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文檔簡介

1、制造系統(tǒng)建模與仿真學習心得一、制造系統(tǒng)建模與仿真的含義1.制造系統(tǒng)制造系統(tǒng)是制造過程及其所涉及的硬件、軟件和人員所組成的一個將制造資源轉變?yōu)楫a品或半成品的輸入/輸出系統(tǒng),它涉及產品生命周期(包括市場分析、產品設計、工藝規(guī)劃、加工過程、裝配、運輸、產品銷售、售后服務及回收處理等)的全過程或部分環(huán)節(jié)。其中,硬件包括廠房、生產設備、工具、 刀具、計算機及網絡等;軟件包括制造理論、制造技術(制造工藝和制造方法等)、管理方法、制造信息及其有關的軟件系統(tǒng)等;制造資源包括狹義制造資源和廣義 制造資源;狹義制造資源主要指物能資源,包括原材料、坯件、半成品、能源等;I廣義制造資源還包括硬件、軟件、人員等。隨著科

2、技的進步,制造系統(tǒng)的發(fā)展也I經歷了傳統(tǒng)手工生產、機械化、自動化孤島、集成制造、并行工程和敏捷制造等 幾個階段。2.模型與仿真模型是對真實對象和真實關系中那些有用的和讓人感興趣的 特性的抽象,是對系統(tǒng)某些本質方面的描述。它以各種可用的形式描述被研究系 統(tǒng)的信息。系統(tǒng)模型并不是對真實系統(tǒng)的完全復現,而是對系統(tǒng)的抽象,而仿真 是通過對模型的實驗以達到研究系統(tǒng)的目的,當制造系統(tǒng)尚未建立或者研究時間 長成本高以及從安全性考慮我們有必要對制造系統(tǒng)預先進行建模并仿真以確定系 統(tǒng)的最佳結構和配置方案、防止較大的經濟損失、確定合理高效的作業(yè)計劃,從 而提高經濟效益。制造系統(tǒng)建模與仿真技術是以相似原理、模型理論、

3、系統(tǒng)技術、信息技術以 及建模與仿真應用領域的有關專業(yè)技術為基礎,以計算機系統(tǒng)、與應用相關的物 理效應設備及仿真器為工具,利用模型參與已有或設想的制造系統(tǒng)進行研究、分 析、設計、加工生產、試驗、運行、評估、維護、和報廢(全生命周期)活動的一門多學科的綜合性技術。二、 系統(tǒng)建模與仿真的發(fā)展及類型1系統(tǒng)建模與仿真的發(fā)展 大致經歷了這么幾個階段:16001940年左右,這 一時期的建模仿真主要是在物理科學基礎上的建模;20世紀40年代,由于電子計 算機的出現, 建模仿真技術開始飛速發(fā)展;20世紀50年代中期, 建模仿真開始應 用與航空領域;20世紀60年代,這一階段主要是工業(yè)控制過程中的仿真;20世

4、紀70年代,開始出現了包括經濟、社會和環(huán)境因素的大系統(tǒng)仿真。到70年代中 期,出現了系統(tǒng)與仿真的結合,如用于隨機網絡建模的SLAM仿真系統(tǒng)。在這一時期,系統(tǒng)仿真幵始與更高級的決策結合,出現了決策支持系統(tǒng)DSS 20世紀80年代中期,出現了如美國Pritsker公司TESS建模仿真系統(tǒng)的集成化建模與仿真環(huán) 境;20世紀90年代開始, 建模仿真開始朝著可視化建模仿真、 虛擬現實仿真和分 布式交互仿真的方向發(fā)展。2系統(tǒng)建模與仿真的類型 :根據模型的種類分為:a.物理仿真:按照真實系統(tǒng)的物理性質構造系統(tǒng)的物理模型,并在物理 模型上進行實驗的過程稱為物理仿真。 (靜態(tài)、動態(tài),如房屋建筑模 型,輸送系統(tǒng)模

5、型)b.數學仿真:對實際系統(tǒng)進行抽象,并將其特性用數學關系加以描述而 得到系統(tǒng)的數學模型,對數學模型進行實驗的過程稱為數學模型。理 論上講,數學仿真可以全面解決實際問題,但實際上數學模型的描述 很難實現。c.半物理仿真: 將數學模型與物理模型甚至實物聯(lián)合起來進行實驗。(簡單部分建數學模型,復雜部分建物理模型)根據系統(tǒng)模型的特性分類:a.連續(xù)系統(tǒng):指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的系統(tǒng)。例:電路系統(tǒng)、機械 動力系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、 物理和工程領域的場問題。 這類問題一般可以 用微分方程來進行描述。b.離散系統(tǒng):指系統(tǒng)狀態(tài)在某些隨機時間點上發(fā)生離散變化的系統(tǒng)。如 理發(fā)館(顧客、理發(fā)師)系統(tǒng)的內部狀態(tài)變化是隨機

