物流仿真 系统仿真 Incontrol ED仿真软件案例八 木工厂.pdf

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1、案例学习 8 木工厂 1.任务分析任务分析 11 介绍介绍 一个有定制部门的木工工厂是很难管理的，因为每一个订单都有单独的设计和预算周期。不同的交货数量和不同的发货时间使得直接估计生产时间非常困难。如果没有按时发货，会受到罚款的处罚。通过模拟订单的时间表，我们可以发现是否能够按时发货，可以哪里会有瓶颈，还可以判断什么时候需要加班。此外，还可以去试验尝试变化的优先权，不同的订单放松程度，还有检查完成紧急订单的可能性。1.2 环境描述环境描述 这个工厂根据订单生产不同数量的窗户和窗户框架。原材料为木材，它们被锯成一定长度然后通过一系列的程序。然后，它们被站在一起形成一个窗户或者窗户框架，并进行下一

2、步的程序。图 1-1 木工工厂 图 1 显示了附件 1 中的模型规模。对于机器和生产过程的描述在附件 2 中。一年中 100个项目和发货日期可以在附件 3 中找到。订单在发货日期前 2 个月的时候到达。我们假设给出的数据是正确确定的。这不完全符合实际规定，但是对于初步估计足够了。此外，干扰或者中断或者内部运输的时间都不考虑。一个订单的进程不会被其他的订单进程打断。当一整个订单完成以后，机器复位。一个工作日持续 8 个小时，一周工作 5 天，一年 52 个工作周。在每一个工作日，都是延续上一个工作日的工作。1.3 任务任务 1 使用电子表格，事先计算该工厂的进程的利用率。2 创建一个该工厂的模型

3、，使其年度计划可以被计算并可视化还可以与约定的发货日期相比较。(carpentry.mod).附件附件 1 生产流程示例生产流程示例 这清楚的表明，每个程序都有它的一个存储区域，以便于在机器繁忙或者不可用的时候存放产品。至于窗户和窗户框架，生产过程在锯和校准台处开始（1）。粗糙的原材料进入系统然后按照设定的尺寸进行锯刨磨光。之后窗户的制作过程从窗户框架的过程中分离出来。制作窗框的木材运送到双台脚（2），在这里将木材的两端进行铣加工，以使它们可以制作成窗框。然后，它们到达专台（3）按照长度进行定形。然后它们到达多路由器（5），在那里打几个孔以进行锁定作业。窗户框架然后被送至台虎钳（7）和装配支撑

4、板条（8）。当装配完成后，到达喷漆处（9），喷漆两次。最后，当窗框走到最后的装配（10）的时候，它们就已经完成了。用于生产窗户的木材从锯和校准台到达单一控制区（4）。在这一步，钉子钉入木材中并且木材按照长度进行裁剪。然后，它们到多路由器（5）进行打洞。窗框的木材也在这里进行处理。窗户的木料到达台虎钳（6）然后到喷漆处（9），窗框的木材也是被送到这个地方。窗户被喷漆两次然后组装（10）。附件附件 2 机器说明机器说明 在附件一中，有编号的盒子都是单独的进程。它们都包括一台机器，通常都是由一个人操作的。生产时间每天 8 个小时。我们首先会给出一个对每个进程的简短说明，以及机器在接到订单后生产每个单

5、位的时间还有复位的时间。请记住，机器的木材处理容量在前 5 个进程中都给出了。窗户和窗框分别只出现在进程6 和 7 中。锯台和校准锯台和校准 这是窗户和窗框生产的开端。新到达的木料都是非常粗糙的原始木料。之后的两个进程是相互联系的：首先是木材被锯成窗户和窗框所要求的形状，然后被刨。处理能力=每小时 150 木材 复位时间=20 分钟 双台脚双台脚 这个机器只用于生产窗框。钉子被钉入木材的两端因此在最后的时候窗框可以被组装。进程容量=每小时 50 木材 复位时间=90 分钟 专台专台 在这个生产步骤，木料根据长度进行变形，这个过程只用于窗框的生产。进程容量=每小时 30 木材 复位时间=45 分

