工程机械制造网(Petri网的工程机械制造是如何运行的？如何应用在生产物流系统？)
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文|史说你知道
编辑|史说你知道
Petri网在企业物流领域应用的研究综述
Petri网(PetriNet，即PN)是在1962年由CarAPetri博士在其博士论文中首次提出，它作为一种可以处理实际系统存在的并行、冲突、异步、非确定和随机等特征信息的强大工具，目前已被国内外学者应用在了多个领域，物流管理领域更是利用Petri网独有的优势将其进行了充分的应用和实践。
最初把Petri网工具应用到物流仿真领域的是WMPVanderAalst学者，他与荷兰的Deloitte&ToucheBakkenist公司，于1988年共同研制开发了ExSpect(ExecutableSpecificationTool)工具。
它是第一款基于Petri网的建模仿真软件，且WMPVanderAalst学者运用该平台建立了基于产品族的供应链模型，通过剖析该产品族的业务流程重组对各个供应链方案进行对比分析。
当时学者的研究成果主要呈现在与Petri网有关的学术会议论文集或杂志中，二十世纪八十年代后国内开始涌现大量专注于研究Petri网理论及应用的学者。
其中包括国内第一个系统介绍Petri网知识的袁崇义教授，把Petri网应用于制造系统中的江志斌博士以及深入研究随机Petri网及其应用的林闯教授等等，Petri网正以其明显的优势及独特的魅力受到越来越多国内外学者的青睐。
生产物的含义
物流活动自人类社会出现了商品交换后便已存在，它作为一种社会经济的运动形态已存在千年，但在近几十年方才得到社会的认可和重视，“物流”一词最早出现在美国学者阿什·肖(ArchShaw)于1915年所《市场流通若问题》一书中，此后各类专家学者便展开对物流的相关研究。
从物流理论体系的形成与完善、到物流理论体系的推广与实践、再到如今物流理论实践的纵深化阶段，都表明了在经济全球化的今天，国家与国家、行业与行业、企业与企业间的竞争都在向非硬性条件、非生产环节扩展。
根据中国国家标准《物流术语》中对“物流”一词的定义可以得知物流是一个系统，它融合了多种功能，并将这些功能有机结合，形成一条完整的供应链，克服消费源头到消费终端之间的时间、空间障碍，最终为客户提供多功能、一体化的高水平服务。
企业物流相较于社会物流来说是物流中的微观部分，是企业产品的一种存在与表现形式，它包括多种原材料从社会聚并“流入”企业、在企业进行加工生产、产成品从企业“流向”客户这三个阶段，如下图所示，企业物根据发生时间和先后顺序可被划分为以下几种类型。
Petri网相关理论概述
Petri网首次出现在1962年CarlAPetri博的博士论文中，当时这种网络模式是用来描述计算机系统事件间的因果关系的，经过十多年的发展，Petri网于70年代开始活跃欧洲的科学究领域，其使用方向也从计算机信息处理扩展到了工程系统的领域，该理论被不断地完善和充实，如今已广泛应用在通信、交通、自动化、服务及制造等领域。
Petri网是对事件驱动系统进行建模十分有用的工具它以形式化的数学方法为支持，以可视化的图形来描述，可实现系统中存在的多种如并发、顺序、冲突及同步等关系。
其适合描述离散事件系统模型，作为构建系统模型的诸多方法之一，Petri网不仅能够反映系统自身的结构，还能够描述系统被触发后可能发生的动态行为正是由于其多样化的作用，Petri网已成为描述分和控制离散事件动态系统最常用且应用最广泛的方法。
其中(a)t1，t2为顺序关系，即只有变迁1发生后，库所p2才可产生托肯变迁12才可发生，(b)t2，t3为并发关系，即变迁1发生后，分别在库所p2和p3产生了一个托肯，此时变迁12和变迁13均可发生。
(c)1，t2为冲突关系，即库所p1中只有一个托肯，变迁1和变迁12均可发生，故t1，t2会争库所p1里的资源最终只能有一个变迁发生。
(d)1，2为选择关系，即变迁1和变迁2均可发生但库所p3只需要一个托肯，故两个变迁中只需发生一个，(e)t1，t2为循环关系即变迁t1和变迁t2循环交替发生。
仿真技术的优势
系统仿真具有三要素，分别为“系统”“模型”和“计算机”，三要素间的关系见下图，系统真以计算机技术为基础，系统理论、控制理论等理论为支撑，借助于计算机工具或其他专用设备对真实存在或虚拟的系统进行模拟试验，并结合相应领域的有关知识、资料及数据统计方法对试验结果进行综合分析，给研究者提供有效参考资料的一门综合性及实验性的学科。
企业生产系统物流管理
徐工基础生产系统外部物流主要为供应商物料配送及场外仓库的物料转移两部分，供应商物料配送主要分为小型及中型物料，经检验合格后入物资处，大型结构件直送上线配送，即供应商配送大型结构件到徐工基础时，将物料直接配送至相应分厂装配线，检验员到分厂装配线现场进行检验。
厂外仓库的物料转移主要分为两种：
