设施规划与物流管理教材(PPT 68页).ppt

1、设施规划与物流管理,殷复鹏,山东建筑大学管理学院,2010年3月,目前设施规划者能够从功能强大的两大类软件中获得巨大的收益。 第一类软件能够提供规划布置设计辅助服务。如STORM、FACTORYCAD、FACTORYPLAN和SPIRAC等。第七章内容。 第二类就是仿真和运行系统分析。如PROMODEL、FACTORYFLOW、FACTOR/AIM、ARENA、Witness、Flexsim等。,第八章 物流系统建模与仿真,第一节 系统建模与仿真概述 第二节 仿真工具 第三节 物流系统建模与仿真实例,一、系统与模型 二、系统仿真 三、离散事件系统建模与仿真 四、物流系统建模的概念与意义,第一节

2、 系统建模与仿真概述,1、系统 系统仿真的研究对象是具有独立行为规律的系统。 工程系统 非工程系统,一、系统与模型,2、模型 系统模型就是为了达到系统研究的目的，用于收集和描述系统有关信息的实体。是对相应的真实对象和真实关系中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述，以各种可用的形式提供被研究系统的信息。,一、系统与模型,3、系统模型的结构具有的性质 由实际系统构造出一个模型的任务包括两个方面的内容：一是建立模型结构；二是提供数据。 （1）相似性 （2）简单性 （3）多面性,一、系统与模型,4、建立系统模型的原则 清晰性 相关性 准确性 可辨识性 集合性,一、系统与模型,

3、5、系统模型的分类,一、系统与模型,1、仿真的概念 仿真是指：设计一个实际系统的模型，对它进行实验，以便理解和评价系统的各种运行策略。而这里的模型是一个广义的模型，包含数学模型、非数学模型、物理模型等。 系统仿真是工程师、经理和决策人对有关操作、流程、或是动态系统的方案进行试验、评估、以及视觉化的工具。,二、系统仿真,2、仿真的分类 根据模型的不同，有不同方式的仿真。从仿真实现的角度来看，模型特性可以分为连续系统和离散事件系统两大类。由于这两类系统的运动规律差异很大，描述其运动规律的模型也有很大的不同，因此相应的仿真方法不同，分别对应为连续系统仿真和离散事件系统仿真。,二、系统仿真,连续系统仿

4、真 连续系统仿真是指物理系统状态随时间连续变化的系统，一般可以使用常微分方程或偏微分方程组描述。需要特别指出的是这类系统也包括用差分方程描述的离散时间系统。对于工科院校，因为主要研究的对象是工业自动化和工业过程控制，因此本教材主要介绍连续系统仿真。,2、仿真的分类,离散事件系统仿真 离散事件系统是指物理系统的状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。它与连续时间系统的主要区别在于：物理状态变化发生在随机时间点上，这种引起状态变化的行为称为“事件”，因而这类系统是由事件驱动的。离散时间系统的事件(状态)往往发生在随机时间点上，并且事件(状态)是时间的离散变量。系统的动态特性无法使用微分方程这类数

5、学方程来描述，而只能使用事件的活动图或流程图。因此对离散事件系统的仿真的主要目的是对系统事件的行为作统计特性分析，而不像连续系统仿真的目的是对物理系统的状态轨迹作出分析。,2、仿真的分类,3、系统进行仿真的原因 系统不存在。 在系统上进行的实验会造成巨大的破坏和损失。 系统无法恢复。 实验条件无法保证。,二、系统仿真,4、系统仿真的必要性（1）,二、系统仿真,不组装实际系统,利用计算机模型进行实验,可以在短时间、低成本下运行，而且不给现行系统带来任何中止或破坏的危险。,现实系统,现实系统（改进）,现实世界,计划,实验,成本高 时间长 业务停止的可能性大,改进方案,仿真模型,仿真世界,计划,实验

6、,成本低 时间短 业务不需停止,模型化,改进,4、系统仿真的必要性（2）,二、系统仿真,许多生产问题是一个空间、时间与随机变量交错的复杂课题，几乎不能用方程式、或简单的表计算来解开这些难题。而仿真技术对解开这些难题非常有效。,运用仿真技术可以使管理者从“经验+感觉+胆量”的管理模式中解脱出来。,经验+感觉+胆量,设备配备 工具/原材料存放位置 半成品/产品存放位置 搬运距离 ,订货时间 作业时间 故障/修理时间 出货时间 ,订货时间和数量 交货时间 熟练人员比率 故障率 退货率 ,空间,时间,随机变量,原始的解决方法,4、系统仿真的必要性（3）,二、系统仿真,问题的可视化,瓶颈囗在哪? 资源配

