【毕业论文】基于automod的物流系统建模、仿真与优化

基于AutoMod的物流系统建模、仿真与优化翁贻方张增辉廉小亲张晓力段振刚北京工商大学信息工程学院，北京100037摘要应用AutoMod仿真软件，对加工生产线物流系统进行建模、仿真运行、统计分析与优化设计。给出物流系统的三个参数——空中货车数量、AGV1和AGV2小车数量的单一参数优化和组合参数优化结果。本文方法可用于实际物流工程设计。关键词物流；建模；仿真；优化设计；AutoMod分类号TP272/278文献标识码A1引言生产物流系统是制造系统的一个重要组成部分。生产加工和生产物流融为一体，规划阶段对它们进行建模和仿真【1,2】，可以及时发现系统中不合理的地方并加以改进，能为企业改善生产环境，提高经济效益。目前国内针对企业物流的研究，主要在于网络、电子商务和立体仓库等方面，而且研究企业供应物流和销售物流较多，对于制造企业生产物流系统的研究相对较少。本文以一加工生产线为研究对象，运用AutoMod【3,4】仿真软件对系统进行建模与仿真，通过分析模型的运行过程,对系统进行优化设计。2加工生产线物流的规划与要求某厂已有两个半成品仓库，库存两种半成品（主体部分、加工部分），并且两部分都有两种不同型号。欲建立一条加工生产线来提高产量和降低库存，要求两种半成品同时被加工，根据类型的不同取道、不同路径，装配加工成成品后运入成品库。系统模型布置图如图1所示。图1生产线布局图图1中A区为汽车主体部分存储区，采用自动化立体仓库；B区为汽车零部件部分存储区，采用自动化立体仓库；C区为汽车主体部分运输区，采用空中货车输送方式；D区为生产区，生产线流程总时间为1.5min左右；E区为成品入库运输区，采用平板车运送方式；F区为成品库存区，采用自动化立体仓库。机车参数：空中输送机速度40-50m/min；AGV小车速度50-60m/min；平板小车速度50-60m/min。3基于AutoMod的加工生产线物流系统建模AutoMod是美国BrooksAutomation,Inc.开发的离散事件系统仿真软件，已在国外一些大型物流企业得到成功应用。应用该仿真软件可完成对制造系统、仓储系统、物料处理、企业内部物流、港口、车站、空港、配送中心、以及控制系统等的仿真分析、评价和优化设计等。3．1物流系统建模在AutoMod仿真环境下物流系统的建模步骤如下：1.建立子系统模型,根据规划要求在AutoMod中建立PathMover、PowerFree、Conveyor系统以及出入库的AS&RS系统,形成上述的场景布置。2.定义系统中的Load、Lable、Process、Varialble、Counter、实体单元和逻辑单元及其属性,在一些定义或属性设置好以后把所要用到的三维模块导入AutoMod中。本文定义了四种随机Load（Lmain(主体部分)、Lpart(零部件部分)、Lboth(未加工的货物组合部分)、Lfinal(成品)）；两组加工流程Rmachine1(1、2)、Rmachine2(1、2)、Rmachine3(1、2)；12个Process；若干辆空中运输车和AGV运输小车，以及一定量的对应Lable(标签)、其它实体单元和逻辑单元。3.加工生产线三维场景驱动程序的编制。根据所建立的模型在SourceFile中编制驱动程序。在产生货物程序段设定运行过程中停止出货的终止时间，在加工部分设置了三个Resource来仿真加工的流程，时间取服从给定时间的正态分布，以达到更好的仿真效果，生产线系统控制程序的流程图如图2。4.为了达到仿真效果又简化模型，在建立生产区模型时，采用了三个实体和运输路径组合来仿真整个复杂加工系统，并把实体的加工时间设为符合给定时间的正态分布，提高了仿真效果。图2生产线流程图图3模型运行状态图仿真模型运行状态如图3所示。通过运行过程可以看出空中货车、两种AGV运输小车的数量对此系统的影响较大。下面应用AutoMod的分析模块AutoStat，对三种运输车数量的搭配进行分析和优化。4系统模型参数的分析及优化仿真运行结果表明，三种运输小车的数量对该生产线的产量以及小车的利用率等主要因素有很大的影响，确定系统的分析参数为空中运输货车carrier、AGV1、AGV2小车的数量，整个生产线的产量以及三种小车各自的利用率为系统的响应。系统为终止型模型，无预热时间。4．1单一参数分析及优化用单变量分析（Varyonefactoranalysis）方法确定三种运输车的较优数量。根据三种小车的参数和响应数据，经整理分析如下：1.carrier空中货车数量分析表1中del表示取货后运输到指定地点的一段时间即装载运行时间的比率，go-park是指将货物送到目的地后返回取货点的一段时间即空载运行时间的比率，两者之和是表中的total，是指利用率。当利用率很低时说明运输车选取的数量太大，而太高时说明小车数量太少，影响生产率。本系统仿真中利用率的两部分del、go-park应当接近是较优，否则说明小车有排队现象。年总产量是评价系统生产能力的重要指标，在同样条件下，生产数量越大越好。从表1中仿真数据可看出，当空中货车的数量大于等于6辆时，生产出成品的数量基本持平，且要远远大于4和5。同时还可以发现空中货车的利用率随着数量的增加逐步下降，AGV小车的利用率变化不大，但是当空中货车数量太小时两个部分利用率（del和go_park）的数值差距，说明当货车数量为8或是9时有多余的车辆，这样就会使得系统的投资较高。当数量为4或5时，AGV小车就会有排队现象。取6或7辆时可以满足系统的要求。仿真运行结果表明空中货车的数量7为最优数值。