1、转出，转出主要为长周期件、进口件等周期较长，需制定安全库存的物料，采购员购入物料并经检验合格后办理入库手续，物资处保管员将物料入库后，因近期计划暂不使用此类物料，故将物料转移至厂外仓库储存。
2、转入，转入主要为已入库并已转出至厂外仓库储存的长周期件、进口件等物料，因近期生产计划需求由厂外仓库转移至生产现场的情况。
徐工基础对于内部物料配送过程要求有，生产计划上线三个工作日前，生产处完成生产计划下达工作，并将配送指令发至分厂，分厂收到生产计划的配送指令后在该批次车上线的三个工作日前，将配送指令打印出来，并交给物资处的对应负责保管员。
物资处保管员收到配送指令单后，按照配送指令明细准备物料，螺栓备好物料后即可上线，采购处在上线前两天内，将所有小型结构件及外购件办理完入库手续，并提取缺料明细，查漏补缺，到上线日期后，物料处负责按照分厂的装配先后顺序将库存物料送上线，物料配送要比分厂装配提前半天，采购处负责按照分厂的装配需求，将直送上线物料调度配送上线。
徐工基础内部物流主要责任单位为物资处，其处室主要分为保管员及搬运员两种工种，其中保管员承担物资处大部分工作职能，包括物料的收发、帐物一致性、分领料单的分解等等，搬运员仅仅承担物料转运工作，物资处保管员接到分厂配送指令单或领料单后进行分解，不同保管员将自己负责的物料交给搬运员并按时配送至相应分厂工位，并与相应工位的工位长办理交接手续。
生产物流系统优化目标确定
目标是驱使事件不断发展的原动力，在对徐工基础水平定向钻机装配流水线进行优化之前，需要先确定优化目标，这样才能保证对案例生产线进行建模和仿真工作的正确性及有效性。
随着政府对国家基础设施建设的大力推进及徐工基础的快速发展，市场对其专利产品水平定向钻机的需求正稳步上升，但由于水平定向钻机的多配置、多部件、自制件较少、长线件周期较长等特点，加之该产品整个加工过程的各个工序前后生产能力无法做到一对一匹配，造成流水线上的缓冲区库存增多。
由于瓶颈工序的存在，使得产品的生产周期无法进一步降低，造成延迟交货的现象，无法及时满足市场需求，影响企业产能的扩大，由此可见，瓶颈工序的存在及各个工序生产周期的不一致是影响生产线更加高效运转的主要因素，所以对徐工基础水平定向钻机装配流水线优化的为：
（1）均衡水平定向钻机装配流水线各个工序的生产周期。
（2）消除水平定向钻机装配流水线上的颈工。
（3）降低水平定钻的生产周期。
（4）提高水平定向钻机装配流水线的单位时间产能。
（5）减少水平定向钻机装配流水线缓冲区的存量实现这些目标的前提是建立的模型及仿真过程完全依照实际生产的各项数据、特征，能够实现实际生产线各个工位的基本生产功能。
除了实现上述目标之外，在对生产线优化时还需注意维持物料流动在时间节奏上的适应、协调和配合及物料流动路线、方式的调整、衔接及优化。
WITNESS仿真基本步骤
仿真目标确定，对同一个生产物流系统，每次仿真的目标可以各不相同，可以是对生产加工瓶颈工序的改善，可以是生产设备的配置问题，也可以是在制品的存储问题等等，依据对生产物流系统不同的仿真目标，系统模型的复杂程度及仿真模拟的难易程度都会有所差别，在确定仿真目标时，要同时考虑实际需求和目标实现的可能性。
系统数据调研，对生产物流系统调研的深度和广度直接决定了后续模型建立的准确性，它的目的是为了对生产物流系统的总体流程进行深入了解，获取模型建立所需的各项数据，如车间布局、生产工艺流程、物料运输路径等等。
系统模型建立，生产物流系统模型包括模型及模型参数两部分内容，模型般可以用文字、图表、数学表达式等方式呈现，生产物流系统模型大多采取流程图形式，模型参数则依据对系统调研获取的数据进行设置。
建立仿真模型，生产物流系统模型的建立是对实际生产物流系统的抽象虽然描述清晰但不能被计算机识别，所以需要将生产物流系统模型转化为可被计算机识别且能够运行的模型，根据系统的各项实际数据以仿真软件认可的方式定义生产物流系统仿真模型，如模型中的仿真系统时间、处理器的参数设置及系统各元素间的逻辑关系等等。
仿真模型的验证与确认，检验和确认的目的是为了使仿真模型可以准确描述实际的生产物流系统，检验建立的生产物流系统仿真模型是否被准确描述为计算机可执行的模型，确认建立的仿真模型及模型的运行特征是否能够反映实际生产物流系统的特征。
仿真模型的运行，仿真模型可以通过调整参数等方式多次、反复运行，以达到期望的运行效果，仿真模型运行的终止可以通过设定仿真时间或确定某仿真事件的数量如加工数量等方式实现。
分析仿真结果，通过多次、反复地运行得到的仿真结果具有较高的可信度应用统计学的方法对该运行结果进行分析，可以得到系统的整体运行情况，与仿真前设定的期望值进行对比，决定是否需要对模型进行调整。
结语
本文重点研究的是工程机械制造企业生产物流系统的优化问题，研究选用的主要方法是建模和仿真，也是建立在对企业生产物流、Petri网工具及Witness仿真技术平台等相关理论研究的基础上，深入分析徐工基础公司生产物流系统的现状、发现存在的问题并提出相应的优化途径，结合Petri网工具和Witess仿真技术对工程机械制造企业生产物流系统进行优化。