武汉理工大学仿真课程设计

物流系统建模与仿真课程设计

第一章 绪论

1.1 研究的目的及意义

物流系统是一个复杂的开放系统，而且是一个关系人们生活和社会进步的重要系统，物流系统运作的成功与否对企业效益和社会进步影响甚大。而仿真方法是完善、推进物流系统的一个很好的方法，节省费用、减少浪费、并可以尽量节约消耗在物流环节中的时间。但是由于物流系统的复杂性，以及物流系统所处环境的不确定性，对物流系统进行全面仿真还是存在很大困难的，所以，这是一个系统工程，是一个需要许多人长期努力才能实现的目标。

随着计算机技术的迅速发展，计算机仿真技术为企业生产系统的模拟、预测以及求解带来了广泛的发展空间。生产系统仿真是通过建立一个简化的、但能够表述系统特征的模型，然后应用仿真软件将原来生产系统中静止的数据，通过仿真运行，为企业的实际生产运作方法、管理策略等提供决策上的支持。通过对现实生产系统的建模与仿真，有助于企业发现生产过程中的平衡问题，诊断生产中的瓶颈优化企业生产运行和调度方案，找出生产物流中的制约环节，实现企业生产系统的合理化，提高设备利用率、产品质量，最终增强企业竞争力。

对生产制造系统这种典型的离散事件动态系统，利用EM-Plant的适合于描述和分析动态系统特点，本文将利用EM-Plant理论对现实生产系统进行理论上的建模与分析。但是当系统模型比较复杂时，所建立的EM-Plant模型会非常的复杂，而且也很难实现对系统的分析。本文着重对武汉印刷电路板总装生产线进行仿真并分析，为实际生产制造系统的优化提供决策上的支持。

1.2 国内外研究现状

物流系统是复杂的离散事件系统，在系统设计与控制过程中存在许多优化问题，用传统的解析方法难以获得最优解或满意解【1】。生产物流系统是一个复杂的综合性系统，如何提高其效率和效益是至关重要的，系统仿真作为一项用于系统分析和研究的十分有效的技术，已经被广泛用来对生产物流系统进行规划设计，运输调度和物料控制等[2]。国内外学者对离散生产系统进行仿真和建模时，采用基于Petri网的网络模型最为普遍。1999年，A.Sawhney[3]采用基于Petri网建模的方法和理论对整个邮件处理中心的操作流程进行了分析与优化，提高了邮件处理的工作效率。2001年，詹跃东,骆瑛[4]将Petri网技术用于烟草制造行业，对烟草制造行业的卷接包车间的AGVS 进行了理论分析，并对该生产系统构造了Petri网生产模型。还有将Petri网与UML技术的结合，如Florida大学的J.J.E.Biegel和J.J.Davern[5]提出的“用于车间作业调度的遗传算法”等。还有一

[6]

些学者在生产物流系统仿真中引入了面向对象的建模和仿真方法。Kelleret提出了建立柔性制造系统面向对象仿真模型一般框架，给面向对象的方法赋予一般化、标准化的特征。Anglani[7]基于UML建模语言和ARENA过程仿真语言，利用面向对象的技术建立了柔性制造系统的仿真模型开发环境 ―UMSIS，从而将概念模型转化为实际模型。Wolfgang Kreutzer[8]将面向对象的概念引入到离散事件系统的建模与仿真，并给出了一个系统实现框架BetaSIM。

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第二章 问题描述及其仿真建模案例

2.1模型实例

研究武汉某印刷电路板工厂的生产流水线运作过程。按要求在印刷电路板生产线上生产两种型号的印刷电路板，分别为A和B两种型号，印刷电路板制造工艺流程为：两种型号的印刷电路板先按型号进行油墨印刷，A型号进行白油墨印刷，B型号则进行黑油墨印刷，印刷之后首先经过检验站进行质量检验，当产品检验结果为“不合格”时，则必须经过去墨烘干生产线进行油墨去除作业、水洗烘干作业、再回到油墨印刷机重新加工检验，若“不合格”品为A 型号时，则回到白墨印刷站重新加工；若“不合格”品为B 型号时，则回到黑墨印刷站重新加工，合格产品直接输出流水线。生产线回流的不合格产品概率为5%。完成所有工序后输出系统。通过仿真软件进行离散系统终止型仿真，评估生产线的各项绩效。该物流系统制造加工单元共有8个加工站，零件按照工序要求到达某工作站后，如果机床为闲，则立即加工，每个工作站前有一个缓冲区，用于零件排队等候。如果机床为忙，则零件在该工作站对应的缓冲区内按FIFO排队。

