多产品单阶段制造系统仿真与分析目录
1生产物流相关知识介绍
1.1生产物流概念
1.2生产物流过程
1.3生产物流的特点
1.3.1实现价值的特点
1.3.2主要功能要素的特点
1.3.3物流过程的特点
1.3.4物流运行的特点
2系统仿真概述
3多产品单阶段制造系统案例说明
3.1系统描述
3.2系统数据
4建立仿真模型
4.1流程模型
4.2建立Flexsim模型
4.3 模型仿真运行及数据分析
5仿真模型优化
1生产物流相关知识介绍
1.1生产物流概念
企业的生产物流活动是指在生产工艺中的物流活动。这种物流活动是与整个生产工艺过程伴生的,实际上已经构成了生产工艺过程的一部分。过去人们在研究生产活动时,主要关注一个又一个的生产加工过程,而忽视了将每一个生产加工过程串在一起的、并且又和每一个生产加工过程同时出现的物流活动。例如,不断离开上一工序,进入下一工序,便会不断发生搬上搬下、向前运动、暂时停止等物流活动。实际上,一个生产周期,物流活动所用的时间远多于实际加工的时间。所以,企业生产物流研究的潜力,时间节约的潜力、劳动节约的潜力是非常大的。
生产物流一般是指:原材料、燃料、外购件投人生产后,经过下料、发料,运送到各加工点和存储点,以在制品的形态,从一个生产单位(仓库)流人另一个生产单位,按照规定的工艺过程进行加工、储存,借助一定的运输装置,在某个点内流转,又从某个点内流出,始终体现着物料实物形态的流转过程。
1.2生产物流过程
企业生产物流的过程大体为:原材料、零部件、燃料等辅助材料从企业仓库和企业的“门口”开始,进入到生产线开始端,再进一步随生产加工过程各个环节运动,在运动过程中,本身被加工,同时产生一些废料、余料,直到生产加工终结,再运动至成品仓库便终结了企业生产物流过程。
1.3生产物流的特点
1.3.1实现价值的特点
企业生产物流和社会物流的一个最本质不同之处,也即企业物流最本质的特点,主要不是实现时间价值和空间价值的经济活动,而主要是实现加工附加价值的经济活动。
企业生产物流一般是在企业的小范围内完成,当然,这不包括在全国或者世界范围内布局的巨型企业。因此,空间距离的变化不大,在企业内部的储存,和社会储存目的也不相同,这种储存是对生产的保证,而不是一种追求利润的独立功能,因此,时间价值不高。
企业生产物流伴随加工活动而发生,实现加工附加价值,也即实现企业主要目的。所以,虽然物流空间、时间价值潜力不高,但加工附加价值却很高。
1.3.2主要功能要素的特点
企业生产物流的主要功能要素也不同于社会物流。一般物流的功能的主要要素是运输和储存,其它是作为辅助性或次要功能或强化性功能要素出现的。企业物流主要功能要素则是搬运活动。
许多生产企业的生产过程,实际上是物料不停的搬运过程,在不停搬运过程中,物料得到了加工,改变了形态。
即使是配送企业和批发企业的企业内部物流,实际也是不断搬运过程,通过搬运,商品完成了分货、拣选、配货工作,完成了大改小、小集大的换装工作,从而使商品形成了可配送或可批发的形态。
1.3.3物流过程的特点
企业生产物流是一种工艺过程性物流,一旦企业生产工艺、生产装备及生产流程确定,企业物流也因而成了一种稳定性的物流,物流便成了工艺流程的重要组成部分。由于这种稳定性,企业物流的可控性、计划性便很强,一旦进入这一物流过程,选择性及可变性便很小。对物流的改进只能通过对工艺流程的优化,这方面和随机性很强的社会物流也有很大的不同。
1.3.4物流运行的特点
企业生产物流的运行具有极强的伴生性,往往是生产过程中的一个组成部分或一个伴生部分,这决定了企业物流很难与生产过程分开而形成独立的系统。
在总体的伴生性同时,企业生产物流中也确有与生产工艺过程可分的局部物流活动,这些局部物流活动有本身的界限和运动规律,当前企业物流的研究大多针对这些局部物流活动而言。这些局部物流活动主要是:仓库的储存活动、接货物流活动、车间或分厂之间的运输活动等。
2系统仿真概述
仿真研究的重点通常是一个流程或者一类设施,被称为一个系统。为了能科学的研究这个系统,我们必须作出一组关于如何运作的假设。这些假设通常是系统各部分间的数学关系或逻辑关系,所有的假设构成了一个模型,人们通过这个模型可以了解原始系统的行为方式和特点。
