建模与仿真实验报告课案Word文档格式.docx
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产品测试工艺仿真与分析实验
指导教师
张莹莹
教师评语
一、实验目的
通过建立单存放区域、单处理工作台的简单模型，了解5个基本建模步骤。
学习使用统计分析工具。
二、实验原理
某工厂车间对三类产品进行检验。
这三种类型的产品按照一定的时间间隔方式到达。
随后，不同类型的产品被分别送往三台不同的检测机进行检测，每台检测机只检测一种特定的产品类型。
其中，类型1的产品到第一台检测机检测，类型2的产品到第二台检测机检测，类型3的产品到第三台检测机检测。
产品检测完毕后，由传送带送往货架区，再由叉车送到相应的货架上存放。
类型1的产品存放在第2个货架上，类型2的产品存放在第3个货架上，类型3的产品存放在第1个货架上。
三、使用仪器、材料
一台PC机，flexsim软件
四、实验步骤
1）创建模型布局
使用鼠标将需要的对象从对象库中拖放到正视图窗口中，根据需要使用鼠标改变对象位置、大小和转角。
2）连接端口
按下键盘上的“A”键，用鼠标拖放在对象间建立输出端口—输入端口连接；
方向为从流出实体的对象到流入实体的对象；
模型中的对象发出和接收实体需要这种连接。
3）编辑外观、设置对象行为
（1）参数窗口（ParametersWindow）
双击对象（或在右键菜单选择Parameters）；
用于对各种对象的自身特性的设置、编辑。
（2）属性窗口（PropertiesWindow）
右键单击对象，在弹出菜单中选择Properties；
用于编辑和查看所有对象都拥有的一般性信息。
（3）模型树视图（ModelTreeView）
模型中的所有对象都在层级式树结构中列出；
包含对象的底层数据结构；
所有的信息都包含在此树结构中。
4）重置运行
（1）重置模型并运行
（2）控制仿真速度（不会影响仿真结果）
（3）设置仿真结束时间
5）观察结果
（1）使用“Statistics”（统计）菜单中的ReportsandStatistics（报告和统计）生成所需的各项数据统计报告。
（2）其他报告功能包括：
对象属性窗口的统计项；
记录器对象；
可视化工具对象；
通过触发器记录数据到全局表。
五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等）
1、运行结果的平面视图：
2、运行结果的立体视图
3、运行结果的暂存区数据分析结果图：
第一个暂存区
第二个暂存区
由报表分析可知5次实验中，第一个暂存区的平均等待时间为11.46，而第二个暂存区的平均等待时间为13.02，略大于第一个暂存区，由此可见，第二个暂存区的工作效率基本上由第一个暂存区决定。
4、运行结果三个检测台的数据分析结果图，三个检测台的state饼图：
（1）处理器一：
由实验结果分析可得，处理器一只有53%的时间处于工作状态，有32.3%的时间是处于闲置状态，并且该处理器的准备时间较长，占总时间的14.7%，这些数据表明该处理器的运行速度完全能满足，甚至超过系统的要求，可以适当的选择更处理速度慢一点的处理器来降低系统成本。
（2）处理器二：
由实验结果分析可得，处理器二只有16.9%的时间处于工作状态，有66%的时间是处于闲置状态，并且有17.1%的时间处于准备时间，以上数据说明处理器二闲置时间过长，工作效率低，不能很好地配合物料二的到达速度。
（3）处理器三
由实验结果分析可得，处理器三的只有16.9%的时间处于工作状态，有66.1%的时间是处于闲置状态，并且有16.9%的时间处于准备时间，以上数据说明处理器三的工作效率低，不能很好地配合物料三的到达速度，可以适当的降低处理器三的处理速度。
六、实验结果及分析
1）对得到的数据做简单分析，提出改进措施。
答：
通过对实验数据分析，发现现有的机器设备的设置基本能满足系统的要求，但工作效率低，大大浪费了设备的工作能力，可以适当的提高物料的到达速度，或者降低三台处理器的处理速度。
2）讨论：
本实验根据三个处理器的统计信息，通过状态图分析各处理器的工作状态，通过暂存区材料的平均等待时间，分析这个检测流程的效率如何？
是否存在瓶颈？
如果存在，怎样才能改善整个系统的绩效呢？
处理器一只有53%的时间处于工作状态，有32.3%的时间是处于闲置状态，并且该处理器的准备时间较长，占总时间的14.7%，这些数据表明该处理器的运行速度完全能满足，甚至超过系统的要求，可以适当的选择更处理速度慢一点的处理器来降低系统成本。
整体来看，整个检测流程效率不高，但是并不存在瓶颈，能够达到系统的要求，但工作效率低，大大浪费了设备的工作能力，可以适当的提高物料的到达速度，或者降低三台处理器的处理速度。
