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生产系统研究的基本目标是生产系统的效率、质量、交期和成本，生产系统仿真则是对生产系统的各个组成环节建立仿真模型，通过仿真技术使系统性能优化、效率提升和浪费减少。系统仿真技术已经广泛地应用到生产系统各个领域。本书针对生产系统中的经典问题进行相关分析，并建立Plant Simulation的仿真模型及相应的优化算法。全书共8章：第1章详细介绍生产过程中的波动对生产系统效率的影响，重点分析生产线暂存区对产出率的影响；第2章建立订单型制造企业生产线/装配线的物料配送仿真模型，并对其中关键参数进行优化；第3、4章对设施规划中的两种经典布置方法进行详细分析及建模，通过本模型可以非常快速地得到最优布置方案；第5、6章全面系统地介绍生产计划调度的各类FSP和JSP问题的求解方法，并提出一些改进的算法，以配合仿真方法的运用；第7章针对人机作业分析，进行仿真建模；第8章对工厂的仓储、车间等作业场所进行相关物流仿真。注：本书配套的程序代码等教学资源，在华信教育资源网找到本书即可下载，www.hxedu.com.cn

目    录
第1章  流水线暂存区的仿真试验设计	1
1.1  Flow Shop暂存区模型	1
1.2  开始一个新项目	2
1.2.1  初始准备工作	2
1.2.2  建立基本生产线模型	3
1.2.3  设置模型的全局变量	4
1.2.4  Method编程	5
1.3  机器设备的故障率对产出的影响	7
1.3.1  修改模型	7
1.3.2  试验实施过程	8
1.3.3  回归分析	10
1.3.4  获取数据	10
1.3.5  瓶颈分析	11
1.4  加工时间波动的影响	12
1.5  加工时间、故障率对产出率的联合作用	14
1.6  暂存区的设置	16
1.6.1  新建一个模型层	16
1.6.2  25因子设计	17
1.6.3  多因子多水平因子设计	19
1.6.4  瓶颈工序暂存分析	20
1.7  加工时间波动、故障率和暂存区容量变化同时对产出率的影响	21
本章思考题	23
第2章  混流装配线物料配送仿真与优化	24
2.1  一般MTO企业混装线概述	24
2.2  建模前的准备工作	25
2.2.1  编辑动画图标	26
2.2.2  构建基本模型框架	28
2.2.3  清除原有模型对象	32
2.2.4  生成生产计划表	33
2.2.5  随机生成订单等数据	36
2.3  建立物料中转区	43
2.4  装配线及AGV配送路线建模	46
2.4.1  生成装配线模型的通用方法	48
2.4.2  生成装配线模型的调用方法	51
2.4.3  搬运小车AGV调度策略	54
2.4.4  仿真模型的初始化	58
2.5  AGV配送小车的优化	60
2.5.1  线边暂存区参数优化	60
2.5.2  搬运小车AGV参数优化	60
2.5.3  线边暂存区参数优化	63
本章思考题	65
第3章  工艺原则布置仿真建模	66
3.1  二次分配问题概述	66
3.2  开始一个新项目	68
3.2.1  在模型层添加对象	69
3.2.2  全局变量设置	70
3.2.3  从至表数据处理	70
3.2.4  从至表数据校核	72
3.3  仿真建模思路	73
3.4  建立QAP模型	75
3.4.1  定义机器序列表	75
3.4.2  定义零件加工顺序表	76
3.4.3  生成机器及其前置暂存区	77
3.4.4  调入策略和离开策略	79
3.5  布置设计的优化	80
3.5.1  排序问题的GA工具——GASequence	81
3.5.2  遗传算法向导——GAwizard	84
3.5.3  其他因素的考虑	87
3.5.4  某些机床的固定约束位置要求	87
3.6  多行布置设计问题的仿真优化	89
3.6.1  多行布置模型	90
3.6.2  建立多行布置仿真模型	91
3.6.3  生成从至表	92
3.6.4  优化布置设计	99
3.6.5  优化结果分析	103
本章思考题	104
第4章  产品原则布置的仿真建模	106
4.1  开始一个新项目	107
4.2  模型工作流程	109
4.3  建立流水线平衡仿真模型	110
4.3.1  GASequence设置	110
4.3.2  SeqInit方法	111
4.3.3  GAOptimization设置	111
4.3.4  InitJobs作业初始化	112
4.3.5  Jobs作业任务编码	113
4.3.6  工站表的设定	115
4.3.7  Evaluation编码评估	115
4.3.8  适应度计算	118
4.3.9  Termination进程结束控制	119
4.3.10  运行GA优化	120
4.4  其他案例仿真	121
4.5  混合装配线平衡问题	122
本章思考题	123
第5章  流水车间生产排程仿真	124
5.1  Johnson启发式算法	125
5.1.1  新建一个模型层	125
5.1.2  Johnson算法的实现	126
5.1.3  Johnson算法仿真模型	129
5.1.4  使用甘特图工具	130
5.2  Palmer启发式算法	132
5.2.1  Palmer算法的仿真模型	133
5.2.2  建立Palmer算法的参数化仿真模型	135
5.3  基于遗传算法的FSP问题仿真建模	139
5.3.1  FSP问题的仿真模型	140
5.3.2  仿真模型参数调整	141
5.3.3  Taillard基准问题测试	144
5.3.4  基于GA的Taillard基准问题排程仿真	147
5.3.5  排程仿真模型的交互界面设计	150
5.3.6  用户界面封装	155
5.4  混合（柔性）FSP问题仿真建模	156
5.4.1  HFSP基本模型	158
5.4.2  基于GA和FIFS的HFSP求解	164
5.4.3  基于GA和SPT的HFSP求解	165
5.5  并行机调度问题仿真	170
5.5.1  最小化完工时间的并行机调度问题	170
5.5.2  最小化最大加权完工/拖期时间的并行机调度问题	184
5.5.3  带工艺约束的并行机调度问题	192
5.5.4  并行多机提前/拖期调度问题	200
5.5.5  允许机器空闲的并行多机提前/拖期调度问题	210
5.5.6  并行流水车间调度问题	212
本章思考题	213
 
