仿真课设报告-柔性生产线仿真案例.pdf

仿真课程设计报告题 目：柔性生产线仿真案例班级：物流_姓名:_学号:_指导教师:_目录一、课程设计目的.3二、课程设计内容.3三、设计步骤.33.1案例分析.33.1.1案例说明.33.1.2建模步骤.53.1.3主要技术设计.53.2模型搭建.63.2.1基础空间总体布局.63.2.2Track 设计.63.2.3加工设备的设计.73.2.4工件和AGV的属性设计.93.2.5表的设计.103.2.6工件生成器和消灭器的设计.123.2.7Method 和 Variable 的设计.123.3仿真实现.133.3.1工件加工流程及时间设计.133.3.2任务队列设计.133.3.3小车的运行规则设计.143.3.4其它控制方法.17四、仿真分析.204.1设 备利用率.204.2轨道利用率.214.3加工总时间.22五、模型优化.225.1 订单投产优化.225.2小车优化.235.3其它优化.26六、课设总结.292一、课程设计目的本课程设计是与物流工程专业教学配套的实践环节之一，结合现代生产管 理、设施布置与规划、离散系统建模与仿真等课程的具体教学知识点 开展。在完成以上课堂教学的基础上，进行一次全面的实操性锻炼。设计采用企 业的实际案例数据，要求完成生产线物流仿真建模和生产线物流优化方案设计两 大方面的实际设计内容。通过本环节的设计锻炼，我们可以加深对本课程理论与方法的掌握同时具 备分析和解决生产运作系统问题的能力，改变传统的理论教学与生产实际脱节的 现象。二、课程设计内容以某企业柔性制造系统（FMS）为对象，按该企业的生产实际资料为设计依 据。对该柔性制造系统进行建模和仿真，通过模拟该制造系统的物流状况，寻找 优化的物流方案进行产能平衡，并针对优化后的方案再次进行仿真，对比两个仿 真结果在交货期要求，设备利用率等方面的不同，并制定该柔性制造系统生产作 业计划。三、设计步骤3.1 案例分析3.1.1 案例说明1.柔性制造系统状况：某企业柔性制造系统共有5台加工中心，定义加工中心名称分别为CNC、CNC_2、CNC_3、CNC_4、CNC_5O该制造系统内有一辆AGV小车，运行速度为1米/秒，可控制其实现不同的运送策略。每台设备入口和出口前有容量为4的缓冲，工件在由设备完成加工前后必须经过入口缓冲和出口缓冲，每台设备由一工人负 3责工件的搬运和安装，AGV小车运送工件到达后由工人负责将工件搬至设备入口 缓冲，待到设备空闲后再由该工人将工件装卡在设备上，设备加工完毕由工人将 工件移出至出口缓冲，待AGV小车到来后再由工人将工件搬运至出口缓冲。工人 由AGV搬运工件至缓冲时间和由缓冲搬运工件至AGV时间统一为固定时间10秒，工 人在设备将工件装卡和卸出的时间统一为固定时间30秒。工件按一定顺序进入柔 性制造系统，进入系统后由AGV小车负责将其搬运到第一道工序，在系统入口有 工人负责将工件搬运至到达入口的AGV小车，搬运时间固定为10秒，在加工完第 一道工序后由AGV小车搬运至下道工序，执行同样的操作，在工件所有工序都加 工完后AGV小车将工件搬运至柔性制造系统出口，出口由工人负责将工件由AGV 小车搬走，时间统一为固定时间10秒。该柔性制造系统可能会根据需要再购买多 辆AGV小车，所有小车均统一控制，执行同样的搬运策略柔性制造系统工件物流 过程示意图如下：图1柔性制造系统三维布局示意图如下：4图2该柔性制造系统布局示意图如下：图33.1.2 建模步骤 收集建模所需资料；采用Em-plant对柔性制造系统进行仿真建模;仿真优化3.1.3主要技术设计传感器、任务队列、冲突的化解53.2模型搭建3.2.1基础空间总体布局总体布局如下:Eventcontrollerpartiwpart2W-part3-Hl-positionli Mtaskinserttaskniry rr均:niinitreset舅Msetparttimesourceproduct sourcecontrolSourceMmethodsensors：NC1：NC2印剧sHsnil n12 n21 n22n31 n32：NC4：NC5SHU?|n41 n42 n51 n52Mstatisn3=0n2=0nl=0n=0s.:CNCUtilizationBlTrackutilizationn61Track2图43.2.2Track 设计Track长度设计如下:图56传感器设计如下:传感器列表-.Models.Frame.Trackl新建 编辑ID 位置前面后面路径 在1 0m xsourcecontrol*2 30m xmethodsensors*j 3 50m xmethodsensors*|4 80m xmethodsensors*5 105m xmethodsensors*j 6 125m xmethodsensors*7 165m x1_Zmethodsensors*_ _1图63.2.3 加工设备的设计Buffer的设置:设备入口容量为4,处理时间为0：图77图8另外，作为出口的Buffer的时间-处理时间这一栏里，加入30s的卸出时间。