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基于em-plant和slp的撥叉生產車間設計與仿真分析(編輯修改稿)

2024-12-23 21:57 本頁面
 

【文章內容簡介】 ( Autonomous Intelligent Systems) 1991 年 AIS 中 的技術人員成立 了 AESOP ( Angewandte EDVSysteme fur Optimierung GmbH)公司,在原來的麥金塔計算機平臺仿真軟件的基礎上,開發(fā)出一套用于制造業(yè)計劃、仿真和優(yōu)化的軟件,命名為 SIMPLE++ 1997 年 以色列 Teomatix 軟件公司斥資約 910萬美元收購了 AESOP,并進一步完善 SIMPLE++ 1999 年 SIMPLE++ 發(fā)展至 SIMPLE++ 2020 年 4 月 SIMPLE++ 更名為 2020 年 7 月 推出 2020 年 推出 2020 年 推出 。 UGS 公司收購 Teomatix,從而將 eMPlant 納入其軟件產品線 2020 年 西門子公司并購 UGS 公司,并發(fā)布了 同時將其更名為Teomatix Plant 2020 年 發(fā)布 Teomatix Plant 2020 年 發(fā)布最新版本 Teomatix Plant 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 8 eMPlant 是第一款完全采用面向對象方法的仿真軟件,它的演變過程如表21 所示。 eMplant 的特點 eMPlant 具有易用性,靈活獨立性以及開放性的特點。在易用性方面。利用圖形化建模、系統(tǒng)提供的應用模板對象以及基本建模對象,是用戶能夠快速地構建模型;在靈活獨立性方面,利用內嵌入式的 SimTalk 程序員語言,使用戶能夠對模型細節(jié)進行細致的控 制,通過繼承提高模型中對象和程序的重用性;在開放性方面, eMplant 支持從文本、各中類型的數據庫以及 Excel 文件等多種渠道獲取數據,支持調用 C 語言程序,能夠和 AutoCAD 等設計類軟件進行數據交換。eMPlant 為建模、仿真運行和顯示提供了一種完全面向對象的、圖形化的、集成的工作環(huán)境。 eMPlant 的主要特點包括以下幾個方面。 ( 1)所見即所得的圖形工作 環(huán)境。在使用傳統(tǒng)仿真軟件進行仿真建模時,必須嚴格的按照“建模 — 仿真 — 動畫”的順序進行。在 eMPlant 中,建模、仿真和動畫之間是相互獨立的,三 者之間的關系如圖 21 所示 圖 21 eMPlant 系統(tǒng)中的建模、仿真和動畫 ( 2)支持層式機構。層式結構式人們認識和描述復雜系統(tǒng)最有效的方法。eMPlant 支持一層式結構的形式建立模型,能夠方便地件低一層次的結構“嵌入”高一層次結構中。 (三)面向對象的建模過程。 eMPlant 是一款面向對象是仿真軟件,它具備面向對象方法的全部特征。 (四)模塊化和多層次化的建模單元。 eMPlant 采用模塊化、多層次的建模單元,從而實現建模易用性和靈活性的統(tǒng)一。 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 9 (五)多種形式和類型的軟件接口。 (六)支持多種 語言 (七) HTML 報告。 eMPlant 能夠根據模型自動生成 HTML 格式的各類報告,生成的報告可以直接作為網頁提供給外界訪問。 (八)支持 3D。在 eMPlant 中不僅可以建立 2D 仿真模型,還可以建立 3D仿真模型,或者將已經有的 2D 仿真模型轉換為 3D 仿真模型,為仿真模型提供全三維的仿真視角。 ( 9)模型控制簡單。 eMPlant 實現了時鐘推進機制,只要通過設置模型的仿真策略的觸發(fā)條件和執(zhí)行操作, eMPlant 就能實現對仿真過程的控制。另外,在仿真運行過程,也可以用 SimTalk 語言來改變設置。 eMPlant 功用 eMPlant 可以對各種規(guī)模的工廠和生產線,包括大規(guī)模的跨國企業(yè),建模、仿真和優(yōu)化生產系統(tǒng),分析和優(yōu)化生產布局、資源利用率、產能和效率、物流和供需鏈等。 車間布局個體對象建模 根據前面的工藝規(guī)程的分析,這個生產流水線需要以下幾種設備:機床類、緩沖類、加工組類、多工件加工類、工件類、信息顯示類。 機床類 車間調內的機床類設備我們可以視為工作站。用 Material Flow 中的SingleProc 來建立模型。工作站是生產線上最基本的實體單元,機床類的加工過程由以下 3 個部分構成:工件裝載、加工及工件卸載( ExtrP, Work, ExitP)。