系统建模与仿真-第四章课件

4.1生产运营系统4.1.1传统生产系统的含义

生产系统是把生产过程各要素转化为有用产品的系统。这个系统体现为一个把投入变为产出的有序的过程。生产系统就是与实现规定的生产目标有关的生产单位的集合体。它是生产过程与管理有机结合的整体。生产过程提供将资源转换成产品或服务的功能；管理过程则提供为生产过程制定目标和计划，并对计划的实施进行组织和控制，使之不断适应动态变化的环境的功能。

第四章生产系统典型事件1管理1.目标2.计划3.标准转换过程资源1.物质要素2.人力资源3.能量4.信息（可变费用）环境1.机会2.约束3.威胁4.需要1.产品2.服务3.知识1.机器设备的作用与价值的转移2.技巧的应用3.信息的解释和处理（固定费用）绩效衡量产出反馈×生产系统24.1.2现代生产系统——生产运营系统的概念

生产系统是生产产品的制造企业的一种组织体，它具有销售、设计、加工、交货等综合功能，并有对其提供服务的研究开发功能。供应商 投入：材料、资金设备、劳动力信息、能源转换：制造作业服务作业产出：最终段产品和服务用户管理决策决策决策34.1.3生产运营系统的构成要素生产运营系统有5P组成：人力（people）、工厂（plants）、部件（parts）、工艺（processes）、及计划控制系统（planningandcontrolsystem）。

人力包括直接和间接劳动力；工厂包括进行生产的工厂和服务分支部门；部件指那些整个系统的物料；工艺包括设备和产品完成的步骤；计划与控制是运行系统的过程控制和信息管理。4

4.2生产系统典型事件的分析

4.2.1排队系统顾客源排队结构服务机构顾客达到排队规则服务规则离去排队系统的一般模型54.2.1.1排队系统基本知识

要素：顾客与服务台。

顾客：人、机器、飞机、零件、信息等任何一个到达系统并需要服务的实体；

服务台：售货员、出纳柜台、机器、生产线、防空系统和通讯设备等提供顾客所需服务的一切实体。6影响排队系统的主要因素：

1）达到模式一般指接受服务的顾客达到系统的模式，常用实体达到设计间隔的概率率分布表示。排队系统中比较常用的是泊松到达模式。如果排队系统中某类实体的到达模式服从泊松分布，则相继实体到达的间隔时间服从参数为λ的指数分布。7

2）服务模式实际系统中比较常用的服务模式为指数服务模式。若服务过程满足足以下条件：①在互不重叠的时间区间内，各个服务是相互独立的；②服务时间的平均值是一个常数；③在（t，△t）时间内完成一个实体服务的概率与t无关，正比于△t。则服务时间的概率分布为指数分布，其密度函数为

f(x)=μ

3）服务台数目可有单个或多个服务台。通常服务台之间的工作是彼此独立的。

4）系统容量指系统可提供服务的能力。可以是有限的，也可以是无限的。85）排队规则常见的排队规则：先到先服务（FIFO）、后到先服务（LIFO）、优先级服务、随机服务等。一个排队可表示成：

A/B/C/D/E

其中：A为到达模式；B为服务模式；C为服务台的数目；D为系统容量；E为排队规则。指数分布用M表示。如：M/M/1/∞/FIFO9

判断系统运行优劣的基本性能指标通常有下列几种：

1）服务台利用率

ρ=平均服务时间/平均达到时间间隔=λ/μ

由此可知服务台的空闲的概率为（1-ρ）。设顾客达到不需等待既可得到服务的概率为ρ0，则ρ0=1-ρ

2）系统中平均顾客数

L=nPn=ρ/(1-ρ)Pn=ρ0

3）平均队长

L=(n-1)Pn=/(1-ρ)

4）顾客在系统内停留时间

W=1/(μ-λ)

5）平均等待时间WQ=104.2.1.2排队系统建模

1）单队列、单服务台系统建模（SQSS

：singlequeuesingleserve）仿真时钟迈进顾客到达系统服务台状态置忙队列长度加1顾客排入队列记录顾客到达时间安排服务完成时刻确定服务所需时间等待服务台闲？YNSQSS顾客到达事件处理流程图11仿真时钟迈进到达服务完成时刻服务台状态置闲确定服务所需时间进行等待时间统计按排队规则选一顾客等待队列为空？YN队列中顾客到达时间更新

