Witness生产物流系统仿真研究范例

摘要：“基于Witness的生产物流系统仿真及优化”的研究范例的基本思路为：在对生产物流理论进行阐述的基础上，提出采用离散事件动态系统的建模工具Petri网建立动态模型，并转化为仿真模型，应用Witness对方案的实际运行效果进行分析、评价和改进。

关键词：Witness；生产物流系统；系统仿真；课程设计

中图分类号：D642 文献标志码：A文章编号：1673－291X（2011）02－0261－02

引言

《系统仿真》是高等院校工业工程和物流管理专业的一门必修课程。随着实践教学理念的深入发展，如何在学科教学体系中巧妙地设置课程设计和上机实验，使学生能够在实践中掌握仿真技术，实现社会调研、生产实习、课题研究与课堂教学环节的有效对接，成为教学研究领域的新兴课题。

本文以大学生科技创新基金项目的申请为例，给出“基于Witness的生产物流系统仿真及优化”研究的基本范式，供参考。

一、申请理由陈述

介绍负责人及项目组成员的学科背景，对于拟申报课题的兴趣和知识储备，申请者学习成绩、获奖情况以及以往申请经历、在学术研究方面的潜质，指出申请者充分具备完成课题研究的条件。例如，负责人目前就读于××专业，项目组成员来自××专业，对于物流工程及物流管理领域的学术研究具有浓厚兴趣，修读过《物流系统工程》、《物流系统模拟》等专业课程，具备扎实的理论基础。申请者在各自系排名均位于前×位，基础素质测评成绩突出，在各级各类竞赛、奖学金、先进个人等评比中斩获颇丰，发展、综合素质测评成绩突出。在信息搜集与整合方面具备专长，头脑敏捷、擅长逻辑推理，数据处理和论文写作经验丰富。目前已在国内期刊上发表学术论文×篇，其中中文核心×篇，曾获得××年度××大学研究与创新奖学金以及创新奖励学分。综上所述，申请者满足在导师指导下独立进行课题研究的要求。

简要阐述拟申报课题的研究思路。例如，结合申请者的学科特点，选择某制造型企业为样本，对其生产物流系统进行仿真和优化。通过建立起抽象模型并在计算机上进行生产过程的模拟运行，得到产量、生产设备利用率、物料配送生产瓶颈问题的报告，在量化的基础上对实际生产系统进行优化。

描述课题立项前的准备情况，表明决心。例如，申请者先期已完成此次申请项目的研究方案设计，即将进入具体实施阶段，恳切希望得到科技立项的锻炼机会，请学校、学院批准。

二、项目方案设计

系统仿真是指通过建立和运行系统的计算机仿真模型，来模仿实际系统的运行状况及其随时间变化的规律。通过对仿真运行过程的观察和统计，得到被仿真对象的输出参数和基本特性，依此估计和推断实际系统的真实参数和实际性能。

项目拟应用的研究工具及知识储备包括Witness系统仿真软件、离散事件系统理论、Petri网模型等。以制造业为研究对象，需采集的数据包括：机床加工时间、机床加工零件数量、机床类型/暂存区、容量及每次卸载数量、小车容量和速度、传送带容量和速度等。全部数据均将通过实地调研获取。

该生产物流系统的仿真目标为：统计加工过程各种设备的性能，分析系统的设备配置和物流通过能力，判断设备配置是否合理，检验系统运行过程是否畅通。通过对仿真结果的分析，确定生产瓶颈的具体环节并制定消除瓶颈的优化方案。

具体研究方案如下。

第一阶段：研读物流系统仿真领域专著及相关论述，自修Witness、离散事件系统理论、Petri网模型及相关案例，认真分析上述工具在其他领域应用的实证文献，为后续研究打好理论基础。

第二阶段：联系、选定样本企业，进入车间实地收集机床加工时间等指标数值，应用Witness对制造型企业的生产物流系统进行理论建模。发现其中存在的问题，应用基础工业工程思想对其模型输入数据进行优化、改进，在非大幅度提高基础设施建设投入的前提下获得最高的投入/产出比和工作效率。完成论文初稿，并修改、润色。

第三阶段：进入投稿周期，排查并选定专注于物流领域并且具备一定影响力的专业学术期刊，根据审稿意见继续完善论文，确保论文被录用并在××年×月之前见刊。完成项目中期报告书，对项目完成及经费使用情况进行阶段性总结。

