生产物流系统可视化建模与仿真概述

第7章

生产物流系统可视化建模与仿真引言在工业生产中，物流装备系统和商业流程系统多种多样，如何快速有效建立起准确描述行为和运行逻辑是系统仿真的重要目标。Witness提供了大量描述工业系统和商业流程的可视化模型元素，入生产线上的加工中心、传送设备、缓冲存储装置等，以及逻辑控制元素，如流程的倒班机制、时间发生的时间序列、统计分析等，用户可方便地将这些可视化的模型元素托拉到屏幕中，快速建立起物流系统或商业流程的规划设计。工作循环时间、故障措施等来完成我们所研究的物流系统和商业流程的规划设计。然后，通过定义模型元素之间的输入输出关系，完成对物流系统和商业流程的逻辑行为建模，从而建立起物流系统和商业流程仿真模型。通过其内置的仿真引擎，可快速地进行模型的运行仿真，展示流程的运行规律。在整个建模与仿真过程中，用户可根据不同阶段的仿真结果，随时地修改系统模型，如添加和删除必要的模型元素，动态地提高模型的精度。可方便地设计与测试新设计的工厂和流程方案，平衡服务与花费，简化换班模式，评测可选的设计方案。WITNESS界面一览菜单、工具栏、窗口一览使用Witness软件包进行物流与供应链系统的建模与仿真，同样要遵循建模与仿真的一般步骤。在使用它进行计算机模型的建立时，有其特定的步骤：7.1Witness建模与仿真过程１.元素定义（Define）２.元素可视化（Display）的设置３.细节（Detail）设计４.运行（Run）５.报告（Report）６.归档（Documentor）７.优化（Optimizer）可以通过在布置窗口中点鼠标右键，选定快捷菜单中的“define”菜单项，跳出Define对话框，在该对话框中Name下输入模型基本元素的名称，在ElementType下拉菜单中选定基本元素的类型，在Quantity下输入模型基本元素的数量，然后点击Create完成一个模型基本元素的定义。用同样的方法定义模型的其他基本，所有模型基本元素定义结束后点击Close回到布置窗口。

（1）定义系统元素witness软件是一套优秀的可视化建模与仿真工具，它可以将被仿真系统的可视实体以二维或三维的图形显示出来；在仿真运行时，它可以显示原材料、零部件、人员、运输车辆在系统中的运动状况。所以在定义了元素的基础上，要定义元素在各种状态下的现实图形。本步骤可以通过右击要定义显示特征的元素，通过选定弹出式菜单中的“display”菜单项，来进行设定。（2）元素可视化（Display）的设置元素显示工具栏中一共有九个对象，下面从左到右，分别介绍这九个对象如下：1）显示设计模式下拉列表框：有两个选项Draw和Updata，第一次设计建模元素的某一显示属性时，选择Draw项；对已经设计了的显示属性进行修改设计时，选择Updata项。2）属性下拉列表框：选择用于Draw或Updata的元素的属性项，该列表框中的属性项目随着元素类型的不同而有所不同。可以通过更改属性项的“Lable”来更改属性项的名称，当我们多次使用同一类型的显示属性项时，通过改变它们的名称以便于识别。例如，一个元素可能有多个Icon显示属性项，可以通过改变其名称来加以辨认。3）Draw按钮，用于激活显示设计对话框来进行显示属性的绘制和更改。4）Erase按钮，用于激活删除显示属性项对话框来进行属性项的删除。5）Layers是按钮，用于激活层设计对话框来进行层的可移动性和可视性设计。6）Lock是按钮，用于设定元素显示属性项的锁定状态，该按钮将在三种状态之间切换（Lock、Unlock和Superlock）。①Unlock:在此状态下,元素的可视性性显示属性项项可以在系统统布局区单独独移动.②Lock:在此状态下,元素的可视显显示属性项将将作为一个整整体在系统布布局区移动;只有显示属性性项在同一层层时,才能够锁定.③SuperLock:当设计的元素素类型为模块块Module时,在此状态下,该模块内的多多有的元素的的显示属性项项将作为一个个整体在系统统布局区移动动.7)Grid按钮:用于设定显显示对象的的位置是否否捕捉屏幕幕上的风格格,以便进行精精确的定位位.8)Help按钮:激活Witness帮助文件.9)OK按钮:当对一个元元素的显示示属性设置置完毕,点击该按钮钮关闭显示示工具栏.