表1carrier数量仿真数据统计AGV1利用率AGV2利用率Defcarrier利用率数量delgo-parktotaldelgo-parktotaldelgo-parktotal成品车总数量40.220.51420.73420.22480.51120.73600.55020.43680.987030150.28140.4910.77240.27440.48760.76200.54920.43660.985837560.32880.45880.78760.34060.43400.77460.54920.43560.984844970.35120.43740.78860.33280.44140.77420.47820.40820.774246680.38420.43460.78880.32960.44420.77380.41840.46760.773846690.35420.43460.78880.32960.44420.77380.37180.43160.77384662．AGV1小车数量分析表2中列出了不同AGV1小车数量的仿真结果。结果是AGV1小车的数量最优值为4。表2AGV1小车数量仿真数据统计AGV1利用率AGV2利用率Defcarrier利用率数量delgo-parktotaldelgo-parktotaldelgo-parktotal成品车总数量30.55240.26880.81120.33680.44040.77720.59260.38640.987044040.42720.34940.77660.3460.42760.77360.4970.40780.985846550.33540.45180.78720.34940.42680.77620.47820.40820.984846660.1380.6590.7970.17340.70480.87820.7450.19460.774223270.04980.6570.70680.08020.85540.93560.88240.08620.773810280.0730.59580.66880.11140.8010.91240.8260.13120.77381563．AGV2小车数量分析由表3数据，知AGV2小车的数量为4或是5时可满足生产要求，最优数值为4。表3AGV2小车数量仿真数据统计AGV1利用率AGV2利用率Defcarrier利用率数量delgo-parktotaldelgo-parktotaldelgo-parktotal成品车总数量30.3330.46120.79420.55620.2320.78820.60780.36980.977644140.32540.46080.78620.4530.30780.76080.50160.40680.908446950.33320.45260.78580.3510.42380.77480.47860.40840.88746660.2180.63240.85040.2030.58680.78980.64960.27120.920831370.14060.75920.89980.1060.60360.70960.76160.18660.948219780.17420.7030.87720.11880.50140.62020.72560.21120.93682484．2最优参数组合分析单一参数分析为组合参数（Varymultiplefactors）分析提供了参数的范围。在此基础上，进行了AGV1、AGV2小车和carrier空中货车数量三个参数的组合分析，仿真数据如表4所示。表4组合参数分析数据统计AGV1利用率AGV2利用率Defcarrier利用率组合参数delgo-parktotaldelgo-parktotaldelgo-parktotal成品车总数量(4,4,6)0.41040.36240.77280.41160.3410.75260.5610.4240.985434(5,4,6)0.32580.46120.78600.42020.3350.75520.55760.42740.985439(4,5,6)0.42720.34940.77660.3460.42760.77360.4970.40780.9048465(5,5,6)0.33540.45180.78720.34940.42680.77620.47820.40820.8864466(4,4,70.42120.35880.78000.44220.3180.76020.52520.40360.9288463(5,4,7)0.32760.45960.78720.44860.310.75860.49860.40560.9042465(4,5,7)0.42720.34940.77660.3460.42760.77360.4970.40780.9048465(5,5,7)0.33540.45180.78720.34940.42680.77620.47820.40820.8864466由表4可看出车辆的利用率相差无几，但是当空中货车的数量为7时，生产汽车的数量要大一些，并且实际仿真过程中在主体部分和零部件出库时不会出现大批货物排队，故取7辆空中货车；当空中货车取定7后，AGV1、AGV2小车的数量组合各响应指标相差无几，所以数量越小越能节约成本。最终可得到最优组合参数为：空中货车Defcarrier数量为7、AGV1、AGV2小车数量各为4。5结论本文针对一加工生产线物流进行AutoMod的建模、分析与优化设计。通过仿真形象地展示了加工生产线各部分之间的物流关系，方便地找出加工生产线物流系统的缺陷与瓶颈。通过AutoMod功能强大的分析模块，找出最优参数，达到了优化设计目的。本项工作可以为生产管理者在决策过程提供依据，对类似的生产线物流系统仿真分析具有参考价值。本文作者的创新点是应用AutoMod离散事件仿真软件，对加工生产线物流系统进行优化设计，得到可供投资者参考的方案。参考文献：[1]张晓萍，刘玉坤，石伟．物流系统仿真原理与应用[M]．北京:中国物资出版社，2005:1-29，82-162．[2]潘炜，高镜惠，周雅夫等。基于MATLAB/Simulink的汽车ABS的半实物仿真系统。微机算计信息（测控自动化），2003，19（12）：23－24。[3]AutoMod