生产过程仿真技术

会计学1生产过程仿真技术生产过程仿真技术虚拟制造虚拟制造n n基本思想是在产品制造过程的上游设计阶段就进行对产品制造基本思想是在产品制造过程的上游设计阶段就进行对产品制造全过程的虚拟集成，将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段，全过程的虚拟集成，将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。n n虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，它的可视化集成范围包虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，它的可视化集成范围包括与设计相关的各项子系统的功能，如用户支持、工程分析、材括与设计相关的各项子系统的功能，如用户支持、工程分析、材料选用、工艺计划、工装分析、快速原型，甚至包括制造企业全料选用、工艺计划、工装分析、快速原型，甚至包括制造企业全部功能（如计划、操作、控制）的集成。部功能（如计划、操作、控制）的集成。第1页/共71页先进制造技术先进制造技术n n条件条件n nTQCSTQCSn n计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等n n发展发展n n8080年代初，以信息集成为核心的计算机集成制造系统年代初，以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS(CIMS，Computer Integrated Computer Integrated Manufacturing System)Manufacturing System)n n8080年代末，以过程集成为核心的并行工程年代末，以过程集成为核心的并行工程(CE(CE，Cocurrent Engineering)Cocurrent Engineering)技术技术n n9090年代，出现了年代，出现了n n虚拟制造虚拟制造(VM(VM，Virtual Manufacturing)Virtual Manufacturing)n n精益生产精益生产(LP(LP，Lean Production)Lean Production)n n敏捷制造敏捷制造(AM(AM，Agile Manufacturing)Agile Manufacturing)n n虚拟企业虚拟企业(VE(VE，Virtual Enterprise)Virtual Enterprise)等新概念。等新概念。第2页/共71页实例实例n n波音波音777777，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，使其开发周期从过去算机上完成的，使其开发周期从过去8 8年时间缩短到年时间缩短到5 5年。年。n nPerot System TeamPerot System Team利用利用Deneb RoboticsDeneb Robotics开发的开发的QUESTQUEST及及IGRIPIGRIP设计与实施一条生设计与实施一条生产线，在所有设备订货之前，对生产线的运动学、动力学、加工能力等各方产线，在所有设备订货之前，对生产线的运动学、动力学、加工能力等各方面进行了分析与比较，使生产线的实施周期从传统的面进行了分析与比较，使生产线的实施周期从传统的2424个月缩短到个月缩短到9.59.5个月。个月。n nChryclerChrycler公司与公司与IBMIBM合作开发的虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生合作开发的虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前，发现其定位系统的控制及其他许多设计缺陷，缩短了研制周期。产之前，发现其定位系统的控制及其他许多设计缺陷，缩短了研制周期。