物流系统仿真课程设计报告纸箱制造作业动态过程仿真

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1、物流系统仿真课程设计报告纸箱制造作业动态过程仿真目 录摘 要21 仿真系统概述22 系统流程分析33 系统假设44 系统输入数据建模44.1 系统决策参数44.2 系统绩效评估参数44.3 机器数量加工及等待时间分布45 系统仿真55.1 要素55.2 功能划分65.3 界面175.4 确认和验证176 系统结果分析186.1 结果处理186.2 敏感度分析186.3 正交分解206.4 固定样本批量法227 系统改善237.1 压线机、糊纸机设备利用率优化237.2 打钉机设备利用率优化267.3 堆高机设备利用率优化298 成果与缺乏298.1 成果298.2 缺乏30纸箱制造作业动态过程

2、仿真 基于eM-Plant软件摘要 在纸箱制造作业的制造动态过程中，主要研究三种产品在各效劳站的效劳过程，特别针对各产品平均生产周期，三种产品的月产能，每台机器的使用率，系统平均在制品和印刷剪裁台前等候区的平均长度等问题进行研究。透过系统仿真来了解各系统参数之间的生产力关系，作为现实管理参考。建立与实际情况相对应的数学模型，画出具体的流程图，建立模型，确定系统结构，状态变量，输入、输出量等。再运用eM-Plant软件建立仿真模型，并对仿真模型进行校核和验证，然后分析eM-Plant软件仿真得出结果，提出合理的优化方案，再使用eM-Plant软件对优化方案继续仿真，得出优化的结果，用以优化纸箱制

3、造作业的动态过程。关键词 纸箱制造；生产周期；月产能；使用率；在制品；等候长度；eM-Plant1仿真系统概述本次系统仿真的目的是透过系统仿真来了解某纸制制造厂纸箱制造作业之各效劳站使用率，与生产线在投料率、在制品与生产周期之间的生产力关系，通过改变或确定其之间的关系来得到最小本钱、最大产能等生产力工程，以作为现场制造管理之参考。所以本文运用相关知识，基于eM-Plant仿真软件，针对该制造厂制造动态过程系统进行仿真，用以发现系统中存在的问题，提出相应的解决和优化方案。仿真的目的是了解仿真的角色及其在系统之中的应用；了解仿真模型构建形式；认识eM-Plant仿真软件根本构件及操作；透过仿真软件

4、深刻了解系统模拟的过程；学习如何透过仿真软件进行资料收集及分析的工作。2 系统流程分析某纸质制造厂纸箱制造作业流程如下列图，该制造厂目前所生产的纸别有三种，分别为：A浪、B浪、AB浪。所谓之“浪是：以原纸张很切面所形成之波浪而命名。1.A浪：是所有纸别中最薄者，为1mm。在市面上常看到的彩色包装箱即属此类，此类纸箱之应用范围非常广泛，例如：电子以及高科技产品包装、精美化装品包装、礼盒等，适用于一般高单价产品。2B浪：常用语内盒包装，有些为了包装数量，常常外部一个大纸箱包装，内部用小纸盒把产品分批包装，而这些小纸盒所用之原纸别为B浪。常在市面上看到如：鞋子、CPU、泡面等产品。3AB浪：外层包装

5、纸箱，即一般常用之大型纸箱，例如：常常在货运卡车上所看到之纸箱。此类纸箱纸特性：耐破坏性高、耐高温、抗震、防雨淋等。 不同的纸别会依制程规划弹性的而有不同的加工步骤：A浪经过蓝赛加工即压线作业、印刷剪裁、堆高机、糊纸与包装流程；B浪经过印刷剪裁、堆高机、糊纸与包装流程；AB浪经过蓝赛加工即压线作业、印刷剪裁、堆高机、打钉与包装流程。此纸器制造厂只有针测三种不同的纸器产品，其流程如下：3 系统假设1.纸质产品到来间隔服从时间为Uniform25，30分钟之均匀分配，其中A、B及AB的来到比例为3：5：2。机台前均设有一无限长度之产品暂存区。3.每机台均假设有无限长度的等候区，且等候区是采用先等候

