制造系统建模与仿真在工业工程中的应用
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用摘要：建模与仿真技术是21世纪信息技术和制造技术结合的桥梁，是使企业产生最大经济效益的核心技术，也是21世纪制造业的一项关键支撑技术。
本文阐述了仿真技术在制造业的地位和作用，总结建模与仿真技术的特点，给出了制造业建模与仿真技术的方展方向。
关键词：制造系统建模仿真仿真应用系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术1制造业建模与仿真技术的地位制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是国家综合国力的重要体现；21世纪的制造业仍然是国家经济和国防建设的命脉，也是国家经济实现快速增长的重要因素。
制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。
现代制造的基本特点是大制造和全过程。
“大制造”应包括光机电产品的制造、工业流程制造、材料制备等，它是一种广义制造概念。
“全过程”，不仅包括从毛坯到成品的加工制造过程，还包括产品的市场信息分析，产品决策，产品的设计、加工和制造过程，产品的销售和售后服务，报废产品的处理和回收，以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。
由于国内外市场竞争的加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，先后出现了柔性制造，计算机集成制造、并行工程、虚拟制造、敏捷制造、网络化制造、现代集成制造、下一代制造、综合制造等新的先进制造理念和哲理。
但是，从整体来看，制造业的发展离不开先进的信息与知识技术、全面的建模与仿真技术、精密的工艺与装备技术和高效的企业集成技术共四大关键技术。
《建模与仿真》教学大纲
《建模与仿真》教学大纲课程名称：建模与仿真课程代码：INDE2038课程性质：专业选修课程学分/学时：2学分/36学时开课学期：第七学期适用专业：工业工程先修课程：概率统计、C语言程序设计后续课程：毕业设计开课单位：机电工程学院课程负责人：大纲执笔人：杨宏兵大纲审核人：一、课程性质和教学目标《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的专业课程之一。
学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。
本课程的教学目标是培养学生的设计能力、创新能力和工程意识。
课程以制造型生产企业为核心，通过理论教学和实践环节相结合，阐述了离散事件系统建模与仿真技术在生产企业分析中的基本原理和方法。
其内容涉及计算机仿真技术在生产系统分析中的作用和原理、仿真软件的介绍，重点介绍排队系统、库存系统、加工系统以及输入、输出数据分析。
本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理；并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能；使学生了解计算机仿真的基本步骤。
二、课程教学方法1、启发式课堂讨论针对关键知识点、典型题和难题，通过教师提问，鼓励学生回答问题或请到讲台前做题，并请其他学生评判或提出不同的答案或不同的解决方法。
目的是加强学生自主学习的能力和判断能力，培养主动思考的习惯，启发学生的探索精神。
2、重视在教学中加强知识演进的逻辑规律的讲解提高学生的逻辑思维能力，培养学生分析问题、解决问题的能力。
3、加强计算机辅助设计、分析将Flexsim仿真软件引入教学中。
应用计算机辅助设计、分析，能方便的改变系统结构参数，认识复杂系统的动态响应。
三、课程教学内容及学时分配第一章概论（2课时）教学目的：了解系统仿真技术的发展历史；掌握系统仿真技术的特点；理解系统仿真的应用；掌握系统仿真的优势与局限性；熟悉系统仿真的相关技术；了解系统仿真的研究热点和发展方向；教学重点：系统仿真的应用；系统仿真的优势与局限性；系统仿真的相关技术；教学难点：系统仿真的应用；第二章系统仿真基本知识（6课时）教学目的：了解生产系统的基本特征；理解掌握系统、系统模型、系统仿真等建模与仿真相关的基本概念；了解系统仿真的类型；理解离散系统与连续系统的区别；熟悉生产系统建模的方法与仿真研究的步骤；深入理解排队论的基本概念，熟悉排队系统的组成与排队模型的分类，掌握到达模式与服务机构刻画的参数，熟悉排队规则与队列的度量；熟悉几种常用的到达时间间隔和服务实践的理论分布（定长分布、泊松分布、埃尔朗分布、正态分布等）；掌握M/M/1排队系统与M/M/C排队系统的分析；掌握库存系统模型；熟悉库存系统；掌握库存系统模型；熟悉库存系统仿真及仿真结果分析；教学重点：系统、系统模型、系统仿真等建模与仿真相关的基本概念；离散系统与连续系统的区别；生产系统建模的方法与仿真研究的步骤；排队论的基本概念，排队系统的组成与排队模型的分类；几种常用的到达时间间隔和服务实践的理论分布（定长分布、泊松分布、埃尔朗分布、正态分布等）；M/M/1排队系统与M/M/C排队系统的分析；库存系统仿真方法；教学难点：系统、系统模型、系统仿真等建模与仿真相关的基本概念；离散系统与连续系统的区别；排队论的基本概念；M/M/1排队系统与M/M/C排队系统的分析；库存系统仿真；第三章随机数与随机变量（3课时）教学目的：理解掌握随机变量（离散、连续），以及连续随机变量的密度函数的概念；掌握随机变量的数字特征；理解掌握随机数的概念，熟悉产生连续均匀分布随机数的几种方法，掌握计算机产生随机数的方法；熟悉随机数的统计检验；掌握各种离散分布随机数的产生方法；熟悉非均匀连续分布随机数及其产生方法。