第3页/共71页国外应用国外应用n n在美国，在美国，NIST(National Institute of Standards and Technology)NIST(National Institute of Standards and Technology)正在建正在建立虚拟制造环境立虚拟制造环境(称之为国家先进制造测试床称之为国家先进制造测试床National Advanced National Advanced Manufacturing Testbed,NAMT)Manufacturing Testbed,NAMT)，波音公司与麦道公司联手建立了，波音公司与麦道公司联手建立了MDA(Mechanical Design Automation)MDA(Mechanical Design Automation)，n n在德国，在德国，DarmstattDarmstatt技术大学技术大学FraunhoferFraunhofer计算机图形研究所，计算机图形研究所，n n加拿大的加拿大的WaterlooWaterloo大学，比利时的虚拟现实协会等均先后成立了研大学，比利时的虚拟现实协会等均先后成立了研究机构，开展虚拟制造技术的研究。究机构，开展虚拟制造技术的研究。n n第4页/共71页虚拟制造的定义虚拟制造的定义n n佛罗里达大学佛罗里达大学Gloria J.WiensGloria J.Wiens的定义：虚拟制造是这样一个概念，即与实际一样的定义：虚拟制造是这样一个概念，即与实际一样在计算机上执行制造过程。其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功在计算机上执行制造过程。其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测。着眼于结果能及可制造性的潜在问题进行预测。着眼于结果n n美国空军美国空军WrightWright实验室的定义是实验室的定义是“虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制。该定义着眼于手段。综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制。该定义着眼于手段。n n马里兰大学马里兰大学Edward Lin&etcEdward Lin&etc给出的，给出的，“虚拟制造是一个用于增强各级决策与控虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制的一体化的、综合性的制造环境。着眼于环境制的一体化的、综合性的制造环境。着眼于环境第5页/共71页虚拟制造的主要特点虚拟制造的主要特点n n产产品品与与制制造造环环境境是是虚虚拟拟模模型型，在在计计算算机机上上对对虚虚拟拟模模型型进进行行产产品品设设计计、制制造造、测测试试，甚甚至至设设计计人人员员或或用用户户可可“进进入入”虚虚拟拟的的制制造造环环境境检检验验其其设设计计、加加工工、装装配配和和操操作作，而而不不依依赖赖于于传传统统的的原原型型样样机机的的反反复复修修改改；还还可可将将已已开开发发的的产产品品(部部件件)存存放放在在计计算算机机里里，不不但但大大大大节节省省仓仓储储费费用用，更更能能根根据据用用户户需需求求或或市市场场变变化化快快速速改改变变设设计计，快快速速投投入入批批量量生生产产，从从而而能能大大幅幅度度压压缩缩新新产产品品的的开开发发时时间间，提高质量、降低成本；提高质量、降低成本；n n可可使使分分布布在在不不同同地地点点、不不同同部部门门的的不不同同专专业业人人员员在在同同一一个个产产品品模模型型上上同同时时工工作作，相相互互交交流流，信信息息共共享享，减减少少大大量量的的文文档档生生成成及及其其传传递递的的时时间间和和误误差差，从从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化。而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化。第6页/共71页虚拟制造分类虚拟制造分类n n按照与生产各个阶段的关系n n以设计为核心的虚拟制造以设计为核心的虚拟制造 (Design(DesignCentered VM)Centered VM)，DFXDFX技术技术n n以生产为核心的虚拟制造以生产为核心的虚拟制造 (Production(ProductionCentered VM)Centered VM)n n以控制为中心的虚拟制造以控制为中心的虚拟制造 (Control(ControlCentered VM)Centered VM)n n三类VM之间的关系第7页/共71页虚拟制造研究难点虚拟制造研究难点n n产品、工艺规划及生产系统的信息模型n n可制造性评价方法n n包括各工艺步骤的处理时间，生产成本和质量包括各工艺步骤的处理时间，生产成本和质量的估计等的估计等n n制造系统布局、生产计划和调度规划n n分布式环境n n牵涉到牵涉到公司合作，信息共享，信息安全性等公司合作，信息共享，信息安全性等n n统一的集成框架和体系。