工厂仿真助力数字化制造产业升级
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
况 • 使用图形与图表来分析产量、资源和瓶颈 • 全 面 的 分 析 工 具 ， 包 括 Automatic
BottleneckAnalyzer（自动瓶颈分析器）、Sankey 图 和甘特图 • 3D 可视化和动画 • 综合神经网络与多次实验处理 • 通过遗传算法对系统参数进行自动优化 • 开放式系统结构，支持多种界面和一体化功能 （ActiveX、CAD、Oracle、SQL、ODBC、XML 等） 开发
滩
车 工
涂装线
厂
总装线
Leabharlann Baidu
仿
分别建立了两条
真
总装线
项
冲压工序
仿 真总装线;
目
对车身进行形状
立体库
的 冲压;
沙滩车工厂物流仿真
沙滩车3D仿真模型
对各型号的车体生产数 量进行统计，分别对总 的JPH以及三种缓冲区、 出入库策略、AGV充电 策略等关键指标进行仿 真分析，验证提高每条 线的设备利用率等系统 优化因素。
高速42m/min （加减速时间2s） 低速24m/min · Buffer区采用分离式吊具形式考虑6车型共线 · 车型匹配暂定12:12:12:6:6:6 · 道岔切换时间2s
仿真验证内容
➢ 验证正常运行状态并考虑发生故 障情况下所需小车和雪橇数量；
➢ 验证BUFFER数量，现有方案的 6条是否满足使用；
➢ 验证空雪橇BUFFER数量是否满 足，暂定17个位置；
➢ 提供屏蔽Buffer区小车数量报告。
某汽车工厂车身EMS仿真
1. 在停机时间为15，小车使用数量为28的情况下，空Buffer的最大占用数量为15，随着小车数量的变化与停机 时间的变化，空Buffer的最大容量是不断变化的，最大占用量为21。
论
载具数量的分析以及立体库容量的分析，有效提高生产线效率，降低生产成本，为公司带来效益。
某汽车工厂车身EMS仿真
线 体 布 局
仿 真 模 型
某汽车工厂车身EMS仿真
模型初步输入
· 上件口节拍49s，下件口节拍51s
· 上下件开动率85% · 停机维修时间定义15分钟 · 所有转接机构所需时间33s · EMS速度：
工厂仿真软件功能与特征——Plant Simulation软件为例
• 设备利用率 • 机器的利用率 • 输出
• 缓存区大小 • AGV和运输设备等的数量 • 吊具的数量
增加 决策
• 输出时间 • 人力 • 仓储位置
• 计划的变化 • 控制策略 • 计划的错误 • 投资
提升系统收益!
减少
估计 优化 避免 保护
▪ 分析(Analysis vehicles) 分析影响生产系统行为的重要因素
决策参数
▪ 预测(Predictors)
用来预期可能发生的状况以规划未来发展
假设
系统仿真 模型
反馈
评价指标
仿真概述——分类
连续仿真 服从于物理学定律（电学、力学、热学）；其数学模型可表示为
传统意义上的微分方程或差分方程；其系统的状态变量随时间而发 生连续变化。（如温度水位的变化）
2. 在当前的输入仿真输入条件下，通过软件内嵌的多试验管理器核算，能达到最大产能的小车数量为26个，上 下件口的MTTR为18分钟，此时整条线的JPH为61.6，能够满足生产需求，同时也验证出在生产配比为12： 12：12：6：6：6的条件下，6条buffer是够用的。
系统建模
模型
仿真试验
仿真建模
仿真
仿真概述——本质
➢ 仿真为评估式模式(Evaluative Model)，而非求得最佳解模式(Optimal Model)
▪ 解说(Explanatory devices)
用来定义或诠释一个工厂生产系统流程行为
▪ 设计评估(Design assessors)
评估不同的建议性方案
性和逻辑
将真实系统中机 器人的参数、三 维数模等属性替 换给软件内的机
器人对象
3
工厂仿真软件功能与 特征
工厂仿真软件功能与特征——Plant Simulation软件为例
• 能够仿真复杂生产系统和控制策略 • 面向对象的工厂层次模型，包括业务、物流及生产工艺 • 专门的软件对象资源库，用于迅速、有效地仿真典型情
建的仿真模型拥有正确模拟真实系统运营的行为，然后对模型实验研究的结果进行验证、分析和 评估，并针对结果不断调整模型输入，从而达到对设计规划方案、物流方案等迭代优化的目标。
工厂仿真技术原理——以使用Plant Simulation软件为例
