系統(tǒng)建模與仿真-第四章課件

4.1生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)4.1.1傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)的含義

生產(chǎn)系統(tǒng)是把生產(chǎn)過程各要素轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)體現(xiàn)為一個(gè)把投入變?yōu)楫a(chǎn)出的有序的過程。生產(chǎn)系統(tǒng)就是與實(shí)現(xiàn)規(guī)定的生產(chǎn)目標(biāo)有關(guān)的生產(chǎn)單位的集合體。它是生產(chǎn)過程與管理有機(jī)結(jié)合的整體。生產(chǎn)過程提供將資源轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品或服務(wù)的功能；管理過程則提供為生產(chǎn)過程制定目標(biāo)和計(jì)劃，并對(duì)計(jì)劃的實(shí)施進(jìn)行組織和控制，使之不斷適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境的功能。

第四章生產(chǎn)系統(tǒng)典型事件1管理1.目標(biāo)2.計(jì)劃3.標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過程資源1.物質(zhì)要素2.人力資源3.能量4.信息（可變費(fèi)用）環(huán)境1.機(jī)會(huì)2.約束3.威脅4.需要1.產(chǎn)品2.服務(wù)3.知識(shí)1.機(jī)器設(shè)備的作用與價(jià)值的轉(zhuǎn)移2.技巧的應(yīng)用3.信息的解釋和處理（固定費(fèi)用）績(jī)效衡量產(chǎn)出反饋×生產(chǎn)系統(tǒng)24.1.2現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)——生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的概念

生產(chǎn)系統(tǒng)是生產(chǎn)產(chǎn)品的制造企業(yè)的一種組織體，它具有銷售、設(shè)計(jì)、加工、交貨等綜合功能，并有對(duì)其提供服務(wù)的研究開發(fā)功能。供應(yīng)商 投入：材料、資金設(shè)備、勞動(dòng)力信息、能源轉(zhuǎn)換：制造作業(yè)服務(wù)作業(yè)產(chǎn)出：最終段產(chǎn)品和服務(wù)用戶管理決策決策決策34.1.3生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的構(gòu)成要素生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)有5P組成：人力（people）、工廠（plants）、部件（parts）、工藝（processes）、及計(jì)劃控制系統(tǒng)（planningandcontrolsystem）。

人力包括直接和間接勞動(dòng)力；工廠包括進(jìn)行生產(chǎn)的工廠和服務(wù)分支部門；部件指那些整個(gè)系統(tǒng)的物料；工藝包括設(shè)備和產(chǎn)品完成的步驟；計(jì)劃與控制是運(yùn)行系統(tǒng)的過程控制和信息管理。4

4.2生產(chǎn)系統(tǒng)典型事件的分析

4.2.1排隊(duì)系統(tǒng)顧客源排隊(duì)結(jié)構(gòu)服務(wù)機(jī)構(gòu)顧客達(dá)到排隊(duì)規(guī)則服務(wù)規(guī)則離去排隊(duì)系統(tǒng)的一般模型54.2.1.1排隊(duì)系統(tǒng)基本知識(shí)

要素：顧客與服務(wù)臺(tái)。

顧客：人、機(jī)器、飛機(jī)、零件、信息等任何一個(gè)到達(dá)系統(tǒng)并需要服務(wù)的實(shí)體；

服務(wù)臺(tái)：售貨員、出納柜臺(tái)、機(jī)器、生產(chǎn)線、防空系統(tǒng)和通訊設(shè)備等提供顧客所需服務(wù)的一切實(shí)體。6影響排隊(duì)系統(tǒng)的主要因素：

1）達(dá)到模式一般指接受服務(wù)的顧客達(dá)到系統(tǒng)的模式，常用實(shí)體達(dá)到設(shè)計(jì)間隔的概率率分布表示。排隊(duì)系統(tǒng)中比較常用的是泊松到達(dá)模式。如果排隊(duì)系統(tǒng)中某類實(shí)體的到達(dá)模式服從泊松分布，則相繼實(shí)體到達(dá)的間隔時(shí)間服從參數(shù)為λ的指數(shù)分布。7