多产品多阶段制造系统仿真与分析实验
假定在保持车间逐日连续工作的条件下，对系统进行365天的仿真运行（每天按8小时计算），计算每组机器队列中的平均产品数以及平均等待时间。
通过仿真运行，找出影响系统的瓶颈因素，并对模型加以改进。
某制造车间由5组机器组成，第1，2，3，4，5组机器分别有3，2，4，3，1台相同的机器。
这个车间需要加工三种原料，三种原料分别要求完成4、3和5道工序，而每道工序必须在指定的机器组上处理，按照事先规定好的工艺顺序进行。
概念模型参考如下：
本实验此步骤为关键环节，连接线较复杂，故连接端口时应注意保持清晰思路。
3）定义对象参数
（1）定义Source
在模型中，共有3个Source实体，每个Source对应一类原料，也就是说，一个Source生成一类原料。
我们需要设置每个Source实体，使得每类原料的到达间隔时间满足系统的要求。
（2）分别按照要求定义机器组1、机器组2、机器组3、机器组4、机器组5、暂存区参数。
4）模型运行
（1）设置Experimenter
（2）重置模型并运行
仿真进行过程中，可以看到红、黄、蓝三种不同颜色的原料从系统中流过，经过不同机器组的加工，最后离开系统。
仿真运行到175200单位时间的时候，自动停止。
1、运行结果的平面视图：
2、提供运行结果的立体视图：
3、提供运行结果五个暂存区数据分析结果图
由数据图可知第一个暂存区的物料输入量为8888，平均数量为0.63，最大等待时间达到了241.94，平均等待时间为12.5，由此可见暂存区一的货物状态较为空闲，不是系统的瓶颈。
由数据图可知第二个暂存区的物料输入量为11173，平均容量为1967.04，最大等待时间为63017.14，平均等待时间为30388.42，由此可见暂存区二的货物周转率较高，处于比较忙碌的状态，非常容易成为系统的瓶颈。
由数据图可知第三个暂存区的物料输入量为5835，平均数量为0.11，最大等待时间达到了124.25，平均等待时间为3.40，由此可见暂存区三的效率较高，较为适应系统的要求。
由数据图可知第四个暂存区的物料输入量为3604，平均数量为5.62，最大等待时间为1642.37，平均等待时间为273.55，由此可见暂存区四货物周转率高，并且运行效率高，能够适应系统的要求，安排合理。
由数据图可知第五个暂存区的物料输入量为7208，平均数量为243.75，最大等待时间为10936.85，平均等待时间为5956，由此可见暂存区五容易造成货物的堆积和等待，不能够适应系统的要求，安排不够合理，为该系统的瓶颈。
对得到的数据做简单分析，提出改进措施：
暂存区
1
2
3
4
5
平均等待时间
12.50
30388.42
3.40
273.55
5956
平均数量
0.63
1967.04
0.11
5.62
243.75
由数据分析可知暂存区二、五是系统的瓶颈所在，应该提高暂存区二、暂存区五的处理前一道工序速度，即增加工序一和工序二的机器数量，以此来提高工序1、2的处理速度，或者调整物料加工的顺序，从而提高整个系统的运营效率。
混合流水线系统仿真与分析实验
主要掌握单台处理器在处理多种产品时对于处理顺序以及时间参数的设置。
熟悉先进先出这种存储模式的控制方法。
多对象流水线生产有两种基本形式。
一种是可变流水线，其特点是：
在计划期内，按照一定的间隔期，成批轮番生产多种产品；
在间隔期内，只生产一种产品，在完成规定的批量后，转生产另一种产品。
另一种是混合流水线，其特点是：
在同一时间内，流水线上混合生产多种产品。
按固定的混合产品组组织生产，即将不同的产品按固定的比例和生产顺序编成产品组。
一个组一个组地在流水线上进行生产。
PC机一台，flexsim软件
从左边的实体库中依次拖拽出所有实体（一个Source，5个Queue，12个Processor，一个Conveyor，一个Sink）放在右边模型视图中，调整至适当的位置，如图所示：
根据流动实体的路径来连接不同实体的端口。
按住键盘上的“A”键，与前面章节的操作一样，按上图中的箭头所指向依次连接各个实体。
