生产系统建模与仿真

生产系统建模与及仿真实验报告实验一Witness仿真软件认识一、实验目的1、学习、掌握Witness仿真软件的主要功能与使用方法；2、学习生产系统的建模与仿真方法。

二、实验内容学习、掌握Witness仿真软件的主要功能与使用方法三、实验报告要求1、写出实验目的:2、写出简要实验步骤；四、主要仪器、设备1、计算机（满足Witness仿真软件的配置要求）2、Witness工业物流仿真软件。

五、实验计划与安排计划学时4学时六、实验方法及步骤实验目的：1、对Witness的简单操作进行了解、熟悉，能够做到基本的操作，并能够进行简单的基础建模。

2、进一步了解Witness的建模与仿真过程。

实验步骤：Witness仿真软件是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。

它可以用于离散事件系统的仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真。

目前已成功运用于国际数千家知名企业的解决方案项目，有机场设施布局优化、机场物流规划、电气公司的流程改善、化学公司的供应链物流系统规划、工厂布局优化和分销物流系统规划等。

◆Witness的安装与启动：➢安装环境：推荐P4 1.5G以上、内存512MB及以上、独立显卡64M以上显存，Windows98、Windows2000、Windows NT以及Windows XP的操作系统支持。

➢安装步骤：⑴将Witness2004系统光盘放入CD-ROM中，启动安装程序；⑵选择语言（English）；⑶选择Manufacturing或Service；⑷选择授权方式（如加密狗方式）。

➢启动：按一般程序启动方式就可启动Witness2004，启动过程中需要输入许可证号。

◆Witness2004的用户界面：➢系统主界面：正常启动Witness系统后，进入的主界面如下图所示：主界面中的标题栏、菜单栏、工具栏状态栏等的基本操作与一般可视化界面操作大体上一致。

这里重点提示元素选择窗口、用户元素窗口以及系统布局区。

生产系统建模与仿真概述1. 引言在现代制造业中，生产系统的建模和仿真是一个重要的工具。

通过建立准确的生产系统模型和进行有效的仿真分析，可以帮助企业优化生产流程，提高生产效率，降低成本，提高产品质量。

本文将对生产系统建模和仿真的概念、方法和应用进行概述。

2. 生产系统建模的概念生产系统建模是将实际的生产系统抽象成一种可供计算机处理的模型，以实现对生产系统进行分析和优化的目的。

生产系统建模可以基于不同的层次和粒度，从整体到局部进行建模，从宏观到微观进行分析。

生产系统建模的主要目标包括：•分析生产系统的结构和运行特性•预测生产系统的性能指标•评估生产系统的灵活性和鲁棒性•优化生产系统的配置和资源分配•支持决策和规划过程3. 生产系统建模方法生产系统建模的方法包括基于统计学的方法、基于物理建模的方法和基于仿真的方法。

下面分别对这些方法进行介绍。

3.1 基于统计学的方法基于统计学的方法是通过统计数据和概率模型来描述和分析生产系统的行为。

这种方法适用于大规模复杂的生产系统，在建模过程中需要考虑到各种不确定性因素。

常用的统计分析方法包括排队论、蒙特卡洛模拟和回归分析等。

3.2 基于物理建模的方法基于物理建模的方法是通过建立物理模型来描述生产系统的结构和运行机理。

这种方法适用于对生产系统的细节进行建模和分析，可以更加真实地模拟系统的行为。

常用的建模方法包括Petri网、离散事件系统和系统动力学等。

3.3 基于仿真的方法基于仿真的方法是通过建立仿真模型来模拟生产系统的运行过程。

仿真模型可以在计算机上进行运行，模拟真实的生产系统在不同条件下的表现和性能。

基于仿真的方法可以提供对生产系统的详细和动态的分析。

常用的仿真软件包括Arena、AnyLogic和FlexSim等。

4. 生产系统仿真的应用生产系统仿真广泛应用于制造业的各个领域和环节，包括生产计划与调度、供应链管理、物流和运输等。

以下列举几个常见的应用场景。

4.1 生产计划与调度生产计划与调度是生产系统管理的核心环节，通过仿真模型可以评估不同的排程策略和调度算法，并选择最优的方案。

系统建模与仿真课程设计一、课程目标系统建模与仿真课程设计旨在让学生掌握以下知识目标：1. 理解系统建模与仿真的基本概念、原理和方法；2. 学会运用数学和计算机工具进行系统建模与仿真；3. 掌握分析、评估和优化系统模型的能力。

