JIT看板生产系统WITNESS仿真建模和优化实现(doc)
JIT看板生产系统WITNESS仿真建模和优化实现 1.1 生产流程描述 实例系统生产制造单一类型的产品——振动轮，其生产原材料为各种类型的钢板，通过 机械加工，然后组装成一个空轮（没有安装轴承座、轴承和轴）。组成振动轮的部件主 要为5类，分别为外圈、内圈、加强筋、内隔板和封口板，以数字1，2，3，4，5表示； 其生产过程包括12个主要加工单元，分别为剪板切割（WS1）、打坡口（WS2）、卷圆（ WS3）、轮圈焊接（WS4）、找圆（WS5）、车断面（WS6）、数控切割（WS7）、调平（W S8）、油漆（WS9）、钻孔（WS10）、内轮焊接（分装工作站）和轮子焊接（总装工作站 ）。其生产流程如图5.1所示。 [pic] 外圈原材料为特定型号的钢板，加工过程依次为两块外圈钢板通过卷板切割机切割成 适合大小，通过坡口机将钢板两端结合处内外打出坡度，通过卷圆机将钢板卷成轮圈， 经过轮圈焊接工段将轮圈接口处焊接起来，通过找圆机将轮圈找圆，然后进入轮子焊接 工段，与内轮和封口板焊接成轮子。 内圈原材料也为特定型号的钢板，加工过程为每次三块钢板通过卷板切割机切割成适 合大小的板材，然后打坡口、卷圆、焊接、找圆，同外圈加工过程一样。在经过找圆工 段之后，内轮圈再经过数控车床，进行端面对车，经过钻孔工段钻出工艺孔，到内轮焊 接工段与加强筋和内隔板焊接成内轮。 加强筋、内隔板和封口板原材料也为特定型号的钢板，首先经过数控切割机切割成型 ，然后调平、油漆，内隔板和封口板需要经过钻口工段，钻制工艺孔，然后，内隔板到 内轮焊接工段进行与内圈和加强筋的焊接，封口板到轮子焊接工段与内轮和外圈焊接成 轮子。 1.2 基本生产单元的分解 该生产/库存系统包括四条串行线，分别为： （1）外圈加工串行线：剪板切割、打坡口、卷圆、轮圈焊接、找圆； （2）内圈加工串行线：剪板切割、打坡口、卷圆、轮圈焊接、找圆、车端面、钻孔 ； （3）加强筋加工串行线：数控切割、调平、油漆； （4）内隔板、封口板加工串行线：数控切割、调平、油漆、钻孔。 该生产/库存系统包括两个并行加工模块，分别为： （1）内圈、加强筋、内隔板焊接为内轮的焊接工段，即分装工作站WS11； （2）外圈、内轮、封口板焊接为轮子的轮子焊接工段，即总装工作站WS12。 生产流程中有资源共享和竞争的作业，如： （1）内、外圈在进行切割、打坡口、卷圆、焊接等工序时，使用的都是相同的设备 ； （2）加强筋、内隔板、封口板在进行切割、调平工序时，也是竞争使用相同的设备。 1.3 系统绩效指标设计 系统绩效指标考虑系统产出量、在制品库存、设备稼动率和订单满意度四项。在进行 Witness仿真程序设计的时候，将通过如下的数据模型和相关的程序进行统计计算获得。 （1）系统产出量（TPUT，ThroughPUT）:统计在特定时间长度内，生产/库存系统所 产出的成品数量。该指标在Witness中可以直接在成品缓冲区的“action on input…”中进行变量的累计。每当一个成品进入缓冲区，执行式（5- 1）的计算程序，即产出量增加了一个。 TPUT= TPUT+1 （5-1） 在仿真模型中，该统计任务由订单队列DMD.b_order的“action on input…”和函数UF.tput来实现，具体程序参看附录B部分。 （2）在制品库存（WIP）：用来统计某一时点上，生产/库存系统中所拥有的原材料 、半成品或成品的量，一般用价值来衡量。 由于生产线上具有多种物料，如外圈、内圈、加强筋、封口板、内隔板，每种类型物 料所具有的价值不一样，需要统计各种物料的实际价值。由于本实例并不是对实际的问 题进行研究，仅仅是提供一种研究方法，所以为了便于对各种方案进行经济性比较，根 据每件产品或部件的价值，给予它们附上对应的价值权重，然后进行统计计算。假设加 强筋最便宜，以它为1，每件物料经过一道工序加工后，每加工10分钟，价值增加一个单 位，不足10分钟的按10分钟计，得出实例系统中物料的价值权重系数如表5.1，表中下划 线前的字符为物料名称中文首字母。 表5.1 物料价值权重系数表* |名称 |Jqj_WS7 |Fkb_| | | |WS7 | |α |[1.2，2.4] |13 | | |step=0.1 | | |Qmen |[1，6] step=1 |78 | 通过Witness仿真优化工具包optimize进行优化仿真运行，将实验结果导入到Excel中 ，按照定单平均等待时间AWT为第一排序字段、在制品库存WIP为第二排序字段，递增排 列。将排列结果的前9个相对最优配置方案及实验结果列入表5.9。 表5.9 模型仿真参数优化结果数据表 |WIP |Qmen |α |AWT |OR |TPUT | |4794 |4 |1.7 |0 |52.012 |2520 | |4794 |4 |1.8 |0 |52.012 |2520 | |5031 |6 |1.7 |0 |52.054 |2520 | |5031 |6 |1.8 |0 |52.054 |2520 | |5140 |5 |1.7 |0 |52.053 |2520 | |5140 |5 |1.8 |0 |52.053 |2520 | |5230 |3 |1.9 |0 |52.061 |2520 | |5230 |3 |2 |0 |52.061 |2520 | |5230 |3 |2.1 |0 |52.061 |2520 | 从表5.9可以看出，在确定性情况下，α取1.7和1.8两个数值得出的系统绩效相同；再比 较WIP数值，最低值为4794；维修工数量直到第7条配置时，才为3人，少于第一条配置。 因此，选定第一条配置为系统的最优配置方案。在下一章进行的仿真实验研究中，如果 没有特别的说明，模型中的α和Qmen将确定为这两个数值（1.7和4）。 