制造系统建模方法—库存系统模型

7.5 制造系统建模与仿真的案例研究7.5.1 板材加工柔性制造系统配置与参数的优化1.板材加工 FMS 概述板材加工是机械制造的重要组成部分。

板材成形的零件广泛应用于计算机、家用电器、仪器仪表、控制柜、汽车以及通信产品中,如图 7-30所示。

图 7-30 板材成形零件示例20世纪 80 年代以后,发达国家的板材加工设备开始向数控化转变,出现了数控冲床(NC Punching 、数控剪板机(NC Shearing以及数控折弯机(NC Bending等系列数控加工设备。

但是,独立的数控化板材加工设备存在生产效率低、加工成本高、车间物流管理混乱、产品质量难以控制等缺点。

1967年,英国人研制成功世界上第一条柔性制造系统(FMS 。

1979年,世界上第一条板材加工 FMS 在日本三菱电机公司研制成功。

柔性加工方式具有高效率、高柔性、高质量以及高度自动化等优点,填补了流水线的大批量生产方式与数控加工小批量生产方式之间的空白。

FMS 的出现给机械制造业带来了深远影响。

在欧洲、美国和日本等地区已出现多家专业生产板材数控及柔性加工设备的公司,如意大利 Salvagnini 、芬兰 Finn-Power 、日本 Marata 以及德国 Trumpf 等。

板材加工FMS 可以为企业带来显著的经济效益。

例如:日本 Yaskawa 公司投产一条板材加工FMS 后,操作人员由 23人减少为 9.5人,材料利用率由 76.9%提高到 91.4%,占地面积由 725m 2减少为 377m 2,外包加工费由 37800美元 /月减少为 3000美元 /月,零件库存费用由 41640美元 /月减少为 7500美元 /月,材料种类由 10种减少为 7种。

20世纪 80年代末, 板材柔性加工设备开始进入我国市场。

广西柳州开关厂、上海第二纺织机械厂、江苏扬中长江集团以及南京电力自动化设备厂等多家企业先后从国外引进生产线。

1991年, 我国第一条自主开发的板材加工 FMS 研制成功, 在长城开关厂投入使用。

第二章制造业信息化的建模方法制造业信息化中很重要的工作是对信息化对象进行建模，包括功能模型、组织模型、过程模型、信息模型和知识模型的建模，其作用是帮助信息化咨询人员、开发人员和用户进行沟通和知识转移，帮助确定信息化的需求，帮助进行信息化系统的总体设计和详细设计等。

制造业信息化建模需要一套体系结构的支持。

2.1节将首先讨论制造业信息化建模方法的需求，然后介绍国际上两个著名的制造业信息化建模体系结构，以及制造业信息化的L3型体系结构.2.2节将介绍若干制造业信息化模型设计方法，包括制造业信息化系统功能模型设计方法、社会-技术系统模型设计方法、面向软件开发的建模方法等。

2.3节将分别介绍一些常用的功能、组织、过程、信息和知识模型。

2.1 制造业信息化建模需求和体系结构2。

1.1 制造业信息化建模方法的需求制造业信息化建模方法的需求主要是：不同专业技术和知识交流的需要、软件工程的需要、制造企业间信息交流的需要。

1. 不同专业技术和知识交流的需要制造业信息化需要信息技术、管理技术、产品设计技术和制造技术的深度融合。

例如，企业管理信息系统需要熟悉信息技术和管理技术的人员协同开发;产品数据管理系统需要熟悉信息技术和产品设计技术的人员协同开发;计算机辅助工艺设计系统需要熟悉信息技术和产品工艺技术的人员协同开发。

如果对整个企业进行信息集成，则需要熟悉信息技术、管理技术、产品设计技术和制造技术。

事实上不可能每个人都熟悉各种技术。

因此需要建立包括有关方面人员的项目组，在项目开发和实施中，进行各种业务知识的交流.为此，需要有一套能够完整描述业务过程、信息系统等的模型。

2. 软件工程的需要软件工程就是采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护计算机软件系统。

软件工程是一门指导计算机软件开发和维护的工程学科.软件工程主要包括三个要素，即：方法、工具和过程。

在早期计算机系统的发展过程中，计算机软件纯属一种开发人员个体单干的智力产品。

供应链系统模型分析实例：沃尔玛和宝洁20世纪80年代,在这两家公司开始合作之前,美国零售商和制造商分享的信息很少,双方总是围绕着商品价格和货架位置争夺控制权,情形就像今日中国之零供关系。

