清华大学制造系统第七章制造系统性能分析ppt课件.ppt

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1、第七章制造系统性能分析7-1概述7-2基于排队理论的分析方法7-3计算机仿真分析方法7-4Petri网分析方法7-5基于DEDS理论的摄动分析法7-1概述一、系统分析的目的1.对已有系统，了解其静、动态行为，求出其性能指标，以便对系统的运行状况进行改进（如计划、调度、控制等方面的改进）。2.对于系统设计，作为其迭代流程中的一个环节，为方案、结构和参数优化等提供准确信息。二、系统分析方法1.基于排队理论的分析方法从宏观角度分析系统的稳态性能2.计算机仿真分析方法详细了解系统的静动态行为，全面分析系统性能3.Petri网分析方法从宏观角度了解系统行为，分析系统性能4.基于DE

2、DS理论的摄动分析法从微观角度分析系统的动态性能7-1概述（续）7-2基于排队理论的分析方法一、系统模型工位1毛坯零件q1qmq2qm-1工位2工位m-1工位m1.系统组成系统由M个工位组成，每个工位由多个服务台（机床、运输装置等）组成，第i个工位的服务台数用Si表示，第M工位为输送工位，称为网络的中央服务台。2.假设条件(1)系统是封闭的，加工完了的零件立即被毛坯所取代（由虚设工位完成），系统内的工件数量为常数，等于托盘数量N。(2)工位前的队列可以容纳所有到达该工位的工件，即系统不会发生阻塞现象。二、系统参数1.工位数量M2.每一工位的服务台数量Si3.托盘（工件）数

3、量N4.访问频数q1，q2，…，qM，取决于工件的加工路线，统计得出。也可假设为某种概率分布。q1，q2，…，qM-1表示输送装置向工位1，2，…，M-1输送工件的概率，qM表示工件加工完毕的概率。5.工位i的平均工作速率WiW1–WM-1平均加工速率（件/分）ti=1/Wi平均加工时间WM平均输送速率（次/分）tM=1/WM平均输送时间三、系统性能分析1.工位利用率Ui定义1：在一个长的运行期间内，工位处于繁忙状态的时间比例称为工位利用率。定义2：在长的运行期间内，工位中处于繁忙状态的服务台数量称为工位利用率，即如果工位只有一个服务台，两种定义等效因稳态时，工位i的输出

4、率应等于输入率，即所以式中因所以将其称为相对利用率。2.系统生产率P单位时间内输出加工完毕的零件数量称为系统生产率，其计算公式为3.极限生产率Pm极限生产率由系统中的“瓶颈”工位出现的饱和所限制。设“瓶颈”工位的编号为b，则其极限利用率为只有一个服务台时只有一个服务台时“瓶颈”工位的确定：因为最易达到饱和的将是具有最大相对利用率且服务台数最少的工位，所以ri/Si最大的工位就是“瓶颈”工位b。制造系统输出输入4.工件平均通过时间T设系统内有N个工件，从稳态上看，有以下关系平均通过时间(3)实际平均通过时间T：随着N增加，工件开始相互竞争资源，各工位前出现排队现象，工件通过

5、系统所耗费的时间越来越多（因排队等待时间越来越长）。因此，工件在系统内的平均通过时间为N的函数，即5.系统效率(1)畅流时间T*：工件通过各工位不需排队，T*等于各工序加工处理时间和输送时间之和。(2)理想生产率P*：理论上，如果工件互不干扰，系统内具有N个工件时，系统的理想生产率为(5)系统效率E：(4)实际生产率P(N)：(6)关于系统效率的评述：E表达了实际生产率接近理想生产率的程度；E也度量了有效生产时间（加工和输送等时间之和）与系统内总耗费时间的比例；由于系统效率的降低是工件拥挤相互影响而引起的，因此E也是系统拥挤程度的综合指标。7-3计算机仿真分析方法一、基本

6、概念1.仿真的定义：在建立系统模型的基础上，借助于在计算机上的实验，对系统模型按一定规则由一个状态变换为另一个状态的动态行为进行描述。2.仿真的特点：仿真是一种“人造的”实验手段。通过仿真实验，可以对所研究的系统进行类似于物理实验的实验。它与现实系统实验的主要差别在于：仿真实验依据的不是实际系统本身及其存在的实际环境，而是作为实际系统的映象—系统模型及其相应的“人工”环境。因此，仿真结果的正确程度取决于仿真模型和输入数据正确反映实际情况的程度。3.制造系统仿真分析的步骤：(1)问题描述、原始数据收集（如生产计划、工艺路线、设备数据等）。(2)仿真建模根据系统结构、问题描述

7、和原始数据，建立尽可能符合实际的仿真模型。(3)实验设计确定仿真方案、仿真次数、仿真时间、初始状态等。(4)仿真运行编程、输入参数、运行、数据统计。(5)结果分析根据仿真运行过程的统计数据，计算系统的性能指标，如设备利用率、队列长度、系统生产率、工件平均通过时间等。二、制造系统仿真建模（活动循环图法）1.基本术语(1)实体：一个系统的边界内部的对象，如机床、工件、夹具、小车等。(2)属性：实体的特征或特性，如机床的忙态、闲态等。(3)状态：在某时间点上，对系统所有实体和属性的描述。(4)活动：导致系统状态发生改变的进程，如机床