Plant Simulation 学习笔记（一）


Plant Simulation 学习笔记（一）

  • 1.问题描述
    • 1.1 二次分配问题描述
  • 2.创建新项目
    • 2.1在模型中添加对象
    • 2.2 添加全局变量
    • 2.3 从至表数据处理
    • 2.4 从至表数据校核
  • 3. 仿真建模思路
  • 4. 建立QAP模型
    • 4.1 定义机器序列
    • 4.2 定义零件加工顺序表
    • 4.3 生成机器及其前置暂存区
    • 4.4 调入Load和Leave
  • 5. 布置设计的优化
    • 5.1 设置GA
    • 5.2 仿真结果
  • 6. 思考

1.问题描述

（声明：本笔记参考《生产系统仿真：Plant Simulation应用教程》这本书）

1.1 二次分配问题描述

设备布局问题是典型的二次分配问题（Quadratic Assignment Problem，QAP）：将n个设备放置到n个位置上，其中每个位置上能且仅能放置一台设备，共有n!个选择。有两种情况：

(1)已知n个设备（设施规划称为作业单位Activity或设施）两两之间的物料搬运量大小Wij（i=1,2,…,n, j=1,2,…,n），以及n个固定位置（设施规划中称为工作地），并且这n个工作地之间的距离为Dij。布置问题就是如何将n个作业单位分配到n个工作地，使得总的物流量为最小，即
在这里插入图片描述
(2)已知n个作业单位两两之间的物料搬运量大小Wij及作业单位的形状、面积，合理安排作业单位之间的关系，使全部的物流量为最小或接近最小值。这是典型的设施规划问题，例如，已知一间工厂的总平面图，以及工厂将要生产的产品、工艺等，如何使得车间厂房等作业单位合理布置到总平面中，使工厂物流合理通畅呢？设施规划中的系统布置设计SLP可以帮助我们实现。
以下面的问题为例：
某玩具厂有8个车间M1～M8，两两之间的物料搬运量参见下表。
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可提供的工厂如图所示，
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布置设计就是合理的将M1～M8分配到A～H 8个工作地点，使得总物流量尽可能小。
假设上图的黑色线条为物流通道或路径，8个车间的面积相等。两车间之间的物料搬运不能穿越第三个车间，例如，有物料要从A车间搬到E车间去就不能穿越C车间，只能按这样的路线走：从A的中心出发垂直往下到达中间通道，经过C车间到达E/F车间的中间通道，再垂直向上运动到E的中心。相邻车间之间可以直接搬运，例如，有物料从F搬运到H，则可以直接从F车间的中心搬运到H的中心。以40m为一个标准移动单位，F→H的距离为1个标准移动单位，而A→E的距离为3个标准移动单位，以此类推，得到这8个工作地的距离从至表参见下表。
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2.创建新项目

2.1在模型中添加对象

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添加完成如上图所示。

2.2 添加全局变量

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其中，1）Number_Of_Machine：作业单位数量，本例为8个；2）PartsNo：记录仿真模型在后续仿真过程中搬运的零件数，初始值为零；3）X_pos_init/Y_pos_init：定位M1～M8作业单位位置的初始坐标。Plant Simulation绘图坐标采用像素表达，坐标原点(0,0)位于模型层的左上角，水平往屏幕右方为x方向，垂直向屏幕下方为y方向。

2.3 从至表数据处理

点击W_from_to_Data对象，然后如下设置（点击黄色框设置格式）：
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以同样的方法，设置距离从至表，
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2.4 从至表数据校核

右上角数据不能小于零；对角线数据必须等于零；左下角可以没有数据，如果有数据的可以不与右上角数据相等。例如，工作地1～3的距离为10，工作地3～1的距离为0或者10的话，表示物料在两工作地之间走的是同一条路线，如果工作地3～1的距离不是10而是其他数据，则表示来回搬运物料走的路线不一样，这样是允许的。所有与初始化有关的任务均在方法InitPartsTable中完成，双击InitPartsTable打开，输入如下SimTalk语句：

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is
   i, j, Rows, Lines: integer;--整数型局部变量
   MachineName,BufName: string;--字符串型局部变量（机器、暂存区名称）
   Machine,Buf: object; --对象型局部变量
do
   if Number_Of_Machine/=D_From_To_Chart.YDim then
    inspect messageBox("设置数目不对！请假查...,",50,13)
    when 16 then
     print "Yes";
    when 32 then
   print "N0";
       else
         print "Cancel";
    end;
    EventController.stop; -- 终止仿真
end;
PartsTable.delete; -- 清除零件表的内容
   for i:=1 to Number_Of_Machine loop --检查距离从至表的数据是否有错
    for j:=1 to Number_Of_Machine loop
     if j<i then
      if D_From_To_Chart[j,i]<=0 then
       D_From_To_Chart[j,i]:=D_From_To_Chart[i,j];
      end;
     else
      if j=i then
       D_From_To_Chart[j,i]:=0; -- 设施本身距离为0
     else
      if D_From_To_Chart[j,i]<=0 then -- 设施之间距离小于等于0
       messageBox("距离小于等于0..., ",50,13);
       EventController.stop; -- 终止仿真
     end;
    end;
   end;
  next;
   next;
end;

