彩笔生产流程Witness建模与仿真

（一）

1. 模型描述
    一企业从事彩色粉笔的生产，生产流程 由三道工序组成：成型（0.2）、着色（0.1）、包装（0.3） ，时间单位：分钟。由于生产过程中，原材料以每隔0.2分钟主动进入生产系统， 而各道作业工序的加工时间、原材料的进入时间不同步，所以在每道工序前都设有缓冲区，用于临时存放物料。其中：（1）成型机器经常发生故障，故障停机间隔时间服从均值为70、标准差为2的正态分布 ；故障出现后需要维修人员修理，修理时间长度服从均值为10、标准差为2的对数正态分布。 （2）每种颜色的彩笔生产批量为300，即着色机器在加工完300个产品后要调整机器 ，更换不同的颜料，更换颜料需要工人手工操作，调整时间服从1-2之间的均匀分布。 （3）包装机器属于装配型机器，每盒包装10支彩色粉笔 ，包装结束的产品直接送出系统。（4）该系统中有一名工人进行设备维修和更换颜料的作业。

     使用WITNESS建立该系统仿真模型，完成的模型如图1所示 ，模型下载。

图1 仿真模型最终界面

     进行仿真实验，运行模型100分钟，获取下列系统绩效数据：

（1）工序的状态比率；

（2）缓冲区平均存量；

（3）工人忙率；

（4）系统产量；

2.  系统分析

2.1 元素说明

    该模型原材料输入用Material（part）表示，3道工序分别用Shape、Coloration、Pack 三台机器表示，B1、B2、B3分别表示3台机器前的缓冲，还有一名劳动者labor负责机器的维修 和更换颜料，最后是统计产成品数量的整数变量output，具体如表1所示 。

表1 建模元素列表

2.2 系统运行时间

       运行时间定义为100分钟。

3.  模型建立

     建立模型之前，通过选择菜单栏中的Window下拉菜单中的Control项对设计窗口的名称和背景进行设置，名称改为Base model，颜色改为天蓝色,如图2所示。选择菜单栏中的View下拉菜单中的Graphical editing项，出现如图3所示的工具条，单击图标去掉设计窗口中的网格线。

图2 更改设计窗口颜色和名称

图3 隐藏网格线

3.1 定义元素

    单击工具栏中的图标，出现如图4所示的Define对话框，在“Name”一栏中输入Material，在Element Type栏选择Part，单击Create按钮创建原材料元素。

图4 定义元素    

类似的：

• 在Name栏中输入Shape、Coloration、Pack，在Element Type中选择Machine创建3个机器元素 ；

• 在Name栏中输入B1、B2、B3，在Element type中选择Buffer创建3个缓冲元素 ；

• 在Name栏中输入labor，在Element Type中选择labor创建1个劳动者 ；

• 在Name栏中输入output，在Element Type中选择Variable，在Type中选择Integer创建1个整型变量。

   至此，模型所需的元素定义完毕，可以在元素列表窗口中的Simulation项中看到定义的元素 ，如图5所示。

图5 元素列表窗口

3.2 元素可视化设计

    用上述方法定义的元素在布局窗口中没有任何可视化效果，下面对各个元素进行可视化设计，使所建的模型具有生产系统的布局特征和机器设备等的形象化图标。

（1）WITNESS图形库

    WITNESS系统 带有包含很多生产运作系统中常用元素的图形库，通过菜单项View/Picture Gallery…，可以查看系统图形库中的图形。当系统图库中没有模型需要的形象化图片时，可以将其他的图片格式文件（.jpg, .bmp, .gif, .icn等格式）导入到模型图库中，也可以直接在WITNESS中编辑模型所需要的图形，以供使用。