6、线检查的方式。4.纸质产品在两台机器间之间搬运时间忽略不计。纸质制造厂每天工作24小时，模拟30个工作日。故假设其工作720小时。4 系统输入数据建模4.1 系统决策参数纸制产品来到频率或纸质产品来到之间隔时间。4.2 系统绩效评估参数纸质产品之个别生产周期及平均生产周期。2.三种纸质产品的月产能。3.每台机器的平均使用率。4.印刷剪裁台的平均等候长度。5.系统内的平均在制品数量。 机器数量和加工及等待时间分布以下是该纸器制造厂各机台的数量及对应产品之加工时间与整备时间：5 系统仿真要素 建立一个model，在左边的models目录下分别复制三个entity，并且取名为“A“B“AB，代表三种

7、不同类型的纸箱。在该model的frame中分别拖入Source ，PlaceBuffer，Singleproc，Drain，EventController，并在需要连接的地方用Connector连接线把各个控件联系起来，由于该系统中不同型号产品的加工步骤不同，所以各机器之间不用先联起来，需用程序进行控制，如下图：PlaceBuffer 表示压线等候区；PlaceBuffer1 表示印刷剪裁等候区；PlaceBuffer2 表示堆高等候区；PlaceBuffer3 表示 糊纸等候区；PlaceBuffer4、6 表示打钉等候区；PlaceBuffer5 表示 包装等候区。Singleproc

8、表示压线机；Singleproc1 表示印刷剪裁机；Singleproc2 表示堆高机；Singleproc3 表示糊纸机；Singleproc4 表示打钉机；Singleproc5 表示包装机。按照分布表中分布设置各Singleproc 中的processing time以及set-up time。因系统假设每机台设有无限长度的等候区，故各PlaceBuffer之capcity设置成-1表示无限容量。设置Source的属性，将其到达时间inteval设置成为UNIFORM25，30分布，并且将其MU selection设置成为Radam的类型，并建立一张名为resources表，在表中分别输

9、入三种不同的纸箱的Entity的名称及比例，最后将该表拖入与MU selection相关联的Source的Table属性中，在将表拖入该属性值后，系统会自动提示修改表中的结构及相应的格式，按确定执行即可，下列图为表的根本结构：设置仿真钟开始与结束时间，此仿真共模拟30个工作日，每天工作24小时，即可只设置仿真钟而不需shiftcalendar。功能划分1除了resources表格以外，系统还需要另外六张表格。1 proctime：用来存放各产品每次的加工时间，第一列为A浪，第二列为B浪，第三列为AB浪，其属性都为Time2numtable：分别记录不同时刻在系统中所有Entity的数量，即在制

10、品数量。3waitingnum：用于记录印刷剪裁台前的等待的长度。4tongji1：用来记录三种产品的平均生产周期以及月产能：5tongji2：用来记录各台机器的使用率：6tongji3：用来记录印刷裁剪台的平均等候长度以及系统内的平均在制品数量：2设置全局变量根据以下表格设置5个全局变量：形成： 3添加method用于控制程序的运行1reset代码：用于控制系统恢复到初始状态；用于将全局变量恢复到初始值及清空各个表格中的数据。isdoiA:=1;iB:=1;iAB:=1;k:=1;num:=1; deletemovables;tongji1.delete;tongji2.delete;ton

11、gji3.delete;proctime.delete;numtable.delete;end;2 endsim代码：statworkingportion表示singleproc在整个仿真过程中的工作比例， 然后将其值赋到tongji2这张表中；proctime.sum(1,1.1,(iA-1)表示将表中第一列的数据从第1行一直加到第iA-1行/(iA-1)表示将上述的值除以(iA-1)，求出其平均值 然后将该值赋到表tongji1当中的第几列，第几行；Ydim表示该表中有数值的最后一行。isdotongji21,1:=singleproc.statworkingportion;tongji2

12、1,2:=singleproc1.statworkingportion;tongji21,3:=singleproc2.statworkingportion;tongji21,4:=singleproc3.statworkingportion;tongji21,5:=singleproc4.statworkingportion;tongji21,6:=singleproc5.statworkingportion;tongji11,1:=proctime.sum(1,1.1,(iA-1)/(iA-1); tongji11,2:=proctime.sum(2,1.2,(iB-1)/(iB-1);t

