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摘要：本文针对D企业竹编提篮生产系统效率低下、时间成本过高等问题，通过仿真模拟的方法，找出瓶颈问题，提出优化方案，协调生产节拍，提高各个环节的生产协调性，平衡各环节的生产效率，达到提高系统整体效率的目的。

本文先对该企业现状进行调研了解现状，并在此过程中收集数据。通过Anylogic仿真模拟软件对该竹编提篮生产系统仿真模拟的结果分析，进一步明确指出该生产系统的问题并分析其出现原因。针对提出问题，从生产物流的整体出发，对各个工艺环节进行优化设计。此优化方案经验证后，确定了方案的可行性，提高了生产线的平衡率，增强了流动性，提高了生产线的整体效率。

关键词：Anylogic；竹编；仿真模拟；优化

引言：竹编是我国宝贵的非物质文化遗产，浙江作为珍贵的竹编发源地之一，竹编产品早已被应用于人们生活的方方面面。作为珍贵的文化载体，竹编产品也在发展过程中不断创新。浙江D企业坚持竹编制品的开发与生产，是竹编行业的模范企业。但是在生产经营过程中，该企业发现，竹编制品为纯手工工艺制品，生产效率低，产品成本过高以至于销售量低迷。

作为非遗文化的传播人，找到D企存在的问题，并通过优化调整生产系统，提高系统整体生产率，达到降低单位成本，以达到降低单价促进销售的目的。Anylogic仿真软件相比于其他传统的建模工具，增加了建模方法的种类，并在不同领域都能得到很好的运用。在走访调研D企业并收集数据，确定了本文的研究内容及研究方法。以D企业的竹编提篮生产系统为例，通过解决生产线缓存区排队时长、生产系统不平衡、设备利用率不平衡等问题，改善该企业此条生产线的整体流动性，提高生产系统平衡率。此优化方案对该企业其他生产线的改善也具有借鉴意义。

一、基本概念与仿真方法概述

生产系统是各企业生产活动中的重要一环。生产系统作为企业的子系统，能够将输入的生产材料转化为有价值的产品，在这个过程中存在的信息流、物料流和能量流构成了整个生产系统的生产物流。在社会生产中，生产系统具有集合性、目的性、环境适应性、反馈性、随机性以及各内部要素相互联系这几个特征。就传统的生产管理过程中来说，虽然使用数学、运筹学等工具在解决抽象的问题上取得了一些结果，但在生产系统全局的角度来看，没有办法真实的反应生产系统的诸多特征。相比于数学建模，计算机仿真技术在再现系统活动这一方面更胜一筹。

系统仿真则是基于系统分析的某种目的，在目标系统的各个要素的属性之间以及相互联系的基础上，利用计算机建立具有一定逻辑关系和数量关系的系统模型。通过计算机和其他物理设备，利用模型对真实或预想的系统进行试验，在各种理论的基础上借助专业知识、经验以及资料对结果进行分析研究，从而辅助决策。系统仿真的过程中，对信息进行收集和累计，并为复杂的随即问题提供信息。对于一些复杂系统或者难以通过数学建模进行分析评估的系统，可以通过系统仿真进行分解以降低难度。

离散系统是大多生产系统的主要大类，大多数车间以及排队问题等常见时间，都属于离散事件。在系统中，时间的变化会引起系统状态中离散点的变化，并且这种状态变化与事件的发生相对应。由于离散系统的随机性，现有的随机过程理论、数理统计和概率论等理论基础也只能对简单解析作为依据，在解析生活中比较复杂的系统来说比较乏力。对于离散系统的分析来说，离散系统的动态变化的过程，是因为系统的状态变量，随着时间的不断发生而呈现出动态的随机变化过程。为此，我们需要一个能够跟踪记录各种输出性能指标，统计在仿真过程中的中间结果，以便与我们统计分析。

生产系统的模拟与仿真，可以简单概括为生产系统的规划设计、物料管理、生产计划模拟、生产系统协调和生产成本分析这五个方面。Anylogic仿真软件支持现有的离散事件、系统动力学和智能体建模。本文主要通过以离散事件为中心的建模，将竹编过程具象化，通过对竹编提篮的工序以及各工序所需时间的手机，给相应的模型添加属性参数们进行调试和运行的仿真模拟，以分析该企业在此条生产线上的问题并提出优化方案。

