西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室

1、1西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析第第1616讲讲 目目 录录7.3 7.3 二次分配模型二次分配模型CH8 CH8 物流仿真软件物流仿真软件FlexsimFlexsim入门入门2西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析7.3 二次分配问题的模型与算法二次分配问题的模型与算法二次分配模型二次分配模型(Quadratic Assignment Problem,简称简称QAP)3西南科技大学制造科

2、学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析计算总成本4西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析例5西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析算法：算法：（1）枚举法枚举法（2）启发式方法启发式方法6西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与

3、物流分析Pairwise Exchange7西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析Pairwise Exchange8西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析Pairwise Exchange9西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析Pairwise Exchange10西南科技大学制造科学与工程学院工

4、业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析枚举法枚举法盲目搜索（或愚蠢和无遗漏的搜索）盲目搜索（或愚蠢和无遗漏的搜索）以以Pentium3 为例，为例，n=6，数秒；，数秒；n=9,小时；小时；n15,花一年花一年广度优先的搜索策略广度优先的搜索策略11西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析启发式方法启发式方法陡削下降成对互换陡削下降成对互换(Steepest Descent Pairwise Interchange, 简称简称SD

5、PI)算法要点算法要点:从一分配方案出发从一分配方案出发,取一对设施系统取一对设施系统进行相互交换各自场址。将原分配方案与所进行相互交换各自场址。将原分配方案与所有新分配方案总成本进行比较，选取总成本有新分配方案总成本进行比较，选取总成本小者；继续迭代，直到成对互换不再产生有小者；继续迭代，直到成对互换不再产生有改进的结果，程序停止，达到了局部优化。改进的结果，程序停止，达到了局部优化。12西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析本课程学习内容本课程学习内容CH1 绪论绪论CH2 物流与供应链基础

6、物流与供应链基础 CH3 设施选址设施选址 CH4 设施布置设计设施布置设计CH5 物料搬运系统设计物料搬运系统设计 CH6 仓储、库存及其系统仓储、库存及其系统 CH7 设施布置问题的模型、算法与量化技术设施布置问题的模型、算法与量化技术CH8 物流仿真软件物流仿真软件Flexsim入门入门13西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析CH8 物流仿真软件物流仿真软件Flexsim入门入门8.1 物流系统仿真概述物流系统仿真概述8.2 Flexsim简介简介8.3 Flexsim基本概念及开发步骤

7、基本概念及开发步骤8.4 实例介绍实例介绍8.5 高级开发简介高级开发简介14西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.1物流系统仿真概述物流系统仿真概述8.1.1 系统仿真的概念系统仿真的概念8.1.2 仿真的作用仿真的作用8.1.3 离散事件系统仿真的步骤离散事件系统仿真的步骤8.1.4 常见的物流常见的物流(制造制造)系统仿真软件系统仿真软件15西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.1物

8、流系统仿真概述物流系统仿真概述8.1.1 系统仿真的概念系统仿真的概念针对真实针对真实系统系统建立建立模型模型,然后在模型上进行试然后在模型上进行试验验,用模型代替真实系统用模型代替真实系统,从而研究系统性能的从而研究系统性能的方法称为方法称为系统仿真系统仿真。Simulation is the imitation of a dynamic system using a computer model in order to evaluate and improve system performance.16西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室

9、 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.1物流系统仿真概述物流系统仿真概述8.1.1 系统仿真的概念系统仿真的概念系统仿真的方法应用于各领域：如工程类系系统仿真的方法应用于各领域：如工程类系统（机械、化工、电力、电子等），非工程统（机械、化工、电力、电子等），非工程类系统（交通、管理、经济、政治等）。类系统（交通、管理、经济、政治等）。早期的系统仿真多是物理模型，如：用于军早期的系统仿真多是物理模型，如：用于军事训练的沙盘、古代工匠建造房屋的模型、事训练的沙盘、古代工匠建造房屋的模型、飞机风洞实验等。近年来更多借助于计算机飞机风洞实验等。近年来更多借助于计算机仿真对模型进行运行与