2）服務(wù)模式實(shí)際系統(tǒng)中比較常用的服務(wù)模式為指數(shù)服務(wù)模式。若服務(wù)過程滿足足以下條件：①在互不重疊的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，各個(gè)服務(wù)是相互獨(dú)立的；②服務(wù)時(shí)間的平均值是一個(gè)常數(shù)；③在（t，△t）時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)實(shí)體服務(wù)的概率與t無關(guān)，正比于△t。則服務(wù)時(shí)間的概率分布為指數(shù)分布，其密度函數(shù)為

f(x)=μ

3）服務(wù)臺(tái)數(shù)目可有單個(gè)或多個(gè)服務(wù)臺(tái)。通常服務(wù)臺(tái)之間的工作是彼此獨(dú)立的。

4）系統(tǒng)容量指系統(tǒng)可提供服務(wù)的能力?？梢允怯邢薜模部梢允菬o限的。85）排隊(duì)規(guī)則常見的排隊(duì)規(guī)則：先到先服務(wù)（FIFO）、后到先服務(wù)（LIFO）、優(yōu)先級(jí)服務(wù)、隨機(jī)服務(wù)等。一個(gè)排隊(duì)可表示成：

A/B/C/D/E

其中：A為到達(dá)模式；B為服務(wù)模式；C為服務(wù)臺(tái)的數(shù)目；D為系統(tǒng)容量；E為排隊(duì)規(guī)則。指數(shù)分布用M表示。如：M/M/1/∞/FIFO9

判斷系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)劣的基本性能指標(biāo)通常有下列幾種：

1）服務(wù)臺(tái)利用率

ρ=平均服務(wù)時(shí)間/平均達(dá)到時(shí)間間隔=λ/μ

由此可知服務(wù)臺(tái)的空閑的概率為（1-ρ）。設(shè)顧客達(dá)到不需等待既可得到服務(wù)的概率為ρ0，則ρ0=1-ρ

2）系統(tǒng)中平均顧客數(shù)

L=nPn=ρ/(1-ρ)Pn=ρ0

3）平均隊(duì)長(zhǎng)

L=(n-1)Pn=/(1-ρ)

4）顧客在系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間

W=1/(μ-λ)

5）平均等待時(shí)間WQ=104.2.1.2排隊(duì)系統(tǒng)建模

1）單隊(duì)列、單服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)建模（SQSS

：singlequeuesingleserve）仿真時(shí)鐘邁進(jìn)顧客到達(dá)系統(tǒng)服務(wù)臺(tái)狀態(tài)置忙隊(duì)列長(zhǎng)度加1顧客排入隊(duì)列記錄顧客到達(dá)時(shí)間安排服務(wù)完成時(shí)刻確定服務(wù)所需時(shí)間等待服務(wù)臺(tái)閑？YNSQSS顧客到達(dá)事件處理流程圖11仿真時(shí)鐘邁進(jìn)到達(dá)服務(wù)完成時(shí)刻服務(wù)臺(tái)狀態(tài)置閑確定服務(wù)所需時(shí)間進(jìn)行等待時(shí)間統(tǒng)計(jì)按排隊(duì)規(guī)則選一顧客等待隊(duì)列為空？YN隊(duì)列中顧客到達(dá)時(shí)間更新

隊(duì)列長(zhǎng)度減1安排服務(wù)完成時(shí)刻SQSS服務(wù)完畢事件處理流程圖122）單隊(duì)列多服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)建模（SQMS：singlequeuemultipleserve仿真時(shí)鐘邁進(jìn)顧客到達(dá)系統(tǒng)選擇一空閑服務(wù)臺(tái)隊(duì)列長(zhǎng)度加1顧客排入隊(duì)列記錄顧客到達(dá)時(shí)間安排服務(wù)完成時(shí)刻確定服務(wù)所需時(shí)間等待服務(wù)臺(tái)都忙？YNSQMS顧客到達(dá)事件處理流程圖被選服務(wù)臺(tái)狀態(tài)置忙13仿真時(shí)鐘邁進(jìn)到達(dá)服務(wù)完成時(shí)刻服務(wù)臺(tái)狀態(tài)置閑確定服務(wù)所需時(shí)間進(jìn)行等待時(shí)間統(tǒng)計(jì)按排隊(duì)規(guī)則選一顧客等待隊(duì)列為空？YN隊(duì)列中顧客到達(dá)時(shí)間更新

隊(duì)列長(zhǎng)度減1安排服務(wù)完成時(shí)刻SQMS服務(wù)完畢事件處理流程圖143）多隊(duì)列單服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)建模（MQSS：multiplequeuesingleserve）仿真時(shí)鐘邁進(jìn)實(shí)體i到達(dá)系統(tǒng)實(shí)體i的需求置否隊(duì)列i長(zhǎng)度加1實(shí)體i排入隊(duì)列i記錄實(shí)體i到達(dá)時(shí)間安排服務(wù)完成時(shí)刻確定服務(wù)所需時(shí)間等待服務(wù)臺(tái)需要實(shí)體i？YNMQSS顧客到達(dá)事件處理流程圖服務(wù)臺(tái)狀態(tài)置忙所有實(shí)體需求為否？

