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1、基于SFC的生产物流优化摘要：随着市场经济的快速发展，市场竞争日趋加剧。如何更好地加快我国生产企业的发展步伐，增强企业的竞争实力，是生产企业所面临的严峻任务。因此生产物流系统中所蕴藏的巨大潜力越来越引起人们的注意,在提高加工制造设备本身能力与效益的同时，挖掘物流的潜力，降低生产成本，优化企业组织机构和运作管理方式，追求生产系统整体效益的提高，己经成为现代化生产的重要内容。本文建立在生产物流平衡原理的基础之上，应用车间作业控制的基本方法以及工业工程基本理论对某生产物流活动进行测定，应用仿真技术解决该公司生产物流效率低下，严重制约生产力的问题，提出改进方案，对于优化该企业的生产物流活动起到了非常重
2、要的作用。关键词：生产物流；车间作业控制；仿真optimizing the Logistics of StreamIine Based on SFCAbstract: With the improvement of the market economy, market competition become more and more aggravated, we should realize that the key to improve the comprehensive competitive capacity is to how to quicken the step of manufa
3、cture enterprise. so people have been paying more and more attention to the huge potentialities reserved in the logistics system. While the capacity and benefit of processing and productive equipments are being improved, it has become the important mater of production modernization to dig the potent
4、ialities of the logistics system, reduce the cost of production, optimize the organization and administration of the enterprise, and enhance the enterprises total efficiency. Based on the balance theory of Production Logistics , This paper used not only the basic tools of the Shop floor control but
5、also the basic methods of the Industrial Engineering to determine the Production Logistics of a enterprise . It did a great job in resolving problems of insufficient productivity in the interprise.And put forward an improved design at last. It is especially important for the improvement of the inter
6、prise.Key words: Production Logistics；Shop floor control；Simulation331 绪论1.1 选题背景及意义随着市场经济的快速发展，市场竞争日趋加剧。如何更好地加快我国生产企业的发展步伐，增强企业的竞争实力，是生产企业所面临的严峻任务。在当今激烈的市场竞争形势下各产品制造商都在其所熟悉的核心业务即通过节约原材料或者提高生产效率来降低成本，都已做出了很大的努力，其次可以进一步改善的就是采购和生产过程中的搬运、装卸、运输、包装、配送等物流活动。因此，加强企业生产物流研究，对企业物流系统进行优化，从而提高生产物流的效率缩短产品的生产制造周期