如果组成模型的只是简单关系,我们可以通过数学方法(如代数学、微积分和概率)来获取所需要的准确信息;这被称为解析解,它们必须用仿真的方法进行研究。仿真是通过使用计算机来兑模型进行数值分析,以此获得反映模型真是特征的数据。
仿真技术的应用领域很多,范围很广。仿真用在解决某些热书问题时非常有效,以下是这些应用问题的列表;
☆设计并分析生产制造系统;
☆评估军事装备系统及其后勤需求;
☆确定通讯网络的硬件要求或通讯协议;
☆确定计算机系统的软硬件要求;
☆设计并运营交通系统,如机场、高速公路、港口和地铁;
☆评估服务设施的谁及方案,如电话中心、快餐店、医院和邮局;
☆商业流程再造
☆确定库存系统的订货策略
☆分析财务或经济系统
3多产品单阶段制造系统案例说明
3.1系统描述
某工厂加工三种类型产品的过程:三类产品分别从工厂其他车间到达该车间这个车间有三台机床,每台机床可加工一种特定的产品类型。一旦产品在相应的机床上完成加工,所有产品都必须送到一个公用的检验台进行质量检测。质量合格的产品就会被送到下一个车间。质量不合格的产品则必须送回相应的机床进行再加工。
3.2系统数据
产品到达:平均每5秒到达一个产品,到达间隔时间服从指数分布
产品加工:平均加工时间10秒,加工时间服从指数分布
产品检测:固定时间4秒
产品合格率:80%
4建立仿真模型
4.1流程模型
4.2建立Flexsim模型第一步:模型实体设计
处理器
暂存区
课程设计物流系统建模与仿真 专业年级2011级物流工程指导教师张莹莹 小组成员 重庆大学自动化学院 物流工程系 2014年9 月12 日
课程设计指导教师评定成绩表 项目分 值 优秀 (100>x≥90) 良好 (90>x≥80) 中等 (80>x≥ 70) 及格 (70>x≥60) 不及格 (x<60) 评 分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准 学习态度15 学习态度认 真,科学作风 严谨,严格保 证设计时间并 按任务书中规 定的进度开展 各项工作 学习态度比较 认真,科学作 风良好,能按 期圆满完成任 务书规定的任 务 学习态度 尚好,遵守 组织纪律, 基本保证 设计时间, 按期完成 各项工作 学习态度尚 可,能遵守组 织纪律,能按 期完成任务 学习马虎, 纪律涣散, 工作作风 不严谨,不 能保证设 计时间和 进度 技术水平 与实际能力25 设计合理、理 论分析与计算 正确,实验数 据准确,有很 强的实际动手 能力、经济分 析能力和计算 机应用能力, 文献查阅能力 强、引用合理、 调查调研非常 合理、可信 设计合理、理 论分析与计算 正确,实验数 据比较准确, 有较强的实际 动手能力、经 济分析能力和 计算机应用能 力,文献引用、 调查调研比较 合理、可信 设计合理, 理论分析 与计算基 本正确,实 验数据比 较准确,有 一定的实 际动手能 力,主要文 献引用、调 查调研比 较可信 设计基本合 理,理论分析 与计算无大 错,实验数据 无大错 设计不合 理,理论分 析与计算 有原则错 误,实验数 据不可靠, 实际动手 能力差,文 献引用、调 查调研有 较大的问 题 创新10 有重大改进或 独特见解,有 一定实用价值 有较大改进或 新颖的见解, 实用性尚可 有一定改 进或新的 见解 有一定见解观念陈旧 论文(计算 书、图纸)撰写质量50 结构严谨,逻 辑性强,层次 清晰,语言准 确,文字流畅, 完全符合规范 化要求,书写 工整或用计算 机打印成文; 图纸非常工 整、清晰 结构合理,符 合逻辑,文章 层次分明,语 言准确,文字 流畅,符合规 范化要求,书 写工整或用计 算机打印成 文;图纸工整、 清晰 结构合理, 层次较为 分明,文理 通顺,基本 达到规范 化要求,书 写比较工 整;图纸比 较工整、清 晰 结构基本合 理,逻辑基本 清楚,文字尚 通顺,勉强达 到规范化要 求;图纸比较 工整 内容空泛, 结构混乱, 文字表达 不清,错别 字较多,达 不到规范 化要求;图 纸不工整 或不清晰 指导教师评定成绩:
