基于Witness的產(chǎn)品生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真研究

趙小榮，周盛世（青島理工大學(xué) 管理學(xué)院，山東 青島 266520）

ZHAO Xiao-rong,ZHOU Sheng-shi (College of Management,Qingdao Technological University,Qingdao 266520,China)

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步和科學(xué)管理方法的日益普及，通過降低產(chǎn)品生產(chǎn)的物料消耗和減少人力消耗來(lái)增加利潤(rùn)的潛力越來(lái)越少。人們?cè)谄髽I(yè)利潤(rùn)日減的困境中，逐漸發(fā)現(xiàn)研究和改善企業(yè)物流系統(tǒng)會(huì)給企業(yè)帶來(lái)可觀的利潤(rùn)。生產(chǎn)物流是企業(yè)物流研究的核心環(huán)節(jié)[1]。然而在我國(guó)，生產(chǎn)物流是一個(gè)明顯的薄弱環(huán)節(jié)，時(shí)間、空間浪費(fèi)大，重復(fù)搬運(yùn)，流動(dòng)路徑不合理，產(chǎn)品供貨周期長(zhǎng)，不僅直接阻礙企業(yè)生產(chǎn)效率的提高，而且占用大量資金，成為企業(yè)發(fā)展的瓶頸[2]。

本文以某企業(yè)生產(chǎn)的速凍水餃為研究對(duì)象，采用Witness仿真軟件對(duì)該產(chǎn)品生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行分析和仿真研究，擬解決生產(chǎn)物流系統(tǒng)中存在的問題，進(jìn)而提出優(yōu)化方案，探索提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的方法和途徑。

1 模型概述

生產(chǎn)物流系統(tǒng)是由設(shè)備、原料或在制品及操作工人組成的離散事件系統(tǒng)，離散事件的仿真是按照實(shí)際的工作流程，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)順序的改變實(shí)體或設(shè)備的狀態(tài)[3]。由于本文中的生產(chǎn)物流系統(tǒng)中各事件是以某種順序或在某種條件下發(fā)生，并且多數(shù)都是隨機(jī)性的，所以本文采取了離散事件系統(tǒng)仿真的思想對(duì)其進(jìn)行研究[4]。

在本模型中，原材料精選豬肉、白菜、調(diào)味料經(jīng)過攪餡機(jī)的處理后成為肉餡，原材料面粉和水經(jīng)過和面機(jī)的處理后成為面團(tuán)；肉餡和面團(tuán)通過傳送帶的運(yùn)輸進(jìn)入水餃機(jī)前的緩沖區(qū)；水餃機(jī)從緩沖區(qū)獲得肉餡與面團(tuán)，經(jīng)過加工制成水餃，水餃通過傳送帶進(jìn)入速凍冷庫(kù)。建模目的為通過改進(jìn)原材料的采購(gòu)周期來(lái)降低物流成本，提高生產(chǎn)率和企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 速凍水餃生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

2.1 元素及其可視化定義

本系統(tǒng)的元素定義如表1所示。

分別對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)元素實(shí)體進(jìn)行可視化設(shè)置，包括它的Name、Text、Icon、Part Queue、Value等屬性[5-6]。各個(gè)實(shí)體元素的顯示特征如圖1所示。

2.2 元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

表1 速凍水餃生產(chǎn)系統(tǒng)元素定義

圖1 水餃生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型

（1）對(duì)Part元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

Name：精選豬肉

Type：Active

Inter Arrival：10.0

Output Rules：PUSH to 攪餡機(jī) （1）

元素“白菜”與“調(diào)味料”細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)同元素“精選豬肉”

元素“面粉”與“水”的Output Rules為PUSH to和面機(jī)（1）（2）對(duì)Machine元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

①Name：攪餡機(jī)

Type：Assembly

Input Quantity：3

Cycle Time：8.0

Output Rules：PUSH to C1（1）at Rear

②Name：和面機(jī)

Type：Assembly

Input Quantity：2

Cycle Time：10

Output Rules：PUSH to C2（1）at Rear

③Name：水餃機(jī)