第8页/共71页虚拟制造的产品生产虚拟制造的产品生产n n可制造性n n可生产性n n可合作性n n虚拟制造n n虚拟生产n n虚拟企业第9页/共71页虚拟制造平台虚拟制造平台 n n基基于于产产品品技技术术复复合合化化的的产产品品设设计计与与分分析析，除除了了几几何何造造型型与与特特征征造造型型等等环环境境外外，还还包包括括运运动动学学、动力学、热力学模型分析环境等；动力学、热力学模型分析环境等；n n基基于于仿仿真真的的零零部部件件制制造造设设计计与与分分析析，包包括括工工艺艺生生成成优优化化、工工具具设设计计优优化化、刀刀位位轨轨迹迹优优化化、控控制代码优化等；制代码优化等；n n基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验虚拟加工、虚拟机器人等；虚拟加工、虚拟机器人等；n n材材料料加加工工成成形形仿仿真真，包包括括产产品品设设计计，加加工工成成形形过过程程温温度度场场、应应力力场场、流流动动场场的的分分析析，加加工工工工艺优化等；艺优化等；n n产产品品虚虚拟拟装装配配，根根据据产产品品设设计计的的形形状状特特征征，精精度度特特征征，三三维维真真实实地地模模拟拟产产品品的的装装配配过过程程，并并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。第10页/共71页虚拟生产平台虚拟生产平台n n虚拟生产环境布局n n虚拟设备集成n n虚拟计划与调度第11页/共71页虚拟企业平台虚拟企业平台n n虚拟企业协同工作环境n n支持异地设计、异地装配、异地测试的环境，支持异地设计、异地装配、异地测试的环境，特别是基于广域网的三维图形的异地快速传送、特别是基于广域网的三维图形的异地快速传送、过程控制、人机交互等环境。过程控制、人机交互等环境。n n虚拟企业动态组合及运行支持环境，特别是INTERNET与INTRANET下的系统集成与任务协调环境。第12页/共71页基于基于PDMPDM的虚拟制造平台集成的虚拟制造平台集成n n支持虚拟制造的产品数据模型n n基于产品数据管理(PDM)的虚拟制造集成技术n n基于PDM的产品开发过程集成第13页/共71页三类仿真模型三类仿真模型n n产品模型n n是所有活动的目的和中心是所有活动的目的和中心n n制造系统模型n n产品开发必须要考虑的约束产品开发必须要考虑的约束n n开发过程（包括设计、加工、装配、测试等）模型n n是产品开发的使能器，也是对产品开发活动进是产品开发的使能器，也是对产品开发活动进行管理和控制的基础行管理和控制的基础第14页/共71页三类仿真应用三类仿真应用n n(1)(1)以产品模型为中心的仿真以产品模型为中心的仿真 n n包括产品的静态和动态性能分析、产品的可制造性分析、产品的可装配性分析。在进行产品开发时，要考虑包括产品的静态和动态性能分析、产品的可制造性分析、产品的可装配性分析。在进行产品开发时，要考虑的不只局限于与功能需求有关的方面，如的不只局限于与功能需求有关的方面，如 形状、尺寸、结构及各种物理特性，还要综合考虑诸如制造、装配、形状、尺寸、结构及各种物理特性，还要综合考虑诸如制造、装配、维护、成本等各方面的维护、成本等各方面的 因素。因此，产品本身的仿真，如因素。因此，产品本身的仿真，如CAECAE、DFADFA等，是仿真技术在制造业应用的基本方等，是仿真技术在制造业应用的基本方面。面。n n(2)(2)以制造系统模型为中心的仿真以制造系统模型为中心的仿真 n n包括对于复杂制造装备（如加工中心、机器人等）的仿包括对于复杂制造装备（如加工中心、机器人等）的仿 真、对于复杂制造系统（柔性制造车间的设计和运行）真、对于复杂制造系统（柔性制造车间的设计和运行）的仿真。仿真的目的在于，确定设备的仿真。仿真的目的在于，确定设备 能力和运行情况，包括加工路线、资源的分配、物料的供应等。能力和运行情况，包括加工路线、资源的分配、物料的供应等。n n(3)(3)以开发过程模型为中心的仿真以开发过程模型为中心的仿真 n n包括设计过程的仿真和制造过程的仿真。