离散系统建模与仿真作业2

作业2 某小型柔性制造系统建模与仿真报告

1.问题描述与统计任务

1.1问题描述

方案A某小型FMS系统由四台机床构成，零件以均值为10分钟的指数分布到达该系统。这四台机床各不相同，且每种一台。有五种类型的零件，它们到达率和工艺计划如图1.1所示。加工时间服从三角分布（单位为分钟）。零件从进入系统到第一台机床、在所有的机床之间以及从最后一台机床到离开系统的运送时间满足以8、10、12为参数的三角分布（单位为分钟）。

图1.1 零件到达率和工艺计划

1.2统计任务

用动画模拟加工过程（包括零件运输），并运行仿真10000分钟。统计系统逗留时间和机床利用率。如果运行时间足够长、用批平均值法建立稳态输出结果期望值得置信区间。

1.3问题延伸

方案B 在方案A的基础上，使它包括不同的运送时间。运送时间的三角分布参数如图1.2所示（单位为分钟）。比较所得的结果。

图1.2 运送时间的三角分布参数

2.建模过程及结果

2.1建模原理

本模型建模的关键在于5个不同的零件按照不同的加工顺序通过系统。在Arena中有一个“序列”（sequences）的概念，它可以很容易地模拟出零件按以上方式通过系统的情况，并且描述出零件的运送时间。

Arena根据预先定义好的站点访问次序自动使零件按规定的路线通过系统。利用高等运送面板中的Sequence数据模块可以定义一个指定的站点序列，并且可以定义每个站点的属性和变量。

当零件按照自己的序列进行时，Arena会记录零件的当前位置以及下一时刻的去向。这个工作可通过三个特殊的、自动定义的Arena属性来完成：

Entity.Station(M)、Entity.Sequence(NS)、Entity.JobStep(IS)。每个零件都拥有这三个属性，并且新创建的零件属性默认值为0 。Station属性记录零件的当前位置或正要被运往的位置；Sequence属性记录零件需要遵循的序列；而JobStep属性则指定零件当前在序列中的位置。

首先使用Sequence数据模块对每种零件将要经过的一系列站点加以定义和命名。然后当新零件进入系统时，把特定序列的名字赋给该零件实体的Sequence 属性，这样就把零件与相应的序列联系起来了。当零件从一个站点被运送到序列中的下一个站点时，我们在零件运出模块的 Destination Type中选择Sequential选项。当运行到这一时刻时，Arena将首先对JobStep属性值增加1，然后根据Sequence属性和JobStep属性的当前值检索到目的站点，完成Sequence 数据模块中定义的赋值操作（如果有的话），并把检索到的目的站点赋值给零件的Station属性。最后，Arena将零件运送到那个站点。

2.2建模过程

2.2.1 整体布局

图2.1 视图模块

图2.2 逻辑模块2.2.2 基本参数定义与设定

1.定义零件实体

图2.3 实体的定义2.定义队列

图2.4 队列的定义3.定义资源设备

图2.5 资源设备的定义4.定义数据集合

图2.6 数据集合的定义

5.设定零件到达的概率

图2.7 零件到达的概率

6.设定零件到达系统的时间（均值为10的指数分布）

图2.8 零件到达系统的时间

2.2.2 在Sequence属性中设定零件的加工顺序

图2.9 Sequence属性

图2.10 零件1加工顺序图2.11 零件2加工顺序

图2.12 零件3加工顺序图2.13 零件4加工顺序

图2.14 零件5加工顺序

2.2.3设定零件在不同机床上的加工时间

根据图1.1可以在Sequence模块中设置零件在不同机床上的加工时间。在此仅以设定零件1在机床1上的加工时间为例，其余设定的过程完全一致，因此不再赘述。

图2.15 零件1在机床1上的加工时间

2.2.4设定零件的传送时间

图2.16 零件的传送时间2.2.5设定仿真运行参数

图2.17 仿真运行参数3.仿真结果

3.1零件在系统中的逗留时间

图3.1 单次仿真零件在系统中的逗留时间

图3.2 仿真20次零件在系统中的逗留时间3.2机床利用率

图3.3 单次仿真机床利用率

图3.4 仿真20次机床利用率

3.3结果讨论

1.零件1,3,4需要在四台机床上进行加工，而零件2和零件5只需要在三台机床上进行加工，因此零件在系统中的逗留时间图（图3.1和图3.2）可以直观地看出，零件1,3,4在系统中逗留的时间长于零件2和零件5。

2.第一组零件（1,3,4）和第二组零件（2,5）在小组之间，不同零件系统中的逗留有微小差异，产生误差的原因在于不同零件在不同机床的加工时间是满足三角概率分布，加工时间是随机不确定的。

3.从机床利用率上分析，在图3.3和图3.4上可以直观的看出，机床2和机床3的利用率高于机床1和机床4。这是因为机床2和机床3需要加工5种零件，即所有的零件都需要经过机床2和机床3，而机床1和机床4加工的零件只有四种。

4.第一组机床（2,3）和第二组机床（1,4）在小组之间，机床的利用率也存在细微差异，这是因为零件到达机床的概率以及机床加工零件的时间均存在随机不确定性。

4.问题延伸

4.1重新设定仿真运行参数

由于机床需要预热，在启动时往往不是立即趋于稳态，所以在稳态前的运行阶段会影响最终的稳态结果，因此在重新设定仿真运行参数的时候假设机床有120分钟的预热时间，总时间仍然设定是10000分钟。

图4.1 有预热期的仿真运行参数

4.2零件在系统中的逗留时间

图4.2 单次仿真零件在系统中的逗留时间