技能目标：1. 能够运用所学知识对实际系统进行建模；2. 独立完成仿真实验，并对结果进行分析；3. 能够针对具体问题提出合理的建模与仿真方案。

情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力；2. 激发学生对科学研究的兴趣，培养创新精神和实践能力；3. 增强学生的社会责任感，使其认识到系统建模与仿真在解决实际问题中的价值。

本课程针对高中年级学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为以下具体学习成果：1. 掌握系统建模与仿真的基本概念和原理，能够解释现实生活中的系统现象；2. 学会使用数学和计算机工具进行系统建模与仿真，完成课程项目；3. 能够针对实际问题，运用所学知识进行分析、评估和优化，提出解决方案；4. 培养团队协作能力，提高沟通表达和问题解决能力；5. 增强对科学研究的好奇心和热情，树立正确的价值观。

二、教学内容根据课程目标，本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 系统建模与仿真基本概念：介绍系统、建模、仿真的定义及其相互关系，分析系统建模与仿真的分类和特点。

2. 建模方法与仿真技术：讲解常见的建模方法（如数学建模、物理建模等）及仿真技术（如连续仿真、离散事件仿真等），结合实例进行阐述。

3. 建模与仿真工具：介绍常用的建模与仿真软件，如MATLAB、AnyLogic 等，并指导学生如何使用这些工具进行系统建模与仿真。

4. 实践项目：设计具有实际背景的系统建模与仿真项目，要求学生分组合作，运用所学知识完成项目。

教学内容安排如下：第一周：系统建模与仿真基本概念，引导学生了解课程内容，激发学习兴趣。

第二周：建模方法与仿真技术，讲解理论知识，结合实例进行分析。

上海海洋大学试卷姓名：学号：专业班名：一．简述题（共40分）1.什么是事件在单通道排队系统中，哪两个典型事件影响系统的状态这两个典型事件分别发生时，可能会改变系统哪些状态（5分）事件是指引起系统状态发生变化的行为或者事情在单通道派对系统中的典型事件是：顾客到达和服务结束顾客到达发生，系统可能会由闲开始变为忙，可能引起队长发生变化服务结束，系统的状态可能有忙变为闲，可能引起队长发生变化2. 分析FMS（柔性制造系统）中的实体、状态、事件和活动。

要求每一项写出2个。

（8分）实体：机床、工件状态：空闲、加工事件：工件到达、加工结束活动：工件到达与工件加工开始这之间的一段事件是一个活动3．在排队模型中，假定用链表来存放排队等待服务的顾客。

链表中只有“到达时间”这样的单属性，当前CLOCK ＝10，已用空间表和可用空间表的情形见下图1，并且任何时候队列中的顾客数不会超过4位。

若已知排队系统中依次发生的事件如下表1。

请根据表1中列出的事件画出CLOCK ＝15，CLOCK ＝20，CLOCK ＝25时的已用空间表和可用空间表的情形（注意：画出的图形中必须标上行号）。

（8分）4．库存系统仿真中有哪4种类型的事件当这4种事件同时发生时，系统如何处理4种事件（4分）1 货物到达2 顾客需求3 仿真结束4 月初清库5．请问输入数据分析的基本步骤有哪些，并简述各个步骤的基本内容（6分）输入数据收集分布的识别参数估计拟合度检验6．在稳态仿真中，哪两种方法能够提高仿真结果的精度（4分）重复运行次数和增加运行长度二．计算题 （共60分）1.指数分布的概率密度函数是()⎩⎨⎧≤>=-0,00,x x e x f x λλ 试用反函数法求服从指数分布的随机数。

（10分）10分2.设a=5，c=3，M=8，取X 0=1。

（10分）（1）用混合同余法产生（0, 1）均匀分布的随机数（要求产生一个周期的随机数）。

（2）用这种方法产生的随机数要进行检验，请问一般需要对产生的随机数进行哪几种检验3．假定顾客随机地分别以1～8分钟（整数分钟）的间隔到达，到达间隔时间是1～8分钟，共计8个可能值，各个值出现的概率相等。