YN15仿真時(shí)鐘邁進(jìn)到達(dá)服務(wù)完成時(shí)刻隊(duì)列2為空？NMQSS服務(wù)完畢事件處理流程圖隊(duì)列1為空？隊(duì)列n為空？N實(shí)體1需求置真按排隊(duì)規(guī)則選實(shí)體1進(jìn)行等待時(shí)間統(tǒng)計(jì)隊(duì)列1中顧客到達(dá)時(shí)間更新

隊(duì)列1長(zhǎng)度減1Y實(shí)體2需求置真按排隊(duì)規(guī)則選實(shí)體2進(jìn)行等待時(shí)間統(tǒng)計(jì)隊(duì)列2中顧客到達(dá)時(shí)間更新

隊(duì)列2長(zhǎng)度減1YN實(shí)體n需求置真按排隊(duì)規(guī)則選實(shí)體n進(jìn)行等待時(shí)間統(tǒng)計(jì)隊(duì)列n中顧客到達(dá)時(shí)間更新

隊(duì)列n長(zhǎng)度減1Y所有實(shí)體需求為否？N確定服務(wù)所需時(shí)間Y安排服務(wù)完成時(shí)刻服務(wù)狀態(tài)置閑等待...164）多隊(duì)列多服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)建模MQMS仿真時(shí)鐘邁進(jìn)實(shí)體i到達(dá)系統(tǒng)按服務(wù)規(guī)則選擇實(shí)體i滿足需求的服務(wù)臺(tái)j隊(duì)列i長(zhǎng)度加1實(shí)體i排入隊(duì)列i記錄實(shí)體i到達(dá)時(shí)間安排服務(wù)臺(tái)j服務(wù)完成時(shí)刻確定服務(wù)所需時(shí)間等待服務(wù)臺(tái)需要實(shí)體i？YNMQMS顧客到達(dá)事件處理流程圖服務(wù)臺(tái)j狀態(tài)置忙服務(wù)臺(tái)j所有實(shí)體需求為否？

服務(wù)臺(tái)j的實(shí)體i需求置否YN17仿真時(shí)鐘邁進(jìn)到達(dá)服務(wù)臺(tái)j的服務(wù)完成時(shí)刻隊(duì)列2為空？NMQMS服務(wù)完畢事件處理流程圖隊(duì)列1為空？隊(duì)列n為空？N

服務(wù)臺(tái)j實(shí)體1需求置真按排隊(duì)規(guī)則選實(shí)體1進(jìn)行等待時(shí)間統(tǒng)計(jì)隊(duì)列1中顧客到達(dá)時(shí)間更新

隊(duì)列1長(zhǎng)度減1Y

服務(wù)臺(tái)j實(shí)體2需求置真按排隊(duì)規(guī)則選實(shí)體2進(jìn)行等待時(shí)間統(tǒng)計(jì)隊(duì)列2中顧客到達(dá)時(shí)間更新

隊(duì)列2長(zhǎng)度減1YN

服務(wù)臺(tái)j實(shí)體n需求置真按排隊(duì)規(guī)則選實(shí)體n進(jìn)行等待時(shí)間統(tǒng)計(jì)隊(duì)列n中顧客到達(dá)時(shí)間更新

隊(duì)列n長(zhǎng)度減1Y所有實(shí)體需求為否？N確定服務(wù)所需時(shí)間Y安排服務(wù)臺(tái)j服務(wù)完成時(shí)刻服務(wù)狀態(tài)置閑等待...184.2.2庫(kù)存系統(tǒng)4.2.2.1庫(kù)存系統(tǒng)的基本知識(shí)

需求：這是庫(kù)存系統(tǒng)的輸出，如原材料的“消耗”、商品的“銷售”等會(huì)減少。需求量的變化有確定性和隨機(jī)性兩種。

訂貨：是庫(kù)存系統(tǒng)的輸入。庫(kù)存量得到補(bǔ)充。庫(kù)存系統(tǒng)一般要研究的問題是在不同的需求情況下的庫(kù)存策略。包括：每隔多長(zhǎng)時(shí)間需要一次訂貨，定貨量是多少？19那么庫(kù)存策略的優(yōu)劣如何評(píng)價(jià)？

一般以采用此策略后管理上所需的費(fèi)用作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。費(fèi)用少，策略就好。

