《建模與仿真》課程設(shè)計

《建模與仿真》課程設(shè)計題目項目組編號專業(yè)班級08工業(yè)工程班項目組成員文檔編制日期指導(dǎo)教師態(tài)度（20%）報告(50%)答辯(30%)總評：1.引言 11.1設(shè)計目的 1項目背景 1應(yīng)用現(xiàn)狀 1文獻一 1文獻二 1文獻三 2設(shè)計內(nèi)容與方法 2項目系統(tǒng)所使用的工序： 2生產(chǎn)流程為： 22.仿真建模 2建模假設(shè)條件 2模型設(shè)計過程 3所建模型： 3仿真建模過程： 3有效性驗證 133仿真分析 14基本方案運行結(jié)果及分析 14其他方案設(shè)計 23第一個改進方案 23第二個方案 24與基本方案比較結(jié)果分析 27原模型的結(jié)果： 28第二次模型結(jié)果： 28最后模型結(jié)果： 284結(jié)論 295總結(jié) 29本項目仿真設(shè)計通過系統(tǒng)仿真來了解某紙箱制造廠作業(yè)的瓶頸站的使用率，生產(chǎn)線的投料率、在制品生產(chǎn)周期與生產(chǎn)效率的關(guān)系，為紙箱制造廠內(nèi)現(xiàn)場管理提供參考。通過仿真建模得出3種產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和總體的平均生產(chǎn)周期、月產(chǎn)能機器利用率等數(shù)據(jù)。所以本文運用相關(guān)知識，基于extendsim仿真軟件，針對該制造廠制造動態(tài)過程系統(tǒng)進行仿真，用以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，提出相應(yīng)的解決和優(yōu)化方案。仿真的目的是了解仿真的角色及其在系統(tǒng)之中的應(yīng)用；了解仿真模型構(gòu)建形式；認(rèn)識extendsim仿真軟件基本構(gòu)件及操作；透過仿真軟件深刻了解系統(tǒng)模擬的過程；學(xué)習(xí)如何透過仿真軟件進行資料收集及分析的工作目前，在生產(chǎn)制造、物流、服務(wù)等諸多行業(yè)中應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)解決實際問題的需求越來越強烈，同時，隨著現(xiàn)代現(xiàn)代給予可視化建模的仿真軟件的出現(xiàn)和普及，利用仿真方法輔助決策也越來越方便。我們的項目是利用軟件extendsim對紙箱制造廠制造專業(yè)流程仿真優(yōu)化，這樣能夠提高機器利用率，月產(chǎn)能等，解決生產(chǎn)瓶頸，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，帶來更多的收益。文獻一縮短研發(fā)時間和成本是建模與仿真技術(shù)給制造業(yè)帶來的最直接的效果。建模與仿真技術(shù)能通過現(xiàn)有的知識對產(chǎn)品實現(xiàn)過程作出可靠的預(yù)測，大大促進了產(chǎn)品設(shè)計、過程設(shè)計、過程運行，甚至企業(yè)管理水平的提高。擺脫了以往設(shè)計－物理試驗－修改的產(chǎn)品開發(fā)過程，在產(chǎn)品設(shè)計階段利用建模與仿真工具在虛擬環(huán)境下優(yōu)化產(chǎn)品和過程設(shè)計，大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。例如，在飛機工業(yè)中，美國的波音公司利用建模與仿真工具，完全利用三維建模技術(shù)進行設(shè)計的波音777噴氣式客機，設(shè)計使用了數(shù)字化預(yù)裝配和并行協(xié)同工程技術(shù)，無須建立物理樣機模型，大大減少了設(shè)計更改和錯誤量，確保了產(chǎn)品量，顯著降低了成本，縮短了研發(fā)時間。