7、，提高企业产品的市场竞争能力，增强企业竞争力有很大的作用。企业进行生产物流优化的最终目的是提高产量，降低成本，从而达到利润最大化。根据“木桶原理”，一条生产线形如木桶盛水，其“盛水量”取决于构成该木桶最短那块木板的长度。如果想让木桶尽量多盛水，就必须加长最短那块板。对于一条生产线来说，整条生产线的产量取决于该生产线中耗时最长的那道工序，即瓶颈工序。因此若想提高生产率就必须首先找到这条生产线的瓶颈工序，并对瓶颈工序进行优化处理。所以对于生产物流优化最重要的一个问题就是找出瓶颈工序，并对这道工序进行改进处理。生产流水线为连续生产线，则为理想状态，生产线会趋于平衡。而如果是离散流水线，由于各工序加工
8、时间的差异，产品加工过程中经常会出现停歇、等待现象，生产能力不平衡，因此这类生产线中经常看到有的工序很忙，没有停歇时间，但是有的工序则空闲率很高，在生产中大部分时间处于空闲状态，从而使生产设备和人员的利用率不高，生产能力悬殊，比例失调，整条生产线最终产量不理想1。生产能力平衡是生产物流优化的一个重要问题。加强企业生产物流研究，对企业生产物流系统进行优化，从而对提高生产物流的效率缩短产品的生产制造周期和增强企业竞争力有很大的作用。1.2 国内外企业物流研究状况及趋势 由于科学技术的迅速发展，现代的物流技术已经不单单只是包含了机械学、管理工程学、计算机学和运筹学的综合科学，现代物流学可以说是一个系
9、统工程，为了能够更好的提高企业乃至生活中方方面面的物流效率，国内外的物流研究以及发展都有了一些变化，总结国内外物流研究进程，企业物流的研究主要集中在以下几方面：(1) 关注对国家企业物流政策的研究。为了给物流的发展提供一个更好的社会政治环境，保障物流业的良性发展,全球各国纷纷出台了与物流相关法律条款及政策法规，例如美国在八十年代通过了汽车承运人规章制度改革和现代法案以及斯泰格斯铁路法，这些法规的出台有力的推动了道路运输环境，九十年代又相继通过了协议费率法、机场航空通道改善法和卡车运输行业规章制度改革法案，从而减少了联邦法案的约束，推动了物流也接近了“自由市场体系” 2。我国从上世纪80年代开始
10、引进了物流这个概念，同时也在市场的开放和保证公平竞争方面放松了对物流业的管制和约束，并制定了一系列适合市场经济运作要求的物流发展规章制度，并于2004年下发了关于促进我国现代物流业发展的建议文件，所有这些政策的出台都极大推动了我国物流业与国外接轨打下了基础.(2)在物流各个业务领域，注重战略管理和研究。任何一个产业的发展都要经历形成期、发展期、成熟期和衰退期四个时期。当然物流行业也是如此。面对越来越激烈的物流市场竞争，各个企业也都对其未来较长时间内发展方向、经营领域、经营规模和经营成果等制定中长期的策略和规划。例如日本企业在从事物流作业的同时，引进信息系统来改善他们的物流，并在系统使用上取得迅
11、速发展。他们不但已经认识到一个成功的物流战略的重要性，而且在制定和管理战略上已经取得一定的成果3。(3)在物流基础环节领域，研究趋于专业化。物流系统是由各个相互关联的环节有机组合而成整体，在研究各个环节的关系、相互作用和协调性的过程中，对于物流基本环节的深入研究。不但有助于提高并发挥各个环节本身的优势，更重要的是，随着深入的研究基本环节新的联系将显现出来，从而可能在新的技术和科技手段的参与下更有效地改善整个系统的结构和效能。例如现代包装技术利用信息技术协调设计、生产、运输、使用和回收的各个环节，将现代化工技术用于原材料生成，将生化技术用于CIMS集成上述各个环节。因此越来越多的专业技术人员不断
12、加入到物流基本环节的研究中来4 5。(4)更加重视物流系统的开发技术和研究设备。物流系统技术和装备的研究主要致力于提高物流系统的自动化和灵活性水平上，在提高物流自动化水平方面，已有诸如AGV（Automated Guided Vehicle,自由引导车辆）、GPS(定位系统)等，这些技术都极大的提高了物流的自动化和少人化程度；而在企业物流灵活性方面，通过导入POS（Point Of Sales,销售点终端）系统与EOS(Eytes Of Sky,企业监控系统)，也极大地推动了流通的效率。例如企业物流就是一个典型的例子，企业内部物流的管理英语控制，依靠网络技术与数据库技术保证了整个系统的正常运行