分别（注意方向）从Source连到GeneralQueue，GeneralQueue连到GeneralMachine1，GeneralQueue连到GeneralMachine2，GeneralQueue连到GeneralMachine3，GeneralMachine1连到DrillingQueue，GeneralMachine2连到DrillingQueue，GeneralMachine3连到DrillingQueue，DrillingQueue连到DrillingMachine1，DrillingQueue连到DrillingMachine2，DrillingQueue连到DrillingMachine3，DrillingMachine1连到MillingQueue，DrillingMachine2连到MillingQueue，DrillingMachine3连到MillingQueue，MillingQueue连到MillingMachine1，MillingQueue连到MillingMachine2，MillingMachine1连到GrindingQueue，MillingMachine2连到GrindingQueue，GrindingQueue连到GrindingMachine1，GrindingQueue连到GrindingMachine2，GrindingQueue连到GrindingMachine3，GrindingMachine1连到TestingQueue，GrindingMachine2连到TestingQueue，GrindingMachine3连到TestingQueue，TestingQueue连到TestingMachine，TestingMachine连到Conveyor，Conveyor连到Sink。
完成后，如图所示：
分别按照要求定义Source、各机器工位、暂存区参数。
（1）重置模型并运行
（2）加快仿真模型运行速度
如果我们只是关心仿真结果，而对仿真的过程不感兴趣，则我们可以加快仿真速度，迅速得到结果。
图3.1仿真速度控制比例条
如图3.1，鼠标左键一直按住比例尺，移动到合适的比例位置，以便迅速得到结果。
仿真进行过程中，可以看到红、绿、蓝三种不同颜色的产品从系统中流过，经过不同机器组的加工，最后离开系统，如下图：
6）结果分析
当仿真运行自动结束后，我们打开Flexsim的工具栏里的Stats目录下的StandardReport选项，如图所示：
我们通过
来增加、以及
来减少需要输出的报告内容，使得报告包含以上所列的5个部分的数据：
idle是空闲时间，processing是工作时间，blocked是产品在设备等待时间，stats_staytimeavg是平均停留时间，stats_input是输入产品数，stats_output是输出产品数，设置完成后，如图所示：
点击
后生成如图所示表格：
从上表中我们可以很方便的看到总运行时间是7728min，以及各个设备的输入\输出产品数，处理时间等信息。
1、运行结果的二维平面图
2、运行结果的三维立体图
4、投产按照1、2、3的顺序进行的仿真报告
FlexsimSummaryReport
Time:
7728
Object
Class
stats_output
stats_staytimemin
stats_input
idle
blocked
processing
Source1
Source
1700
7720
Queue2
Queue
Processor3
Processor
500
594
2400
Processor4
600
297
2700
Processor5
Conveyor6
Conveyor
10
Processor7
203
2800
Processor8
Processor9
599
Queue10
Queue11
Processor12
850
3050
Processor13
11
Processor14
567
796
2268
Processor15
797
Processor16
566
798
2264
Queue17
Queue18
Processor19
18
7700
Sink20
Sink
由报表分析可知，按照1、2、3的顺序投产的总的处理时间为7728。
投产按照1、3、2的顺序进行的仿真报告：
stats_staytimeavg
4.588235
502
4.796813
586
2408
4.5
298
598
4.501672
306
2692
Queue6
0.411765
4.666667
4.8
28.32294
Processor11
3.588235
Queue13
2329.648
Conveyor19
Processor21
4.529412
由报表分析可知，按照1、3、2的顺序投产的总的处理时间为7728。
投产按照2、1、3的顺序进行的仿真报告：
7725
503
4.795229
588
2412
299
597
4.502513
311
2688
0.408824
205
605
28.1
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