基于em-plant和slp的拨叉生产车间设计与仿真分析

基于em-plant和slp的拨叉生产车间设计与仿真分析内容摘要：

（ Autonomous Intelligent Systems） 1991 年 AIS 中 的技术人员成立 了 AESOP （ Angewandte EDVSysteme fur Optimierung GmbH）公司，在原来的麦金塔计算机平台仿真软件的基础上，开发出一套用于制造业计划、仿真和优化的软件，命名为 SIMPLE++ 1997 年 以色列 Teomatix 软件公司斥资约 910万美元收购了 AESOP，并进一步完善 SIMPLE++ 1999 年 SIMPLE++ 发展至 SIMPLE++ 2020 年 4 月 SIMPLE++ 更名为 2020 年 7 月 推出 2020 年 推出 2020 年 推出。 UGS 公司收购 Teomatix，从而将 eMPlant 纳入其软件产品线 2020 年 西门子公司并购 UGS 公司，并发布了 同时将其更名为Teomatix Plant 2020 年 发布 Teomatix Plant 2020 年 发布最新版本 Teomatix Plant 基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 8 eMPlant 是第一款完全采用面向对象方法的仿真软件，它的演变过程如表21 所示。 eMplant 的特点 eMPlant 具有易用性，灵活独立性以及开放性的特点。 在易用性方面。 利用图形化建模、系统提供的应用模板对象以及基本建模对象，是用户能够快速地构建模型；在灵活独立性方面，利用内嵌入式的 SimTalk 程序员语言，使用户能够对模型细节进行细致的控 制，通过继承提高模型中对象和程序的重用性；在开放性方面， eMplant 支持从文本、各中类型的数据库以及 Excel 文件等多种渠道获取数据，支持调用 C 语言程序，能够和 AutoCAD 等设计类软件进行数据交换。 eMPlant 为建模、仿真运行和显示提供了一种完全面向对象的、图形化的、集成的工作环境。 eMPlant 的主要特点包括以下几个方面。 （ 1）所见即所得的图形工作 环境。 在使用传统仿真软件进行仿真建模时，必须严格的按照“建模 — 仿真 — 动画”的顺序进行。 在 eMPlant 中，建模、仿真和动画之间是相互独立的，三 者之间的关系如图 21 所示 图 21 eMPlant 系统中的建模、仿真和动画 （ 2）支持层式机构。 层式结构式人们认识和描述复杂系统最有效的方法。 eMPlant 支持一层式结构的形式建立模型，能够方便地件低一层次的结构“嵌入”高一层次结构中。 （三）面向对象的建模过程。 eMPlant 是一款面向对象是仿真软件，它具备面向对象方法的全部特征。 （四）模块化和多层次化的建模单元。 eMPlant 采用模块化、多层次的建模单元，从而实现建模易用性和灵活性的统一。 基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 9 （五）多种形式和类型的软件接口。 （六）支持多种 语言 （七） HTML 报告。 eMPlant 能够根据模型自动生成 HTML 格式的各类报告，生成的报告可以直接作为网页提供给外界访问。 （八）支持 3D。 在 eMPlant 中不仅可以建立 2D 仿真模型，还可以建立 3D仿真模型，或者将已经有的 2D 仿真模型转换为 3D 仿真模型，为仿真模型提供全三维的仿真视角。 （ 9）模型控制简单。 eMPlant 实现了时钟推进机制，只要通过设置模型的仿真策略的触发条件和执行操作， eMPlant 就能实现对仿真过程的控制。 另外，在仿真运行过程，也可以用 SimTalk 语言来改变设置。 eMPlant 功用 eMPlant 可以对各种规模的工厂和生产线，包括大规模的跨国企业，建模、仿真和优化生产系统，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链等。 车间布局个体对象建模 根据前面的工艺规程的分析，这个生产流水线需要以下几种设备：机床类、缓冲类、加工组类、多工件加工类、工件类、信息显示类。 机床类 车间调内的机床类设备我们可以视为工作站。 用 Material Flow 中的SingleProc 来建立模型。 工作站是生产线上最基本的实体单元，机床类的加工过程由以下 3 个部分构成：工件装载、加工及工件卸载（ ExtrP， Work， ExitP）。 