物流系统仿真 期末作业 题目:Manufacturing System Planning and Scheduling 班级:物流工程131 学号:1311393003 1311393008 姓名:黎宇帆张力夫 日期:2015-09-19 成绩:
制造系统规划与调度 翻译 2.1引言 现代生产调度工具是非常强大的,提供了广阔的范围内调整工具的行为的真实过程要求的选项和参数。 然而,更多的选项的存在,它就在实践中找到的工具的最佳配置更加困难。 即专家们经常无法预测的多种可能性的影响。 测试甚至一小部分在现实中可能的配置,对实际生产过程的影响可能需要几个月的时间,可能会严重降低整体性能。 因此,这样的试验在实践中是不可行的。 优化的生产调度仿真模型比使用真正的过程更安全,更便宜,更快,更容易测试。为了在一个中等规模的制造公司充分使用先进的调度工具的优势,找到它的一个最佳的规则和参数的优化配置。 模块化仿真模型的整个业务的制造系统和生产过程中阳极氧化阶段是建立以测试不同的调度配置的影响。调度工具的配置测试和优化进行了离线使用的仿真模型。实际生产过程不受干扰,可以非常快速、低成本的找到最优配置。 2.2问题描述 位于英国的一个中型制造商,生产一系列的不同的小压铝零件和一系列大批量的其他面向消费者的产品。典型的应用包括香水的喷雾组件和哮喘患者的分配器。这是一个高度竞争的行业,成功取决于是否能实现高效率和低成本制造。所以生产调度是非常重要的。 在过去,该公司安装的软件工具可以支持生产过程中的各个区域调度。全面提高公司绩效,增加产量和减少产品的交货时间,他们计划建立自动电抗器的供应链规划服务器–总调度系统协调当地所有的业务和生产区。为了提供最好的解决方案,调度工具供应商,预优国际(https://www.doczj.com/doc/d36650807.html,)决定使用模拟求解调度工具的优化配置。 问题是建立一个仿真工具,它将接受的到来客户订单和生产订单排序以满足这些需求。一个重要的地方是模型的生产过程本身,以确保它的主要阶段的最佳时刻加载。阳极氧化阶段是整个生产过程中特别重要的,因此,它必须是非常详细的模拟,以测试到整体订单的交货时间可以通过阳极氧化过程阶段优化减少到什么程度。 在这种情况下的研究主要目标是以下几个: (1)为了确定公司模型间的相关业务和生产过程和确定订单和交货时间, (2)在规划部门分析和优化业务流程,为了处理传入的需求和规划生产订单。 (3)测试的整体生产时间,提高灵敏度,特别是确定是否引入特定排序规则的生产订单将减少在阳极氧化处理阶段总的处理时间。
Flexsim应用案例示例 示例一港口集装箱物流系统仿真 (根据:肖锋,基于Flexsim集装箱码头仿真平台关键技术研究,武汉:武汉理工大学硕士学位论文,2006改编) 1、港口集装箱物流系统概述与仿真目的 1.1港口集装箱物流系统概述 1.2港口集装箱物流系统仿真的目的 2、港口集装箱物流系统的作业流程 2.1港口集装箱物流系统描述 2.2港口集装箱物流系统作业流程 2.3港口集装箱物流系统离散模型分析 3、港口集装箱物流系统仿真模型 3.1港口集装箱物流系统布局模型设计 3.2港口集装箱物流系统设备建模 3.3港口集装箱物流系统仿真 4、仿真运行及数据分析 4.1仿真运行及数据处理 4.2仿真数据的结果分析 小结与讨论 示例二物流配送中心仿真 (根据:XXX改编) 1、物流配送中心概述与仿真目的 1.1物流配送中心简介 1.2仿真目的 2、配送中心的作业流程描述 2.1配送中心的功能 2.2配送中心的系统流程
3、配送中心的仿真模型 3.1配送中心的仿真布局模型设计 3.2配送中心的设备建模 3.3配送中心的仿真 4、仿真运行及数据分析 4.1仿真运行及数据处理 4.2仿真数据结果分析 4.3系统优化 小结与讨论 “我也来编书”示例 示例一第X章排队系统建模与仿真学习要点 1、排队系统概述 2、排队系统问题描述 3、排队系统建模 4、排队系统仿真 5、模型运行与结果分析 小结 思考题与习题(3-5题) 参考文献 1、李文锋,袁兵,张煜.2010.物流系统建模与仿真(第6章) 北京:科学出版社 2、王红卫,谢勇,王小平,祁超.2009.物流系统仿真(第6章) 北京:清华大学出版社 3、马向国,刘同娟.2012.现代物流系统建模、仿真及应用案例(第5章)