6、钟 单一控制单一控制 这个机器只用于生产窗户，它可以实现双脚抬与专台的操作。但是缺点是单一控制需要的复位时间和循环时间比较长。进程容量=每小时 15 木材 复位时间=120 分钟 多路由器多路由器 这个机器用于生产窗户和窗框。进程加工窗户容量=每小时 40 木材 进程加工窗框容量=每小时 60 木材 复位时间=10 分钟 虎钳（窗户）虎钳（窗户）木材在这里被相邻放置，形成一个窗户。这是一个组装进程，一个窗户是由 4 个木材组成的。进程容量=每小时 3 个窗户 复位时间=15 分钟 虎钳（窗框）虎钳（窗框）这个进程跟上个相似，不同之处是窗框的尺寸可以更大。另一个不同是窗框由 6 个木材组成 进程

7、容量=每小时 4 个窗框 复位时间=30 分钟 支撑板条装配支撑板条装配 为了将窗框安装到房子上，支撑板条必须固定在窗框上。板条将会钉入墙内，然后成为不可见的。进程容量=每小时 7 个窗框 复位时间=60 分钟 喷漆处喷漆处 通过之前的进程，窗户和窗框被固定在轨道上然后喷漆两次，这需要一个特殊的喷漆室。由于该产品需要晾干，所以两个产品之间的装卸轮候时间至少需要 5 个小时。由于窗框的尺寸一般都比窗户的打，所以窗框的时间也要更长。进程处理窗户容量=每小时 40 进程处理窗框容量=每小时 20 复位时间=5 分钟 最后装配最后装配 在最后步骤中，完成了窗户和窗框的制造。对于窗户，包括安装锁和铰链。

8、对于窗框，则是指不同的操作，如安装玻璃，紧固件固定等。进程处理窗户容量=每小时 12 个 进程处理窗框容量=每小时 5 个 复位时间=30 分钟 附件附件 3 订单组合订单组合 Number WindowsWindow frames Total Delivery week 1 46 46 1 2 178 178 2 3 145 145 2 4 60 60 3 5 75 75 4 6 155 155 5 7 135 135 5 8 73 73 5 9 36 36 5 10 167 167 6 11 136 136 7 12 151 151 8 13 78 78 8 14 168 168 9 15

9、 94 94 9 16 30 30 9 17 182 182 9 18 195 195 10 19 192 192 11 20 118 118 12 21 119 119 12 22 114 114 13 23 72 72 13 24 1 1 14 25 147 147 15 26 130 130 15 27 170 170 16 28 16 16 17 29 148 148 17 30 163 163 18 31 59 59 19 32 146 146 20 33 109 109 21 34 133 133 21 35 135 135 22 36 187 187 22 37 60 60 23

10、 38 43 43 23 39 104 104 24 40 112 112 25 41 161 161 25 42 91 91 26 43 95 95 27 44 106 106 27 45 175 175 28 46 171 171 29 47 121 121 30 48 73 73 31 49 163 163 31 50 155 155 31 Number WindowsWind w oframes Total Delivery week 51 157 157 32 52 11 11 32 53 62 62 33 54 174 174 33 55 69 69 33 56 1 71171 3

11、3 57 160 160 34 58 43 43 35 59 12 12 35 60 197 197 35 61 168 168 36 62 144 144 37 63 32 32 37 64 132 132 37 65 111 111 37 66 68 68 37 67 136 136 37 68 2 00200 37 69 47 47 38 70 170 170 38 71 95 95 38 72 110 110 39 73 172 172 40 74 149 149 40 75 15 15 40 76 111 111 41 77 5 5 42 78 107 107 43 79 85 85

12、 43 80 118 118 44 81 53 53 44 82 110 110 44 83 58 58 45 84 134 134 46 85 187 187 47 86 181 181 47 87 28 28 48 88 12 12 49 89 47 47 49 90 191 191 49 91 133 133 49 92 128 128 49 93 182 182 49 94 95 95 50 95 15 15 51 96 48 48 51 97 160 160 51 98 18 18 52 99 27 27 52 100 99 99 52 Total 3474 7556 11030 2