二、D企业竹编提篮生产系统现状及存在的问题

竹编作为一项非物质文化遗产，通常以精美的手工艺品的形态出现在大众面前。但是随着经济全球化的加剧以及日益激烈的市场竞争，竹编行业积极改革创新。通过对产品结构的调整，由最初的手工艺品逐渐生活化，以日常用品的形态走进大众生活。对于竹编这类手工生产线来说，在生产系统的设计过程中，大多都凭借经验进行，缺乏较为有效的工具对生产流程、库存、资源配置等进行分析。仅通过管理人员自身的经验，进行生产计划和调度的决策，缺乏专业性和科学性。又因生产物流具有的各种特征，尤其是生产系统内各要素是相互联系的，导致企业在调节生产线以及生产计划的过程中，管理成本过高。

本文以竹编提篮的编织为例，该竹编提篮的制作流程如图2-1所示。该提篮的制作主要分为三部分六个环节。首先是把手、篮身和篮底三个部分的编织，其次是篮身和篮底的组装，再是把手和主体的组装，最后对成品进行上漆，自然风干后可以得到完整的产品。

就D企业而言，竹编提篮是较为热门的销售单品，但是因为其工序复杂，单件产品的制作成本较高，其定价也较高，目标人群较少。对于D企业而言，完成当日的产量计划十分重要，因为该计划是由销售单来安排生产，过低的交付率直接影响到订单情况。因此，该企业通过提前备货的方式来满足顾客需求。但是因为该生产线较为落后，仅依靠人工编织，生产效率不稳定。同时，因为各环节工艺不同所耗时间也不同，同一生产线上不同环节的工人在同一单位内的生产数量也不尽相同。因此，尽管将提篮的制作工序分为三个部分，但是仍造成部分编织环节块，物料积压等生产局面。

通过实地走访调查，我们可以发现该流水线上，篮身和篮底的编织工艺较为复杂，把手编织、组装较为简单，而上漆工艺则是采用自动化。该流水线上，现各环节均有一人，每人每天工作8小时。其中，较为复杂的篮底和篮身编织需要花费半个小时左右，而把手和组装环节仅需要几分钟。这对于生产系统来说，生产节拍的不平衡导致未形成“一个流”的生产目标，同时在制品的库存积压，导致生产资源的浪费以及生产车间的空间浪费。对于该产品来说，生产周期不算长，但是各个工序人员的利用率不均衡限制了生产物流的行进。

三、竹编提篮生产系统建模及仿真分析

生产系统的仿真过程较为复杂，本文基于Anylogic仿真模拟软件，对竹编提篮的生产系统这一离散事件进行仿真，按照阐明问题与设定目标、模型假设及仿真、数据采集、仿真模型的验证、仿真模型运行和仿真输出结果的统计分析这六个步骤来进行。

3.1 阐明问题与设定目标

本文通过对竹编提篮的生产系统进行仿真模拟，确定了以下几个目标：

①评价该生产系统的现状，发现其中存在的问题。

② 确定该生产系统的“瓶颈工序”。

③ 分析该产品的生产过程中，各个工序的等待时间、排队长度以及设备的利用率。

3.2 模型的假设

为了在简化生产系统同时，一定程度上反应现实的生产情况，本文对D企业竹编提篮生产系统提出以下假设：

（1）模型中各个工序的加工通过Anylogic中的“Delay”模块来实现，将加工所需要的具体操作时间抽象为时间的延迟。

（2）在制品在系统中流通的过程，通过软件中的“Move to”模块来实现。在每个工序前都添加一个缓存区模块，以放置待加工产品。在仿真软件中，采用“Queue”模块来实现，并将此模块的容量设置为最大容量，避免因为缓存区不足而出现停工的现象。

（3）D企业几乎不会出现缺少原材料或某人、某设备而引起停工的现象，并且不存在残次品返厂的情况，所以在生产系统中假设原材料源源不断并不存残次品。

3.3 生产系统仿真模型的建立

在实现D企业的竹编提篮生产系统的仿真前，要明确该生产线的工艺流程，依照实际的生产流程生成各类实体元素。本仿真模型以实现D企业竹编生产系统中，从原材料进入到成品流出的这一生产物流过程。

（1）生产流程的实现

本文利用Anylogic仿真软件建立仿真模型，打开软件后新建一个模型“Model”并命名为“竹编提篮生产系统仿真”。在模型的主函数“Main”中拖入所需要的实体元素，以实现生产过程的模拟。在建模过程中，拖入流程建模库中“Source”模块代表原材料的到达，现实生产中只有生产原料到达才能开展生产活动，又因为竹编提篮三个部分所需要的原材料不同，需要三个“Source”模块来模拟原材料到达。在篮身和篮底编制完成后，需要将其组装，我们用“Combine”模块进行加工，把手和篮身部分同理。生产系统中，各个环节的工序都用“Delay”模块来代表。各个工序前都放置相应的缓存区，缓存过程用“Queue”模块来实现。工序与工序之间的物流流动用“Move to”模块来实现，“Sink”模块则用来实现系统中成品离开生产系统的过程。

