plant simulation建模案例分析
- 一、问题背景
- 二、问题描述与分析
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- 1. 生产流程
- 2. 主要问题
- 三、建立概念模型
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- 1. 模型范围
- 2.模型细节度
- 四、仿真设计
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- 1.预热期及仿真时间的确定
- 2.预实验
- 3.数据分析
- 4.仿真时间和重复次数的确定
- 四、原始模型运行及分析
一、问题背景
弗洛里达柑橘浓缩罐头公司生产浓缩线目前无法达到预计的标准率。该公司还希望改善
设备布局,协调各个工位,提高生产效率,降低在制品库存,降低总成本,平衡生产线与库
存容量,以此来满足客户的订单需求,增加利润。
二、问题描述与分析
1. 生产流程
- 将罐子分成十层每层360个
- 卸托盘机将每批罐子分批传向运输带
- 卸托盘机将每批罐子拆分成单个进入生产线。
- 将罐头进行浓缩果汁灌装
- 灌装结束运输并进行冲洗
- 将(4个)罐子捆绑成一组
- 将(6组)罐子捆绑成预包装成品
- 将预包装品打包封装
- 90个包装品合并成全箱托盘并运输至卸货区
- 进行卸货
- 运往出口
2. 主要问题
- 该生产线生产的产品种类过多,包装机和灌装机需要换模,会导致整条生产线停滞。其中灌装机换模的时间达到总生产时间的19.08%
- 大部分阻塞出现在包装机,如果纸板翘曲,机构将停止操作。包装机的另一个问题是它的胶水操作。胶头有时会凝结。
- 除了更换口味以外,维护不善、工人之间缺乏沟通、工人注意不集中、布局不合理、机器设计不好等原因,造成频繁的停机。
- 上游机器故障或是物料堵塞将导致下游或是整条生产线停滞。
三、建立概念模型
1. 模型范围
Component Include/Exclude Justification
Entities:
罐子 Include 仿真中的实体
24罐一箱 Include 仿真中的实体
90箱一托盘 Include 仿真中的实体
传送带 Include 工位间运输方式
各个工位机器 Include 产生价值
工人 Include 部分机器需要工人操作
工厂其他物件 Exclude 不在考虑范围
Activities:
接收区接受 Exclude 根据初步运行,不影响后续流程,可以简化。
卸料区组合 Exclude 根据初步运行,不影响后续流程,可以简化。
分配器分配 Exclude 仿真中真正的罐子产生源头,见resources
The Pfaudler bowl填充 Include 填充饮料
冲洗机构冲洗、封盖 Include 洗去残留、封盖
分拣器分拣 Include 24罐一箱
胶水装置封装 Include 胶水封装
成品组合 Include 90箱一托盘
具体机器操作 Exclude 不在考虑范围
Queues:(无)
各工序前的队列 Include WIP,仿真必备
Resources:
罐子生成器 Include 最初的物料源头
空箱生成器 Include 分拣器的额外物料
空托盘生成器 Include 成品组合的额外物料
2.模型细节度
对于相应的模型需要考虑模型细节度,模型细节度过高将会导致建模难度急速上升,但却不能带来较好的模型成果;反之模型细节度过低将会导致建模结果不够准确,因此进行相应的概念模型细节度分析是非常重要的。
具体模型细节度分析如下:
Component 计算机对应模型 Detail Include/Exclude Justification 计算机对应模型
Entities:
罐子 MU罐子 体积 Include 根据实际情况假设 0.020.020.02
颜色 Include 用于区分物料流 绿
24罐一箱 MU箱 体积 Include 根据实际情况假设 0.040.040.12
排列方式 Include 底层2*2个,高6个
颜色 Include 用于区分物料流 黄
90箱一托盘 MU满托盘 体积 Exclude 不考虑后续传送带
颜色 Include 用于区分物料流 蓝
传送带 传送带 长度 Include 根据材料中表格 传送带1到7