10、实验。仿真对模型进行运行与实验。17西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.1物流系统仿真概述物流系统仿真概述8.1.1 系统仿真的概念系统仿真的概念根据所研究系统的不同，系统仿真可分为根据所研究系统的不同，系统仿真可分为连连续系统仿真续系统仿真和和离散系统仿真离散系统仿真。前者是指系统状态随时间连续变化的情况，前者是指系统状态随时间连续变化的情况，多数工程系统，如机电、化工、电力等；多数工程系统，如机电、化工、电力等；后者是指系统状态变化是离散的，多数非工后者是指系统状态变化是离散的，多数非

11、工程系统，如管理、交通、经济等。程系统，如管理、交通、经济等。物流系统仿真是物流系统仿真是离散事件系统仿真离散事件系统仿真18西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.1物流系统仿真概述物流系统仿真概述8.1.2 仿真的作用仿真的作用评价评价(Evaluation)比较比较(Comparison)预测预测(Prediction)优化优化(Optimization)灵敏度分析灵敏度分析(Sensitivity analysis)瓶颈分析瓶颈分析(Bottleneck analysis)19西南科技

12、大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.1物流系统仿真概述物流系统仿真概述8.1.3 离散事件系统仿真的步骤离散事件系统仿真的步骤调研系统调研系统建立系统模型建立系统模型确定仿真算法确定仿真算法建立仿真模型建立仿真模型仿真结果分析仿真结果分析仿真结果输出仿真结果输出修改系统参数修改系统参数系统方案比较系统方案比较确定系统方案确定系统方案仿真结束仿真结束运行仿真模型运行仿真模型20西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施

13、规划与物流分析8.1物流系统仿真概述物流系统仿真概述8.1.4 常见的物流常见的物流(制造制造)系统仿真软件系统仿真软件FlexsimAutomodPromodelArenaWitnessQuestExtend设施布置软件：设施布置软件：FactoryCAD、FactoryFlow、FactoryPlAN、FactoryOPTSLMAnimation、Stream、RaLC21西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.2 Flexsim简介简介8.2.1 Flexsim基本情况基本情况8.2.2

14、 Flexsim安装安装8.2.3 Flexsim应用案例应用案例8.2.4 Flexsim功能功能22西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.2 Flexsim简介简介8.2.1 Flexsim基本情况基本情况Flexsim是面向对象的离散事件系统仿真软件是面向对象的离散事件系统仿真软件Flexsim是一个强有力的分析工具，可帮助工程师是一个强有力的分析工具，可帮助工程师和设计人员在系统设计和运作中做出智能决策。采和设计人员在系统设计和运作中做出智能决策。采用用Flexsim，可以建立一个真

15、实系统的，可以建立一个真实系统的3D计算机模型，计算机模型，然后用比在真实系统上更短的时间或者更低的成本然后用比在真实系统上更短的时间或者更低的成本来研究系统来研究系统。世界世界500强企业中约有一半为强企业中约有一半为Flexsim的客户的客户,包括一些著名企业包括一些著名企业,如如DHL、FedEx、Nasa238.2.2 Flexsim软件的安装步骤（软件的安装步骤（单机版单机版） 单机版单机版 根据电脑操作系统打上相应的补丁 安装Visual C+ .net 安装Flexsim 安装HASP Driver 插入软件加密狗 输入客户序列号 开始菜单 / Flexsim 3 / Flexs

16、im License Activation24Flexsim软件的安装步骤（网络版）软件的安装步骤（网络版） 网络版 服务器上安装： 加密狗加密狗 hdd32.exe（加密狗驱动）(HASP device driver) aksmon32.exe （服务器监控程序） lmsetup.exe （服务器序列号管理器）*上面三个文件在网络版安装光盘的目录下可以找到 客户机上安装： Visual C+ .net Flexsim软件 hdd32.exe （加密狗驱动） 在Flexsim安装目录生成一个network.txt文件25西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院