除上述模块外，为在仿真运行时实现及时收集、统计仿真数据，在主函数“Main”中加入“timeInSystemDistr”，用于收集原材料从进入生产系统导离开生产系统的统计时间。同时，导入“直方图数据”模块，，分别命名为“movingtimeDistr”、“watingtimeDistr”、“delay time Distr”，分别收集产品各工序间的搬运时间、缓存区的等待时间、工序加工时间的数据。

（2）生产系统中物流搬运的实现

生产系统的物料搬运是仿真中的重要一环，物料搬运的过程可以通过Anylogic“演示”库中的“图像”模块导入生产系统的生产布局图，再使用“流程建模库”中的“路径”模块再生产布局图上绘制实际的物料搬运路线来实现。本文中不对物料流通的路经进行研究，故不展开赘述。

（3）模型中各个模块实体元素的具体参数设置

D企业竹编提篮生产系统仿真模拟过程中使用的实体元素以及各实体元素对应的名称和现实意义如下表3-1所示：

原材料的投入按照“先进先出”的原则进行设置，在原材料的属性面板中，将到达速率设为“0.2”，避免因为缺少原材料影响生产系统的整体效率。同理，各个工序都采用先进先出的原则，在每道工序前配置缓存区，为了不影响因缓存区不足引起的停工，模型中的“Queue”模块容量均设为“最大容量”。“Delay”模块用来模拟延迟时间，且延迟时间服从均匀分布。 “Delay”模块中的属性如表3-2所示进行设置。

“Delay”模块中，最大容量均为“1”，即每个环节只能加工一件产品。最终竹编提篮生产系统的仿真模型图如图3-1所示：

3.4 仿真模型的运行与验证

在建立好仿真模型后，需要对“已建立的模型，是否能够反映竹编提篮生产系统的运行”情况这一问题进行检验。主要通过比较仿真模型与实际生产系统中缓存区库存、缓存区等待时间以及各个工序的加工时间来进行。模型中的一单位表示现实的一分钟，根据该企业的生产时间进行计算，该模型的停止时间为：8*60*7=3360。当模型运行了3360个单位时间后，其仿真结果如图3-2所示。试运行后，我们可以发现建立的仿真模型可以顺利运行，运行后的产品生产周期、缓存区排队长度、设备的利用率等信息，与现实中企业现在的生产系统并无太大的出入，说明文中参数设置合理，可以反应现实中竹编提篮生产系统的真实运行情况。

3.5 生产系统的仿真运行结果分析

经过3360个单位的仿真，我们得到整个生产系统的仿真运行图，如图3-2所示。通过对竹编提篮生产系统的仿真模拟，我们能够确定生产瓶颈为篮身编织和篮底编织这两个工序。接下来将通过分析产品生产系统的缓存区的排队长度、等待时间以及设备利用率这三个方面来评价生产系统过的整体运行效率。

（1）生产系统的产能及生产线平衡率

生产系统运行结束后，产品产量为14件，与现实中15件差距不大。

生产平衡率是生产线平衡状态的指数，指通过对各个工序进行负荷作业调整，以达到各个工序的操作时间尽可能一致的目的。各个工序的平均加工时间如下表3-3所示：

由生产线平衡率计算公式：生产线平衡率=各工序的时间综合/CT*工序数*100% 计算可得，该生产系统生产线的平衡率=[114.6/（36.5*6）]*100%=52.3%，处于一个较低的生产水平。（注：CT为生产线所有工序中历时最长的工序）

（2）生产系统缓存区情况

由“waitingtimeDistr”模块和“条形图”的统计数据得到产品在各个工序缓存区的等待时间和排队长度，如表3-4和表3-5所示。从模型统计的数据中，我们可以看出篮身编织缓存区和篮底编织区的等待时间最长，分别是267.929和261.462，可见这两道工序在整个生产系统中耗时最久。整篮缓存区仅次于这两个工序，等待时长为250.433。这种现象是因为初始物料投入过快导致的，每个生产环节仅有一件产品加工，剩余物料都要在缓存区等待，缓存区排队长度也随之增加。由表3-5我们可以看出，篮身编织缓存区、篮底编织缓存区和把手编织缓存区的排队长度分别为281.63、254.45和255.71。而位于生产系统末位的整篮缓存区和上漆缓存区，等待时长也仅有整篮缓存区的5.01min，且两个缓存区均无排队。这一不平衡的节拍，严重地影响着整个生产系统的生产率。