工业工程中的生产系统建模与仿真工业工程是一个综合性的学科，涉及到生产系统的规划、设计和优化。

而在现代工业生产中，生产系统建模与仿真是一种重要的手段，可以帮助企业更好地理解和优化生产过程。

本文将探讨工业工程中的生产系统建模与仿真的重要性和应用。

一、生产系统建模与仿真的概念生产系统建模与仿真是通过使用计算机模拟技术，对生产系统的各种组成部分进行抽象和描述，以便于对实际生产过程进行理解、优化和决策的过程。

它可以帮助企业了解不同部分之间的相互关系以及影响因素，从而更好地进行生产计划和资源分配。

二、生产系统建模与仿真的重要性1. 提高生产效率：通过建立适当的模型和仿真实验，可以找到生产过程中的瓶颈和短板，从而采取相应的措施来提高生产效率。

2. 降低成本：通过模型和仿真，可以分析不同生产决策的效果，比如调整生产线布局、优化生产流程等，从而降低生产成本。

3. 提高交付能力：通过对生产系统进行建模和仿真，可以准确预测不同订单的交付时间，提前做好安排，以满足客户的需求。

4. 优化资源利用：通过模拟不同的资源配置方案，可以找到最佳的资源利用方式，避免资源浪费和不必要的投资。

5. 提高决策的科学性：通过对生产系统进行建模和仿真，可以提供客观的数据支持，为决策提供科学依据，减少主观偏差和风险。

三、生产系统建模与仿真的应用1. 生产计划优化：通过对生产系统进行建模和仿真，可以帮助企业制定合理的生产计划，合理安排生产资源，提高生产效率。

2. 工艺改进和优化：通过对生产过程进行仿真和优化，可以找到工艺的瓶颈，并提出改进方案，以提高生产效率和质量。

3. 供应链优化：通过建立供应链的模型和仿真，可以优化供应链的各个环节，提高整体的运作效率和响应能力。

4. 库存管理：通过对供应链进行建模和仿真，可以分析不同的库存策略，优化库存水平，减少库存成本。

5. 运输规划与优化：通过建立物流网络的模型和仿真，可以优化运输路线和频率，减少运输成本和时间。

《建模与仿真》课程教学大纲(Modeling and Simulation)课程编码：学分：2.5总学时：40适用专业：工业工程先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术一、课程的性质、目的和任务《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。

学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。

本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。

并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。

使学生了解计算机仿真的基本步骤。

结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下基础。

二、教学基本要求具体在教学过程中要求学生应该达到：1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法；2.掌握仿真的概率统计基础知识。

3.掌握供理论模型建模方法。

4.掌握仿真模型的设计与实现方法。

5.熟练应用建模理论，对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。

三、教学内容与学时分配离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。

本课程深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介绍。

具体教学内容如下：第一章绪论 4学时本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。

本章教学目标：本章教学基本要求：了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。

理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。

掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。

目录一、基于仿真技术的配送中心系统................................................. - 5 -（一）配送中心系统...................................................................................................................................... - 5 -1、配送的定义................................................................................................................................ - 5 -2、配送中心的概念、功能............................................................................................................ - 5 -二、山西美特好物流配送有限公司配送中心系统分析 ................ - 8 -（一）山西美特好物流配送有限公司概况.................................................................................................. - 8 -（二）山西美特好物流配送有限公司配送中心现状及存在的问题.......................................................... - 8 -1、配送中心系统现状.................................................................................................................... - 8 -2、配送中心系统存在的问题........................................................................................................ - 9 -三、配送中心系统评价与优化 ......................................................... - 9 -（一）仿真模型的运行.................................................................................................................................. - 9 -1、配送中心系统元素定义，如下表所示：................................................................................ - 9 -2、元素的可视化设置.................................................................................................................. - 10 -3、各元素的细节（Detail）设计................................................................................................ - 18 -（二）运行结果分析.................................................................................................................................... - 25 -1、系统模型运行（Run） ........................................................................................................... - 25 -2、运行数据分析及方案优化...................................................................................................... - 26 -四、结论............................................................................................ - 26 -一、基于仿真技术的配送中心系统（一）配送中心系统1、配送的定义在中华人民共和国国家标准《物流术语》中，配送的定义为：配送是在经济合理区域范围内，根据用户要求，对物品进行拣选、加工、包装、分割、组配等作业，并按时送达指定地点的物流活动。

学生实验报告实验项目：生产线物流路径系统及物流成本分析班级：学号：姓名：成绩：指导教师：年月日一、实验描述及目的物流路径在实际生产中有着非常高的利用率。

物流路径的合理选择对物流成本以及生产线的运行效益有着重要的影响。

路径是一个单元，部件和劳动力（或其他资源）能沿着它从一个单元但另一个单元。

在模型中它用来表示真实世界种路径的长度和物理性质。

当两个操作的时间间隔相当重要时，路径的增加模型的准确度上是十分有用的。

在这个模型中。

椅子由靠背back，坐垫seat,椅腿leg组装完成之后，沿着一个路径被送到喷漆部门，喷成红色，绿色或者黄色，然后送去检查，有部分由于喷漆不合格，被送回重新喷漆，其他的被送去包装，相同颜色的4把椅子打成一包，然后被运走。