第四阶段：预期项目成果在该阶段前已发表。主要任务为，对项目完成情况进行总结，撰写结题材料，完成项目结题报告，准备结题答辩。

三、 成果预期

本项目是申请者从理论走向实际的一次有益尝试。目前，应用Witness构建的物流系统仿真模型并不少见，每个模型都有各自的出发点和适用范围。相应的，每一篇实证文献都为企业及社会系统的进一步改进提供了有利依据和技术支持，共同推动物流系统仿真软件以及工业工程技术的应用及发展。

项目成果将以学术论文的形式体现，力争发表在全国中文核心期刊上，集中体现为《基于Witness的生产物流系统仿真及优化――以××企业为例》一文。样本企业的实际生产数据、车间布置简图、车间立体效果图、构建的生产物流系统仿真模型以及针对该企业的生产线改进建议书是项目成果的有机组成部分。

四、 阶段实施

企业生产物流系统是一个复杂的动态系统，可根据实际情况分解为单服务台排队系统、库存系统、生产线物流路径系统、配送中心系统、供应链系统、人员调度系统、单品种流水线系统、混合流水线系统、垃圾回收物流系统、看板生产系统等子系统。对于一个大学生科创基金项目，不可能面面俱到，要选择其中的某个点进行突破。具体执行上，可结合《基础工业工程》、《物流系统工程》等课程上机实验开发而开展。

以配送中心系统为例，可继续分解为到货、卸货单元、自动化立体仓库、分拣和流通加工模块。其中，到货是配送中心系统仿真的第一个环节。供应商组装生产出部件，通过货车和传送带送达入库等待区，等待卸货。配送中心到货环节的工作流程图如图1所示。

在掌握模型中使用参数和关键语法的基础上，通过元素定义（define）、元素的可视化（display）设置和元素细节（detail）设计，完成入库模块的系统方案设计。在运行工具栏Run Tool Bar中按下Stop Run At 按钮，设置500单位仿真时间，点击Run按钮开始运行模型，得到如下结果：

可在仿真实验结果的基础上进行数据分析。例如，从统计数据可知，货车元素（Labor）在99.97%时间内处于工作状态，而实际生产运作中不允许类似情形出现。仿真实验中，可通过简单的增加货车数量突破系统瓶颈，但在企业生产实践中，应充分考虑新增货车带来的成本上浮等因素，针对系统目标综合决策。

项目组成员分工完成各模块模型之后，需对其进行合并操作。Witness仿真模型中的元素和规则不能通过简单的复制和粘贴合并至另一个独立的model文件中。如计划将命名为shop1.mod和shop2.mod的模块合并。具体操作如下：（1） 打开shop1.mod模型，选中所有元素->点击工具栏处图标（Create module）->在弹出对话框中对模型命名（shop1），然后点击确定按钮。（2） 添加用户自定义元素组。在Designer Elements对话框的标签上单击鼠标右键将弹出一个快捷菜单，选择其中的Add New Designer Group菜单项。操作后，在Designer Elements窗口中出现的Default标签上单击鼠标右键，选择Rename Designer Group菜单项，将该标签改为myself。在myself中添加shop2元素，并将模型文件另存为：shop1Module.mod。通过File菜单选择Save As，选择保存类型为Designer Element Files（*.des），文件定名shop1module.des。打开模型shop2，在其Designer窗口中点击“Load Designer Group”，在弹出对话框中选择shop1module.des打开，选中Designer Element窗口中的shop2模组，放置于布局区，如此即可将shop1的整个模型导入shop2.mod。接下来，可进行集成模型中的零件交互规则设定，并将该模型文件另存为：finalshop.mod。

结语

一般情况下，校级大学生科技创新基金计划从立项到结题为期一年。参考本文提供的范例，如计划周密、安排得当，可将大三下学期的《系统仿真》课程与暑期社会实践以及应届毕业生的课程设计、生产实习阶段打通，真正意义上实现知识的融会贯通和灵活运用，并为最后的毕业设计提供创新思路和选题参考。

参考文献：

[1] 王亚超，马汉武.生产物流系统建模与仿真――Witness系统及应用[M]. 北京：科学出版社，2006.

[2] 龚波.基于WITNESS的生产物流系统仿真研究[D].武汉：武汉理工大学，2008.