在下图对话框内设定对象的属性：名称、加工时间、装载卸载时间、发生故障的概率以及维修的时间等。 其对象功能有其成员函数完成。 基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 10 图 22 机床类对象属性 缓冲类 用 Saterial Flow 中的 Buffer 来描述 Buffer 对象（该车间调度系统内的缓冲区均为实物缓冲区，假定无失效，除特别说明，都遵循先进先出原则）。 前面用工艺分析分析了缓冲区内工件的存储、进出情况， eMPlant 中主要规定缓冲区的容量和资源排列状态（ Accmulating，计数队列），如下图所示： 图 33 缓冲类 buffer 属性选项卡 注：① Capacity 用来设置 Buffer 的容量，其中 1 表示无穷多。 ② Buffer type 有“队列”和“堆栈”两种类型。 加工组类内的操作主要由人执行，人的因素至关重要。 加工过程用SingleProc 表示，添加 Workerplace 、 Workerpool 和 Broker基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 11 模拟人对工件的加工行为。 其参数设定参考机床类对象属性，设备时间只含加工时间，不考虑故障的概率，加工组区域内的搬运时间忽略不计。 图 34 SingleProc 请求服务选项卡 图 35 WorkPlace 属性选项卡 图 3 6 WorkPool 属性选项卡 基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 12 该类对象属于自动化加工设备，可同时加工多个工件，用 Material Flow 中的 ParallelProc 来建立模型，可同时加工数量由 Xdimension 和 Ydimension确定。 加工时间恒定（ Process time:=const），工件的加载、卸载时间极短，可忽略不计，其他工艺相关属性在集成建模时再加以定义。 图 37 多件加工类 ParallelProc 属性卡 这是模型必须有的，车间作业调度系统的所有工件都是由 Material Flow 中的 Source 来模拟的。 对于工件实体来说， eMPlant 可以定义其属性，如：名称、种类、数量以及加工的优先等级等。 本调度车间加工 2 类工件：拨叉 83100拨叉 831008。 开始加工前所需的原料（ source）为拨叉 831007 毛坯、拨叉 831008 毛坯。 MU 属性： .（实体属性）。 图 38 度车间加工资源 生产线和工作站都有正常的上下班时间和休息日。 ShiftCalendar 对象可以自动控制物流对象和资源对象按照时时间，开始工作或者停止工作。 在本调度车间，一周工作日五天制，每天八小时工作制，换班时间表如下： 上午班 早上 8:00—— 12： 00 下午班 下午 14： 00—— 18:00 基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 13 图 39 时间控制类 Shiftcalendar 属性卡 系统仿真的目的就是要得到运行结果，然后分析运行结果，从而使得系统得以改进优化。 用 Tool 工具来中的 SankeyDiagram 连用来分析查看模型中的 Mus 的流经路线和用线型的粗细分析流量的大小，利用瓶颈分析工具BottleneckAnalyzer 来查看车床的运行效率和车间加工堵塞情况，利用WorkerChart 可以显示一个工人池 WorkerPool 中工人的工作时间的分配情况。 图 3 10 SankeyDiagram 属性卡 基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 14 图 3. 11 瓶颈分析工具 BottleneckAnalyzer 属性卡 图 3 12 WorkerChart 属性卡 语言控制类 在 eMPlant 中， SimTalk 为用户提供控制仿真环节、定义自定义功能的仿真语言， SimTalk 语言具有和其他程序语言类似的设定方法，因此可以通过学习其他编程语言来了解程序编制的基本思想和基本常识 ，从而熟练掌握和使用SimTalk 语言，采用 SimTalk 语言编写的程序语言被封装在 Method 对象中，有物流对象或者其他 Method 对象加以调用，在某个时间发生时间触发该程序，从而实现对该对象内容的控制。 