生产线流程建模与仿真

流水线生产系统WITNESS建模与仿真

（一）

1. 模型描述

某企业在一条流水线上加工一种产品，该产品所需的零部件（Widget）经过称重（Weigh）、冲洗（Wash）、加工（Produce）和检测（Inspect）四个工序的操作后，形成产品离开系统，生产线布置如下图所示。

生产线上每道工序只有一台设备，零部件在每台设备上加工完毕后，由同其连接的输送链运输至下一设备，最后经过检测后被送出系统。已知该流水线中各个工序的加工时间分别为：称重（weigh）5分钟、冲洗（wash）4分钟、加工（produce）3分钟、检测（inspect）3分钟。每条输送链上有20个零件位，输送链上零件移动节拍为。零部件的供应是源源不断的，不存在缺货现象。使用WITNESS建立该系统的仿真模型界面如下图所示。

流水线生产系统WITNESS仿真模型界面

2. 系统分析

元素说明

该流水线系统的组成元素主要为被加工的零部件、四台设备和三条输送线，因此该系统仿真模型的元素如下表所示：被加工的零部件由widget表示，4道工序分别由四台机器表示，C1、C2、C3表示输送链，而最后的实际产量由变量output统计和可视化显示。

表1 模型元素介绍

系统运行时间

仿真运行终止时间为：一天8小时=8*60=480min。

3. 模型建立

使用WINTESS建立仿真模型的过程一般分为如下三步：

Step1：定义元素

Step2：元素细节设计

Step3：仿真实验和数据分析

下面描述如何通过这三步建立流水线生产系统的仿真模型。

定义元素

WITNESS中可以通过四种方式定义元素：

（1）通过系统布局区（layout window）定义元素：在系统布局区点击鼠标右键，在弹出菜单中选择Define菜单项，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。

（2）通过元素选择窗口（elements）定义元素：选择元素选择窗口中的simulation项，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Define菜单项，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。

（3）使用工具栏进行元素的定义：点击工具栏中的新建元素图标，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。

（4）通过用户元素窗口（designer elements）元素模板定义元素：在该窗口中，鼠标选中所需建立的元素类型图标，然后在系统布局区中单击鼠标左键进行元素定义。

在此，选择第四种方法来对元素进行定义，该方法直观简单，便于初学者掌握。下面演示该模型的元素定义过程。

（1）通过：开始->所有程序->WITNESS 2008->Witness 2008 Manufacture Performance Edition，打开WITNESS软件，软件界面如下图所示。

（2）建立一个零部件元素。在上图WITNESS界面下方的Designer Elements窗口的Basic页中，鼠标单击选中Part元素图标，使得整个Part图标外围被一个黑色方框圈中如下图所示，然后移动鼠标（注：不要按住鼠标的左、右键拖动鼠标），在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键，将建立一个名称为Part001的元素。

（3）建立四个机器元素。同建立Part001零部件元素过程相似，依次选择Designer Elements窗口的Basic页中的Machine元素图标，然后

在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键，分别建立名称为Machine001、Machine002、Machine003和Machine004四个机器元素。

（4）建立三个输送链元素。同建立Part001零部件元素过程相似，依次选择Designer Elements窗口的Transport页中的Conveyor元素，然后在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键，分别建立名称为Conveyor001、Conveyor002、Conveyor003三个输送链元素。

（5）定义一个整数变量元素。选择Designer Elements窗口的Variables页中的VInteger元素，然后在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键，建立一个名称为VInteger001的变量。

经过如上元素定义步骤，该模型所需要的所有元素都已经建立了，通过WITNESS软件的菜单File->Save As...，将模型另存为：，至此，WITNESS软件界面如下图所示。

元素细节设计

在节完成系统元素定义的模型上尚不能做仿真实验，因为这些元素还没有设置符合流水线系统运行行为的数据和特征，例如机器设备每次的作业时间、机器设备完成某件产品作业后将产品送到何处去、输送线的长度和速度等。在WITNESS建模与仿真过程中，对模型元素的运行行为和特征进行设计称之为对元素的细节设计。元素细节设计是建立仿真模型中最为重要的一个阶段，如果元素的作业时间设计不准确，或者元素的输入/输出规则设计不准确，都将使得仿真模型的运行行为同实际系统不匹配，导致仿真结果不能正确的反映实际系统的运行状态和存在的问题。

进行元素细节设计需要使用元素细节设计对话框，打开细节设计对话框的途径有如下三种：

（1）在布局区中对应元素的可视化图标上双击鼠标左键；

（2）在布局区中对应元素的可视化图标上单击鼠标右键，在弹出菜单中选择菜单项Detail...；

（3）在元素列表窗口的Simulation中对应元素名称上双击鼠标左键；

（4）在元素列表窗口的Simulation中对应元素名称上单击鼠标右键，在弹出菜单中选择菜单项Detail...；

（5）在布局区选中对应建模元素的可视化图标，然后点击标准工具栏中的图标；

零部件元素细节设计

在布局区双击Part001元素图标，在弹出对话框中进行相关设计。因为在流水线生产系统中，零部件的数量足够多，只要第一道工序空闲，需要提取零部件进行加工就可以获得零部件，因此设计零部件元素类型为缺省值：被动型（Passive）。然后在Name栏中将零部件名称由Part001改为Widget，设计完毕后，零部件细节设计对话框的界面如下图。点击确定按钮，完成零部件元素细节设计。

变量细节设计

本模型中建立了一个变量VInteger001，用于记录和实时显示流水线产出的零件的数量。对于该变量的细节设计只需要修改其名称即可，方法为在布局区中双击该变量的可视化图标，在弹出的细节设计对话框中将名称修改为output即可。

机器细节设计

双击Machine001元素，在弹出的机器细节设计对话框中修改如下项目：Name栏中输入“Weigh”，修改Machine001的名称；

在Cycle Time栏中输入5，表示零部件在该台机器上所需的加工

时间为5个仿真时间，在模型中，取每个仿真时间单位表示实际

系统的1分钟；