13、ED建模建议建模建议 这个案例学习的难点不在于如此多原子的使用或者工厂的建模。对原子的特性功能的使用以及基本的 4DScript 语言的知识是必须的。在大多数情况下，简单的 Queue 和 Server 原子是方便的，但是下面的原子也会用到：Arrivallist 有了这个原子，订单就可以按照正确的时间被发送至生产环节。该原子与一个表格相连，表格上记录着原子被释放的时间。此外，原子的标签也可以在这个表格中编辑。MultiService 该原子可以被视为有多个服务器原子同时运行，但是彼此间却又是独立的。一个基本的Server 的基本设定是可以被定义的，但是更复杂的比如平均故障时间的调整时不可能的

14、。SummaryReport 一个变量的数字将会被测量，比如说平均等待时间。这是不可能通过 4DScript 语言进行定义的变量。Data Recorder 这个原子必须放在其他两个原子中间。他的功能是测量通过 Data Recorder 的所有原子的一系列变量。可以是标准变量，也可以是用户自定义的变量。测量的值被一个表格接管。此外，下面的 4DScript 指令也会有用：If 语句 标签的相关指令 3 模型制作：木工厂模型制作：木工厂 图 3-1 是根据生产流程在 ED 软件中制作的一个布局图。图 3-1 3.1 第一步：生产布局图第一步：生产布局图 第一步的目标是事先计算机器的利用率，这个

15、利用率可以与 ED 模型运行得出的利用率来比较。通过这种方式，可以验证我们模型的正确性。总之，假如模拟出来的结果是正确的，这可能意味着在建模过程中没有出现错误。此外，手工计算也可能显示出机器的生产能力不能满足顾客的产品需求，导致瓶颈的出现。利用率反映了机器被占用的时间。“占用”包括了生产产品的时间和机器复位时间。因此，利用率()的公式是：占用的时间 利用率=总共的时间 把这个公式应用到特定的处理木材的机器上，为：机器重置时间 i x#每年的订单)+(出炉木材机器循环时间 i x#每年处理的木材)机器 i=每天的小时数 x 每年的工作日 通过使用 Excel 软件和上述公式，机器的利用率可以简单

16、的计算出。在计算机器 9 的利用率的时候注意它处理所有的产品都是两遍。每一个机器的利用率在 3-1 表中展示：Machine Utilization 1 21%2 49%3 75%4 47%5 11%6 56%7 93%8 55%9 45%10 89%表 3-1 机器利用率 首先，仿真模型可以改进生产进程。在这个模型中，年度计划是根据交货时间来计算。然后，我们以规划版的形式来尝试将计划可视化。目的 1 一个仿真模型来改进交货时间。2 年度计划可视化。注：这个案例研究可以用于进一步的调查。第二个可能的目标是将吞吐时间降低。3.2 第二步：建模第二步：建模 数据采集 在前面的叙述中已经给出了必要的

17、数据。表 3-2 中给出了产品的处理时间以及订单的复位时间。内部运输的时间还有故障都排除在外不考虑。Process cycle time windows cycle time window frames Reset time1.Sawing and calibrating bench 150 timbers/hour150 timbers/hour 20 min.2.Double pin bench 50 timbers/hour 90 min.3.Profile bench 30 timbers/hour 45 min.4.Unicontrol 15 timbers/hour 120 min

18、.5.Multi router 40 timbers/hour60 timbers/hour 10 min.6.Bench vice windows 3 windows/hour 15 min.7.Bench vice window frames 4 window frames/hour 30 min.8.Support laths assembly 7 window frames/hour 60 min.9.Spray booth 40 windows/hour20 window frames/hour 5 min.10.Final assembly 12 windows/hour5 win

19、dow frames/hour 30 min.表 3-2 处理时间和复位时间 此外，年度计划的部分在表 3-3 中。每个订单中有窗户和窗框的数量，还有双方达成的交货日期。Order number Number ofwindows Number ofwindow framesDelivery date(week number)1 46 1 2 178 2 3 145 2 4 60 3 5 75 4 6 155 5 7 135 5 8 73 5 9 36 5 10 167 6 表 3-3 年度计划 每个工作日有 8 个小时，每周 5 个工作日，每年有 52 周。每台机器的复位时间和周期时间显示在表