Method 对象属于信息流对象，和表类型的的信息流对象不同， Method 对象实现控制功能。 经常和 Method 对象配合使用的是Variable 对象， Variable 对象的作用是在模型中传递和保存变量的值。 基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 15 系统布置设计方法 （ SLP） 系统布置的说明 （ 1） 基本说明： 系统布置设计是一种久负盛名的经典方法。 这种方法 要建立一个相关图，表示各部门的密切程度。 相关图类似于车间之间的物流图。 相关图要用试算法进行调整，直到得到满意方案为止。 接下来就要根据建筑的容积来合理地安排各个部门。 为了便于对布置方案进行评价，系统布置设计也要对方案进行量化。 根据密切程度的不同赋予权重，然后试验不同的布置方案，最后选择得分最高的布置方案。 （ 2） 基本内容： 系统布置设计 (SLP) 是一种条理性很强、物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合、求得合理布置的技术 ,因此在布置设计领域获得极其广泛的运用。 国内在 80 年代以后引进了这一理论 ,收效非 常显著。 而计算机辅助设施布置方法利用计算机的强大功能 ,帮助人们解决设施布置的复杂任务 ,为生产系统的设施新建和重新布置提供强有力的支持和帮助 ,节省了大量人力和财力 ,尤其是对大型项目和频繁的重新布置。 （缪瑟）将系统工程概念和系统分析方法应用于工厂布置，由此形成了该方法。 自系统布置设计法诞生以来，设施规划设计人员不但把它应用于各种机械制造厂设计，而且还在探索系统布置设计在其他领域的应用前景。 作为设施规划设计的著名的设计方法，传统的系统布置设计 SLP 法将研究工程布置问题的依据和切人点，归纳为 P产品、 O产量、 R厂艺过程、 S辅助部门、 T时间 5 个基本要素。 采用 SLP 法进行企业总平面布置的首要工作是对各作业单位之间的相互关系作出分析，包括物流和非物流的相互关系，经过综合得到作业单位相互关系表，然后根据相互关系表中作业单位之间相互关系的密切程度，决定各作业单位之间距离的远近，安排各作业单位的位置，绘制作业单位位置相关图，将各作业单位实际占地面积与作业单位位置相关图结合起来，形成作业单位面积相关图；通过作业单位面积相关图的修正和调整得到数个可行的布置基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 16 方案；然后采用加权因素对各方案进行评价择优，并 对每个因素进行量化以得分最多的布置方案作为最佳布置方案。 系统布局设计程序步骤 SLP 的设计程序步骤如 图 212 所示，一般经过以下几个步骤： (1)准备原始资料。 在 SLP 设计开始时，首先必须明确给出基本要素 P、 Q、R、 S、 T 及作业单位等始资料，同时也需要对作业单位的划分情况进行分析，通过分解与合并，得到最佳的作业单位划分状况。 所有这些均作为系统布局设计的原始资料。 图 212 SLP 设计程序步骤图 (2)物流分析与作业单位相互关系分析。 对于某些以牛产流程为主的工厂，物料移动是工艺过程的主要部 分时，如一般的机械制造厂，物流分析是布局设计中最重要的方面；对某些辅助服务部门或某些物流量小的工厂来说，各作业单位之间的相互关系 (非物流关系 )对布局设计就显得更重要了。 介于上述两者之间的情况，则需要综合考虑作业单位之间物流与非物流相互关系。 物流分析的结果可以用物流强度等级及物流相关表来表示。 非物流的作业单位间的相互关系可以用基于 eMPlant 和 SLP 的拨叉生产车间设计与仿真分析 17 量化的关系密级及相互关系表来表示。 在需要综合考虑作业单位间物流与非物流的相互关系时，可以采用简单加权的方法将物流相关表及作业单位间相互关系表综合成综合相互关系表。 (3)绘制作业单位位置 相关图。 根据物流相关表与作业单位相互关系表，考虑每对作业单位间相互关系等级的高或低，决定两作业单位相对位置的远或近，得出各作业单位之间的相对位置关系，有些资料上也称之为拓扑关系。 这时并未考虑各作业单位具体的占地面积，从而得到的仪是作业单位相对位置，称为位置相关图。 (4)作业单位占地面积计算。 各作业单位所需占地面积与设备、人员、通道及辅助装置等有关，计算出的面积应与可用面积相适应。 (5)绘制作业单位面积相关图。 把各作业单位占地面积附加到。