而随着宝洁与沃尔玛的供应链协同管理模式的确立,美国零售商和供应商的目光开始转向如何加强供应链管理以降低综合运营成本,以及提高顾客的满意度,而不再仅仅盯住渠道控制权。

宝洁,全球最大的日用品制造企业;沃尔玛,全球最大的商业零售企业。

它们之间的合作并非一帆风顺。

曾几何时,有着“自我扩张欲的家伙”之称的宝洁与沃尔玛经历过长时间的“冷战”。

宝洁总是企图控制沃尔玛对其产品的销售价格和销售条件,而沃尔玛也不甘示弱、针锋相对,威胁要终止宝洁产品的销售,或把最差的货架留给它。

当然,双方很快认识到深度合作的好处。

1987年, 为了寻求更好的手段以保证沃尔玛分店里“帮宝适”婴儿纸尿裤的销售,宝洁负责客户服务的副总裁Ralph Drayer和沃尔玛的老板Sam Walton终于坐到了一起。

那个时刻,被认为是协同商业流程革命的开始。

“宝洁-沃尔玛模式”的形成其实并不复杂。

最开始时,宝洁开发并给沃尔玛安装了一套“持续补货系统”,具体形式是:双方企业通过EDI(电子数据交换)和卫星通讯实现联网,借助于这种信息系统,宝洁公司除了能迅速知晓沃尔玛物流中心内的纸尿裤库存情况外,还能及时了解纸尿裤在沃尔玛店铺的销售量、库存量、价格等数据,这样不仅能使宝洁公司及时制定出符合市场需求的生产和研发计划,同时也能对沃尔玛的库存进行单品管理,做到连续补货,防止出现商品结构性机会成本(即滞销商品库存过多,与此同时畅销商品断货)。

而沃尔玛则从原来繁重的物流作业中解放出来,专心于经营销售活动,同时在通过EDI从宝洁公司获得信息的基础上,及时决策商品的货架和进货数量,并由MMI(制造商管理库存)系统实行自动进货。

沃尔玛将物流中心或者仓库的管理权交给宝洁公司代为实施,这样不仅沃尔玛不用从事具体的物流活动,而且由于双方企业之间不用就每笔交易的条件(如配送、价格问题)等进行谈判,大大缩短了商品从订货经过进货、保管、分拣到补货销售的整个业务流程的时间。

知识点21. 结合具体制造系统或服务系统，分析离散事件动态系统的基本特征。

2. 什么叫“状态空间爆炸”？产生状态空间爆炸的原因是什么？它给系统性能分析带来哪些挑战？3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些，它们是如何分类的？4. 什么是马尔可夫特性？它在离散事件系统建模与分析中有什么作用？5. 根据功能不同，仿真模型（程序）可以分为哪三个层次？分析三个层次之间的关系。

6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点，在分析每种调度方法基本原理的基础上，阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系，并绘制每种仿真调度方法的流程图。

7. 结合具体的离散事件系统，如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等，采用事件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型，试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。

8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面，比较事件调度法、活动循环法和进程交互法的异同之处。

9. 什么叫仿真时钟，它在系统仿真中有什么作用？什么叫仿真时钟推进机制？常用的仿真时钟推进机制有哪些？它们的主要特点是什么，分别适合于怎样的系统？10.结合具体的离散事件系统，分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制或混合时间推进机制时，分别具有哪些优点和缺点，以图形或文字等形式分析时钟推进流程。

11.什么叫仿真效率？什么叫仿真精度？分析影响仿真效率和仿真精度的因素？12.从仿真效率和仿真精度的角度，分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点，并分析三种仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统？13. 什么是蒲丰投针试验？绘制蒲丰投针试验原理图，通过推导蒲丰投针试验中针与任一直线相交的概率，分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。