13、ongji11,3:=proctime.sum(3,1.3,(iAB-1)/(iAB-1);tongji31,1:=waitingnum.sum(1,1.1,waitingnum.Ydim)/waitingnum.Ydim; tongji32,1:=numtable.sum(1,1.1,numtable.Ydim)/numtable.Ydim;end;3 method1代码：控制source的输出，即原料进入工作流程。假设原料是A浪，那么进入压线等候区，即placebuffer；假设原料是B浪，那么进入印刷裁剪等候区，即placebuffer1；假设原料是AB浪，那么进入压线等候区，即plac

14、ebuffer。条件选择；source.numin表示进入source的物件的数量，drain.numin代表进入drain的物件的数量； 两者相减就是目前在系统中所有在制品的数量；num:=num+1用来对num值自增，来记录不同的数值。isdoif .name = A then.move(placebuffer);elseif .name = B then.move(placebuffer1);elseif .name = AB then.move(placebuffer);end;numtable1,num:=source.numin - drain.numin;num:=num+1;e

15、nd;4 method2代码：用于控制压线机，即singleproc的输出，从压线机出的产品进入印刷剪裁等候区。isdo.move(placebuffer1);end;5 method3代码：用于控制印刷剪裁机，即singleproc1的输出，从印刷剪裁机出的产品进入堆高机。isdo.move(placebuffer2);end;6 method4代码：用于控制堆高机，即singleproc2的输出假设出A浪，那么进入糊纸等候区，即placebuffer3；假设出B浪，那么进入糊纸等候区，即placebuffer3；假设出AB浪，着进入打钉等候区，即placebuffer4。条件选择。isdo

16、if .name = A then.move(placebuffer3);elseif .name = B then.move(placebuffer3);elseif .name = AB then.move(placebuffer4);end;end;7 method5代码：用于控制糊纸机，即singleproc3的输出，从糊纸机出的产品进入包装等候区。isdo.move(placebuffer5);end;8method6代码：用于控制打钉机，即singleproc4的输出，从打钉机出的产品进入包装等候区isdo.move(placebuffer5);end;9 method7代码：判断

17、不同的产品，后进行增加记录，statavgLifeSpan表示该entity在整个系统中所待的时间，即其整个加工时间。isdoif .name = A thenproctime1,iA:=.statavgLifeSpan;iA:=iA+1;tongji12,1:=tongji12,1+1;.move(drain);elseif .name = B thenproctime2,iB:=.statavgLifeSpan;iB:=iB+1;tongji12,2:=tongji12,2+1;.move(drain);elseif .name = AB thenproctime3,iAB:=.stata

18、vgLifeSpan;iAB:=iAB+1;tongji12,3:=tongji12,3+1;.move(drain);end; end;10 method8代码：表示在placebuffer1上的物件的数量，numMU就表示这个数量的值，表示将该值赋到表waitingnum中的第1列，第k行isdowaitingnum1,k:=placebuffer1.numMU;k:=k+1;end;11 timechange代码：判断不同物品，然后将堆高机的加工时间设置为不同的值；因A浪、B浪、AB浪在堆高机中加工时间服从不同正态分布，需要在堆高机等候区，即placebuffer2的输出阶段进行控制，以

19、保证其在堆高机中的加工时间分布正确。singleproc2.proctime.setparam(normal,1,18,1,8,28)这整条语句表示将 singleproc2的proctime属性值设置为参量为1,18,1,8,28的正态分布。isdoif .name = A thensingleproc2.proctime.setparam(normal,1,18,1,8,28);elseif .name = B thensingleproc2.proctime.setparam(normal,1,25,1,20,30);elseif .name = AB thensingleproc2.p

20、roctime.setparam(normal,1,20,1,15,25);end;.move(singleproc2);end;4在系统中插入Guage，用来评估各个等候区。更改其Data及Display：因共需6个，每个设置不同颜色来区分选择type为bar柱状：六个等候区形成：运行后显示为：5使用chart来表现tongji2表格中各机器使用率设置该chart Data设置该chart Displayshow chart5.3 界面下列图为整个界面一览确认关心的是“是否正确地建立模型及仿真系统，根据本文开头所陈述的纸箱制造动态过程的仿真的目的是要记录平均生产周期、平均等待时间、机器使用率