13、，并通过现代管理中的JIT方式推广到流通领域，提供所谓的“多频度少量配送”，通过构建多功能物流中心，整合与优化物流，提高物流系统一体化从而提高效益和增进服务。(5)仿真技术在物流研究中广泛运用。首先在物流设施规划和布置设计方面，仿真技术可以对物流系统进行平面设计及机械设备，装置的布置，研究物流平面规划的合理性，提高物流系统的综合利用率；其次在物流系统优化以及供应链管理和控制方面，借助仿真软件实际显示现有物流系统的运作情况，通过模拟软件仿真输出的系统运行数据对系统进行评价，找到瓶颈，从而达到改善物流系统的目的；同时仿真技术还可以具备进行物料控制，协调物料的运输调度，进行成本核算等作用1.3 论文
14、研究内容 在现代物流高度发展的时期，想要合理化改进生产物流，必须要在对企业的生产条件、生产现状充分了解的前提下进行系统整体优化，基于此，本文的研究思路是： 首先以车间作业控制方法为基础，收集企业生产线中的各种数据以及描述企业生产加工过程，并加以工业工程的相关技术方法，查找影响整个生产物流系统效率的因素，从而有效改善系统的不稳定因素，达到生产制造系统与生产物流系统的协调。 其次，确定生产物流系统的瓶颈，研究系统的物流优化方案。对于一条生产线而言，整条生产线的产量取决于该生产线中生产总耗时间最长的那道工序，即瓶颈工序。因此若想提高生产率首先要找到这条生产线的瓶颈工序，对瓶颈工序进行优化处理。对于流
15、水线生产物流优化最重要的一个问题就是找出瓶颈工序，并对这道工序进行改进处理。所以分析系统瓶颈确定后，就基于约束和瓶颈原理提出改进方案。 第三，根据以上步骤所了解的数据以及生产流程，应用Witness仿真软件对案例进行模拟仿真，最后并对整个仿真优化研究进行分析和验证。论文总体框架如图1-1所示：某企业生产物流研究仿真优化评价绪论l 选题背景及意义l 企业物流研究状况及趋势l 论文研究内容基于SFC的生产物流优化基本理论l 企业物流概述l 生产物流概念l 生产物流平衡原理以及意义l 车间作业控制l 优化生产物流基本原则l 生产物流主要涉及领域l 基于Witness的生产物流优化l 某企业生产仿真优
16、化l 系统瓶颈优化处理l 仿真结果对比、评价图1论文总体框架2 基本理论2.1 企业物流概述物流按照其业务目的可以分为：供应物流、生产物流、销售物流、回收物流和废弃物流。根据物流的规模和范围，又可分为社会宏观物流（大物流）和企业物流（也称小物流）6。制造型企业物流结构图如图21所示。注：销售物流生产物流供应物流供应商原 材 料储 存生产过程在制品储存成品储存顾客物料流信息流图21企业物流结构图企业物流是指企业生产经营过程中，物品从原材料供应，经过生产加工，到产成品和销售，以及伴随生产消费过程中所产生的废弃物的回收及再利用的完整循环活动。从系统论角度分析，企业物流是一个承受外界环境干扰作用的具有
17、输入转换输出功能的体系7. 物流活动便是伴随着企业的输入转换为输出而发生的，物流渗透到企业的各项经营活动之中。输入是指企业生产活动所需生产资料的输入供应，即供应物流。它是企业物流过程的起始阶段。供应物流是保证企业生产经营活动正常进行的前提条件。企业物流系统的转换是指企业生产物流，它是企业物流的核心部分。 销售物流是企业物流的输出系统，承担完成企业产品的输出任务，并形成对生产经营活动的反馈因子，销售物流是企业物流的终点。2.2 生产物流概念企业的生产物流活动是指在生产工艺中的物流活动。一般是指原材料、燃料、外购件投人生产后，经过下料、发料，运送到各加工点和存储点，以在制品的形态，从一个生产单位(
18、仓库)流人另一个生产单位，按照规定的工艺过程进行加工、储存，借助一定的运输装置，在某个点内流转，又从某个点内流出，始终体现着物料实物形态的流转过程。因此也决定了生产物流的特点如下：（1）物流过程的连续性、流畅性。它是指物料总是处于不停的流动之中，包括空间上的连续性和时间上的流畅性。空间上的连续性要求生产过程各个环节在空间布置上合理紧凑，使物料的流程尽可能短，没有迂回往返现象。时间上的流畅性要求物料在生产过程的各个环节的运动，自始至终处于连续流畅状态，不能发生不正常的阻塞，没有或很少有不必要的停顿与等待现象。（2）物流过程的平行性。它是指物料在生产过程中应实行平行交叉流动。平行指相同的在制品同时