产品的开发大包括设计过程的仿真和制造过程的仿真。产品的开发大 致包括设计和制造两个阶段。在设计阶段，产品的性致包括设计和制造两个阶段。在设计阶段，产品的性能和成本就基本上确定了，而正是因为能和成本就基本上确定了，而正是因为 设计阶段的重要性，以及设计过程中多学科协作和反复设计、试验带设计阶段的重要性，以及设计过程中多学科协作和反复设计、试验带来的复杂性，设计过程来的复杂性，设计过程 的建模和仿真越来越受到人们的重视。仿真的目的在于缩短周期，降低成本。制造过的建模和仿真越来越受到人们的重视。仿真的目的在于缩短周期，降低成本。制造过程是仿程是仿 真应用的传统方面，制造过程的仿真必须把产品模型和制造系统模型结合起来加以考虑，但真应用的传统方面，制造过程的仿真必须把产品模型和制造系统模型结合起来加以考虑，但 它不仅仅它不仅仅是两者的简单相加，还需考虑控制策略、库存能力、负载能力等方面的问题。是两者的简单相加，还需考虑控制策略、库存能力、负载能力等方面的问题。第15页/共71页生产过程仿真技术研究意义生产过程仿真技术研究意义n n是虚拟制造的关键技术之一是虚拟制造的关键技术之一n n是在生产过程模型中融入仿真技术，用计算机模拟实际生产过程，在实际生产开始之前优化是在生产过程模型中融入仿真技术，用计算机模拟实际生产过程，在实际生产开始之前优化资源配置和工艺过程资源配置和工艺过程n n根据产品的工艺特征，生产场地，加工设备等信息，三维真实地模拟生产环境，并允许用户根据产品的工艺特征，生产场地，加工设备等信息，三维真实地模拟生产环境，并允许用户交互地修改有关布局，对生产动态过程进行模拟，统计相应评价参数，对生产环境的布局进交互地修改有关布局，对生产动态过程进行模拟，统计相应评价参数，对生产环境的布局进行优化行优化n n评估和优化生产过程，评价评估和优化生产过程，评价n n不同的工艺方案不同的工艺方案n n资源需求规划资源需求规划n n生产计划等生产计划等n n主要目标是评价可生产性主要目标是评价可生产性,减少系统运行成本和维护费用减少系统运行成本和维护费用第16页/共71页生产过程仿真理论基础生产过程仿真理论基础n n离散事件仿真n nPetri网建模第17页/共71页方法方法n n通过给出实际生产系统或假设的生产系统的动态的三维模型，在通过给出实际生产系统或假设的生产系统的动态的三维模型，在计算机中再现实际生产系统的设备、工人和分析生产物流与逻辑计算机中再现实际生产系统的设备、工人和分析生产物流与逻辑顺序的其它相关因素顺序的其它相关因素n n生产线的设计需根据主导产品的类型、产量、加工工艺等系统特生产线的设计需根据主导产品的类型、产量、加工工艺等系统特性选择加工设备、物流设备以及各种辅助设备性选择加工设备、物流设备以及各种辅助设备,结合车间空间的结结合车间空间的结构特点对这些设备进行空间配置构特点对这些设备进行空间配置,并充分考虑设备之间在空间位置并充分考虑设备之间在空间位置上的协调性上的协调性,以确保整个系统的畅通和自动化以确保整个系统的畅通和自动化.第18页/共71页目标目标n n生产过程仿真技术解决的是如何生产产品的问题，而不是产品本身的问题。n n生产过程仿真的目的是在实际生产开始之前优化现有的资源配置，降低生产成本，缩短生产周期，或为实际生产系统中将要发生的改动或投资提供量化、直观的分析和依据第19页/共71页与实际生产系统的关系与实际生产系统的关系n n约束条件转化约束条件转化n n如生产班次安排、如生产班次安排、设备故障率等设备故障率等n n可信程度可信程度n n输出结果与实际输出结果与实际生产结果的比较生产结果的比较来验证来验证n n指导指导n n利用模型的输出利用模型的输出结果去指导实际结果去指导实际的生产实施的生产实施第20页/共71页传统手工生产线的设计过程传统手工生产线的设计过程n n确定生产节拍确定生产节拍n n确定各工序所需的加工设备数确定各工序所需的加工设备数,计算设备负荷系数计算设备负荷系数n n工序同期化工序同期化n n计算所需作业人数计算所需作业人数n n确定生产线节拍性质确定生产线节拍性质,选择运输方式和物流系统选择运输方式和物流系统n n进行平面布局设计进行平面布局设计n n编制标准计划图表编制标准计划图表第21页/共71页传统设计存在的问题传统设计存在的问题n n注重局部，忽略全局n n动态特性表述困难n n以手工为主，以二维为主n n与实际问题差距大第22页/共71页生产线虚拟设计集成架构生产线虚拟设计集成架构第23页/共71页初步前期规划初步前期规划n n确定生产节拍确定生产节拍n n确定各工序所需的加工设备数确定各工序所需的加工设备数n n计算设备负荷系数计算设备负荷系数n n工序同期化工序同期化n n计算所需作业人数计算所需作业人数n n确定生产线节拍性质确定生产线节拍性质n n选择运输方式和物流系统等。