2.1 流程描述

• 案例描述

某生产车间“流水线”式生产线，由四道工序组成：称重、清洗、加工、检测。每道作业工序每次只能加工一个零件，零件长度为1米，工序之间零件依靠输送链运输，每段传送带长度10米，运行速度为1米/分钟，上面可最多允许放置5个零件，往输送链上放置零件时，与前一个零件至少保持0.5米以上的距离。如果输送链因输出阻塞发生零件堆积，零件之间堆积间距0.1米，每道工序的作业时间服从负指数分布，分布均值如下表：

工序名称	分布均值（分钟）
称重	5
清洗	4.5
加工	4
检测	6.0

• 仿真目标

建立上述流水线作业工序的仿真模型，运行1天= 24*60 = 1440分钟，分析：

1. 加工设备利用率；
2. 零件在输送链上的堆积情况。

• 建模分析

在这里，一道作业工序就是一个“Machine”元素，作业工序每次只加工一个零件，即“Machine”元素输入数量为“1”，输出也为“1”，因此可选择“Production”类型的“Machine”元素来对作业工序进行建模表达。

流程描述中未提供零件是如何到达的，这样就选择“Passive”类型的“Part”元素代表零件，这种类型的“Part”元素实例，在仿真过程中是依据后面设备对它的需要，随时被产生出来，因此流程中第一道“称重”工序的物料输入规则，就直接使用“Pull from”这个“Part”元素，并且，这个“Part”元素实例一旦被产生出来，就初始化它的长度。“称重工序”完成工作后，把物料“Push to”到后面的输送链上，后道工序直接从输送链上“Pull from”物料。

因为流程中允许零件在输送链上堆积，因此选用BHTC Simulation系统的“Queing”类型的“Conveyor”元素描述流水线上的输送链。

• 建模步骤

1. 启动BHTC Simulation仿真系统，点击控制面板上的“新建模型”按钮，开始模型构建过程。
2. 点击设计模版中的“零件”图标定义一个新的”Part1″元素代表流程中的零件，接着在屏幕布局区域内移动鼠标，将它布置在布局区域适合位置后，双击该零件图标，打开它的属性对话框，点击“选择零件类型”下拉箭头，从下拉列表中选择“Passive”类型，然后点击“Action on Create”按钮，打开Action逻辑代码框，在代码框中点击鼠标，使之获得输入光标焦点，然后在模型结构树上找到“System”节点下的系统用来设置零件属性的内部函数“set_Attr”节点，双击该节点，在代码框中自动录入该内部函数代码，如下图所示：

然后鼠标双击“attName”字符串，单击鼠标右键，系统弹出当前模型中可进行设置的“属性名称”列表，从列表单击选择“Length”，并用退格键清除掉代码中的“Value”字符串，输入零件长度“1”，最后单击“确认”按钮，完成“Part1”零件元素的设计。

3. 点击设计模版中的“机器”图标定义一个新的”Machine1″元素代表流程中第一道“称重”工序设备，接着在屏幕布局区域内移动鼠标，将它布置在布局区域适合位置，然后，在屏幕图形区点击选中该设备图标，单击鼠标右键弹出模型编辑快捷菜单，选中“图形编辑”按钮，参考案例1的操作，给“Machine1”元素在设备图标库中重新选择一个新的图标代表它。接下来，鼠标右键单击模型结构树上的“Machine1”节点，弹出系统模型编辑下拉菜单，从中选择“重命名”按钮，系统弹出“重命名”对话框，输入汉字“称重”，如下图所示：

单击“确定”按钮关闭提示框，这样在图形显示区“Machine1”设备图标上方就会显示对应的中文名称。

4. 重复步骤3的操作，新建并在屏幕上布置好代表其他三道工序的“Machine”元素，如下图所示：

5. 点击设计模版中的“传送带”图标定义流程中连接“称重”与“清洗”工序的输送链，操作如下：将鼠标移至“称重”设备图标的右下角区域位置，点击鼠标左键，接着鼠标滑向“清洗”工序图标，这时，屏幕上出现输送链路径（为使传输路径呈水平状态，可在滑动鼠标的过程中，同时按下键盘上“shift”按键）。调整输送链路径终点在“清洗”工序图标的左下角合适位置后，单击鼠标“右键”结束输送链的绘制。重复上述操作，为流程创建其他两段输送链后，模型布局如下图所示：

6. 接下来定义工序设备的属性参数，以第一道“称重”工序为例：鼠标双击模型结构树上的“称重”工序设备节点，打开它的属性对话框，鼠标单击“加工时间”输入框，使之获得输入光标焦点，然后从模型结构树上找到“System”–>“Math”下面的负指数分布函数“negexp”节点，双击该节点，该函数名全称自动录入到工序设备的“加工时间”输入框中，接着使用退格键清除括号内的“lamda”字符串，输入这道工序的负指数分布均值“5”。如下图所示：

