生产系统建模与仿真课程设计 武汉理工大学

目录
1.课程设计任务书…………………………………P2
2.设计一……………………………………………P3
3.设计二……………………………………………P15
4.参考文献…………………………………………P18
5.课程设计就成绩评定表…………………………P19
生产系统建模与仿真课程设计任务书
设计1：经过8道工序加工相同的8个零件，每道工序只有一台加工设备，每道工序时间分别为12 min, 5 min, 15 min, 7 min, 9 min, 11 min, 22 min, 5 min，请分别用顺序移动方式、平行移动方式、平行顺序移动方式对生产过程进行仿真，输出三种方式的总加工时间、总设备等待时间、总设备闲置时间，以及Flexsim仿真结果，并绘制工序图，将不同移动方式进行比较与分析。

设计2：现要加工n个相同零件，n=(10或20)+学号个位数，共8道工序，工序如下：
请设计一种你认为好的方案，说明设计方法、过程、理由、结果，并输出该方案的总加工时间、总设备等待时间、总设备闲置时间，工序图、以及方案分析报告。

以上两项设计要求：提交设计说明书。

提示：设计说明书不少于12面
1.设计一
1.1顺序移动方式进行加工
按照顺序移动进行方式加工，最大的优点是没有等待时间，零件是批量的进行加工。

即在每道工序全部加工完成之后，再进行下一道工序的加工，一旦加工设备启用，没有多余的空闲时间，这样会造成设备的闲置时间过长，整个加工的周期也随之变长。

1.1.1工序图:
1.1.2时间计算:
设总的加工时间为T O、总设备等待时间为T1、总设备闲置时间T2，
T O=每道工序的加工时间之和
=12*8+5*8+15*8+7*8+9*8+11*8+22*8+5*8
=688(min)≈11.46(h)
t1为第二道工序的设备闲置时间； t2为第三道工序的设备闲置时间；
t3为第四道工序的设备闲置时间； t4为第五道工序的设备闲置时间；
t5为第六道工序的设备闲置时间； t6为第七道工序的设备闲置时间；
t7为第八道工序的设备闲置时间；
T1=t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7
=12*8+(12*8+5*8)+(12*8+5*8+15*8)+(12*8+5*8+15*8+7*8)+(12*8+5*8+15*8+7*8+9*8)+(12 *8+5*8+15*8+7*8+9*8+11*8)+(12*8+5*8+15*8+7*8+9*8+11*8+22*8)
=2304(min)≈38.4(h)
T2=0(min) 既设备的等待时间为0
1.1.3 Flexsim仿真结果:（图表）
以上这个表就反映了制作Flexsim仿真时所需的相关的数据，Processor3到Processor17，是所选用加工零件设备的编号，因为还包括相关的缓冲设备，既Queue，每个Processor的后面都会有一个Queue作为每道工序加工加完了的零件的存储，同时它也是进行下一道工序的零件的来源。

所以Processor编码的顺序不是一个接着一个的。

由于顺序移动方式是批量的加工，每道工序是加工8个零件，其中每个零件在加工设备上的停留时间也就是加工时间为图表中的最后的三列。

由以上的图表可知其加工的效率是100%，即只要一开机，那么机器就进行加工，并且加工的设备没有等待时间，从表中还可以由其他几个方面的数据得出相关的信息，因为在做Flexsim的过程中，是实现加工零件的自动化的流程，因此在流程过、程中没有设置机器的运输，或是相关人员的搬运，与相关时间的搬运都为0，相关的装载、卸货的时间也都为0。