17、工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.2 Flexsim简介简介8.2.3 Flexsim应用案例应用案例配送中心拣选仿真配送中心拣选仿真仓储系统入出库仿真仓储系统入出库仿真产品库分拣仿真产品库分拣仿真高速公路仿真高速公路仿真供应链仿真供应链仿真集装箱码头仿真集装箱码头仿真生产物流仿真生产物流仿真机场仿真机场仿真医院仿真医院仿真城市应急系统仿真城市应急系统仿真26西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.2 Flexsim简介简介8.2.4 Flexsim功能功能F

18、lexsim能解决的问题可归纳为以下四方面：能解决的问题可归纳为以下四方面：服务问题服务问题：要求以最高满意度和最低可能成本来处要求以最高满意度和最低可能成本来处理用户及其需求理用户及其需求制造问题制造问题：要求以最低可能成本在适当的时间制造要求以最低可能成本在适当的时间制造适当产品适当产品 物流问题物流问题：要求以最低可能成本在适当的时间，适要求以最低可能成本在适当的时间，适当的地点，获得适当的产品当的地点，获得适当的产品 其它其它 系统仿真的对象有三大类型：排队系统、库存系统仿真的对象有三大类型：排队系统、库存系统、网络系统；凡是归属于这三类的，都可以通过系统、网络系统；凡是归属于这三类的

19、，都可以通过建模、仿真来分析。建模、仿真来分析。27西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.2 Flexsim简介简介8.2.4 Flexsim功能功能Flexsim在系统生命周期各阶段的应用：在系统生命周期各阶段的应用：(1)系统建立和实施前系统建立和实施前：对规划设计方案进行评：对规划设计方案进行评价、修正价、修正(2)系统建立后系统建立后：评价：评价(3)系统改造和功能扩展系统改造和功能扩展：用模型进行可行性分：用模型进行可行性分析析28西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科

20、技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.2 Flexsim简介简介8.2.4 Flexsim功能功能Flexsim可以达到以下效果：可以达到以下效果：提高资源利用率提高资源利用率减小等待时间和排队长度减小等待时间和排队长度有效分配资源有效分配资源提高设备的利用率提高设备的利用率 减小等待时间和排队长度减小等待时间和排队长度 有效分配资源有效分配资源 消除缺货问题消除缺货问题 把故障的负面影响减至最低把故障的负面影响减至最低 29西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流

21、分析设施规划与物流分析8.2 Flexsim简介简介8.2.4 Flexsim功能功能把废弃物的负面影响减至最低把废弃物的负面影响减至最低 研究可替换的投资概念研究可替换的投资概念 决定零件经过的时间决定零件经过的时间 研究降低成本计划研究降低成本计划 建立最优批量和工件排序建立最优批量和工件排序 解决物料发送问题解决物料发送问题 研究设备预置时间和改换工具的影响研究设备预置时间和改换工具的影响 优化货物和服务的优先次序与分派逻辑优化货物和服务的优先次序与分派逻辑 在系统全部行为和相关作业中训练操作人员在系统全部行为和相关作业中训练操作人员 展示新的工具设计和性能展示新的工具设计和性能 管理日

22、常运作决策管理日常运作决策 30西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.3 Flexsim基本概念及开发步骤基本概念及开发步骤 8.3.1 Flexsim建模的基本概念建模的基本概念Flexsim软件主窗口布局软件主窗口布局Flexsim仿真模型的基本组成仿真模型的基本组成 8.3.2 Flexsim软件的使用步骤软件的使用步骤31西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.3.1 Flexsim

23、建模的基本概念建模的基本概念Flexsim软件主窗口布局软件主窗口布局Flexsim软件主窗口由下面五部分构成软件主窗口由下面五部分构成菜单菜单工具栏工具栏对象库对象库模型视图模型视图仿真控制栏仿真控制栏32工具栏工具栏 工具栏中常用到的按钮包括 ToolBox：编辑全局表格/变量 Commands：Flexsim命令帮助 Tree：打开模型树 Ortho：打开模型正投影视图 Persp：打开模型透视图33西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.3.1 Flexsim建模的基本概念建模的基本概

