基于witness的多产品多阶段生产系统仿真

徐锡芬

摘要：当前随着全球经济和技术的发展，客户需求日趋多样化，相应的生产制造模式越来越多的转变为多品种、中小批量生产，使得制造过程中生产物流系统的瓶颈大量存在。而占极少数的瓶颈资源是控制生产物流的关键，决定了占大多数的非瓶颈资源的利用程度。因此，生产物流系统瓶颈的诊断和优化研究是提高企业生产效率，降低生产成本，提高设备利用率的重要手段。

关键词：多产品；多阶段；瓶颈；witness仿真

一、生产系统描述

本文所选取的企业是一家开发、制造重型机械配件的小型工程机械公司，本文中简称JX公司，该企业有基本固定的订单来源，工作时间是每周5天，每天的工作时间是8个小时。生产系统为订单、多品种、小批量生产模式，为典型的离散制造系统。

本文根据JX公司的实际情况，研究中主要考虑了3种关键件的生产。主要的4个作业单元分别是材料切割区、锻造加工区、机床加工区和调试区。该公司主要进行的是机加工和装配生产，工艺相对来说比较简单。JX公司生产流程具有多品种、小批量、多阶段的特点，生产系统属于离散动态系统。本文主要利用witness建立仿真模型。通过对仿真模型运行后最终输出结果的分析，找出实际系统生产流程中的“瓶颈”的具体位置，为实际系统设定出消除“瓶颈”的优化方案。

二、进行系统调研

JX公司生产流程的基本制造单元有4个，分别是材料切割区、锻造加工区、机床加工区和调试区，材料切割区和锻造加工区各有1台机器；机床加工区有2台机器，且一新一旧，新机器加工时间是旧机器的80%；调试区有两台机器，且工作效率相同。主要生产3中类型的关键件，每种关键件的加工顺序、所需时间各不相同。简化后的车间的产品加工工序为：A—材料切割（10min）—锻造加工（10min）—机床加工（25min）—调试（19min）；B—材料切割（10min）—锻造加工（10min）—调试（19min）—锻造加工（10min）—机床加工（25min）；C—锻造加工（10min）—材料切割（10min）—机床加工（25min）。

各关键件混合一起到达生产系统，到达时间间隔服从均值为10的指数分布，加工时间都服从爱尔朗分布，它的平均值取决于作业的类别以及机器组的类别。利用传送带输送，关键件在每个制造单元间的移动时间为2分钟。

每个车间的机器会在一定时间内出现故障，材料切割区每隔800分钟会出现一次故障，维修持续时间为15分钟；锻造加工区机器故障间隔为900分钟，维修时间为10分钟；机床加工区每隔1000分钟出现故障，维修持续时间为20分钟；调试区每隔700分钟会出现故障，维修持续时间为5分钟。

三、模型中主要元素的细节设计

（一）产品加工路径route页细节设计

（二）machine元素细节设计

四、仿真结果及分析

设置仿真钟时间为24*261*60，共一年时间，得到的主要结果如下：

系统的产能取决于瓶颈环节的生产能力，本文选用机器利用率作为确定系统瓶颈的参数。在对管材车间的实际调研中发现，如果一个机器组的利用率超过93%，就可以认为其生产能力小于其生产符合，成为系统的瓶颈。根据仿真结果，决定从材料切割、锻造加工、机床加工这三个设备点着手。

五、模型改进

对材料切割区、锻造加工区、机床加工区各增加一台机器，不改变其他机器组机器的数量，对改进后的仿真模型运行1年后，得到机器的统计数据与产品加工数据。

可以明显看出，各增加一台机器后，A、B、C加工后的零部件明显增加，而且每个机器的忙碌程度也下降至80%一下，很好的解决了JX公司的生产瓶颈。对于修理工labor1，其忙碌程度也仅16.73%，并不到达不可接受地步。（作者单位：南京农业大学）

参考文献：

[1]龚波.基于WITNESS的生产物流系统仿真研究[D].武汉理工大学，2008.

[2]高明.制造业生产物流系统瓶颈的诊断与优化研究[D].山东科技大学，2011.

[3]唐梦.制造企业生产流程的Arena仿真与优化研究[D].成都理工大学，2012.