机器人仿真技术原理为例
在软件中将机器 人作为对象封装
封装内容包括工 厂机器人全部属
离散事件仿真 指系统的状态在一些离散时间点上由于某种事件的驱动而发生变
化。其数学模型很难用数学方程来表示。 二者区别 时间基、输入变量、状态变量、状态转移函数、状态空间
2
工厂仿真技术原理
工厂仿真技术原理——以使用Plant Simulation软件为例
工厂仿真---把工厂或车间内的实际生产、运输和仓储等系统建立在计算机虚拟环境中，使构
➢ 模型是对真实系统中那些有用的和令人感兴趣的特性 的抽象化。注意，系统模型并不是对真实系统的完全 复现。
➢ 为了分析与研究已经存在的或尚未建成的系统，首先 建立模型并使用计算机进行实验的过程就称为仿真。
➢ 系统是研究对象，模型是系统抽象，仿真则是通过对 模型的实验以达到研究系统的目的。
系统仿真关系图
沙滩车工厂物流仿真
仿真内容及成果
冲压工序
设计端验证工位节拍、工率，达到线体平衡
焊装工序 仿
真
工
涂装线
序
总装线
工艺线间的Buffer分析，得出最佳缓存容量 生产阶段测试产线瓶颈，达到产能拉动；
立体库
仿真验证虚拟仓库大小以及AGV数量，多次迭代算出最优方案；
结
该模型将沙滩车的生产流程清晰表达，且在仿真过程中经历了节拍损失的分析、焊装线与总装线
4
工厂仿真在数字化 智能制造领域的应用 （汽车行业举例）
沙滩车工厂物流仿真
仿真目标
针对整车四大工艺进行节拍验证，经过迭代计算帮助调整上层输送以及缓存区域等策略
立体库
冲压工序
焊装工序
涂装线
西 门 子 沙
焊装工序
包含下层的工艺 线 与上层的输送线 ;
立体库的层数可 进 行调节对产能 进行 分析；
喷涂红黑蓝白四 种 颜色车型;
工厂仿真助力数字化制造产业升级
1
仿真概述
2 工厂仿真技术原理 3 工厂仿真软件功能与特征
4 工厂仿真在数字化智能制造领域的应用
1
仿真概述
仿真概述——系统、模型及仿真三者之间的关系
➢ 系统是由相互作用和相互依赖中的若干组成部分结合 而成的、具有特定功能的有机整体，而且这个整体又 是它从属的更大的系统的组成部分。输入、处理、输 出是组成系统的三大要素。
BottleneckAnalyzer（自动瓶颈分析器）、Sankey 图 和甘特图 • 3D 可视化和动画 • 综合神经网络与多次实验处理 • 通过遗传算法对系统参数进行自动优化 • 开放式系统结构，支持多种界面和一体化功能 （ActiveX、CAD、Oracle、SQL、ODBC、XML 等） 开发
滩
车 工
涂装线
厂
总装线
Leabharlann Baidu
仿
分别建立了两条
真
总装线
项
冲压工序
仿 真总装线;
目
对车身进行形状
立体库
的 冲压;
沙滩车工厂物流仿真
沙滩车3D仿真模型
对各型号的车体生产数 量进行统计，分别对总 的JPH以及三种缓冲区、 出入库策略、AGV充电 策略等关键指标进行仿 真分析，验证提高每条 线的设备利用率等系统 优化因素。
高速42m/min （加减速时间2s） 低速24m/min · Buffer区采用分离式吊具形式考虑6车型共线 · 车型匹配暂定12:12:12:6:6:6 · 道岔切换时间2s
仿真验证内容
➢ 验证正常运行状态并考虑发生故 障情况下所需小车和雪橇数量；
➢ 验证BUFFER数量，现有方案的 6条是否满足使用；
➢ 验证空雪橇BUFFER数量是否满 足，暂定17个位置；
➢ 提供屏蔽Buffer区小车数量报告。
某汽车工厂车身EMS仿真
1. 在停机时间为15，小车使用数量为28的情况下，空Buffer的最大占用数量为15，随着小车数量的变化与停机 时间的变化，空Buffer的最大容量是不断变化的，最大占用量为21。
论
载具数量的分析以及立体库容量的分析，有效提高生产线效率，降低生产成本，为公司带来效益。
某汽车工厂车身EMS仿真
线 体 布 局
仿 真 模 型
某汽车工厂车身EMS仿真
模型初步输入
· 上件口节拍49s，下件口节拍51s
· 上下件开动率85% · 停机维修时间定义15分钟 · 所有转接机构所需时间33s · EMS速度：
工厂仿真软件功能与特征——Plant Simulation软件为例
• 设备利用率 • 机器的利用率 • 输出
• 缓存区大小 • AGV和运输设备等的数量 • 吊具的数量
增加 决策
• 输出时间 • 人力 • 仓储位置
• 计划的变化 • 控制策略 • 计划的错误 • 投资
提升系统收益!