19、在数道相同的工作地(机床)上加工流动；交叉指一批在制品在上道工序还未加工完时，将己完成的部分在制品转到下道工序加工。平行交叉流动可以大大减少产品的生产周期。（3）物流过程的比例性、协调性。它是指生产过程的各个工艺阶段之间、各工序之间在生产能力上要保持一定的比例以适应产品制造的要求。比例关系表现在各生产环节的工人数、设备数、生产面积、生产速率和开动班次等因素之间相互协调和适应，所以，比例是相对的、动态的。（4）物流过程的均衡性、节奏性。它是指产品在生产过程的各个阶段，从原材料的投入到产成品的入库，原料、零部件、外协外购件、在制品、成品等物料的流动都应按计划有节奏或均衡地运行，要求在相同的时间间隔
20、内生产大致相同数量，均衡完成生产任务。因此在安排生产时，应考率其节奏性。（5）物流过程的柔性、适应性。 它是指加工制造的灵活性、可变性和可调节性。即在短时间内以最少的资源从一种产品的生产转换为另一种产品的生产，从而适应市场多样化、个性化的要求。为了支持生产过程的快速适应能力，物流过程同样应具备相应的应变能力，与生产过程相适应。（6）物流过程的准时性。它是指生产的各阶段、各工序都按后续阶段和工序的需要生产，即在需要的时候，按需要的数量，生产所需要的零部件。只有保证准时性，才有可能推动上述连续性、平行性、比例性、均衡性。（7）企业物流成本的二律被反性。企业物流的各个环节之间存在交替损益的关系，任何
21、一个环节的过分削弱都会影响到整个物流系统的强度。在追求综合效益最佳时，要重视系统观念。2.3 生产物流“平衡”原理以及意义为了解决各个工序间由于各种情况所导致的不平衡现象，以及由此导致的生产物流停滞现象，实现生产的连贯性与均衡性，基于车间作业控制的基本方法和IE的基本思想理论就提出了生产平衡（Streamline Balancing）所谓生产平衡就是对生产线的全部工序进行平均化、调整作业负荷，以使作业时间尽可能相近的技术手段与方法，是生产流程设计及作业标准化中最重要的方法体系8。“平衡“作为一种思想理念是IE的一种管理手段的指导思想，也是解决生产物流系统中存在的相似情况的重要理念。把“平衡”理
22、论引入生产物流优化研究中为我们的研究工作找到了突破口。2.3.1 生产物流“平衡”原理 广义上来说，“平衡”原理是指自然界的任何物质或能量再起运动变化的过程中一定会受到某种平衡关系的支配。而对“平衡”原理的研究，则是要观察和把握实际问题中的平衡现象和环节9。对于生产过程中的平衡，目前国内学者大多只是在定性的层面对生产线的平衡做出了模糊地概述，本文在基于生产线平衡原理的基础上，把平衡原理引入到生产物流领域进行研究。 生产线平衡的定量化研究主要对生产系统中的各工序总时间，人或机器工作周期进行研究，计算公式如下9： （公式2-1） =1-生产线平衡率 （公式2-2）即决定生产线作业周期的工序时间只有
23、一个最长工序的工作时间Pitch Time,也就是周期时间(Cycle Time)等于Pitch Time。 由于生产线上各工序间的衔接过程及生产物流过程，因此，在考虑到工序的衔接时间时，各工序间的衔接时间也很大程度上影响了生产线的平衡，所以把平衡原理应用于生产物流，主要表现在高效生产物流系统给整个工艺生产过程流转速度的提高。2.3.2 生产物流系统“平衡”的意义 追求生产系统的平衡对于制造业企业生产物流优化有着非常重要的意义：（1）实现均衡生产，有利于保证设备人力的负荷平衡，提高设备的利用率； （2）顺畅的物流生产过程有利于节约物质消耗和资金的占用，从而降低生产成本；（3）平衡的物流生产系统
24、有利于企业建立正常的生产秩序和管理秩序，也有利于保证企业产品的质量和安全； （4）平衡的生产物流可以带动企业建立方便快捷的企业物流系统，有利于提高企业对市场的反应速度； （5）建立实施生产物流平衡，不仅有利于企业管理者对IE的了解，也会在员工中建立起职业素养，提高他们的职业技能。2.4 车间作业控制车间作业控制（Shop floor control，SFC）是计划与部件的结合处（where planning meets parts）。它是生产计划与控制体系的基础。定义良好的SFC模块既控制通过工厂的物流，有使得生产计划体系的其他部分易于设计和管理。车间作业用“控制”而不用“计划”。控制在这里有