选择运输方式和物流系统等。n n由相应程序完成由相应程序完成第24页/共71页二三维几何建模二三维几何建模n n二维建模二维建模n n实现生产线中各模型在仿真运行时的操作控制实现生产线中各模型在仿真运行时的操作控制n n仿真控制语言仿真控制语言SCLSCL的图形表现的图形表现n n三维建模三维建模n n可逼真地反映生产线可逼真地反映生产线n n产品及其加工部位产品及其加工部位n n设备设备n n逻辑表示逻辑表示n n保证二维和三维模型的一致保证二维和三维模型的一致第25页/共71页规划生产线系统规划生产线系统n n按照零件加工的工艺内容,通过工序的优化组合,确定机床和其他设备,实现生产线系统的初步规划;再根据产品产量的要求,确定生产线的节拍。第26页/共71页优化生产线系统布局优化生产线系统布局n n根据工厂空间、计划生产能力和零件加工所需工序,初步快速交互地确定多种生产线布局方案,或验证已设计好的方案的空间。第27页/共71页确定生产能力确定生产能力n n通过仿真,验证现有的和预计新的生产系统在当前的运转条件下的生产能力以及生产线是否能够完成要求的年产量,如果不能,修改运行参数。第28页/共71页确定运作方式确定运作方式n n能够帮助确定是否按模式或建立仓库模式来运作;是否可以去除某些设备;是否有必要在总装线处设立存储仓库(会增加总的代价)。仿真能容易地比较这些附加的费用和由于备用件的缺乏而造成的总装线怠工损失两者的利弊。第29页/共71页优化关键参数优化关键参数n n通过仿真查找瓶颈工序,减少节拍时间以提高产量或工件的加工频率,确定各种机床的数量;通过成本分析,研究改善影响生产的一些环节是否能提高生产能力,优化各工位的库存量。还要优化生产线的特征值,这包括机床的加工时间、可靠性参数和缓冲区的设置。机床加工时间的分配是否均匀,缓冲区设计是否合理。第30页/共71页确定物料管理和存放确定物料管理和存放n n通过仿真优化传送带的尺寸和速度,优化起重机构、自动导向小车以及驱动车的数目和任务分配。确定物料存放情况分散或集中的优劣。第31页/共71页确定库存和警戒线确定库存和警戒线n n通过仿真确定在总装线仓库中的子装配零件的数量,或生产线缓冲站中的零件数量。第32页/共71页优化人力资源优化人力资源n n通过仿真可以估算出必要的操作工人数,优化技术人员和技术工人在各岗位的分配。第33页/共71页确定换班方式确定换班方式n n通过仿真研究一些或全部生产线加班对产量的影响,可以根据每小时的平均工作量或一段时间内的产品的产量计算出总产量,从而提供换班方式的依据。第34页/共71页预测设备故障预测设备故障n n对生产中的实际故障率进行统计建模,计入生产线中进行仿真,找出故障率对仿真结果的影响,估算在线和离线情况下预防性维修的代价以及预防性维修的频率及其可靠度,以指导生产线的设计。第35页/共71页确定生产周期确定生产周期n n通过仿真确定产品的生产周期,以确定定单和库存,最终实现准确交货时间,对问题定单提出警告。第36页/共71页控制策略控制策略n n利用各种控制策略确定批量大小、看板数量和库存水平。第37页/共71页生产过程仿真建模过程生产过程仿真建模过程第38页/共71页制造系统布局制造系统布局n n定义首先按照生产线的布局图建立各个基本建模实体:缓冲站、装料站、机床、卸料站、辅助设备等;物料运输实体:传送带、工人、自动导向小车()或机械手、托盘等;控制器:工人管理器、控制器。按相互关系将模型实体连接起来。第39页/共71页逻辑关系定义逻辑关系定义n n将如下的各种逻辑关系或参数与特定的实体相关联将如下的各种逻辑关系或参数与特定的实体相关联:n n机床工件加工节拍、班次机床工件加工节拍、班次;n n缓冲策略缓冲策略;n n运动策略运动策略;n n控制器控制策略控制器控制策略;n n装卸站的相关策略装卸站的相关策略;n n机床的相关策略及故障率和维修率。机床的相关策略及故障率和维修率。第40页/共71页Petri网网n n资源资源(Resource)(Resource)n n系统中发生变化所涉及的与系统状态有关的因素，称为资源。