21、以及在制品数量等数据，找出整个流程中的瓶颈，以改良仿真，在仿真的结果记录中是包含了这些数据的，也就是按照仿真系统应用目标和功能需求正确地设计出仿真系统的模型。验证关心的是“建立的模型和仿真系统是否正确，即多大程度地反响了真实世界的情况，而这个纸箱制造动态过程的系统仿真是根据具体情况，确认到达时间分布及加工、等待时间分布，所以是与实际情况根本一致的。6 系统结果分析6.1 结果处理一次仿真运行结果：表格tongji1输出数据：表格tongji2输出数据：表格tongji3输出数据：6.2 敏感度分析采用变动因子法印刷剪裁机加工时间分布为NORMAL18,1，变动该因子进行处理。改变分布为NORM

22、AL15,1、NORMAL16,1、NORMAL17,1、NORMAL18,1、NORMAL19,1、NORMAL20,1、NORMAL21,1共七种进行处理。更改分布进行仿真后输出结果整理如下表：印刷剪裁机加工时间分布印刷剪裁机使用率成品数量NORMAL15,11574NORMAL16,11572NORMAL17,11571NORMAL18,11570NORMAL19,11568NORMAL20,11573NORMAL21,11569根据以上表格画出如下两个响应曲线：在印刷剪裁机加工时间不同分布下的设备使用率：在印刷剪裁机加工时间的不同分布下系统成品数量：有两张折线图的结果说明：当印刷剪裁机

23、加工时间服从正态分布，均值不同，方差相同，当越大时，印刷剪裁机的使用率越高；但同时印刷剪裁等候区的排队长度也将增加，且成品数量呈现些许波动，并不是越大或越小整体就最优。 正交分解法用来了解哪些因子对系统性能的影响比拟大。全面分析各因子的影响。将糊纸机、打钉机、包装机的加工时间分布设置为三个试验因子A、B、C制表：试验因子与水平糊纸加工时间分布(A)打钉加工时间分布B包装加工时间分布C水平1NORMAL(12,1)NORMAL(15,1)NORMAL(20,1)水平2NORMAL(11,1)NORMAL(14,1)NORMAL(19,1)水平3NORMAL(13,1)NORMAL(16,1)NO

24、RMAL(21,1)将AB纸箱的平均生产周期作为试验治标。因子的水平为3，共有3个因子，做全面试验需要27次，这里用正交表安排试验，做9次试验。把A、B、C三个因子安排在正交表的前三列上，按照确定的水平和正交表中的试验号进行试验。例如将A因子的第一个水平NORMAL(12,1),B因子的第一个水平NORMAL15,1，C因子的第一个水平NORMAL(20，1)组合起来做一个试验，试验号为1。所有9各个结果如下表所示。实验结果试验号因子A因子B因子CAB纸箱的平均生产周期111147982122468831334939421247665223480762314869731347648321476

25、493324785试验指标的极差分析因子A因子B因子CK1144251432814431K2144421425914239K3143131459314510k14776k248144753k34771均值的极差43因子B，即打钉机加工时间分布的极差最大，那么该因子为主要因子。其次为因子C，即包装机加工时间分布。纸箱AB最大生产周期在A2B3C3的情况下。即糊纸机加工时间分布为NORMAL(11,1)；打钉机加工时间分布为NORMAL16,1；包装机加工时间分布为NORMAL(21,1)。6.4 固定样本批量法保证仿真系统初始条件相同，改变随机数，重复运行10次，输出各纸箱生产周期及月产能，构造

26、90%置信度的执行区间，即产品生产周期或月产能在其置信区间的可能性为90%。此次更改的随机数为source中原料interval分布uniform1, 25:00, 30:00中1用110代替，进行独立仿真：输出数据 12345678910A均生产周期4550455845404556453745744544454645474542B均生产周期4082405740604118405940744059408640584095AB均生产周期4798479347934811479247854813480947984774A纸箱月产能459468468453461442475470451479B纸箱月产

27、能774777784772775789796769794771AB纸箱月产能333322319340335338300330325324根据上表算出 输出数据的均值、方差、置信区间：均值方差置信区间A平均生产周期4549.44549.4+/_ 4543,4556B平均生产周期407414074.8+/_ 4063,4087AB平均生产周期147 4790,4804 A纸箱月产能 456,469B纸箱月产能 774,786AB纸箱月产能 321,333A纸箱平均产品生产周期在其置信区间4543,4556的可能性为90%；B纸箱平均产品生产周期在其置信区间4063,4087的可能性为90%；AB纸

