基于见证的生产物流过程仿真与优化研究_生产物流论文

基于Witness的生产物流中的加工过程仿真优化研究，本文主要内容关键词为：过程论文,加工论文,物流论文,Witness论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      1 引言

      仿真作为一门技术科学，是在19世纪末20世纪初工业技术有了长足的发展之后确定下来的。而且伴随着工业技术的发展，仿真技术也开始在各行各业兴起。当前，仿真技术不仅广泛运用于社会经济系统、生态环境系统、能源以及生物医药系统等，也广泛应用于物流系统。物流的实现离不开配送，配送中心不但可以提高末端物流的效益，推动物流新技术的应用和开发，还有助于物流活动的合理化，完善整个物流网络。在生产物流中，配送中心的规划占有重要的地位。因此在降低物流成本、减少库存费用、提高设备利用率、增加物流的效益、推进物流现代化等方面，生产物流的仿真系统构建具有重要的意义。

      本文通过对生产物流系统中的加工过程进行建模与仿真研究，初步运用仿真技术来发现生产物流系统中的关键技术，利用Witness仿真软件建立生产物流过程的仿真模型，并对模型进行研究分析，深度挖掘系统所面临的瓶颈；然后通过优化模型，找出了突破系统瓶颈的策略。通过改进措施的实现，提高了生产物流系统的效率，并培养了理论联系实际的应用能力，从中体会到了计算机仿真技术在企业管理中的重要性。

      2 生产物流系统

      2.1 生产物流

      生产物流即原材料与外购件等投入生产后，通过下料、发料，送往不同加工场所与存储站点，以制品的形式，由一个生产单位传向另一个生产单位，根据特定的工艺规范进行加工、存货，并借助一定的运输设备，在某站点内接收，又从某个站点内发送，不断体现物料实物模态的流通过程，此时就组成了企业内部物流活动的流程。因此生产物流起始于原材料、外购件的流入，终止于成品仓库，融于整个生产过程。

      2.2 生产物流的特性

      生产物流承担着运输、存货、装载物流等工序。物流系统是由生产、制造等诸多环节组成的一个有机整体，当前很多生产过程中延续的传统生产物流设备已经极为落后，这些设备多为手工、半机械化或全机械化方式，且效率低下，劳动强度较大。随着制造系统的规模不断变大，生产的柔性化和自动化程度也日益改善，这就要求生产物流要与之相适应，与现代生产制造模式相吻合。

      (1)生产物流实际是小规模的精细物流。由于仅面向特定的服务对象，因此生产物流的规模依赖于生产企业的规模，这与社会上许多企业所形成的物流规模的集合相比起来，存在较大差距。由于规模有限，且一定时间内规模稳定不变，这有助于实施准确、精细的计划，并采取资源管理信息系统等手段，对生产过程中的物流进行对接，实现物流的精细化处理。

      (2)生产物流往往为专业化较强的定制型物流。它必须充分符合生产专业化的需求，面向特定的用户需求，而不是面向社会大众的物流需求。所以，生产物流存在特定的适应性并非普遍的实用性，为此，可通过对特定用户实行“定制”方案，获得较高的配送效率。

      (3)生产物流具有非常强的“成本核心”的作用。生产中的物流对资源的利用与耗费是组成生产成本的一个关键环节。通常在生产过程中，物流活动较为频繁，对成本的消耗较大，生产物流的观念应该主要是成本集约的观念。

      (4)生产物流为生产工艺流程的一个组成部分。生产工艺与物流过程通常是密切相关的，一方面是在物流过程中满足生产工艺所需要的加工与制造；另一方面是在加工制造的同时完成物流过程。两者之间具有很强的关联性，很难出现完全独立的运营状态。

      3 基于Witness建模的生产物流系统仿真

      3.1 加工系统描述

      本文考察某省会城市的一个工艺品制造车间，该车间由5组机器组，加工3种产品。每种产品分别要求完成4、3和5道工序，而每道工序必须在指定的机器组上，按照事先规定好的工艺顺序进行。其加工工序图如图1所示。

