基于witness的多產品多階段生產系統仿真

徐錫芬

摘要：當前隨著全球經濟和技術的發展，客戶需求日趨多樣化，相應的生產制造模式越來越多的轉變為多品種、中小批量生產，使得制造過程中生產物流系統的瓶頸大量存在。而占極少數的瓶頸資源是控制生產物流的關鍵，決定了占大多數的非瓶頸資源的利用程度。因此，生產物流系統瓶頸的診斷和優化研究是提高企業生產效率，降低生產成本，提高設備利用率的重要手段。

關鍵詞：多產品；多階段；瓶頸；witness仿真

一、生產系統描述

本文所選取的企業是一家開發、制造重型機械配件的小型工程機械公司，本文中簡稱JX公司，該企業有基本固定的訂單來源，工作時間是每周5天，每天的工作時間是8個小時。生產系統為訂單、多品種、小批量生產模式，為典型的離散制造系統。

本文根據JX公司的實際情況，研究中主要考慮了3種關鍵件的生產。主要的4個作業單元分別是材料切割區、鍛造加工區、機床加工區和調試區。該公司主要進行的是機加工和裝配生產，工藝相對來說比較簡單。JX公司生產流程具有多品種、小批量、多階段的特點，生產系統屬于離散動態系統。本文主要利用witness建立仿真模型。通過對仿真模型運行后最終輸出結果的分析，找出實際系統生產流程中的“瓶頸”的具體位置，為實際系統設定出消除“瓶頸”的優化方案。

二、進行系統調研

JX公司生產流程的基本制造單元有4個，分別是材料切割區、鍛造加工區、機床加工區和調試區，材料切割區和鍛造加工區各有1臺機器；機床加工區有2臺機器，且一新一舊，新機器加工時間是舊機器的80%；調試區有兩臺機器，且工作效率相同。主要生產3中類型的關鍵件，每種關鍵件的加工順序、所需時間各不相同。簡化后的車間的產品加工工序為：A—材料切割（10min）—鍛造加工（10min）—機床加工（25min）—調試（19min）；B—材料切割（10min）—鍛造加工（10min）—調試（19min）—鍛造加工（10min）—機床加工（25min）；C—鍛造加工（10min）—材料切割（10min）—機床加工（25min）。

各關鍵件混合一起到達生產系統，到達時間間隔服從均值為10的指數分布，加工時間都服從愛爾朗分布，它的平均值取決于作業的類別以及機器組的類別。利用傳送帶輸送，關鍵件在每個制造單元間的移動時間為2分鐘。

每個車間的機器會在一定時間內出現故障，材料切割區每隔800分鐘會出現一次故障，維修持續時間為15分鐘；鍛造加工區機器故障間隔為900分鐘，維修時間為10分鐘；機床加工區每隔1000分鐘出現故障，維修持續時間為20分鐘；調試區每隔700分鐘會出現故障，維修持續時間為5分鐘。

三、模型中主要元素的細節設計

（一）產品加工路徑route頁細節設計

（二）machine元素細節設計

四、仿真結果及分析

設置仿真鐘時間為24*261*60，共一年時間，得到的主要結果如下：

系統的產能取決于瓶頸環節的生產能力，本文選用機器利用率作為確定系統瓶頸的參數。在對管材車間的實際調研中發現，如果一個機器組的利用率超過93%，就可以認為其生產能力小于其生產符合，成為系統的瓶頸。根據仿真結果，決定從材料切割、鍛造加工、機床加工這三個設備點著手。

五、模型改進

對材料切割區、鍛造加工區、機床加工區各增加一臺機器，不改變其他機器組機器的數量，對改進后的仿真模型運行1年后，得到機器的統計數據與產品加工數據。

可以明顯看出，各增加一臺機器后，A、B、C加工后的零部件明顯增加，而且每個機器的忙碌程度也下降至80%一下，很好的解決了JX公司的生產瓶頸。對于修理工labor1，其忙碌程度也僅16.73%，并不到達不可接受地步。（作者單位：南京農業大學）

參考文獻：

[1]龔波.基于WITNESS的生產物流系統仿真研究[D].武漢理工大學，2008.

[2]高明.制造業生產物流系統瓶頸的診斷與優化研究[D].山東科技大學，2011.

[3]唐夢.制造企業生產流程的Arena仿真與優化研究[D].成都理工大學，2012.