根據(jù)美國科學(xué)研究院工程技術(shù)委員會的測算【6】,建模與仿真技術(shù)可提高產(chǎn)品質(zhì)量5～15倍,增加材料出品率25%,降低工程技術(shù)成本13%～30%,降低人工成本5%～20%,提高投入設(shè)備利用率30%～60%,縮短產(chǎn)品設(shè)計和試制周期30%～60%等。參考文獻：世紀(jì)制造業(yè)的建模與仿真技術(shù)熊光楞，范文慧（清華大學(xué)自動化系，100084）文獻二在仿真過程中,利用瓶頸分析器對生產(chǎn)瓶頸的問題進行分析,對等待、工作、堵塞、中斷、暫停等統(tǒng)計,分析各個機床設(shè)備的工作狀況。通過仿真,能及時發(fā)現(xiàn)問題,找出主要原因并對其中不合適的地方給予調(diào)整。為生產(chǎn)的實際運行參數(shù)提供了理論依據(jù)。本文以變速箱生產(chǎn)線為例,采用仿真技術(shù)對2種生產(chǎn)線設(shè)計方案進行了仿真分析,為生產(chǎn)線的設(shè)計優(yōu)化和實際運行參數(shù)的選擇提供了依據(jù)。該方法可以充分發(fā)揮生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力、降低成本,提高效率,獲得較好的經(jīng)濟效益,對實際生產(chǎn)具有重要的意義。參考文獻：變速箱生產(chǎn)線的建模與仿真技術(shù)研究王紅軍（北京機械工業(yè)學(xué)院機械工程系,北京100085)文獻三計算機仿真目標(biāo)1.建立真實系統(tǒng)的計算機模型.

2.在工廠建立之前就運行它.計算機仿真的收益1）評估裝備與流程設(shè)計的多種可能性2)提高工廠與資源的運行效率3)減少庫存4)縮短產(chǎn)品上市時間5)提高生產(chǎn)線產(chǎn)量6)優(yōu)化資本投資參考文獻：在生產(chǎn)制造業(yè)中應(yīng)用計算機仿真技術(shù)天津工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院工業(yè)工程系王亞超項目系統(tǒng)所使用的工序：圖1生產(chǎn)流程為：E類紙箱：壓線工作—印刷剪裁—堆高機—糊紙—包裝B類紙箱：印刷剪裁—堆高機—糊紙—包裝AB類紙箱：壓線作業(yè)—印刷裁剪—堆高機—打釘—包裝根據(jù)以上流程將3類紙箱的共同作業(yè)合并到一起，而不同的作業(yè)則分離開。按照流程所示設(shè)計好一整條生產(chǎn)流程，然后利用extendsim軟件中的item模塊庫進行結(jié)構(gòu)建模，以及value模塊庫進行仿真輸出分析。運行模型找出模型的瓶頸和不足，在根據(jù)問題對模型優(yōu)化得出最優(yōu)解。（1）紙箱原料到達時間間隔服從UNIFORM（25,30）分鐘的均勻分布，其中E，B,AB到達的比例為3:5:2.（2）每種類型的機器前均設(shè)有一個無限長度的等候區(qū)，且等候區(qū)采用先到先服務(wù)的方式。（3）紙箱產(chǎn)品在兩個機器之間的搬運時間可以忽略不計。（4）該紙箱制造廠每天工作24小時仿真30天。所建模型：圖2仿真建模過程：1.利用create模塊設(shè)置紙箱原料到達時間間隔服從UNIFORM（25,30）的均勻分布圖32.設(shè)置E、B、AB到達比例為3:5:2，其中1表示B類紙箱,2表示E類紙箱，3表示AB類紙箱圖43.通過SelectItemout模塊對路徑進行選擇：圖54.利用mean&variance模塊統(tǒng)計平均在制品數(shù)圖65.利用selectitemin模塊來將E、AB和B分離，B直接跳過壓線作業(yè)。圖76.壓線作業(yè)過程：分為3步驟：隊列、壓線準(zhǔn)備、以及壓線作業(yè)。圖87.壓線作業(yè)準(zhǔn)備時間圖98.設(shè)置準(zhǔn)備時間服從NIFORM（3，5）圖109.