生产系统仿真教程-理论基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,06 十一月 2024,生产系统仿真教程-理论基础,定,义,（）,系,统,建模,（）,结,果,实验,分,析,(R),报,告,（,R),回,访,（,R),客,户,面,谈,建模,/,编码,回,顾,假,设,项,目,报,告,书,实,施效果回,顾,衡量指,标,校,对,(V),仿真,实验设计,和分析,结,果解惑,差距分析,分析,现,状,（含数据搜集）,验证,(V),输,出,统计,学分析,建,议,行,动,方案,建,议,行,动,方案,团队评,估,团队评,估,团队评,估,团队评,估,团队评,估,系,统,定,义,动,画模型,/,用,户,界面开,发,增,进,仿真知,识,理解,能 力,/,效 率 改,进,未来状,态/,人,员发,展,仿真业务框架,(DM3R),系统仿真介绍,何为仿真？,何时采用仿真？,系统仿真在制造,/,物流领域应用,仿真带来什么效益？,仿真的常见误区,很多流行的游戏都是基于仿真(反恐精英,魔兽世界,星际争霸,棋类游戏),航空,制造,物流中心,风洞仿真研究帮助设计更为有效的飞机,通过飞行仿真器进行试飞意味着更加少的事故,仿真优化生产线和生产计划,设计分配中心的布局,系统仿真介绍,仿真无处不在,娱乐,仿真是实时地对现实世界的流程和系统的运作进行模拟,仿真,包含人为地产生系统的“历史”，并通过观察这些“历史”,数据来获得它所代表的现实系统的运作的推断。仿真是解决,很多现实问题不可获缺的解决工具。仿真被用来描述和分析,系统的行为，提出关于现实系统的,What-If,的问题，并帮助实,现系统的设计。,本质,:,解决需求和供给在时间,空间和数量上的匹配，它是对,有限资源分配、占用、释放方式进行研究的试验工具,是对复,杂系统的运作规律用计算机进行有选择、有针对性地表达，,并通过有目的的试验进行系统改善的一门先进技术。,我们的目标是通过构建计算机上的结构化,/,参数化的虚拟模型,来模仿实际系统的行为,预测系统的绩效。,计算机仿真通过合适的仿真软件来完成,仿真模型可以模拟和研究复杂、动态随机系统,这是传统数学,分析方法的软肋，也是传统电子表格分析工具所不能胜任的。,何为“系统仿真”,为何,”,系统仿真,“?,仿真技术的角色,:,分析工具,:,预测对现有系统做某些改变后系统的,行为,.,设计工具,:,预测新系统的绩效,.,现实世界中的许多问题从本质上而言是非常,复杂的,它们不能用传统的数学工具所有效分,析,.,因此,数值的、基于计算机的仿真技术被运用于,模拟复杂系统的行为。,什么时候不采用仿真？,问题可以被数学公式所解决（存在解析表达式）,或通过常识就能解决,实施仿真研究的资源和时间并不充足,所要研究的系统不存在任何的数据和估计,仿真项目的参与者没有足够时间来验证,/,校对模型,仿真项目的经理们对此有不恰当的期望,NO,Simulate,？,简单性,灵活性,升级速度,二次开发扩展,3D,表现力,软件功能集,学习,仿真软件的演化,agent,3D+脚本语言+对象编程,2.5D+过程导向,:Flexsim,仿真软件的指标体系,系统仿真在美国发源，有近,60,年的应用历,史【,1955,，,K.D.Tocher,】,2D+过程编程/模块化,:Simul8,Arena,Extendsim,仿真语言:SLAM,SIMAN,智能对象+3D(无编程):,Simio,系统仿真技术广为应用,高通,(Qualcomm),想通过精简手机制造流程，改善库存管理大幅度减少成本,以保持市场竞争力的时候，,它求助的方法是动态仿真技术。,当,UPS,（,United,Parcel,Service,）想在满足客户服务质量的前提下，在庞大的,人员车辆配置和成本之间取得最佳平衡的时候，它求助的方法也是仿真技术,宝洁（,P&G,）总部提出要求，要设计一个覆盖北美的高效的供应链网络，不,但要满足客户的日常订单处理和配送要求，,更要求这个供应链网络具有极强,的抗波动性，它所求助的方法还是仿真技术。