基于工业工程的智能制造系统建模与仿真
基于工业工程的智能制造系统建模与仿真智能制造系统是当今工业领域的热门话题，其通过应用先进的技术，如物联网、人工智能、机器学习等，实现了工业生产的自动化、智能化和高效性。
在实际应用中，建模与仿真是智能制造系统设计与优化的重要手段。
本文将探讨基于工业工程的智能制造系统建模与仿真方法，旨在提供一种全面且深入的分析。
一、智能制造系统建模智能制造系统建模是对实际生产过程进行抽象和描述的过程，目的是为了理解和优化生产系统的运作。
在工业工程领域中，有许多建模方法可供选择，如离散事件建模、连续系统建模、面向代理的建模等。
根据具体情况，可以选择合适的建模方法。
1. 离散事件建模离散事件建模是将生产系统中的事件抽象成离散的状态转换，通过事件的顺序和时间推进来描述系统的运作。
这种建模方法适用于具有离散事件和决策的系统，如流水线生产、物流运输等。
通过离散事件建模，可以定量评估系统的性能指标，如生产能力、等待时间、工作效率等。
2. 连续系统建模连续系统建模是将生产系统中的参数和变量表示为连续的函数或方程，通过数学模型来描述系统的行为。
这种建模方法适用于涉及连续过程和物流的系统，如化工生产、供应链等。
通过连续系统建模，可以优化系统的参数配置，提高生产效率和资源利用率。
3. 面向代理的建模面向代理的建模是将生产系统中的各个组成部分抽象成独立的代理，通过模拟代理之间的互动来描述整个系统的行为。
这种建模方法适用于多智能体系统中的智能制造系统，如机器人协作、自动化装配等。
通过面向代理的建模，可以研究不同代理的行为和决策对整个系统性能的影响。
二、智能制造系统仿真智能制造系统仿真是通过建模方法来模拟和观察系统的运作，以评估不同策略和决策对系统性能的影响。
仿真可以帮助工程师和决策者更好地理解和改进生产系统，减少风险和成本。
1. 离散事件仿真离散事件仿真是通过运行离散事件模型来模拟生产系统中的事件和决策。
仿真过程中，可以观察系统的各种指标，如生产率、生产能力、资源利用率等。
工业工程的定义
工业工程的定义简介工业工程是一门综合型技术学科，它研究和应用数学、物理学、人工智能等方法和原理，以提高生产系统和服务系统的效率、质量和安全。
工业工程师运用科学方法和工程技术手段，通过对系统进行分析、规划、设计和管理，以最大程度地发挥资源的效能，实现生产工序的优化、生产能力的提升和成本的控制，从而提高企业的竞争力。
工业工程的起源工业工程起源于美国的科学管理运动。
在20世纪初，由于工业革命的影响和传统生产方式的不足，科学管理运动兴起。
弗雷德里克·泰勒提出了科学管理的概念，他通过对生产过程的研究和数据的分析，提出了一种优化生产效能的方法，这就是工业工程的雏形。
工业工程的领域工业工程广泛应用于制造业、服务业以及公共事业等领域，包括生产系统、供应链管理、人因工程、质量管理、物料管理、项目管理等多个方面。
生产系统生产系统是工业工程的核心领域之一。
工业工程师通过对生产过程进行精确的测量和分析，确定生产任务和资源需求，设计合理的生产流程和工作布局，优化生产效率和产品质量。
供应链管理供应链管理是工业工程的重要分支，它关注如何有效地管理物流、库存和供应商之间的关系。
工业工程师通过优化供应链中的各个环节，提高产品的流通效率，降低成本，并确保产品的准时交付。
人因工程人因工程研究人与工作环境之间的交互作用，以提高人员的工作效率和工作安全。
工业工程师通过改进工作站点的设计、优化工作流程、合理配置工作时长和休息时间等手段，提高员工的工作舒适度和生产力。
质量管理质量管理是工业工程中不可或缺的一环。
工业工程师参与产品的质量规划、控制和改进，通过统计分析和数据挖掘等方法，识别和解决生产过程中的问题，提升产品质量和客户满意度。
物料管理物料管理涉及到原材料的采购、库存控制和物料流动的规划等方面。
工业工程师运用优化算法和模型来管理供应商的选择、库存水平的设定和物料流动的路径规划，以降低成本和提高物料的使用效率。
项目管理项目管理是工业工程中的重要组成部分。
工业工程中的生产系统建模与仿真
工业工程中的生产系统建模与仿真工业工程是一个综合性的学科，涉及到生产系统的规划、设计和优化。
而在现代工业生产中，生产系统建模与仿真是一种重要的手段，可以帮助企业更好地理解和优化生产过程。
本文将探讨工业工程中的生产系统建模与仿真的重要性和应用。
一、生产系统建模与仿真的概念生产系统建模与仿真是通过使用计算机模拟技术，对生产系统的各种组成部分进行抽象和描述，以便于对实际生产过程进行理解、优化和决策的过程。
它可以帮助企业了解不同部分之间的相互关系以及影响因素，从而更好地进行生产计划和资源分配。
二、生产系统建模与仿真的重要性1. 提高生产效率：通过建立适当的模型和仿真实验，可以找到生产过程中的瓶颈和短板，从而采取相应的措施来提高生产效率。