运行之后的距离从至表：
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3. 仿真建模思路

有了两个从至表及初始数据后，观察模型的构建过程如下：
1）表MachineSequence机器序列存放的8台机器（题目原意是8个车间，简单起见，一个车间看做8台机器）对应A～H的8个工作地，例如，序列M1，M2，…，M8和8个工作地对应关系参见下表第一行，M3，M1，M5，M8，M2，M7，M4，M6和8个工作地对应关系参见下表第2行。
在这里插入图片描述
2）一旦确定某设备定位在某工作地，仿真模型就必须在已确定的工作地指派相应的机床，用SingleProc物流对象来表示机床。
如果模型中原来有机器及其前面的缓冲区，先将这些对象删除，在方法InitPartsTable的最后添加如下SimTalk语句(注意必须加在最后一行程序end之前):

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   for i:=1 to Number_Of_Machine loop -- 删除模型中原来的设施
    MachineName := sprint("M",i);
    if existsObject(MachineName) then -- 如果模型中原来有机器
     Machine := str_to_obj(MachineName);
     Machine.deleteObject; -- 删除模型中机器对象
    end;
    BufName := sprint("BF",i);
    if existsObject(BufName) then -- 如果模型中原来有暂存区
     Buf := str_to_obj(BufName);
     Buf.deleteObject; -- 删除模型中暂存区对象
    end;
   next;

4. 建立QAP模型

4.1 定义机器序列

在这里插入图片描述

4.2 定义零件加工顺序表

设置source，如下图
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打开part，添加两个变量如图所示：
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4.3 生成机器及其前置暂存区

打开InitPartsTable方法，在其最后添加如下SimTalk语句：

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Lines := 0;
for i:=1 to Number_Of_Machine loop -- 从至表转换成仿真用的零件, 遍历机器序列表
Rows := str_to_num(Omit(MachineSequence[1,i],1,1)); --读取机器序列中的当前机器编号
MachineSequence[2,i] := Rows;
for j:=1 to Number_Of_Machine loop -- 读取搬运量从至表的第Rows行
if W_From_To_Chart[j ,Rows]>0 then -- 如果机器Rows对其他机器有物料搬运
Lines := Lines + 1;
PartsTable[1, Lines] := str_to_obj(sprint(".",location.name,".Parts")); -- 填写PartsTable零件表
PartsTable[2, Lines] := W_From_To_Chart[j ,Rows];
PartsTable[3, Lines] := sprint("Parts");
PartsTable[5, Lines] := Rows; -- Parts将流向的源机器
PartsTable[6, Lines] := j; -- Parts将流向的目的机器
end;
next;
MachineName := sprint("M",Rows); -- 生成机器
Machine:=.MaterialFlow.SingleProc.createObject(current,X_pos_init+D_From_To_Chart[Number_Of_Machine+1,i], Y_pos_init+D_From_To_Chart[Number_Of_Machine+2,i]);
Machine.Name := MachineName;
Machine.ProcTime := 5;
Machine.label := sprint("机器_",Rows);
Machine.ExitCtrl := ref(Leave);
BufName := sprint("BF",Rows); -- 生成Buffer
Buf:=.MaterialFlow.Buffer.createObject(current,X_pos_init+D_From_To_Chart[Number_Of_Machine+1,i]-35, Y_pos_init+D_From_To_Chart[Number_Of_Machine+2,i]);
Buf.Name := BufName;
Buf.Capacity := 5000;
Buf.ProcTime := 0;
.MaterialFlow.Connector.connect(Buf, Machine); -- 机器和暂存区连接起来
next;

这时还不能运行EventController仿真，先在Init方法中添加下面SimTalk语句：

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is
i: integer;
do
HandlingCost :=0;      
PartsNo:=0;
InitPartsTable; -- 调用InitPartsTable初始化零件表
GASequence.delete;
/*For i:=1 to Number_Of_Machine loop
GASequence[1,i]:=i;
next;*/
End;

4.4 调入Load和Leave

load策略如下：

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is
i,no,m : integer;
Buf : object;
do
m:=0;
no:[email protected];
for i:=1 to PartsTable.YDim loop
if PartsNo=m and no<= PartsNo+PartsTable[2,i] then
@._From:=PartsTable[5,i];
@._to:=PartsTable[6,i];
if no= PartsNo+PartsTable[2,i] then
PartsNo:=PartsNo+PartsTable[2,i];
end;
i:=PartsTable.YDim+1; -- 跳出循环
end;
m:=m+PartsTable[2,i];
next;
-- 先将零件送到From位置
Buf := str_to_obj(sprint("BF", @._From));
@.move(Buf);
end;

然后将load加入source，
在这里插入图片描述Leave的策略如下：

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5. 布置设计的优化

5.1 设置GA

在这里插入图片描述打开编辑，插入以下代码：

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:boolean
is
i:integer;
chrom: table;obj:object;
do
chrom := individual[1,1];
result := true;
obj := .LayoutDesign.QAP.MachineSequence;
obj.sort(2,"up");
for i:=1 to obj.YDim loop
obj[3, chrom[1,i]] := i;
next;
obj.sort(3,"up");
end;-- of the method

点击按表，打开：
在这里插入图片描述

5.2 仿真结果

在这里插入图片描述

6. 思考

该方法达到最优解了吗?