25、三个意义： 首先是控制生产作业在执行中不偏离MPS/MRP计划；其次是出现偏离时，采取措施，纠正偏差。但实践中人们往往不太关心它。部分原因是，它被过于狭隘地看作是纯粹的物料流动控制。在这种观点之下，似乎一旦拥有良好的排程，SFC功能就可以通过连接到部件的路由选择（routing slip）以及给定要访问的加工中心的顺序来实现；工人仅仅按排程给定的顺序加工部件，然后依据路由选择移动它们。任何的排程体系都不希望有随机扰动，但SFC模块无论如何都要适应它们。然而物料流动控制只是SFC的一个非常小的关注点。当考虑到SFC应有的其他功能，这个模块就在整个的计划层级中呈现非常重要的作用10。图22显示了可
26、以整合进入SFC模块的功能序列。这些功能的核心是物料流动控制（material flow control，MFC），没有它，SFC就不是车间作业控制。尽管SFC有时被狭隘地理解为只包括物料流动控制，它还包括一些与物料流动控制紧密相关的其他功能，良好的SFC模块可以为它们提供平台。状态监控作业预测物料流动控制WIP追踪能力反馈质量控制产出追踪 图2-1 SFC的功能序列下面介绍一下SFC中各功能模块的意义WIP（work in product）指的就是工作中心在制品区。为工作中心提供原材料、完成产品、半成品的存储货位。 在JIT的管理思想中提到了看板卡，在这个看板中就记录着WIP量、库存量等相关
27、，它用JIT对车间进行管理提供了重要数据。WIP追踪包括识别产线中部件的当前位置。它的执行可以很详细以及自动化（如，通过光电扫描仪），或者很粗糙以及手工记录（如，在产线特定点处的日志）。 状态监控（status monitoring）指的是对WIP位置之外的其他参数，如机器状态（即，开机或关机）、班次情况，进行监控 产出追踪（throughput tracking）针对一个建立的生产定额和/或客户交期测量产线或工厂的产出，并可用于预测超时或变班的需要。能力反馈（capacity feedback）功能对于高层级的计划模块与低层级的执行模块一致是非常重要的。由于SFC模块管制通过工厂的物料运动，
28、它很自然地成为测度产出的位置。通过随时间向前监控输入，我们可以估计产线或工厂的实际产能移动点代表了品质保证的天然机会，这个事实建立了SFC模块与质量控制（quality control）之间的联系。物料流动控制功能必须认识到需要替换被拒绝的工件或者重工将带来工件到达的延迟；WIP追踪功能必须注意到这些工件并未如预期般移动；作业预测功能必须考虑这些延迟从而组织作业投射。此外，由于质量问题必须放在控制的目标下考虑，所以常常能很方便地用这个系统对其保持记录。这些记录提供了与监控质量绩效以及识别改善机会的统计过程控制（SPC）之间的联系。因此基于生产物流优化的需要，在车间作业控制设计时需要考虑的因素大
29、概也有以下几个方面：2.4.1 总产能控制生产控制体系在稳定环境下运行得最好。从制造的角度来看，我们想要建立产线并在在良好、节奏稳定、无扰动的条件下运行。事实上，在很大程度来说，这正是强调生产平滑和压缩换模时间的JIT竭力去做的。但创造一个平滑、简易的生产环境可能与赚钱、增长、保持市场份额以及确保长期生存能力的业务目标相冲突。客户需求波动、产品形成与衰退以及技术竞争促使我们依赖新的和不稳定的制程。因此， 当我们对市场需求做出反应时，也可以做些事情来避免工厂内部不必要的波动。一种稳定SFC运行环境的方法是，使用总产能控制来确保产线运行时接近最优负荷。目标是通过控制产线使用的全部或部分时间来避免产
30、线速度的剧烈摇摆11。总产能控制的具体选择包括：（1）改变班次的数目。例如，每天的三班时间可用于重大需求时段，而每天只排两班可用于较轻的需求时段。工厂可以通过这个选择将产能与需求的季节波动匹配。然而，它一般涉及解雇和重新雇用工人，所以仅仅适用于长期需求变动（如，数月或更长）。（2）改变每周工作日的数目。例如，周末可用于满足需求的激增，由于周末工人可以得到加班费，工厂可用这种方法实现比改变班次更小的影响。（3）改变每日工作小时的数目。计划的加班的另一个来源是延长工作日，例如，从八小时到十小时。（4）改变班次的水平。在手工作业中，产能可以通过增加工人数目（如，从工厂的其他部分浮动工人过来，或雇用临
