在本文中，我介绍了一个案例研究，展示了制造模拟在工厂设计中的应用。事实上，优化新制造工厂的最佳时间是在设计阶段。在您更改工厂布局时，无需昂贵的设备改造、员工再培训和停机。一切都可以在纸上完成，更改成本要低得多。

复杂工厂设计的制造仿真

工厂设计说起来容易做起来难。当您设计一个新的制造工厂时，优化流程的一小部分线性部分很简单，但要优化整个系统却非常困难。即使熟练使用 Excel，您也无法考虑所有资源限制、流程变化和产品组合。第二个问题是，通过工艺试验和设计开发产生的新信息很难纳入您的原始计算。

要为您的设计创建有用的模型，您需要使用制造仿真（或离散事件仿真）软件，我们使用Simul8。获得模型后，您可以验证您的设计，以确保您满足所有设计规范。您可以通过测试假设的敏感性和评估潜在的故障点来降低设计风险。然后，这些信息可以告知开发工作的方向。

如果您想优化您的设计，您可以识别瓶颈和未充分利用。然后反复测试设备的大小调整和重新平衡，直到您确定最有效的资金使用方式。

如果您担心可持续性和运营成本，您可以使用该模型直接跟踪材料、劳动力和能源使用情况，并生成详细的运营损益表。最后，拥有模型的最大好处之一是您可以向利益相关者展示您的设计。让财务总监和常务董事通过模型审问您的设计，这是非常有说服力的。

创建制造仿真模型

一开始要非常清楚你想要达到的目标。尝试将所有内容建模到高级别的细节是一个简单的陷阱。一旦你了解了你想要实现的目标（有一个想法或者你将来如何发展这个模型），然后开始计划你需要什么信息。请记住，关键是只对您需要建模的内容进行建模。

当我们考虑创建站点模型时，我们会考虑四个部分：

• 制造过程：材料如何流动并被过程转化。
• 原材料：供应链和材料处理。将原材料用于
  制造过程。
• 产品分发：产品如何分发给仓库或客户。
• 管理：如何管理销售订单、生产订单和供应链。

您很少需要对所有四个部分进行详细建模，并且该过程可以由黑盒过程代替。例如，您可以将制造表示为每 5 分钟神奇地吐出一种产品的活动，特别是如果您只对系统的产品分发部分感兴趣。

检查站点模型的每个部分本身就是一篇文章，我将在另一天离开。在讨论在工程设计研究中使用制造仿真的示例之前，我想在这里多谈谈建模原材料的取消。

制造模拟中的供应链流程

供应链通常是复杂的系统。尽管从制造的角度来看，要求很简单。也就是说，正确的零件应该在正确的时间出现在正确的位置。通常，在消耗零件的过程旁边有一个副线商店。副线商店由企业仓库补货，而仓库又由供应商补货。

如果库存管理与模型的目标无关，您可以忽略它并假设原材料的可用性没有限制。另一端是围绕仓储操作和补充货位的模型构建模型，并通过拣货单收集零件。

在制造仿真中为副线商店建模

Production Support 56的大部分工作都集中在制造过程上。然而，我们经常对副店的补货甚至企业的仓库库存感兴趣。在这些情况下，我们模拟生产线消耗库存，然后触发副线商店或企业仓库的补货。

为了对此建模，我们需要制造过程的物料清单(BoM)。当制造过程被触发时，它会从副线商店中移除库存。如果副线商店的库存低于重新订购水平，则会触发补货流程。这从仓库中获取定义的批量零件并将它们添加到副线商店。如果我们也在为仓库建模，我们将跟踪仓库中零件的库存水平，如果低于重新订购水平，则会触发重新订购流程，这可能会产生更高的重新订购批量，并且有更长的交货时间。此示例使用拉式库存管理。为推送库存管理建模同样容易，其中零件按固定时间表交付。

建模的美妙之处在于您可以测试不同的库存管理协议并调整重新订购水平和批量大小。从设计的角度来看，您可以使用该模型来优化副线商店的规模和库存管理协议，以确保您的制造流程顺利进行。

新化肥厂设计模拟案例研究

在这里，通过一个使用制造仿真来支持前端工程师设计 (FEED) 研究的示例进行讨论会很有帮助。我们受委托提供一个模型来展示新的化肥厂设计。该模型将复制新设计，但将运行历史生产数据。

目标是：

• 向所有利益相关者验证和展示新设计。
• 确定防止原材料运输卡车在公路上排队的操作要求。
• 帮助确定存储筒仓的大小，以确保在供应链中断的情况下有足够的原材料可以维持 24 小时。

进行化肥厂制造模拟的方法

Production Support 56 创建了工程设计的动态计算机模型，并使用客户的历史生产数据运行它。该模型模拟了四个主要操作。

• 管理：制定生产计划和管理原材料库存。
• 原材料交货：原材料的交货时间表，到货，卸货和存储。
• 产品制造：原材料的提取和转移、产品的制造
  和配送油轮的装载。
• 产品配送：产品罐车的清理、装载、配送和归还。

化肥厂制造模拟产生的价值

该模型成为工程设计过程的重要组成部分，并产生了比最初预期更多的好处，以下是一些：

• 验证：新的工程设计已被证明能够满足
  所有季节（春季、夏季和秋季）的生产目标，并防止
  在工地入口外的送货卡车排队。
• 设计优化：工程师团队能够
  在设计阶段消除瓶颈和未充分利用的设备，从而提供更好的资本效率。
• 沟通：该模型用于演示和询问所有
  利益相关者的设计。
• 增长计划：化肥公司能够推动设计并确定将
  产量提高 20% 的发展计划。

结论：使用仿真改进设计

制造仿真是前端工程研究期间使用的完美工具。在项目的那个时候，大部分所需的信息都是可用的。该模型可以让您真正了解您的设计，并让您充分利用您的资本支出。作为一种沟通工具，它也是非常宝贵的，能够向所有利益相关者展示实际的设计并允许他们提出问题，这是建立信心和支持的好方法。

Dr Michael Stephenson