,宝钢在验证其四号高炉（,4BF,）的区域铁水运输物流系统时，鉴于铁水运输系,统的复杂性，它最终求助的方法依然是仿真技术。,.,仿真技术在复杂系统的分析和决策中的巨大价值,在欧美已成为不争的事实，每年创造着数千亿美,元的经济效益！,何时采用仿真,您面临复杂的决策问题，需要预测或者改进复杂系统的绩,效（人脑只能同时处理4个变量,复杂系统有大量变量）。,您迫切需要知道变化所带来的影响,研究时间跨度比较长的,系统绩效水平（如1-50年,）,。,一个或多个系统元素呈现高度的不确定性，动态变化性或,依赖性。,实际流程和系统并不存在,或者不能能容易的操控。,对实际系统做试验，风险很大。,系统不能被其他传统的分析方法（闭环的数学公式）有效,地分析。,先化。,系统仿真在制造,/,物流领域应用,现实世界存在太多的随机因素，复杂依赖关系。平均化，线性化，均一化的传统思维,非常要不得！很多现象都是反直觉的，这就必须依赖于系统仿真工具来揭示。仿真的出现,彻底颠覆了传统的静态思考以及对系统的极限能力用平均值去计算的方式。典型的经验型,领导的三拍决策贻害无穷,科学地决策?当然有可能!,评估出库的效率,是否能够,满足出货要求。,生产计划及调度仿真,制造企业效率的灵魂是高质,量的计划体系，包括协调一,致的销售计划、生产计划，,采购计划，维修计划，装配,计划等等。而这些计划的制,定体现了在多种约束（资,金，设备，人员，交货日期,等）情况下，企业对资源的,配置能力和响应能力。通过,建立仿真模型来评估,不同,的计划模式,策略对于效,率,目标的影响,在有限资源,的约束下的作出最佳调配计,划,选择适合企业目标的调,度策略和排产规则。,生产制造系统,系统仿真在生产制造系统的,应用：,评估生产线的设备配置；,评估生产线的流程设计；,分析生产线瓶颈及库存点；,复杂,柔性生产系统的模拟和,验证,(,比如半导体,晶园生产过,程,多工艺路线的加工车间,),；,生产制造系统的能力分析,人员排班模式对生产的影,响；,一个精益系统对于生产系统,的影响。,物流仓储系统,仓储流程通常来说，是非常,复杂和动态的,仿真能够帮,助决策者分析,仓储系统的性能,构造复杂的仓库布局,关于仓库的货架形式,设备,类型的决策；,模拟自定义的货物到达,处,理,拣选,存储规则；,评估物料系统吞吐容量；,评估物流资源的能力,(,设,备,空间,人员,),评估其效,率；,仓库在物流作业方面通畅,性；,生产和物流设施布局,系统仿真是一个功能强大的,分析方法，可以预测系统的,性能和找出不足。在设施规,划方面,能克服传统系统布,局规划,(SLP),物料搬运系统,(SHA),静态的计算物流量的,缺陷能考虑系统的动态,复,杂因素,通过整合的逻辑过,程图表，物流量数据，平面,设计图纸,建立物流仓储系,统的三维模型,通过各种方,案的试验获得系,统性能数,据,来进一步指导规划平面,图,通过不断的仿真模型验,证和调整,使规划布局最优,供应链系统设计评价,供应链是一个由供应商，制造商，分销商,和零售商共同组成的实现从原材料到成品,并最终满足客户需求的协同网络。信息,流，物流和资金流的不断流动形成了供应,链的动态特性。系统仿真能够用于：供应,链和物流网络设计和评估，评估包括以下,一些问题：需要多少厂房，仓库，配送中,心？应该布局在什么地方？对于配送网,络，应该怎样划分客户群体和选择配送路,径？；每一个设施应该完成供应链里的哪,项功能和扮演哪种角色？；每一个设施应,该存储或生产什么产品最能发挥资源利用,率？应该选择哪些第三方设施作为备选方,案，如何平衡企业自有设施和第三方设施,的利用平衡？；如何设置安全库存，再订,货点和订货批量？