现代物流模拟课程设计指导书 经济与管理学院 2010.3
目录 一课程简介 (3) 二课程目的 (3) 三课程设计方式与要求 (3) 四课程进度安排 (3) 五考核方式与成绩评定 (3) 六课程内容 (4) (一)物流系统概述 (4) (二)物流系统模型概述 (5) (三)物流系统仿真 (6) (四)现代物流模拟实验模块 (7) 模块一:物流节点选址模型与仿真 (7) 模块二:运输配送系统模型与仿真 (9) 模块三:库存控制模型与仿真 (10) 模块四:物流节点设施布局模型与仿真 (11) 七参考教材 (11)
一课程简介 《现代物流模拟》为经济管理专业的综合实验课,它通过实战式的仿真情境,将学生置身于企业生产经营活动中,并通过计算机模拟的形式,让学生亲身参与到生产企业的物流与供应链管理活动中,从战略定位,到市场营销活动,到订单活动,到采购与库存决策,到物料供应,到生产与新品研发,到销售与资金运作,从而让学生全面了解企业生产经营活动与物流、供应链管理概况,把握企业成功的关键因素。 二课程目的 通过课程设计,要求学生能综合运用物流专业知识和技能,解决具体案例情境下的物流问题,训练综合分析问题、解决问题的方法和技巧,提高综合应用能力,提高创造能力和团体合作精神。 三课程设计方式与要求 1 学生分组确定各小组成员(每4人构成一个小组),并商量确定课程设计的主题项目,主题项目为现代物流模拟实验的四个模块; 2 各小组根据已选定的主题进行系统建模与设计; 3 课程设计过程中,各小组独立完成,组内成员分工协作; 4 课程设计完成后,各小组成员提交实验报告,并由一名小组代表陈述本小组实验方案(以PPT 形式展示)。 四课程进度安排 五考核方式与成绩评定 授课教师根据学生的学习态度、出勤情况、操作技能、设计质量和实验报告的完成情况等来综合考核学生的实验成绩。评分依据: 1、学生学习态度是否良好
一曲柄滑块机构运动学仿真 1、设计任务描述 通过分析求解曲柄滑块机构动力学方程,编写matlab程序并建立Simulink 模型,由已知的连杆长度和曲柄输入角速度或角加速度求解滑块位移与时间的关系,滑块速度和时间的关系,连杆转角和时间的关系以及滑块位移和滑块速度与加速度之间的关系,从而实现运动学仿真目的。 2、系统结构简图与矢量模型 下图所示是只有一个自由度的曲柄滑块机构,连杆与长度已知。 图2-1 曲柄滑块机构简图 设每一连杆(包括固定杆件)均由一位移矢量表示,下图给出了该机构各个杆件之间的矢量关系 图2-2 曲柄滑块机构的矢量环
3.匀角速度输入时系统仿真 3.1 系统动力学方程 系统为匀角速度输入的时候,其输入为输出为;。 (1) 曲柄滑块机构闭环位移矢量方程为: (2)曲柄滑块机构的位置方程 (3)曲柄滑块机构的运动学方程 通过对位置方程进行求导,可得 由于系统的输出是与,为了便于建立A*x=B形式的矩阵,使x=[], 将运动学方程两边进行整理,得到 将上述方程的v1与w3提取出来,即可建立运动学方程的矩阵形式 3.2 M函数编写与Simulink仿真模型建立 3.2.1 滑块速度与时间的变化情况以及滑块位移与时间的变化情况 仿真的基本思路:已知输入w2与,由运动学方程求出w3和v1,再通过积分,即可求出与r1。 (1)编写Matlab函数求解运动学方程 将该机构的运动学方程的矩阵形式用M函数compv(u)来表示。 设r2=15mm,r3=55mm,r1(0)=70mm,。 其中各个零时刻的初始值可以在Simulink模型的积分器初始值里设置
M函数如下: function[x]=compv(u) %u(1)=w2 %u(2)=sita2 %u(3)=sita3 r2=15; r3=55; a=[r3*sin(u(3)) 1;-r3*cos(u(3)) 0]; b=[-r2*u(1)*sin(u(2));r2*u(1)*cos(u(2))]; x=inv(a)*b; (2)建立Simulink模型 M函数创建完毕后,根据之前的运动学方程建立Simulink模型,如下图: 图3-1 Simulink模型 同时不要忘记设置r1初始值70,如下图: 图3-2 r1初始值设置