宽度 Exclude 假设宽度足够
速度 Include 根据材料中表格
其他非主要工位机器 单处理 体积 Exclude 不考虑
维护 Exclude 不考虑
工人 工作区 数量 Exclude 暂时假设足够
班次表 Include 8小时一班 事件控制器
Activities:
The Pfaudler Filler 处理时间 Include 固定时间 产能0.1s/罐
Downtime Include 间隔负指数分布
持续时间erlang分布 总可用性77.84%
Changeover Include 间隔负指数分布
持续时间erlang分布 总可用性80.92%
数量 Include 由实验结果得出
冲洗机构冲洗、封盖 Seamer 处理时间 Include 固定时间 0.1s
Downtime Include 假设较小 总可用性95%
Changeover Exclude 假设不换模
分拣器分拣 Bundler 处理时间 Include 固定时间 产能0.109s/罐
Downtime Include 假设较小 总可用性95%
Changeover Exclude 假设不换模
胶水装置封装 Packer 处理时间 Include 固定时间 产能2.143s/组
Downtime Include 间隔负指数分布
持续时间erlang分布 总可用性71.50%
Changeover Include 间隔负指数分布
总可用性80.76%
数量 Include 持续时间erlang分布
由实验结果得出
成品组合 Palletizer 处理时间 Include 固定时间 2.143s
Downtime Include 假设较小 总可用性95%
Changeover Exclude 假设不换模
Queues:
各工序前队列 传送带 数量 Include 根据体积自动计算
缓冲区 为了区别不同段传送带速度不同。同时根据在制品库存设置缓冲区大小 建立缓冲区,设置容量
Resources:
罐子生成器 罐子生成器 产生方式 Include 间隔为常数 产能0.1s/罐
空箱生成器 空箱生成器 产生方式 Include 无限连续产生
空托盘生成器 空盘生成器 产生方式 Include 无限连续产生
四、仿真设计
1.预热期及仿真时间的确定
在模型基本建立完成之后,,为了之后仿真实验的顺利进行和数据收集,又本题为非中断式实验,故进行预热期及仿真时间的确定。运用课程中所学的知识,利用Confidence interval method和Graphical method计算预热期和重复次数。
2.预实验
由预实验得到产出一箱成品大概需要的时间,由于假定的物料源产能为10罐/s,而一箱成品需要90*24=2160罐。则不考虑downtime和change time的情况下产出一箱成品至少需要216s,介于3到4分钟时间。故进行预实验,模拟仿真3分钟,4分钟,5分钟,找到合适的仿真时间间隔为3分钟。这样最后的仿真时间不至于太长影响实验效率,也不至于前面的几次重复都没有产出。
3.数据分析
数据为产出一箱成品平均时间。根据Graphical method算出每段时间重复试验的平均时间Mean并算出移动平均时间MA,得到图像如下。
由于此方法得到的图像为累计平均时间,与上下界限之间的间隔也能反映仿真时间的稳定性故可见预热期大约为24min
综合两种方法得到的结果,确定预热期为21min
4.仿真时间和重复次数的确定
对于非中断实验,有预热期之后运行一段时间重复多次,或是运行一段长时间两种方法。根据公式 ,确定重复次数n为9.46次向上取整为10次。
若是运行一段长时间,则取预热期的十倍作为仿真时间,为21*10=210min=3.5h
根据后阶段的仿真时间具体情况,确定仿真一段长时间3.5h得到最终数据。
四、原始模型运行及分析
说明:Filler前缓冲区容量设置为3600,由于简化了Depalletizer工位作为整体的源,这里3600表示原料罐的到达批量。按照设定的0.1s产生一个原料罐,此时应该共产生126000个罐子,与该截图中源75331不符合,说明在源处还有大量阻塞。按照进入系统和出系统的总量,此时的在制品库存为:126000-329024=56880(按罐子数量计算)。
来源:黄渡码农
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