2. 降低成本：通过模型和仿真，可以分析不同生产决策的效果，比如调整生产线布局、优化生产流程等，从而降低生产成本。
3. 提高交付能力：通过对生产系统进行建模和仿真，可以准确预测不同订单的交付时间，提前做好安排，以满足客户的需求。
4. 优化资源利用：通过模拟不同的资源配置方案，可以找到最佳的资源利用方式，避免资源浪费和不必要的投资。
5. 提高决策的科学性：通过对生产系统进行建模和仿真，可以提供客观的数据支持，为决策提供科学依据，减少主观偏差和风险。
三、生产系统建模与仿真的应用1. 生产计划优化：通过对生产系统进行建模和仿真，可以帮助企业制定合理的生产计划，合理安排生产资源，提高生产效率。
2. 工艺改进和优化：通过对生产过程进行仿真和优化，可以找到工艺的瓶颈，并提出改进方案，以提高生产效率和质量。
3. 供应链优化：通过建立供应链的模型和仿真，可以优化供应链的各个环节，提高整体的运作效率和响应能力。
4. 库存管理：通过对供应链进行建模和仿真，可以分析不同的库存策略，优化库存水平，减少库存成本。
5. 运输规划与优化：通过建立物流网络的模型和仿真，可以优化运输路线和频率，减少运输成本和时间。
【系统】生产系统建模与仿真
【关键字】系统《建模与仿真》课程教学大纲(Modeling and Simulation)课程编码：学分：2.5总学时：40适用专业：工业工程先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术一、课程的性质、目的和任务《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。
学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。
本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。
并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。
使学生了解计算机仿真的基本步骤。
结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下根底。
二、教学基本要求具体在教学过程中要求学生应该达到：1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法；2.掌握仿真的概率统计根底知识。
3.掌握供理论模型建模方法。
4.掌握仿真模型的设计与实现方法。
5.熟练应用建模理论,对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。
三、教学内容与学时分配离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。
本课程深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介绍。
具体教学内容如下：第一章绪论 4学时本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。
本章教学目标：本章教学基本要求：了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。
理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。
掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。
工业工程专业《生产系统建模与仿真》课程教学初探
工业工程专业《生产系统建模与仿真》课程教学初探摘要:《生产系统建模与仿真》是工业工程专业的一门专业必修课程,文章论述了在该门课程授课的过程中发现的一些问题,并对该门课程教学方法的改进进行了初步的探讨,以期对工业工程专业的课程建设提供意见及帮助。
关键词:工业工程生产系统建模与仿真Arena工业工程是对人员、物料、设备、能源和信息组成的集成系统进行设计、改善和实施的工程技术,它综合运用数学、物理学和社会科学的专门知识和技术,结合工程分析和设计的原理与方法,对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价”。
1992年国家教育部批准西安交通大学和天津大学首批设立IE专业,1993年正式招收IE专业本科生,开始了我国高等工程教育IE学科的建设。
国内IE教育还存在着诸如课程设置不尽合理、理论与实践脱节等弊端。
我校于2003年获得工业工程专业办学资格,开设在机械工程学院。
2004年招收第一批本科生。
国内工业工程专业的培养模式主要有两种,一种是管理类本科,授予管理学学士,一种是机械类本科,授予工学学士。
不同的培养模式其课程体系也不尽相同。
《生产系统建模与仿真》是第二类培养模式中的专业必修课程,这门课程是以广义的制造型生产企业为核心,从系统建模的角度阐述离散事件建模与仿真技术在生产企业分析中的应用原理和方法,并终能使学生掌握利用某些工具对系统进行仿真分析的方法。
我们用孙小明编著的《生产系统建模与仿真》,同时采用Simulation with Arena原书的第三版的译版《仿真使用Arena软件》作为辅助教材。
