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 管理學院，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)代科學的進步和科學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增加利潤的潛力越來越少。人們在企業(yè)利潤日減的困境中，逐漸發(fā)現(xiàn)研究和改善企業(yè)物流系統(tǒng)會給企業(yè)帶來可觀的利潤。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，生產(chǎn)物流是一個明顯的薄弱環(huán)節(jié)，時間、空間浪費大，重復搬運，流動路徑不合理，產(chǎn)品供貨周期長，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象，采用Witness仿真軟件對該產(chǎn)品生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行分析和仿真研究，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)濟效益的方法和途徑。

1 模型概述

生產(chǎn)物流系統(tǒng)是由設備、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際的工作流程，在規(guī)定的時間內(nèi)順序的改變實體或設備的狀態(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)都是隨機性的，所以本文采取了離散事件系統(tǒng)仿真的思想對其進行研究[4]。

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

2 速凍水餃生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真設計

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。

分別對系統(tǒng)中的各個元素實體進行可視化設置，包括它的Name、Text、Icon、Part Queue、Value等屬性[5-6]。各個實體元素的顯示特征如圖1所示。

2.2 元素細節(jié)設計

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Part元素細節(jié)設計

Name：精選豬肉

Type：Active

Inter Arrival：10.0

Output Rules：PUSH to 攪餡機 （1）

元素“白菜”與“調(diào)味料”細節(jié)設計同元素“精選豬肉”

元素“面粉”與“水”的Output Rules為PUSH to和面機（1）（2）對Machine元素細節(jié)設計

①Name：攪餡機

Type：Assembly

Input Quantity：3

Cycle Time：8.0

Output Rules：PUSH to C1（1）at Rear

②Name：和面機

Type：Assembly

Input Quantity：2

Cycle Time：10

Output Rules：PUSH to C2（1）at Rear

③Name：水餃機

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=速凍冷庫+2500

（3）對Conveyor元素細節(jié)設計

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)分析及改進方案

3.1 模型運行和數(shù)據(jù)報告

設定仿真時間為一天，為1440個時間單位，然后點擊Run按鈕運行模型[7-8]。運行結(jié)果如圖2所示。

圖2 仿真模型運行結(jié)果

選中系統(tǒng)中所有元素，鼠標左鍵點擊Reports菜單中的Statistics選項，彈出數(shù)據(jù)統(tǒng)計報告如表2所示。

表2 仿真模型數(shù)據(jù)分析

表2中Name代表對象名稱，Idle代表機器的閑置率，Busy代表機器的利用率，Blocked代表機器的阻塞率，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

由以上仿真運行結(jié)果可以看出，理論上該車間一天生產(chǎn)能力為237500個水餃，但是造成了46個單位面團的積壓。水餃機有98.96%時間處于忙碌狀態(tài)，而和面機卻有33.33%時間處于空閑狀態(tài)，本來想通過優(yōu)先滿足和面機生產(chǎn)周期來實現(xiàn)降低生產(chǎn)物流成本，卻反而浪費了大量的生產(chǎn)能力。由于原材料為統(tǒng)一供應故無法根據(jù)機器周期確定不同原材料的供應周期，在此將Inter Arrival分別改為1,3,5,7,9,11,13,15,17,19，進行1440單位的仿真鐘推進，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

設定1單位水餃的生產(chǎn)成本為1，其中面團成本占20%，肉餡成本占80%，銷售價格為1.5。借助EXCEL軟件進行統(tǒng)計分析，規(guī)定橫軸為Inter Arrival，表示每批原材料到達的時間間隔，縱軸表示毛利潤。得到如圖3所示的曲線。

圖3 不同Inter Arrival下的毛利潤變化曲線

如圖3所示，當以較短間隔（如1個時間單位）供應原材料時，毛利潤較低；然后隨著時間間隔變長，毛利潤逐漸增大；當?shù)介g隔為9個時間單位時，再增大供應間隔，毛利潤開始逐漸減小直至間隔增大到11個時間單位；然后隨著原材料供應周期的變大，毛利潤也在逐步變大，直到Inter Arrival為15時，毛利潤達到最大為356250；隨后原材料供應周期越長，毛利潤越低。因而，得出當Intel Arrival為15時，毛利潤最大。此時為最優(yōu)原材料供應周期。

4 結(jié) 論

本文圍繞生產(chǎn)物流系統(tǒng)，對生產(chǎn)企業(yè)的離散事件的建模與仿真技術的原理與方法進行了比較深刻的分析，著重研究了計算機仿真技術在生產(chǎn)物流系統(tǒng)的分析方法以及應用。在對某企業(yè)速凍水餃生產(chǎn)物流系統(tǒng)調(diào)研和分析的基礎上，利用Witness仿真軟件對現(xiàn)行的系統(tǒng)狀況進行仿真，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，從而實現(xiàn)了制造系統(tǒng)的整體改進，提高了企業(yè)的市場競爭力。

[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.

[2]徐常凱，郭全成.現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)研究[J].物流科技，2002(6)：3-5.

[3]劉麗文.生產(chǎn)與運作管理[M].北京：清華大學出版社，2002.

[4]施圍.基于EXTEND的生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真研究[D].武漢：武漢理工大學（碩士學位論文），2006.

[5]李釩塵.建模仿真技術在生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的應用[D].大連：大連海事大學（碩士學位論文），2010.

[6]龔波.基于WITNESS的生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真研究[D].武漢：武漢理工大學（碩士學位論文），2008.