减少
估计 优化 避免 保护
▪ 分析(Analysis vehicles) 分析影响生产系统行为的重要因素
决策参数
▪ 预测(Predictors)
用来预期可能发生的状况以规划未来发展
假设
系统仿真 模型
反馈
评价指标
仿真概述——分类
连续仿真 服从于物理学定律（电学、力学、热学）；其数学模型可表示为
传统意义上的微分方程或差分方程；其系统的状态变量随时间而发 生连续变化。（如温度水位的变化）
2. 在当前的输入仿真输入条件下，通过软件内嵌的多试验管理器核算，能达到最大产能的小车数量为26个，上 下件口的MTTR为18分钟，此时整条线的JPH为61.6，能够满足生产需求，同时也验证出在生产配比为12： 12：12：6：6：6的条件下，6条buffer是够用的。
系统建模
模型
仿真试验
仿真建模
仿真
仿真概述——本质
➢ 仿真为评估式模式(Evaluative Model)，而非求得最佳解模式(Optimal Model)
▪ 解说(Explanatory devices)
用来定义或诠释一个工厂生产系统流程行为
▪ 设计评估(Design assessors)
评估不同的建议性方案
性和逻辑
将真实系统中机 器人的参数、三 维数模等属性替 换给软件内的机
器人对象
3
工厂仿真软件功能与 特征
工厂仿真软件功能与特征——Plant Simulation软件为例
• 能够仿真复杂生产系统和控制策略 • 面向对象的工厂层次模型，包括业务、物流及生产工艺 • 专门的软件对象资源库，用于迅速、有效地仿真典型情
建的仿真模型拥有正确模拟真实系统运营的行为，然后对模型实验研究的结果进行验证、分析和 评估，并针对结果不断调整模型输入，从而达到对设计规划方案、物流方案等迭代优化的目标。
工厂仿真技术原理——以使用Plant Simulation软件为例
机器人仿真技术原理为例
在软件中将机器 人作为对象封装
封装内容包括工 厂机器人全部属
离散事件仿真 指系统的状态在一些离散时间点上由于某种事件的驱动而发生变
化。其数学模型很难用数学方程来表示。 二者区别 时间基、输入变量、状态变量、状态转移函数、状态空间
2
工厂仿真技术原理
工厂仿真技术原理——以使用Plant Simulation软件为例
工厂仿真---把工厂或车间内的实际生产、运输和仓储等系统建立在计算机虚拟环境中，使构
➢ 模型是对真实系统中那些有用的和令人感兴趣的特性 的抽象化。注意，系统模型并不是对真实系统的完全 复现。
➢ 为了分析与研究已经存在的或尚未建成的系统，首先 建立模型并使用计算机进行实验的过程就称为仿真。
➢ 系统是研究对象，模型是系统抽象，仿真则是通过对 模型的实验以达到研究系统的目的。
系统仿真关系图
沙滩车工厂物流仿真
仿真内容及成果
冲压工序
设计端验证工位节拍、工率，达到线体平衡
焊装工序 仿
真
工
涂装线
序
总装线
工艺线间的Buffer分析，得出最佳缓存容量 生产阶段测试产线瓶颈，达到产能拉动；
立体库
仿真验证虚拟仓库大小以及AGV数量，多次迭代算出最优方案；
结
该模型将沙滩车的生产流程清晰表达，且在仿真过程中经历了节拍损失的分析、焊装线与总装线
4
工厂仿真在数字化 智能制造领域的应用 （汽车行业举例）
沙滩车工厂物流仿真
仿真目标
针对整车四大工艺进行节拍验证，经过迭代计算帮助调整上层输送以及缓存区域等策略
立体库
冲压工序
焊装工序
涂装线
西 门 子 沙
焊装工序
包含下层的工艺 线 与上层的输送线 ;
立体库的层数可 进 行调节对产能 进行 分析；
喷涂红黑蓝白四 种 颜色车型;
工厂仿真助力数字化制造产业升级
1
仿真概述
2 工厂仿真技术原理 3 工厂仿真软件功能与特征
4 工厂仿真在数字化智能制造领域的应用
1
仿真概述
仿真概述——系统、模型及仿真三者之间的关系
➢ 系统是由相互作用和相互依赖中的若干组成部分结合 而成的、具有特定功能的有机整体，而且这个整体又 是它从属的更大的系统的组成部分。输入、处理、输 出是组成系统的三大要素。