6、的,因此很難用 函數形式來描述系統(tǒng)內部狀態(tài)的變化,更關心系統(tǒng)內部狀態(tài)變化的統(tǒng) 計規(guī)律。制造和物流領域的大多數系統(tǒng)屬于離散事件系統(tǒng)。三、 制造系統(tǒng)建模與仿真的建立方法1 基于框圖的系統(tǒng)邏輯建模 這種方法具有結構簡單,可視性強的特點框圖 基本構成主要有:框架(表示生產活動的區(qū)域,如生產系統(tǒng)的生產單元、儲存?zhèn)} 庫、辦公室區(qū)域) 、連線、菱形框(表示生產運作的判斷控制,如質量檢驗、設備 檢查、作業(yè)控制等) ,對于龐大、結構復雜的系統(tǒng)這種方法會暴露出能力有限的缺 點。2 基 于petri網技術的系統(tǒng)仿真建模方法Petri網理論是一種基于系統(tǒng)運 行邏輯的仿真建模方法。最先用于控制技術,對控制的邏輯進行建模

7、,現在逐步 為生產系統(tǒng)的仿真建模所運用。Petri網的基本構成主要是: 庫所 (相當于生產系 統(tǒng)中的倉庫或在制品緩沖區(qū)) 、變遷 (相當于生產系統(tǒng)中的生產加工)、 流關系(相 當于生產系統(tǒng)中的生產計劃或調度指令)。它的優(yōu)點是對系統(tǒng)進行邏輯上的理論分 析,通過狀態(tài)變量來表述系統(tǒng)的變化,因此可以對系統(tǒng)可達的狀態(tài)、發(fā)生的沖突、 并發(fā)等現象進行理論上的分析。但也存在系統(tǒng)建模較復雜,仿真運算較復雜等問3 基于多色集合的系統(tǒng)仿真建模方法4 基于flexsim的系統(tǒng)建模仿真Flexsim是一款實時三維仿真軟件,它是 一款完全面向對象的仿真軟件。運用Flexsim系統(tǒng)仿真軟件,可以在計算機內建 立研究對象的系

8、統(tǒng)三維模型,然后對模型進行各種系統(tǒng)分析和工程驗證,最終獲 得優(yōu)化設計和改造方案。 目前,Flexsim軟件已經在制造及物流領域里成功地進行 了多種系統(tǒng)的建模與仿真分析,如配送中心的揀選仿真、倉庫出入庫的仿真、產 品倉庫分揀仿真、生產物流系統(tǒng)仿真、集裝箱碼頭仿真和機場物流仿真等。四、 制造系統(tǒng)建模與仿真的意義當今的制造系統(tǒng)是集現代機械制造、計算機科學和管理工程于一體的綜合應 用,由于它技術復雜、投資巨大,采用建造實體系統(tǒng)進行研究顯然是不合理的。 所以在制造系統(tǒng)的設計階段,通過仿真可以選擇系統(tǒng)的最佳結構和配置方案,以 保證系統(tǒng)既能完成預定的設計要求又能獲得很好的經濟性、柔性和可靠性,又能 有效防止

9、較大的經濟損失;在制造過程階段,通過仿真可以預測系統(tǒng)在不同調度 下的性能,以確定合理的、高效的作業(yè)計劃,找出系統(tǒng)的“瓶頸”環(huán)節(jié),從而能 充分發(fā)揮制造系統(tǒng)的生產能力,提高經濟效益。在仿真中,建模是關鍵。模型是進行仿真的基礎,仿真主要是對模型在計算 機上進行試驗。基于這種原因,我們在分析產品制造中所涉及的模型,以模型分 類為基礎描述仿真的內容。就產品制造中所涉及的模型大致可分為三類:產品模 型、制造系統(tǒng)模型和開發(fā)(包括設計、制造和測試)過程模型。它們之間的關系是: 產品模型是所有活動的目的和中心, 制造系統(tǒng)模型則是產品開發(fā)受到的各種約束, 開發(fā)模型是產品開發(fā)的使能器,也是對產品開發(fā)活動進行管理和控制的基礎。當 今,產品模型已從二維工程圖到三維實體幾何造型。針對三維產品集成定義模型, 人們可以對產品進行物理性能、可制造性、可裝配性等方面的仿真。通過引入并 行工程,使得產品自設計開始就涉及到產品的概念設計到消亡整個產品生命周期里的所有因素,包括質量、成本、作業(yè)調度和用戶需求。開發(fā)過程的仿真已從起初的加工對象在加工過程的仿真轉移到對整個制造過程的建模和仿真, 仿真內容 包括控制策略、庫存水平、負載能力等。隨著并行工程的應用,使得人們將注意 力從單純的制造過程轉移到設計過程方面來,更加注重設計過程和制造過程的一 體化。通過系統(tǒng)的建模與仿真,實現信息共享,借助于現代計算機網絡技術和

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