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生产系统仿真软件,实现数字化工厂的利器!
数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节,数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/加强现实(VR/AR)等技术包含在其中。
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生产系统仿真简介
生产系统仿真关注在生产规划这一环节,生产规划环节通过利用虚拟仿真技术,可以对于工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划,并在仿真模型“预演”的基础之上,进行分析、评估、验证,迅速发现系统运行中存在的问题和有待改进之处,并及时进行调整与优化,减少后续生产执行环节对于实体系统的更改与返工次数,从而有效减低成本、缩短工期、提高效率。”
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生产系统仿真侧重于对生产线、工艺、物流等的仿真,在虚拟环境中对其进行优化。随着现代产品的复杂性增加,其工艺更加复杂,传统的流水线形式无法满足很多特定产品的生产过程,这就需要对产线的布局、工艺、物流进行设计,以避免出现效率及成本的浪费。
生产系统仿真主要包括以下内容:
① 生产线布局仿真
针对新工厂建设与现有车间改造,基于企业发展战略与前瞻性进行三维工厂模拟验证,减少未来车间调整带来的时间和成本浪费。
② 工艺仿真
真实反应加工过程中工件过切或欠切、刀具与夹具及机床的碰撞、干涉等情况,并对刀位轨迹和加工工艺进行优化处理的。
③ 物流仿真
通过物流仿真优化工艺、物流、设施布局、人员配置等规划方案,提升数字化车间规划科学性,避免过度投资。
④ 机器人仿真
基于三维空间,验证机器人工作可达性、空间干涉、效率效能、多机器人联合加工等,输出经过验证过的加工程序,提升工艺规划效率。
⑤ 人机工程仿真
通过仿真对关键工艺进行装配仿真分析、人机工程分析、装配过程运动学分析,最终可输出三维作业指导。
本文侧重于介绍生产系统仿真在产线布局、工艺过程仿真及生产物流仿真。
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生产系统仿真遵循的原则
① 产线布局
产线布局,即是按照厂房的空间情况,设置产线布局。产线布局应该解决生产加工区、缓存区、物料堆放区等作业单元,解决设备与设备之间的相对位置、通道的横向面积,同时解决物料搬运流程及运输方式。
产线布局就遵循以下原则:
符合工艺过程要求。即充分考虑每首工序的生产效率与时间定额,满足各工序的生产平衡,充分利用设备产能。
物流搬运时间短。在满足工艺的前提下,使得物流运输路径方便快捷,尽量避免物料交叉搬运与逆向流动,做到物流运输时间最短。
保持生产柔性。车间在制品暂存区、原料存放区、缓存区等作业单位适中,不宜过多、复杂,以免造成加工混乱和空间的严重浪费。
空间利用率高。生产区域及存储区域的空间设计都应该合理,最大限度的利用空间。
② 工艺过程仿真
工艺过程仿真,即是按照产品的加工工艺,在虚拟环境下重现产品的加工过程。工艺仿真主要解决工艺过程中的碰撞、干涉、运动路径、人员操作的宜人性等问题。
工艺过程需要遵循以下原则:
工艺过程无碰撞、干涉。主要通过模拟装配工艺过程,及时发现装配过程中存在的干涉、碰撞等问题,提升装配工艺过程的可操作性。
人机工程。主要考虑在工艺加工过程中,工人的视线范围不被遮挡,肢体可以达到要求位置,空间大小方便工人操作,承受的负荷及操作时间不易使工人疲劳,同时在危险环境中要有安全防护措施。
装配路径最优。主要考虑减少无效的零件移动、无效的人员运作,提升装配工艺效率。
③ 生产物流仿真
生产物流仿真,即是对物料的流动过程进行仿真,包括原材料、半成品、返修品、合格品、报废品等的流转过程进行仿真。主要解决在生产过程中物料的运输的经济性,时效性,流动路线优化,缩短搬运时间、减少路径干涉等问题。
生产流程仿真需要遵循以下原则:
优化空间利用率。即物料在流动过程中,就避免重复、冗余路线。降低库存,减少在制品数量。
生产系统能力平衡。即生产资源与人员等的合理匹配。
优化物流中的瓶颈环节与关键路径。