      

      图1 加工工序图

      

      3.2 加工系统数据

      第1、2、3、4、5组机器分别有3、2、4、3、1台相同的机器，三种产品原料到达车间的间隔时间分别服从均值为50min、30min、75min的指数型随机变量。

      三种产品的工艺路线见表1。于是，第1种作业首先在第3组机器上加工，然后在第1组、再后来在第2组机器上加工，最后在第5组机器上完成最终工序。

      如果一个项目在特定时间传向车间，此时该组机器均处于忙碌状态，则该项目须在该组机器处插入一个FIFO规则的队列，若前一天任务未完成，则在第二天进行加工处理。在特定机器上实施一个任务的时间是服从二阶爱尔朗分布的随机变量，那么其平均值将依赖于项目的类别和机器的组别序号。每种项目中每道工序的平均服务时间见表1，因此，一项第2类的作业在第4组机器上需耗费的平均服务时间为66min。

      3.3 仿真模型构建

      Witness软件主要用于离散事件系统的仿真，同时又可以用于连续事件系统的仿真。生产物流系统的仿真属于离散事件系统的仿真，其最大特点是可以呈现生产系统仿真的整个过程，从而可让用户清楚地掌握到生产过程中加工环节所发生的问题，对模型的参数(对应的生产参数)进行实时调节，实现对生产系统全过程的优化。其模型的结构图如图2所示。

      

      图2 Witness模型结构图

      3.3.1 元素定义。系统所有的元素定义见表2。

      

      3.3.2 可视化设置

      (1)Part元素的可视化设置。在元素选择窗口选择CP1元素，然后用鼠标右击，选中Disply，再点击

进行Text、Icon设置(如图3和图4)，同样设置CP2、CP3。

      

      图3 CP1Text设置

      

      图4 CP1Icon设置

      (2)Buffer元素的可视化设置。在元素选择窗口选择HCQ1元素，然后用鼠标右击，选中Disply，再点击

进行Text、Icon和Rectangle设置(如图5-图7)，同样设置HCQ2、HCQ3、HCQ4、HCQ5。

      

      图5 HCQ1Text设置

      

      图6 HCQ1Icon设置

      

      图7 HCQ1Rectangle设置

      (3)Machine元素的可视化设置。在元素选择窗口选择JQZ1元素，然后用鼠标右击，选中Disply，再点击

进行Icon、Part Queue、Simulation Items、Labor Queue、Attached Items设置(如图8-图12)，同样设置JQZ2、JQZ3、JQZ4、JQZ5。

      

      图8 JQZ1 Icon设置

      

      图9 JQZ1Part Queue设置

      

      图10 JQZ1Simulation Items设置

      

      图11 JQZ1Labor Queue设置

      

      图12 JQZ1Attached Items设置

      (4)模型的最终可视化界面。Witness模型最终可视化界面如图13所示。

      

      图13 Witness模型可视化界面

      3.4 运行结果分析

      3.4.1 统计报表。从表3可以看出，产品加工在系统中的时间均过长，分别为CP1：1078.47，CP2：680.21，CP3：147 5.73。从表4和表5中可以看出机器组3、5是瓶颈。

      

      

      3.4.2 系统优化。通过上一部分的分析，对机器组1、2、4各添加一台机器，再运行175200时间单位，改善后的运行统计报表见表6-表8。

      由表中数据可得：

      产品在系统未优化前的通过平均总时间为：1078.47+680.21+1475.73＝3234.41。

      产品在系统优化后的通过平均总时间为：283.78+223.16+406.06=913。

      

      产品在系统优化后的通过平均总时间占原来通过平均总时间的百分比为：913/3234.41=28.2%

      可以看出，产品在系统中的通过时间将为原来的28.2%，可见系统的柔性和顾客满意度得到了较大的提高。

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