PLANT SIMULATION 16 · LEARNING NOTE
项目教程：六工位自动生产线
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完成结果
你将建立一条六工位自动线，包含并行工位、短缓冲、设备故障、检测、一次返修和报废，并判断最值得改善的是设备可靠性、缓冲还是并行能力。
1. 研究问题
练习目标：7.5 小时净生产时间内达到 900 件良品，WIP 不超过 45 件，并在不同故障情景下保持可接受的达标概率。
模型边界：从上料完成到最终良品下线。上游仓储、包装和详细控制信号先不建模；保留上料缺料、设备故障和质量返修。
2. 流程和参数
Source → OP10 → B1 → OP20 → OP30(并行2台) → B2 → OP40 → 检测
├─ 合格 → Drain
└─ 返修 → OP30前初始练习参数：
| 工位 | 数量 | 加工时间（秒） | MTBF（运行小时） | MTTR（分钟） |
|---|---|---|---|---|
| OP10 上料/定位 | 1 | 24 | 20 | 12 |
| OP20 加工 | 1 | 27 | 12 | 10 |
| OP30 加工 | 2 | 46/台 | 18 | 16 |
| OP40 清洗 | 1 | 25 | 30 | 8 |
| INS 检测 | 1 | 20 | 24 | 10 |
缓冲 B1/B2 初始容量均为 4。检测不合格率 2%，其中 80% 可返修，最多返修一次。这些均为练习数据。
3. 七步建模法
步骤 1：确定性、无缓冲、无故障
使用 Source、SingleProc/ParallelProc、Drain 和 Connector 建立主流程。先令检测全部合格，运行固定 100 件。
验收：投入、每道工序处理数和产出守恒；OP30 两台负载分配符合选择规则。
步骤 2：加入短缓冲
增加 B1 和 B2，容量从 1 开始，观察阻塞和饥饿，再设为 4、8、16。
不要预设“缓冲越大越好”。记录产量边际提升和 WIP/Flow Time 代价。
步骤 3：加入故障
逐台加入故障，每次只开一台设备的故障并运行，确认：
- 故障只发生在预期状态口径；
- 故障期间上游可能阻塞、下游可能饥饿；
- 修复后物流恢复；
- 设备状态时间合计等于统计时间窗。
步骤 4：加入班次与计划停机
用 ShiftCalendar 或等效机制表达工作班次。计划休息/点检不要混进随机 MTTR；二者在改善决策上的含义不同。
步骤 5：加入检测与返修
合格件进入 Drain；不合格件按概率返修或报废。MU 保存
ReworkCount，禁止无限返修循环。
验收：固定 10 件，其中手工指定 2 件首次失败、1 件返修失败，逐件核对路径与最终数量。
步骤 6：加入随机加工时间
只有在数据支持时才选择分布。先绘制原始数据直方图，区分正常加工、微停、换型和异常值。避免为了“更真实”随意使用正态分布，因为正态分布可能产生不合理的负时间尾部。
步骤 7：参数化并批量实验
将缓冲容量、设备可靠性、并行数量和质量率放入集中参数表，确保 ExperimentManager 或批量方法能修改，不要硬编码在多个对象里。
4. 为什么自动线瓶颈不是只看最慢节拍
OP20 的名义时间可能最慢，但最大产量损失还取决于：
- 故障持续时间和发生位置；
- 故障前后缓冲是否能吸收波动；
- 并行工位是否共享失效模式；
- 返修回流是否占用主线能力；
- 上游缺料是否掩盖设备能力。
因此要同时看 Working、Blocked、Waiting/Starved、Failed 等状态，以及“消除某因素后的产量增量”。
5. 验证测试集
| ID | 测试 | 设置 | 预期 |
|---|---|---|---|
| V01 | 单件贯通 | 无故障、1 件 | 所有必经工位各处理 1 次 |
| V02 | 理论能力 | 固定时间、无限供料/缓冲 | 长周期产量趋近理论瓶颈能力 |
| V03 | 零容量边界 | B1/B2 最小容量 | 阻塞增加但不丢件 |
| V04 | 故障隔离 | 只开 OP20 故障 | OP20 Failed 时间符合设定口径 |
| V05 | 质量守恒 | 指定失败序列 | 投入=良品+报废+WIP |
| V06 | 返修上限 | 设 100% 不合格 | 每件最多返修一次，无无限循环 |
| V07 | 班次 | 只开半班 | 非工作期不产生加工量 |
6. 实验设计
基线和方案
| 方案 | 变化 |
|---|---|
| S0 | 当前参数基线 |
| S1 | B1 容量 4→8 |
| S2 | B2 容量 4→8 |
| S3 | OP20 MTTR 降低 30% |
| S4 | OP20 MTBF 提高 30% |
| S5 | OP30 增加一台并行设备 |
| S6 | 检测不合格率 2%→1% |
| S7 | S2+S3 的组合方案 |
每个方案输出：良品/班、达标概率、WIP、Flow Time、报废、各设备状态占比、缓冲平均/最大占用。
决策指标
不能只说“产量增加 3%”。应报告：
- 增量良品/班及 95% 置信区间；
- 达标概率从多少变为多少；
- WIP 和 Flow Time 的代价；
- 投资或维护措施的粗略成本；
- 结论对产品节拍、MTBF/MTTR 的敏感性。
7. 现场数据替换顺序
- 用节拍表替换练习加工时间；
- 用故障明细计算运行口径 MTBF 和维修过程 MTTR；
- 用 MES/计数器核对班产和良率；
- 用在制品快照与历史曲线核对 WIP；
- 用停机分类把计划停机与随机故障分开；
- 选择一段未用于参数拟合的历史周期做验证。