知识点2 1. 结合具体制造系统或服务系统,分析离散事件动态系统的基本特征。 2. 什么叫“状态空间爆炸”?产生状态空间爆炸的原因是什么?它给系统性能分析带来哪些 挑战? 3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些,它们是如何分类的? 4. 什么是马尔可夫特性?它在离散事件系统建模与分析中有什么作用? 5. 根据功能不同,仿真模型(程序)可以分为哪三个层次?分析三个层次之间的关系。 6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点,在分 析每种调度方法基本原理的基础上,阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系,并绘制每种仿真调度方法的流程图。 7. 结合具体的离散事件系统,如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等,采用事 件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型,试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。 8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面,比较事件调度法、活动循环法和进 程交互法的异同之处。 9. 什么叫仿真时钟,它在系统仿真中有什么作用?什么叫仿真时钟推进机制?常用的仿真 时钟推进机制有哪些?它们的主要特点是什么,分别适合于怎样的系统? 10.结合具体的离散事件系统,分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制 或混合时间推进机制时,分别具有哪些优点和缺点,以图形或文字等形式分析时钟推进流程。 11.什么叫仿真效率?什么叫仿真精度?分析影响仿真效率和仿真精度的因素? 12.从仿真效率和仿真精度的角度,分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点,并分析三种 仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统? 13. 什么是蒲丰投针试验?绘制蒲丰投针试验原理图,通过推导蒲丰投针试验中针与任一直 线相交的概率,分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。 14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求,完成投针试验,在统计投针次数、针与直线的相交次 数的基础上,求解π的估计值,并以报表或图形等形式表达试验结果。具体要求如下: ①自行确定针的长度、直线之间的距离。 ②投针10次、20次、30次、40次、50次、…、100次、…、200次、…,分别计算针 与直线相交的概率、π的估计值。 ③以一随机变量描述上述试验结果,并通过编程或采用商品化软件,以图形、报表等形 式表示投针试验结果,分析其中的规律,并给出结论。 ④写出试验报告。 ⑤在熟悉投针试验原理的基础上,编制投针试验仿真程序,动态运行投针试验的过程。15.什么是蒙特卡洛仿真?它有什么特点,蒙特卡洛仿真应用的基本步骤是什么? 16.采用C或C++等语言,分别编写产生均匀分布、正态分布、指数分布以及威布尔分布的伪随机数序列,通过改变每种分布中参数的数值,分析不同参数数值对随机数值的影响;通过对所产生的伪随机数分布区间的统计、分析和绘图,检验伪随机数的特性及其数值特征。 17. 对于制造系统而言,库存有哪些作用和功能? 18. 在制造企业中,库存大致可以分成四种类型。简要论述四种库存的名称和功能。 19. 什么是安全库存、订货提前期?确定安全库存和订货提前期时分别需要考虑哪些因素? 20. 什么叫“订货点法”?要确定订货点,需要哪些条件?订货点法适合于怎样的库存系统?