包括原材系统中发生变化所涉及的与系统状态有关的因素，称为资源。包括原材料、半成品、产品、人员、工具、设备、数据及信息。料、半成品、产品、人员、工具、设备、数据及信息。n n库所库所(Place)(Place)n n资源按其在系统中的作用分类，每一类存放一处，则该处抽象为一个库资源按其在系统中的作用分类，每一类存放一处，则该处抽象为一个库所，又称所，又称P P元素，库所不仅是一个场所，而且表示该场所存放的资源。元素，库所不仅是一个场所，而且表示该场所存放的资源。n n变迁变迁(Transition)(Transition)n n资源的消耗、使用及产生对应于库所的变化，网论中称之为变迁，又称资源的消耗、使用及产生对应于库所的变化，网论中称之为变迁，又称T T元素。元素。第41页/共71页第42页/共71页Petri网的运行网的运行n nPetriPetri网的运行网的运行n n由在网中标记的数目和分布情况来控制。由在网中标记的数目和分布情况来控制。n n标记留驻在位置里，控制着变迁节的运行。标记留驻在位置里，控制着变迁节的运行。n n一个一个PetriPetri网是由变迁节的引发网是由变迁节的引发(firing)(firing)来运行的。一个变迁节的引发，即是来运行的。一个变迁节的引发，即是从它的各个输入位置移走标记，而将产生的新的标记分配到它的各个输从它的各个输入位置移走标记，而将产生的新的标记分配到它的各个输出位置中。出位置中。n n一个变迁节只有当它使能一个变迁节只有当它使能(Enabled)(Enabled)时才可以引发。当一个变迁节的每一个时才可以引发。当一个变迁节的每一个输入位置里的标记的个数不少于从这个输入位置到变迁节的弧的条数时，输入位置里的标记的个数不少于从这个输入位置到变迁节的弧的条数时，称这个变迁节是使能的称这个变迁节是使能的第43页/共71页Petri网的变迁规则网的变迁规则第44页/共71页Petri网的重要性质网的重要性质第45页/共71页Petri网的本原网的本原n n事件n n条件第46页/共71页Petri网建模实例网建模实例第47页/共71页第48页/共71页Petri网的分析方法网的分析方法n n可达树法n n简约分析法n n关联矩阵法第49页/共71页系统仿真服务系统仿真服务n n设置仿真时钟,运行于所建立的生产线。系统仿真时所见的是实际生产线的动态运行过程的复现,可能存在的问题可以得到真实的反映,如运行中的生产线瓶颈。第50页/共71页仿真结果评价仿真结果评价n n制造系统在足够时间的仿真运行后制造系统在足够时间的仿真运行后,可以产生能评价生产线的数据可以产生能评价生产线的数据,这些数据以文本或图表方式显示这些数据以文本或图表方式显示,辅助设计人员进行系统评价。数辅助设计人员进行系统评价。数据类型有据类型有:n n机床、等设备利用率机床、等设备利用率;n n产品的产量产品的产量;n n加工成本加工成本;n n工人操作成本工人操作成本;n n运输、废料消耗分析。运输、废料消耗分析。第51页/共71页面向对象的生产线建模面向对象的生产线建模n n5种基本对象类第52页/共71页生产线类生产线类n n生产线的基类,并将派生出包括设备类在内的其它子类第53页/共71页设备类设备类n n生产线中的各种设备生产线中的各种设备n n设备类属于生产线制造环境中执行加工任务的对象设备类属于生产线制造环境中执行加工任务的对象,在生产线中有在生产线中有有形的实体与之对应有形的实体与之对应,与产品类不同的是它的几何外形对于生产线与产品类不同的是它的几何外形对于生产线的设计研究至关重要的设计研究至关重要.因此因此,设备类中的常用设备设备类中的常用设备,如卧式加工中心、如卧式加工中心、立式加工中心、测量机、立体仓库等的三维模型应尽可能精确地立式加工中心、测量机、立体仓库等的三维模型应尽可能精确地反映其几何外形反映其几何外形.为此为此,设备类的三维模型库可以利用设备类的三维模型库可以利用CADCAD专业工程专业工程软件软件,如如3DStudioMax,ProEngineer,I-Deas3DStudioMax,ProEngineer,I-Deas等制作等制作,并保存为并保存为VRML(virtual reality modeling language)VRML(virtual reality modeling language)格式格式.