31、时工）而提高。在多机工站，管理人员可以通过改变使用中的机器数量来改变产能，可能也需要班次的变化。2.4.2 瓶颈规划 我们知道生产线速率最终决定于瓶颈，也就是最慢的作业。基本工厂动力学的简单单产品、单路线产线中，瓶颈作业代表了产线的最大速率。对于瓶颈规划的讨论可以得出以下结论：（1）稳定的瓶颈更易于管理。瓶颈界定清晰的产线比瓶颈复杂漂移的产线较易于建模 （即使用传送带模型）和控制。管理人员可以聚焦于瓶颈状态，并在考虑产线其他部分时几乎只关注它们对瓶颈的影响。如果碰巧是一条明确瓶颈的产线，我们就可以通过给予瓶颈良好处理，提供对其状态精确监控的SFC模块来利用这个（2）瓶颈可以被设计。尽管某些制造
32、系统的瓶颈状况或多或少地受其他因素决定（如，所有关键制程的产能由于费用太高而不能改变），我们还是能够主动地影响瓶颈。例如，我们可以通过在某些工站处增加产能，确保它们在事实上永远不会限制产出，来降低潜在瓶颈的数量。在产能不贵的工站，这样做是合理的。2.4.3 控制的跨度 控制跨度（span of control）指的是受经理直接监督的雇员数量。一般说来，合理的控制跨度在10人左右。工人远远多于这个数字的产线将可能需要中等层级的管理（领班、首席技师、多层次的产线经理）。产线如何分解，从瓶颈设计、控制跨度或其他方面考虑，都与SFC模块的结构相关。取决于产线的复杂性，经理们或许可以在从生产控制系统受助
33、不多的条件下，协调通过他们负责的产线的物料流动。 3 某企业生产物流优化3.1 优化生产物流的基本原则一般生产物流的设计原则是：（1）距离最小原则。物流过程不增加任何附加的价值，徒然消耗大量的人力、物力和财力，要尽量缩短物料及各种零部件的移动距离，使各类活动能够紧密衔接，降低物流量，减少费用。在满足生产需要和工艺要求的前提下，合理的进行工厂的布局，工厂建筑物的相对位置决定了物流的路线系统，因此工厂布置应经多种方案的对比，使物料移动路线最短，尽量避免物流路线的迂回和交叉。使物流“距离”要短，搬运“量”要小12。（2）流动性原则。良好的企业生产物流系统应该流动顺畅，消除无谓停滞，力求生产过程的连续
34、性。当物料向产品方向前进时，应尽量避免工序或作业间的逆向、交错流动或发生与其它物料混杂的情况。（3）高活性指数原则。所谓活性指的是已经放置好的物料进入装卸搬运状态时的难易程度。从活性的观点来分析、研究物料的放置和所处状态就称为装卸搬运的活性分析。3.2 生产物流主要涉及的领域3.2.1 工厂布置工厂布置是指工厂范围内，各生产手段的位置确定，各生产手段之间的衔接和以何种方式实现这些生产手段。具体来讲，就是机械装备、仓库、厂房等生产手段和实现生产手段的建筑设施的位置确定13。这是生产物流的前提条件，应当是生产物流活动的一个环节。在确定工厂布置时，单考虑工艺是不够的，必须要考虑整个物流过程。3.2.
35、2 工艺流程工艺流程是技术加工过程、化学反应过程与物流过程的统一体。在已往的工艺流程中，如果认真分析物料的运动，会发现有许多不合理的运动。例如，厂内起始仓库搬运路线不合理，装卸搬运次数过多；仓库对各车间的相对位置不合理；在工艺流程中物料过长的运动，迂回运动，相向运动等。这些问题都反映了工艺流程缺乏物流考虑。工艺流程有两种典型的物流形式：（1）被加工物固定，加工和制造操作处于物流状态。例如建筑工程、大型船舶制造工程等等。（2）加工和制造的手段固定，被加工物处于物流状态。这种工艺形式是广泛存在的形式，如化学工业中许多在管道中的化学反应过程，水泥工业中窑炉内物料不停运动完成高温热化学反应过程，高炉冶
36、金过程、轧钢过程等等。更典型的是流水线装配机械、汽车、电视机等，都属于这种类型。被加工物及加工手段都在运动中完成加工的工艺。除去上述两类极端工艺外，许多工艺是两类的过渡形式，并具两类的特点。3.2.3 装卸搬运生产物流中，装卸搬运是其中一种发生最广泛、发生频度最高的物流活动，在整个生产过程中，装卸搬运耗费巨大，所以是在生产领域中物流主要功能要素的主要体现，是生产领域中物流可挖掘的主要“利润源”。大部分人皆会认同搬运是一种无效的动作，也有人会认为搬运是必须的动作，因为没有搬运，如何做下一个动作，很多人都有这种想法。正因为如此，大多数人默认它的存在，而不设法消除它。有些人想到用输送带的方式来克服，
