产线建模仿真时代已经来临——优化自动化生产线设计的必备工具

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产线建模仿真时代已经来临——优化自动化生产线设计的必备工具,第1张

仿真建模如果加以合理利用,

可以帮助制造企业识别和消除风险,

确保正常的生产运营,

使企业价值最大化并有助于获得成功。

仿 真可以成为整个项目的强大工具,使项目团队在设计阶段就能将生产线的诸多方面实现可视化。

要规划新生产线或改造现有生产线必须回答许多问题,包括:

旨在使生产线可视化并在开发之前将其变为现实的技术,现在比以往更容易获得。 可以通过电子方式查看3D PDF 或视频,许多软件程序已经可以直接与虚拟现实(VR)头套眼睛集成,使相关工作人员可以进入精确的交互式生产线布局。

这种可视化帮助每个人更有效地理解设计参数,并在最终设计上达成共识。例如采用增强现实(AR)技术的智能手机应用程序和耳机,可以将3D 模型投射到现有空间中,从而提供生产线的另一种视图。静态或动态建模,可以显示干涉和障碍物,并有助于在项目初始阶段避免这些问题。

在设计阶段,还可以以另外一种方式来利用可视化:在不同约束条件下,突出显示产品的移动动态。仿真使用户能够设置生产线的运行参数——机器和传送带速度、传送带长度、设备位置、控制行为,并查看系统在不同参数下的执行情况。动画仿真通常会发现生产线潜在的设计问题,这在查看生产线布局或电子表格时,通常难以或无法发现。

从最近的一个例子可以看出仿真的重要性,这个应用需要一次装满4 个纸箱,然后同时将全部4 个纸箱从机器中推出。虽然机器平均速度为100 箱/ 分钟,但机器实际瞬时输出为0 或200 箱/ 分钟。在机器卸料时,如果传送带运行速度不是平均速度的两倍,则纸箱在退出时会重新进入机器,从而阻止机器装入新的空纸箱。

从表面上来看,速度看起来是正确的,但实际运行时可能发现机器却被阻塞了。有了仿真模型,在设计阶段就可以识别出该问题,因此可以在安装前进行纠正。

如果想要理解产品在生产线上的实时交互,物理建模是一种非常有价值的工具。设计师可以看到产品在传送带上位移的模式,并随之调整传送带设计以保持对产品的控制。

以前,这可以通过有根据的猜测和计算机辅助设计(CAD)布局来完成。然而,在一些特殊应用中,例如面团在传送带上滚动的动态是很难预测或准确可视化的。物理建模对计算机硬件要求很高。可以创建目标模型。从较小的模型中吸取的经验可以应用于较大的模型。

即使是设计优良的生产线,机器停机也是不可避免的。无法确定的停机时间所带来的影响很难预测。制造商可能对建立缓冲犹豫不决,认为他们会隐藏问题或鼓励不积极的运营人员。根据机器设计的不同,有些缓冲区对性能的影响很小,会造成不必要的资本支出。仿真可以对场景进行建模并考虑正常运行工况,以确定缓冲区的最佳数量、位置和容量,从而改善生产线的性能并避免不必要的费用。

仿真能够提供帮助的另一个重要方面是控制生产线。在设计过程初期,可编程逻辑控制器(PLC)还没有就位,仿真模型允许设计团队考虑如何控制。这样在购买设备之前,就可以测试和优化光电以及其它传感器的放置。

使用仿真最关键的时刻,也许就是PLC 程序准备进行测试的时候。一些建模软件可以连接到PLC。该模型通过仿真传感器向PLC 发出信号,并响应PLC 信号到其仿真的电机上。控制工程师可以使用逼真的、可以响应的系统来调试控制,而不是手动跟踪代码或尝试使用人机界面(HMI)来可视化性能。在模型中,可以对传感器布置进行精确的微调。

HMI 程序可以使用该模型与PLC 一起进行测试,由于模型由PLC 控制,在HMI 中按下按钮,就会仿真实时生产场景。因此,使用仿真模型可以大大减少生产线调试的启动时间。

将仿真模型连接到PLC 的过程还有利于培训。新的PLC 或HMI 程序员可以在现场生产之前识别错误、测试新想法并在低风险环境中建立信心。生产线运行人员可以在安装之前学习如何运行生产线并学习新PLC 程序。

仿真还可以带来其它间接好处。获得生产线动态背景知识,建模程序员可以在设计过程初期提出问题,而以往这些问题通常是要在开发之后才会得到解决。满足进度要求是仿真带来的另一个好处。通常,生产线已经设计和安装,但由于各种限制条件,导致只能在PLC 程序完成之前启动和调试。

如果模型在进入工厂之前进行测试,则有助于更快地验证程序。不过,仿真也有其限制。只有在输入或假设足够好时,模型输出才足够好。仿真无法预测运行人员的不良习惯、不良材料或冷凝物积聚等因素。重新审视和调整模型,以确保其反映准确的应用条件和行为,这一点非常重要。

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与其它具体问题一样,为了方便研究而建立的数学模型,只是有其在信息系统的特性!

信息系统通常十分复杂,很难直接对它进行分析设计,人们经常借助模型来设计分析系统。模型是现实世界中的某些事物的一种抽象表示。抽象的含义是抽取事物的本质特性,忽略事物的其他次要因素。因此,模型既反映事物的原型,又不等于该原型。模型是理解、分析、开发或改造事物原型的一种常用手段。例如,建造大楼前常先做大楼的模型,以便在大楼动工前就能使人们对未来的大楼有一个十分清晰的感性认识,显然,大楼模型还可以用来改进大楼的设计方案。

在信息系统中,模型是开发过程中的一个不可缺少的工具。信息系统包括数据处理、事务管理和决策支持。实质上,信息系统可以看成是由一系列有序的模型构成的,这些有序模型通常为:功能模型、信息模型、数据模型、控制模型和决策模型,所谓有序是指这些模型上分别在系统的不同开发阶段、不同开发层次上建立的。

信息建模表示形式一般有数学公式、缩小的物理装置、图表文字说明,也可以是专用的形式化语言。模型建立的思路有两种:自顶向下、逐步求精和自底向上、综合集成。

总而言之,就是为了简化问题方便处理问题!把握问题的主要矛盾,忽略次要矛盾,呵呵,这样说有点大了哈!