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生产系统仿真过程
生产系统仿真过程可以分为四个部分,前期准备、仿真规划、建模、仿真优化。在仿真规划阶段,需要明确仿真要解决的问题,搜集需要的资料;建模阶段则包括设备及流程的建模;仿真优化则是对整个生产系统进行调整优化。
图:生产系统仿真过程
生产系统的仿真是个复杂过程,不仅需要掌握仿真软件的操作技术,还需要对工厂的工艺、生产、流程等有相当的了解。生产系统仿真需要收集大量的资料,包括厂区布局图、设备清单与设备规格说明、生产线产品及零部件清单,零部件三维模型、厂区效果图、线边仓对应零部件或半成品数量、产品模型、工艺说明书、工艺布局图、工装夹具、工时定额、物料信息表,各工位上人员和设备的动作顺序、动作时间、动作路径信息等。
布局仿真的建模主要是厂区、厂房、生产线、物料等对象的3D 建模或模型处理,其要点在于模型的几何精度、精细度、数据量、纹理贴图效果等要符合预定要求。
物流仿真的建模则包括不同类型的设备与生产资源的实现逻辑建模;生产线流程的时序逻辑建模等;工艺过程建模是在布局模型基础上,依据工位操作内容建立人员和设备的运动模型(运动路径与速度等)、工位上运动时序模型等。
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生产系统仿真软件简介
对于这一类进行生产系统仿真的软件尚无明确的定义,名称也不统一,有些称为生产系统建模与仿真软件,有些则称为生产系统规划与仿真软件,有些又称为生产仿真软件,还有称为数字化工厂仿真软件的,本文参考周金平于2011年所著的《生产系统仿真》一书,暂称相关软件为生产系统仿真软件。
维基百科中则将这一类软件称为离散事件仿真(Discrete event simulation)软件。
目前相关软件数量较多,小编整理了以下软件名单:
软件 | 厂商 | 特点 | 应用领域 |
---|---|---|---|
Flexsim | 美国FlexSim | 基于面向对象技术建模,建模高度过程快捷简便,仿真速度快,突出的3D图形显示,扩展性好,开放的接口 | 汽车工业、食品、化学工业 、造纸、电子、银行和财务 、航空、政府、工程、运输等 |
Plant Simulation | 德国Siemens PLM Software | 交互式建模仿真界面,模型层次化的结构,具有面向对象的继承性,具有丰富的分布函数,多种形式的接口 | 项目规划、物流仿真和优化制造厂、生产系统和工艺过程 |
Delmia/Quest | 法国达索 | 交互式面向对象建模环境,提供了智能化的物流处理系统模板,直接模仿实际系统的行为,预置了实际系统的控制逻辑,内置SCL仿真控制语言,可通过Quest Express 与MES、ERP或生产高度系统连接,3D动画显示,并以直方图、饼状图等方式显示统计结果 | 生产、物流 |
Witness | 英国Lanner Group Ltd. | 交互式面向对象的建模环境,灵活的执行策略,丰富的模型单元,工程友好性强,实时的彩色动画显示,灵活的输入/输出方式 | 汽车制造、港口物流、钢铁制造、电子制造、空港规划设计等行业 |
ShowFlow | 英国Simaron Pardaz | 提供建模、仿真、动画和统计分析工具。确定瓶颈位置,估测提前期和报告资源利用率。ShowFlow还可以被用来支持投资决定,校验制造系统设计的合理性,通过对不同的制造策略进行仿真实验来找出最优解。 | 制造业和物流业 |
Stream | 日本三井造船 | 不仅可以当作物流生产线的仿真器使用,而且在单一个机械设备的仿真方面也可以用来变通使用,机器人仿真器很齐备;其开发基础是Sil-Tools ,在扩展性和技术支持方面令人担忧。 | 生产线、物流、机器人 |
Automod | 德国Applied Materials | 采用内置的模板技术,模型精度高,具有强大的统计分析工具,3D图形显示,可生成高质量的AVI格式动画文件,兼容性好 | 钢铁与铝材、航空航天包裹与信件处理 、汽车仓储与配送、制造机场/行李处理、运输 半导体、物流等 |
RaLC(乐龙) | 日本人工智能株式会社 | 它是面向对象的,对象事物全部以按钮的形式摆放在工具栏上,而且可以对对象物体的配置来进行设计。以3D动画为载体,对智能作业人员、搬运设备、货物、控制系统、数据信息等多个物流系统元素进行仿真抽象和设置,快速构建三维动画计算机系统仿真验证模型。 | 物流、工业工程和制造业 |