第6章  作业车间生产排程仿真	214
6.1  基本方法	215
6.1.1  染色体编码	215
6.1.2  交叉算子的选择	216
6.1.3  启发式算法的遗传算子	216
6.2  Giffler-Thompson启发式算法	216
6.2.1  建立GT算法仿真模型	217
6.2.2  运行GT算法仿真模型	224
6.3  基于工序编码的JSP问题求解	225
6.3.1  构建仿真模型	227
6.3.2  构建改进OBR型遗传算法模型	231
6.3.3  仿真实例	236
6.4  基于工件编码的JSP问题求解	238
6.4.1  算法简介	238
6.4.2  构建仿真模型	239
6.4.3  运行仿真模型	241
本章思考题	243
第7章  人机作业分析的仿真	244
7.1  人机作业分析概述	244
7.1.1  操作者闲余能量分析	246
7.1.2  一人多机作业的经济性分析	247
7.2  人工装卸作业的仿真实现	247
7.2.1  Plant Simulation中的资源类对象	247
7.2.2  仿真模型基础工作	250
7.2.3  Method编程	252
7.2.4  物流对象设置	252
7.2.5  资源对象设置	253
7.3  一人两机作业分析的仿真模型	253
7.3.1  建立第二台机床仿真模型	254
7.3.2  两台机床的连接	254
7.3.3  运行一人两机模型	255
7.3.4  一人两机模型的完善	255
7.4  一人三机作业分析的仿真模型	257
7.4.1  建立第三台机床仿真模型	257
7.4.2  连接机床M2和机床M3	257
7.4.3  连接机床M3和机床M1	257
7.4.4  运行一人三机模型	258
本章思考题	259
 
第8章  仓储作业的仿真	260
8.1  仓储策略概述	260
8.2  建立简易仓储模型	262
8.2.1  全局变量定义	262
8.2.2  生成仓储货架层	264
8.2.3  生成模型基本对象	265
8.2.4  出入库操作Method	267
8.2.5  运行仿真模型	271
8.3  出入库操作界面	272
8.3.1  建立对话框模型	272
8.3.2  对话框模型方法	272
8.3.3  对话框界面设计	274
8.3.4  对话框功能Method	276
8.4  图表化仓储状态	279
8.5  PortalCrane对象的应用	281
8.5.1  PortalCrane对象简介	281
8.5.2  PortalCrane运载货物方式	284
8.5.3  完整的PortalCrane实例	287
8.6  机加工车间天车搬运物料仿真	290
8.7  拖挂车搬运仿真	294
8.7.1  建立PortalCrane仓储模型	295
8.7.2  生成拖挂车	296
8.7.3  装卸过程仿真	297
本章思考题	301
附录A  模型参数设置	302
A.0  在模型中内嵌参数设置	302
A.1  设计对话框窗口的外观结构	303
A.2  设计一个简单对话框	305
A.2.1  添加一个菜单和菜单命令	307
A.2.2  添加一个静态文本串	309
A.2.3  添加一个文本框	309
A.2.4  添加一个下拉列表	310
A.2.5  添加一个分组框	311
A.2.6  添加一组单选按钮	312
A.2.7  添加一个复选框	312
A.3  建立一个带标签页的对话框	313
A.3.1  添加标签控件	314
A.3.2  为标签控件添加一个标签页	315
A.3.3  添加一个列表框	316
A.3.4  添加一个列表视窗	317
A.3.5  添加一个按钮	318
A.3.6  添加图像元素	318
A.4  对话框项目的执行程序	319
A.5  交互式对话框的活动程序	321
A.6  使用AttributeExplorer设置参数	322
A.6.1  输入要进行参数化处理的对象	323
A.6.2  输入要查看或修改的属性	324
A.6.3  选择如何显示对象及其名称	325
A.6.4  对象及属性查询	327
参考文献	329