第54页/共71页产品类产品类n n生产线中各种待加工产品生产线中各种待加工产品n n产品类属于生产线制造环境中的被加工对象产品类属于生产线制造环境中的被加工对象,在生产线中有有形的在生产线中有有形的实体与之对应实体与之对应,虽然其几何外形对于研究加工部位的仿真问题很重虽然其几何外形对于研究加工部位的仿真问题很重要要,但在生产线的设计研究中但在生产线的设计研究中,其工艺信息是解决设备配置问题的关其工艺信息是解决设备配置问题的关键键.因此因此,产品类虽然需要同时建立二维和三维模型产品类虽然需要同时建立二维和三维模型,但只须提取其轮但只须提取其轮廓信息廓信息,而不必精确显示几何外形而不必精确显示几何外形.第55页/共71页控制类控制类n n逻辑对象类,其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n n在控制类的二维模型中,设置由仿真控制语言SCL(simulation control language)编写的脚本程序,控制生产线中各模型的仿真运行.第56页/共71页事件类事件类n n提供仿真运行和实验必要的功能和机制,定义各种可能出现的系统事件信息.它可以是系统中故障事件的开始或结束,也可以是系统中一个实体的产生、消失或属性值的改变.n n设置用于记录系统事件的格式列表第57页/共71页建立对象模型库建立对象模型库n n生产线的制造环境是由制造生产过程所必需的基本生产要素,如加工中心、工件、运输小车、仓库、传送带、缓冲站等构成.生产线的可视化设计,实际上就是要实现这些要素的可视化建模,因此应首先建立一个针对以上各对象类的模型库,以备在生产线的可视化建模时调用.为使生产线的制造环境更加逼真,将模型库中的模型分为二维和三维两种.第58页/共71页生产线可视化建模生产线可视化建模n n用户可以采用交互方式从模型库中点取所需的模型用户可以采用交互方式从模型库中点取所需的模型,放置到窗口中放置到窗口中,然后设置模型的属性然后设置模型的属性,进行适当的调整进行适当的调整;也可以通过开发前置处理程也可以通过开发前置处理程序序,生成生产线的规划设计信息生成生产线的规划设计信息,如所选设备类型、数量、布局位置、如所选设备类型、数量、布局位置、朝向等朝向等,并按格式保存在相应数据库中并按格式保存在相应数据库中;然后利用系统的然后利用系统的InitInit初始化程初始化程序读取数据库中的这些信息序读取数据库中的这些信息,生成所需生产线的可视化模型生成所需生产线的可视化模型.为保证为保证二维和三维模型的一致性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生产线的二维和三维建模过程是同步进行的行的,即无论采用哪种建模方式即无论采用哪种建模方式,一种模式下的操作会实时反映在另一种模式下的操作会实时反映在另一模式下一模式下第59页/共71页生产过程仿真软件生产过程仿真软件n n专用软件n nDENEB(delmia)DENEB(delmia)的的QuestQuestn nSimple+Simple+n n铸造过程仿真软件铸造过程仿真软件ProcastProcastn n开发工具n nWorldToolKitWorldToolKitn nOpen InventorOpen Inventorn n通用软件n nEnvisionEnvisionn nVegaVegan nMultiGenCreatorMultiGenCreatorn nADAMSADAMSn nSolidWorksSolidWorksn nMatlib的Simulink第60页/共71页SIMULINKn nSIMULINK是MathWorks公司开发的又一个产生重大影响的软件产品。n nSIMULINK 总是由模块库、模型构造及分析指令、演示程序等三部分组成。第61页/共71页SIMULINK的发展的发展在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。19901990年，年，Math WorksMath Works软件公司为软件公司为MATLABMATLAB提供了新的控提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具，并命名为制系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULABSIMULAB，该，该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入了件进入了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著名的软件名的软件SIMULASIMULA类似，所以类似，所以19921992年正式将该软件更名为年正式将该软件更名为SIMULINKSIMULINK。