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Flexsim在工业工程专业教学中的运用范文

时间:2022-03-03 09:02:32

Flexsim在工业工程专业教学中的运用

1Flexsim仿真软件介绍

Flexsim资源库中有常用的三大类对象,包括固定资源类如处理器和传送带,移动资源类如操作员和运输小车,以及网络节点对象,其中网络节点用于定义移动资源在执行移动任务时行进的路线。这些对象都具有3D显示功能,同时Flexsim中也可以直接导入3DS(3DStudio),VRML,3DDXF和STL等类型文件,用户可以根据需要设计自己的模型,导入进来并加入对象库作为自定义对象,这样可以非常方便地在其他模型中使用该对象。另外FIexsim提供了仿真模型与ExpertFit和MicrosoftExcel的接口,通过ExpertFit可以对输入数据进行分布拟合,并输出MicrosoftExcel格式的统计分析文件。

2Flexsim仿真步骤

系统仿真分为建模、编制和运行仿真程序以及仿真结果分析等步骤,其中建模是仿真的关键,是对真实系统的抽象,而仿真则是通过所编制的仿真策略来控制仿真模型的运行,最后输出仿真结果,从而反映出真实系统的运行过程。典型仿真研究的步骤如图1所示,大致包括问题确定、数据收集、模型运行与确认、方案设计与比较等过程。

3案例应用

为了更详细介绍Flexsim软件在工业工程中的应用,本文将以制造业中的混流生产为例进行应用研究。

3.1系统描述及参数说明为了满足用户的不同需求,多品种小批量的产品多以混流生产为主。混流生产是指在一定时间内,一条生产线上生产出多种不同型号的产品,产品的品种根据顾客需求而变化。混流生产可以提高生产效率、降低企业成本、满足客户订货、减少在制品数量、均衡物料消耗速率和负荷,并增强生产线的灵活性及适应性。同时还能提高企业对市场环境变化的快速反应能力,在需要的时候,按需要的量,生产所需要的产品。而如何在一条混流生产线上安排不同型号产品的生产才能达到提高效率,是仿真所要研究的内容。这里以某产品总装配线为例,要求在保持装配线连续生产的条件下,采用不同投产顺序生产给定数量的A、B、C三种不同型号的产品(如表1所示),并分析不同投产顺序对加工时间的影响。假设这三种产品需经过以下8个装配工序,由于每种产品所需零部件不一样,其装配工艺以及在每个工序上的装配时间也不一样,具体装配工艺信息如表2所示,表中0秒时间表示该产品在该工序上不需要装配任何零部件。根据系统描述建立系统概念模型如图2所示,其中逻辑关系将在仿真模型建立过程中进行设置。

3.2建立系统仿真模型根据系统描述建立系统仿真模型如图3所示,图中每个工序后面都有一个缓冲区用来临时存放装配过程中的在制品。同时在仿真模型中,对系统模型进行了参数设置与控制,如图4所示,在原材料投放处,设置ProductA、B、C的不同投放间隔时间和数量,并在SourceTrigger触发器中通过控制原材料Source输出口的开关来设置所有产品的投放总量,如图5所示,即表示当前离开流动实体的前一个流动实体为999个时,关闭Source的输出口,从而保证投放总量为1000。另外,根据不同产品在同一工序加工时间不同,模型中通过对各工序加工设备的加工时间进行编程实现。以工序4为例,首先在加工设备的加工时间处选择ByItemtype(indirect),即根据产品类型不同选择不同加工时间,然后编写如下代码:其中产品类型1、2、3为虚拟产品类型,即表示A、B、C三种产品。

3.3运行系统仿真模型运行仿真模型,在仿真过程中可以看到代表A、B、C的三种不同颜色的产品从系统中流过,经过不同工序的加工,最后离开系统,如图6所示。

3.4仿真结果分析与思考运行以上构建的系统模型,可以得到数据和图表等多种结果输出。根据输出结果进而可对系统加以分析,比如对每个工序设备的加工时间和等待时间进行分析,从而发现系统问题,提出改进方案,并通过仿真对方案进行验证。如图7为模型运行一段时间后所获取的设备Process1、Process2、Process3的加工情况,通过工序状态百分率饼图可以看出,设备1和设备3的工序利用率都很高,而相比较而言,工序2的利用率不足50%,出现了较为严重的生产空闲,导致资源浪费,需要进行改善。比如通过改变三种产品的先后投产顺序,或减少产品投放间隔时间等,而哪种方案更合理,则可以通过仿真来验证。为了锻炼学生的实践能力,这些相应的问题都可以让学生思考并实施,从而提高学生分析问题和解决问题的能力。

4结论

仿真作为解决复杂问题的有效方法之一,可以透视出真实系统中的复杂相关性和动态性,而Flexsim作为一款具有三维显示功能的离散事件系统仿真软件,在高校的教学中能发挥出积极的作用,一方面可以激发学生的兴趣,使学生在学习软件的过程中对仓储、物流、生产线有一个感性的认识;另一方面可以帮助学生了解系统是如何运作的,同时也可以了解如果实施替代方案系统将会怎样,从而提高学生分析问题、解决问题的能力。通过实践证明,Flexsim的应用对于高校工业工程专业的教学和研究都具有积极的意义。

作者:贾艳张跃刚向号单位:西华大学机械工程与自动化学院

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