7、置是否合理？等等问题可以通过动画功能可视化,以便沟通经营者、管理者和操作者之间的意见,加快决策速度。,瓶颈囗,5、系统仿真的一般步骤 问题定义 制定目标 描述系统并对所有假设列表 罗列出所有可能替代方案 收集数据和信息 建立计算机模型 校验和确认模型 运行模型 分析输出,二、系统仿真,5、系统仿真的一般步骤,三、离散事件系统建模与仿真,1、基本概念 离散事件系统的状态只在离散的时间点上发生变化，而且这些离散的时间点是不确定的，具有很强的随机性。 首先考察一个简单的例子：某理发店只有一个理发师。在正常工作的时间内，如果没有顾客到达理发店，则理发师空闲；如果有顾客到达理发店，则理发师为顾客进行理发

8、服务。如果顾客到达理发店时，理发师正在为其他顾客服务，则新来的顾客在一旁排队等候。显然，每个顾客到达理发店的时间是随机的，而理发师为每个顾客进行理发服务的时间也是随机的，从而每个队列中的顾客等候的时间也是随机的，这是一个典型的离散事件系统的例子。,离散事件系统建模过程中的一些基本概念包括：,（1）实体。临时实体、永久实体 （2）事件。必然事件、条件事件 （3）成分。主动成分、被动成分 （4）活动 （5）进程 （6）仿真钟。表示仿真事件的变化 （7）随机变量。,2、离散事件系统仿真方法 从处理手段上看，离散事件系统仿真方法可分为两类： （1）面向过程的离散事件系统仿真：主要研究仿真过程中发生的事

9、件以及模型中实体的活动。 （2）面向对象的离散事件系统仿真：在面向对象仿真中，组成系统的实体用对象来描述。对象有三个基本的描述部分，即属性、活动和消息。,三、离散事件系统建模与仿真,物流系统建模就是把物流系统中各个组成部分的主要特征要素及其变化规律、各组成部分之间的输入输出关系建立系统模型，便于运用分析方法或计算机仿真方法得出物流系统得出物流系统的优化解。,四、物流系统建模概念和意义,一、计算机仿真软件的发展 二、物流系统建模与仿真软件简介 三、复杂系统仿真软件选择的原则 四、Flexsim系统介绍,第二节 仿真工具,1第一阶段 从50年代到60年代初期 2第二阶段 60年代到70年代 3第三

10、阶段 70年代到80年代初期 4第四阶段 80年代中期开始一体化建模与仿真 环境研究,一、计算机仿真软件的发展,典型的系统仿真软件 ： （1）20-sim （2）arena （3）Automod （4）Awesim （5）Easy5 （6）Idef （7）Intrax （8）Manufacturing Engineering （9）Matlab （10）Modsim （11）Promodel （12）Prosolvia （13）Quest （14）SDI Supply Chain （15）Witness(SDX) （16）Flexsim,二、物流系统建模与仿真软件,软件选择中需要考虑如下问题：

11、 1一般性问题 2输入方面 3处理过程的考虑 4. 输出方面 5系统环境方面 6成本方面 7基本要求,三、复杂系统仿真软件选择的原则,1、一般性问题 （1）建模的柔性 （2）模型开发的简单性 （3）仿真执行速度要快 （4）模型文件要小,三、复杂系统仿真软件选择的原则,2、输入方面 （1）CAD转化 （2）导入文件 （3）导出文件 （4）语法 （5）交互运行控制器 （6）同其他程序的接口 （7）输入数据分析能力,三、复杂系统仿真软件选择的原则,3、处理过程的考虑 （1）强大的建模能力 （2）运行时间的可变性 （3）随机变量发生器 （4）复位功能 （5）随机变量相互独立 （6）属性和全局变量 （7

12、）可扩展编程 （8）兼容性,三、复杂系统仿真软件选择的原则,4输出方面 （1）标准报表 （2）定制报表 （3）商务图表 （4）客户定制测度 （5）写入文件,三、复杂系统仿真软件选择的原则,5、系统环境方面 （1）动画能力 （2）便于使用,三、复杂系统仿真软件选择的原则,6、成本方面 7、基本要求 （1）运行准确和详细 （2）软件的功能强大 （3）运行速度快,三、复杂系统仿真软件选择的原则,1Flexsim简介 2 Flexsim建模 3 Flexsim术语 4 Flexsim常用模型 5. Flexsim仿真过程,四、Flexsim介绍,Flexsim是一个强有力的分析工具，可帮助工程师和设计

13、人员在系统设计和运作中做出智能决策。 Flexsim仿真软件是一个以对象为导向的仿真软件程序，建立可以帮助使用者规划、流程、设计的模型，依不同决策变量的组合，分析使用率、产能、产出、前置时间、成本等策略，达到产能最大化、排程最佳化、半成品及库存最小化、 成本最小化目标。,1、Flexsim简介,Flexsim具有简洁的编排方式，通过拖曳的方式轻松地建构出图形化模式； 具有功能齐全的组件库（模型库），能够方便构建模型； 2D与3D灵活转换，能够构建虚拟环境，及其直观。,1、Flexsim简介,Flexsim是一种离散事件仿真软件程序。这意味着它被用来对这样的系统建模，这些系统根据特定事件发生的结