仿真目的：1）了解生产线物流路径系统设计2）学会使用Match命令和Perent命令3）分析物流成本的构成及其应影响因素二、实验步骤1.定义元素通过菜单项window/control...修改布局窗口的名称为paths。

通过在系统布局窗口单击鼠标右键，将弹出元素定义窗口，由此定义下列元素：●Part:back,seat,legs●Buffer:b1,b2,b3,paint_Q,inspection_Q,packing_Q●Path:path1,path2,path3,path4,path5●Machine:assembly,painting,inspection,packing●Labor:inspector●Variable:X (type:integer)●Attribute:C(type:string,group number:1)得到如下截图：定义效果截图2.元素可视化（display）的设置模型的可视化效果如下图：生产线物流路径系统可视化效果①.绘制成品椅子图根据教材提示得到如下：图标编辑窗口②.part和buffter元素可视化的设置：Display对话框Display Part Queue 对话框③.machine元素可视化设置根据提示得到如下：可随状态改变颜色的Icon设置④.path元素可视化设置根据提示得到如下：Display Path 对话框3.各个元素细节（detail）设计①.对part元素细节设计属性定义：●Seat. Arrival Type=Active●......●...得到如下截图：Detail part对话框②.对machine元素assembly细节设计Detail Machine assembly 对话框Detail path对话框④.对machine元素painting细节设计⑤.对path元素path3细节设计⑥.对machine元素inspection细节设计⑦.对path元素path4细节设计⑨.对machine元素packing细节设计⑩.对path元素path5细节设计11.对buffer元素packing_Q细节定义三、数据运行、处理及分析仿真运行该模型机器工作状态统计表路径工作状态统计表劳动者工作状态统计表缓冲区工作状态统计表通过这些报表可以看出，流水线上的机器利用率越来越低，劳动者的劳动时间比例比较高，从path1,path2,path3,path4次序看，路径上的零部件通过量也是逐步减少，这是因为零部件的加工时间和在路径上的行进时间较长造成的结果。

生产系统建模与仿真课程设计报告姓 名:李东钦学 号:104814060班 级:10工业A1指导教师：王小刚2013年 11 月 27 日上海第二工业大学目录一、课程设计的基本要求 (3)二、课程设计的硬件需求 (3)三、课题选择 (3)四、系统描述 (3)五、系统分析 (4)六、系统仿真数据分析 (5)1. 设置General Information (5)2. 设置Locations (5)3. 设置Entities (6)4. 设置Arrivals (6)5. 设置Variables (7)6. 设置Processing (7)第1步 (7)第2步 (7)第3步 (7)第4步： (8)第5步： (9)第6步： (9)第7步： (9)第8步 (9)第9步： (9)第10步 (10)七、仿真运行及结果分析 (11)1. 仿真运行设置 (11)2. 仿真结果分析 (12)八、修改模型以及优化方案 (13)制造系统仿真与建模一、课程设计的基本要求通过课程设计的训练，了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理，并熟悉和掌握生产系统仿真软件的基本操作和主要功能。

通过课程设计，使学生能够初步运用仿真技术发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产系统的生产能力和生产效率。

二、课程设计的硬件需求课程设计地点安排在14号楼305教室，每台计算机客户端部署ProModel4.2和ProModel 6.0学生版进行建模与仿真。

三、课题选择课程设计共设计了两个课题，分别是：课题1自动变速箱换档机构10万套轮番装配车间生产线仿真；课题2生产系统改善仿真；每个学生选择一个课题，在两周时间内，学习使用ProModel仿真软件对实际生产系统进行分析建模，能够利用软件系统发现生产系统中的关键问题或瓶颈问题，并通过分析产生这些问题的原因，给出合理的解决方案或者改进措施，提高生产系统的生产能力和生产效率。

生产系统建模仿真分析系统（system）是由若干部分相互联系、相互作用，形成的具有某些功能的整体。

根据系统状态变化的时间连续性与否，可将系统分为连续系统（continuous system）和离散系统（discrete syste m）。

其中，离散系统是指系统的全部或关键组成部分的变量具有离散信号形式，系统的状态在时间的离散点发生突变的系统。

描述系统的基本要素包括对象（object）、属性（property）、活动（activity）、输入输出（I/O）。

“对象”又称为“实体（entity）”，它确定了系统的构成和边界，可区分为临时对象与永久对象，在系统中只存在一段时间的对象叫做临时对象，比如顾客、工件、工人等，它们一般是流动的，永久驻留在系统中的对象则叫永久对象，比如服务台、设备等，它们一般是静止的。

