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生產系統仿真軟件,實現數字化工廠的利器!
數字化工廠主要涉及產品設計、生產規劃與生產執行三大環節,數字化建模、虛擬仿真、虛擬現實/加強現實(VR/AR)等技術包含在其中。
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生產系統仿真簡介
生產系統仿真關注在生產規劃這一環節,生產規劃環節通過利用虛擬仿真技術,可以對于工廠的生產線布局、設備配置、生產制造工藝路徑、物流等進行預規劃,并在仿真模型“預演”的基礎之上,進行分析、評估、驗證,迅速發現系統運行中存在的問題和有待改進之處,并及時進行調整與優化,減少后續生產執行環節對于實體系統的更改與返工次數,從而有效減低成本、縮短工期、提高效率。”
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生產系統仿真側重于對生產線、工藝、物流等的仿真,在虛擬環境中對其進行優化。隨著現代產品的復雜性增加,其工藝更加復雜,傳統的流水線形式無法滿足很多特定產品的生產過程,這就需要對產線的布局、工藝、物流進行設計,以避免出現效率及成本的浪費。
生產系統仿真主要包括以下內容:
① 生產線布局仿真
針對新工廠建設與現有車間改造,基于企業發展戰略與前瞻性進行三維工廠模擬驗證,減少未來車間調整帶來的時間和成本浪費。
② 工藝仿真
真實反應加工過程中工件過切或欠切、刀具與夾具及機床的碰撞、干涉等情況,并對刀位軌跡和加工工藝進行優化處理的。
③ 物流仿真
通過物流仿真優化工藝、物流、設施布局、人員配置等規劃方案,提升數字化車間規劃科學性,避免過度投資。
④ 機器人仿真
基于三維空間,驗證機器人工作可達性、空間干涉、效率效能、多機器人聯合加工等,輸出經過驗證過的加工程序,提升工藝規劃效率。
⑤ 人機工程仿真
通過仿真對關鍵工藝進行裝配仿真分析、人機工程分析、裝配過程運動學分析,最終可輸出三維作業指導。
本文側重于介紹生產系統仿真在產線布局、工藝過程仿真及生產物流仿真。
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生產系統仿真遵循的原則
① 產線布局
產線布局,即是按照廠房的空間情況,設置產線布局。產線布局應該解決生產加工區、緩存區、物料堆放區等作業單元,解決設備與設備之間的相對位置、通道的橫向面積,同時解決物料搬運流程及運輸方式。
產線布局就遵循以下原則:
符合工藝過程要求。即充分考慮每首工序的生產效率與時間定額,滿足各工序的生產平衡,充分利用設備產能。
物流搬運時間短。在滿足工藝的前提下,使得物流運輸路徑方便快捷,盡量避免物料交叉搬運與逆向流動,做到物流運輸時間最短。
保持生產柔性。車間在制品暫存區、原料存放區、緩存區等作業單位適中,不宜過多、復雜,以免造成加工混亂和空間的嚴重浪費。
空間利用率高。生產區域及存儲區域的空間設計都應該合理,最大限度的利用空間。
② 工藝過程仿真
工藝過程仿真,即是按照產品的加工工藝,在虛擬環境下重現產品的加工過程。工藝仿真主要解決工藝過程中的碰撞、干涉、運動路徑、人員操作的宜人性等問題。
工藝過程需要遵循以下原則:
工藝過程無碰撞、干涉。主要通過模擬裝配工藝過程,及時發現裝配過程中存在的干涉、碰撞等問題,提升裝配工藝過程的可操作性。
人機工程。主要考慮在工藝加工過程中,工人的視線范圍不被遮擋,肢體可以達到要求位置,空間大小方便工人操作,承受的負荷及操作時間不易使工人疲勞,同時在危險環境中要有安全防護措施。
裝配路徑最優。主要考慮減少無效的零件移動、無效的人員運作,提升裝配工藝效率。
③ 生產物流仿真
生產物流仿真,即是對物料的流動過程進行仿真,包括原材料、半成品、返修品、合格品、報廢品等的流轉過程進行仿真。主要解決在生產過程中物料的運輸的經濟性,時效性,流動路線優化,縮短搬運時間、減少路徑干涉等問題。
生產流程仿真需要遵循以下原則:
優化空間利用率。即物料在流動過程中,就避免重復、冗余路線。降低庫存,減少在制品數量。
生產系統能力平衡。即生產資源與人員等的合理匹配。
優化物流中的瓶頸環節與關鍵路徑。
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生產系統仿真過程
