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1、华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power生产管理系统仿真课程设计报告册学 院 管理与经济学院 专 业 工业工程 姓 名 学 号 201214203 指导教师 祁丽霞、郭洁 完成时间 2016年1月5日 20 / 20生产管理系统仿真课程设计一 、设计目的1. 熟悉排队系统的运作模式；2. 熟悉排队系统的仿真及评价方式。二 、设计任务1. 使用Witness 建立排队系统仿真模型；2. 了解Witness的可视化设计；3. 熟悉排队系统的评价指标；4. 对排队系统进行评价分析。三 、设计题目某社区医院
2、只有一名全科医生，假设患者每天到达的时间间隔服从（6，16）min的均匀分布，患者中约70%是简单病症，医生处理时间服从（8，18）min 的均匀分布，剩下的30%为难处理的病症，医生处理需要时间服从（60，68）min 均匀分布。（1）仿真分析处理50名患者的效率指标（顾客排队等待时间、处理时间、医生忙率等）（2）后来来了一名实习医生，就诊流程变为：先有实习医生进行检查分诊，检查时间服从（3，6）min 的均匀分布，如果是简单病例，由实习医生进行处置，时间服从（10，20）min 的均匀分布，如果是复杂病例，由老医生进行处置，时间服从（60，68）min 均匀分布。求此系统处理50名患者的效
3、率指标。（3）假设可以再配备两名工作人员（全科医生或实习医生），请问如何配置人员使此系统优化？四、设计步骤及结论分析第一个问题问：仿真分析处理50名患者的效率指标（顾客排队等待时间、处理时间、医生忙率等）1.系统分析1.1 元素说明 该排队系统的组成元素主要为看病的患者、全科医生和处理过程（简单处理和复杂处理），因此该系统仿真模型的元素如下表所示：表1 模型元素介绍元素名称元素类型元素数量元素作用患者Part1模拟看病的患者等候区Buffers1模拟患者排队等候离开社区医院Machine1模拟患者离开医院门诊Machine1模拟社区医院简单处理Machine1模拟处理过程复杂处理Machine
4、1模拟处理过程治愈人数Variables1统计治愈人数全科医生Labor1模拟全科医生Path1path1模拟通道Path2path1模拟通道Path3path1模拟通道Path4path1模拟通道Path5path1模拟通道Path6path1模拟通道1.2 系统运行时间 仿真运行终止时间为：以治愈50名患者为系统终止指标。2. 模型建立2.1 定义元素在用户元素窗口中，先用鼠标选中所需建立的元素类型图标，然后在系统布局区中单击鼠标左键进行元素定义。（1）打开WITNESS软件。（2）建立一个零部件元素。在上图WITNESS界面下方的Designer Elements窗口的Basic页中，鼠
5、标单击选中Part元素图标，建立一个名称为“患者”的元素。（3）建立一个缓冲区元素。同建立Part元素过程相似，依次选择Designer Elements窗口的Basic页中的Buffers元素图标，然后在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键。（4）建立四个机器元素。同建立Part元素过程相似，依次选择Designer Elements窗口的Basic页中的Machine元素图标，然后在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键，分别建立名称为社区医院、简单处理、复杂处理和离开社区医院四个机器元素。（5）建立一个Vinteger元素。同建立Part元素过程相似，依次选择D
6、esigner Elements窗口的Variables页中的Vinteger元素图标，然后在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键。（6）建立一个劳动者元素。同建立Part元素过程相似，依次选择Designer Elements窗口的Basic页中的Labor元素图标，然后在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键。（7）建立六个path元素。同建立Part元素过程相似，依次选择Designer Elements窗口的Transport页中的path元素，然后在Layout Window窗口适当位置单击鼠标左键，分别建立名称为path1、path2、path3、path
7、4、path5和 path6六个路径元素。经过如上元素定义步骤，该模型所需要的所有元素都已经建立好了。2.2 元素细节设计2.2.1 零部件元素细节设计在布局区双击Part001元素图标，将零部件名称由Part001改为患者。根据题目要求将Type设置为主动型（Active），Inter Arrival设置为时间间隔服从（6，16）min的均匀分布。在To栏中输入PUSH to 排队等候；在Actions on Create栏中输入ICON = 32回车并输入PEN = 1；在Actions on Leave栏中输入ICON = 32回车并输入PEN = 1；设计完毕后，点击确定按钮，完成零部
