計(jì)算機(jī)建模與仿真EM-Plant Simulaiton學(xué)習(xí)文件

1、課程參考書目1 1、eM-PlanteM-Plant仿真技術(shù)教程，施於人仿真技術(shù)教程，施於人, ,鄧易元鄧易元, ,蔣維編著，蔣維編著，20092009年，科學(xué)出版社年，科學(xué)出版社2 2、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真、生產(chǎn)系統(tǒng)仿真eMeM-plant-plant simulationsimulation應(yīng)用教程，周金平編應(yīng)用教程，周金平編著，著，20112011年，電子工業(yè)出版社年，電子工業(yè)出版社3 3、ManufacturingManufacturing SimulationSimulation withwith PlantPlant SimulationSimulation andand SimTalkS

2、imTalk，SteffenSteffen BangsowBangsow，20102010，Springer Springer 目 錄1.1 仿真建模與eM-Plant1.2 eM-Plant的初步知識(shí) 1.3 SimTalk 1.4 eM-Plant仿真實(shí)例1.1 仿真建模與eM-Plant一、計(jì)算機(jī)仿真的定義 計(jì)算機(jī)仿真是指通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，演示所研究系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真是指通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，演示所研究系統(tǒng)的有關(guān)要素的變化，模擬真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行的狀況及時(shí)間變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)所的有關(guān)要素的變化，模擬真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行的狀況及時(shí)間變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)所要運(yùn)行的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。要運(yùn)行的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的

3、全過(guò)程。 計(jì)算機(jī)仿真包括系統(tǒng)、模型和計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)仿真包括系統(tǒng)、模型和計(jì)算機(jī)3 3要素。關(guān)系如下圖所示：要素。關(guān)系如下圖所示：模型模型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)建模關(guān)系建模關(guān)系仿真關(guān)系仿真關(guān)系 計(jì)算機(jī)仿真以系統(tǒng)論、信息技術(shù)和概率統(tǒng)計(jì)為理論基礎(chǔ)。三者交互計(jì)算機(jī)仿真以系統(tǒng)論、信息技術(shù)和概率統(tǒng)計(jì)為理論基礎(chǔ)。三者交互而成形成了計(jì)算機(jī)仿真。而成形成了計(jì)算機(jī)仿真。概率統(tǒng)計(jì)概率統(tǒng)計(jì)信息技術(shù)信息技術(shù)系統(tǒng)論系統(tǒng)論計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)仿真仿真1.1 仿真建模與eM-Plant二、計(jì)算機(jī)仿真的作用 通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，可以對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)在擬定工作條件下的性能進(jìn)行通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，可以對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)在擬定工作條件下的性能進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)期未來(lái)

4、發(fā)展并提出改進(jìn)方案，同時(shí)保證系統(tǒng)正常不分析和評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)期未來(lái)發(fā)展并提出改進(jìn)方案，同時(shí)保證系統(tǒng)正常不受干擾。受干擾。 通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真可以評(píng)價(jià)新系統(tǒng)的可行性和經(jīng)濟(jì)效益，從而幫助通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真可以評(píng)價(jià)新系統(tǒng)的可行性和經(jīng)濟(jì)效益，從而幫助人們選擇最優(yōu)或者較優(yōu)的裝備設(shè)計(jì)方案和保障方案。人們選擇最優(yōu)或者較優(yōu)的裝備設(shè)計(jì)方案和保障方案。 通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，可以對(duì)決策方案進(jìn)行多次運(yùn)行，按照既定目標(biāo)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，可以對(duì)決策方案進(jìn)行多次運(yùn)行，按照既定目標(biāo)函數(shù)對(duì)不同策略方案進(jìn)行比較，從中選擇最優(yōu)方案。函數(shù)對(duì)不同策略方案進(jìn)行比較，從中選擇最優(yōu)方案。 當(dāng)純粹數(shù)學(xué)模型難以提供分析結(jié)果或者數(shù)值解時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真是當(dāng)純粹數(shù)學(xué)模型難