前  言
    数字化制造是指制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融合、发展与应用的一种先进制造技术，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。国内外的汽车、航空航天等高端制造业越来越多地采用数字化制造技术来重新制定企业未来发展战略。通过数字化制造系统，制造工程师可以在一个虚拟的环境中创建某个制造流程的完整定义，包括加工、装配线、加工中心、设施布局、人机工程学、资源等。在制造产品前，出于重用现有知识和优化流程的考虑，可以对产品的生产流程进行仿真优化、最佳工厂布局设计等。因此，生产系统仿真作为数字化制造核心领域之一，越来越受到高校、研究机构和企业的重视。
    生产系统属于典型的离散事件动态系统，生产系统仿真建模方法大体上分为形式化建模（排队网络、Petri网方法等）和非形式化建模（活动循环图、流程图和面向对象的方法）两类。面向对象的方法来源于面向对象的编程，强调运用人们日常的逻辑思维方法和原则，包括抽象、分类、继承、封装等。目前，很多系统仿真软件均采用了面向对象的方法来建立仿真模型，如Plant Simulation就是典型的面向对象的仿真软件。
    作为数字化制造领域领先的系统软件，Siemens（西门子）公司的Tecnomatix系列软件在国内的高端制造业应用非常广泛，在高校的教学科研中也得到了普遍的使用。生产系统仿真软件Plant Simulation（原eM-Plant软件）的应用除了在高端制造业外，在离散制造业尤其是中小型企业也得到了越来越广泛的应用，通过国内各专业学术期刊科研论文的检索就可以发现，国内高校和科研院所应用Plant Simulation作为仿真软件平台的不计其数。
    2005年一次偶然的机会接触到Tecnomatix的eM-Plant 7.0版物流系统仿真软件，通过台湾的一些高校网站找到了一些简单的中文资料，就开始了eM-Plant自学的过程，并以ID“老马多拉”在ITPUB论坛上介绍该软件的使用。也就是从这一年开始，我校工业工程专业抛开了其他的仿真软件，选用eM-Plant作为“工业工程基础”、“系统仿真”、“试验设计”、“设施规划与物流分析”和“生产计划与控制”等课程的仿真试验软件。2008年，Siemens公司推出eM-Plant的升级版本Plant Simulation V8.2，我校也正式成为该软件的合法用户。
    当重庆理工大学的施於人老师出版第一本介绍eM-Plant技术教程时，我非常有幸成为该书的技术外审专家。有缘于此，作者深感有必要编写一本生产系统仿真应用方面的教材，特别是Plant Simulation在生产系统仿真及工业工程领域的应用。这个想法得到了西门子工业软件（上海）有限公司的大力支持，尤其是得到了教育事业部的刘明孝经理的鼎力相助，在选题、内容确定和书稿出版等方面，无不凝聚着刘老师的心血。
    本书的构思和写作前后花了近三年时间，包括仿真模型的建立和调试，其中内容的确认推敲了很久，有些内容是作者今年参与相关课题的内容，有些是对外培训时客户的实际案例，更多的则是实际讲授“设施规划与物流分析”和“生产计划与控制”等课程时的综合性试验、设计性试验内容。因此，本书的一个显著特点是没有长篇的理论介绍，而是将理论分散到建模过程中讲述，是生产系统各领域的综合应用；应用工业工程的方法来提升生产线产出率，进行企业内部物流配送优化、车间布置优化、流水线平衡、生产计划与排程优化、人机作业分析和仓储仿真优化等经典工业工程问题的讲述与建模。
    同时，为使读者更好地掌握Plant Simulation，本书建立的仿真模型除第1章外，所有模型均采用了参数化设计的思路，只需简单的修改和扩充，就可以在本模型基础上开发面向本科教学、研究生教学的仿真实验平台，也可以面向科研课题和企业实际应用进行快速扩充应用。基于这些模型，已将书中模型应用到纺织印染企业的生产计划与调度、快速公交BRT停靠站台优化仿真研究及HP打印机生产线OBA在线抽检生产系统仿真等实际应用案例中。
    本书由广东工业大学机电学院工业工程系周金平编写，由西门子工业软件有限公司高级技术顾问、PLM软件专家汪锐审校。本书的编写工作得到了广东工业大学教育教学改革工程项目（2010Y029；2010Y030）和2010广东省特色专业建设项目的支持，广东工业大学苏平教授对本书第5章部分内容及算法提供了支持，饶中老师对第7章部分内容提供了素材。 同时，本书参考了大量文献，再次谨向原文作者表示感谢！
    感谢西门子工业软件（上海）有限公司刘明孝经理、汪锐工程师！
    感谢广州安镁思软件有限公司的刘海军经理在软件培训等方面的无私帮助！
    感谢广东工业大学机电学院的伍乃骐教授，是他将我引领到工业工程这个神奇的领域！
    感谢电子工业出版社许存权编辑的支持和鞭策！
    生产系统仿真是一门处于发展变化中的综合性学科，由于作者水平和学识有限，书中难免存在不足和错误之处，敬请读者朋友们批评指正，谢谢您们！

注：本书配套的程序代码等教学资源，在华信教育资源网找到本书即可下载，www.hxedu.com.cn，也可发邮件到x_xcq@sina.com索要。
                                                      周金平
                                                  于广州小谷围岛

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生产系统仿真——Plant Simulation应用教程