14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求，完成投针试验，在统计投针次数、针与直线的相交次数的基础上，求解π的估计值，并以报表或图形等形式表达试验结果。

1.仿真是基于模型进行的，仿真是对真实世界的模拟。

2.仿真技术：对模型进行试验以便评价、分析和优化系统的技术。

3.物理仿真:是按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理描写模型上进行实验的过程；4.数学仿真:是在对系统进行抽象，并将其特性用数学关系式加以描述得到系统的数学模型的基础上，对数学模型进行实验的过程；5.半实物仿真:是数学仿真与物理仿真的结合甚至实物联合起来进行实验的过程。

6.数学仿真也称为计算机仿真7.电子计算机的诞生与发展对其起了巨大的推动作用（利用计算机实现仿真）。

8.仿真软件的基本功能：包括模型描述与处理、仿真实验的执行与控制、仿真结果的表达与分析。

9.仿真技术已成为战略研究、系统分析、运筹规划、预测决策、宏观及微观管理等领域的有效工具10.阻碍生产系统仿真技术应用的原因：1建模难度大：某些系统如对于大比例系统模型，建模十分复杂 2机时需求大：仿真需要大量的计算机机时 3数据要求高：仿真需要大量实际的、准确的数据，这是一般企业所难以提供的，因此对仿真结果的准确性带来了影响，导致了人们对仿真能力的怀疑。

11.总体而言，计算机仿真技术正朝一体化建模与仿真环境的方向发展，其主要热点为：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、智能仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真、网上仿真12.系统：由诸多相互作用、相互依存的要素按照一定规律构成的集合体，它们共同组成具有特定结构和功能的整体。

它具有以下特点：①由两个或两个以上要素组成。

②构成系统的要素之间具有一定的联系，并在系统内部形成特定的结构。

③具有边界（boundary）,进行仿真时必须划清边界。

④系统具有特定的功能，具有存在的价值和作用，并且系统功能受到系统结构和环境的影响13.系统环境：能对系统产生影响且属于系统之外的元素集14.系统分类：①连续系统:指系统状态随时间发生连续性变化的系统。