5、以提供分析結(jié)果或者數(shù)值解時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真是解決問(wèn)題的較好方法。解決問(wèn)題的較好方法。1.1 仿真建模與eM-Plant三、EM-PLANT的發(fā)展歷史 年年 份份Em-Plant的發(fā)展過(guò)程的發(fā)展過(guò)程1986年年-1989年年德國(guó)弗勞恩霍夫斯圖加特研究所在麥金塔計(jì)算機(jī)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了一款面向?qū)ο?、支持層德?guó)弗勞恩霍夫斯圖加特研究所在麥金塔計(jì)算機(jī)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了一款面向?qū)ο?、支持層式結(jié)構(gòu)的仿真軟件式結(jié)構(gòu)的仿真軟件1990年年斯圖加特研究所創(chuàng)立了一個(gè)新的分支機(jī)構(gòu)斯圖加特研究所創(chuàng)立了一個(gè)新的分支機(jī)構(gòu)AIS1991年年AIS技術(shù)人員成立了技術(shù)人員成立了AESOP公司，在原有麥金字塔平臺(tái)仿真軟件的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出一套公司

6、，在原有麥金字塔平臺(tái)仿真軟件的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出一套用于制造計(jì)劃、仿真和優(yōu)化的軟件，命名為用于制造計(jì)劃、仿真和優(yōu)化的軟件，命名為SIMPLE+1997年年以色列以色列Tecnomatix軟件公司斥資約軟件公司斥資約910萬(wàn)元收購(gòu)了萬(wàn)元收購(gòu)了AESOP，并進(jìn)一步完善了，并進(jìn)一步完善了SIMPLE+1999年年SIMOLE+ 1.0發(fā)展至發(fā)展至SIMPLE+ 7.02000年年4月月SIMPLE+ 7.0更名為更名為eM-Plant 4.02000年年7月月推出推出eM-Plant 4.52003年年推出推出eM-Plant 7.02005年年推出推出eM-Plant 7.5。UGS公式收購(gòu)公式收購(gòu)T

7、ecnomatix，從而將，從而將eM-Plant納入其軟件產(chǎn)線納入其軟件產(chǎn)線2007年年西門子公司西門子公司購(gòu)并購(gòu)并UGS公司，并發(fā)布了公司，并發(fā)布了eM-Plant 8.1，同時(shí)將其更名為，同時(shí)將其更名為Tecnomatix Plant Simulation 8.12008年年發(fā)布發(fā)布Tecnomatix Plant Simulation 8.21.1 仿真建模與eM-Plant三、EM-PLANT的特點(diǎn) 支持層式支持層式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)所見(jiàn)即所得所見(jiàn)即所得的圖形工作的圖形工作環(huán)境環(huán)境模塊化和多層模塊化和多層次的建模單元次的建模單元面向?qū)ο蟮拿嫦驅(qū)ο蟮慕＿^(guò)程建模過(guò)程多種形式和類型多種形式和類型的

8、軟件接口的軟件接口 eM-Plant能夠很好的平衡軟件的易用性、靈活獨(dú)立性以及開(kāi)放性之能夠很好的平衡軟件的易用性、靈活獨(dú)立性以及開(kāi)放性之間的相互關(guān)系。間的相互關(guān)系。 eM-Plant為建模、仿真運(yùn)行和現(xiàn)實(shí)提供了一種完全面向?yàn)榻?、仿真運(yùn)行和現(xiàn)實(shí)提供了一種完全面向?qū)ο?、圖形化的集成工作環(huán)境。有如下特點(diǎn)。對(duì)象、圖形化的集成工作環(huán)境。有如下特點(diǎn)。支持多種支持多種語(yǔ)言語(yǔ)言HTML報(bào)告報(bào)告支持支持3D模型控制簡(jiǎn)單模型控制簡(jiǎn)單1.2 eM-Plant的初步知識(shí)一、EM-PLANT的對(duì)象的分類 用戶接口對(duì)象移動(dòng)對(duì)象物流對(duì)象信息流對(duì)象 物流對(duì)象是指物流對(duì)象是指具備改變移動(dòng)對(duì)象參具備改變移動(dòng)對(duì)象參數(shù)能力的對(duì)象。

