基于Flexsim的冲压线的建模与仿真

1、计算机应用75文章编号:1002-6886(2008)03-0075-03基于Flexsim的冲压线的建模与仿真邹律龙(广东海洋大学工程学院,广东湛江524008)摘要:本文按照Flexsim建立生产线模型的步骤,首先建立了冲压机器关系的ESHLEP-N模型;然后研究了冲压线的ESHLEP-N模型中的库所、变迁、规则与Flexsim对象模型的接口技术,在建立Flexsim模型中,分析了用Flexsim的对象实现冲压模具的换模过程,最后实现了冲压线的Flexsim的建模。关键词:Flexsim扩展随机高级判断Petri网JobShop冲压线ModelingandSimulationofPress

2、ingLineBasedonFlexsimZOULvlongAbstract:AccordingtothestepsofbuildingproductlineusingFlexsim,thispaperbuildstheESHLEP2Nmodelofpressingma2chinesatfirst,thenstudiestheinterfacetechnologybetweenthetoken,transition,ruleinESHLEP2Nmodelofpressingmachines.InthebuildingFlexsimmodel,itanalyzesthechangingmould

3、processusingobjectsofFlexsim.Finally,ItcomptheFlexsimmodelsofpressingline.Keywords:Flexsim;ESHLEP2N;JobShop;pressingmachines0引言,性能,如生产率、平均等待时间等,这些问题如果用数学模型解决,一般非常困难。仿真技术则给解决这类问题提供了新的手段1,下面是对这七个1)明确仿真目的建立生产线仿真首先要明确仿真的目的,这样才能避免对仿真过程中不必要细节的纠缠,突出问题的重点。2)数据收集。本文以冲压生产线作为数据收集包括收集与系统输入输出有关的数据以及反应系统各部分之间关系的数

4、据:包括各个生产线的相互关系、生产时间、准备时间、加工零件路径关系等。这是保证以后Flexsim生产线模型能真正反映真实生产线模型的必要条件。3)建立系统的ESHLEP2N网模型研究对象,首先用扩展随机高级判断Petri网(ESHLEP2N)理论对冲压线进行图形化建模,然后用Flexsim软件建立它们的三维模型,为以后冲压线的分析提供基础。1Flexsim简介Flexsim是基于面向对象的仿真软件,用于动态离散生产线的加工过程中,机器与机器之间的关系很难用离散事件数学模型来描述,而用ESHLEP2N可以简单清晰的描述它们之间复杂的关系3事件和系统的可视化建模仿真及监控2。Flexsim集成了C

5、+编译器,可直接使用C+或Flexscript编写用户程。序,创建和修改对象,控制对象的行为活动。Flexsim是一种可视化建模工具,采用Flexsim可以建立一个真实系统的3D计算机模型。使用Flexsim建模方便快捷,它应用代表一定活动和排序过程的深层开发对象建立了对象模板,创建用户模型时,只需要用鼠标把将要使用的对象从库里拖出来放在模型视窗即可。Flexsim有非常丰富的对象模型库,其中的对象参数可以表示几乎所有存在的实物对象,因此利用Flexsim可仿真现实中的各种实物模型。4)建立系统的Flexsim仿真模型建立系统的Flexsim仿真模型就是把前面建立的ESHLEP2N网模型转换为

6、Flexsim仿真模型。这是建立Flexsim生产线系统最关键的一步。它是从实体库中拖出所需模型,并将它们按照仿真流程连接起来。设置到达方式、到达次数、预置时间、处理时间、MTBF、MTTR、维修所需人员、维修状态等参数。5)模型确认2生产线仿真的基本过程生产线仿真的基本流程如图1,它从明确仿真目的到确认是确定模型是否正确代表实际系统,把模型及其特性与现实的系统及其特性比较的全过程。对模型的确认工作往往是通过对模型的矫正来完成,比较模型和实际作者简介:邹律龙(1964),男,汉族,山西人,工程师,广东海洋大学在职研究生,研究方向:生产计划与控制、生产系统建模与仿真。收稿日期:2007-11-1