（3）生产系统设备的利用率

生产设备的利用率也是影响生产系统产能的重要因素之一，本文研究的生产线为半纯手工生产线，仅由人工生产，故本文中将人员视为设备，设备利用率及人员工作效率。生产系统中各个环节的设备利用率如下表3-6所示：

四、竹编提篮生产系统的优化与建议

通过对D企业竹编提篮生产系统的现状进行仿真模型的建立并成功运行，通过分析该模型运行时收集的数据与实际生产系统进行对比分析，验证仿真模型的可行性和准确性，我们发现该企业的此条生产线存在以下几个问题：

①各环节生产一件产品所需时长不一致，但是后续环节又需要等待前置环节地产品以进行加工，单件产品的生产所需时间过长。

②在初始原料进入时，原材料进入过快，导致篮身编织缓存区、篮底编织缓存区和把手编织缓存区排队时长过长，严重占用生产空间和资源。

通过实地走访D企业的此生产线，我们了解到，该条生产线中，各个生产环节所需时长不一致，但各环节都仅有一位工人进行生产工作。在生产线流水化前，一件产品由一位工人独立完成，每天仅生产两三件产品。相比于原始生产方式，流水化生产能够为企业增加三到四件产品。从工艺角度来说，篮身和篮底的编织较为复杂，且均采用双面编织的手法，因此所需时间也是其他工序的两到三倍。就编织工人来说，掌握的技巧和手法也有所不同，生产速率也因此有些许差异。但是因为生产节拍不一致，车间内在制品积压严重，车间拥挤不便于生产物流的运作。

针对以上问题及现状，我们提出以下建议：

①利用各环节的时间差，调整生产人员。在初期原材料进入系统后，两道组装工序及上漆工序需要等前置环节完成后再开始生产。由于前置环节的生产工艺耗时较长，期间整篮组装和上漆这两个个环节的生产工人，可以调配至篮身编织和篮底编织的岗位，加快生产速率。在生产到一定数量后，再回原岗位生产。在保证各位工人工作时长的基础上，扩大了生产效率，平衡生产节奏。

②减少整篮缓存和移动环节，合理规划生产线布局。由于竹编提篮的生产线长，交错环节较多，企业现有的流水线无法充分利用生产空间。建议将现有布局重新规划，调整篮身、篮底编织环节为并行布置，后接整篮组装环节，把手编织环节与成品组装环节并行，放置在整篮组装环节后，上漆环节可以不更改位置。更新布局后，可以减少在制品搬运时间和缓存等待时间，提高空间利用率。

五、结论

本文以浙江省D企业的竹编提篮生产系统为研究对象，通过走访调研，确定了仿真研究的目标，并通过建立模型，对模型的实体元素属性进行了数据的输入，将仿真模型所得数据与现实生产系统进行比对，证实了仿真模型的可行性和有效性。针对仿真模拟过程中所发现的问题，依据管理学、运筹学等理论知识，对该生产线提出了优化方案，得出下结论：

（1）通过调研和对该生产线现状的仿真模拟，我们可以发现该生产系统生产节拍不一致；部分环节人员利用率过高，剩余环节利用率较低；无效生产环节过多，生产布局不合理，在制品积压严重，没有充分利用生产资源。

（2）针对上述存在的问题，本文利用各类学科的理论知识，对整个生产系统进行优化设计，为其消除瓶颈环节，提高整个生产系统的整体效率提供了理论依据。为使物料的流通在生产系统中更加顺畅，本文对该生产线的关键因素进行调整，明确的给出了优化方案。

（3）利用Anylogic仿真软件，将现实中企业的生产线可视化处理，利用数据统计展示各环节的生产效率，从而计算整条生产线即整个生产系统的生产率。对于提出的优化方案，可以使用Anylogic仿真软件在原模型上修改并运行模拟，检验优化方案的可行性。若此方案对现实的生产系统有有可行性，此优化方案将能够为企业提供转型升级的依据，并可为该企业的其他生产线提供参考。

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基金项目：浙江越秀外国语学院2023年国家级大学生创新创业训练计划项目，项目编号：202312792017