S.Models.Frame.nl2图983.2.4 工件和AGV的属性设计工件设计:basis山口 Mated al Flow Resources国 口 InformationFlow国 口 UserinterfaceB-f 1 MUs|物 Entity:e Container|.“Transporter；#parti；#part2物 part3由亡Tools自.。Models二影 Frame图10其中，人为定义的step属性用于说明工件的加工流程。AGV设计：属性 失败堆4便池产品统计信息统计信息用户定义的属性失败控制电池产品统计信息统计信息用户定义的属性确定 取消 应用长度：臼mMU显示位置：0.75El m速度：10 m/s回反向 0为车头H加速度臼加速度：1B m/s?减速：J B m/s?回自动路由路由权重：H目的地：包矩阵加载托架臼口J SX维：30Y维：2H开始延迟持续时间：常数00图119属性I失败I控制I电池I产品统计信息 统计信息用户定:父的属性图82其中，curpos表示小车在Track上的当前位置，des表示小车的目的地。3.2.5表的设计1）工件流程及加工时间表的设计:Parti：integerinteger 2time：3 1131:00,00002241:20,00003332:00,0000446图13Part2：integerntegertime：3 11150,00002241:00,000033140,00004432:00,0000Part3：图1410integerinteger 2time 311130,00002221:00,000033550,0000446图15每个表的第一列为工件的加工步骤，由工件的step属性来控制；第二列为工件的加工流 程设备号；第三列为工件在相应的加工设备上的加工时间。2）位置表：integerstring11nil21nl232n2142n2253n3163n3274n4184n4295n51105n52图16位置表主要用来说明缓冲设备与小车在Track上的curpos（当前位置）的对应关系。3）工件生成表的设计工件生成表用来控制Source产生工件的规则。本模型建立了两个工件生成表Sourceproduct 1和Sourceproduct2.Sourceproduct 1表为按时间顺序组织生产，表格如下：图17time 1object 2integer3string 4table 5stringDelivery TimeMUNumberNameAttribute1D.0000.MUs.parti20parti20.0000,MUs.part210part230.0000,MUs.part330part340.0000,Mils,parti20parti50.0000,MUs.part220part260.0000,MUs.part320part370.0000,Mils,parti20parti80.0000,MUs.pa 代 210part290.0000,MUs.part330part311Sourceproduct2表为按次序循环生产，表格如下:图18object|ntegerlringtable14stringMUNumberMameAttribute1,Mils,parti2parti2,MUs.part34part33,MUs,parti1parti4,MUs.part22part23.2.6 工件生成器和消灭器的设计Source的设置:图193.2.7 Method 和 Variable 的设计Variable的命名:12n3=0n2=0nl=0 n=0图20 分别用来记录总工件数量和工件Parti、Part2 Part3的数量。3.3仿真实现3.3.1 工件加工流程及时间设计Setparttime 的设置：M.Models.Frame.setparttime|d文件旧领旧导航(N)运行(R)模板(A)查看M IMO帮助(H)tstim:time;obj:object;str:string;dostr:=.name;obj:=str_to_obj(str);tim:=obj3,.step;?.proctime:=z_normal(1,tim,3.16227766);.step:=.step+1;end;图21332任务队列设计M.Models.Frame.inserttask|d 13-1文件旧编辑旧导航(N)运行(R)模板(A)查看M TMm帮助(H)辎创共1X0心卜 必2斤1/4厢/1鼠即I|_ _ _ ts dotask.insert(EventController.simtime,?.name);end;图22133.3.3小车的运行规则设计小车当前位置变化程序：(sensorID:integer)isi:string;str:string;strl:string;str2:string;obj:object;j:integer;doif.backwards then.curpos:=.curpos-1;else.curpos:=.curpos+1;end;图23触发传感器的运送车的控制流程：14开始 行驶新驶向 判行方触发传感界达元冲触方 