在下圖對話框內設定對象的屬性:名稱、加工時間、裝載卸載時間、發(fā)生故障的概率以及維修的時間等。其對象功能有其成員函數完成。 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 10 圖 22 機床類對象屬性 緩沖類 用 Saterial Flow 中的 Buffer 來描述 Buffer 對象(該車間調度系統(tǒng)內的緩沖區(qū)均為實物緩沖區(qū),假定無失效,除特別說明,都遵循先進先出原則)。前面用工藝分析分析了緩沖區(qū)內工件的存儲、進出情況, eMPlant 中主要規(guī)定緩沖區(qū)的容量和資源排列狀態(tài)( Accmulating,計數隊列),如下圖所示: 圖 33 緩沖類 buffer 屬性選項卡 注:① Capacity 用來設置 Buffer 的容量,其中 1 表示無窮多。 ② Buffer type 有“隊列”和“堆?!眱煞N類型。 加工組類內的操作主要由人執(zhí)行,人的因素至關重要。加工過程用SingleProc 表示,添加 Workerplace 、 Workerpool 和 Broker基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 11 模擬人對工件的加工行為。其參數設定參考機床類對象屬性,設備時間只含加工時間,不考慮故障的概率,加工組區(qū)域內的搬運時間忽略不計。 圖 34 SingleProc 請求服務選項卡 圖 35 WorkPlace 屬性選項卡 圖 3 6 WorkPool 屬性選項卡 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 12 該類對象屬于自動化加工設備,可同時加工多個工件,用 Material Flow 中的 ParallelProc 來建立模型,可同時加工數量由 Xdimension 和 Ydimension確定。加工時間恒定( Process time:=const),工件的加載、卸載時間極短,可忽略不計,其他工藝相關屬性在集成建模時再加以定義。 圖 37 多件加工類 ParallelProc 屬性卡 這是模型必須有的,車間作業(yè)調度系統(tǒng)的所有工件都是由 Material Flow 中的 Source 來模擬的。對于工件實體來說, eMPlant 可以定義其屬性,如:名稱、種類、數量以及加工的優(yōu)先等級等。 本調度車間加工 2 類工件:撥叉 83100撥叉 831008。開始加工前所需的原料( source)為撥叉 831007 毛坯、撥叉 831008 毛坯。 MU 屬性: .(實體屬性)。 圖 38 度車間加工資源 生產線和工作站都有正常的上下班時間和休息日。 ShiftCalendar 對象可以自動控制物流對象和資源對象按照時時間,開始工作或者停止工作。在本調度車間,一周工作日五天制,每天八小時工作制,換班時間表如下: 上午班 早上 8:00—— 12: 00 下午班 下午 14: 00—— 18:00 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 13 圖 39 時間控制類 Shiftcalendar 屬性卡 系統(tǒng)仿真的目的就是要得到運行結果,然后分析運行結果,從而使得系統(tǒng)得以改進優(yōu)化。 用 Tool 工具來中的 SankeyDiagram 連用來分析查看模型中的 Mus 的流經路線和用線型的粗細分析流量的大小,利用瓶頸分析工具BottleneckAnalyzer 來查看車床的運行效率和車間加工堵塞情況,利用WorkerChart 可以顯示一個工人池 WorkerPool 中工人的工作時間的分配情況。 圖 3 10 SankeyDiagram 屬性卡 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 14 圖 3. 11 瓶頸分析工具 BottleneckAnalyzer 屬性卡 圖 3 12 WorkerChart 屬性卡 語言控制類 在 eMPlant 中, SimTalk 為用戶提供控制仿真環(huán)節(jié)、定義自定義功能的仿真語言, SimTalk 語言具有和其他程序語言類似的設定方法,因此可以通過學習其他編程語言來了解程序編制的基本思想和基本常識 ,從而熟練掌握和使用SimTalk 語言,采用 SimTalk 語言編寫的程序語言被封裝在 Method 對象中,有物流對象或者其他 Method 對象加以調用,在某個時間發(fā)生時間觸發(fā)該程序,從而實現對該對象內容的控制。 Method 對象屬于信息流對象,和表類型的的信息流對象不同, Method 對象實現控制功能。