ProModel | 美国ProModel | proModel专注于以下问题:资源利用率、系统容量、流程改进、吞吐量和瓶颈分析、供应链和物流、客户服务水平,通过建模制造,物流或服务系统的重要元素,领导者可以尝试不同的运营策略和设计,以实现组织的最佳绩效。ProModel易于使用、界面直观,使用逼真的动画显示、各种分析报表以及优化功能,帮助用户更快地找到最佳的运作方案。 | 生产、物流 |
Arena | 美国Rockwell Automation | 通用交互集成式仿真环境,可视化柔性建模,提供专门的输入/输出分析器,优化决策工具Opt Quest ,多种形式和类型的外部接口 | 制造业、物流及供应链、服务、医疗、军事、日常生产作业、各类资源的配置、业务过程的规划、系统性能评价、风险预测 |
Simul8 | 美国SIMUL8 | 操作简单,通用性和可视性强,易于使用的“拖拉式”建模功能,仿真速度快,全面的“结果管理器”,多种形式和类型的软件接口 | 制造、物流、医疗、教育、咨询等 |
DEMO3D | 英国Emulate3D | Demo3D 是唯一将摩擦力、重力、阻力、惯性等物理特性引入到自动化设备仿真的平台。支持自动化设备形态和功能更丰富。支持敏捷设计/验证/展示的设计模式,可以将满意的三维设计模型直接生成包括 AutoCAD 2D/3D 的设计图。Demo3D 包含众多物流模块。 | 交通系统设计、供应链优化、仓库优化、分销需求规划的优化、事件物流与规划、库存管理、机场行李管理与安全 |
Supply chain guru | 美国LLamasoft智模公司 | 允许用户输入或导入供应链网络信息,并使用人工智能和嵌入的知识库,用以自动建立强大的离散事件仿真和网络优化模型。用户可以测定改变供应链结构或策略所带来的影响,优化模型以选择改进的供应源关联,仿真多个供应链设计方案以评估服务和费用之间的折中,预测库存投资、运输费用以及生产情况,为企业提供预算功能。 | 医药、烟草、钢铁、电商、汽配、邮政 |
Classwarehouse | 英国Cirrus Logistics | 通过在虚拟的计算机环境来进行设计、改进和测试复杂的仓库解决方案。它还能帮助公司评估产品的产量、人员的组织以及设备情况,来量化成本、效率以及服务水平。 | 供应链战略规划仿真 |
ExtendSim | 美国 Imagine That Inc 公司 | 模块化建模,可重复使用的建模模块,交互性好,可扩展性好,连接性好,第三方开发支持 | 仓库物流仿真 |
AVEVA E3D | 英国AVEVA | AVEVA Everything3D 引进了移动计算、云计算和激光扫描等最新技术创新,在工厂项目实施中采用精益方法。 | 海事、工厂、建筑和基础设施 |
欧特克Revit | 美国欧特克 | 支持多领域协作设计流程,构建建筑构件模型,分析和模拟系统及结构,以及迭代设计,支持设计、互操作性、协作、可视化。 | 适用于建筑设计、MEP 工程、结构工程和施工领域 |
VisualComponents | 芬兰Visual Components | 软件集三大功能于一个平台:离散物流仿真模拟,机器人离线编程,PLC 虚拟调试。可实时采集仿真数据生成数据图表。适合工业自动化设备制造厂商和其他设备制造商。 | 离散事件模拟仿真、机器人离线编程、虚拟调试、人机协作仿真 |
Bentley PlantWise | 美国Bentley | 主要致力于为建筑师、工程师、地理信息专家、施工人员和业主运营商提供促进基础设施发展的综合软件解决方案。在工业领域具有多专业工厂设计和分析解决方案。 | 建筑设施、通讯、离散制造、电力及燃气公用事业、政府、测绘和勘测、采矿、石油天然气、发电、流程制造、轨道交通、公路和高速公路、给排水等 |
以上就是100唯尔(100vr.com)小编为您介绍的关于数字化工厂的知识技巧了,学习以上的生产系统仿真软件,实现数字化工厂的利器!知识,对于数字化工厂的帮助都是非常大的,这也是新手学习机电专业所需要注意的地方。如果使用100唯尔还有什么问题可以点击右侧人工服务,我们会有专业的人士来为您解答。
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