在进行元素素显示属性性设计的时时候,一般步骤如如下:1)从显示设计计模式下拉拉列表框中中选择Draw或Updata.2)在属性下拉拉列表框中中选择所要要设计的属属性项,如及其的”Name”、“Icon””、“PartQueue”等。3）点击按按钮进入入显示项目目的细节设设定对话框框，进行设设定即可。。元素图标的的移动和删删除可以使使用鼠标来来完成。用用鼠标左键键选中要删删除的图标标，在图标标上点击右右键进入弹弹出式菜单单，选择DeleteGraphics选项，图标标被删除。。元素图标尺尺寸打消的的改变通过过鼠标+Ctrl键来完成。。用左键选选中图标，，按住Ctrl键，拖动图图标周围可可改变大小小的小方框框，小方框框只出现在在可以改变变大小的图图标上，也也可以用View/GraphicalEditing菜单项编辑辑图标。本步骤详细细定义模型型基本元素素工作参数数以及各元元素之间的的逻辑关系系，如系统统结构、被被加工对象象在各台及及其上的加加工时间分分布、加工工对象的工工艺路线，，以及其他他规则等。。可以双击击鼠标左键键，通过弹弹出的Detail对话框来设设定。（3）细节（Detail）设计通过试运行行和修改模模型，重复复前三步得得到正确的的仿真模型型之后，对对系统进行行一定时间间范围的运运行，并在在屏幕上动动画显示系系统运行的的过程，运运行方式可可以是单步步的、连续续的和设定定时间的。。本步骤通通过Witness提供的“Run”工具栏来来进行操作作。Witness内置安全系系统，在运运行模型时时，如果缺缺少重要数数据，将弹弹出提示和和数据输入入对话框，，从而保护护模型。（4）运行（Run）系统运行一一段时间后后，通过Reporting工具栏显显示系统中中元素的运运行状态统统计报告。。通过过该报告，，可以分析析系统中可可能村杂ude各种问题；；或通过某某项指标来来比较可选选方案的优优缺点。如如机器的利利用率、产产品的通过过时间、在在制品库存存等。（5）报告（Report）Witness还提供了““Documentor”模块，通过过Model工具栏，，显示系统统中选中Documentor，可以让我我们提取计计算机模型型的各种信信息，生成成Word文档或直接接打印出来来。主要包包括生产报报告模块没没有包含的的有关元素素的说明型型文字、规规则、活动动、中断和和基本信息息。（6）归档（Documentor）Witness还提供了系系统优化““Optimizer”。如果一个个系统的绩绩效将因其其构成元素素的配置不不同，而得得到不同的的结果，并并不需要建建立多种配配置的计算算机模型。。我们可以以直接使用用同一个计计算机模型型，然后通通过“Optimizer”模块来设定定每一元素素的可变属属性值的取取值范围，，得到一个个取值范围围集合，并并设定表示示绩效的目目标函数是是最大值还还是最小值值进行优化化仿真运行行，就可以以得到前n个最优绩效效的系统配配置（n可自行设定定。）（7）优化（Optimizer）7.2Witness建模与仿真真过程应用用举例下面通过一一个实例来来描述使用用Witness进行计算机机模型建立立的步骤。。在该实例中中，小部件件（Widget）要经过称称重（Weigh）、冲洗（（Wash）、加工（（Produce）和检测（（Inspect）等操作。。执行完每每一步操作作后小部件件通过充当当运输工具具和缓存器器的传送带带（conveyer）传送至下下一个操作作单元。小小部件在经经过最后一一道工序““检测”以以后，脱离离本模型系系统。本模型系统统的流程图图如图7-12所示模型元素定定义说明：：Widget为加工的小小部件名称称；Weigh、Wash、Produce和Inspect为四种加工工机器，每每种机器只只有一台；；C1、C2和C3为三条输送送链；SHIP是系统提供供的特殊区区域，表示示本仿真系系统之外的的某个地方方。图7-12加工系统模模型流程图图通过Define菜单，分别别定义各个个元素名称称、类型、、数量，如如表7-1表示。表7-1元素名称、、类型、数数量信息表表7.2.2元素可视化化（Display）的设置由于是动画画仿真系统统，因此对对系统的每每一个对象象要进行可可视化定义义。系统提提供了图形形库和颜色色集，用户户可以根据据自己的想想象选择合合适的图形形和颜色；；同时，用用户还可以以自己绘制制系统中各各个对象的的图形。本本步骤需要要选定各个个对象，然然后可视化化对象并进进行定位。。