连续系统的数学模型有常微分方程、偏微分方程、状态空间方程以及脉冲响应函数等形式。

工业数字建模方式随着信息技术的发展和智能制造的兴起，工业数字建模成为了现代工业生产中不可或缺的一环。

工业数字建模是指利用计算机技术和数学方法对工业系统进行建模和仿真，以实现对生产过程的全面监控和优化。

本文将介绍工业数字建模的基本概念、应用领域以及常用的建模方法。

工业数字建模的基本概念是将工业系统抽象为一个数学模型，并利用计算机技术对其进行模拟和分析。

通过对工业系统的数字建模，可以实现对生产过程的实时监测、预测和优化。

工业数字建模还可以用于产品设计、工艺规划、生产调度和资源管理等方面，提高生产效率和质量。

工业数字建模的应用领域非常广泛。

在制造业中，工业数字建模可以用于产品设计和开发过程中的虚拟样机制作、工艺规划和优化、生产线布局和调度等方面。

在能源领域，工业数字建模可以用于电力系统的稳定性分析、能源消耗的优化和节约。

在交通运输领域，工业数字建模可以用于交通流量的预测和优化、交通规划和管理等方面。

在环境保护领域，工业数字建模可以用于环境污染的模拟和预测、环境规划和监测等方面。

工业数字建模的方法有很多种，常用的有系统动力学建模、离散事件建模、代理模型建模和多智能体建模等。

系统动力学建模是一种基于微分方程组的建模方法，适用于描述系统中各个部分之间的动力学关系。

离散事件建模是一种基于事件和状态转换的建模方法，适用于描述系统中离散事件的发生和处理过程。

代理模型建模是一种基于代理对象行为的建模方法，适用于描述系统中个体或对象之间的互动关系。

多智能体建模是一种基于多个智能体之间的相互作用的建模方法，适用于描述系统中多个智能体之间的协作和竞争关系。

在实际应用中，工业数字建模需要综合运用多种建模方法，并根据具体问题的特点和需求选择合适的方法。

同时，工业数字建模还需要依赖于大量的数据和算法支持，以实现对复杂系统的准确建模和仿真。

工业数字建模是现代工业生产中不可或缺的一项技术。

通过对工业系统的数字建模，可以实现对生产过程的全面监控和优化，提高生产效率和质量。

仓库库存管理系统设计目录前言--------------------------------------------------------------------- ------------------------2摘要------------------------------------------------------------------------------------------- 2第一章概述-------------------------------------------------------------------------31.1 库存管理的必要性1.2 库存分类1.3 库存管理的目标第二章开发背景 --------------------------------------6第三章系统分析-------------------------------------------------------------------63.1进行资料收集3.2绘制业务流程图3.3用户需求分析第四章系统设计-------------------------------------------------------------------- 94.1总体设计4.2详细设计4.3 库存系统数据流程图4.4 库存实体E-R图4.5 入库实体E-R4.6 出库实体E-R图4.7 部门需求实体E-R图4.8 库存实体E-R图4.9 计划采购实体E-R图4.10实体之间关系E-R图第五章系统实施-------------------------------------------------------------------185.1、开发工具简介5.2 系统实现第六章系统使用说明----------------------------------------------------------34第七章结束语------------------------------------------------------------------------35第八章致谢-----------------------------------------------------------------------------36第九章参考文献-------------------------------------------------------- -----------36前言仓库库存管理系统是一个企业不可缺少的部分,它的内容对于企业的决策者和管理者来说都至关重要,所以仓库库存管理系统应该能够为用户提供充足的信息和快捷的查询手段。

1 前言1.1国内外研究现状19世纪末期以前，封建地主、资本家等均以其拥有的库存多少作为衡量财富的重要指标，库存即是财富。

而在19世纪末至第一次世界大战，美国由于生产过剩二造成库存过剩，从而引起恐慌，库存占用了大量的资金，影响企业的投资、扩张，企业的发展受到库存过剩的束缚，这时，库存再也不是财富，而是企业的坟墓，企业也从此意识到了库存管理的重要性。

随后，众多的企业都加强了对订购量的管理，初期库存管理的模型相对简单，并做了许多假设。

随着对库存控制的要求越来越高，市场需求也越来越呈现动态特性的一面，这个阶段，有必要在库存控制中引入统计学和运筹学的理论和方法进行分析。

到了20世纪50年代，电子计算机出现了，原来对库存进行分析和控制均采用手工操作，工作量太大，影响了效率，现在借助计算机，一方面计算处理的速度大大提高，另一方面，也发展出许多综合的比较复杂的库存控制策略[1]。

另一方面，在仿真技术的研究领域，20世纪五六十年代开始，自动控制领域普遍采用计算机模拟(computer simulation)方法研究控制系统动态过程。

为了规范术语与译名，1979年在烟台举行的全国系统仿真学术会议上建议将“simulation”译为“仿真”[2]。

80年代后期，特别是近十几年数字技术的发展使仿真技术本身及其应用领域大大扩展了，计算机仿真在应用领域、仿真对象、仿真框架、仿真目的及仿真软件等方面都发生了十分重大的转变[3]。

这种转变十分明显地说明：计算机仿真已进入一个崭新的发展阶段，它的重要性与特殊功效已越来越突出。

如：1)在应用领域方面，已有航空、航天领域转向制造业。

1991年美国国家关键技术委员会列出了90年代影响美国国家繁荣与安全的21项关键技术，建模与仿真为其中之一[3]，而仿真的应用领域排在第一位的是制造业；2)在被仿真的系统方面，已由重点是对连续系统仿真转向对离散时间系统的仿真；3)在对仿真基本框架中三个步骤(建模、仿真实验、结果分析)的重视程度方面，已由重视仿真实验转向重视建模及仿真结果分析；4)在与计算机技术结合方面，已由强调并重视与人工智能相结合转向强调与重视与图形技术及面向对象技术相结合；5)在仿真环境方面，已由集中式仿真转向分布式仿真；6)在仿真软件方面，已由开发仿真语言转向研究开发一体化仿真软件系统(或称一体化仿真环境)。