7、6© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 76现代机械2008年第3期中。图中库所、变迁、决策点的含义解释如下:w2,1:空闲工人库所;m1,m2表示空闲工人数目。p1,p2,p3:零件输入缓冲区等待库所。p1库所上面没有变迁,所以其中的令牌lp是来自输入的冲压计划;而p2,p3的库所中,上面有存在变迁,因此它的令牌有两个可能来源:一个来自于输入的冲压计划,另一个来自于上个变迁产生的令牌。p2所。pf,f2:,表示,t11,f21:此变迁的触发表示工人从输

8、入缓冲区取工件准备加工。它的触发条件是:输入缓冲区有待加工的工件,所需工人处于空闲状态,冲压机器空闲和由变迁规则决定的条件成立。t11的触发结果是:取出输入缓冲区的令牌l1和工人令牌m1,依据决策点s3的规则组成复合令牌<l1,m1,1>,放入工件加工库所。其中l1为决策点s3所决定的零件数量。t21的触发结果是:取出输入缓冲区的令牌l2和工人令牌m2,依据决策点s5的规则组成复合令牌<l2,m2,2>,放入工件加工库所。其中l2为决策点s5所决定的零件数量。t12,t22:此变迁的触发表示工位冲压完成。t12的触发条件是:复合令牌<l1,m1,1>在加工库

9、所d1中停留一段时间。它的触发结果复合令牌<l1,m1,1>依据规则s5被分解为l2,令牌m1被放入w1,令牌1被放入f1,令牌l2依据规则s1被放入p2或者o1。t22的触发条件是:复合令牌<l2,m2,2>在加工库所d2中停留一段时间。它的触发结果复合令牌<l2,m2,2>依据规则s6被分解为l3,令牌m2被放入w2,令牌2被放入f2,令牌l3依据规则s2被放入p3或者o2。s1,s2决策点规定了t12和t21变迁发生后的输出规则。它根据冲压工艺来决定冲压零件在冲压后是直接进入下个冲压机器还是冲压完毕,进入输出缓冲区。s3,s4决策点规定了变迁t11和t

10、21发生规则。它决定了要在该机器上冲压的零件,以怎样的方式冲压(单个冲压或者从输入缓冲区中取多个零件放入模具结合冲压)和输入缓冲区的零件在冲压机器上的排队规则和不同零件的冲压的换模规则。s5,s6决策点规定了t12和t22变迁的发生规则。它决定系统的特性是一个迭代的过程。这个过程重复进行直到认为模型准确为止。6)仿真运行研究仿真运行就是将系统的仿真模型放在计算机上运行。在运行过程中了解模型对各种不同的输入数据以及不同的仿真机制输出响应的情况。7)仿真结果分析对仿真结果分析是确定仿真实验中所获得的数据是否合理和充分,是否满足系统的目标要求,同时将仿真结果整理成报告,确定比较系统不同方案的准则、实

11、验结果、数据的评价标准和问题可能的解,为系统方案的最终决策提供辅助支持。3冲压线的ESHLEP2N建模3.1冲压线简述本文所讨论的一条是由3出缓冲区。立的。每次冲压时,第一个冲压机器的操作工人从它的输入缓冲区放入冲压模具进行冲压,之后它们再被放入下个冲压机器进行冲压,直到整个冲压工序全部完成,最后才被放入输出缓冲区。3.2冲压线ESHLEP2N建模对整条冲压线建模需要把所有机器的状态变化全部表示出来,但是每个机器的状态变化类似,这里由于文章篇幅有限只给出一条冲压线的第一、第二个冲压机器之间的ESHLEP2N模型。其它机器之间的ESHLEP2N模型只是对它的串级扩展。图2是该两个机器的ESHLE