队列长度减1安排服务完成时刻SQSS服务完毕事件处理流程图122）单队列多服务台系统建模（SQMS：singlequeuemultipleserve仿真时钟迈进顾客到达系统选择一空闲服务台队列长度加1顾客排入队列记录顾客到达时间安排服务完成时刻确定服务所需时间等待服务台都忙？YNSQMS顾客到达事件处理流程图被选服务台状态置忙13仿真时钟迈进到达服务完成时刻服务台状态置闲确定服务所需时间进行等待时间统计按排队规则选一顾客等待队列为空？YN队列中顾客到达时间更新

队列长度减1安排服务完成时刻SQMS服务完毕事件处理流程图143）多队列单服务台系统建模（MQSS：multiplequeuesingleserve）仿真时钟迈进实体i到达系统实体i的需求置否队列i长度加1实体i排入队列i记录实体i到达时间安排服务完成时刻确定服务所需时间等待服务台需要实体i？YNMQSS顾客到达事件处理流程图服务台状态置忙所有实体需求为否？

YN15仿真时钟迈进到达服务完成时刻队列2为空？NMQSS服务完毕事件处理流程图队列1为空？队列n为空？N实体1需求置真按排队规则选实体1进行等待时间统计队列1中顾客到达时间更新

队列1长度减1Y实体2需求置真按排队规则选实体2进行等待时间统计队列2中顾客到达时间更新

队列2长度减1YN实体n需求置真按排队规则选实体n进行等待时间统计队列n中顾客到达时间更新

队列n长度减1Y所有实体需求为否？N确定服务所需时间Y安排服务完成时刻服务状态置闲等待...164）多队列多服务台系统建模MQMS仿真时钟迈进实体i到达系统按服务规则选择实体i满足需求的服务台j队列i长度加1实体i排入队列i记录实体i到达时间安排服务台j服务完成时刻确定服务所需时间等待服务台需要实体i？YNMQMS顾客到达事件处理流程图服务台j状态置忙服务台j所有实体需求为否？

服务台j的实体i需求置否YN17仿真时钟迈进到达服务台j的服务完成时刻队列2为空？NMQMS服务完毕事件处理流程图队列1为空？队列n为空？N

服务台j实体1需求置真按排队规则选实体1进行等待时间统计队列1中顾客到达时间更新

队列1长度减1Y

服务台j实体2需求置真按排队规则选实体2进行等待时间统计队列2中顾客到达时间更新

队列2长度减1YN

服务台j实体n需求置真按排队规则选实体n进行等待时间统计队列n中顾客到达时间更新

队列n长度减1Y所有实体需求为否？N确定服务所需时间Y安排服务台j服务完成时刻服务状态置闲等待...184.2.2库存系统4.2.2.1库存系统的基本知识

需求：这是库存系统的输出，如原材料的“消耗”、商品的“销售”等会减少。需求量的变化有确定性和随机性两种。

订货：是库存系统的输入。库存量得到补充。库存系统一般要研究的问题是在不同的需求情况下的库存策略。包括：每隔多长时间需要一次订货，定货量是多少？19那么库存策略的优劣如何评价？

一般以采用此策略后管理上所需的费用作为衡量标准。费用少，策略就好。

保管费：使用仓库、货物保管及因货物损坏变质等所需的费用，一般与货物数量成正比。

订货费：包括订货所需的手续费、货物本身的价格以及运输费，以及订货的管理费等。

缺货费：由于货物不足、供不应求所造成的损失，如失去销售机会、停工待料等的损失。一般与缺货物数量成正比。204.2.2.2库存系统建模依据需求量及订货时间为确定或随机的，库存系统可分为确定性库存系统与随机库存系统。

（1）确定性库存系统确定性：需求量及订货的提前时间是一个已知的确定量。这类问题的最优库存方案是使库存各项费用之和最少。

解决库存问题最常用的模型为EOQ（经济定购批量：economicorderquantity）模型。

EOQ模型的基本假定和已知参数如下：

1）仅考虑一种物品的存储问题，需求不允许拖后，设需求是连续均匀的，即需求速率恒定为R。

2）假定一旦订货，存储量可立即得到补充，即订货提前期为零。

3）每次订货的费用为C3，单位时间内每件物品的存储费用为C1。21该模型的存储量变化情况如右图所示：存储时间t0t1t2存储量R假定每隔t时间补充一次库存，那么订货量必须满足t时间的需求Rt，记订货量为Q，则Q=Rt，货物单价为K，则得到t时间内总的平均费用：