保管費(fèi)：使用倉(cāng)庫(kù)、貨物保管及因貨物損壞變質(zhì)等所需的費(fèi)用，一般與貨物數(shù)量成正比。

訂貨費(fèi)：包括訂貨所需的手續(xù)費(fèi)、貨物本身的價(jià)格以及運(yùn)輸費(fèi)，以及訂貨的管理費(fèi)等。

缺貨費(fèi)：由于貨物不足、供不應(yīng)求所造成的損失，如失去銷售機(jī)會(huì)、停工待料等的損失。一般與缺貨物數(shù)量成正比。204.2.2.2庫(kù)存系統(tǒng)建模依據(jù)需求量及訂貨時(shí)間為確定或隨機(jī)的，庫(kù)存系統(tǒng)可分為確定性庫(kù)存系統(tǒng)與隨機(jī)庫(kù)存系統(tǒng)。

（1）確定性庫(kù)存系統(tǒng)確定性：需求量及訂貨的提前時(shí)間是一個(gè)已知的確定量。這類問題的最優(yōu)庫(kù)存方案是使庫(kù)存各項(xiàng)費(fèi)用之和最少。

解決庫(kù)存問題最常用的模型為EOQ（經(jīng)濟(jì)定購(gòu)批量：economicorderquantity）模型。

EOQ模型的基本假定和已知參數(shù)如下：

1）僅考慮一種物品的存儲(chǔ)問題，需求不允許拖后，設(shè)需求是連續(xù)均勻的，即需求速率恒定為R。

2）假定一旦訂貨，存儲(chǔ)量可立即得到補(bǔ)充，即訂貨提前期為零。

3）每次訂貨的費(fèi)用為C3，單位時(shí)間內(nèi)每件物品的存儲(chǔ)費(fèi)用為C1。21該模型的存儲(chǔ)量變化情況如右圖所示：存儲(chǔ)時(shí)間t0t1t2存儲(chǔ)量R假定每隔t時(shí)間補(bǔ)充一次庫(kù)存，那么訂貨量必須滿足t時(shí)間的需求Rt，記訂貨量為Q，則Q=Rt，貨物單價(jià)為K，則得到t時(shí)間內(nèi)總的平均費(fèi)用：

C(t)=C3/t+KR+0.5C1Rt

求出最優(yōu)訂貨時(shí)間間隔t0=sqrt(2C3/C1R)，最優(yōu)訂貨批量Q0=Rt0=sqrt(2C3R

/C1)22（2）隨機(jī)庫(kù)存系統(tǒng)模型需求的提前期、需求量、周期三要素至少有一個(gè)是隨機(jī)的，其概率或分布為已知。這種情況下可選擇的策略有定期訂貨、定點(diǎn)定貨和（s，S）等。我們對(duì)（s，S）進(jìn)行討論，對(duì)要討論的模型做如下假設(shè)：

1）在每個(gè)周期t開始時(shí)，檢查庫(kù)存量，如果小于s，則訂貨，訂貨量為S與當(dāng)前庫(kù)存量的差值；如果大于s，則不訂貨。

2）訂貨提前期服從的隨機(jī)分布函數(shù)已知。

3）需求量為已知分布密度的離散性隨機(jī)變量。

4）在各周期內(nèi)，隨機(jī)變量的分布密度不變。

5）允許卻貨，但需要隨后補(bǔ)足。

6）總管理費(fèi)為訂貨費(fèi)、庫(kù)存保管費(fèi)和卻貨損失費(fèi)3項(xiàng)費(fèi)用之和。

7）需求訂單的批量用d(t)表示，采購(gòu)訂單的批量用p(t)表示，采購(gòu)次數(shù)為n，采購(gòu)管理費(fèi)為k元/次，采購(gòu)費(fèi)率為R1，存儲(chǔ)費(fèi)率為R2，缺貨費(fèi)率為R3。23仿真時(shí)鐘邁進(jìn)期初訂貨決策事件確定采購(gòu)量確定最早達(dá)到采購(gòu)訂單采購(gòu)訂單隊(duì)列加1等待庫(kù)存量小于s？YN采購(gòu)決策事件流程圖確定采購(gòu)達(dá)到時(shí)間24需求訂單到達(dá)事件更新缺貨密度處理庫(kù)存量減少需求批量等待庫(kù)存量小于零？YN需求達(dá)到事件流程圖記錄此時(shí)刻為上一事件發(fā)生時(shí)間確定批量，確定下一訂單達(dá)到時(shí)間仿真時(shí)鐘邁進(jìn)更新庫(kù)存密度處理25采購(gòu)到達(dá)事件更新密度缺貨處理等待庫(kù)存量小于零？YN采購(gòu)達(dá)到事件流程圖記錄此時(shí)刻為上一事件發(fā)生時(shí)間庫(kù)存量增加采購(gòu)批量仿真時(shí)鐘邁進(jìn)更新庫(kù)存密度處理264.2.3流水生產(chǎn)組織