1、Part元素可视化化的设置在元素选择择窗口选择择“Widget”元素，鼠标标右键点击击Display，跳出Display对话框。在在Display对话框显示示设计模式式下拉列表表框有两个个选项Draw和Update，选择Draw项，在属性性下拉列表表框中选择择“Name””，点击按按钮进进入DisplayName对话框。在在DisplayName对话框中分分别设置颜颜色和字体体，点击Draw鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“Style”，点击按按钮进入DisplayStyle对话框。。在DisplayStyle对话框中分分别设置Style和选择合适适的图标，，点击Apply即可。2、Machine元素可视化化的设置在元素选择择窗口选择择Weigh元素，鼠标标右键单机机Display，跳出Display对话框。在在Display对话框显示示设计模式式下拉列表表框中选择择Draw项，在属性性下拉列表表框中选择择“Name””，点击按按钮进入入DisplayName对话框。在在DisplayName对话框分别别设置颜色色和字体，，点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“ICON””，点击按按钮进入入DisplayIcon对话框。在在DisplayIcon对话框中选选择合适的的图标，点点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“Icon””，点击按按钮进入入DisplayIcon对话框。在在DisplayIcon对话框中选选择白色的的图标，选选中Color下的ShowStatus，点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“partQueue”,点击按按钮进入DisplayPartQueue对话框。在在QueueType对话框中选选择Queue，在QueueDirection对话框中选选择Right，在DisplaySize对话框中设设置为8，点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“LaborQueue”，点击按按钮进入入DisplayPartQueue对话框。在在QueueType对话框中选选择Queue，在QueueDirection对话框中选选择Right，在DisplaySize对话框中设设置为8，点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。其他的Machine元素Wash、Produce、Inspect可视化设置置与Weigh的可视化设设置相同。。3、Conveyor元素可视化化的设置在元素选择择窗口选择择C1元素，鼠标标右键点击击Display，跳出Display对话框，在在Display对话框显示示设计模式式下拉列表表框中选择择Drew项，在属性性下拉列表表框中选择择“Name””，点击按按钮进入DisplayName对话框，在在DisplayName对话框分别别设置颜色色和字体，，点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“PartsOn””，点击按按钮进入入DisplayPartOn对话框。在在QueueType对话框中选选择Queue，在QueueDirection对话框中选选择Right，在DisplaySize对话框中设设置1，点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“Icon””，点击按按钮进入入DisplayIcon对话框。在在DisplayIcon对话框中选选择合适的的图标，点点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。4、Variable元素的可视视化的设置置在元素选择择窗口选择择Output元素，鼠标标左键点击击Display，跳出Display对话框。在在Display对话框显示示设计模式式下拉列表表框中选择择Draw项，在属性性下拉列表表框中选择择“Name””，点击按按钮进入入DisplayName对话框。