9、比如數(shù)能力的對(duì)象。比如加工機(jī)床、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施加工機(jī)床、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施以及堆放區(qū)等。以及堆放區(qū)等。 信息流對(duì)象信息流對(duì)象是系統(tǒng)控制、傳是系統(tǒng)控制、傳遞以及手機(jī)信息遞以及手機(jī)信息對(duì)象，對(duì)象，eM-Plant中多數(shù)信息流對(duì)中多數(shù)信息流對(duì)象都是以表格的象都是以表格的形式出現(xiàn)。形式出現(xiàn)。 用戶接口對(duì)用戶接口對(duì)象是仿真模型的象是仿真模型的使用者與仿真模使用者與仿真模型溝通的手段，型溝通的手段，它既可以為使用它既可以為使用者提供系統(tǒng)仿真者提供系統(tǒng)仿真的相關(guān)信息，也的相關(guān)信息，也可以可以 使用者控制使用者控制仿真的工具。仿真的工具。 移動(dòng)對(duì)象是指物移動(dòng)對(duì)象是指物理位置不局于一處，可理位置不局于一處，可以發(fā)生移動(dòng)的對(duì)象，

10、比以發(fā)生移動(dòng)的對(duì)象，比如流水線中被加工的零如流水線中被加工的零件、運(yùn)輸零件的車輛和件、運(yùn)輸零件的車輛和托盤。托盤。1.2 eM-Plant的初步知識(shí)一、EM-PLANT的對(duì)象的分類 物流對(duì)象物流對(duì)象信息流對(duì)象信息流對(duì)象用戶接口用戶接口對(duì)象對(duì)象移動(dòng)對(duì)象移動(dòng)對(duì)象主動(dòng)型主動(dòng)型被動(dòng)型被動(dòng)型主動(dòng)型主動(dòng)型被動(dòng)型被動(dòng)型主動(dòng)型主動(dòng)型被動(dòng)型被動(dòng)型SourceDrainSingleProcParallelProcAssemblyDismantleStationLineSorterPlaceBufferBufferTurntableAngularConvetterTrackTwoLaneTrackStoreGene

11、ratorTriggerVariableShiftCalendarMethodTableFileCardFileStackFileTimeSequenceFileLinkFileInterfaceGaugeChartPlotter DialogReportTransporterEntityContainer1.2 eM-Plant的初步知識(shí)二、常用的EM-PLANT對(duì)象 1.2 eM-Plant的初步知識(shí)三、EVENTCONTROLLER絕對(duì)時(shí)間和相絕對(duì)時(shí)間和相對(duì)時(shí)間對(duì)時(shí)間跟蹤和控跟蹤和控制時(shí)間制時(shí)間觸發(fā)觸發(fā)reset事件，事件，重置仿真重置仿真出發(fā)仿真模型出發(fā)仿真模型初始化初始化(Init)

12、控控制時(shí)間制時(shí)間設(shè)置仿真開(kāi)始設(shè)置仿真開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間和結(jié)束時(shí)間1.2 eM-Plant的初步知識(shí)四、SOURCE1.2 eM-Plant的初步知識(shí)五、SINGLEPROCProcess time是指保持并處理是指保持并處理MU所使用的時(shí)間所使用的時(shí)間Set-up time是指物流對(duì)象在準(zhǔn)備處理是指物流對(duì)象在準(zhǔn)備處理MU所需要的時(shí)間所需要的時(shí)間Recovery time是指恢復(fù)時(shí)間是指恢復(fù)時(shí)間Cycle time是指第是指第2道門循環(huán)開(kāi)放的時(shí)間道門循環(huán)開(kāi)放的時(shí)間1.2 eM-Plant的初步知識(shí)六、DRAIN1.2 eM-Plant的初步知識(shí)七、METHOD&CONNECTOR按住按住Ctrl鍵，

