基于Witness的产品生产物流系统仿真研究

赵小荣，周盛世（青岛理工大学 管理学院，山东 青岛 266520）

ZHAO Xiao-rong,ZHOU Sheng-shi (College of Management,Qingdao Technological University,Qingdao 266520,China)

0 引言

随着现代科学的进步和科学管理方法的日益普及，通过降低产品生产的物料消耗和减少人力消耗来增加利润的潜力越来越少。人们在企业利润日减的困境中，逐渐发现研究和改善企业物流系统会给企业带来可观的利润。生产物流是企业物流研究的核心环节[1]。然而在我国，生产物流是一个明显的薄弱环节，时间、空间浪费大，重复搬运，流动路径不合理，产品供货周期长，不仅直接阻碍企业生产效率的提高，而且占用大量资金，成为企业发展的瓶颈[2]。

本文以某企业生产的速冻水饺为研究对象，采用Witness仿真软件对该产品生产物流系统进行分析和仿真研究，拟解决生产物流系统中存在的问题，进而提出优化方案，探索提高企业的生产效率和经济效益的方法和途径。

1 模型概述

生产物流系统是由设备、原料或在制品及操作工人组成的离散事件系统，离散事件的仿真是按照实际的工作流程，在规定的时间内顺序的改变实体或设备的状态[3]。由于本文中的生产物流系统中各事件是以某种顺序或在某种条件下发生，并且多数都是随机性的，所以本文采取了离散事件系统仿真的思想对其进行研究[4]。

在本模型中，原材料精选猪肉、白菜、调味料经过搅馅机的处理后成为肉馅，原材料面粉和水经过和面机的处理后成为面团；肉馅和面团通过传送带的运输进入水饺机前的缓冲区；水饺机从缓冲区获得肉馅与面团，经过加工制成水饺，水饺通过传送带进入速冻冷库。建模目的为通过改进原材料的采购周期来降低物流成本，提高生产率和企业的市场竞争力。

2 速冻水饺生产物流系统仿真设计

2.1 元素及其可视化定义

本系统的元素定义如表1所示。

分别对系统中的各个元素实体进行可视化设置，包括它的Name、Text、Icon、Part Queue、Value等属性[5-6]。各个实体元素的显示特征如图1所示。

2.2 元素细节设计

表1 速冻水饺生产系统元素定义

图1 水饺生产系统仿真模型

（1）对Part元素细节设计

Name：精选猪肉

Type：Active

Inter Arrival：10.0

Output Rules：PUSH to 搅馅机 （1）

元素“白菜”与“调味料”细节设计同元素“精选猪肉”

元素“面粉”与“水”的Output Rules为PUSH to和面机（1）（2）对Machine元素细节设计

①Name：搅馅机

Type：Assembly

Input Quantity：3

Cycle Time：8.0

Output Rules：PUSH to C1（1）at Rear

②Name：和面机

Type：Assembly

Input Quantity：2

Cycle Time：10

Output Rules：PUSH to C2（1）at Rear

③Name：水饺机

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：速冻冷库=速冻冷库+2500

（3）对Conveyor元素细节设计

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 数据分析及改进方案

3.1 模型运行和数据报告

设定仿真时间为一天，为1440个时间单位，然后点击Run按钮运行模型[7-8]。运行结果如图2所示。

图2 仿真模型运行结果

选中系统中所有元素，鼠标左键点击Reports菜单中的Statistics选项，弹出数据统计报告如表2所示。

表2 仿真模型数据分析

表2中Name代表对象名称，Idle代表机器的闲置率，Busy代表机器的利用率，Blocked代表机器的阻塞率，Cycle Wait Labor代表加工周期中操作者处于等待的比例，No.of Operations代表机器的加工数量。

3.2 数据分析与模型优化

由以上仿真运行结果可以看出，理论上该车间一天生产能力为237500个水饺，但是造成了46个单位面团的积压。水饺机有98.96%时间处于忙碌状态，而和面机却有33.33%时间处于空闲状态，本来想通过优先满足和面机生产周期来实现降低生产物流成本，却反而浪费了大量的生产能力。由于原材料为统一供应故无法根据机器周期确定不同原材料的供应周期，在此将Inter Arrival分别改为1,3,5,7,9,11,13,15,17,19，进行1440单位的仿真钟推进，得到十组数据，如表3所示。

表3 不同Inter Arrival下的生产统计

设定1单位水饺的生产成本为1，其中面团成本占20%，肉馅成本占80%，销售价格为1.5。借助EXCEL软件进行统计分析，规定横轴为Inter Arrival，表示每批原材料到达的时间间隔，纵轴表示毛利润。得到如图3所示的曲线。

图3 不同Inter Arrival下的毛利润变化曲线

如图3所示，当以较短间隔（如1个时间单位）供应原材料时，毛利润较低；然后随着时间间隔变长，毛利润逐渐增大；当到间隔为9个时间单位时，再增大供应间隔，毛利润开始逐渐减小直至间隔增大到11个时间单位；然后随着原材料供应周期的变大，毛利润也在逐步变大，直到Inter Arrival为15时，毛利润达到最大为356250；随后原材料供应周期越长，毛利润越低。因而，得出当Intel Arrival为15时，毛利润最大。此时为最优原材料供应周期。

4 结 论

本文围绕生产物流系统，对生产企业的离散事件的建模与仿真技术的原理与方法进行了比较深刻的分析，着重研究了计算机仿真技术在生产物流系统的分析方法以及应用。在对某企业速冻水饺生产物流系统调研和分析的基础上，利用Witness仿真软件对现行的系统状况进行仿真，通过仿真分析和研究，提出了改善和优化的系统方案使得优化后的制造系统生产能力充分发挥，各环节的利用率有明显改善，从而实现了制造系统的整体改进，提高了企业的市场竞争力。

[1]毛健，乔金友，王立军,等.基于Witness的汽车零部件生产物流系统仿真研究[J].工业工程，2011(3)：125-126.

[2]徐常凯，郭全成.现代生产物流系统研究[J].物流科技，2002(6)：3-5.

[3]刘丽文.生产与运作管理[M].北京：清华大学出版社，2002.

[4]施围.基于EXTEND的生产物流系统仿真研究[D].武汉：武汉理工大学（硕士学位论文），2006.

[5]李钒尘.建模仿真技术在生产物流系统中的应用[D].大连：大连海事大学（硕士学位论文），2010.

[6]龚波.基于WITNESS的生产物流系统仿真研究[D].武汉：武汉理工大学（硕士学位论文），2008.