到单人S的发行驶达备单，入的发法 到设1 元由口触方开始行软定元口冲做方 到单出的发件择法 工选方断软向车工移至流口 小内舒动物出件运小F 工援至车车工移至备单，口冲 小内件动设1元入缓取芬则最任 提任队中前图24小车上有工件的程序：if.occupied then str:=.cont.name;obj:=str_to_obj(str);.des:=obj2,.cont.step;if.des.curpos then .backwards:=false;elseif.des.curpos then.backwards:=false;elseif.des.curpos then backwards:二false;elseif.des.curpos then .backwards:=false;elseif.des.curpos then .backwards:=false;elseif.des.curpos then.backwards:=false;elseif.des.curpos then.backwards:=true;elseif.des=.curpos then i:=num to str(.des);str:=n4i;strl:=str+1;obj:=str_to_obj(strl);.continue;图2919四、仿真分析4.1设备利用率设备利用率设置:204.2轨道利用率表文件:string 0stringstringtrackl1working_tracklstatworkingportion2waiting_trackl.statwaitingportion3blockedtrackl.statblockingportion4failedtrackl.statfailportion5pausedtr 班 kL statpausingportion6unplannedtrackl.statunplanned图32轨道利用率：21图334.3加工总时间总加工时间:时间 周三，2015/09/16 12:53:34.7394图34可看出设备加工利用率最高为80%,为加工中心CNC3；轨道利用率为25%,很低；加工总时间约为13小时，远远超过要求最短时间5小时。所以，此模型 不符合生产要求，需要进一步优化。五、模型优化5.1 订单投产优化若是小车数量依然为L而只是将订单投产顺序改成按时间顺序投产：得到的设备利用率、轨道利用率和加工总时间变化均不明显，也就是说投产 结果并没有得到优化。若是改成循环投产之后，效率提升也没有出现很理想的情况，且提升的空间22相当有限，这就说明需要在小车数量上下一番功夫。5.2 小车优化1）两辆小车的情况下（同时将订单投产改为按次序循环投产）:设备利用率：.Models.Frame.CNCUtilizationrate设备利用率OOOOOOOOOOO 0987654321血血 working blockedfailed paused unplaimedcncl cnc2 cnc3 cnc4 cnc5 加工中心图35轨道利用率：23图36加工总时间：时间|0:03:56:00,0000图937可看到，此时已经满足了在五小时内生产完成的任务。2）3辆小车的情况下（同时将订单投产改为按次序循环投产）:设备利用率：24设备利用率OOOOOOOOOOO 0987654321mNE血加工中心图38设备利用率轨道利用率:图39加工总时间：时间0:03:55:07.125325图40随着小车数量的增加，设备利用率加工总时间无明显变化，轨道利用率明显 降低。5.3其它优化其它优化策略如下：增加系统入口缓冲、提高小车运行速度、提高设备出入 口的缓冲容量、提高设备性能、优化工艺流程、优化出货策略、设置环形轨道等。1）增加系统入口缓冲（2辆小车）设备利用率：working waiting blockedfailed paused unplaimed设备利用率血Nm血009080706050403020100oacl cnc2 cnc3 cnc4 cnc5 加工中心图41设备利用率轨道利用率：26图42轨道利用率加工总时间：时间0:03:55:03,5500图43可看出，设备利用率、轨道利用率和加工总时间几乎无改进。故对此案例模型,增加系统入口缓冲容量不是一个行之有效的改进方法。2）提高设备出入口的缓冲容量，均设为8：设备利用率：27.Models.Frame.CNCUtilizationrateI=I 回 m图44设备利用率轨道利用率:图45轨道利用率加工总时间：时间0:03:54:44,6500图46可看出，设备利用率、轨道利用率和加工总时间几乎无改进。故对此案例模型,增加设备出入口缓冲容量不是一个行之有效的改进方法。28六、课设总结这次课设我的收获很多，不仅巩固了散系统建模与仿真这门课程，业把课堂 上学习到的理论知识运用到了实践中。我从中感悟到，做事情首先搞清楚逻辑,这样在之后的工作中才能更加游刃有余的区采取一系列的改进措施，也便于发现 问题和解决问题；另外，任何一份好的作品都是要经过不断的修改与完善的，只 有耐心、细心、思考才能达到期望的目标，拿出满意的作品。29