數(shù)字化制造系統(tǒng)規(guī)劃和建模仿真課件

1、數(shù)字化制造系統(tǒng)的規(guī)劃與建模仿真目錄數(shù)字化制造系統(tǒng)概述數(shù)字化制造系統(tǒng)的規(guī)劃與仿真數(shù)字化制造系統(tǒng)的仿真建?；贏rena的制造系統(tǒng)建模仿真實例結束語參考文獻一、數(shù)字化制造系統(tǒng)概述1.1什么是數(shù)字化制造技術？數(shù)字化制造技術知識融合建模仿真優(yōu)化What數(shù)字化技術傳統(tǒng)制造技術數(shù)字化系統(tǒng)特點多層次性隨機性離散性混沌性1.2為什么要進行數(shù)字化制造？提高生產決策水平優(yōu)化資源結構和生產過程減少產品上市時間提高企業(yè)競爭力二、數(shù)字化制造系統(tǒng)的規(guī)劃與仿真2.1 數(shù)字化制造系統(tǒng)建模、規(guī)劃與仿真體系 數(shù)字化制造系統(tǒng)的規(guī)劃包括整個工廠、車間、生產單元(生產線)和設備/工位等層次； 系統(tǒng)的模型應該在功能結構上等價于真實的系統(tǒng)

2、,可以反映出內在關系和外在表現(xiàn),并且具有一致、穩(wěn)定和開放體系結構； 構建虛擬的數(shù)字化工廠環(huán)境,以期在實際工廠建設投產之前,就能對其性能進行系統(tǒng)和綜合評價優(yōu)化,數(shù)字化制造系統(tǒng)的規(guī)劃設計也存在一個不斷規(guī)劃、調試、優(yōu)化的過程； 數(shù)字化制造保證產品設計在制造階段的成功實施,是一個建模-規(guī)劃-仿真-優(yōu)化生產制造系統(tǒng)的過程。圖 數(shù)字化制造系統(tǒng)建模、規(guī)劃與仿真體系數(shù)字化制造系統(tǒng)規(guī)劃過程2.2數(shù)字化生產線的規(guī)劃 數(shù)字化生產系統(tǒng)規(guī)劃原則是:給定生產系統(tǒng)的生產綱領,合理地選擇構成生產系統(tǒng)的設備,優(yōu)化系統(tǒng)的各種參數(shù)(工位數(shù)、緩沖區(qū)容量等),把加工或裝配任務分配給各工位或設備以使之負荷平衡，對設備進行合理的布局,以使

3、得這一生產系統(tǒng)能夠滿足制定的生產率要求,并且生產系統(tǒng)的總成本盡可能小。數(shù)字化生產線的規(guī)劃設計一般可以分為以下四個步驟：(1)初步規(guī)劃 (2)詳細規(guī)劃 (3)建模仿真 (4)優(yōu)化評價2.3數(shù)字化工廠The vision of the digital factory數(shù)字化工廠的可視化Digital manufacturing links product development, production planning, and facility planning數(shù)字制造環(huán)節(jié)的產品開發(fā)、生產規(guī)劃和設施規(guī)劃三、數(shù)字化制造系統(tǒng)的仿真建模3.1面向對象的仿真建模方法 數(shù)字制造系統(tǒng)建模就是運用適當?shù)慕７椒?/p>

4、將數(shù)字制造全生命周期的各個對象、過程等抽象地表達出來,并通過研究其結構和特性,進行分析、綜合、優(yōu)化及仿真。數(shù)字制造系統(tǒng)是比較典型的離散事件動態(tài)系統(tǒng),具有規(guī)模龐大、結構復雜、功能綜合和因素眾多等特性?，F(xiàn)有的模型化方法主要采用數(shù)學模型,但數(shù)學模型的精確性與方法的有效性之間往往是矛盾的,所以僅僅依靠數(shù)學模型難以描述復雜的數(shù)字制造全生命周期。 在建立生產制造系統(tǒng)的仿真模型時,應該把傳統(tǒng)的著重于描述離散事件系統(tǒng)動態(tài)行為的建模方法和著重于模型的可擴充和可重用性的面向對象方法結合起來,分析生產系統(tǒng)各成員的組織層次、行為和交互作用,從結構、功能、信息和控制等角度,對其建立統(tǒng)一的面向對象的仿真模型。 面向對象的

5、仿真建模方法是通過對象描述系統(tǒng)功能、結構、信息和控制等方面的特征,通過描述生產制造系統(tǒng)的對象特征、對象行為及其之間的相互關系來進行系統(tǒng)建模,實現(xiàn)生產制造系統(tǒng)中的物流、信息流和控制策略的分離,全面反映制造系統(tǒng)隨機的動態(tài)過程和特性,這是進行離散制造系統(tǒng)建模的有力工具,有力支持生產制造系統(tǒng)的分析和設計。 與傳統(tǒng)制造技術相比,數(shù)字化制造技術的關鍵是建模與仿真技術。建模和仿真技術不僅僅是一種計算機輔助分析的支撐技術,也是企業(yè)從傳統(tǒng)制造向可預測制造轉變的一種新方法、新模式。3.2基于Arena軟件制造過程仿真運行機理： 首先創(chuàng)建一個Create模塊產生實體(Entity)；所要求的功能通過Assign模塊