13、可以畫無(wú)數(shù)鍵，可以畫無(wú)數(shù)條條Connector按住按住Shift鍵，鍵，Connector將產(chǎn)生直角轉(zhuǎn)折將產(chǎn)生直角轉(zhuǎn)折Connector1.3 SimTalk一、SIMTALK簡(jiǎn)介 在在eM-Plant中，中，SimTalk語(yǔ)言為用戶提供了控制仿真環(huán)節(jié)、定義語(yǔ)言為用戶提供了控制仿真環(huán)節(jié)、定義自定義功能的仿真程序語(yǔ)言。自定義功能的仿真程序語(yǔ)言。SimTalk語(yǔ)言以語(yǔ)言以Eiffel語(yǔ)言為基礎(chǔ)，同時(shí)語(yǔ)言為基礎(chǔ)，同時(shí)吸收了其他一些編程語(yǔ)言的特征，不斷發(fā)展壯大。吸收了其他一些編程語(yǔ)言的特征，不斷發(fā)展壯大。Eiffel語(yǔ)言是瑞士語(yǔ)言是瑞士理工大學(xué)的理工大學(xué)的Meyers教授教授1985年開(kāi)發(fā)的，是繼年開(kāi)

14、發(fā)的，是繼SmallTalk語(yǔ)言后第二種語(yǔ)言后第二種完全面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。完全面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。 在在eM-Plant中，中，SimTalk具有和其他程序語(yǔ)言（比如具有和其他程序語(yǔ)言（比如C語(yǔ)言）類語(yǔ)言）類似的設(shè)定方法，因此可以通過(guò)學(xué)習(xí)借鑒其他的程序語(yǔ)言了解程序編似的設(shè)定方法，因此可以通過(guò)學(xué)習(xí)借鑒其他的程序語(yǔ)言了解程序編制的基本思想和基本常識(shí)，從而熟練掌握和使用制的基本思想和基本常識(shí)，從而熟練掌握和使用SimTalk語(yǔ)言，為充語(yǔ)言，為充分發(fā)揮分發(fā)揮eM-Plan的功能打下基礎(chǔ)。的功能打下基礎(chǔ)。 采用采用SimTalk語(yǔ)言撰寫的程序被封裝在語(yǔ)言撰寫的程序被封裝在Method對(duì)象中，由物流對(duì)象

15、中，由物流對(duì)象或者其他對(duì)象或者其他Method對(duì)象加以調(diào)用，在某個(gè)時(shí)間發(fā)生時(shí)觸發(fā)該程序，對(duì)象加以調(diào)用，在某個(gè)時(shí)間發(fā)生時(shí)觸發(fā)該程序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該時(shí)間內(nèi)容的控制。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該時(shí)間內(nèi)容的控制。Method對(duì)象屬于信息流對(duì)象，和表對(duì)象屬于信息流對(duì)象，和表類型的信息流對(duì)象不同，類型的信息流對(duì)象不同，Method對(duì)象實(shí)現(xiàn)的是控制功能。對(duì)象實(shí)現(xiàn)的是控制功能。1.3 SimTalk二、常用SIMTALK的匿名指代符1.3 SimTalk三、SIMTALK的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型類型名稱類型名稱描描 述述整 型Integer表示范圍從-2147483648至2147483647的整數(shù)邏輯型Boolean表示邏

16、輯類型數(shù)據(jù)True或False對(duì)象型Object表示一個(gè)對(duì)象實(shí)數(shù)型Real表示實(shí)數(shù)，小數(shù)點(diǎn)以后精度可以達(dá)到15位 注：注：SimTalk提供的類型轉(zhuǎn)換函數(shù)：提供的類型轉(zhuǎn)換函數(shù)： 例如：例如：i:=Str_to_obj，返回值，返回值i是對(duì)象型。是對(duì)象型。1.3 SimTalk四、SIMTALK的運(yùn)算符數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)學(xué)運(yùn)算邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算關(guān)系關(guān)系運(yùn)算運(yùn)算賦值賦值運(yùn)算運(yùn)算等于（等于（=）、大于（）、大于（）、小于（）、小于（=）、小于等于（）、小于等于（=）、）、不等于（不等于（/=）eM-Plant使用使用“:=”進(jìn)行賦進(jìn)行賦值。如：值。如：i:=10;與與(and)、或（或（or）、）、非（非（not）加（加（+）、減（）、減（-）、）、乘（乘（）、除（）、除（/）、）、取整（取整（/）、）、模運(yùn)算（模運(yùn)算（）1.3 SimTalk五、SIMT