14、果在离散时间点改变状态。 一般，状态可分为空闲、繁忙、阻塞或停等机； 事件则有用户订单到达、产品移动、机器停机等。,2、Flexsim建模,离散仿真模型中被加工的实体通常是物理产品，但也可能是用户、文书工作、绘图、任务、电话、电子信息等等。这些实体通过一系列加工过程、排队和运输步骤，即所谓加工流程，在系统中依次进行下去。加工过程中的每一步都可能需要一个或多个资源，例如机器、输送机、操作员、车辆或某种工具。这些资源有些是固定的，另一些是可移动的。一些资源是专门用于特定任务的，另一些则必须在多任务中共享。,2、Flexsim建模,使用Flexsim可解决的3个基本问题 服务问题 要求以最高满意度和

15、最低可能成本来处理用户及其需求。 制造问题 要求以最低可能成本在适当的时间制造适当产品。 物流问题要求以最低可能成本在适当的时间，适当的地点，获得适当的产品。,2、Flexsim建模,（1） Flexsim实体 Flexsim的实体在仿真中模拟不同类型的资源。暂存区实体就是一个例子，它在仿真中扮演存储或缓冲区的角色。暂存区可以代表一队人，CPU中一队空闲处理程序，一个工厂中的地面堆存区，或客户服务中心的等待传叫的队列。另一个Flexsim实体的例子是处理器实体，它模拟一段延迟或处理时间。它可以代表工厂中的一台机器，一个为客户服务的银行出纳员，或者一个分检包裹的邮政员工等。 该系统提供了许多常用

16、的实体模型，存放在模型库，供分析人员使用。,3、Flexsim术语,（2）临时实体 临时实体是那些在模型系统中移动通过的实体。临时实体可以代表零件、托盘、组装部件、纸张、集装箱、人、电话呼叫、订单，或任何移动通过你正在仿真的过程的对象。临时实体可以被加工，也可以被物料运输资源携带通过系统。在Flexsim中，临时实体产生于一个发生器实体。一旦临时实体从模型系统中通过，他们就被送至吸收器实体。,3、Flexsim术语,（3）临时实体类型 临时实体类型是置于实体上的一个标签，可以代表一个条形码、产品类型或工件号。Flexsim可通过参考临时实体类型来进行临时实体行程安排。,3、Flexsim术语,

17、（3）端口 每个Flexsim的实体都可有多个端口，端口数没有数量限制。实体通过端口与其它实体进行通信。端口有3种类型：输入、输出和中间端口。 输入和输出端口在设定临时实体在模型中的流动路线时使用。例如，一个邮件分拣器，根据包裹的目的地不同，把包裹放置在几个输送机中的一个上。要在Flexsim中模拟这个过程，你需要将一个处理器实体的多个输出端口连接到几个输送机实体的输入端口，这表示一旦处理器（或邮件分拣器）完成对临时实体（或包裹）的处理，将把它发送到输送机。,3、Flexsim术语,（3）端口 中间端口用来建立一个实体与另一个实体的相关性。中间端口通常的应用是建立固定实体与可移动实体之间的相关

18、关系，这些固定实体如机器、暂存区、输送机，可移动实体如操作员、叉车、起重机等。本课教程中不使用中间端口。,3、Flexsim术语,1）固体实体 固定实体是模型中固定不动的实体，可以代表处理流程的步骤，如处理站或存储区域。临时实体中从头到尾穿过模型，经历进入、被处理、完成各个处理步骤的过程。当一个临时实体在模型中某一步被处理完成，就被发送到下一步，或者说是发送到下一个固定实体。 2）任务执行器 任务执行器是模型中共享的可移动的资源。它们可以是操作员，被用来在某给定步骤中处理一个临时实体时使用。或者，可以在步骤之间运输临时实体。它们还可以执行许多其它仿真功能。,4、Flexsim常见模型,（1）发

19、生器（Source） 又称生成器。生成器用来创建在模型中行进通过的临时实体。每个生成器创建一类临时实体，并能够为它所创建的临时实体分配属性，如实体类型或颜色。模型中至少有一个生成器。生成器可以按照每个到达时间间隔、每个到达时间表或一个定义的到达序中创建临时实体。,1）固体实体,（2）暂存区（Queue） 暂存区用来在下游实体尚不能接收临时实体时暂时存储它们。暂存区的默认工作方式是先进先出式，意思是，当下游实体变为可用时，已经等待那个实体的等待时间最长的那个临时实体首先离开暂存区。暂存区设有分批选项，可以积累临时实体到一个批次再释放它们。,1）固体实体,（3）处理器（Processor） 处理器