12、P2N关4系模型。首先进行如下假设:1)每个冲压机器上进行冲压作业的工人数量总是满足的,但对实际的冲压车间而言,由于工人总数有限,因此存在竞争工人资源的问题。2)考虑零件冲压前的模具装配过程,由于冲压零件的改变而更换模具,更换模具的时间是非常长的,它是在冲压生产线生产过程中需要考虑的一个非常重要的方面。图2中的圆圈是库所,粗线是变迁,五角型是变迁的规则。决策点库所中的令牌比较特殊,它是可以重复使用但却不能移到其它库所,也就是说某一决策点相关的触发将令牌从该决策点移出并重移入该决策点。ESHLEP2N的变迁触发同普通Petri网不一样,它不是从所有输入库所中移出令牌,然后将其加到所有输出库所,而

13、是根据决策点的规则,移出相应的有色令牌,将其加入到输出库所© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 计算机应用77了冲压零件的产生规则(是否把一个零件冲压分片,分片时分为几片)。o1,o2:冲压机器的零件冲压完的输出缓冲区库所。冲压零件的全部工序冲压完成后进入冲压完的输出缓冲区库所。4冲压线的Flexsim建模4.1ESHLEP2N模型到Flexsim模型的接口转换冲压线的ESHLEP2N模型建立以后,根据该线的ESHLEP2N模型、Flexsim仿真模型对

14、象控件属性和实际机器的物理位置建立冲压车间三维Flexsim模型(图3)。ESHLEP-N的输入零件等待缓冲区用Queue来模拟,属性表中设置工人搬运零件;压库所用Processor来表示,在Processor的ProcessorTime中的返回时间设置模拟冲压频率,属性表中仅设置需要工人搬运;s1,s2冲压决策点更改Processor的OutPutAPI函数来把零件输出到不同的缓冲区;在处理s5,s6的变迁规格中本文引入空工位的概念,用多个Separator来模拟分片空工位,每个Separator表示一个固定的分片数目,把它的加工准备时间和加工时间分别设置为零,同时取消它属性表中的Conve

15、ymsProcessLength,lict;处理s3,s4,这里用多个Combiner,每个固定的Combiner表示固定的结合冲压逻辑,其它设置与Separator相同。冲压机器的输送带用Conveyor来模拟,速度为现场测量数据。4.NET环,模型运行过程中可以用鼠标拖动模型来查看模型的运行状况或者在模型运行开始设置观察点,那么模型在运行过程中自动运行到观察点进行观察。模型运行后可以用ExcelReport属性把要获得的数据导出到Excel表中。在模型运行停止后,可以利用StatReport属性把需要整个模型的统计报告导入到Excel中,来进行更加仔细的分析。5结束语用仿真来进行生产线建模

16、和仿真,可以得到制造上和管理上不同要求的数据资料,为生产的实际运行参数提供了理论依据,使得实际系统的设计更好的满足设计者的要求。Flexsim是一个很优秀的虚拟现实仿真开发工具,现在国内应用很少,本文提供了建立生产线的一个完整的流程,可以利用本文所提供的方法来对其它生产线进行建摸和分析。参考文献1张卫德,严洪森,徐成.基于Flexsim的生产线仿真和应用J.工业4.2模具装夹功能设计冲压机器在需要改变冲压零件时,往往需要把以前冲压模具拆卸下来再装夹上新的冲压模具,这是一件费时费力的工作,一般需要半个小时甚至一个小时左右的时间来完成。在冲压线模型中,每个零件都有准备时间属性,用来模拟模具的装夹时

17、间。每个不同的零件的准备时间是不同的,它是根据零件的名称存在仿真数据库中。模型仿真的初始化阶段,它从GlobalTable计划表中读入并为每批零件添加准备时间属性,在每批零件运行到在所要冲压机器上,再由冲压机器的准备时间API函数依据此零件的准备时间来设置冲压机器的准备时间,函数流程图4,图中currentitemtype,lastitemtype分别表示零件输入冲压机器的当前的零件型号和前一个零件型号。这里的模具装夹时间不是真正的现场的每个冲压机器模具装夹时间,而是冲压这个型号零件在所有机器上卸载时间和装夹时间之和的一个统计值,它代表了该条线准备冲压该零件的时间。控制计算机.2005,18(9):452472FlexsimUserGuide.Version2.6M.FlexsimSoftwareProducts,I