37、这种方式仅能称之为花大钱减少体力的消耗，但搬运本身的浪费并没有消除，反而被隐藏了起来。因此，要彻底的消除装卸搬运造成的浪费，不仅要从如何做好装卸搬运来考虑，更应该从装卸搬运的存在是否有必要来考虑。3.3 基于Witness的生产物流优化物流概念的提出, 最早始于1930初。物流系统是指在一定的时间和空间里, 由物资、包装设备、装卸搬运机械、运输工具、仓储设施、人员和通信联系等若干相互制约的动态要素所构成的具有特定功能的有机整体。其目的是实现物资的空间效益和时间效益, 在保证社会再生产顺利进行的前提条件下, 实现各种物流环节的合理衔接, 并取得最佳的经济效益。物流系统是一个可分的、动态的、跨地域
38、、跨时域的“ 人- 机系统”。系统仿真是指通过建立和运行系统的计算机仿真模型, 来模仿实际系统的运行状况及其随时间变化的规律,在这个过程中, 通过对仿真运行过程的观察和统计, 得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特性, 以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。目前仿真领域有许多仿真软件，例如Witness、Flexsim和Auotomod等，本章就以Witness软件为研究平台，建立在前几章理论研究的基础上，来对该企业的生产物流进行仿真优化研究物流系统及系统仿真。3.3.1 Witness软件介绍 Witness是有英国AT&TISTEL公司推出的，功能强大的仿真软件系统。他可以用于离散时
39、间系统的仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真，它采用的是面向对象的建模方法，打破其他仿真软件面向过程的方式，因而建模更加灵活，使用更加方便。目前，Witness代表了最新一代仿真软件的水平，它主要具备了以下特点：(1)交互式面向对象的建模环境。将对象的图形和逻辑关系集成在一起，建模过程面向对象，在模型建立的任何时刻，允许对某些单元进行逻辑关系的重新修改和定义。(2)灵活的执行策略。允许通过交互界面定义各种系统执行的策略，如排队优先级，物料发送规则等。(3)工程友好性强。Witness所提供的物理单元从分考虑了可能遇到的各种工程实际需要，如对机器单元提供加工周期维修时间、
40、设置时间，刀具更换时间、暂停时间等。(4)实时的彩色动画显示。系统逻辑单元建立的同时，可以建立相应的图形模型，并彩色显示在屏幕上。模型运行过程实时动画显示出系统的运行过程，从而辅助建模和系统分析。(5)直观灵活的报告输出。仿真结果可以以表格、曲线图、饼图和直方图四种方式输出。输出可实时的与系统动画运行显示同步的出现在屏幕上，便于仿真分析。(6)建模、仿真运行过程可交叉进行。在模型运行的任意时刻，可以中途停止，对模型进行修改（增加单元和修改原有单元）。(7)一体化的统计分析。仿真输出结果可直接进入统计分析模块进行处理，得到仿真结果的置信区间和置信度。(8)灵活的输入界面面。除了菜单引导的输入方式
41、外，还可以文件形式输入有关的参数。(9)丰富的建模单元。Witness提供了丰富的建模单元，可以组成各种复杂的建模系统，从而可以适应各种系统仿真的需要14。3.3.2 Witness仿真优化步骤Witness对生产线进行仿真优化的一般步骤一般如图3-1所示描述问题收集资料，建立物理模型建立仿真模型运行仿真模型，分析输出结果符合要求总结仿真结果模型优化分析不符合要求 图3-1 Witness仿真优化步骤 (1)描述问题，确定仿真目标。根据系统基本资料和对系统的了解情况对问题进行描述，提出模糊或不确定的问题，明确仿真目标的过程。(2)收集资料，建立流水线生产物理模型。收集生产结构和系统工作流程信息