SIMULINKSIMULINK的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：SimuSimu（仿真）和（仿真）和LinkLink（连接），即该软件可以利用鼠标在（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINKSIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。提供的功能来对系统进行仿真和分析。第62页/共71页SIMULINKSIMULINK的模块库的模块库的模块库的模块库SIMILINKSIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下模块库按功能进行分类，包括以下8 8类子库：类子库：ContinuousContinuous（连续模块）（连续模块）DiscreteDiscrete（离散模块）（离散模块）Function&TablesFunction&Tables（函数和平台模块）（函数和平台模块）MathMath（数学模块）（数学模块）NonlinearNonlinear（非线性模块）（非线性模块）Signals&SystemsSignals&Systems（信号和系统模块）（信号和系统模块）SinksSinks（接收器模块）（接收器模块）SourcesSources（输入源模块）（输入源模块）第63页/共71页SIMULINKSIMULINK简单模型的建立及模型特点简单模型的建立及模型特点简单模型的建立及模型特点简单模型的建立及模型特点1 1、简单模型的建立、简单模型的建立 （1 1）建立模型窗口）建立模型窗口 （2 2）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口 （3 3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型2 2、模型的特点、模型的特点 在在SIMULINKSIMULINK里提供了许多如里提供了许多如ScopeScope的接收器模块，这使得用的接收器模块，这使得用SIMULNKSIMULNK进行仿真具有像做实进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果。验一般的图形化显示效果。SIMULINKSIMULINK的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系统。的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系统。SIMULINKSIMULINK提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和设置参数对话提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和设置参数对话框。框。第64页/共71页vvSIMULINKSIMULINK是是MATLABMATLAB的一个扩展软件，它是基于模的一个扩展软件，它是基于模型化图型输入的仿真环境。型化图型输入的仿真环境。vv模型化图型输入使得用户可以把更多的精力投入到模型化图型输入使得用户可以把更多的精力投入到模型的构建上来，只要模型的构建上来，只要 熟悉各功能模块库中各子模块的功能，熟悉各功能模块库中各子模块的功能，并可将它们组合成需要的控制模型，并可将它们组合成需要的控制模型，掌握掌握SIMULINKSIMULINK解法器的设置，解法器的设置，就可使仿真正常运行。就可使仿真正常运行。SIMULINK的优点的优点 第65页/共71页Block library第66页/共71页实例实例第67页/共71页Source Library第68页/共71页Signal Generator第69页/共71页仿真参数仿真参数第70页/共71页