20、 3-4 中。Machine Reset time Cycle time windows Cycle time window frames 1.Sawing and calibrating bench 1200 (order quantity)*4*24 (order quantity)*6*24 2.Double pin bench 5400 (order quantity)*6*72 3.Profile bench 2700 (order quantity)*6*120 4.Unicontrol 7200 (order quantity)*4*240 5.Multi router 600

21、(order quantity)*4*90 (order quantity)*6*60 6.Bench vice windows 900 (order quantity)*1200 7.Bench vice window frames 1800 (order quantity)*900 8.Support laths assembly 3600 (order quantity)*514,3 9.Spray booth 300 (order quantity)*45 (order quantity)*90 Drying 0 18000 18000 10.Final assembly 1800 (

22、order quantity)*300 (order quantity)*720 表 3-4：复位和循环时间（秒）Arrivallist 原子用来模拟到达进程。这个原子通过预先定义的表格来生成原子。每一行包括到达时间、到达数量和要发往的通道。在指定时间内，指定数量的原子被生成并且给予指定的名称。例如，前 10 个订单的数据在下表中：Arrival time Atom name Quantity Channel Number Type Order number Delivery date 0 Window 1 1 46 1 1 144000 0 Window frame 1 1 178 2 2

23、288000 0 Window frame 1 1 145 2 3 288000 0 Window frame 1 1 60 2 4 432000 0 Window frame 1 1 75 2 5 576000 0 Window 1 1 155 1 6 720000 0 Window frame 1 1 135 2 7 720000 0 Window frame 1 1 73 2 8 720000 0 Window 1 1 36 1 9 720000 0 Window frame 1 1 167 2 10 864000 表 3-5 到达列表 在 Queue1 中对订单颜色的处理，函数如下：锯

24、台和校准的机器上的循环时间对于窗户和窗框是不同的。这个根据标签类型来定义循环时间。Unicontrol 处的循环时间不是根据产品类型来决定，而是根据订单的数量。如下：窗户和窗框由不同的路线，在锯台处分开的时候，通道的选择方案为 6.6.By atom name:if the atom name of the 1st atom in the queue matches Window then send to channel 1 else 2.这个也适用于锯台和校准还有多处理器。订单中的产品必须在喷雾区喷两次，但是在两个进程中，必须有 5 个小时的晾干时间。到达晾干台后，在退出触发器时赋予产品名为

25、 Painted 值为 1 的标签：Label(Painted,i):=1 在产品到达喷雾区时，关于发送的目的通道，需要进行一次判定，假如产品已经喷过一次漆，那么在晾干区的时候，就已经得到标签 painted，所以假如产品的标签值为 1，则在喷雾结束后，可以进行下一进程，否则就会进入晾干区。选择第 8 方案。8.By label value(conditional):if the value on the label named Painted of the 1st atom in the queue is=the value 1 then send to channel 2 else 1.数

26、据记录原子 Data recorder 为了确定实际的交货时间，需要使用数据记录原子。这个原子可以收集通过它的原子的数据。以下是记录中定义的变量：1.类型 (标签值在 Arrival list 给出)2.订单号的类型 (label Order number is given in Arrival list)3.发货日期的类型 (label Delivery time is given in Arrival list)4.到达时间 到达时间代表了实际发货的准确时间，因为数据记录原子就放在发货进程的后面。前 10 个订单的数据在下表中显示：Order number Given delivery d

27、ateEventual delivery date 1 144000 172716 6 720000 662724 2 288000 792684 9 720000 805284 3 288000 911484 4 432000 956484 11 1008000 999084 5 576000 1054884 15 1296000 1084884 7 720000 1183884 表 3-6 数据记录 验证 将 ED 模型得到的机器使用率与计算得出的结果进行比较，如下图：Machine Calculated utilization Utilization according to Enterprise Dynamics 1 20.6%19.0%2 48.6%43.6%3 75.2%72.7%4 47.4%44.5%5 53.8%53.0%6 56.0%55.7%7 92.5%90.8%8 55.3%51.9%9 45.1%44.7%10 89.0%86.5%表 3-7 使用率 使用甘特图