Type：Assembly

Input Quantity：2

Cycle Time：15

Input Rules：PULL from B1（1），B2（1）

Output Rules：PUSH to C3（1）at Rear

Actions on Output：速凍冷庫(kù)=速凍冷庫(kù)+2500

（3）對(duì)Conveyor元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

①Name：C1

Index Time：0.2

Output Rules：PUSH to B1（1）

②Name：C2

Index Time：0.2

Output Rules：PUSH to B2（1）

③Name：C3

Index Time：0.5

Output Rules：PUSH to SHIP

3 數(shù)據(jù)分析及改進(jìn)方案

3.1 模型運(yùn)行和數(shù)據(jù)報(bào)告

設(shè)定仿真時(shí)間為一天，為1440個(gè)時(shí)間單位，然后點(diǎn)擊Run按鈕運(yùn)行模型[7-8]。運(yùn)行結(jié)果如圖2所示。

圖2 仿真模型運(yùn)行結(jié)果

選中系統(tǒng)中所有元素，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊Reports菜單中的Statistics選項(xiàng)，彈出數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告如表2所示。

表2 仿真模型數(shù)據(jù)分析

表2中Name代表對(duì)象名稱，Idle代表機(jī)器的閑置率，Busy代表機(jī)器的利用率，Blocked代表機(jī)器的阻塞率，Cycle Wait Labor代表加工周期中操作者處于等待的比例，No.of Operations代表機(jī)器的加工數(shù)量。

3.2 數(shù)據(jù)分析與模型優(yōu)化

由以上仿真運(yùn)行結(jié)果可以看出，理論上該車間一天生產(chǎn)能力為237500個(gè)水餃，但是造成了46個(gè)單位面團(tuán)的積壓。水餃機(jī)有98.96%時(shí)間處于忙碌狀態(tài)，而和面機(jī)卻有33.33%時(shí)間處于空閑狀態(tài)，本來(lái)想通過優(yōu)先滿足和面機(jī)生產(chǎn)周期來(lái)實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)物流成本，卻反而浪費(fèi)了大量的生產(chǎn)能力。由于原材料為統(tǒng)一供應(yīng)故無(wú)法根據(jù)機(jī)器周期確定不同原材料的供應(yīng)周期，在此將Inter Arrival分別改為1,3,5,7,9,11,13,15,17,19，進(jìn)行1440單位的仿真鐘推進(jìn)，得到十組數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 不同Inter Arrival下的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)

設(shè)定1單位水餃的生產(chǎn)成本為1，其中面團(tuán)成本占20%，肉餡成本占80%，銷售價(jià)格為1.5。借助EXCEL軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，規(guī)定橫軸為Inter Arrival，表示每批原材料到達(dá)的時(shí)間間隔，縱軸表示毛利潤(rùn)。得到如圖3所示的曲線。

圖3 不同Inter Arrival下的毛利潤(rùn)變化曲線

如圖3所示，當(dāng)以較短間隔（如1個(gè)時(shí)間單位）供應(yīng)原材料時(shí)，毛利潤(rùn)較低；然后隨著時(shí)間間隔變長(zhǎng)，毛利潤(rùn)逐漸增大；當(dāng)?shù)介g隔為9個(gè)時(shí)間單位時(shí)，再增大供應(yīng)間隔，毛利潤(rùn)開始逐漸減小直至間隔增大到11個(gè)時(shí)間單位；然后隨著原材料供應(yīng)周期的變大，毛利潤(rùn)也在逐步變大，直到Inter Arrival為15時(shí)，毛利潤(rùn)達(dá)到最大為356250；隨后原材料供應(yīng)周期越長(zhǎng)，毛利潤(rùn)越低。因而，得出當(dāng)Intel Arrival為15時(shí)，毛利潤(rùn)最大。此時(shí)為最優(yōu)原材料供應(yīng)周期。

4 結(jié) 論

本文圍繞生產(chǎn)物流系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的離散事件的建模與仿真技術(shù)的原理與方法進(jìn)行了比較深刻的分析，著重研究了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在生產(chǎn)物流系統(tǒng)的分析方法以及應(yīng)用。在對(duì)某企業(yè)速凍水餃生產(chǎn)物流系統(tǒng)調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，利用Witness仿真軟件對(duì)現(xiàn)行的系統(tǒng)狀況進(jìn)行仿真，通過仿真分析和研究，提出了改善和優(yōu)化的系統(tǒng)方案使得優(yōu)化后的制造系統(tǒng)生產(chǎn)能力充分發(fā)揮，各環(huán)節(jié)的利用率有明顯改善，從而實(shí)現(xiàn)了制造系統(tǒng)的整體改進(jìn)，提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]毛健，喬金友，王立軍,等.基于Witness的汽車零部件生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真研究[J].工業(yè)工程，2011(3)：125-126.

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