本文总结了三届工业工程专业学生《生产系统建模与仿真》课程授课的经验,提出了一些建议和方法。
1 理论内容的教学该课程的理论教学内容主要包括对各类生产系统建模并进行仿真的原理和方法,输入数据及输出数据的统计分析的理论等。
这些知识的数学基础都是概率论与数理统计。
一个原因是这不同于当初他们上概率论与数理统计课程,相应的理论公式的推导都很详细,而且每一讲的内容都配有相应的例题及大量的练习题。
工业工程中的生产作业系统建模
工业工程中的生产作业系统建模工业工程是一门应用科学，通过协调人、机、料、法、环境等资源，设计、改进和控制生产作业系统，以提高生产效率和质量。
而在工业工程中，生产作业系统的建模是一个重要的任务，它可以帮助工程师们更好地理解作业系统的运作规律，优化生产流程，提高效率。
一、生产作业系统的概念生产作业系统是指一个或多个工序按照一定的规则和顺序组成的生产流程。
在一个生产作业系统中，不同的工序之间存在着一定的依赖关系和制约条件，因此需要对其进行建模。
生产作业系统的建模可以是静态的，也可以是动态的。
静态建模主要关注的是工作站的布局和工序之间的关系，以便在工艺设计和流程规划阶段获得最佳布局和工艺方案。
静态建模通常使用流程图、草图和平面图等工具进行描述。
动态建模则着重于分析生产作业系统的运作过程，并利用模拟和实验等方法进行优化。
动态建模可以帮助工程师们更好地了解系统中的瓶颈和短板，从而在生产过程中及时进行调整和改进。
二、建模方法和工具在生产作业系统建模的过程中，可以使用多种方法和工具。
常见的方法包括流程图、数据流图、实体关系图和Petri网等，而工具则有MATLAB、Simulink、Arena等。
流程图是一种常用的工具，它可以用来刻画生产作业系统中的工序和流程。
通过绘制不同的图形、符号和箭头，可以清晰地表示每个工序的顺序、输入、输出和可行性等信息。
流程图可以帮助工程师们更好地理解系统的结构和运作过程，并找到其中的问题和改进空间。
数据流图则更侧重于对作业系统中的信息传递和处理过程进行建模。
通过绘制数据流和数据处理的图形，可以分析系统中数据的来源、流向和处理方式，进而找出潜在的信息瓶颈和风险点。
数据流图可以帮助工程师们更好地设计和优化作业系统中的信息流程，提高信息处理的效率和准确性。
实体关系图主要用于描述作业系统中不同实体之间的关系和约束。
通过绘制实体和实体之间的连接线，可以明确每个实体的角色、属性和关联关系。
实体关系图可以帮助工程师们更好地理解作业系统中实体的行为和相互作用，从而优化系统的配套和资源分配。
工业工程专业《系统建模与仿真》课程教学探讨
、
常重要的。上好第一堂课是至关重要的第一步 ， 在第一堂课 中不仅 要让 学生 了解 本 门课 程 的学 习 内容 ，而且 要 介绍 仿
・ —
析 。应 该说 ， 这 样 的课 时安排 是非 常充 裕 的 ： 虽然有 独立 的 实验 课 程 ， 理论 课程 的教学 内容 仍 然应 该与 实践 结 合起 来 。 理论与实践的结合有两方 面：一是把课本中讲理论知识的 部 分与 讲操作 实践 的部分 结 合起 来 ；二是 将 理论 知识 与相
广 泛 应用 。工业 工程 专业 培 养具 备现 代 工业 工 程和 系统 管 理 等方 面 的知识 、 素质 和能 力 ， 能 在企 业 从事 生产 、 经营、 服 务等管 理 系统 的规 划 、 设汁、 评价 和创 新 工作 的 高级 专 门人 才 。我 国最早 于 １ ９ ９ ３ 年招 收 ｒ业工 程专业 的本 科生 ， 目前 已 有７ Ｏ 余 所 院校设 有工 业 工程 系或 专业 。国 内工业 工 程专 业 的培养 模式 主要 有 两种 ： 一 种 是管 理类 本科 ， 授予 管 理学 学
行， 主要 是让 学 生学 习Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ （ 原 名 为ｅ Ｍ— Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ） 仿
一 羹
真 软件 ，并能 够运 用 该软 件 完成一 个 案例 的建模 和仿 真 分
避 霪、 莲
一
教学 方法 的改进 “ 兴趣 是最 好 的老 师 ” ．培养学 生 对该 课 程 的兴趣 是 非
进 建议
所 以第 一 堂课 中可 以介 绍一 些 实 际案例 ，包括 往届 学 生 的 毕 业论 文 案例 ； 还 可 以运 行仿 真软 件 ， 让 学 生对 仿真 形 成一 些 感性 的认识 。该课程 的理 论教 学 内容 比较 多 ， 包括离 散事 件 系统 仿真 的 基本 原理 、 输 入 数据 和输 出数据 的统 计 分析 理 论等 。学 生往 往迷失 在理 论公 式 当中 ， 觉 得学 习起来 比较 困难 ， 另 一方 面也 觉得 比较 枯 燥 ， 丧 失 了学 习兴 趣 。所 以理 论 教学 应该 回归到 这 门课程 的教学 目标 上 来 ，也 就是 以培 养学生 的能 力为导 向。首先 应选 择难度 深度适 中的教材 ， 我 们选用 的教材 是卫 强 、 陈 国青 主 编的 《 管理 系统 模 拟》 ， 实验 课教材 选用 的是施 於 人等 编著 的（ ｅ Ｍ — Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ 仿 真技 术教 程 》 ； 其次在 理论 教 学过 程 中 ，应尽 量避 免艰 深 的理 论 以及 对公 式 的推导 ； 最 后讲 解理 论 时多 结合 实 例或 案例 ， 帮 助学 生理 解相关 的理论 ， 培养学 生 的理 论 应用能 力 二、 教 学 内容 的安排 本课 程分 为理 论课 和 实验 课 两部 分 ，其 中理 论课 时 为 ４ ８ ， 实验课 时 为５ ２ （ 连续 两周 时间 ） 。实验 课 安排在学 期末 进