8、件元素细节设计。2.2.2 缓冲区明细设计双击Buffers 001元素，在弹出的缓冲区细节设计对话框中修改如下项目：Name栏中输入“等候区”，修改Buffers001的名称；在Actions on Output栏中输入ICON = 32回车并输入PEN = 1，表示用红色小人代表患者。2.2.3 机器细节设计双击Machine001元素，在弹出的机器细节设计对话框中修改如下项目：Name栏中输入“门诊”，修改Machine001的名称；在From栏中输入PULL from 排队等候(1) Using Path，表示；在To栏中输入PERCENT /189 简单处理 Using Path 7
9、0.00 ,复杂处理 Using Path 30.00 !，表示患者中约70%是简单病症并流向简单处理，剩下的30%为难处理的病症，并流向复杂处理；在Labor Rule栏中输入全科医生；在Actions on Input栏中输入IF 治愈人数 = 50 回车输入STOP再回车输入ENDIF，表示该仿真系统以治愈50名患者为终止指标，系统停止运行；在Actions on Output栏中输入ICON = 32回车并输入PEN = 3，表示用黄色小人表示患者即将进入治疗过程；修改之后的细节设计对话框如下图所示，点击按钮确定，完成门诊的细节设计。 双击Machine002元素图标，在细节设计对话框
10、的Name栏中输入“简单处理”，在Cycle Time栏中输入UNIFORM (8,18)，在To栏中输入PUSH to 患者总数 Using Path，在Actions on Output栏中输入ICON = 32回车并输入PEN = 2，表示用绿色小人代表患者完成治疗即将离开医院，点击确认键确定。如下图所示： 双击Machine003元素图标，在细节设计对话框的Name栏中输入“复杂处理”，在Cycle Time栏中输入UNIFORM (60,68)，其他设置同上所示，点击确认键确定。如下图所示：双击Machine004元素图标，在细节设计对话框的Name栏中输入离开社区医院，在Cycle
11、 Time栏中输入0.0，在Actions on Finish栏中输入：治愈人数 = 治愈人数 + 1，在To栏中输入PUSH to SHIP，点击确认键确定。如下图所示： 2.2.4 Variable明细设计双击Vinteger 001元素，在弹出的变量细节设计对话框中修改如下项目：Name栏中输入“治愈人数”，修改Vinteger001的名称；2.2.5 劳动者明细设计双击Labor 001元素，在弹出的劳动者细节设计对话框中修改如下项目：Name栏中输入“全科医生”，修改Labor001的名称；2.2.6 路径明细设计 双击path001图标，出现下图所示的路径细节设计对话框。在Name
12、栏中输入path1，在Path Traverse栏中输入0，具体设计如下图所示：双击剩余path的图标。在弹出的细节设计对话框的Name栏中分别输入path2、path3、path4、path5和path6，修改路径的名称，其他项目设计与路径path1的设计类似。2.2.7机器颜色标识设计 在模型运行过程中，模型元素会经历多种不同的状态，WITNESS软件为多种元素设计了标准化的颜色标识键，例如黄色通常表示空闲、等待，绿色表示正常工作，红色表示故障、维护维修等。在本模型中，每个机器设备可视化图标的右下角有个正方形图标，该图标的颜色将在仿真运行过程中随着机器状态的变化而呈现不同颜色。为了便于理解
13、不同颜色表示的机器状态，这里先设置机器设备的颜色标识。设计步骤为：（1）通过WITNESS软件菜单View-Keys-Machine，打开机器标志键设计对话框；（2）在对话框中点击Draw按钮，当光标变成十字尖头的形状，将光标移动到布局区中合适的位置，然后点击鼠标左键，完成标志键的设计。设计过程和设计后的效果如下图。从上图的机器标识键中可以看出，机器状态显示图标与机器状态之间的关系如下： 白色-机器处于不当班时间； 黄色-等待零件的状态，即机器处于空闲状态； 绿色-机器处于忙的状态，即正常作业状态； 粉红色-机器处于阻塞状态，即机器完成了当前的操作，但是因为其后续输出对象在这个时间不能接受零件
14、的输入，则该机器上面的零件就不能送到其后续工序，机器处于阻塞状态，也就不能进行下一个作业的加工； 兰色-机器处于换模状态，或者等待换模操作工的状态； 红色-机器处于故障维修状态，或者等待故障维修工的状态； 蓝色-机器处于等待操作员工状态，即机器正常作业过程需要员工辅助作业，但是该类员工人数不足，不能准时到达该机器，则该机器的作业处于暂停状态。3. 运行模型3.1 结果分析WITNESS软件设计了各种类型建模元素的标准统计项目，仿真运行过程中系统将自动收集这些统计数据，在仿真模型停止后，可以通过打开各种元素的统计报告窗口进行查看，分析系统的运行瓶颈和可能改善点。系统在治愈好50名患者之后，会自动
15、停止运行，然后选中所有元素，单击主界面工具栏中的Reports中的按键Statistics，弹出各个元素的各种统计数据。3.1.1 模型元素统计分析下面分别打开本模型中四类（Part、Buffers 、Machine、Labor）元素的统计报告窗口，查看各元素的统计指标，并进行相关分析和说明。（1）患者的统计指标进入系统总计111名患者，完成治疗50名患者，还有61名患者正在治疗或者等待治疗，且平均等待时间较长。Part元素统计报告窗口如下所示：上图为Part类型零件的标准统计报表， Part统计项目含义如下表：统计项含义No. Entered该零件进入系统的数量No. Shipped该零件被