,精确的预测系统绩效,测试您的想法-做出更佳的决策,消除风险和不确定性,挖掘潜在价值,防止/消灭不必要的成本,验证过程能力和过程改进,(精益,6,),发现新问题，新契机,高度可视化，增进沟通和推广新理念,带来超出预期的客户服务,仿真在大型项目决策中的价值,:,根据,Dennis,Pegden,博士,35,年无数项目的总结,对于大型项目而言:,仿真决策带来,3,年的平均累计现金收益为,1700,万美元,累计投入平均为,160,万,美元,整个项目的,ROI,为,10.6,倍!,仿真带来什么效益？,不理解,仿真实施的目的。,一开始就范围太大,想的太复杂,要锁定范围。,拘泥于过份的细节。,采用和现实实体一一对应的建模方式，而不是适度抽象化。,注重形象工程,拘泥于过分的3D逼真而忽略实际问题处理（神似形似!,）,没有周全的考虑系统元素的变化性。,只需要必要形式的必要数据。,没有充分校验/验证模型。,错误地解释随机结果。,决策者不相信仿真的结果(很多结果多是违背直觉的)。,不及时的结果。,结果只是描述性的,而非诊断性的。,过分注重理论研究,而缺乏实际动手能力和建模的练习和技巧。,仿真是专家门玩的,是编程高手玩的?,对仿真的认同不仅仅是因为它看起来,“好象”,动起来,“好玩”,更重要的是,它解决了问题!,仿真的常见误区,础编程,（务实的项,程知识,系统仿真知识体系,/,技能要素,概率统,计学,初步理,解算法,结构,动画设,计,综合抽,象能力,数据库,的知识,离散事件,系统仿真,原理,特定仿,真软件,的掌握,报告和,演示技,巧,对公司政,治的敏锐,组织能力,技术写,作能力,谈判技能,跨部门沟通,.,组合优,化,运筹学,精益生产,面试技巧,时间管理,供应链,技能,结构化,思维,/,基,项目管理,目计划）,逻辑学,业务流,管理,工业工程,/,技术力,能力,/,影响力,仿真项目基本步骤,咨询业务框架图,定义阶段,系统建模阶段,实验分析和回顾,报告阶段,项目回访,定,义,（）,系,统,建模,（）,结,果,实验,分,析,(R),报,告,（,R),回,访,（,R),客,户,面,谈,建模,/,编码,回,顾,假,设,项,目,报,告,书,实,施效果回,顾,衡量指,标,校,对,(V),仿真,实验设计,和分析,结,果解惑,差距分析,分析,现,状,（含数据搜集）,验证,(V),输,出,统计,学分析,建,议,行,动,方案,建,议,行,动,方案,团队评,估,团队评,估,团队评,估,团队评,估,团队评,估,系,统,定,义,动,画模型,/,用,户,界面开,发,增,进,仿真知,识,理解,能力,/,效率改,进,未来状,态/,人,员发,展,咨询业务框架,每个阶段本身是循环往复的改进过程，团队评估在每个阶段都是必需的,。,定义阶段,定义建立仿真模型的目的所在。即：在您的流程中您需要解决什,么问题。,仿真模型的输出是什么，明确这些有助于仿真模型结构的设计。,哪些系统绩效指标是您所关注的，您如何知道您的问题已经得到,解决。,了解系统的组成部分，系统结构及目前各个流程的运作方式，现,有绩效水平等。,搜集任何和流程相关的数据（数值型,/,非数值数据），例如您的资,源在何处被使用；设备当机的频率；如果没有历史数据，根据经,验做出合理的预估。,重要的文档：“功能规划书”，清晰地定义项目目标，截止期，数,据，职责，报告的需求，和项目的其他方面。规划书将作为整个,仿真项目的指导，尤其是在某些方面必须取得折衷时。,系统建模阶段,以简单的概念模型（原型）开始，逐步加入细节。,在建模之前，建立系统流程各个环节的流程图。,仿真的每一步骤，进行详细的测试，确保问题及时被解决。,校对,(Verification):,仿真模型是否按照您的设计要求去执行？,即：仿真模型的流程描述和您期望的流程是否一致？,验证模,型逻辑和数据符合设计。,验证,(Validation):,仿真模型是否反映实际系统行为？当您运,行模型时，模型是否表现的如实际系统？结果是否和实际系,统吻合，有多大差异？,一般来说，模型结构应具备：相似性，简单性，多面性。,模型的有效性分为三个级别，即复制有效性，预测有效，结,构有效性。,模型校对和验证,模型校对和验证（,V&V,）,V&V,是一个贯穿在系统建模过程的活