1、第5章制造系統(tǒng)的性能分析，5-1概述5-2基于排隊(duì)論的分析方法5-3計(jì)算機(jī)模擬分析方法5-4 Petri網(wǎng)分析方法5-5基于隨機(jī)過程理論的分析方法，5-1概述，1。系統(tǒng)分析的目的1。了解現(xiàn)有系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)行為，找出它們的性能指標(biāo)，從而改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)(如計(jì)劃、調(diào)度和控制)2。對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，作為其迭代過程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，它為方案、結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化提供了準(zhǔn)確的信息。2.系統(tǒng)分析方法1?；谂抨?duì)論的分析方法從宏觀角度分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。計(jì)算機(jī)仿真分析方法詳細(xì)了解系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)行為，全面分析系統(tǒng)性能。Petri網(wǎng)分析方法從宏觀角度理解系統(tǒng)行為，分析系統(tǒng)性能。基于隨機(jī)過程理論的分析方法從統(tǒng)計(jì)角度分

2、析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。5-1概述(續(xù))，5-2基于排隊(duì)論的分析方法，1。系統(tǒng)模型，1。系統(tǒng)組成該系統(tǒng)由m個(gè)站組成，每個(gè)站由多個(gè)服務(wù)臺(機(jī)床、運(yùn)輸設(shè)備等)組成。)，I站服務(wù)臺數(shù)量用Si表示，m站為運(yùn)輸站，稱為網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)臺。2.假設(shè)(1)系統(tǒng)關(guān)閉，完成的零件立即被空白替換(由虛擬工位完成)，并且系統(tǒng)中的工件數(shù)量是恒定的，這等于托盤數(shù)量(2)工位前的隊(duì)列可以容納所有到達(dá)工位的工件，即系統(tǒng)不會被阻塞。2.系統(tǒng)參數(shù)1。站數(shù)M 2。每個(gè)站點(diǎn)的服務(wù)臺數(shù)量Si 3。托盤(工件)數(shù)量N 4。訪問頻率q1、q2、qM，取決于工件的加工路線。也可以假設(shè)它是某種概率分布。Q1，第二季度，qM-1代表將工件傳送到工

3、位1、2，M-1和qM表示工件被加工的概率。平均工作速度w1WM-1平均加工速度(件/分鐘)ti=1/W1平均加工時(shí)間WM平均輸送速度(次/分鐘)TM=1/WM平均輸送時(shí)間；iii .系統(tǒng)性能分析1。工作站利用率Ui 1的定義：在長時(shí)間運(yùn)行中，工作站繁忙的時(shí)間比例稱為工作站利用率。定義2:在長期運(yùn)行中，站內(nèi)繁忙服務(wù)臺的數(shù)量稱為站利用率，即如果站內(nèi)只有一個(gè)服務(wù)臺，兩個(gè)定義是等價(jià)的，站1的輸出率應(yīng)等于穩(wěn)態(tài)下的輸入率，即公式中的相對利用率。2.系統(tǒng)生產(chǎn)率p單位時(shí)間內(nèi)完成的零件產(chǎn)量稱為系統(tǒng)生產(chǎn)率，其計(jì)算公式為3。極限生產(chǎn)率Pm極限生產(chǎn)率受到系統(tǒng)中“瓶頸”站飽和的限制。假設(shè)“瓶頸”站點(diǎn)的序列號為B，那么

4、當(dāng)只有一個(gè)服務(wù)臺時(shí)，其極限利用率被確定：因?yàn)橄鄬寐首畲笄曳?wù)臺數(shù)量最少的站點(diǎn)將是最飽和的，所以ri/Si最大的站點(diǎn)是“瓶頸”站點(diǎn)B.4。工件的平均運(yùn)輸時(shí)間假設(shè)系統(tǒng)中有n個(gè)工件。從穩(wěn)態(tài)的角度來看，有以下關(guān)系：平均運(yùn)輸時(shí)間；(3)實(shí)際平均通過時(shí)間t:隨著n的增加，工件開始相互爭奪資源，各工位前出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象，工件通過系統(tǒng)的時(shí)間越來越長(由于排隊(duì)等待時(shí)間較長)。因此，工件在系統(tǒng)中的平均通過時(shí)間是n的函數(shù)，即5。系統(tǒng)效率(1)平滑流動時(shí)間T*:工件不排隊(duì)通過各工位，T*等于各工序加工時(shí)間和輸送時(shí)間之和。(2)理想生產(chǎn)率P*:從理論上講，如果工件之間互不干擾，并且系統(tǒng)中有N個(gè)工件，則系統(tǒng)的理想生產(chǎn)率為