工业工程必学软件
工业工程必学软件工业工程是一门应用科学，旨在优化复杂的系统和流程，以提高生产效率和质量。
在现代工业环境中，有许多软件工具可以帮助工业工程师完成各种任务。
下面是一些工业工程专业学生和专业人士必学的软件。
1. AutoCADAutoCAD是一种广泛使用的计算机辅助设计 (CAD) 软件，被广泛应用于工业工程领域。
工业工程师可以使用AutoCAD来创建和修改三维模型、绘制平面图和设计工程图纸。
它可以提供设计效果图、虚拟模拟和可视化，帮助工程师更好地理解和评估设计方案。
2. ArenaArena是一种离散事件仿真软件，用于模拟和分析复杂系统的运作和性能。
工业工程师可以使用Arena模拟工具来建立实际工厂的数字模型，以评估不同的生产策略、生产线布局和资源分配方案。
通过模拟，工程师可以预测系统的性能并做出决策，以提高效率和减少成本。
3. MATLABMATLAB是一种强大的数值计算和编程环境，广泛用于工业工程领域的数据分析和建模。
工业工程师可以使用MATLAB进行统计分析、数据可视化、优化和预测建模等任务。
它提供了许多强大的工具箱和函数，便于工程师进行复杂的数学计算和数据处理。
4. MinitabMinitab是一个统计分析软件，主要用于数据分析和质量控制。
对于工业工程师来说，数据分析是解决复杂问题和改善流程的重要步骤。
Minitab提供了丰富的统计方法和图表，可以帮助工程师理解和解释数据，以做出正确的决策和优化改进。
5. Simul8Simul8是一种基于模拟的决策支持工具，专注于过程模拟和流程优化。
工业工程师可以使用Simul8来构建虚拟的生产线、流程和供应链，并模拟不同的生产策略和资源配置方案。
通过模拟实验，工程师可以预测系统响应和效果，找到最佳的操作模式和优化方案。
6. SolidWorksSolidWorks是一种三维计算机辅助设计软件，广泛应用于工业设计和工程领域。
工业工程师可以使用SolidWorks来创建和修改实体模型、进行装配设计和工程分析。
BIM技术在工业建筑结构设计中的应用研究
BIM技术在工业建筑结构设计中的应用研究摘要：随着BIM技术在建筑工程中的迅速发展和我国工业工程的全面实践，BIM得到了广泛的应用。
在当前的社会背景下，提高工业建筑的整体质量和效率，是工业建筑结构设计降低施工成本的必然技术要求，也是我国建筑业科学技术长期、快速、健康发展的必然要求。
在我国工业建筑体系的设计中，BIM技术成果的推广应用将有效地提高工业建筑设计的综合质量，提高项目建设管理的效率，降低项目建设成本。
关键词：BIM技术；工业建筑；结构设计；具体应用1 BIM技术的概念和内涵BIM技术也可以称为工程模型的3D信息。
在现代工业建筑建设中，为了达到建立三维工程数据模型系统的最终目的，通常采用三维数字技术同时集成多个建筑数据。
BIM建筑技术诞生于美国。
它与工业建设项目的建筑设计、施工、使用、管理、维护和管理有效结合。
它还可以用于将三维工业建筑设计过程的表示转换为数字3D，以及将工程纸质文档的表示转换为二维数字文档。
通过直接使用这种先进的三维数字技术，工程和设计管理人员还可以有效、直接地解决一些无法解决的工程技术问题。
可以说，除了三维技术本身，BIM设计技术实际上是未来工业建筑工程结构优化设计中的一项关键技术。
2 BIM技术在建筑结构设计中的应用特点（1）可视化。
在传统建筑的实际施工和安装过程中，通常使用纸质图纸，即二维图纸进行查看，这有很大的缺点。
图纸中未清楚直观地描述建筑构件之间的位置和关系，无法显示建筑构件之间的相关信息。
可视化模型显示技术可以更准确、直观、清晰、完整地显示与建筑、管道系统等内容相关的建筑BIM可视化模型信息。
（2）全面协调。
在建筑结构设计和施工设计的许多关键工作环节中，整体协调是非常重要的。
只有完善有效的整体协调工作，才能最终实现整体协调工作，有效减少建筑总体设计协调工作过程中因矛盾、冲突和缺乏充分沟通而引发的其他各方面冲突。
BIM检索技术将可手动检测的数据连接起来，而无需与其他数据进行协调。
工业工程概述及工作研究分析
工业工程概述及工作研究分析一、引言工业工程是一门综合性学科，研究如何对工业系统进行优化和改进，提高生产效率、降低成本、提供更好的产品和服务。
工业工程的核心目标是将人、设备、材料、信息和能源等资源进行协调和整合，实现工业系统的高效运作。
本文将简要介绍工业工程的概述，并对工业工程相关的研究和工作进行分析。
二、工业工程概述2.1 工业工程定义工业工程是一门综合性学科，它使用数学、物理、计算机科学、管理学等多个学科的知识和方法，研究和应用如何通过优化和改进工业系统的设计和运作，来提高生产效率、降低成本、提供更好的产品和服务。
2.2 工业工程的基本原理工业工程的基本原理可以总结为以下几点：•系统思维：工业工程将工业系统看作一个整体，从整体角度进行分析和优化，而不是将系统的各个部分单独看待。
