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simio仿真实验报告_图文

课题名称:单一生产线建模与仿真

学 系 班 姓 学 日

校: 别: 级: 名: 号:

广西科技大学 管理学院 工业 092 班 梁训秋 200900702071

期: 2012 年 4月 1日

摘要:针对传统数值方法难以求解复杂排队系统模型的问题,采用新 一代面向对象的 Simio 仿真软件进行建模和仿真分析。 采用 Simio 软 件构建序列表和运输器的仿真模型,认识关于 SOURCE,SERVER,SINK 等对象的更多建模知识, 对基于部件类型的处理时间及单个发生器和 多种处理类型进行设定,然后对模型进行统计分析,并对系统的方案 进行思考和改进。分析结果表明,利用 Simio 软件可方便地对各领域 的模型及其相关问题进行建模仿真,具有较大的应用潜力。 关键词:实体序列表;运输器;处理时间;发生器

目录

一.
1.1 1.2 1.3

序言
Simio 系统仿真背景 系统建模与仿真现状分析 本课题的研究意义

二. 2.1 2.2

Simio 系统仿真的模型
模型的选择 建立模型

2.2.1 系统模型 2.2.2 建立模型的步骤

三. 3.1

仿真的运行与调整
仿真的运行

3.2 3.2.1 3.2.2

仿真的调整 能力选择调整 参数选择的调整

四.实验心得

序言
1.1 背景
Simio 是由一个极富行业经验的团队所创造的。本软件的缔造者 C. Dennis Pegden 博士拥有30年以上的仿真经验,是公认的行业领军人 物。当前在仿真软件市场份额上领先的 SLAM 和 Arena 就是在他的领 导下研发的。 团队的其他成员的背后同样也闪耀着一连串仿真行业突 破性进展的光芒。正是这样一个团队,现在聚集到一起,集中他们的 全部智慧以及总计超过100年的仿真经验为你创造出了下一代的仿真 工具,也许是最好的仿真工具 Simio。 作为仿真工具的革命性进展,Simio 完全是从零开始开发的。它 采用了继“面向事件”和“面向过程”之后的“面向对象”的建模 方法,并支持这三种建模方法的无缝衔接。Simio 还同时支持离散和 连续系统建模, 以及基于“智能主体”(Agent-Based)的大规模应用。 这些不同的建模范式可以在同一个模型中自由地揉合。

1.2 Simio 系统建模与仿真现状分析
当前,仿真技术已经成为分析、研究各种复杂系统的重要工具,它广 泛应用于工程领域和非工程领域。仿真可定义为:在全部时间内,通 过对系统的动态模型性能的观测来求解问题的技术。 对复杂物流系统 进行仿真,起目的是通过仿真了解物料运输、存储动态过程的各种统 计、动态性能。但由于现代生产物流系统具有突出的离散性、随机性 的特点, 因此人们希望通过对生产物流系统的计算机辅助设计及仿真 的研究,将凭经验的猜测从屋里系统设计中去除,能使物流合理化从 而提高企业生产率。计算机的辅助仿真时在系统结构得到足够的定 义,并存在描述系统预期表现的计算方法的情况下,由计算机推演的 分析过程。但传统的计算机仿真技术存在许多不尽人意之处,一是复 杂系统的数学模型往往涉及许多领域的专门知识,难以建立;二是对 系统各种特性的统计数据,难以理解。人类对基于图像、声音等感官 信息的理解能力远远大于对数据和文字等抽象信息的理解能力。 于是 随着计算机硬件技术的发展, 人们希望并可以借助二维和三维虚拟仿 真软件建立物流系统的系统仿真模型。下图是 Simio 主要应用领域
生产制造和装 配 布局规 划 卫生医疗

机场

军事补给

商业流程

战略/策略分 析

市场动力 学

呼叫中心

经济

资产和组合优化

运输

社会系统分 析

复杂供应链

人口动力学

电力系 统

计算机和电信网络

物流系统设计

人群和车辆移动

应急和疏散规 划

复杂自适应系统

生物和生态现象分析

仓储系 统

分拨中心

快速消费品

服务系统

国防

农业系统

灾害管理

精益、6 西格玛

1.3 本课题的研究意义 将一个小型制造单元,有 3 个工作站构成,4 个部件被加工,工作站 的布局是单向环形的, Simio 创建系统模型并进行仿真, 用 通过对参 数的设定,观察部件不同工作站在什么产量、加工时间、部件类型 和人员数量下达到最优。

