模块和专用模块的拼接过程，6.1模块化方法原理

图6-1传统的建模流程图6-2模块化仿真建模的基本流程图6.2.1Emplant-AGVS模块6.2.2医院AGV输送系统案例分析6.2.3医院AGV输送系统建模过程6.2.4医院AGV输送系统仿真分析6.2.5医院AGV输送系统优化策略6.2AGV物流系统模块化仿真案例6.2.1Emplant-AGVS模块Emplant-AGVS是一个用来建立自动导引车辆系统模型的应用对象库，它是在仿真软件Em-plant的基础上经过二次开发得到的一个专用于对AGVS进行仿真的模块。Emplant-AGVS模块的设计思路：1）应用AGVS对象库中提供的轨道对象、工作站对象进行基础模型布局，以表达现实中抽象的制造系统或物流系统的路径布局；2）根据订单和工艺流程要求通过生产管理对象对模型中流动实体进行管理；3）通过小车管理对象对模型中小车进行调度控制；最后，利用模块中提供的数据统计分析对象对模型的运行状况进行系统分析。

1．AGVS模块加载

AGVS模块是在仿真软件Em-plant的基础上开发的，需要事先进行AGVS模块的加载。加载步骤如下：图6-3AGVS模块加载过程6.2.1Emplant-AGVS模块2．Emplant-AGVS仿真工作界面

Emplant-AGVS是在仿真软件Em-plant的基础上进行的二次开发，适当保留Em-plant基本对象(信息流对象、用户接口对象等)，进一步开发了20余个AGVS模块特有的实体对象、管理对象、统计分析对象及辅助数据信息录入对象。图6-4Emplant-AGVS仿真工作界面6.2.1Emplant-AGVS模块3．AGVS应用对象库对AGVS应用对象库分成五大类对象进行介绍。表6-1AGVS应用对象表6.2.1Emplant-AGVS模块续表：

6.2.1Emplant-AGVS模块4．AGVS对象内部结构

在创建的20余个AGVS对象中，除了agvs(agvs小车)、part(零件或产品)以及3个AttributeExplorer(属性显示)是直接应用单个Em-plant基本对象以外，其余各个应用对象均是由多个基本对象构成的，即这些应用对象相当于一个Frame，内部有实现应用对象相应功能的结构和使用Em-plant基本对象搭建而成的子模型。注意：一般情况下，用户应用AGVS对象建立AGVS模型时不需要关心该对象的内部结构，除特殊要求外，当建立的AGVS模型仿真运行报错时，则有必要通过查看相应内部结构找到对象参数设置是否错误

6.2.1Emplant-AGVS模块图6-5agvs_crossing的内部结构下面对轨道对象中是十字交叉轨道对象agvs_crossing具体的说明（见P171-172）

6.2.1Emplant-AGVS模块6.2.2医院AGV输送系统案例分析图6-7医院系统中五类物品的物流流程医院系统一般有6个作业单位分别是药房(兼库房)、病房、化验室、消毒室、冷藏室和医疗垃圾站。另外有5类流动的物品，即药剂、医用试管、血样、测试剂和病患用品(如床单、病号服等)。1.模型假设(1)病房区与医疗垃圾站代表的工作站距离其他的单位较远，病房区上游直行轨道长度和医疗工作站上游直行轨道长度加长，其他轨道采用默认设置。(2)各工作站的准备时间和处理时间均由工件或产品(partorspecific)决定，即由ProdMgr对象中设置的生产计划决定。(3)不考虑各工作站故障情况。(4)在医疗工作站下游设置AGV停靠站点。