“属性”描述了每一个对象的基本特征，“活动”定义了对象之间的相互作用，从而确定了系统状态随时间发生变化的过程，“输入输出”描述了系统与外部环境的物质和信息交互。

1生产系统建模仿真的目标在生产系统建模领域，有许多经典的分析与优化问题，比如车间布局规划与重构、生产线平衡分析、车间计划调度、物流路径规划、物流调度、故障分析与维修决策等等，大量学者利用运筹学（O R）方法对这些问题进行了深入研究，取得了许多重要的理论成果，然而由于实际生产系统的复杂性，这些成果往往难以直接用于解决工程问题。

通过建模仿真手段对生产系统进行分析，由于更容易模拟实际生产过程，并且分析手段全面，越来越受到企业的重视。

生产系统建模仿真的根本目的在于：（1）在系统布局设计阶段，通过生产与物流活动的仿真，对系统运行性能进行定量分析，提前发现问题，为系统结构设计、资源分配、方案比选等提供数据决策支持，以保证系统设计的科学性、经济性、鲁棒性；（2）在系统运行与持续优化阶段，建立物理生产系统的数字孪生，通过基于数字空间的仿真试验与优化，识别生产瓶颈，优化运行参数，评估系统在不同调度策略下的性能，确定高效的作业计划和调度方案，辅助生产决策，提高物理系统的综合运行效率。

系统仿真:以计算机和其他专用物理效应设备为工具，运用系统模型对真实或假想旳系统进行实验,并借助于专家经验知识、记录数据和信息资料对实验成果进行分析研究，进而做出决策旳一门综合性和实验性学科1．系统三要素:实体属性活动２.仿真三要素和三活动三要素:系统模型计算机三活动：系统建模仿真建模仿真实验仿真环节：系统建模仿真建模程序设计仿真输出分析3. 仿真分类(1）根据模型旳种类:物理仿真数学仿真/计算机仿真物理－数学仿真（半实物仿真) (2)仿真时钟和实际时钟旳比例: 实时仿真亚实时仿真超实时仿真（3)根据系统模型旳特性：持续系统仿真离散事件系统仿真4. 离散系统实体属性实体旳特性用特性参数或变量表达（实体旳分类实体行为旳描述排队规则）事件离散事件系统由事件来驱动旳(顾客达到顾客离开)活动实体在两个事件之间保持某一状态旳持续过程;用于表达两个可以辨别旳事件之间旳过程,它标志着系统状态旳转移。

（顾客达到。

排队。

服务开始事件。

服务。

离开）进程由若干个有序事件及若干有序活动构成,描述涉及事件及活动间旳互相逻辑关系及时序关系( 顾客达到。

排队。

服务开始事件。

服务。

离开)５仿真钟旳推动事件调度法:选择具有最早发生时刻旳事件按照事件发生旳先后顺序不断执行相应旳事件例程固定增量时间:选择合适旳时间单位T作为仿真钟推动时旳增量若该步内若无事件发生,则仿真钟再推动一种单位时间Ｔ。

该步内有若干个事件发生,则觉得这些事件均发生在该步旳结束时刻。

解决这些事件时顾客必须规定当浮现这种状况时各类事件解决旳优先顺序。

６库存订货量:Ｑ重新订货点：ＲL订货提前期:LＴ订货准备时间、发出订单、供方接受订货、供方生产、产品发运、产品达到、提货、验收、入库等提前期为随机变量。

库存５大要素:(1）需求按需求旳时间特性:持续性需求、间断性需求按需求旳数量特性:拟定性需求、随机性需求(2)补充(订货)订货提前期(从订货到进货旳时间)订货周期订货量(3)库存最小库存量（安全库存) 最大库存量(4)费用订货费库存费缺货损失费生产费用（库存系统旳目旳:在满足需求旳前提下库存费用最低)(5)存储方略ｔ0循环方略:每隔固定期间t０补充固定库存量Q0,适应于需求恒定状况(定期定量)(ｓ,S)方略:设库存余额为I，s为安全库存量，S为最大库存量（库存容量）,当存储量I>s时不补充;当存储量Ｉ≤s时，补充量Ｑ=Ｓ-Ｉ。