1.2平行移动方式进行加工
当一批零件在上道工序上加工完一个零件之后，便立即转移到下道工序去。

使一批零件在各道工序之间作平行的移动。

平行移动方式加工的特点是零件在工序之间是逐件移动的，而且是平行的，因此零件加工的时间较短，同时零件的生产周期也可以大大的缩短。

但是除了工序时间最长的加工设备能连续加工以外，其余工序时间短的加工设备都只做简短的加工，因此就造成了加工设备的等待时间的加长，这样对设备的利用率无疑是一个降低。

1.2.1工序图:
1.2.2时间计算:
其中：Ti —第i 道工序加工时间 n —加工零件数 m —工序数 T 0=
}max{)1(1
ti n ti m
i -+∑=
=12+5+15+7+9+11+22+5+(8-1)*22 =240(min)=4(h)
t 1为第二道工序的设备闲置时间； t 2为第三道工序的设备闲置时间； t 3为第四道工序的设备闲置时间； t 4为第五道工序的设备闲置时间； t 5为第六道工序的设备闲置时间； t 6为第七道工序的设备闲置时间； t 7为第八道工序的设备闲置时间； T 1=t 1+t 2+t 3+t 4+t 5+t 6+t 7
=12+(12+5)+(12+5+15)+(12+5+15+7)+(12+5+15+7+9)+(12+5+15+7+9+11)+(12+5+15+7+9+11+22)
=288(min)≈4.8(h)
T 2=(12-5)*7+15*7+(15-7)*7+(15-9)*7+(15-11)*7+(22-5)*7 =(7+8+6+4+17)*7=294min ≈4.9(h)
1.2.3 Flexsim仿真结果:
以上这个表就反映了制作Flexsim仿真时所需的相关的数据，Processor3到Processor17，是所选用加工零件设备的编号，因为还包括相关的缓冲设备，既Queue，每个Processor的后面都会有一个Queue作为每道工序加工加完了的零件的存储，同时它也是进行下一道工序的零件的来源。

所以Processor编码的顺序不是一个接着一个的。

每道工序是加工8个零件，但是区别于第一种顺序移动加工，在设置其中Queue的参数的时候，没有选择批量这个参数，同样，每个零件在加工设备上的停留时间也就是加工时间为图表中的最后的三列。

由图表可知，平行移动方式进行加工，除了第一道工序的加工没有闲置时间和等待时间以外，其他的加工的工序不是有闲置时间就是有等待时间，图表中的第一项可以看到设备的等待和闲置时间明显的增加，其他的时间的参数还是和以上是一样的，实现加工零件的自动化的流程，因此在流程过、程中没有设置机器的运输，或是相关人员的搬运，与相关时间的搬运都为0，相关的装载、卸货的时间也都为0。

1.3平行顺序移动方式进行加工
平行顺序移动方式实际上是上述两种移动方式的综合。

这时，一批零件在每道工序上是连续移动进行的，而在工序之间则近似平行移动，当上道工序的工序时间比下道工序的工序时间短，则只需保证这两道工序的首件为平行移动，各工序内部仍然是连续移动；而当上道工序的工序时间比下道工序的工序时间长时，则只需保证这两道工序间的末件为平行移动，各工序内部仍然是连续移动，使得零件的加工之间不存在加工的时间间隔或是设备的等待，虽然它的时间没有平行移动加工的时间短，但是它在顺序移动加工的基础上又做了改进，缩短了整个工序的加工时间。

1.3.1工序图
1.3.2时间计算：
总的加工时间 T0=12*8+5-7*5+15*8+7-7*7+9+11+22*8+5=345(min)≈5.75(h)
总的设备闲置时间
T1=(12*8-5*7)+(12*8-5*6)+(12*8-5*6+15*8-7*7)+(12*8-5*6+15*8-7*6)+(12*8-5*6+15*8-7*6+9)+(12*8-5*6+15*8-7*6+9+11)+(12*8-5*6+15*8-7*6+9+11+22*8-5*7) =61+66+137+144+153+164+305
=1030(min) ≈17.16(h)
T2=0即设备的等待时间为0
1.3.3 Flexsim仿真结果:
此时的平行顺序移动与以上两种方式的最明显的区别就是在Flexsim中的Process time的setup time有了变化，因为在顺序移动方式的加工中，由于是批量的进行的生产所以就不存在在每道工序加工完之后的等待时间，而在平行移动的加方式中零件在加工的过程中虽然有等待时间，但是在有上道工序的零件加工完成并且本道工序设备空闲的情况下是不会有等待时间的，然而在平行顺序移动方式的情况下则不同，即使是在前道工序的零件加工完毕并且本道工序设备又闲置的情况下，仍然不进行加工。