•优化：工业工程通过运用数学模型、优化算法等方法，寻找最佳的工业系统设计和运作方案。
•综合性：工业工程需要综合运用多个学科的知识和方法，因此工业工程师需要具备广泛的知识和能力。
•连续改进：工业工程强调不断地进行改进和优化，以适应市场和技术的变化。
2.3 工业工程的应用领域工业工程的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：•制造业：工业工程可以优化制造过程，提高生产效率和产品质量。
•服务业：工业工程可以优化服务过程，提高服务效率和客户满意度。
•物流和供应链管理：工业工程可以优化物流和供应链管理，提高配送效率和库存管理。
•设施布局和设备配置：工业工程可以优化设施布局和设备配置，提高工作场所的效率和人员的安全性。
•信息系统和决策分析：工业工程可以通过信息系统和决策分析方法，支持管理者做出科学决策。
三、工业工程研究分析3.1 工业工程研究方法工业工程研究方法主要包括实证研究和建模仿真两种。
实证研究是通过实地调研、数据收集和实验等方法，对工业系统进行观察和分析，以验证理论的有效性和可行性。
建模仿真是根据现实工业系统的特点和需求，建立相应的数学模型，并使用计算机软件进行仿真和优化，以指导实际的工业系统设计与运作。
工业工程中的模型建立与仿真
工业工程中的模型建立与仿真工业工程是一门以科学方法和技术手段改善和提高生产活动和服务活动效率的工程学科。
在工业工程领域中，模型建立与仿真是非常重要的技术工具。
本文将介绍工业工程中模型建立与仿真的概念和方法，并探讨其在工业工程实践中的应用。
一、模型建立模型是对实际系统或过程进行简化和抽象的描述。
在工业工程中，模型可以分为数学模型和物理模型两种形式。
数学模型是通过数学方程或模型理论将实际系统进行表达和计算的工具。
物理模型则是通过实际制作和构建的实物来模拟实际系统的行为和特性。
模型建立的过程需要先对系统进行分析和理解，然后根据具体问题的要求选择适当的模型类型和建模方法。
在建模过程中，需要明确模型的目标、范围和约束条件，并结合实际数据进行参数的估计和调整。
最后，通过验证和调试，确保模型能够准确地反映实际系统的行为。
二、仿真技术仿真是指通过运行模型来模拟实际系统的行为和变化。
在工业工程中，仿真可以分为离散事件仿真和连续仿真两种类型。
离散事件仿真是一种基于时间步进的仿真方法，将实际系统的行为抽象为一系列事件的发生和处理。
通过模拟和调度这些事件的发生顺序和处理过程，来模拟实际系统的运行和变化。
离散事件仿真适用于复杂系统的建模和分析，可以提供对系统内部和外部交互的详细控制和观察。
连续仿真则是一种基于微分方程和状态变量的仿真方法，用于模拟连续变量的运动和变化。
通过建立系统的物理方程和参数模型，以及输入输出关系，可以对实际系统的动态行为进行预测和优化。
连续仿真适用于对系统的动态特性和响应速度进行研究和分析。
三、模型建立与仿真在工业工程中的应用1. 系统优化：通过建立合适的模型和仿真平台，可以对工业系统进行优化设计和参数调整。
例如，在生产线布局优化中，可以建立物理模型来模拟产品流程和设备布局。
通过对不同布局方案进行仿真和比较，可以找到最优的生产线配置，提高生产效率和降低成本。
2. 决策支持：工业工程中的决策通常面临多样化的因素和约束条件。
工业工程模型的建立与应用研究
工业工程模型的建立与应用研究引言：工业工程是应用科学的一个分支，主要通过研究和设计工作系统来优化生产过程，提高效率和质量。
在现代工业中，工业工程模型的建立和应用研究具有重要意义。
本文将探讨工业工程模型的建立与应用研究。
1. 工业工程模型的定义工业工程模型是对工作系统的抽象表示，用于描述和理解系统的各个组成部分及其相互关系。
模型可以是数学表达式、图形化表示或虚拟仿真等形式，用于预测和优化系统的性能。
2. 工业工程模型的建立方法2.1 数据收集建立工业工程模型的首要步骤是收集系统相关的数据。
这些数据可以包括生产能力、员工效率、设备利用率和物料流动等信息。
通过充分收集和分析这些数据，可以准确描绘出系统的运作状态。
2.2 建模技术建立工业工程模型的常用技术包括网络图、流程图、系统仿真和数学模型等。
网络图和流程图可以用于描述系统的各个组成部分及其之间的关系。
系统仿真可以通过计算机模拟系统运作过程，以预测系统的性能。
数学模型可以表达各个参数之间的数学关系，用于优化系统的设计和运作。
3. 工业工程模型的应用3.1 工艺改进工业工程模型可以帮助工程师和设计师分析和改进生产工艺。
通过模拟和优化系统运作过程，可以找到瓶颈、提高效率并降低成本。
例如，模型可以用于优化生产线的布局，减少运输时间和成本。
3.2 供应链管理工业工程模型在供应链管理中也有广泛应用。
通过模拟和优化供应链中的物料流动和信息流动，可以减少库存、降低物料损耗并提高响应速度。
模型可以用于预测需求量、优化供应网络和制定库存策略。
3.3 人力资源管理工业工程模型还可以应用于人力资源管理领域。
通过模拟和优化员工的工作流程，可以提高生产效率、降低员工疲劳并提高员工满意度。
模型可以用于预测员工需求、制定排班计划和优化工作流程。
4. 工业工程模型的挑战与前景4.1 数据获取和处理建立工业工程模型的关键是数据的获取和处理。
数据的可用性、准确性和及时性对模型的建立和应用有重要影响。
