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系统仿真创造价值系统仿真简介和离散事件系统定义(D)系统建模(M)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NOSimulate?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agent3D+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(UnitedParcelService)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,6σ)•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DennisPegden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(D)系统建模(M)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动。V&V更是一门艺术。Verification-找出语法及逻辑结构错误Validation-是否能表现实际系统行为仿真Verification=设计意图?仿真Validation=实际系统行为?••校对从概念上讲非常简单,但对于大型复杂的模型而言,由于存在大量的变量关系和决策路径,Verification工作实际操作上比较困难。系统验证:由于模型系统的细节层次,时间粒度,抽象程度等关•系,验证模型只能是所关心的系统元素的行为可信度。如果模型在这个层面经过数据验证或专家论证,那么模型的输出可以有效辅助决策。验证的难度取决于模型的复杂程度,和是否存在类似系统可供比较。不存在和系统完全吻合的模型系统,只能是系统行为和性能的逼近。并不是所有可靠的模型结果会被用于决策,取决于模型指导方案的实施可行性,时间有效性、成本有效性、或政治有效性。系统“正确”的结果验证(Validation)假设文档分析和数据1,2,3仿真程序/模型运行模型5,6,7,8,9结果用于决策结果“推销”给管理层10校验(Verification)验证(Validation)建立可信度有效的模型可信的模型=?可信的模型=?验证有效的建立可信度实验分析和回顾系统仿真建模是实践性非常强的学科,其输出结果的有效性取决于模
本文标题:生产系统仿真教程-理论基础
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