二、Simio 系统仿真的模型
2.1 模型的选择

一个制造单元对不同部件的加工的模型。 2.3

建立模型

2.2.1 系统模型
一个小型的制造单元,由 3 个工作站组成,有 4 种部件被加工。工作 站 A,B,C 的布局是单向环形的,部件的加工按照这种布局流动。如 下图所示:
Station A Station B

Parts Arrive

移动方向

Parts Leave

Station C

布局: 所 有 的 部 件 从 “ Parts Arrive ” 这 个 SOURCE 到 达 , 在 ” Parts Leave”这个 SINK 处离开。工作站之间的移动速度是每小时 2 英里的 常数。注意 SIMIO 中实体默认速度是英里/秒。 每个工作站之间的距离(码)如下表所示:

工作站路径 Parts Arrive 工作站 A 工作站 A 工作站 B

距离(码) 25 35

工作 B Parts Leave 工作站 C
部件:

Parts Leave 工作站 C Part Arrive

20 30 40

每种部件到达如下: ·部件 1 随即到达,时间间隔平均 15 分钟。 ·部件 2 到达间隔平均为 17 分钟,标准差为 3 分钟。 ·部件 3 到达时间间隔是 14-18 分钟的任意值。 ·每 1 小时 10 分钟到达,每次到达批量为 5 个。 每种部件(实体)类型在工作站时间的序列(路线)是不同的,实际 上,并不是每个部件都经过所有的设备。见下表给定的顺序: 服务器的属性: ·工作站 A 有一台设备,加工时间为 2-8 分钟,最可能时间是 5 分 钟。 ·工作站 B 有二台设备,每台加工时间 5-11 分钟,最可能时间 9 分钟。 ·工作站 C 有二台设备,在每天的前 4 小时内运行,1 台设备在每天 的最后 4 小时运行,每个设备的加工时间 2-11 分钟,可能值是 6 分 钟。

2.2.2 系统模型建立的步骤
一、 建立模型

步骤 1:首先用 3 个 SOURCE 和 4 个实体建立这个 SIMIO 模型 (拖动 4

个 MODELENTITIES 到建设区) ,因为每个产品的到达过程都不同,必 须用 4 个 SOURCE,我们还需要三个服务器(代表每一个工作站)和 1 个 SINK,并给每个对象取名,包括实体,以方便后面识别。 步骤 2:也许模拟环状路线的最佳方法是在每个站点的入口和出口 处,使用 BASICNODE。这使实体能够按照序列移动而不用进入不必要 的工序。 步骤 3:用连线(CONNECTORS)和路径(PATHS)把所有的对象连起 来,在环形的行路和服务器对象之间是 0 距离的,我们用连线。工 作站之间的距离将使用 5 条 PATH 来计算,它们连接每个入口和出口 节点。如图 2.1

图 2.1 步骤 4:修改每个实体的属性,现在它们以每小时 2 英里的理想速度

(Desired Speed)移动。 步骤 5:修改每个 SOURCE 对象的属性,使它们对应正确的部件,使 它们对应正确的部件,具有期望到达间隔和到达批量。对于部件 1.2.3,我们分别选择了指数分布,正态分布,和均匀分布作为到达 间隔的分布函数。开始了相应的参数。对于部件 4,我们选择了到达 时间间隔为常数 70 分钟,Entities Pert Arrival 属性为 5.(以部 件 2 为例,如图 2.2) 步骤 6:给 5 条路径设定距离,使它们对应于工作站之间的距离。你 必须把 Drawn To Scale 属性改成“False”并定义路径的逻辑长度。

(图 2.2)

(图 2.3)

步骤 7:使用 Pert 分布设定每台设备加工时间,通常我们更喜欢用 Pert 分布代替三教分布。Pert 分布和三角分布类似(最小值,最可 能值,最大值),但是它的尾巴更“窄“。

二.设定能力
步骤 1:设定工作站 A 和 B 的能力分别为 1 和 2,。对于工作站 C,我 们需要增加计划表体现能力方面的变化。:

步骤 2:在“Data”标签页左手的面板上选择“Scheduals”,选择” Add Schedual”,修改工作计划表的名称为 SchedualForC,Starting Date 属性默认值,和仿真运行设置保持一致,我们需要把 Days in Work Pattern 属性为 1,并在高亮选中“Work Cycle”中从 12am 开 始的前 4 个小时,右键单击添加一个周期项目(Cycle Item).对话 框中设定项目为“On Shift”,值为 2,并点击 OK,现在选中后面 4 个小时,添加周期项目,修改项目设为“On Shift”,值为 1.(如图 2.4 所示)

图 2.4

步骤 3:回到“Facility”视图,设置工作站 C 的 Capacity Type 属 性为“WorkSchedual”,添加你的工作计划 SchedualForC. (如图 2.5)

图 2.5

四.