16、Ship掉的数量，即出系统的数量No. Scrapped该零件作为废料抛起的数量No. Assembled该零件被组装掉的数量No. Rejected该零件被拒绝的数量W.I.P.当前该零件的库存量Avg W.I.P.在整个仿真时间段内，该零件的平均库存量Avg Time所有零件在模型中平均滞留时间Sigma Rating废品在总体中所占的比率，以Sigma方式表示出来（2）缓冲区统计报告统计缓冲区的相关数据，如下表所示：（3）机器元素统计报告统计4台机器设备的相关数据，我们可以看出，复杂处理是最繁忙的，其繁忙率为61.76%，这跟其治疗时间长有关 。如下表所示：（4）劳动者统计报告统计劳动者
17、的相关数据，可以看出全科医生的忙率达到了100%，也就是说该全科医生在不停地工作。具体如下表所示：第二个问题问：后来来了一名实习医生，就诊流程变为：先有实习医生进行检查分诊，检查时间服从（3，6）min 的均匀分布，如果是简单病例，由实习医生进行处置，时间服从（10，20）min 的均匀分布，如果是复杂病例，由老医生进行处置，时间服从（60，68）min 均匀分布。求此系统处理50名患者的效率指标。由题可知第二问是在第一问的基础上增加了一名实习医生，并先由实习医生分诊，然后再各自为患者治疗，流程如下图所示：患者排队等候简单病症复杂处理简单处理患者离开医院实习医生分诊NY根据以上流程图做模型如下
18、：系统仿真的输出分析该系统以处理50名患者为指标，将结果记录到下表，结果如下：由上表可知，在增加了一名实习医生之后，患者排队的时间由337.52降到了现在的206.15，排队时间缩短了38.9%，全科医生的忙率从原来的100%降到了现在的72.02%，很明显排队系统得到了改善。第三个问题问：假设可以再配备两名工作人员（全科医生或实习医生），请问如何配置人员使此系统优化？注：本小问是按着自己的理解，基于第二问的分析对模型进行优化的。从问题2分析可知，在整个就医过程中，患者通过整个系统的时间达到了231.22 min，显然时间较长。究其原因，是因为在复杂处理环节中需要的处理时间太长，而全科医生又太
19、少，因此患者的等待时间长一些。除此之外，2位医生的忙率均不低于70%，显然都有点高，这样会造成医生的工作时间太密集，少有休息时间，工作时可能会由于长时间劳作造成操作上的失误，进而降低工作效率。因此，根据Witness仿真系统模拟统计数据分析，该社区医院应该配备一名实习医生和一名全科医生，以此来降低医生的劳动强和患者在整个就医过程中的排队时间。由题可知第三问是在第二问的基础上增加了一名实习医生和一名全科医生，并先由实习医生分诊，然后再各自为患者治疗，流程如下图所示：患者排队等候任一实习医生分诊简单病症NY全科医生OR全科医生01实习医生OR实习医生01简单处理复杂处理011复杂处理1简单处理01
20、患者离开医院除了以下设置有所不同外，其他设置均参考第一问和第二问。优化后的模型如下图所示：结果分析如下表所示： 系统优化分析进入系统的患者有54人，治愈50人，系统平均的滞留患者人数为2.75人，患者的平均等待时间为29.42min，相比数据2，本模型的等待时间大大降低。两名实习医生和两名全科医生的忙率均在60%左右，其中实习医生的平均忙率是70.01%，全科医生的平均忙率是60.67%，通过对比数据2和数据3不难看出，医生的工作强度的均有所降低。五、体会和建议通过为期两周的生产管理系统仿真课程设计，我对生产管理系统仿真有了更加深刻的认识和了解。同时能够较为熟练的运用witness软件对一个简
21、单系统建模与仿真，更重要的是，祈老师选取现实生活中的例子，让我们将所学知识与实际问题相结合，强化了我对理论知识的实践能力。软件那么强大，问题却那么多。在此次课程设计中，我们不断发现问题，不断解决问题，不懂的地方我就在网络查找资料或者向同学们寻求帮助，最终成功的完成了此次的课程设计。本次课程设计选择以社区医院为研究对象，发现患者就医存在的问题，最终优化就医流程进而降低患者等待的时间。排队系统是患者就医期间必要的环节，对于患者来说，排队系统的服务质量，特别是患者的排队等待时间，将直接影响到社区医院在患者心中的满意度；作为管理者来说，应该考虑如何根据患者的人流量及医生的忙闲率来动态地、合理地调整医生
22、的人数，使患者的排队等待时间缩短，让患者的满意度得到提升，同时降低社区医院的经营成本提高效益。而本次课程设计利用Witness建立仿真模型优化排队系统，为社区医院的管理者提供了决策依据，很具有现实意义。我认为这样的课程设计蛮好的，一是好理解思路清晰；二是与生活联系紧密，做起来不那么枯燥；三是可以按着题目要求自由发挥，自己发现问题，自己解决，既锻炼了同学的动手能力也对Witness软件有了更深刻的认识。我希望以后的课程设计完全可以按着这种思路进行下去，既有方向，又不受约束，同学们可尽情发挥，也可以相互交流，发现新的想法，并让这种想法尽可能的给它“可视化”。总而言之，只要多动多想多问，总会有收获的。