1.流水線生產(chǎn)的特征和形式

流水線是指勞動(dòng)對(duì)象按照一定的工藝路線通過各個(gè)工作地，并按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度（節(jié)拍）完成工藝作業(yè)的連續(xù)的、重復(fù)的生產(chǎn)過程。流水線具有的特征：

1）工作地的專業(yè)化程度高；

2）具有明顯的節(jié)奏性；

3）各工序的生產(chǎn)能力平衡或成比例；

4）工藝過程封閉、單向；

5）具有高度的連續(xù)性。27新飛空調(diào)事業(yè)部流水生產(chǎn)線一角28新飛空調(diào)事業(yè)部流水生產(chǎn)線一角29新飛冰箱事業(yè)部流水生產(chǎn)線一角304.2.3.2流水線的分類

1）按加工對(duì)象的移動(dòng)方式：固定流水線、移動(dòng)流水線。

2）按流水線生產(chǎn)對(duì)象的種數(shù)：?jiǎn)纹贩N、多品種流水線。

3）按加工對(duì)象的輪換方式：不變流水線、可變流水線和混合流水線。

4）按生產(chǎn)過程的連續(xù)程度：連續(xù)流水線、間斷流水線。

5）按流水線的節(jié)奏：強(qiáng)制節(jié)拍流水線、自由節(jié)拍流水線。314.2.3.2流水線的組織條件

1）品種穩(wěn)定單一，產(chǎn)量足夠大，長(zhǎng)期供應(yīng)，單位勞動(dòng)量大，保證設(shè)備足夠負(fù)荷。

2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝相對(duì)穩(wěn)定。

3）工藝過程既可劃分為簡(jiǎn)單的工序，又具有相互合并。

4）原材料和協(xié)作件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，且按時(shí)供應(yīng)。

5）機(jī)器設(shè)備始終處于完好狀態(tài)，嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)劃預(yù)修制度。

6）工作必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

7）廠房和生產(chǎn)面積適合安裝流水線。324.2.4準(zhǔn)時(shí)化市場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)控制——看板管理

1。JIT的現(xiàn)場(chǎng)“拉動(dòng)”方式（1）“推動(dòng)式”和“拉動(dòng)式”

推動(dòng)式：根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的要求，確定每個(gè)部件的投入產(chǎn)出計(jì)劃，按計(jì)劃發(fā)出生產(chǎn)和訂單指令。每一個(gè)工作中心按計(jì)劃制造工件，并將加工完的工件送到后續(xù)工作中心，不管后續(xù)工序工作中心是否需要。

拉動(dòng)式：由代表顧客需求的訂單開始，根據(jù)市場(chǎng)需求制定生產(chǎn)計(jì)劃和總裝順序計(jì)劃，從產(chǎn)品總裝配出發(fā)，每個(gè)工作執(zhí)行按照訂單對(duì)零部件的需要，向前一工序提出要求，發(fā)出工作指令，前工序工作中心完全按照這些指令進(jìn)行生產(chǎn)，這樣反工藝順序地逐級(jí)“拉動(dòng)”前面的工作中心，甚至“拉”到供應(yīng)廠或協(xié)作廠。334.2.4準(zhǔn)時(shí)化市場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)控制——看板管理（2）“一個(gè)流”生產(chǎn)：指在生產(chǎn)線內(nèi)任何兩道工序間流動(dòng)的在制品數(shù)不得超過緊前工序的裝夾數(shù)。一般流動(dòng)的在制品為一件，簡(jiǎn)稱“一個(gè)流”。34

2看板管理（1）看板及其在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制中的應(yīng)用看板是JIT的核心，愿意是指“可視化記錄”，卡片或標(biāo)簽等，應(yīng)用控制生產(chǎn)、運(yùn)送和采購(gòu)指令?？窗迳闲枰ㄒ幌滦畔ⅲ何锲访Q、物品編號(hào)、物品描述、容器類型、容器容量、看板識(shí)別碼、緊前工序和緊后工序等。

35（2）看板的形式和分類

看板生產(chǎn)訂貨看板取貨看板一般生產(chǎn)看板工序間取貨看板三角看板外協(xié)取貨看板

各類看板的功能：

1）生產(chǎn)訂貨看板：在一個(gè)工廠內(nèi)，指示某工序加工制造規(guī)定數(shù)量工作所用的看板，分為：

a.一般生產(chǎn)看板。