系统建模与仿真 开课对象:工业工程开课学期:6 学分:2学分;总学时:48学时;理论课学时:40学时; 实验学时:0 学时;上机学时:8学时 先修课程:概率论与数理统计 教材:系统建模与发展,齐欢,王小平编著,清华大学出版社,2004.7 参考书: 【1】离散事件系统建模与仿真,顾启泰,清华大学出版社 【2】现代系统建模与仿真技术,刘兴堂,西北工业大学出版社 【3】离散事件系统建模与仿真,王维平,国防科技大学出版社 【4】系统仿真导论,肖田元,清华大学出版社 【5】建模与仿真,王卫红,科学出版社 【6】仿真建模与分析(Simulaton Modeling and Analysis)(3rd eds.),Averill M. Law, W.David Kelton,清华大学出版社/McGraw-Hill 一、课程的性质、目的和任务 建模与仿真是当代现代科学技术的主要内容,其技术已渗透到各学科和工程技术领域。本课程以一般系统理论为基础,让学生掌握适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和基本方法。 本课程的目的和任务是使学生: 1.掌握建模基本理论; 2.掌握仿真的基本方法; 3.掌握一种仿真语言及仿真软件; 4.能够运用建模与仿真方法分析、解决工业工程领域的各种常见问题。 二、课程的基本要求 1.了解建模与仿真的作用和发展,理解组成要素。 2.掌握建模的几种基本方法,及模型简化的技术手段。 3.掌握建模的一般系统理论,认识随机数的产生的原因及统计控制方式。 4.能对离散事件进行仿真,并能分析运行结果。 三、课程的基本内容及学时分配 第一章绪论(3学时) 1.系统、模型、仿真的基本概念
《生产系统建模与仿真》教学大纲 (理论课程) 开课系(部):工程学院课程编号:010396 课程类型:专业课总学时:48 学分:3 适用专业:工业工程开课学期:2014-2015学年第一学期 先修课程:概率论与数理统计、C语言程序设计、系统工程导论 一、课程简述 《生产系统建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程,是工业工程系的主导课程之一。学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题,并通过改进措施的实现,提高生产能力和生产效率。 本课程具有较强的理论性,同时具有较强的实践性和应用性,能够有效增强学生的系统仿真理论基础,提高学生对系统仿真、分析工作的适应性,培养其开发创新能力。 本课程的教学目标是培养学生的设计能力、创新能力和工程意识。课程以制造型生产企业为核心,通过理论教学和实践环节相结合,阐述了离散事件系统建模与仿真技术在生产企业分析中的基本原理和方法。其容涉及计算机仿真技术在生产系统分析中的作用和原理、仿真软件的介绍,重点介绍排队系统、库存系统、加工系统以及输入、输出数据分析。本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练,能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理;并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能;使学生了解计算机仿真的基本步骤。 二、课程要求 (一)教学方法 1、启发式课堂讨论 针对关键知识点、典型题和难题,通过教师提问,鼓励学生回答问题或请到讲台前做题,并请其他学生评判或提出不同的答案或不同的解决方法。目的是加强学生自主学习的能力和判断能力,培养主动思考的习惯,启发学生的探索精神。 2、重视在教学中加强知识演进的逻辑规律的讲解 提高学生的逻辑思维能力,培养学生分析问题、解决问题的能力。 3、加强计算机辅助设计、分析 将Flexsim仿真软件引入教学中。应用计算机辅助设计、分析,能方便的改变系统