实验4 生产-库存系统仿真1.实验目的1.学习仿真技术在库存管理和生产-库存领域的应用；2.了解库存控制策略仿真的概念；3.培养复杂系统的抽象建模能力，并注意局部细节问题；4.在实验练习中学习仿真结果分析的概念，稳态型仿真、终止型仿真，以及置信区间等相关概念；5.加深学生对仿真技术的全面认识。

2.使用软件软件名称：Flexsim 3.0所属公司：Flexsim公司主要功能：离散事件系统仿真3.实验要求1. 实验前预习，阅读预习资料；2. 实验按照老师指导实验步骤进行；3. 提交实验报告。

4.实验内容系统描述与系统参数某企业要投产一条简单的加工线，如图4-1所示。

图4-1 生产-库存系统平面布置示意图该企业认为市场情况好，能制造出来就能卖出去，因此选择了传统的推动式面向库存的生产模式。

系统假设和系统生产、储存发货流程描述如下：①保证原材料是充足的；②原材料送至机器M1前，每耗时uniform（120,20）s加工出一件半成品；一单位原材料能加工出10件半成品。

③然后依次送到其他各道工序加工：到机器M2前加工，每件半成品加工时间为uniform（5,2）min；到机器M3前加工，加工时间normal（300,30）s；到机器M4前加工，加工时间为normal（6,1）min；最后成为最终产品。

④每加工两个半成品之间需要uniform（60，10）s的调整时间。

⑤原材料经过四道工序加工成成品，入成品库存储；假设仓库容量足够大。

⑥当机器M1加工完一个原材料时，立即从原材料库中提料，保持持续生产。

⑦当有订单或需求到达时，按照需求提货出库，订单到达时间间隔服从随机分布uniform（500，10）min；每个订单的需求量为normal（80，5）个单位的产品。

实验要求：对这样一个生产库存系统进行建模仿真，分别按1）连续一个月（每天按24h 计算）运行和2）每次运行24小时重复30次仿真运行，连续监测库存信息，即库存量随时间的变化情况，并统计有无缺货发生，缺货率和缺货量为多少。

实验1 Witness仿真软件认识一、实验目的熟悉Witness 的启动；熟悉Witness2006用户界面；熟悉Witness 建模元素；熟悉Witness 建模与仿真过程。

二、实验内容1、运行witness软件，了解软件界面及组成；2、以一个简单流水线实例进行操作。

小部件（widget）要经过称重、冲洗、加工和检测等操作。

执行完每一步操作后小部件通过充当运输工具和缓存器的传送带（conveyer）传送至下一个操作单元。

小部件在经过最后一道工序“检测”以后，脱离本模型系统。

三、实验步骤仿真实例操作:模型元素说明：widget 为加工的小部件名称；weigh、wash、produce、inspect 为四种加工机器，每种机器只有一台；C1、C2、C3 为三条输送链；ship 是系统提供的特殊区域，表示本仿真系统之外的某个地方；操作步骤：1：将所需元素布置在界面：2：更改各元素名称：如;3:编辑各个元素的输入输出规则：4:运行一周（5 天*8 小时*60 分钟=2400 分钟），得到统计结果。

5:仿真结果及分析：Widget：各机器工作状态统计表：分析：第一台机器效率最高位100%，第二台机器效率次之为79%，第三台和第四台机器效率低下，且空闲时间较多，可考虑加快传送带C2、C3的传送速度以及提高第二台机器的工作效率，以此来提高第三台和第四台机器的工作效率。

6：实验小结：通过本次实验，我对Witness的操作界面及基本操作有了一个初步的掌握，同学会了对于一个简单的流水线生产线进行建模仿真，总体而言，实验非常成功。

实验2 单品种流水线生产计划设计一、实验目的1.理解系统元素route的用法。

2.了解优化器optimization的用法。

3.了解单品种流水线生产计划的设计。

4.找出高生产效率、低临时库存的方案。

二、实验内容某一个车间有5台不同机器，加工一种产品。

该种产品都要求完成7道工序，而每道工序必须在指定的机器上按照事先规定好的工艺顺序进行。