42、。确定系统布局图表。即描述对系统仿真目的有意义的实体及相互关系等。(3)建立仿真模型。根据收集到的资料，确定系统物理模型中每个实体的参数以及相互间的关系，并把相关参数输入到所建好的模型中，实现概念模型向计算机模型的转化。(4)运行仿真模型，分析输出结果。由于一般仿真过程随机性比较强，通过多次仿真运行，分析输出结果，找出生产线瓶颈问题，并对生产线平衡状况进行分析研究。(5)模型优化处理。根据实验要求和仿真目的首先对每条生产线提出优化方案，运行优化模型，分析结果。再对整个生产系统整体进行优化处理，最终确定最有效的优化方案。(6)总结仿真结果。对模型仿真进行总结说明。3.4 某企业生产仿真优化某机械
43、厂是我国生产某重要军工产品的定点军工企业，具有三十多年的发展历史，是国家重点扶持的科工集团所属机械加工企业。随着市场经济的快速发展，原来的生产管理模式已经远远不能满足当今的需求，因此需要对以前的生产流程进行改进优化，现在针对半轴总成装配线的生产流程进行分析，从中找出瓶颈环节，并进行优化设计，从而提高该企业的生产效率，增加企业的收益。Witness 软件的特点之一就是可以显示生产系统仿真的整个过程, 从而可以让使用者清楚地了解到生产过程中发生的问题, 及时地对模型的参数( 对应的生产参数) 进行调整, 实现对生产系统的优化。其模型的结构图3-2所示。 暂存区暂存区机床机床减壳机床 制成品仓库搬运
44、设备和路径物流路线所用的设备仓库暂存区传送带传送带传送带传送带 3-2 Witness模型结构图首先先介绍一下根据具体生产流程而设计的模型结构图，图中的仓库存放着进过机床加工后的在制品，而暂存区即相当于缓冲区，经过每一道工位加工的在制品就存放在这里，机床分别代表了不同的工位，也就是不同的生产流程，分别是压齿圈;放挡油盘和压轮胎螺栓;压轴承和加黄油;压制动器;压半轴轴承。经过最终加工而成的制成品就存放在制成品仓库中。根据生产的结构和生产现场的布置建立的模型的结构图可以清晰地看出模型中各实体的相互关系( 其中的机器就是生产现场的装配工位) , 在每一台机床( 装配工位) 开始加工前, 必须符合三个
45、条件: 工位自身的状态为空、传送带有待加工的工件和暂存区有可以装配的零件。模型需要的数据有: 机床的加工时间; 机床加工的零件的数量; 机床的类型; 暂存区的容量及每次卸载的数量; 小车的容量和速度; 传送带的容量和速度等。我们采用厂方提供的工艺卡片上的工作时间为依据。机器加工的零件的数量我们假定为一个, 因为通过这个基本单位我们很方便地知道与其成倍数的零件的数量。其它的数值, 如暂存区的容量及每次卸载的数量, 我们都做了初步的定义, 这些参数都可以随时改动。现以半轴总成装配线为例, 其工艺流程及加工时间分别是:( 1) 压齿圈30 s;( 2) 放挡油盘和压轮胎螺栓400 s;3) 压轴承和
46、加黄油50 s;( 4) 压制动器150 s; 5、压半轴轴承120 s。 在Witness 的界面输入部件及其对应的参数,其步骤如下：（1）定义各工位：工位1代表了压齿圈这一道工序，同样工位2代表了放挡油盘和压轮胎螺栓，工位3代表了压轴承和加黄油,工位4代表了压制动器，工位5代表了压半轴，而在Witness中它们的定义方式也是类似的，只是每个工位的节拍是不同的，下面就以工位1的定义方式来介绍这一步骤：图3-3 定义工位1经过最终定义各个流程之后，就可以先进行生产流程的模拟，其运行结果如下图所示： 3-4半轴轴承装配线Witness 模型图当仿真时间为图示情况时, 各机器的空闲率、利用率和阻塞
47、情况,如下表所示表3-1 优化前仿真结果 工位名称空闲率（idle）/%利用率（busy）/%堵塞率（blocked）/%1压齿圈0.00 7.83 92.17 2放挡油盘、压轮胎螺栓0.18 99.82 0.00 3压轴承、加黄油、压油封87.58 12.42 0.00 4压制动器63.58 36.42 0.00 5压半轴总成70.87 29.13 0.00 从表中可以发现除工位2有较高的利用率之外, 其它的利用率都很低。另外,工位1( 压齿圈) 有明显的阻塞情况, 其它4 个部件均没有阻塞迹象, 所以我们可以通过拉长工位1( 压轴承、加黄油、压油封) 、工位4( 压制动器) 和工位5( 压半轴总成) 的生产节拍来减轻阻塞, 但是那样会降低生产效率,因此, 缩短其它机器的加工时间更为适合。然而,