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制造系统建模与仿真在工业工程中的应用摘要：建模与仿真技术是21世纪信息技术和制造技术结合的桥梁，是使企业产生最大经济效益的核心技术，也是21世纪制造业的一项关键支撑技术。
本文阐述了仿真技术在制造业的地位和作用，总结建模与仿真技术的特点，给出了制造业建模与仿真技术的方展方向。
关键词：制造系统建模仿真仿真应用系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术1制造业建模与仿真技术的地位制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是国家综合国力的重要体现；21世纪的制造业仍然是国家经济和国防建设的命脉，也是国家经济实现快速增长的重要因素。
制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。
现代制造的基本特点是大制造和全过程。
“大制造”应包括光机电产品的制造、工业流程制造、材料制备等，它是一种广义制造概念。
“全过程”，不仅包括从毛坯到成品的加工制造过程，还包括产品的市场信息分析，产品决策，产品的设计、加工和制造过程，产品的销售和售后服务，报废产品的处理和回收，以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。
由于国内外市场竞争的加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，先后出现了柔性制造，计算机集成制造、并行工程、虚拟制造、敏捷制造、网络化制造、现代集成制造、下一代制造、综合制造等新的先进制造理念和哲理。
但是，从整体来看，制造业的发展离不开先进的信息与知识技术、全面的建模与仿真技术、精密的工艺与装备技术和高效的企业集成技术共四大关键技术。
建模与仿真作为一种重要手段，通常可以渗透到先进制造当中去，并帮助先进制造实现集成，从而促进一些先进制造技术的发展。
建模与仿真（M＆S）技术在改进产品和过程，缩短市场响应时间，以及降低产品实现的成本方面，具有其它技术无法比拟的重要作用。
2制造业建模与仿真技术的作用当今的制造系统是集现代机械制造、计算机科学和管理工程于一体的综合应用，由于它技术复杂、投资巨大，采用建造实体系统进行研究显然是不合理的。
所以在制造系统的设计阶段，通过仿真可以选择系统的最佳结构和配置方案，以保证系统既能完成预定的设计要求又能获得很好的经济性、柔性和可靠性，又能有效防止较大的经济损失；在制造过程阶段，通过仿真可以预测系统在不同调度下的性能，以确定合理的、高效的作业计划，找出系统的“瓶颈”环节，从而能充分发挥制造系统的生产能力，提高经济效益。
在仿真中，建模是关键。
模型是进行仿真的基础，仿真是模型在计算机上的运行。
基于这种原因，我们在分析产品制造中所涉及的模型，以模型分类为基础描述仿真的内容。
就产品制造中所涉及的模型大致可分为三类：产品模型、制造系统模型和开发(包括设计、制造和测试)过程模型。
它们之间的关系是：产品模型是所有活动的目的和中心，制造系统模型则是产品开发受到的各种约束，开发模型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。
当今，产品模型已从二维工程图到三维实体几何造型。
针对三维产品集成定义模型，人们可以对产品进行物理性能、可制造性、可装配性等方面的仿真。
通过引入并行工程，使得产品自设计开始就涉及到产品的概念设计到消亡整个产品生命周期里的所有因素，包括质量、成本、作业调度和用户需求。
开发过程的仿真已从起初的加工对象在加工过程的仿真转移到对整个制造过程的建模和仿真，仿真内容包括控制策略、库存水平、负载能力等。
随着并行工程的应用，使得人们将注意力从单纯的制造过程转移到设计过程方面来，更加注重设计过程和制造过程的一体化。
仿真技术的应用正是以这三类模型为中心展开的。
以产品模型为中心的仿真包括：产品的静态、动态性能分析；产品的可制造性和可装配性分析。
以制造系统模型为中心的仿真包括：对于复杂制造装备的仿真；对于复杂制造系统的仿真。
以开发过程模型为中心的仿真包括：设计过程的仿真和制造过程的仿真。
以上三个方面的仿真是相互联系、相互影响的，有时在内容上也会交替重叠。
通过系统的建模与仿真，实现信息共享，借助于现代计算机网络技术和CAD、CAM、STEP、MRPII等计算机辅助设计、制造及管理软件系统，可高效率地在一个制造企业的设计、工艺、供销和管理部门之间，在各车间以及各生产设备之间，在集团内的各企业之间乃至企业与用户之间充分地、及时地沟通各类信息，并在此基础上保证企业系统内各环节、各部门的高度协调，以确保企业实现最优整体效益。
缩短研发时间和成本是建模与仿真技术给制造业带来的最直接的效果。
建模与仿真技术能通过现有的知识对产品实现过程作出可靠的预测，大大促进了产品设计、过程设计、过程运行，甚至企业管理水平的提高。
摆脱了以往设计－物理试验－修改的产品开发过程，在产品设计阶段利用建模与仿真工具在虚拟环境下优化产品和过程设计，大大缩短产品开发周期，降低开发成本。
