【文章內(nèi)容簡介】 （ Autonomous Intelligent Systems） 1991 年 AIS 中 的技術(shù)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(chǔ)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(chǎn)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(chǎn)車間設(shè)計與仿真分析 8 eMPlant 是第一款完全采用面向?qū)ο蠓椒ǖ姆抡孳浖?，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(yīng)用模板對象以及基本建模對象，是用戶能夠快速地構(gòu)建模型；在靈活獨立性方面，利用內(nèi)嵌入式的 SimTalk 程序員語言，使用戶能夠?qū)δＰ图?xì)節(jié)進行細(xì)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(shù)據(jù)庫以及 Excel 文件等多種渠道獲取數(shù)據(jù)，支持調(diào)用 C 語言程序，能夠和 AutoCAD 等設(shè)計類軟件進行數(shù)據(jù)交換。eMPlant 為建模、仿真運行和顯示提供了一種完全面向?qū)ο蟮摹D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(yán)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(guān)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(gòu)。層式結(jié)構(gòu)式人們認(rèn)識和描述復(fù)雜系統(tǒng)最有效的方法。eMPlant 支持一層式結(jié)構(gòu)的形式建立模型，能夠方便地件低一層次的結(jié)構(gòu)“嵌入”高一層次結(jié)構(gòu)中。 （三）面向?qū)ο蟮慕＿^程。 eMPlant 是一款面向?qū)ο笫欠抡孳浖?，它具備面向?qū)ο蠓椒ǖ娜刻卣鳌? （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(xiàn)建模易用性和靈活性的統(tǒng)一。 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產(chǎn)車間設(shè)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(jù)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(wǎng)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(jīng)有的 2D 仿真模型轉(zhuǎn)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(xiàn)了時鐘推進機制，只要通過設(shè)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(xiàn)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(shè)置。 eMPlant 功用 eMPlant 可以對各種規(guī)模的工廠和生產(chǎn)線，包括大規(guī)模的跨國企業(yè)，建模、仿真和優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，分析和優(yōu)化生產(chǎn)布局、資源利用率、產(chǎn)能和效率、物流和供需鏈等。 車間布局個體對象建模 根據(jù)前面的工藝規(guī)程的分析，這個生產(chǎn)流水線需要以下幾種設(shè)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(diào)內(nèi)的機床類設(shè)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(chǎn)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(gòu)成：工件裝載、加工及工件卸載（ ExtrP， Work， ExitP）。在下圖對話框內(nèi)設(shè)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(shù)完成。 基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產(chǎn)車間設(shè)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(diào)度系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)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(shù)隊列），如下圖所示： 圖 33 緩沖類 buffer 屬性選項卡 注：① Capacity 用來設(shè)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(nèi)的操作主要由人執(zhí)行，人的因素至關(guān)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(chǎn)車間設(shè)計與仿真分析 11 模擬人對工件的加工行為。其參數(shù)設(shè)定參考機床類對象屬性，設(shè)備時間只含加工時間，不考慮故障的概率，加工組區(qū)域內(nèi)的搬運時間忽略不計。 圖 34 SingleProc 請求服務(wù)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(chǎn)車間設(shè)計與仿真分析 12 該類對象屬于自動化加工設(shè)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(shù)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(guān)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(diào)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(shù)量以及加工的優(yōu)先等級等。 