6、及Process模塊進行設置；運行時，實體觸發(fā)Assign模塊和Process模塊后，自動滿足設置的條件，并按該設置條件進行加工加工完成后，通過Dispose模塊清除實體。對于商貿企業(yè)而言，向供應商訂貨會增加產品庫存，而收到客戶訂單向客戶交付產品后，庫存會減少，但兩者之間在時間和數(shù)量上都是不平衡的，從而導致了庫存的產生。假設某企業(yè)平均每個0.8小時就會收到一個客戶訂單來購買某商品，每個客戶訂貨的數(shù)量是不一樣的，據(jù)統(tǒng)計，有10%的客戶會訂購1件該商品，30%的顧客會訂購2件該商品，40%的顧客會訂購3件該商品，20%的顧客會訂購4件該商品。為滿足客戶的需求，該企業(yè)沒10天向供應商訂貨一次，每次訂

7、貨量為1000件。我們關心的問題是在接下來30天內的平均庫存水平。四、基于Arena的制造系統(tǒng)建模仿真實例4.1半導體制造系統(tǒng)4.2半導體晶圓制造Interbay物料運輸系統(tǒng)規(guī)劃、建模、仿真布局規(guī)劃，如何抉擇Layout Option(布局選擇）No. of Stockers（貨架數(shù)量）No. of OHVs（小車數(shù)量）Fig.2XYFig.30.7XYFig.40.6X1.05YSince Stocker quantities drive the overall cost of the (AMHS,Automated Manufacturing Hndling System,自動物料運輸系統(tǒng)

8、), any reduction in Stocker quantities directly impacts the overall cost of the AMHS in a big way. As it can he seen from Table, the cost reduction is significant when aggregated across the whole factory and providing layoutchange flexibility.4.3研究實例上述講的都是運輸設備（AGV,OHS,OHT),也可以用輸送設備（如各種輸送機）最后選擇脊椎式布局結

9、構Interbay動態(tài)重指派Interbay仿真模型（M20）Intrabay仿真模型及3D效果圖生產的報表結束語 現(xiàn)代制造系統(tǒng)規(guī)劃問題日趨復雜,在制造系統(tǒng)建立之前,必須進行充分的分析論證和合理的規(guī)劃設計。在虛擬制造環(huán)境下,應用面向對象仿真建模方法建立制造系統(tǒng)模型,利用仿真技術對制造系統(tǒng)的運行的性能進行分析與評價,為解決現(xiàn)代制造過程中復雜問題的提供了理想方法。在仿真技術的支持下,實時地并行地模擬出未來制造全過程,使工廠和車間的資源得到優(yōu)化配置,生產布局更合理,生產效率的最高。同時,對現(xiàn)有生產線的仿真建模,可以同步監(jiān)測生產狀況,對實際出現(xiàn)的生產問題(瓶頸等)做出及時調整。參考文獻1賈晨輝,任小中

10、,李云峰.數(shù)字化制造系統(tǒng)規(guī)劃與建模仿真研究J.組合機床與自動化加工技術,2009, 06-0030-05.2寧汝新,劉檢華,唐承統(tǒng).數(shù)字化制造中的建模和仿真技術J.機械工程學報,2006,42(7):132-137.3黃雪梅,趙明揚,陳書宏.數(shù)字化生產線離散制造過程仿真研究J.計算機工程與應用,2003, 39(4):33-35.4侯揚,范秀敏,嚴雋琪,等.基于仿真的制造系統(tǒng)對象建模及其應用.計算機集成制造系統(tǒng)-CIMS,2001,7(5):42-46.5李欣.物流系統(tǒng)建模與仿真-使用Arena軟件M.上海:上海人民出版社,2013.6孫寅斌.晶圓制造Interbay物料運輸系統(tǒng)智能調度技術研

11、究D,上海交通大學碩士論文.7賈晨輝等.離散制造系統(tǒng)規(guī)劃與仿真建模研究J. 計算機工程與應用, 2007，43(3).8Dima Nazzal et al.Survey of research in modeling conveyor-based automation material handling system in wafer fabs. Proceedings of the 2007 Winter Simulation Conference,IEEE.9 Devadas Pillai et al. Integration of 300mm Fab layouts and Materi

12、al Handling Automation. 1999 IEEE.10 G Chryssolouris ,et al. Digital manufacturing: history,perspectives, and outlook. Proc. IMechE Vol. 223 Part B: J. Engineering Manufacture.11 Engelbert Westkmper,et al. Digital manufacturing in the global era. Digital Enterprise Technology.12Scott Freedman. An ov

13、erview of fully integreted digital manufacturing technology. Proceedings of the 1999 Winter Simulation Conference.13 Robert G. Brown. Driving Digital Manufacturing into reality. Proceedings of the 2000 Winter Simulation Conference.14Chung-Hesien Kuo,Chien-Sheng Huang.Dispatching of overhead hoist vehicles in a fab intrabay using a multimission-oriented controller.Int Adv Manuf Technol(2006) 27:824-832.15 James T.