例如，在飞机工业中，美国的波音公司利用建模与仿真工具，完全利用三维建模技术进行设计的波音777喷气式客机，设计使用了数字化预装配和并行协同工程技术，无须建立物理样机模型，大大减少了设计更改和错误量，确保了产品质量，显著降低了成本，缩短了研发时间。
根据美国科学研究院工程技术委员会的测算,建模与仿真技术可提高产品质量5～15倍,增加材料出品率25%,降低工程技术成本13%～30%,降低人工成本5%～20%,提高投入设备利用率30%～60%,缩短产品设计和试制周期30%～60%等。
3制造技术的发展历程制造业(包括机械制造、电子制造、非金属制品制造、成衣制造以及各种型材制造等部类)是国民经济的支柱产业,其生产总值一般占各国国内生产总值的20%～55%。
在各国的企业生产力构成中,制造技术的作用一般占60%左右。
所以有的专家认为,世界上各个国家经济的竞争,主要是制造技术的竞争。
在工业发达国家,仿真技术在制造业中的应用已有20多年的历史。
1988年,美国对按产值排列的前500家企业进行调查表明,这些企业在生产的各个环节都应用了仿真技术。
1991年,英国工业界采用仿真技术,一年节约了3亿英镑。
日本几乎所有的制造业大公司不仅本公司生产中应用仿真技术,而且在为客户提供整套机械、电子装备时,也用仿真对所提供的系统进行评价。
新加坡仿真技术应用起步较晚,但自g0年代以来,短短的四五年间,就有14/的企业应用了仿真技术。
世界各国广泛应用仿真技术,取得了可观的经济效益。
我国在制造业中大力推广和应用仿真技术是十分必要的.随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化,这种竞争日趋激烈,各国政府都非常重视对制造业的研究。
为了改进以T(开发周期)、Q(产品质量)、C(开发成本)、S(售后服务)、E(环境污染程度)为主要衡量指标的产品及产品开发过程,美国在80年代末提出了包括系统总体技术、管理技术、设计制造一体化技术、制造工艺与装备技术、支撑技术五大技术群在内的先进制造技术的概念。
经过十余年的发展,五大技术群的内容到现在已大大丰富,其具体含义如下:●系统总体技术群:研究如柔性制造、计算机集成制造、敏捷制造、智能制造等先进制造技术的设计、规划、集成等总体技术。
●管理技术群:研究与制造企业的生产经营和组织管理相关的各种技术,如计算机辅助生产管理、物料需求计划/制造资源计划/企业资源计划、供应链管理、全面质量管理、准时制造、精良生产、企业经营过程重构等技术。
●设计制造一体化技术群:研究与产品设计、制造、直到检测等全过程相关的各种技术,如并行工程、计算机辅助设计/计算机辅助工程/计算机辅助制造、拟实制造、可靠性设计、智能优化设计、质量功能配置、数控技术、物料储运、自动控制、检测监控、以及质量保证等技术。
●制造工艺与装备技术群:研究与制造工艺及装备相关的各种技术,如材料生产工艺及装备(冶炼、轧钢等)、常规加工工艺及装备(铸造、锻造、焊接、热处理等)、少无切削加工工艺及装备、高速超高速加工工艺及装备、精密超精密与纳米加工工艺及装备、特种加工工艺及装备(激光、电子束等)。
●支撑技术群:这一技术群是以上技术群赖以生存并不断取得进步的相关技术,如标准化技术、计算机技术、软件工程、数据库技术、多媒体技术、网络通信技术、人工智能、虚拟现实技术、材料科学、人员教育和培训、人机工程学、环境科学等。
4仿真技术在制造业中的应用仿真就是对复杂的现实系统经过一定的抽象和简化,形成系统的模型,然后,在分析的基础上运行此模型,从而得到系统一系列的统计性能(广义而言,仿真可以分为物理仿真(即建立并运行系统的物理模型)和数学仿真(即建立并运行系统的数学模型)。
本文所涉及的主要是运用计算机进行的数学仿真。
这类仿真的基本步骤见图2l[〕。
按此步骤,生产管理者不仅可以了解生产系统的实际过程和状态,而且可以根据需要改变参数,多次重复仿真,达到优化生产系统的目的由于仿真是以系统的模型为对象的研究方法,而不干扰实际生产系统,且仿真可以利用计算机快速计算的能力,用极短的时间模拟实际生产中很长的生产周期,因此,仿真具有以下优点:①避免资金、人力、时间的浪费;②加快决策的周期。
③可以多次重复仿真,寻求优化的方案。
仿真技术在制造业中的应用,大致有以下几个方面：1评价生产系统的规划设计在新系统建立前,设计人员可以通过仿真,将系统的整体配置及运行过程呈现在设计者面前,通过仿真分析,找到设计存在的问题,寻求优化的设计方案,以减少投资风险。
2控制物料通过对物料库存的仿真,可以动态地掌握出库、入库情况,正确地掌握订货的时机与尺度。
3协调各工序的生产节奏多工序组成的生产加工系统,各工序生产节奏一般是不协调的,可通过对生产过程仿真找到生产“瓶颈”所在,调整设备,调配人力,使系统发挥最大潜力,达到协调高效生产。
4辅助生产调度生产调度者在下达生产调度计划前,对该计划进行仿真,可以预测生产运行结果,并根据调度者的目的修改计划,直到满意为止。
也就是说,仿真能帮助生产调度者选择一种较优的调度策略。
仿真技术在上述4方面的应用是最普遍的。
除此之外,还可以运用仿真技术对生产系统进行可靠性分析;对生产过程的资金进行分析与预测;对产品市场进行分析与预测等。
世界各国在制造业中应用仿真技术的经验表明,用仿真来评价新系统的规划设计,可使企业节约投资5%~10%。
在日常生产管理中运用仿真技术,可提高设备生产率10%~30%,可提高生产率30%,并可大大降低废品率。