5、：(5)系統(tǒng)效率E:(4)實(shí)際生產(chǎn)率P(N):(6)系統(tǒng)效率評價(jià)：E表示實(shí)際生產(chǎn)率接近理想生產(chǎn)率的程度；e還測量有效生產(chǎn)時(shí)間的比率(加工時(shí)間和tr的總和5-3計(jì)算機(jī)模擬分析方法，1?；靖拍?。仿真的定義：在建立系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，描述系統(tǒng)模型按照一定的規(guī)則從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)的動態(tài)行為。2.模擬的特點(diǎn)：模擬是一種“人工”的實(shí)驗(yàn)手段。通過模擬實(shí)驗(yàn)，我們可以在所研究的系統(tǒng)上進(jìn)行類似物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的主要區(qū)別在于，模擬實(shí)驗(yàn)不是基于真實(shí)系統(tǒng)本身及其實(shí)際環(huán)境，而是基于系統(tǒng)模型及其相應(yīng)的“人工”環(huán)境作為真實(shí)系統(tǒng)的圖像。因此，仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于仿真模型和輸入數(shù)

6、據(jù)正確反映實(shí)際情況的程度。第二，制造系統(tǒng)仿真分析的步驟：(1)問題描述、原始數(shù)據(jù)收集(如生產(chǎn)計(jì)劃、工藝路線、設(shè)備數(shù)據(jù)等)。)。(2)仿真建模根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、問題描述和原始數(shù)據(jù)，建立盡可能實(shí)用的仿真模型。(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確定了仿真方案、仿真次數(shù)、仿真時(shí)間、初始狀態(tài)等。(4)模擬運(yùn)行編程、參數(shù)輸入、運(yùn)行和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。(5)結(jié)果分析根據(jù)模擬運(yùn)行過程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)性能指標(biāo)，如設(shè)備利用率、隊(duì)列長度、系統(tǒng)生產(chǎn)率、工件平均通過時(shí)間等。3.基于活動循環(huán)圖1的仿真算法。輸入信息(1)每個(gè)活動的活動周期(持續(xù)時(shí)間)，如機(jī)床的加工時(shí)間。(2)每個(gè)隊(duì)列的排隊(duì)規(guī)則，如FCFS和SPT。(3)系統(tǒng)的初始狀態(tài)，如初始隊(duì)列長

7、度。2.模擬算法的最小時(shí)鐘原理三階段離散事件模擬算法階段A(時(shí)鐘提前):檢查每個(gè)活動的活動時(shí)間的剩余值，并選擇最小值作為時(shí)鐘提前量來提前時(shí)鐘。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和動態(tài)圖形顯示。如果模擬時(shí)間未達(dá)到最終值，則轉(zhuǎn)到階段B，否則結(jié)束。階段b(狀態(tài)更新):檢查每一個(gè)活動，終止那些剩余活動時(shí)間值等于零的活動，將相關(guān)變量設(shè)置為終止?fàn)顟B(tài)(實(shí)體被轉(zhuǎn)移到隊(duì)列，等等)。)并轉(zhuǎn)到階段c。階段c(活動掃描):檢查每個(gè)活動是否滿足其開始條件，如果滿足，則計(jì)算活動的活動時(shí)間，相關(guān)實(shí)體將進(jìn)入活動狀態(tài)并轉(zhuǎn)到階段a，3。模擬算法的運(yùn)行過程是由三個(gè)機(jī)床和一個(gè)工人組成的處理系統(tǒng)的一個(gè)例子。初始狀態(tài)：停止隊(duì)列，三個(gè)機(jī)床，等待隊(duì)列，一個(gè)工人的