6.2.3医院AGV输送系统建模过程2.模型布局根据5类主要的流动物品的物流流程，建立医院AGV输送系统基础模型。图6-8医院AGV输送系统基础模型注意：轨道对象和工作站对象的布置，要根据物流流动方向一致，保证黄色箭头指向正确。6.2.3医院AGV输送系统建模过程建模技巧：1）在对象工具栏的AGVS选项下，拖动合适的轨道对象到新建的模型窗口中，之后按Ctrl+H键垂直方向改变图标对象，按Ctrl+W键水平方向改变图标对象，按Ctrl+T键旋转图标对象，最后修改部分轨道对象的图标，即在修改图标的对话框里选择名为terminal_line作为当前图标。2）轨道对象间连接和轨道对象与工作站的连接，在对象工具栏的MaterialFlow选项卡下单击Connector的同时按住Ctrl键，进行对象间连续连接，这样可以缩短建模时间。6.2.3医院AGV输送系统建模过程3.参数设置重点对station工作站对象参数和ProdMgr生产管理对象参数进行设置。1）station对象参数设置图6-9station对象工作站类别和工作站功能设置Availableoperation后的Open按钮，打开窗口设置药剂的流程。6.2.3医院AGV输送系统建模过程建模技巧：1）在对象工具栏的AGVS选项下，拖动合适的轨道对象到新建的模型窗口中，之后按Ctrl+H键垂直方向改变图标对象，按Ctrl+W键水平方向改变图标对象，按Ctrl+T键旋转图标对象，最后修改部分轨道对象的图标，即在修改图标的对话框里选择名为terminal_line作为当前图标。2）轨道对象间连接和轨道对象与工作站的连接，在对象工具栏的MaterialFlow选项卡下单击Connector的同时按住Ctrl键，进行对象间连续连接，这样可以缩短建模时间。6.2.3医院AGV输送系统建模过程其他station对象的参数设置如下表所示。表6-2AGV系统其他station对象参数设置表6.2.3医院AGV输送系统建模过程2)ProdMgr生产管理对象在ProdMgr生产管理对象图标的用户界面操作并设置相应物品种类信息。

图6-11ProdMgr生产管理对象用户界面及masterdataL窗口6.2.3医院AGV输送系统建模过程表6-35类对象相应的流程计划表的设置6.2.3医院AGV输送系统建模过程图6-12AGVS中5类物品的输送计划注意：在填写相应信息时，确保输入信息无误，否则仿真无法正常运行。6.2.3医院AGV输送系统建模过程4．重置并运行仿真当模型布局和模型对象参数设定完毕后，可通过运行AGVS模块提供的辅助工具ASSI对象来自动完成agvs_manger和ProdMgr两大管理对象内部结构相关表格的填写以及其他对象中少数信息的统计，从而大大简化了用户的任务量。图6-13ASSI对象用户界面注意：模型结构和对象参数的每次修改，都需要ASSI对象辅助数据信息的录入，否则修改无效。6.2.3医院AGV输送系统建模过程6.2.4医院AGV输送系统仿真分析

当有一台AGV时，系统完成输送计划总的运行时间为245.0458min。当AGV完成输送计划后，通过VehUtil对象统计AGV的利用率概况和小车详细利用情况的数据。具体操作（见P178）图6-14系统一台AGV时小车利用率柱状图及详细利用情况统计数据1．AGV数量最优策略6.2.5医院AGV输送系统优化策略

医院各单位布局已定的前提下，投资建设AGV输送系统，最先考虑的是AGV数量多少医院输送系统运行效率相对最好。设计的思路：1）明确评价AGV数量影响系统运行状态的主要因素系统运行总时间和小车的利用率，二者综合考虑，以达到用较少的投入实现较大的产出的目的；2）在有明确的单位产出利润、AGV成本和运行费用等详细信息的情况下，也可通过仿真结果算出最大的系统净利润点，选取对应的AGV数量作为设定值。6.2.5医院AGV输送系统优化策略图6-15系统运行时间及AGV平均利用率与AGV数量的关系折线图

2．AGV小车最合适的调度策略6.2.5医院AGV输送系统优化策略应用AGVS模块中agvs_manager对象提供的不同的小车调度策略。分析出使系统达到最优的小车调度策略。1）

longestwaitingtime调度策略：AGV按照先进先出(FIFO)的原则进行调度。2)

shortestwaitingtime调度策略：AGV按照后进先出(LIFO)的原则进行调度。3)

shortestdistance调度策略：在agvs-manager中空闲状态的中选择距离目的地最短的AGV完成运输任务。4)

