JIT看板生產(chǎn)系統(tǒng)WITNESS仿真建模和優(yōu)化實現(xiàn)(doc)
JIT看板生產(chǎn)系統(tǒng)WITNESS仿真建模和優(yōu)化實現(xiàn) 1.1 生產(chǎn)流程描述 實例系統(tǒng)生產(chǎn)制造單一類型的產(chǎn)品——振動輪，其生產(chǎn)原材料為各種類型的鋼板，通過 機械加工，然后組裝成一個空輪（沒有安裝軸承座、軸承和軸）。組成振動輪的部件主 要為5類，分別為外圈、內(nèi)圈、加強筋、內(nèi)隔板和封口板，以數(shù)字1，2，3，4，5表示； 其生產(chǎn)過程包括12個主要加工單元，分別為剪板切割（WS1）、打坡口（WS2）、卷圓（ WS3）、輪圈焊接（WS4）、找圓（WS5）、車斷面（WS6）、數(shù)控切割（WS7）、調(diào)平（W S8）、油漆（WS9）、鉆孔（WS10）、內(nèi)輪焊接（分裝工作站）和輪子焊接（總裝工作站 ）。其生產(chǎn)流程如圖5.1所示。 [pic] 外圈原材料為特定型號的鋼板，加工過程依次為兩塊外圈鋼板通過卷板切割機切割成 適合大小，通過坡口機將鋼板兩端結(jié)合處內(nèi)外打出坡度，通過卷圓機將鋼板卷成輪圈， 經(jīng)過輪圈焊接工段將輪圈接口處焊接起來，通過找圓機將輪圈找圓，然后進入輪子焊接 工段，與內(nèi)輪和封口板焊接成輪子。 內(nèi)圈原材料也為特定型號的鋼板，加工過程為每次三塊鋼板通過卷板切割機切割成適 合大小的板材，然后打坡口、卷圓、焊接、找圓，同外圈加工過程一樣。在經(jīng)過找圓工 段之后，內(nèi)輪圈再經(jīng)過數(shù)控車床，進行端面對車，經(jīng)過鉆孔工段鉆出工藝孔，到內(nèi)輪焊 接工段與加強筋和內(nèi)隔板焊接成內(nèi)輪。 加強筋、內(nèi)隔板和封口板原材料也為特定型號的鋼板，首先經(jīng)過數(shù)控切割機切割成型 ，然后調(diào)平、油漆，內(nèi)隔板和封口板需要經(jīng)過鉆口工段，鉆制工藝孔，然后，內(nèi)隔板到 內(nèi)輪焊接工段進行與內(nèi)圈和加強筋的焊接，封口板到輪子焊接工段與內(nèi)輪和外圈焊接成 輪子。 1.2 基本生產(chǎn)單元的分解 該生產(chǎn)/庫存系統(tǒng)包括四條串行線，分別為： （1）外圈加工串行線：剪板切割、打坡口、卷圓、輪圈焊接、找圓； （2）內(nèi)圈加工串行線：剪板切割、打坡口、卷圓、輪圈焊接、找圓、車端面、鉆孔 ； （3）加強筋加工串行線：數(shù)控切割、調(diào)平、油漆； （4）內(nèi)隔板、封口板加工串行線：數(shù)控切割、調(diào)平、油漆、鉆孔。 該生產(chǎn)/庫存系統(tǒng)包括兩個并行加工模塊，分別為： （1）內(nèi)圈、加強筋、內(nèi)隔板焊接為內(nèi)輪的焊接工段，即分裝工作站W(wǎng)S11； （2）外圈、內(nèi)輪、封口板焊接為輪子的輪子焊接工段，即總裝工作站W(wǎng)S12。 生產(chǎn)流程中有資源共享和競爭的作業(yè)，如： （1）內(nèi)、外圈在進行切割、打坡口、卷圓、焊接等工序時，使用的都是相同的設(shè)備 ； （2）加強筋、內(nèi)隔板、封口板在進行切割、調(diào)平工序時，也是競爭使用相同的設(shè)備。 1.3 系統(tǒng)績效指標(biāo)設(shè)計 系統(tǒng)績效指標(biāo)考慮系統(tǒng)產(chǎn)出量、在制品庫存、設(shè)備稼動率和訂單滿意度四項。在進行 Witness仿真程序設(shè)計的時候，將通過如下的數(shù)據(jù)模型和相關(guān)的程序進行統(tǒng)計計算獲得。 （1）系統(tǒng)產(chǎn)出量（TPUT，ThroughPUT）:統(tǒng)計在特定時間長度內(nèi)，生產(chǎn)/庫存系統(tǒng)所 產(chǎn)出的成品數(shù)量。該指標(biāo)在Witness中可以直接在成品緩沖區(qū)的“action on input…”中進行變量的累計。每當(dāng)一個成品進入緩沖區(qū)，執(zhí)行式（5- 1）的計算程序，即產(chǎn)出量增加了一個。 TPUT= TPUT+1 （5-1） 在仿真模型中，該統(tǒng)計任務(wù)由訂單隊列DMD.b_order的“action on input…”和函數(shù)UF.tput來實現(xiàn)，具體程序參看附錄B部分。 （2）在制品庫存（WIP）：用來統(tǒng)計某一時點上，生產(chǎn)/庫存系統(tǒng)中所擁有的原材料 、半成品或成品的量，一般用價值來衡量。 由于生產(chǎn)線上具有多種物料，如外圈、內(nèi)圈、加強筋、封口板、內(nèi)隔板，每種類型物 料所具有的價值不一樣，需要統(tǒng)計各種物料的實際價值。由于本實例并不是對實際的問 題進行研究，僅僅是提供一種研究方法，所以為了便于對各種方案進行經(jīng)濟性比較，根 據(jù)每件產(chǎn)品或部件的價值，給予它們附上對應(yīng)的價值權(quán)重，然后進行統(tǒng)計計算。假設(shè)加 強筋最便宜，以它為1，每件物料經(jīng)過一道工序加工后，每加工10分鐘，價值增加一個單 位，不足10分鐘的按10分鐘計，得出實例系統(tǒng)中物料的價值權(quán)重系數(shù)如表5.1，表中下劃 線前的字符為物料名稱中文首字母。 表5.1 物料價值權(quán)重系數(shù)表* |名稱 |Jqj_WS7 |Fkb_| | | |WS7 | |α |[1.2，2.4] |13 | | |step=0.1 | | |Qmen |[1，6] step=1 |78 | 通過Witness仿真優(yōu)化工具包optimize進行優(yōu)化仿真運行，將實驗結(jié)果導(dǎo)入到Excel中 ，按照定單平均等待時間AWT為第一排序字段、在制品庫存WIP為第二排序字段，遞增排 列。將排列結(jié)果的前9個相對最優(yōu)配置方案及實驗結(jié)果列入表5.9。 表5.9 模型仿真參數(shù)優(yōu)化結(jié)果數(shù)據(jù)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 | 從表5.9可以看出，在確定性情況下，α取1.7和1.8兩個數(shù)值得出的系統(tǒng)績效相同；再比 較WIP數(shù)值，最低值為4794；維修工數(shù)量直到第7條配置時，才為3人，少于第一條配置。 因此，選定第一條配置為系統(tǒng)的最優(yōu)配置方案。在下一章進行的仿真實驗研究中，如果 沒有特別的說明，模型中的α和Qmen將確定為這兩個數(shù)值（1.7和4）。 附錄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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