生产过程仿真技术.ppt

生产过程仿真技术虚拟制造的基本思想是在产品制造过程的上游设计阶段进行产品制造全过程的虚拟集成，解决该阶段全过程可能出现的问题，通过设计优化实现产品制造的一次性成功。虚拟制造系统是各种制造功能的虚拟集成。其可视化集成范围包括与设计相关的各种子系统的功能，例如用户支持、工程分析、材料选择、工艺规划、工具分析、快速原型制造，甚至是制造企业所有功能(例如规划、操作和控制)的集成。先进制造技术、条件TQCS计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等。发展于20世纪80年代初，以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS，计算机集成制造系统)于20世纪80年代末，以过程集成为核心的并行工程(并行工程，20世纪90年代)在并行工程技术中出现了虚拟制造、精益生产、敏捷制造、虚拟企业等新概念。例如，波音777，其完整的机器设计、部件测试、完整的机器组装和各种环境下的飞行测试都是在计算机上完成的，将开发周期从过去的8年缩短到5年。PerotSystemTeam使用DenebRobotics开发的QUEST和IGRIP来设计和实施生产线。在所有设备订单之前，对生产线的运动学、动力学和加工能力进行分析和比较，从而将生产线的实施周期从传统的24个月缩短到9.5个月。克莱斯勒和IBM联合开发的虚拟制造环境被用于其新车的开发。在原型车生产之前，其定位系统的控制和许多其他设计缺陷被发现，缩短了开发周期。在美国，NIST正在建立一个虚拟制造环境(称为国家先进制造试验台，NAMT国家先进制造试验台)。波音公司和麦克唐纳道格拉斯公司联合建立了机械设计自动化公司。在德国，达姆施塔特理工大学的弗劳恩霍夫计算机图形研究所、加拿大滑铁卢大学和比利时虚拟现实协会先后建立了研究机构，开展虚拟制造技术的研究。虚拟制造的定义，GloriaJ的定义。维恩斯，佛罗里达大学：虚拟制造是一个在计算机上执行制造过程的概念。虚拟模型用于在实际制造之前预测产品功能和可制造性的潜在问题。以结果为导向的美国空军莱特实验室定义“虚拟制造是模拟、建模和分析技术和工具的综合应用，以增强制造设计和生产决策以及各级控制。该定义侧重于手段。马里兰大学的爱德华林根据产品产量的要求来决定生产线的节奏。优化生产线系统的布局，根据工厂空间、计划生产能力和零件加工所需的工艺流程，初步快速交互式地确定各种生产线布局方案，或验证所设计方案的空间。确定生产能力，通过模拟，验证现有的和预期的新的生产系统在当前的生产能力和生产线操作条件下能完成所要求的年产量，如果不能，修改操作参数。确定操作模式，有助于确定是否按JIT模式或建立仓库模式进行操作；某些设备是否可以拆除；是否有必要在最终装配线上建立一个仓储仓库(这将增加总成本)。模拟可以很容易地比较这些额外成本的优点和缺点与由于缺少备件而导致的装配线工作损失。优化关键参数，通过模拟找到瓶颈工序，减少生产节拍时间以提高生产或工件加工频率，确定各种机床的数量；通过成本分析，研究改善一些影响生产的环节能否提高生产能力，优化各站库存。生产线的特征值也应该是0，确定物料管理和储存，通过模拟优化输送带的尺寸和速度，优化提升机构、自动导向车和驱动车的数量和任务分配。确定分散或集中存储材料的优缺点。以确定库存和警告线，通过模拟来确定装配线仓库中的子装配零件数量，或者生产线缓冲站中的零件数量。优化人力资源，通过模拟可以估计出操作工人的必要数量，优化技术人员和熟练工人在各个岗位上的分布。确定倒班模式，通过模拟研究部分或全部生产线加班对生产的影响，可以根据每小时平均工作量或一段时间内产品的产量来计算总产量，从而为倒班模式提供依据。预测设备故障，对生产中的实际故障率进行统计建模，统计到生产线上进行仿真，找出故障率对仿真结果的影响，估算在线和离线条件下预防性维护的成本，以及预防性维护的频率和可靠性，以指导生产线的设计。确定生产周期，通过模拟来确定产品的生产周期，确定订单和库存，最终达到准确的交货时间，以此来警告订单的问题。控制策略，使用各种控制策略来确定批量、看板数量和库存水平。生产过程模拟建模过程，定义制造系统布局，首先根据生产线的布局建立各基本建模实体：缓冲站、装载站、机床、卸载站、辅助设备等。材料运输实体：传送带、工人、自动导向车辆(AGV)或机械手、托盘等。控制器：工人经理，自动导引车控制器。根据模型实体的相互关系连接它们。逻辑关系定义，其将以下各种逻辑关系或参数与特定实体：3354-机床工件加工节拍和移位相关联；-缓冲策略；-AGV运动策略；-控制器控制策略；-装卸站的相关策略；-机床、故障率和维护率的相关策略。资源系统变化中涉及的与系统状态相关的因素称为资源。包括原材料、半成品、产品、人员、工具、设备、数据和信息。场所资源根据其在系统中的角色进行分类。如果每个类别存储在一个地方，这个地方被抽象为一个地方，也称为P元素。这个地方不仅是一个地方，也是储存在这个地方的资源。过渡资源的消耗、使用和生产与图书馆的变化相对应，这在网络理论中被称为过渡，也称为T元素。