2.2模型参数

（1） 仿真时间为16h，原料A、B到达速率比为2:1。产品不合格率为5%。 （2） 排班表如下。

表1工作日排班表 上班时间 下班时间 中间休息 工作日期 第一班 2:00 12:00 6:00-8:00 工作日 第二班 14:00 0:00 18:00-20:00 工作日

（3） 各工序加工时间如下表。

表2工序及机器工作表 A B 原料产出间隔 非负指数分布非负指数分布（1,0:21,0,1:40） （1,0:21,0,1:40） 油墨印刷 正态分布（1,0:20,0:15，正态分布（1,0:15,0:02，0,0:50） 0,0:50） 烘烤机 正态分布正态分布（1,0:20,0:25,0,0:50） （1,0:20,0:02,0,0:50） 检验站 正态分布（1,0:21,0:02，正态分布（1,0:20,0:02，0,0:50） 0,0:50） 油墨去除 正态分布正态分布（1,0:20,0:02,0,0:50） （1,0:25,0:02,0,0:50） 水洗烘干 正态分布正态分布（1,0:30,0:02,0,0:50） （1,0:35,0:02,0,0:50） 5

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第三章 案例的事件关系图

3.1 ERG模型的建立

事件关系图即Event relationship graph，简称ERG。它是一种广义的数学图形可用于离散事件动态系统的建模与仿真。几乎所有的动态离散系统都可用ERG来建模。是一种很高效的离散事件系统建模方法，它可以在SIGMA软件中运行，应用广泛。我们可以使用它对问题进行初步分析。

ERG正如它的名字主要由事件和关系组成。要建立ERG模型必须明确问题中包含哪些事件，以及各个事件之间的关系。根据问题描述，我们可以分析出，这个生产流水线包含的事件主要：原料的到达、原料按类别分流，分别加工，检验回流，成品出库。由此可确定该问题的ERG模型如下所示。综合实际案例，运用visio 2013制图软件绘制出事件关系图如下。

图1 模型事件关系图

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3.1 ERG模型的解释

所有的加工站只有一个机器。0代表机器处于忙碌状态。Q代表机器前缓冲区排队队列。首先模型开始运行，两种产品经过Check之后分流为A、B。分别以负指数分布的不定时间间隔，到达Arrive1和Arrive2。上部分A的工艺流程为每有一个A工件到达则排队队列??1加一。当白油墨印刷机??1有空闲即??1>1时，工件进入Start1进行加工，同时机器??1减一，排队队列??1减一。加工完成后离开加工站到达leave1，同时机器??1加一，此时若排队队列仍??1>0，则机器??1继续进行加工，然后判断烘烤机??2工作状态，若??2>0则进入??2,当白油墨印刷的工序完成后进入检验Start3，若不合格则由Check2分流，一部分合格工件直接到达Leave9，另一部分不合格工件回流进入Arrive3，按照同样的方法进行油墨去除，水洗烘干，完成刷新工序后由Check重新进行分流，分别进入白、黑油墨印刷，烘干，检验工序。直到仿真结束。B的工艺流程可以参照A。

圆圈表示事件，箭头表示两事件间的关系。模型的事件以及模型参数的含义如表3、表4所示。

事件 Run Arrive Leave Start1 Start3 Start5 Start7 check Start2 Start4 Start6 Start8 Check2

参数 Q S Tx Ty

表3 事件的含义 含义 模型初始化 实体到达 实体离开 白油墨印刷 烘烤机A 检验站A 油墨去除 入库分流 黑油墨印刷 烘烤机B 检验站B 水洗烘干 出库回流分流 表4参数解释 解释 表示产生的实体的队长 表示加工站机器状态，0为忙 表示实体A产生的间隔 表示实体B产生的间隔

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