C(t)=C3/t+KR+0.5C1Rt

求出最优订货时间间隔t0=sqrt(2C3/C1R)，最优订货批量Q0=Rt0=sqrt(2C3R

/C1)22（2）随机库存系统模型需求的提前期、需求量、周期三要素至少有一个是随机的，其概率或分布为已知。这种情况下可选择的策略有定期订货、定点定货和（s，S）等。我们对（s，S）进行讨论，对要讨论的模型做如下假设：

1）在每个周期t开始时，检查库存量，如果小于s，则订货，订货量为S与当前库存量的差值；如果大于s，则不订货。

2）订货提前期服从的随机分布函数已知。

3）需求量为已知分布密度的离散性随机变量。

4）在各周期内，随机变量的分布密度不变。

5）允许却货，但需要随后补足。

6）总管理费为订货费、库存保管费和却货损失费3项费用之和。

7）需求订单的批量用d(t)表示，采购订单的批量用p(t)表示，采购次数为n，采购管理费为k元/次，采购费率为R1，存储费率为R2，缺货费率为R3。23仿真时钟迈进期初订货决策事件确定采购量确定最早达到采购订单采购订单队列加1等待库存量小于s？YN采购决策事件流程图确定采购达到时间24需求订单到达事件更新缺货密度处理库存量减少需求批量等待库存量小于零？YN需求达到事件流程图记录此时刻为上一事件发生时间确定批量，确定下一订单达到时间仿真时钟迈进更新库存密度处理25采购到达事件更新密度缺货处理等待库存量小于零？YN采购达到事件流程图记录此时刻为上一事件发生时间库存量增加采购批量仿真时钟迈进更新库存密度处理264.2.3流水生产组织

1.流水线生产的特征和形式

流水线是指劳动对象按照一定的工艺路线通过各个工作地，并按照统一的生产速度（节拍）完成工艺作业的连续的、重复的生产过程。流水线具有的特征：

1）工作地的专业化程度高；

2）具有明显的节奏性；

3）各工序的生产能力平衡或成比例；

4）工艺过程封闭、单向；

5）具有高度的连续性。27新飞空调事业部流水生产线一角28新飞空调事业部流水生产线一角29新飞冰箱事业部流水生产线一角304.2.3.2流水线的分类

1）按加工对象的移动方式：固定流水线、移动流水线。

2）按流水线生产对象的种数：单品种、多品种流水线。

3）按加工对象的轮换方式：不变流水线、可变流水线和混合流水线。

4）按生产过程的连续程度：连续流水线、间断流水线。

5）按流水线的节奏：强制节拍流水线、自由节拍流水线。314.2.3.2流水线的组织条件

1）品种稳定单一，产量足够大，长期供应，单位劳动量大，保证设备足够负荷。

2）产品结构和工艺相对稳定。

3）工艺过程既可划分为简单的工序，又具有相互合并。

4）原材料和协作件的标准化、规格化，且按时供应。

5）机器设备始终处于完好状态，严格执行计划预修制度。

6）工作必须符合质量标准。

7）厂房和生产面积适合安装流水线。324.2.4准时化市场的现场控制——看板管理

1。JIT的现场“拉动”方式（1）“推动式”和“拉动式”

推动式：根据生产计划的要求，确定每个部件的投入产出计划，按计划发出生产和订单指令。每一个工作中心按计划制造工件，并将加工完的工件送到后续工作中心，不管后续工序工作中心是否需要。

拉动式：由代表顾客需求的订单开始，根据市场需求制定生产计划和总装顺序计划，从产品总装配出发，每个工作执行按照订单对零部件的需要，向前一工序提出要求，发出工作指令，前工序工作中心完全按照这些指令进行生产，这样反工艺顺序地逐级“拉动”前面的工作中心，甚至“拉”到供应厂或协作厂。334.2.4准时化市场的现场控制——看板管理（2）“一个流”生产：指在生产线内任何两道工序间流动的在制品数不得超过紧前工序的装夹数。一般流动的在制品为一件，简称“一个流”。34

2看板管理（1）看板及其在生产现场控制中的应用看板是JIT的核心，愿意是指“可视化记录”，卡片或标签等，应用控制生产、运送和采购指令。看板上需要包括一下信息：物品名称、物品编号、物品描述、容器类型、容器容量、看板识别码、紧前工序和紧后工序等。

35（2）看板的形式和分类

看板生产订货看板取货看板一般生产看板工序间取货看板三角看板外协取货看板

各类看板的功能：

1）生产订货看板：在一个工厂内，指示某工序加工制造规定数量工作所用的看板，分为：

a.一般生产看板。