經常和 Method 對象配合使用的是Variable 對象, Variable 對象的作用是在模型中傳遞和保存變量的值。 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 15 系統(tǒng)布置設計方法 ( SLP) 系統(tǒng)布置的說明 ( 1) 基本說明: 系統(tǒng)布置設計是一種久負盛名的經典方法。這種方法 要建立一個相關圖,表示各部門的密切程度。相關圖類似于車間之間的物流圖。相關圖要用試算法進行調整,直到得到滿意方案為止。接下來就要根據建筑的容積來合理地安排各個部門。為了便于對布置方案進行評價,系統(tǒng)布置設計也要對方案進行量化。根據密切程度的不同賦予權重,然后試驗不同的布置方案,最后選擇得分最高的布置方案。 ( 2) 基本內容: 系統(tǒng)布置設計 (SLP) 是一種條理性很強、物流分析與作業(yè)單位關系密切程度分析相結合、求得合理布置的技術 ,因此在布置設計領域獲得極其廣泛的運用。國內在 80 年代以后引進了這一理論 ,收效非 常顯著。而計算機輔助設施布置方法利用計算機的強大功能 ,幫助人們解決設施布置的復雜任務 ,為生產系統(tǒng)的設施新建和重新布置提供強有力的支持和幫助 ,節(jié)省了大量人力和財力 ,尤其是對大型項目和頻繁的重新布置。 (繆瑟)將系統(tǒng)工程概念和系統(tǒng)分析方法應用于工廠布置,由此形成了該方法。自系統(tǒng)布置設計法誕生以來,設施規(guī)劃設計人員不但把它應用于各種機械制造廠設計,而且還在探索系統(tǒng)布置設計在其他領域的應用前景。 作為設施規(guī)劃設計的著名的設計方法,傳統(tǒng)的系統(tǒng)布置設計 SLP 法將研究工程布置問題的依據和切人點,歸納為 P產品、 O產量、 R廠藝過程、 S輔助部門、 T時間 5 個基本要素。采用 SLP 法進行企業(yè)總平面布置的首要工作是對各作業(yè)單位之間的相互關系作出分析,包括物流和非物流的相互關系,經過綜合得到作業(yè)單位相互關系表,然后根據相互關系表中作業(yè)單位之間相互關系的密切程度,決定各作業(yè)單位之間距離的遠近,安排各作業(yè)單位的位置,繪制作業(yè)單位位置相關圖,將各作業(yè)單位實際占地面積與作業(yè)單位位置相關圖結合起來,形成作業(yè)單位面積相關圖;通過作業(yè)單位面積相關圖的修正和調整得到數個可行的布置基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 16 方案;然后采用加權因素對各方案進行評價擇優(yōu),并 對每個因素進行量化以得分最多的布置方案作為最佳布置方案。 系統(tǒng)布局設計程序步驟 SLP 的設計程序步驟如 圖 212 所示,一般經過以下幾個步驟: (1)準備原始資料。在 SLP 設計開始時,首先必須明確給出基本要素 P、 Q、R、 S、 T 及作業(yè)單位等始資料,同時也需要對作業(yè)單位的劃分情況進行分析,通過分解與合并,得到最佳的作業(yè)單位劃分狀況。所有這些均作為系統(tǒng)布局設計的原始資料。 圖 212 SLP 設計程序步驟圖 (2)物流分析與作業(yè)單位相互關系分析。對于某些以牛產流程為主的工廠,物料移動是工藝過程的主要部 分時,如一般的機械制造廠,物流分析是布局設計中最重要的方面;對某些輔助服務部門或某些物流量小的工廠來說,各作業(yè)單位之間的相互關系 (非物流關系 )對布局設計就顯得更重要了。介于上述兩者之間的情況,則需要綜合考慮作業(yè)單位之間物流與非物流相互關系。物流分析的結果可以用物流強度等級及物流相關表來表示。非物流的作業(yè)單位間的相互關系可以用基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產車間設計與仿真分析 17 量化的關系密級及相互關系表來表示。在需要綜合考慮作業(yè)單位間物流與非物流的相互關系時,可以采用簡單加權的方法將物流相關表及作業(yè)單位間相互關系表綜合成綜合相互關系表。 (3)繪制作業(yè)單位位置 相關圖。根據物流相關表與作業(yè)單位相互關系表,考慮每對作業(yè)單位間相互關系等級的高或低,決定兩作業(yè)單位相對位置的遠或近,得出各作業(yè)單位之間的相對位置關系,有些資料上也稱之為拓撲關系。這時并未考慮各作業(yè)單位具體的占地面積,從而得到的儀是作業(yè)單位相對位置,稱為位置相關圖。 (4)作業(yè)單位占地面積計算。各作業(yè)單位所需占地面積與設備、人員、通道及輔助裝置等有關,計算出的面積應與可用面積相適應。 (5)繪制作業(yè)單位面積相關圖。把各作業(yè)單位占地面積附加到
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