Lab 05：加入换型与 AGV 物流

场景说明

Lab 04 的 FMS 已能正确处理 A/B/C 三种零件，但仍假设设备切换产品没有损失、工件能瞬间移动。真实车间中，夹具和刀具切换会占用 CNC，AGV 数量不足也会让已加工零件滞留。客户要判断：应优先增加一台 AGV，还是通过同类产品成组减少换型？

本课采用两级建模：先做简化物流基线，确认生产逻辑；再引入 Transporter/AGV。这样能区分“设备能力问题”和“运输能力问题”。

研究问题

• 换型会损失多少可用生产时间？
• 固定产品顺序与小批量排序的差异是什么？
• 1 台、2 台、3 台 AGV 对产量和等待时间的影响如何？
• 物流改善是否只是把瓶颈重新推回 CNC？

换型矩阵

练习数据，单位为秒：

矩阵可以不对称，因为 A→B 和 B→A 的刀具、清洁和首件确认工作可能不同。

步骤 1：冻结无换型基线

1. 打开已通过 100 件守恒验证的 Lab04_FMS_Routing_v01.spp。
2. 使用固定产品序列和固定加工时间运行一次。
3. 记录产量、各 CNC Working、Waiting 和处理数量。
4. 保存为 Lab05_Setup_AGV_v01.spp。
5. 在项目记录中标记这个版本为 NoSetup_NoTransport_Baseline。

步骤 2：建立换型表

1. 从 Information Flow 放置 TableFile。
2. 命名为 t_SetupMatrix。
3. 第一行和第一列填写产品类型 A/B/C。
4. 输入上面的 3×3 换型时间。
5. 在表格标题或旁边 Variable 中明确单位为秒。

不要把换型时间分别硬编码在四台 CNC 中；集中表便于审查和实验。

步骤 3：配置设备换型

Plant Simulation 16 可通过设备 Setup 设置或自定义逻辑表达换型。优先使用标准功能：

1. 双击一台 CNC。
2. 打开 Setup 或 Times 中的 setup 区域。
3. 启用 setup dependent on MU type/attribute 的选项。
4. 将产品类型或 ProductType 指定为换型依据。
5. 选择从表格读取前一类型→新类型的换型时间；若标准设置不能直接引用你的表，再使用由软件生成签名的 Method。
6. 对其余 CNC 使用同一规则或从已配置类创建实例。
7. 确认同类连续加工的 Setup time 为 0。

四件小样本验证

只输入 A,A,B,A：

在设备 Statistics 中核对 Setting-up 时间。若总换型时间不是预期值，不要运行长周期。

步骤 4：比较产品顺序

创建两种 100 件序列，产品总量相同：

• S0 交错：AAAAABBBCC 循环 10 次；
• S1 成组：50 个 A、30 个 B、20 个 C；
• S2 小批量：A×10、B×6、C×4，循环 5 次。

记录：

成组可能降低换型，却增加某些订单等待。不能只看设备利用率。

步骤 5：建立简化物流基线

在引入 AGV 之前，用固定运输时间表达设备间移动：

1. 在资源组前后插入能表达延迟的对象，或在转移逻辑中加入明确的运输时间。
2. 设置装载 20 秒、行驶 45 秒、卸载 20 秒。
3. 暂时假设搬运资源无限，任何请求都能立即运输。
4. 再次运行 10 件和 100 件守恒验证。

这个模型回答“有运输时间但没有车辆竞争时，生产系统会怎样”。

步骤 6：认识 Plant Simulation 16 的 AGV 能力

Plant Simulation 16 增强了自由行驶 Transporter/AGV，可使用驱动标记和自定义控制策略。图片来源：Siemens 官方 Plant Simulation 16 发布说明。

初学者第一遍可以用 Track 上的 Transporter；掌握后再使用自由行驶和 DrivingMarker。对象是否可用取决于许可证和安装库。

步骤 7：建立 Track 搬运网络

建议先在独立 Frame FMS_Transport 中练习：

1. 放置 Track，构成单向闭环。
2. 在输入、车削、铣削、检测位置放置 Station/Sensor 或相应装卸节点。
3. 检查 Track 方向连续，不存在断口。
4. 放置一个 Transporter，命名 AGV_01。
5. 设置速度，例如 1.5 m/s；容量设为 1。
6. 设置装载和卸载时间各 20 秒。
7. 让 AGV 空载跑完整个闭环，确认不会停在断开的 Track 端点。

步骤 8：连接生产请求与运输任务

业务规则：

设备完成加工
→ 工件进入出料位置
→ 创建搬运请求（取货点、送达点、工件）
→ 空闲且符合条件的 AGV 接单
→ 行驶到取货点并装载
→ 行驶到目的地并卸载
→ AGV 重新空闲

优先使用版本 16 内置 Broker/Transport Control、Importer 或可用物流库对象。若需要 Method：

1. 从运输对象设置中创建控制 Method，让软件生成签名。
2. 请求表至少记录 RequestId、MU、Pickup、Dropoff、CreatedAt、AssignedAGV、CompletedAt。
3. 没有可用 AGV 时请求留在队列，不得丢失。
4. 一个请求只能被一台 AGV 分配。
5. 完成后清除请求并记录响应时间。

步骤 9：逐级验证运输逻辑

不要一次投入 100 件。按顺序测试：

T01：单 AGV、单工件

• 只创建 1 件 A；
• AGV 完成输入→Turn→Inspect 的所有搬运；
• 工件最终进入 Drain；
• 请求表无残留。

T02：单 AGV、三工件

• 创建 A/B/C 各 1 件；
• 每个请求仅执行一次；
• 没有工件被 AGV 永久占用。

T03：同时请求

• 让两台 CNC 同时完工；
• 单 AGV 应排队处理两个请求；
• 增加第二台 AGV 后两个请求可并行分配。

T04：不可用压力测试

• 暂停 AGV 或关键路径；
• 请求应保留；
• 恢复后系统继续，而不是死锁或丢件。

步骤 10：运行 AGV 数量实验

每个随机场景至少运行 10 次。输出：

• 良品/班；
• 平均和最大搬运请求等待；
• AGV Working/Waiting/Empty travel；
• CNC Waiting for transport；
• WIP 和 Flow Time；
• 死锁或未完成请求数。

识别物流瓶颈

一台 AGV 利用率接近 100% 只是信号。更强的证据是：

• 请求队列持续增长；
• CNC 已完成工件但长时间等待卸载；
• 增加第二台 AGV 显著降低请求等待并提高产量；
• 增加第三台 AGV 只增加车辆 Waiting，产量几乎不再提高。

这时第二台可能有价值，第三台可能没有。

结果截图要求

1. L05-01-setup-matrix.png：换型矩阵；
2. L05-02-agv-network.png：完整 Track、站点和 AGV；
3. L05-03-simultaneous-requests.png：同时请求测试；
4. L05-04-agv-results.png：1/2/3 台 AGV 结果比较；
5. L05-05-bottleneck-shift.png：物流改善前后设备状态变化。

本课通过标准

• A→A 不换型，A→B/B→A 时间符合矩阵
• 产品总量相同时比较三种排序
• 简化物流模型仍通过数量守恒
• AGV 单件、三件、并发、暂停测试全部通过
• 没有丢失、重复或永久占用的运输请求
• 能区分 CNC 瓶颈与物流瓶颈