印刷剪裁作業(yè)過程：由于3種紙箱都需要經(jīng)過此作業(yè)所以用selectitemin合并圖1110.設(shè)置加工時間為normal（18,1）圖1211.堆高作業(yè)過程：等待隊列、準(zhǔn)備、堆高圖13圖1413.設(shè)置準(zhǔn)備時間服從uniform（5,8）圖1514.堆高作業(yè)根據(jù)不同紙箱不同的分布：圖1615.糊紙與打釘過程：利用selectitemin和selectitemout模塊將E類紙箱和B類紙箱合并，將AB類獨自分離圖1716.其中糊紙過程設(shè)置圖1817.打釘作業(yè)設(shè)置：圖1919.包裝作業(yè)過程：利用selectitemin模塊將E、B、AB類合并圖2020.包裝準(zhǔn)備時間設(shè)置:服從unifrom（3,5）圖2121.加工時間服從norm（20,1）圖2222.設(shè)置仿真長度和仿真次數(shù)：圖2323.利用mean&variance模塊進行統(tǒng)計：圖241.在壓線工序后分別增加2個history模塊，如圖所示：圖252.運行整個模型后得出以下的結(jié)果：圖26由圖所示第一條路徑有1和3種產(chǎn)品在生產(chǎn)（1表示E類紙箱，3表示AB類紙箱）而第二條路徑只有2在生產(chǎn)（2表示B類紙箱）很明顯這樣的結(jié)果是符合我們所需要的實際模型要求的。所以本模型是有效的。3仿真分析1.平均在制品數(shù)：圖27得出平均在制品數(shù)量為2.784、方差為0.0004，這說明系統(tǒng)在制品數(shù)量很穩(wěn)定地維持在3個。2.圖283.置信區(qū)間：【7.077-0.553，77.077+0.553】圖294.紙箱B的生產(chǎn)周期：置信區(qū)間：【74.581-0.256,74.58+0.256】圖305.置信區(qū)間為：【83.020-0.302，82.020+0.302】圖316.3種紙箱的月產(chǎn)能圖32圖33圖34圖357.每臺機器的利用率1.圖362.圖373.圖384.圖395.圖406.圖417.圖42第一個改進方案第一個方案：與原來的模型結(jié)構(gòu)保持不變，但改變了紙箱原料到達時間間隔服從uniform（20,25）圖43對模型運行得出結(jié)果：圖44第二個方案還再對模型進行一次更改：1.改變了紙箱原料到達時間間隔服從uniform（10,15）圖452.再減少打釘機圖463.增加包裝機圖474.增加堆高機：圖485.加印刷剪裁機：圖50最后得出新的運行結(jié)果：圖51原模型的結(jié)果：圖52第二次模型結(jié)果：圖53最后模型結(jié)果：圖54很明顯從3個表中可以看出具體的變化，E、B、AB3種紙箱的月產(chǎn)能都從第一次模型到第三次模型發(fā)生提升，平均在制品數(shù)在最后模型中得到很大的提升，但是第二個模型卻變化不大。這說明原料到達時間對月產(chǎn)能和在制品數(shù)量影響不大。但影響各個作業(yè)的利用率。而不同方式的增加或減少各個作業(yè)的機器數(shù)量則會不同程度上影響在制品數(shù)和月產(chǎn)能，產(chǎn)生不同的經(jīng)濟效益。在此項目中將打釘機減少到1臺，增加包裝機、堆高機、印刷剪裁及到各2臺，同時縮短原料到達時間（10,15）。這樣會產(chǎn)生最大效益。4結(jié)論到最后我們采用第3個模型，在項目當(dāng)中各個作業(yè)的機器數(shù)量搭配對整體的生產(chǎn)效率有著重大的影響，設(shè)置機器數(shù)量需要非常講究。如果利用率太高的機器就需要增加機器數(shù)量，相反利用率太低的機器則需要減少機器數(shù)量，從而平衡機器之間的利用率，避免出現(xiàn)利用率過高或過低，影響生產(chǎn)效率。5總結(jié)王勇華：對于這次的仿真建模項目設(shè)計，雖然有點辛苦，但是還是受益匪淺的。懂得仿真建模技術(shù)可以從中找到項