28、箱平均产品生产周期在其置信区间4790,4804的可能性为90%；A纸箱月产能在起置信区间456,469的可能性为90%；B纸箱月产能在起置信区间774,786的可能性为90%；AB纸箱月产能在起置信区间321,333的可能性为90%。7 系统改善从三个方面使用不同方法机器改善设备利用率71 压线机、糊纸机设备利用率优化由下列图可知，压线机、堆高机、糊纸机以及打钉机的利用率都比拟低，为了使该系统工作到达较大效率，打算通过改变系统决策参数，即纸质产品来到之间隔时间，来提高设备使用率，从而实现系统的优化。原系统原料到达时间服从均匀分布uniform25,30，通过改变分布再次进行仿真。将原fram

29、e复制为三个，frame1、frame2、frame3，将source中interval分布分别改为uniform22,27、uniform19,24、uniform16,21。那么得到tongji2 表格分别为：show chart分别为以下三图，可更加直观地表现出各设备利用率的改变。frame1，即interval分布为uniform22,27：frame2，即interval分布为uniform19,24：frame3，即interval分布为uniform16,21：通过改变interval分布进行优化，可以看到压线机以及糊纸机的使用率有了较为明显的提高，但是堆高机与打钉机使用率提高不

30、大。72 打钉机设备利用率优化由以上可知印刷裁剪机以及包装机的使用率很低，那么必定造成印刷裁剪等候区以及包装等候区的拥堵，采用增加机器台数的方法来进行优化。将frame复制为frame2_1，在该frame2_1上进行优化作业。将印刷剪裁机即包装机分别增加一台，如图：并且设置其加工时间分布，准备时间分布以及控制method试运行，得到各设备使用率如图：该图表显示增加了台机数量后，所有设备的时候效率都降低到了0.4以下，这时那么需要通过改变原料到来的时间间隔分布来控制改变设备使用率，以到达仿真动态系统的优化。原先的interval分布为uniform25，30，现改为uniform20，25，u

31、niform15,20，以及uniform10,15再次进行仿真。interval分布：uniform20，25interval分布：uniform15,20interval分布：uniform10,15根据以上图表显示通过2的优化方案，既增加个别种类的机台数量以及改变interval到达时间分布可比拟明显地提高打钉机使用率，但对堆高机影响不大。73 堆高机机设备利用率优化可知堆高机加工时间对于A浪、B浪及AB浪具有不同分布，这是导致堆高机使用率很难到达提高的原因，试统一三种加工时间分布，再次进行仿真查看结果如何。复制frame2_1至frame3_1，保持该界面系统所有初始值，只改变堆高机加

32、工时间分布：统一为A浪，即normal18,1，此时，不需要timechange。根据上图显示结果可验证假设，堆高机的设备使用率限制确实在于加工时间分布的区别，假设统一其，那么堆高机的设备使用率将大大提高。之后可以再继续使用7.2中的方法提高打钉机设备使用率，这样整个系统各设备使用率都将趋于优化。8 成果与缺乏81 成果本次课程设计旨于仿真模拟某纸制品制造厂加工作业的动态过程，通过使用eM-Plant软件比拟真实的仿真了这一动态过程，并对仿真过程进行了验证，评估了其有效性，通过记录三种纸箱的平均生产周期、月产能、每台机器的使用率、印刷裁剪台的平均等候长度以及系统内的平均在制品数量等数据，找出了整个流程中的瓶颈，从而改良仿真的条件，提出优化方案，到达了提高设备使用率的目标。经过本次课程设计，我能根本熟练掌握eM-Plant软件使用其进行仿真，也了解到了仿真的重要性，特别是其实用意义，加深了对于各加工作业流程的熟悉。82 缺乏由于车间加工的作业流程动态过程是一个复杂的系统，而我此次做的仿真系统对很多方面进行了简化，并且设定了一些假设，而实际的问题会比这个仿真更为复杂，比方原料本钱的问题，车间面积，设备摆放流程等问题，所以还可以在这个仿真的根底上做出进一步的优化，使之更能真实有效的反响实际情况，也为管理者提供更为可靠的决策依据。