然后单击“Pull from”按钮，打开输入流程代码编辑窗口，在窗口中单击鼠标右键，从下拉列表中选择“pull_from”按钮，在代码框中自动录入“Pull from”流程规则代码语句，如下图所示：

这时鼠标点击字符串“array”旁边的括号内，使得括号内的位置获得当前输入光标焦点，然后找到模型结构树上的“Part1”元素节点，并双击该节点，“Part1”元素的全称自动录入“array”旁边的括号内，如下图所示：

然后单击“确认”按钮，关闭代码框，完成“Pull from”输入流程代码的录入工作。

类似的操作，单击“Push to”按钮，完成“Push to”输出流程代码的录入，录入的“Push to”流程规则代码语句代码如下：
push_to = array(“MM_Model_Con1”)，括号内的字符串，即为第一条输送链元素的全称。

7. 重复步骤6的操作，定义其余三道工序设备的流程代码“Pull from”、“Push to”以及加工时间。各项输入内容如下表：

工序名称	Pull from 逻辑	Push to 逻辑	加工时间（分钟）
清洗	pull_from = array(“MM_Model_Con1”)	push_to = array(“MM_Model_Con2”)	MM_System_Math_negexp(4.5)
加工	pull_from = array(“MM_Model_Con2”)	push_to = array(“MM_Model_Con3”)	MM_System_Math_negexp(4)
检测	pull_from = array(“MM_Model_Con3”)	push_to = array(“ship”)	MM_System_Math_negexp(6)

8. 接下来定义输送链设备的属性参数，以第一段输送链为例：鼠标双击模型结构树上的“Con1”输送链设备节点，打开它的属性对话框如下图所示：

选择“传送链类型”为“Queing”，并按流程要求，输入“传送带长度”、“分布距离”、“排队间距”等参数，如上图所示。
重复上述操作，输入其余两段输送链的属性参数。

• 仿真运行

在控制面板的“仿真时长”输入框内输入“1440”，点击“运行模型”按钮，系统开始运行该模型的仿真运行至“1440”分钟单位后结束仿真。然后勾选模型结构树上工序设备元素、输送链元素图标左侧的复选框，点击报表工具栏上的相应元素的统计报表按钮，得到这些工序设备元素、输送链元素的统计信息如下：

工序名称	等待零件时间占比	加工零件时间占比	输出阻塞时间占比	等待人工时间占比	复位时间占比	故障时间占比	已完成加工次数
称重	0	92.136	7.86	0	0	0	240
清洗	14.556	74.477	10.965	0	0	0	234
加工	20.9	60.763	18.336	0	0	0	231
检测	11.648	88.351	0	0	0	0	226

输送链名称	Moving时间占比	输出Block时间占比	故障时间占比	Total On	Now On
MM_Model_Con1	27.673	72.326	0	240	4
MM_Model_Con2	37.913	62.086	0	234	2
MM_Model_Con3	23.435	76.564	0	231	4

由“检测”工序设备统计信息可知，在1天中总计流水线生产完成了226个零件的加工，从三段输送链元素的统计信息可以看出它们的输出阻塞比较严重，达到了60%以上的水平。

在本案例模型的仿真过程中，每道工序的作业时间采用的是均值为5左右的负指数分布采样值，负指数分布采样的特点是大部分采样值在5分钟附近，较少部分会出现均值5倍左右的值，这样工序设备之间的作业节拍差别较大，导致产线作业不平衡，发生阻塞。比如某个时刻后道工序作业节拍长，而前道工序作业节拍短，就会造成它们之间的输送链发生阻塞；另外，如果输送链的规划不合理，上面允许进入零件数量较多，就会因为零件堆积过多，而容易发生阻塞的情况。

总之，在流水线模型建好后，就可方便地通过改变产线的运作参数，再次运行仿真实验，得到在新的产线配置参数下的产线的绩效KPI数值，快速地找到产能较高，且产线均衡的设计方案。

2.2 案列小结

在本案例流程描述中，使用了随机分布采样来表示流程中的工艺参数（工序的作业时间）。一旦模型中出现随机分布的参数，由于它们在每次仿真时的分布的采样取值，需呈现出符合其随机分布特征的随机性，每一次采样值都有可能不同，因此在分析仿真结果之前，就需要进行多次仿真，以取得系统绩效KPI的统计平均值。在工程应用时，同样的配置方案的模型，至少进行10次以上的仿真，取得统计平均，或者进行30次以上的仿真，取得KPI指标在某些置信度条件下的统计均值。

由于每台电脑的随机数发生器的初始化设置有可能不同，本案例模型在不同电脑上仿真结果的统计信息也有可能有差别，上述结果供参考，而由于作业节拍不同而产生的零件堆积现象是相同的。

为了能够清晰地观察到输送链上零件的堆积效果，可左、右滑动控制面板上的“仿真时长”旁边的滑动按钮，以控制仿真进程的快、慢，以及左、右滑动“显示速度”旁边的滑动按钮，进一步微调仿真动画的刷新频率，以获得清晰的流程动画视觉效果。