本調(diào)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(chǎn)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(diào)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(chǎn)車間設(shè)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(jié)果，然后分析運行結(jié)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(jīng)路線和用線型的粗細(xì)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(chǎn)車間設(shè)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(shè)定方法，因此可以通過學(xué)習(xí)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(diào)用，在某個時間發(fā)生時間觸發(fā)該程序，從而實現(xiàn)對該對象內(nèi)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(xiàn)控制功能。經(jīng)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(chǎn)車間設(shè)計與仿真分析 15 系統(tǒng)布置設(shè)計方法 （ SLP） 系統(tǒng)布置的說明 （ 1） 基本說明： 系統(tǒng)布置設(shè)計是一種久負(fù)盛名的經(jīng)典方法。這種方法 要建立一個相關(guān)圖，表示各部門的密切程度。相關(guān)圖類似于車間之間的物流圖。相關(guān)圖要用試算法進行調(diào)整，直到得到滿意方案為止。接下來就要根據(jù)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(shè)計也要對方案進行量化。根據(jù)密切程度的不同賦予權(quán)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(nèi)容： 系統(tǒng)布置設(shè)計 (SLP) 是一種條理性很強、物流分析與作業(yè)單位關(guān)系密切程度分析相結(jié)合、求得合理布置的技術(shù) ,因此在布置設(shè)計領(lǐng)域獲得極其廣泛的運用。國內(nèi)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(shè)施布置方法利用計算機的強大功能 ,幫助人們解決設(shè)施布置的復(fù)雜任務(wù) ,為生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)用于工廠布置，由此形成了該方法。自系統(tǒng)布置設(shè)計法誕生以來，設(shè)施規(guī)劃設(shè)計人員不但把它應(yīng)用于各種機械制造廠設(shè)計，而且還在探索系統(tǒng)布置設(shè)計在其他領(lǐng)域的應(yīng)用前景。 作為設(shè)施規(guī)劃設(shè)計的著名的設(shè)計方法，傳統(tǒng)的系統(tǒng)布置設(shè)計 SLP 法將研究工程布置問題的依據(jù)和切人點，歸納為 P產(chǎn)品、 O產(chǎn)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(guān)系作出分析，包括物流和非物流的相互關(guān)系，經(jīng)過綜合得到作業(yè)單位相互關(guān)系表，然后根據(jù)相互關(guān)系表中作業(yè)單位之間相互關(guān)系的密切程度，決定各作業(yè)單位之間距離的遠(yuǎn)近，安排各作業(yè)單位的位置，繪制作業(yè)單位位置相關(guān)圖，將各作業(yè)單位實際占地面積與作業(yè)單位位置相關(guān)圖結(jié)合起來，形成作業(yè)單位面積相關(guān)圖；通過作業(yè)單位面積相關(guān)圖的修正和調(diào)整得到數(shù)個可行的布置基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產(chǎn)車間設(shè)計與仿真分析 16 方案；然后采用加權(quán)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(shè)計程序步驟 SLP 的設(shè)計程序步驟如 圖 212 所示，一般經(jīng)過以下幾個步驟： (1)準(zhǔn)備原始資料。在 SLP 設(shè)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(shè)計的原始資料。 圖 212 SLP 設(shè)計程序步驟圖 (2)物流分析與作業(yè)單位相互關(guān)系分析。對于某些以牛產(chǎn)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(shè)計中最重要的方面；對某些輔助服務(wù)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(guān)系 (非物流關(guān)系 )對布局設(shè)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(guān)系。物流分析的結(jié)果可以用物流強度等級及物流相關(guān)表來表示。非物流的作業(yè)單位間的相互關(guān)系可以用基于 eMPlant 和 SLP 的撥叉生產(chǎn)車間設(shè)計與仿真分析 17 量化的關(guān)系密級及相互關(guān)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(guān)系時，可以采用簡單加權(quán)的方法將物流相關(guān)表及作業(yè)單位間相互關(guān)系表綜合成綜合相互關(guān)系表。 (3)繪制作業(yè)單位位置 相關(guān)圖。根據(jù)物流相關(guān)表與作業(yè)單位相互關(guān)系表，考慮每對作業(yè)單位間相互關(guān)系等級的高或低，決定兩作業(yè)單位相對位置的遠(yuǎn)或近，得出各作業(yè)單位之間的相對位置關(guān)系，有些資料上也稱之為拓?fù)潢P(guān)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(guān)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(shè)備、人員、通道及輔助裝置等有關(guān)，計算出的面積應(yīng)與可用面積相適應(yīng)。 (5)繪制作業(yè)單位面積相關(guān)圖。把各作業(yè)單位占地面積附加到