生產系統仿真過程可以分為四個部分,前期準備、仿真規劃、建模、仿真優化。在仿真規劃階段,需要明確仿真要解決的問題,搜集需要的資料;建模階段則包括設備及流程的建模;仿真優化則是對整個生產系統進行調整優化。
圖:生產系統仿真過程
生產系統的仿真是個復雜過程,不僅需要掌握仿真軟件的操作技術,還需要對工廠的工藝、生產、流程等有相當的了解。生產系統仿真需要收集大量的資料,包括廠區布局圖、設備清單與設備規格說明、生產線產品及零部件清單,零部件三維模型、廠區效果圖、線邊倉對應零部件或半成品數量、產品模型、工藝說明書、工藝布局圖、工裝夾具、工時定額、物料信息表,各工位上人員和設備的動作順序、動作時間、動作路徑信息等。
布局仿真的建模主要是廠區、廠房、生產線、物料等對象的3D 建模或模型處理,其要點在于模型的幾何精度、精細度、數據量、紋理貼圖效果等要符合預定要求。
物流仿真的建模則包括不同類型的設備與生產資源的實現邏輯建模;生產線流程的時序邏輯建模等;工藝過程建模是在布局模型基礎上,依據工位操作內容建立人員和設備的運動模型(運動路徑與速度等)、工位上運動時序模型等。
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生產系統仿真軟件簡介
對于這一類進行生產系統仿真的軟件尚無明確的定義,名稱也不統一,有些稱為生產系統建模與仿真軟件,有些則稱為生產系統規劃與仿真軟件,有些又稱為生產仿真軟件,還有稱為數字化工廠仿真軟件的,本文參考周金平于2011年所著的《生產系統仿真》一書,暫稱相關軟件為生產系統仿真軟件。
維基百科中則將這一類軟件稱為離散事件仿真(Discrete event simulation)軟件。
目前相關軟件數量較多,小編整理了以下軟件名單:
軟件 | 廠商 | 特點 | 應用領域 |
---|---|---|---|
Flexsim | 美國FlexSim | 基于面向對象技術建模,建模高度過程快捷簡便,仿真速度快,突出的3D圖形顯示,擴展性好,開放的接口 | 汽車工業、食品、化學工業 、造紙、電子、銀行和財務 、航空、政府、工程、運輸等 |
Plant Simulation | 德國Siemens PLM Software | 交互式建模仿真界面,模型層次化的結構,具有面向對象的繼承性,具有豐富的分布函數,多種形式的接口 | 項目規劃、物流仿真和優化制造廠、生產系統和工藝過程 |
Delmia/Quest | 法國達索 | 交互式面向對象建模環境,提供了智能化的物流處理系統模板,直接模仿實際系統的行為,預置了實際系統的控制邏輯,內置SCL仿真控制語言,可通過Quest Express 與MES、ERP或生產高度系統連接,3D動畫顯示,并以直方圖、餅狀圖等方式顯示統計結果 | 生產、物流 |
Witness | 英國Lanner Group Ltd. | 交互式面向對象的建模環境,靈活的執行策略,豐富的模型單元,工程友好性強,實時的彩色動畫顯示,靈活的輸入/輸出方式 | 汽車制造、港口物流、鋼鐵制造、電子制造、空港規劃設計等行業 |
ShowFlow | 英國Simaron Pardaz | 提供建模、仿真、動畫和統計分析工具。確定瓶頸位置,估測提前期和報告資源利用率。ShowFlow還可以被用來支持投資決定,校驗制造系統設計的合理性,通過對不同的制造策略進行仿真實驗來找出最優解。 | 制造業和物流業 |
Stream | 日本三井造船 | 不僅可以當作物流生產線的仿真器使用,而且在單一個機械設備的仿真方面也可以用來變通使用,機器人仿真器很齊備;其開發基礎是Sil-Tools ,在擴展性和技術支持方面令人擔憂。 | 生產線、物流、機器人 |
Automod | 德國Applied Materials | 采用內置的模板技術,模型精度高,具有強大的統計分析工具,3D圖形顯示,可生成高質量的AVI格式動畫文件,兼容性好 | 鋼鐵與鋁材、航空航天包裹與信件處理 、汽車倉儲與配送、制造機場/行李處理、運輸 半導體、物流等 |
RaLC(樂龍) | 日本人工智能株式會社 | 它是面向對象的,對象事物全部以按鈕的形式擺放在工具欄上,而且可以對對象物體的配置來進行設計。以3D動畫為載體,對智能作業人員、搬運設備、貨物、控制系統、數據信息等多個物流系統元素進行仿真抽象和設置,快速構建三維動畫計算機系統仿真驗證模型。 | 物流、工業工程和制造業 |