8、安裝活動，停止處理活動，模擬運(yùn)行過程，第一遍，階段A:時(shí)鐘提前=0，時(shí)鐘=0，階段B:無活動終止，無狀態(tài)更新，階段C:1號機(jī)器安裝開始，活動時(shí)間=3，第二遍A:時(shí)鐘提前=3時(shí)鐘=3 B:1號機(jī)器安裝完成，活動時(shí)間=3-3=0 C:2號機(jī)器安裝開始，活動時(shí)間=3號1號機(jī)器安裝開始，活動時(shí)間=10，第三遍A:時(shí)鐘時(shí)鐘=6B:2號機(jī)器安裝完成，活動時(shí)間=3-，活動時(shí)間=10-3=7 C階段：3號機(jī)器安裝開始，活動時(shí)間=3號機(jī)器加工開始，活動時(shí)間=10，第四時(shí)間A階段：時(shí)鐘前進(jìn)=3，時(shí)鐘=9 B階段：3號機(jī)器安裝結(jié)束，活動時(shí)間=3-3=0號機(jī)器加工繼續(xù)，活動時(shí)間=7-3=4號機(jī)器加工繼續(xù)。 活動時(shí)間=

9、10，停止隊(duì)列為空，安裝無法開始，第五遍，階段A:時(shí)鐘提前=4，時(shí)鐘=13B:1號加工完成，活動時(shí)間=4-4=0，2號加工繼續(xù)，活動時(shí)間=7-4=3，3號加工繼續(xù)，活動時(shí)間=10-4=6C階段：1號機(jī)器安裝開始，活動時(shí)間時(shí)鐘=16 B階段：1號機(jī)器安裝完成，活動時(shí)間=3-3=0 2號加工完成，活動時(shí)間=3-3=0第四，制造系統(tǒng)仿真分析1。重復(fù)為了確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，模擬運(yùn)行的次數(shù)和每次運(yùn)行的樣本數(shù)量必須足夠。2.批量平均法將模擬運(yùn)行分成m個(gè)等長的段(采樣次數(shù))，每個(gè)段被視為一個(gè)獨(dú)立的模擬運(yùn)行。段的數(shù)量應(yīng)該足夠大，并且每個(gè)段的長度也應(yīng)該足夠大。迭代方法在每次模擬運(yùn)行之間具有很好的獨(dú)立性，但每次運(yùn)行

10、都經(jīng)過初始空載狀態(tài)，這容易導(dǎo)致均值估計(jì)的較大偏差。批次平均法有利于消除初始狀態(tài)的影響，但應(yīng)注意消除批次之間的相關(guān)性。1.簡要介紹在建立制造系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)Petri網(wǎng)的基本指標(biāo)計(jì)算方法，Petri網(wǎng)分析方法是求解系統(tǒng)性能指標(biāo)和分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的有力工具，在制造系統(tǒng)分析和規(guī)劃中得到了廣泛的應(yīng)用。2.基本指標(biāo)的計(jì)算1。其中庫中的令牌數(shù)等于K的概率公式是對應(yīng)于該狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率，而S是狀態(tài)2的總數(shù)。庫中令牌數(shù)的期望值是任何可訪問狀態(tài)中包含的pi的最大令牌數(shù)。3.它(pi)和OT(pi)分別是pi的輸入轉(zhuǎn)換集和輸出轉(zhuǎn)換集。4.在轉(zhuǎn)移發(fā)生率公式中，當(dāng)F (Mi，tj)為Mi狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)移發(fā)生率tj，基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)性能分析1。系統(tǒng)示例(看板制造系統(tǒng))MC(制造中心):制造中心OH(輸出料斗):輸出內(nèi)存BB(公告牌):公告牌，2。Petri網(wǎng)模型(三單元看板制造系統(tǒng))ni和Ni分別是單元I的看板編號和機(jī)床編號。m是在系統(tǒng)出口等待加工零件的客戶隊(duì)列的最大數(shù)量。3.系統(tǒng)性能分析(1)設(shè)備的瞬時(shí)利用率(2)設(shè)備的平均利用率(3)在制品數(shù)量(4)系統(tǒng)生產(chǎn)率(5)制造運(yùn)輸時(shí)間(6)最短運(yùn)輸時(shí)間對應(yīng)的看板分配方法為(1，1，4)。這一結(jié)果表明，制造系統(tǒng)的最大生產(chǎn)率并不意味著最短的運(yùn)輸時(shí)間?；陔S機(jī)過程理論的5-5分析方法。首先，隨機(jī)因素是影響現(xiàn)代制造系統(tǒng)