Petri网的运行是由网内标记的数量和分布来控制的。标记保持在原位，并控制过渡节的运行。Petri网是通过触发一个转换节点来运行的。转换节点的启动意味着标记从其输入位置移除，并且生成的新标记被分配到其输出位置。转换节点只能在启用时触发。当转移节点的每个输入位置中的标记的数量不小于从输入位置到转移节点的弧的数量时，转移节点被称为启用、Petri网的转移规则、Petri网的重要属性、Petri网的起源、事件条件、Petri网的建模示例、Petri网的分析方法、可达性树方法、简约性分析、相关矩阵方法、系统模拟服务、设置模拟时钟以及在已建立的生产线上运行。我们在系统仿真中看到的是实际生产线动态运行过程的再现，可能出现的问题能够真实地反映出来，比如生产线运行中的瓶颈问题。模拟结果的评估在足够长的模拟操作时间之后，制造系统可以生成能够评估生产线的数据。这些数据以文本或图形的形式显示，以帮助设计人员进行系统评估。数据类型包括：3354机床、AGV等设备的利用率；-产品产量；-加工成本；-工人运营成本；-分析面向对象的生产线建模，5个基本对象类，生产线类，生产线的基本类，以及将派生出的其他子类包括生产线中的设备类，设备类，各种设备和设备类都属于在生产线制造环境中执行加工任务的对象，并且在生产线中有与之对应的有形实体。与产品类别不同，其几何形状对生产线的设计和研究至关重要。因此，设备类别中的通用设备，例如，水平加工中心、垂直加工中心、测量机和三维仓库的三维模型应尽可能准确地反映其几何形状。因此，设备类的三维模型库可以由三维设计软件、工程工程师、工业设计软件等专业工程软件来建立。并以VRML格式保存。产品，即生产线上待加工的各种产品，属于生产线制造环境中的待加工对象，在生产线上有与之对应的有形实体。虽然其几何形状对于研究加工零件的仿真问题非常重要，但在生产线的设计和研究中，其工艺信息是解决设备配置问题的关键。因此，虽然产品类需要同时建立二维和三维模型，但只需要提取其轮廓信息。没有必要精确地显示几何形状、控制类和逻辑对象类。它的主要功能是设计控制策略和选择决策规则，从而对系统进行动态调度。在控制类的二维模型中，设置由仿真控制语言SCL(Simulation Controller Language)编写的脚本程序来控制生产线中各种模型的仿真操作。事件类为模拟操作和实验提供了必要的功能和机制。定义各种可能的系统事件信息。它可以是系统中故障事件的开始或结束，也可以是系统中实体属性值的产生、消失或改变。建立记录系统事件的格式列表，并建立对象模型库。生产线的制造环境由制造生产过程所需的基本生产要素组成，如加工中心、工件、运输小车、仓库、传送带、缓冲站等。生产线的视觉设计，事实上，有必要实现这些元素的视觉造型。因此，在生产线的可视化建模过程中，应该首先为调用建立上述对象类的模型库。为了使生产线的制造环境更加逼真，模型库中的模型分为二维和三维两种类型。对于生产线的可视化建模，用户可以以交互方式从模型库中选择所需的模型，将它们放置在窗口中，然后设置模型的属性以进行适当的调整。还可以通过开发预处理程序来生成生产线的规划和设计信息，例如类型、数量、布局位置、方向等。并根据格式将信息存储在相应的数据库中。然后使用系统的初始化程序读取数据库中的信息，生成所需生产线的可视化模型。为了保证二维和三维模型的一致性，生产线的二维和三维建模过程是同步进行的，即无论采用哪种建模方法，一种模式下的操作都会在另一种模式下实时反映出来。生产过程仿真软件简单铸造过程仿真软件Procast开发工具WorldToolKitOpenInventor专用软件DENEB(delmia)、SIMULINK、SIMULINK、Simulink通用软件Envision Vegamulture Creator AdamsSolidWorksMatLib是MathWorks公司开发的另一个具有重大影响的软件产品。SIMULINK通常由三部分组成：模块库、模型构造和分析指令以及演示程序。随着SIMULINK的发展，工程实践中控制系统的结构往往非常复杂。没有专门的系统建模软件的帮助，很难将复杂的控制系统模型准确地输入到计算机中进行进一步的研究顾名思义，软件的名称表示系统的两个主要功能：Simu(仿真)和Link(连接)，即软件可以用鼠标在模型窗口上画出所需的控制系统模型，然后用SIMULINK提供的功能对系统进行仿真和分析。SIMULINK模块库，THOMINK模块库按功能分类。包括以下八种类型的子库：连续(连续模块)离散(离散模块)功能表(功能和平台模块)数学(数学模块)非线性(非线性模块)信号系统(信号和系统模块)汇(接收模块)源(输入源模块)，SIMULINK简单模型的建立及其特点，1 .建立简单模型(1)建立模型窗口(2)将功能模块从模块库窗口复制到模型窗口(3)以连接模块，从而形成所需的系统模型2。该模型的特点是在SIMULINK中提供了示波器等多种接收模块，使得利用SIMULINK进行的仿真具有像做实验一样的图形化显示效果。SIMULINK的模型是