附录B Witness 仿真程序 MODEL INFORMATION: Model Name: production and inventory system simulation Model Title: optimize system parameters Model Author: jiannywang Creation Date: Thu Mar 31 11:29:17 2005 Model Notes: Industrial Engineering Department Business Administration School University of Jiangsu Initial Actions: !pm_var.mypns = 100 !pm_var.cv = 0 Uvar.kbsafe = 1.7 Uvar.PK_wl_qg = UF.KB (25) Uvar.PK_wl_dpk = UF.KB (50) Uvar.PK_wl_jy = UF.KB (30) Uvar.PK_wl_hj1 = UF.KB (60) Uvar.PK_wl_zy = UF.KB (25) Uvar.PK_nl_qg = UF.KB (20) Uvar.PK_nl_dpk = UF.KB (40) Uvar.PK_nl_jy = UF.KB (25) Uvar.PK_nl_hj1 = UF.KB (50) Uvar.PK_nl_zy = UF.KB (20) Uvar.PK_nl_cdm = UF.KB (50) Uvar.PK_nl_zk = UF.KB (30) Uvar.PK_jqj_qg = UF.KB (12 * 4) Uvar.PK_jqj_tp = UF.KB (14 * 4) Uvar.PK_jqj_yq = UF.KB (60 * 4) Uvar.PK_ngb_qg = UF.KB (15 * 2) Uvar.PK_ngb_tp = UF.KB (25 * 2) Uvar.PK_ngb_yq = UF.KB (60 * 2) Uvar.PK_ngb_zk = UF.KB (50 * 2) Uvar.PK_fkb_qg = UF.KB (18 * 2) Uvar.PK_fkb_tp = UF.KB (25 * 2) Uvar.PK_fkb_yq = UF.KB (60 * 2) Uvar.PK_fkb_zk = UF.KB (50 * 2) Uvar.PK_hj2 = UF.KB (30) Uvar.PK_hj3 = UF.KB (45) Uvar.breakinterval = 7750 Uvar.repairtime = 240 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: DMD.b_order Element Type: Buffer Quantity: 1 Capacity: 1000 Input Option: Rear Output Option: First Search From: Front Actions Input: Uvar.totaldemand = Uvar.totaldemand + DMD.batchsize Output: Uvar.outpart = Uvar.outpart + DMD.batchsize _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: DMD.demand Element Type: Part Type: Variable attributes Group number: 1 Inter Arrival Time: UF.DIT () + 1 First Arrival at: 310.0 Maximum Arrivals: Unlimited Input / Output Rules Output: PUSH to DMD.b_order Actions Create: DMD.arrivaltime = TIME DMD.batchsize = UF.DBS () + 1 DMD.leadtime = UF.DLT () + 1 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: DMD.demand_meet Element Type: Machine Quantity: 1 Priority: Lowest Input / Output Rules Input: SEQUENCE /Wait DMD.b_order#(1), WS12.store#(DMD.batchsize) Output: PUSH to SHIP Actions Finish: IF DMD.arrivaltime + DMD.leadtime + 20 < TIME Uvar.Nunsatisfy = Uvar.Nunsatisfy + 1 Uvar.waittime = Uvar.waittime + TIME - DMD.arrivaltime - DMD.leadtime - 20 ENDIF _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: pm_part.fengkouban Element Type: Part Type: Variable attributes Group number: 1 Maximum Arrivals: 0 Actions Create: Uatt.tpnum = 4 Uatt.qgnum = 8 ICON = 106 Uatt.skqgtime = 