增加序列

步骤 1: “Add Sequence Table”按钮, 点击 重命名为 SequencePart1, 代表部件 1 的序列。采用同样的方法,增加其余 3 种实体的序列表。 如图 2.6 步骤 2:下面增加部件 1 要访问的节点序列。只需要添加部件 1 访问 的工作节点以及最终的出口。当实体序列设定好以后,实体永远会按 照最短路径到达列表中的第一个节点。部件 1 的正确序列如图 2.7

图 2.6

图 2.7

步骤 3:同样为另外 3 个实体设定序列表。如果你的工作站采用不同 的命名方式,那么序列表中显示的名字也会不同。 步骤 4:回到“Facility”视图,选中 Part1 实体,设定 Intial

Sequence 属性为“SequencePart1”.同样,为其他实体选择相应的 序列表。 步骤 5:模型中 7 个 TRANSFERNODE SOURCE 和 SERVER 的输出节点) ( , 将它们的 Entity Destination Type 属性改成“By Sequence”。如 图 2.8 下所示

图 2.8
五.

修饰:推车运输

步骤 1:删除 Sink 对象和前面 BASICNODE 之间连线,接着,在两者 之间插入一个 TransferNode,命名为 TransferCart。用 Path 连接 BASICNODE 和这个转移节点,将它的长度设成 10 码。用 Path 连接 TRANSFERNODE 和 Sink(确保路径是双向的,小车能来回移动),路 径长度设为 300 码。 步骤 2:在 Facility 视图中,从标准库中拖 1 个 Vechile 对象到工 作区, 步骤 3:将转移节点的 Ride On Transporter 属性改成“True”,选

择“True”,选择“Cart”作为运输器的名字。如图 2.9 所示

图 2.9

步骤 4:设定 Cart 的 Intial Desired Speed 属性为每秒 4 英尺,搭 载能力(Ride Capacity)设定为 3,并保证 Intial Node(Home)为 新增加的 TransferCart 节点,该节点是小车的初始节点。现在把 Cart 的 Idle Action 属性设为“Park At Home”。如图 2.10 所示

图 2.10 步骤 5:点击 TransferCart 节点,从”Appearance”菜单下选择 “Draw Quene”.选中 ParkingStation.Contents,在 Facility 视图 出现一个十字光标,在画布上从左至右画一条队列线,结束时点击

鼠标。 步骤 6:运行模型,查看小车的动画效果。 步骤 7:在菜单条上选“Animation”,点击“Deteched Queue”.在 Facility 视图出现光标点,在画布上从左至右画一个队列线,点击 右键结束绘画。 步骤 8:运行仿真查看分离队列的状况。如下图 2.11

图 2.11 模型仿真运行结果

三、仿真的运行与调整 3.1 仿真的运行

3.2 仿真的调整
实体顺序和加工时间(分钟) 步骤 1 2 3

部件 1 部件 2 部件 3 部件 4

工作站 A(Pert(2,5,8)) 工作站 A(Pert(1,3,4))

工作站 C(Pert(2, 6,11)) 工作站 B(Uniform (5,11)) 工作站 C(Uniform (2,11))

工作站 A (Triangular (2, 8) 工作站 B 5, ) (Triangular(5,9, 11)) 工作站 B(Pert(5,9,11)) 工作站 C (Triangular(2,6, 11))

部件类型比例 部件类型 部件 A 部件 B 部件 C 部件 D 百分比 25% 35% 15% 25%

3.2.1 能力选择的调整
在图 2.11 基础上保留一个 Source,删除其他 3 个 source.如图

要模拟基于部件类型的加工时间, 要在原来的序列表中添加加工时间 一栏。 回到 Date 标签页, 点击和 Part1 类型相关联的 SequencePart1 表。因为加工时间是任意分布,从 standard Property 下拉列表中选 择 Expression 添加表达式属性,表名为 Processing Times.确保这 个列的 United Type 为 Time,defaultUnits 选 Minutes。 对部件 1 设定工作站 A 的 Processing Time 为 Random.Pert 2,5,8) ( , 工作站 B 的 Processing Time 为 Random.Pert(2,6,11).Exit 出 口保持为 0.如下图,剩下 3 个序列表同上操作(略)。

为了使用单一发生源,产生多种实体类型,必须要创建一个新的数据 表(Table),用于指定部件的类型和部件混合比例,添加一个新表, 命名为 TableParts.如下图

为 了使用相关联的加工时间,修改每个站点的 processing time 表达式设 为 Tableparts.ProcessingTime. Sourcede Entity 属性指定为 TableParts.PartType. 社实体到达间隔为平均 10 分钟的指数分布。

3.2.3

参数选择的调整

假设在制造单元内的站点间搬运时通过输送线完成的, 是连续的传送 带,可能是环状的,带有 On/Off 站点,当部件在 On/Off 站点时,整 条线暂停直到部件被放上或取下,从节点上装卸部件的时间是 0.5— 1.5 分钟之间。 把模型内部所有的 Path 全部换成 Conveyor。 修改部件的图形,使它成为长宽高分别为(1,1,1.5)米。 将 5 条传送带的速度为 0.5 米/秒, 并把 Accumulating 属性设成 false. 在 Entity Alignment 属性选择 any Location.