ProModel | 美國ProModel | proModel專注于以下問題:資源利用率、系統容量、流程改進、吞吐量和瓶頸分析、供應鏈和物流、客戶服務水平,通過建模制造,物流或服務系統的重要元素,領導者可以嘗試不同的運營策略和設計,以實現組織的最佳績效。ProModel易于使用、界面直觀,使用逼真的動畫顯示、各種分析報表以及優化功能,幫助用戶更快地找到最佳的運作方案。 | 生產、物流 |
Arena | 美國Rockwell Automation | 通用交互集成式仿真環境,可視化柔性建模,提供專門的輸入/輸出分析器,優化決策工具Opt Quest ,多種形式和類型的外部接口 | 制造業、物流及供應鏈、服務、醫療、軍事、日常生產作業、各類資源的配置、業務過程的規劃、系統性能評價、風險預測 |
Simul8 | 美國SIMUL8 | 操作簡單,通用性和可視性強,易于使用的“拖拉式”建模功能,仿真速度快,全面的“結果管理器”,多種形式和類型的軟件接口 | 制造、物流、醫療、教育、咨詢等 |
DEMO3D | 英國Emulate3D | Demo3D 是唯一將摩擦力、重力、阻力、慣性等物理特性引入到自動化設備仿真的平臺。支持自動化設備形態和功能更豐富。支持敏捷設計/驗證/展示的設計模式,可以將滿意的三維設計模型直接生成包括 AutoCAD 2D/3D 的設計圖。Demo3D 包含眾多物流模塊。 | 交通系統設計、供應鏈優化、倉庫優化、分銷需求規劃的優化、事件物流與規劃、庫存管理、機場行李管理與安全 |
Supply chain guru | 美國LLamasoft智模公司 | 允許用戶輸入或導入供應鏈網絡信息,并使用人工智能和嵌入的知識庫,用以自動建立強大的離散事件仿真和網絡優化模型。用戶可以測定改變供應鏈結構或策略所帶來的影響,優化模型以選擇改進的供應源關聯,仿真多個供應鏈設計方案以評估服務和費用之間的折中,預測庫存投資、運輸費用以及生產情況,為企業提供預算功能。 | 醫藥、煙草、鋼鐵、電商、汽配、郵政 |
Classwarehouse | 英國Cirrus Logistics | 通過在虛擬的計算機環境來進行設計、改進和測試復雜的倉庫解決方案。它還能幫助公司評估產品的產量、人員的組織以及設備情況,來量化成本、效率以及服務水平。 | 供應鏈戰略規劃仿真 |
ExtendSim | 美國 Imagine That Inc 公司 | 模塊化建模,可重復使用的建模模塊,交互性好,可擴展性好,連接性好,第三方開發支持 | 倉庫物流仿真 |
AVEVA E3D | 英國AVEVA | AVEVA Everything3D 引進了移動計算、云計算和激光掃描等最新技術創新,在工廠項目實施中采用精益方法。 | 海事、工廠、建筑和基礎設施 |
歐特克Revit | 美國歐特克 | 支持多領域協作設計流程,構建建筑構件模型,分析和模擬系統及結構,以及迭代設計,支持設計、互操作性、協作、可視化。 | 適用于建筑設計、MEP 工程、結構工程和施工領域 |
VisualComponents | 芬蘭Visual Components | 軟件集三大功能于一個平臺:離散物流仿真模擬,機器人離線編程,PLC 虛擬調試。可實時采集仿真數據生成數據圖表。適合工業自動化設備制造廠商和其他設備制造商。 | 離散事件模擬仿真、機器人離線編程、虛擬調試、人機協作仿真 |
Bentley PlantWise | 美國Bentley | 主要致力于為建筑師、工程師、地理信息專家、施工人員和業主運營商提供促進基礎設施發展的綜合軟件解決方案。在工業領域具有多專業工廠設計和分析解決方案。 | 建筑設施、通訊、離散制造、電力及燃氣公用事業、政府、測繪和勘測、采礦、石油天然氣、發電、流程制造、軌道交通、公路和高速公路、給排水等 |
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關于數字化工廠的知識技巧了,學習以上的生產系統仿真軟件,實現數字化工廠的利器!知識,對于數字化工廠的幫助都是非常大的,這也是新手學習機電專業所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點擊右側人工服務,我們會有專業的人士來為您解答。
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