基于Witness的產品生產物流系統仿真研究

趙小榮，周盛世（青島理工大學 管理學院，山東 青島 266520）

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

0 引言

隨著現代科學的進步和科學管理方法的日益普及，通過降低產品生產的物料消耗和減少人力消耗來增加利潤的潛力越來越少。人們在企業利潤日減的困境中，逐漸發現研究和改善企業物流系統會給企業帶來可觀的利潤。生產物流是企業物流研究的核心環節[1]。然而在我國，生產物流是一個明顯的薄弱環節，時間、空間浪費大，重復搬運，流動路徑不合理，產品供貨周期長，不僅直接阻礙企業生產效率的提高，而且占用大量資金，成為企業發展的瓶頸[2]。

本文以某企業生產的速凍水餃為研究對象，采用Witness仿真軟件對該產品生產物流系統進行分析和仿真研究，擬解決生產物流系統中存在的問題，進而提出優化方案，探索提高企業的生產效率和經濟效益的方法和途徑。

1 模型概述

生產物流系統是由設備、原料或在制品及操作工人組成的離散事件系統，離散事件的仿真是按照實際的工作流程，在規定的時間內順序的改變實體或設備的狀態[3]。由于本文中的生產物流系統中各事件是以某種順序或在某種條件下發生，并且多數都是隨機性的，所以本文采取了離散事件系統仿真的思想對其進行研究[4]。

在本模型中，原材料精選豬肉、白菜、調味料經過攪餡機的處理后成為肉餡，原材料面粉和水經過和面機的處理后成為面團；肉餡和面團通過傳送帶的運輸進入水餃機前的緩沖區；水餃機從緩沖區獲得肉餡與面團，經過加工制成水餃，水餃通過傳送帶進入速凍冷庫。建模目的為通過改進原材料的采購周期來降低物流成本，提高生產率和企業的市場競爭力。

2 速凍水餃生產物流系統仿真設計

2.1 元素及其可視化定義

本系統的元素定義如表1所示。

分別對系統中的各個元素實體進行可視化設置，包括它的Name、Text、Icon、Part Queue、Value等屬性[5-6]。各個實體元素的顯示特征如圖1所示。

2.2 元素細節設計

表1 速凍水餃生產系統元素定義

圖1 水餃生產系統仿真模型

（1）對Part元素細節設計

Name：精選豬肉

Type：Active

Inter Arrival：10.0

Output Rules：PUSH to 攪餡機 （1）

元素“白菜”與“調味料”細節設計同元素“精選豬肉”

元素“面粉”與“水”的Output Rules為PUSH to和面機（1）（2）對Machine元素細節設計

①Name：攪餡機

Type：Assembly

Input Quantity：3

Cycle Time：8.0

Output Rules：PUSH to C1（1）at Rear

②Name：和面機

Type：Assembly

Input Quantity：2

Cycle Time：10

Output Rules：PUSH to C2（1）at Rear

③Name：水餃機

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：速凍冷庫=速凍冷庫+2500

（3）對Conveyor元素細節設計

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 數據分析及改進方案

3.1 模型運行和數據報告

設定仿真時間為一天，為1440個時間單位，然后點擊Run按鈕運行模型[7-8]。運行結果如圖2所示。

圖2 仿真模型運行結果

選中系統中所有元素，鼠標左鍵點擊Reports菜單中的Statistics選項，彈出數據統計報告如表2所示。

表2 仿真模型數據分析

表2中Name代表對象名稱，Idle代表機器的閑置率，Busy代表機器的利用率，Blocked代表機器的阻塞率，Cycle Wait Labor代表加工周期中操作者處于等待的比例，No.of Operations代表機器的加工數量。

3.2 數據分析與模型優化

由以上仿真運行結果可以看出，理論上該車間一天生產能力為237500個水餃，但是造成了46個單位面團的積壓。水餃機有98.96%時間處于忙碌狀態，而和面機卻有33.33%時間處于空閑狀態，本來想通過優先滿足和面機生產周期來實現降低生產物流成本，卻反而浪費了大量的生產能力。由于原材料為統一供應故無法根據機器周期確定不同原材料的供應周期，在此將Inter Arrival分別改為1,3,5,7,9,11,13,15,17,19，進行1440單位的仿真鐘推進，得到十組數據，如表3所示。

表3 不同Inter Arrival下的生產統計

設定1單位水餃的生產成本為1，其中面團成本占20%，肉餡成本占80%，銷售價格為1.5。借助EXCEL軟件進行統計分析，規定橫軸為Inter Arrival，表示每批原材料到達的時間間隔，縱軸表示毛利潤。得到如圖3所示的曲線。

圖3 不同Inter Arrival下的毛利潤變化曲線

如圖3所示，當以較短間隔（如1個時間單位）供應原材料時，毛利潤較低；然后隨著時間間隔變長，毛利潤逐漸增大；當到間隔為9個時間單位時，再增大供應間隔，毛利潤開始逐漸減小直至間隔增大到11個時間單位；然后隨著原材料供應周期的變大，毛利潤也在逐步變大，直到Inter Arrival為15時，毛利潤達到最大為356250；隨后原材料供應周期越長，毛利潤越低。因而，得出當Intel Arrival為15時，毛利潤最大。此時為最優原材料供應周期。

4 結 論

本文圍繞生產物流系統，對生產企業的離散事件的建模與仿真技術的原理與方法進行了比較深刻的分析，著重研究了計算機仿真技術在生產物流系統的分析方法以及應用。在對某企業速凍水餃生產物流系統調研和分析的基礎上，利用Witness仿真軟件對現行的系統狀況進行仿真，通過仿真分析和研究，提出了改善和優化的系統方案使得優化后的制造系統生產能力充分發揮，各環節的利用率有明顯改善，從而實現了制造系統的整體改進，提高了企業的市場競爭力。

[1]毛健，喬金友，王立軍,等.基于Witness的汽車零部件生產物流系統仿真研究[J].工業工程，2011(3)：125-126.

[2]徐常凱，郭全成.現代生產物流系統研究[J].物流科技，2002(6)：3-5.

[3]劉麗文.生產與運作管理[M].北京：清華大學出版社，2002.

[4]施圍.基于EXTEND的生產物流系統仿真研究[D].武漢：武漢理工大學（碩士學位論文），2006.

[5]李釩塵.建模仿真技術在生產物流系統中的應用[D].大連：大連海事大學（碩士學位論文），2010.

[6]龔波.基于WITNESS的生產物流系統仿真研究[D].武漢：武漢理工大學（碩士學位論文），2008.