20、用来在模型中模拟对临时实体的处理过程。处理过程仅被简单地模拟为一段强制的时间延迟。总延迟时间被分成预置时间和处理时间。处理器一次可以处理多个临时实体。处理器可以设置中断停机，并且经过随机或定期的时间间隔之后恢复在线状态。处理器可在其预置、处理及维修时间内调用操作员。当处理器中断停机时，所有正在处理的临时实体都会被延迟。,1）固体实体,（4）吸收器（Sink） 吸收器用来消除模型中已经完成全部处理的临时实体。一旦一个临时实体进入吸收器，就不能再恢复。任何涉及即将离开模型的临时实体的数据收集，都应在它进入吸收器之前或在吸收器的进入触发器中进行。,1）固体实体,（5）分解器（Separator） 分

21、解器用来将一个临时实体分成几个部分。分离可以通过拆分一个由合成器装盘的临时实体，或者复制原始实体的多个复本来实现。在处理时间完成后进行分解/拆盘。可以设置分解器在其预置、处理和维修时间内需要操作员。,1）固体实体,（6）合成器（Combiner） 合成器用来把模型中行进通过的多个临时实体组合在一起。它可以将临时实体永久地合成在一起，也可以将它们打包，在以后某个时间点上还可以再将它们分离出来。合成器首先从输入端口1接收一个临时实体，然后才会从其它输入端口接收后续的临时实体。用户指定从输入端口2及更大序号的端口接收的临时实体的数量。只有当用户要求的后续临时实体全部到达后，才开始对预置/处理时间计时

22、。可以把合成器设置为在其预置、处理和维修时间期间需要操作员。,1）固体实体,（7）复合处理器（MultiProcessor） 复合处理器用来模拟对临时实体的顺序地有序操作过程。用户对每个复合处理器实体定义一系列的处理过程。每个进入复合处理器的临时实体都将按顺序经历这些处理过程。复合处理器可能在处理过程中调用操作员。,1）固体实体,（8）输送机（Conveyor） 输送机用来在模型中沿一系列路径移动临时实体。通过创建输送机的不同分段来定义路径。每个分段可以是直段，也可以是弧段。弧段用转过的角度和半径定义。直段由长度定义。这样可以使输送机具有其所需要的弯曲度。输送机可以是可积聚的，也可以是非积聚的

23、。,1）固体实体,（9）分类输送机（MergeSort） 分类输送机是一种非积聚式输送机，允许沿着输送机有多个输入位置，同时也有多个输出位置。每个输入/输出端口都有一个用户定义的输入/输出位置。,1）固体实体,（10）流节点（FlowNode） 流节点用于将临时实体从一个位置移动到另一个位置，其移动过程伴随时间的消耗。使用“A”键点击拖动的简单连接方式，就可以使用流节点引导临时实体流。例如，如果需要产品花费一定时间从一个暂存区移动到一个处理器，则在两者之间放置一个流节点，并连接暂存区的输出端口与流节点的输入端口，然后连接流节点的输出端口与处理器的输入端口。,1）固体实体,（11）货架（Rack

24、） 货架用来像在仓库货架上一样存储临时实体。货架的列数和层数可以由用户定义。用户可以指定位置来放置进入货架的临时实体。如果使用一个运输机实体来从一个货架捡取或传递临时实体，运输机将行进到货架中分配给那个临时实体放置的特定货格。货架也可以用来当作一个仓库的地面堆存，使用列号来指定在地面上放置临时实体的x位置，用层来指定放置临时实体的y位置。,1）固体实体,（12）储液罐（Reservoir） 储液罐用来存储临时实体，而使模拟效果仿佛是在一个液体灌或池槽中存储一样。用户可以定义储液罐的流入流出速率。当液面上升或下降到用户定义的特定值时，可以触发某些事件。,1）固体实体,（13）基本固定实体（Bas

25、icFR） 基本固定实体（BFR）是为开发人员提供的用来建立用户库的固定实体。它把固定实体的几乎所有可继承逻辑传递给拾取列表函数，这样，用户库开发人员就能够切实地指定固定实体的所有功能。,1）固体实体,（1）操作员（Operator） 实体可以调用操作员在预置、处理或者维修过程中使用他。他们将与调用他们的实体呆在一起直到被释放。一旦被释放，如果又被调用，它们就可以去为另一个实体工作。他们也可以用来在实体之间搬运临时实体。如果要操作员沿着特定的路径行走，可以将它们置于一个网络中。,2）任务执行器,（2）运输机（Transporter） 运输机主要用来从一个实体到另一个实体搬运临时实体。它有一个货叉，可以在向货架中捡取或放下临时实体时抬升到相应的高度。如果