Lab 02：建立三工位自动线并识别瓶颈

场景说明

客户计划建设一条电机壳体自动加工线：OP10 上料定位、OP20 精加工、OP30 清洗检测。三道工序节拍分别为 55、70、50 秒。客户希望知道为什么某些工位会等待、某些工位会阻塞，以及增加设备前能否先通过缓冲改善。

本课先建立无故障、固定时间的基线。只有基线通过验证，下一课才加入故障。

完成后的模型

Source_Part → OP10_Load → B10_20 → OP20_Machine → B20_30 → OP30_Wash → Drain_Good
                                  EventController

参数：

理论瓶颈是 OP20，理想上限约 8×3600/70 = 411.4 件/班。

真实系统视觉参考

官方示例显示了子 Frame 连接、长度型输送对象、机器人和尺寸标注。你的练习模型先使用简单对象；不要为了接近 3D 外观而过早增加复杂度。来源：Siemens Plant Simulation 16 发布说明。

步骤 1：从 Lab 01 另存为

1. 打开 Lab01_FirstModel_v02_validated.spp。
2. 选择 File → Save As。
3. 新建目录 Lab02_ThreeStationLine。
4. 保存为 Lab02_ThreeStationLine_v01.spp。
5. Reset 模型，确认时钟为 0。

不要直接修改已经验证的 Lab 01 文件。

步骤 2：重命名现有对象

1. 将 Source_RawPart 改为 Source_Part。
2. 将 Drill_01 改为 OP10_Load。
3. 保留 Drain_Good。
4. 双击 Source_Part，把到达间隔改为 55 秒。
5. 双击 OP10_Load，把 Processing time 改为 55 秒。

步骤 3：插入第一段 Buffer

最稳妥的做法是先删除 OP10_Load → Drain_Good 的 Connector，再放新对象。

1. 选中该 Connector，按 Delete。
2. 从 Material Flow 工具箱放置 Buffer。
3. 放在 OP10 右侧，命名为 B10_20。
4. 双击 Buffer。
5. 将 Capacity 设置为 5。
6. 保持 FIFO 行为。
7. 关闭对话框。

步骤 4：增加 OP20

1. 放置一个 SingleProc，命名为 OP20_Machine。
2. 打开 Times。
3. 设置 Processing time 为 70 秒。
4. Setup、Failure 暂时保持关闭或 0。

步骤 5：增加第二段 Buffer 和 OP30

1. 放置 Buffer，命名为 B20_30，Capacity = 5。
2. 放置 SingleProc，命名为 OP30_Wash。
3. 设置 OP30 Processing time = 50 秒。
4. 把 Drain 移到 OP30 右侧。

步骤 6：按顺序连接

用 Connector 建立：

1. Source_Part → OP10_Load
2. OP10_Load → B10_20
3. B10_20 → OP20_Machine
4. OP20_Machine → B20_30
5. B20_30 → OP30_Wash
6. OP30_Wash → Drain_Good

连接后从左到右逐一念出对象名。这个简单动作能发现跳过工位、反向连接和重复连接。

步骤 7：先做单件贯通测试

长时间运行前，先只创建 1 件。

1. 打开 Source，将创建数量限制为 1；如果当前 Source 配置没有直接数量字段，可暂时设置一个极长的第二件间隔，在第一件完成后暂停。
2. Reset。
3. 降低动画速度。
4. Start。
5. 观察该件依次经过 OP10、B10_20、OP20、B20_30、OP30、Drain。
6. 记录第一件离开系统的时刻，理论无等待流动时间为 55+70+50=175 秒，加上软件事件边界差异。

若第一件跳过任何对象，停止并修复 Connector。

步骤 8：恢复连续来料并运行 8 小时

1. 恢复 Source 每 55 秒创建 1 件。
2. 确认 B10_20/B20_30 容量均为 5。
3. Reset。
4. Start，先观察前 10 分钟。
5. 加速运行至 8 小时。

预期动态

• OP20 比 OP10 慢，B10_20 将逐渐填满；
• B10_20 满后，OP10 会出现 Blocked；
• OP30 比 OP20 快，常因没有工件而 Waiting/Starved；
• OP20 长期接近满负荷；
• 最终良品约 410 件，边界值可能略有差异。

步骤 9：查看状态统计

逐一打开三个工位的 Statistics，记录：

状态名称可能因对象和语言显示为 Waiting、Waiting for MU、Blocked 等。关键是理解机制，不是死记颜色。

步骤 10：做容量实验

保持所有时间不变，只修改 B10_20 与 B20_30 容量。

方案 A：容量 1/1

1. Save As Lab02_Buffer_1_1.spp。
2. 两个 Buffer Capacity = 1。
3. Reset 并运行 8 小时。
4. 记录产量、OP10 Blocked、OP30 Waiting 和期末 WIP。

方案 B：容量 5/5

恢复基线，记录同样指标。

方案 C：容量 20/20

1. 两个 Buffer Capacity = 20。
2. 运行并记录。
3. 注意产量可能没有显著增加，但期末 WIP 会增加。

结果表：

正确结论

在固定时间、无故障的串行线上，增加瓶颈前缓冲无法突破 OP20 的理论能力。它可能改变阻塞位置、期末 WIP 和短期启动行为，但不应神奇地把长期产能提高到超过 70 秒节拍的极限。

步骤 11：反证瓶颈

1. 恢复 Buffer 5/5。
2. 将 OP20 Processing time 从 70 秒降到 45 秒。
3. 其他参数不变。
4. Reset 并运行。
5. 现在 Source/OP10 的 55 秒节拍将成为限制因素，产量应回到约 480–523 的边界范围，取决于 Source 创建规则。

这说明“瓶颈”是系统条件下的结果，不是设备永恒标签。

结果截图要求

保存：

1. L02-01-baseline-layout.png：完整模型和对象名；
2. L02-02-buffer-full.png：B10_20 满载、OP10 阻塞时；
3. L02-03-station-statistics.png：三个工位状态统计；
4. L02-04-scenario-table.png：三个缓冲方案结果。

常见错误

本课通过标准

• 能从已验证模型另存新版本
• 能插入 Buffer 并设置容量
• 完成单件贯通测试
• 能解释 OP10 Blocked、OP20 Working、OP30 Waiting
• 比较 1/1、5/5、20/20 三个方案
• 能用理论节拍反证瓶颈结论