输送线由多条 Conveyor 连接而成,而不是一个连接的整体,每个 Conveyor 需要同步,当部件进入 On/Off 站点时,整条线暂停等待加 载和卸下的作业。定义一个新的离散状态变量,名为 NumberNodesWorking。 添加一个新的过程,名为 On_Off_Entered.

使用 Assign 步骤给离散状态变量 NumberNodesWorking 做递增, NumberNodesWorking=NumberNodesWorking+1。所有传送带速度为 0.

Delay 步骤用于模拟加载卸下时间, 假定时间为 0.5-1.5 分钟的均匀发 布。

第二个 Assign 给 NumberNodesWorking 做递减。 Decide 步骤是基于条件的,即 NumberNodesWorking=0. 最终的 Assign 步骤会把 Conveyor 重新开起来。速度为 0.5 米/秒.

11、最后,On_off_Entered 通用过程必须被适当地触发。 (就是每当 输送线有部件加载或卸下时) 。选择 On_off_Entered 作为所有节点和 一个路劲的附加过程触发器。如表 附加触发器 Exited Entered Exited Entered Exited Entered Entered Exited 该触发和哪个对象关联 output@srcparts(转移节点) input@station A 基本节点 output@stationA (转移节点) input@stationB 基本节点 output@stationB(转移节点) Path7(路劲) input@stationC 基本节点 output@stationC(转移节点)

12、设定工作站 C 的稳定性逻辑属性。

工作站 C 发生故障。整条输送带要关闭,等工作站修复后,继续开 动,选择工作站 C,创建新的附加过程触发器,过程名为 StationC_Repairing 和 StationC_Repaired。

在 StationC_Repairing 过程里使用 Assign 关闭所有传送带,把速度设 为 0.

在 StationC_Repaired 过程里 Decided 步骤的表达式为 NumberNodesWorking=0.如果当前没有任何节点在加载或卸下部件, 那么使用 Assign 步骤重新打开传送带,速度为 0.5 米/秒.

如果 StationC 发生故障,正在被修复,则 On_off_Entered 过程不能起 动输送线,在 On_off_Entered 过程理修改 Decide 步骤的表达式为 (NumberNodesWorking==0)&&(StationC.Failure.Active==False)

最后,改变 StationC 的动画,当设备发生故障,设备变为红色。设置 StationC 的当前图形索引属性为 Math.if(StationC.Failure.Active==1,1,0)。

模型的运行结果

四,实验心得
建立好了相应的模型, 在输入相应参数后就可以运行得出相应的结果 了。将共有的参数值设定为相同,改变其中的一个参数变量,其仿真 输出的结果就有一定的差异,如调节传送带的速度,单个部件的相应 时间(等待时间,总时间)就有了相应的变动。总时间和传送带的速 度不是简单的单一线性关系,在一定范围内变化,等待时间,总时间 都会有减短的趋势,但是提高传送带的速度,可以减短传送时间,但 在一定程度上,它也可能会引起堵塞的情况,从而增加了等待的时 间。 ,反而是总时间加长,降低了生产效率。 Simio 仿真软件具有强大的分析功能。Simio 软件能够自动生成关于 一般决策准则的报告,例如资源利用率和等待时间。同样也可以根据 使用者的特殊需要,在仿真前定义需要统计的指标,仿真后即能得到 满意的结果。 由于是第一次接触 Simio 仿真软件,可以说是边学习边研究,虽 然对软件有饿了一定的了解掌握,但是好多功能都没有运用到,也没 有深入的了解,在以后的学习中,还要加强对软件的学习掌握。在运 用此软件对企业的生产线进行建模、仿真的时候,参数的设定是最关 键的,所以在设定参数之时要综合多方面因素考虑,应该在多次仿真 的基础上对结果进行分析,进而得到最有用的参数。目前此软件是英 文版的,若要运用此软件来进行建模、仿真,必须要学好英语,有一 定的英语水平,以便轻松着手运用好此软件。


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