24、念Flexsim仿真模型的基本组成仿真模型的基本组成对象对象（Objects） Flexsim采用对象对实际过程中的各元素建模采用对象对实际过程中的各元素建模连接连接（Connections） Flexsim中通过对象之间的连接定义模型的流程中通过对象之间的连接定义模型的流程方法方法（Methods） 对象中的方法定义了模型中各对象所需要完成对象中的方法定义了模型中各对象所需要完成的作业的作业34对象与继承对象与继承 Flexsim采用面向对象的技术 大部分Flexsim对象都是FixedResource或TaskExecutor对象的子对象 子对象拥有其父对象所有的接口和相应的功能 用户相对

25、比较容易很快掌握子对象的使用35Flexsim家族树家族树36Flexsim的对象库的对象库37对象分类对象分类 资源类（Fixed Resources） Source, Queue, Processor, Sink, Combiner, Separator, MultiProcessor, Conveyor, MergeSort, FlowNode, Rack, and Reservoir 执行类（TaskExecuter） Dispatcher, Operator, Transporter, Elevator, Robot, Crane, ASRSvehicle 网络类（Node） Net

26、workNode, TrafficControl 图示类（Visual Object） VisualTool, Recorder38资源类对象资源类对象 Fixed Resource类对象一般是仿真模型中的主干对象 此类对象决定了模型的流程39执行类对象执行类对象 Task Executer对象可从Fixed Resource对象中获取并执行任务，如物料搬运或生产操作等。 一个Task Executer对象可以向其他Task Executor对象指派任务，或者管理模型中所有的Task Executers对象。 Task Executers对象不参与模型中的流程指派。40网络类对象网络类对象 N

27、etworkNode对象一般用来设定Task Executor对象的行动路线41图示类对象图示类对象 图示类对象可用在仿真模型中显示各种信息、标识、图片或图表等 VisualTool和Recorder对象可用来提高仿真模型的直观感，同时可用来实时显示和搜集模型的输出数据42迁移实体（迁移实体（Flowitem） 迁移实体指模型中存在迁移的对象 迁移实体可用来表示生产或服务中的原料、产品或产品集，如零件、部件、托盘、容器等；也可以是任务执行者 迁移实体可点击工具栏按钮Flowitem定义 可对每个迁移实体定义对象类别（Itemtype）43 Flexsim建模的基本概念 Flexsim软件主窗口

28、布局 Flexsim仿真模型的基本组成 对象（Objects） 连接（Connections） 方法（Methods）44连接与端口连接与端口 Flexsim模型中的对象之间是通过端口来连接的 三种类型的端口 输入端口（input ports） Fixed Resource之间的连接 输出端口（output ports） Fixed Resource之间的连接 中心端口（center ports） 连接Task Executer和Fixed Resource45“s”连接连接 按下 “s”键的同时用鼠标从一个对象拖拉到另一个对象上以连接二者 “s”连接仅用于中心端口之间的连接（即连接Task

29、Executer和Fixed Resource ） “s”连接用“w”取消（按下 “w”键的同时用鼠标从一个对象拖拉到另一个对象上以连接二者）46“a”连接连接 按下 “a”键的同时用鼠标从一个对象拖拉到另一个对象上以连接二者 “a”连接用于除中心端口之外的所有其他的连接 “a”连接用“q”取消47 Flexsim建模的基本概念 Flexsim软件主窗口布局 Flexsim仿真模型的基本组成 对象（Objects） 连接（Connections） 方法（Methods）48方法（方法（Method） 方法是用来完成一项任务的一系列规则集 好的方法应是可以重复使用的 Flexsim采用一系列方法

30、集来完成所建模型的作业49Flexsim建模方法集建模方法集 Arrival Method Determines how and when FlowItems Enter the model Trigger Method Determines what, where, and when to assign information to FlowItems Flow Method Determines how, where, and when to move FlowItems through the model Navigation Method Model navigation, and f

31、ly through FlowItem Bin Method Defines the FlowItem Characteristics TaskExecuter Move Method Dertermins who, and how FlowItems move from one FixedResource to another50西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室西南科技大学制造科学与工程学院工业工程教研室 石宇强石宇强设施规划与物流分析设施规划与物流分析8.3 Flexsim基本概念及开发步骤基本概念及开发步骤 8.3.1 Flexsim建模的基本概念建模的基本概念 Flexsim