将已有图形导入WITNESS图形库的步骤：

• 通过菜单项View/Picture Gallery…，打开WITNESS图形库；

• 在图形库中任选一个图片格，点击右键，选择快捷菜单中的Import...菜单项进行选择即可。

在WITNESS中编辑图形的步骤：

• 通过菜单项View/Picture Gallery…，打开WITNESS图形库；

• 在图形库中任选一个空白图片格，点击右键，选择快捷菜单中的Editor菜单项，打开图形编辑界面；

• 在图形编辑界面中进行图形的绘制，然后点击OK按钮，完成图形绘制。

（2）可视化Part元素：Material

    Material元素的可视化设计主要包括三项：可视化名称、可视化图标、可视化动态图标。

可视化名称Name：

• 在元素列表窗口中Simulation项下 鼠标右击Material元素， 在弹出菜单中选择Display菜单项将弹出可视化编辑框；

• 在可视化编辑框中：设计模式中选择Draw项，属性下拉列表框中选择name项，单击项出现name属性对话框，如图6所示 ；

• 在Name属性对话框中单击图标对字体颜色进行设计，单击图标对字体大小进行设置，在这里我们选择字体颜色为黄色，字号为18，单击draw按钮，然后在设计窗口中合适位置单击鼠标，material元素的name属性设计完成。

图6 name属性对话框

可视化图标：

• Material模拟加工中的粉笔，在WITNESS缺省图片库中没有合适的图形，因此需要自己绘制粉笔图形，绘制过程如下：

  • 选中Picture Gallery…中的一个空白图片位置，点击Picture Gallery…菜单项Edit/Editor…，打开图形编辑窗口，进行图标的绘制 ，如图7所示。

图7 图案编辑

• 完成图形绘制：这里我们绘制一张白色粉笔图案，如图8所示，绘制完成后点击OK按钮退出界面。

图8 绘制图案   

• 通过右键打开Material的可视化编辑框，在属性下拉列表框中选择Icon项，单击项出现icon属性对话框，如图9所示。在Icon一栏中选择我们所画的粉笔图案，单击draw按钮在设计窗口中合适位置单击鼠标，material元素的icon属性设计完成。

图9 icon属性对话框

可视化动态图标：

    可视化图标中设计了Part元素 在布局区的静态可视化效果，在仿真运行的过程中，Part元素需要在各个设备之间进行移动，移动过程显示的图标需要通过可视化动态图标来进行控制。

• Part元素动态图标设置有下面两种方法：

（a）设置Part元素的display style属性项，步骤为：

1. 在Material可视化编辑框的属性下拉列表框中选择icon项；

2. 点击弹出display style对话框；

3. 如图10.将默认的style＝description，改为style＝icon；

4. 选定与静态相同的图标；点击draw按钮即可。

图10 style属性对话框

（b）指定动态显示图标的图库位置号，步骤为：

1. 双击Material元素，弹出detail对话框；

2. 选择general页框；

3. 在其actions on create中设置活动代码：icon＝静态图标号，比如，icon＝1，则改元素在仿真运行中，将以图库中1号位置的图标出现。

4. 点击“确定”按钮即可。

（3）Machine元素可视化设计   

    与part元素定义相同，在元素选择窗口中simulation下单击我们所建立的shape、coloration、pack元素，鼠标右击选择display进行设计。首先对name属性和icon属性进行设计，设计方法与part元素相同，只需选择自己喜欢的icon图案就可以了。   

    另外与part元素不同的是对machine元素的part queue属性进行设置。打开part queue属性对话框，如图11所示，将默认的cunt模式转变为Queue模式，在direction一栏中选择right，点击draw在设计窗口进行绘制。该属性数要是对队列的方向进行可视化设置。其他machine元素与该设置相同。

图11 part queue属性对话框

（4）Buffer元素可视化设置

      buffer元素B1、B2、B3与machine元素相同，主要是对name、icon、part queue属性进行设置，具体设置方法参照part元素和machine元素。

（5）Output元素可视化设计

     整型变量Output设置name、icon、value3个主要属性，其中name、icon设置与part元素相同，只需选择不同的icon图案即可。Value属性设置如图12，选择图标对字体颜色进行设置，选择图标对字体大小进行设置 ，然后点击draw在设计窗口上对value进行绘制。

图12 value属性对话框

（6）Labor元素可视化设计

    Labor元素只需设置name和icon属性即可。方法如前所述。