25 Uatt.tptime = 18 Uatt.zktime = 25 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: pm_part.neigeban Element Type: Part Type: Variable attributes Group number: 1 Maximum Arrivals: 0 Actions Create: Uatt.tpnum = 4 Uatt.qgnum = 8 ICON = 107 Uatt.skqgtime = 25 Uatt.tptime = 15 Uatt.zktime = 25 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: pm_part.neilunban Element Type: Part Type: Variable attributes Group number: 1 Maximum Arrivals: 0 Actions Create: Uatt.jbqgnum = 3 Uatt.jbqgtime = 60 Uatt.dpktime = 40 Uatt.jytime = 25 Uatt.hj1time = 50 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: pm_part.neiquan Element Type: Part Type: Variable attributes Group number: 1 Maximum Arrivals: 0 Actions Create: Uatt.zytime = 20 Uatt.cdmtime = 50 Uatt.zktime = 30 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: pm_part.strengthban Element Type: Part Type: Variable attributes Group number: 1 Maximum Arrivals: 0 Actions Create: Uatt.tpnum = 8 Uatt.qgnum = 16 ICON = 105 Uatt.skqgtime = 12 Uatt.tptime = 14 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: pm_part.wailun Element Type: Part Type: Variable attributes Group number: 1 Maximum Arrivals: 0 Actions Create: Uatt.zytime = 25 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: pm_part.wailunban Element Type: Part Type: Variable attributes Group number: 1 Maximum Arrivals: 0 Actions Create: Uatt.jbqgnum = 2 Uatt.jbqgtime = 50 Uatt.dpktime = 50 Uatt.jytime = 30 Uatt.hj1time = 60 _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: repairmen Element Type: Labor Quantity always available: 4 ____________________________________________________________ ELEMENT NAME: UF.AWT Notes: THE AVERAGE WAITING TIME OF ORDER Element Type: Function Type: Real Parameters: 0 Actions Execution: RETURN Uvar.waittime / UF.numD () _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: UF.bt Notes: break time distribution funtion Element Type: Function Type: Real Parameters: 2 mean,Real ppns,Integer Actions Execution: Uvar.funpt = GAMMA (1 / Uvar.cv ** 2,mean * Uvar.cv ** 2,Uvar.mypns + ppns) RETURN Uvar.funpt !mean _____________________________________________________________ ELEMENT NAME: UF.DBS Notes: DEMAND BATCH SIZE Element Type: Function Type: Integer Parameters: 0 Actions Execution: RETURN GAMMA (1 / Uvar.cv ** 2,29 * Uvar.cv ** 2,Uvar.mypns + 14) _______________________________________________________...
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