在在DisplayName对话框中分分别设置颜颜色和字体体，点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“Value”，点击按按钮进进入DisplayValue对话框。在在DisplayValue对话框中分分别设置颜颜色和字体体及变量宽宽度，点击击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。在属性下拉拉列表框中中选择“Icon””，点击按按钮进入入DisplayIcon对话框。在在DisplayIcon对话框中选选择合适的的图标，点点击Drew鼠标呈现““+”形，把鼠标标移动到适适当位置点点击左键即即可。5、模型的标标志键图标标（DisplayingStatusKeysForTheModel）通常为了用用不同颜色色显示元素素的不同状状态，在模模型布局的的边缘区域域设置标志志键，可以以起到提示示作用。设设置步骤如如下：1）选择View/Keys选项。2）选择Machine图标，改变变背景颜色色使之与窗窗口颜色相相匹配，然然后点击Draw按钮，当光光标变成十十字尖头的的形状，将将光标移动动到屏幕左左上角要设设置键（key）位置处，，点鼠标左左键创建出出所需要的的标志键。。7.2.3元素细节（（Detail）设计本步骤要分分别定义每每个元素Detail对话框中的的参数。机器的细节节定义：本本模型中对对机器主要要定义它们们的机器类类型、加工工周期、进进入规则和和送出规则则。Witness提供了机器器的类型有有：Single（单流程））、Batch（批处理））、Assembly（组装）、、Production（生产）、、General（通用）、、Multicycle（多周期））和Multistation（多站点））这七种。。通过它们们，可以很很容易地对对实际使用用的机器建建立模型。。本例中四四种机器类类型都是单单流程的。。加工工周周期期（（CycleTime）：：加加工工周周期期可可以以是是固固定定的的时时间间值值，，也也可可以以是是随随机机分分布布函函数数或或表表达达式式。。本本例例中中四四种种机机器器的的加加工工周周期期都都采采用用固固定定时时间间值值。。进入入规规则则（（inputRule）:进入入规规则则有有主主动动（（PUSH）和和被被动动（（PULL）两两种种方方式式。。对对零零件件的的进进入入采采用用拉拉进进规规则则。。送出出规规则则（（OutputRule）：：也也有有主主动动和和被被动动两两种种方方式式。。当当零零件件加加工工完完成成后后，，采采取取主主动动送送出出规规则则。。各机机器器的的加加工工周周期期、、进进入入规规则则、、送送出出规规则则如如表表所所示示。。变量量Output用来来计计算算从从Inspect中输输出出的的Widgets的量量，，将将计计数数结结果果显显示示在在屏屏幕幕上上。。可可以以通通过过设设计计Inspect机器器的的Detail来实实现现，，具具体体步步骤骤如如下下：：1）选选中中Inspect机器器，，双双击击其其图图标标。。2）点点击击细细节节对对话话框框中中的的ActionsOnFinish按钮钮。。3）在在规规则则编编辑辑框框中中输输入入语语句句：：Output=Output+14）点点击击OK确认认。。Conveyor的细细节节定定义义：：1）选选中中c1输送送带带，，双双击击其其图图标标。。2）在在输输送送带带的的移移动动速速度度IndexTime（输输送送带带将将小小零零件件向向前前移移动动一一个个零零件件按按的的长长度度所所需需要要的的时时间间））下下输输入入语语句句：：0.5。3）点点击击OK确认认。。其他他Conveyor元素素C2、C3的细细节节定定义义与与c1的细细节节定定义义相相同同。。7.2.4仿真真运运行行运行行工工具具栏栏中中的的第第一一个个按按钮钮Reset进行行仿仿真真的的复复位位操操作作，，点点击击该该按按钮钮，，系系统统仿仿真真时时钟钟和和逻逻辑辑型型元元素素（（变变量量、、属属性性、、函函数数））的的值值将将置置零零；；Step按钮钮控控制制模模型型以以步步进进的的方方式式运运行行，，同同时时在在InteractBox窗口口中中显显示示仿仿真真时时刻刻所所发发生生的的事事件件，，便便于于理理解解和和调调试试模模型型；；RUN按钮钮控控制制模模