minimumutilization调度策略：调度agvs_manager中利用率最低的AGV完成运输任务。。6.2.5医院AGV输送系统优化策略

根据4种调度策略依次进行仿真，并统计系统运行中时间和小车利用状况的数据。

表6-5AGV不同调度策略仿真数据统计4种调度策略对应的AGV利用率柱状图（见P181）6.2.5医院AGV输送系统优化策略根据柱状图中数据分析：1）使系统运行效率最高的调度原则是AGV最长等待时间，即先进先出的调度策略，此时系统运行时间和小车利用率都是最好的。2）AGV最短距离的调度策略与AGV最长等待时间的调度策略得出的统计数据相差很小。3）AGV最小利用率的调度策略没有使小车利用率达到普遍预测的效果，且系统运行时间相对长，因此在调度中不宜采取此调度策略。

3．AGV停靠站点布置策略6.2.5医院AGV输送系统优化策略调度员根据经验，通常会安排AGV在空闲时就近停靠，即多安排几个小车停靠点，对提高系统运行效率有所帮助，因此小车停靠点即多个agvs_station位置确定的策略挺重要。

图6-17两台agvs_station时的模型3．AGV停靠站点布置策略6.2.5医院AGV输送系统优化策略图6-18AGV最短距离调度策略下1个、2个agvs_station时小车利用率对比图表6-6AGV最长等待时间调度策略下不同模型下详细统计数据6.3.1Emplant-Conveyor概述6.3.2机加工车间传送带仿真案例分析6.3.3机加工车间传送带仿真建模过程6.3.4机加工车间传送带仿真分析6.3

传送带物流系统模块化仿真案例6.3.1Emplant-Conveyor概述Emplant-Conveyor仿真模块是在Em-plant的基础上进行二次开发后的软件。它运用Em-plant中的基础控件进行组合，编写Method控制运行，形成一个固定的frame，应用在Em-plant中的工具栏中，作为传送带仿真的基本控件。6.3.1Emplant-Conveyor概述这里以cv_br3对象为例，展示其内部结构6.3.1Emplant-Conveyor概述Emplant-Conveyor对象分为传送运输对象、传送控制对象、生产控制对象、辅助对象四类传送运输对象对象图标对象名称主要功能对象图标对象名称主要功能cv_PutIn零件入口cv_PutOut零件出口cv_Straight沿直线传送物料cv_Bend沿弯曲方向传送物料cv_br2升高或转向cv_br3多方向升高、转向cv_junction2零件汇合cv_junction3多方向零件汇合cv_crossing传送带交叉传输cv_batchline批处理cv_dockingStation装卸平台cv_interface连接其他系统6.3.1Emplant-Conveyor概述对象图标对象名称主要功能对象图标对象名称主要功能cv_Manager记录系统数据Part代表零件对象图标对象名称主要功能对象图标对象名称主要功能ProductionManage记录零件加工顺序Station加工站台传送控制对象生产控制对象6.3.1Emplant-Conveyor概述对象图标对象名称主要功能ASSI注册传送系统AttributeExplorerBatchLine记录系统运行数据AttributeExplorerAll记录系统运行数据

辅助对象6.3.2机加工车间传送带仿真案例分析

某机械车间生产SS(套筒扳手)、OS（开口扳手）和ORS(梅花扳手)三种不同的零件。零件SS的工艺顺序为：warmup→forging→checking→turning→milling→checking→drilling→grinding→checking→packing；零件OS的工艺顺序为：warmup→forging→checking→grinding→checking→packing；零件ORS的工艺顺序为：warmup→forging→checking→packiing6.3.3机加工车间传送带仿真建模过程

模型布局如图中所示，新建一个Frame窗口conveyor-station，在其中放置各个对象，并用Connector连接它们，在station对象中输入加工站的名称，并修改其属性。stationStationnameStationtypeAvailableoperationswarmupwarmupheavyfuelequipmentwarmupforgingforgingforgingmachineforgingcheckcheckingcheckingcheckingtrunturninglatheturningmillmillingmillingmachinemillinggrindgrindinggrindingmachinegrindingdrilldrillingdrillingmachinedrillingpackpackingpackingmachinepacking6.3.3机加工车间传送带仿真建模过程6.3.3机加工车间传送带仿真建模过程设置ProdMgr，并输入产品的生产工艺流程SS加工工