这是因为平行顺序移动方式的加工是没有设备的中间等待时间的，因此我们把前面存在的前道工序的零件加工完毕并且本道工序设备又闲置的情况的这种时间当作是零件的装配时间。

有题意可知，在第二道工序，第四道工序和第八道工序都有装配时间。

第二道工序的装配时间为第一道工序加工完第一个零件开始到第二道工序始加工第一
个零件的这段时间：setup time=（12-5）*7=49分钟
第四道工序的装配时间为第三道工序加工完第一个零件开始到第四道工序开始加工第一个零件的这段时间：setup time=（15-7）*7=56分钟
第八道工序的装配时间为第七道工序加工完第一个零件开始到第八道工序开始加工第一个零件的这段时间：setup time=（22-5）*7=119分钟
2.设计二
2.1设计题目分析
本例所需加工的零件个数为10个，总共有8道工序，其中共需要用到12台机床，那
么各种设备分析如下表所示：
注: 各工序总加工时间=加工时间*工件数量/各工序设备数量
表2.1零件加工时间表
2.2设计方法
对设计方案的优化，在现实情况下不可能同时做到使设备的总等待时间、设备的总闲
置时间、设备的总等待时间为零。

为此，在确定优化方案的时候，只能折中选取较为合适
的方案。

采用顺序移动方式，设备的总闲置时间和零件的总加工时间最大，总等待时间为0，
生产效率过低。

采用平行移动的方式，虽然在一定程度上减少了设备的总闲置时间和零件的总加工时间，但是设备长期连续运转，加工精度和使用寿命将大大减少。

平行顺序移动方式加工零件，是上述两种方案的综合，对企业组织生产、提高生产效率、提高工人劳动积极性有很大的帮助，能为企业创造更大的收益。

为此，对于本题的设计，考虑到设计方案的需求，结合现实情况，我选择以平行顺序
移动方式为主，对局部工序进行修改，以求在保证生产效率的情况下减少设备的等待时间，即在合适的总加工时间尽可能的减少设备的总等待时间，对于设备的总闲置时间可以放松
一些要求。

分析表2.1可知：
1、各个工序的加工时间从50到110，中间浮动较为明显，因此可以考虑通过混
合加工方式，使工序间穿插进行。

2、其中第二、三道工序无先后顺序之分，加工时间较长，分别为100分钟和
110分钟，较容易产生加工瓶颈，因此考虑尽早加工这两个工序。

工序间的先后顺序关系如下表所示
其中工序八在保证其加工时间不与其他机器加工同零件时间冲突的情况下，可以选择与第一个开始加工的工序同时进行。

3、工序7的加工耗时最长，应当考虑可能是零件对此道工序的工艺性要求较高，零件在这道工序上加工时不应使设备处于等待状态，保证加工的连续性，以保证加工精度。

综上，分析设计加工工艺路线如下：
先加工工序1（工序8也同时进行）。

第二步加工工序2，第三步加工工序3，第四步加工工序6，第五步加工工序4，第六步加工工序5，最后一步加工工序7.
结合上述分析，设计零件的最终工序图如下：
如图所示，零件总加工时间=235min；
总设备等待时间=7×4+14×2+15×2+17×2+2=122min；
总设备闲置时间=17+27+17+77+87+98+147+131+113=714min。

2.3设计分析总结
本例中设备的总加工时间较为合适，设备的等待时间也尽可能的建短，唯一不足的是由于工序7前边的加工工序太多，且工序7的加工时间过长，导致了优化方案存在较大的设备闲置时间。

3.参考文献
（1）Steven Nahmias 主编《Production amd Operations Analysis》北京：清华大学出版社 2003
（2）孙小明主编《生产系统建模与仿真》上海：上海交通大学出版社 2006
（3）许香惠彩建国主编《成组技术》北京：机械工业出版社 2000。