機械工程與自動化生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設計

課程設計說明書目錄1課程設計目的及要求 12課程設計內(nèi)容及步驟 22.1建立概念模型 22.1.1系統(tǒng)描述 22.1.2系統(tǒng)參數(shù) 22.1.3概念模型 22.2建立仿真模型 32.3仿真結果分析123課程設計總結與感想 13參考文獻 14課程設計說明書生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設計§1課程設計目的及要求§1.1課程設計目的：1.了解仿真的原理和步驟；2.學習Flexsim軟件的基本操作；3.根據(jù)示例完成生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真建模與分析；4.參考指導書中的某個實例（共有5個實例），2-3個同學為一組完成一個實例（見分組表），5.合作完成對某生產(chǎn)或服務系統(tǒng)的建模仿真及分析，并提出改建措施或建議§1.2課程設計要求：1.了解仿真的原理和仿真步驟；2.掌握Flexsim仿真軟件的操作；3.要求在指導教師的指導下進行；4.認真完成上述課程設計內(nèi)容；5.遵守實驗室的規(guī)章制度，注意各方面的安全；6.在整個課程設計的過程中，學會認真思考和分析問題的方式方法?！?課程設計內(nèi)容及步驟§2.1建立概念模型§2.1.1系統(tǒng)描述:某工廠加工三種類型產(chǎn)品，這三類產(chǎn)品分別從工廠其他車間到達該車間。這個車間有三臺機床，每臺機床可以加工一種特定的產(chǎn)品類型。一旦產(chǎn)品在相應的機床上完成加工，所有產(chǎn)品都必須送到一個公用的檢驗臺進行質量檢測。質量合格的產(chǎn)品就會被送到下一個車間。質量不合格的產(chǎn)品則必須送回相應的機床進行再加工.我們希望通過仿真實驗找到這個車間的瓶頸所在，以回答如下問題：檢測臺能否及時檢測加工好的產(chǎn)品，或者檢驗臺是否會空閑，緩存區(qū)的大小重要嗎？§2.1.2系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)品到達：平均每5秒到達一個產(chǎn)品，到達間隔時間服從指數(shù)分布產(chǎn)品加工：平均加工時間10產(chǎn)品檢測：固定時間4秒產(chǎn)品合格率：80％§2.1.3概念模型機臺1機臺1機臺2機臺31類產(chǎn)品2類產(chǎn)品3類產(chǎn)品檢驗臺80%合格產(chǎn)品20%不合格產(chǎn)品圖1.1（概念模型）§2.2建立仿真模型§2.2.1建立Flexsim模型打開Flexsim軟件，如圖1.2所示。圖1.2Flexsim軟件界面◎第一步：模型實體設計模型元素系統(tǒng)元素備注Flowitem產(chǎn)品不同實體類型代表不同類型的產(chǎn)品，分別標為1、2、3Processor機臺，檢驗臺進行不同的參數(shù)定義以表征不同的機臺和檢驗臺Queue暫存區(qū)兩個暫存區(qū)，分別表示待加工暫存區(qū)和待檢驗暫存區(qū)Source待加工產(chǎn)品庫產(chǎn)品的始發(fā)處，連續(xù)不斷的提供待加工產(chǎn)品Sink成品庫產(chǎn)品加工并通過檢驗后的最終去處◎第二步：在模型中生成一個實體從左邊的實體庫中拖出一個source（發(fā)生器），放到模型視窗中。生成實體后，實體會被賦予一個默認的名稱，例如source#，#為Flexsim軟件打開后生成的實體總數(shù)。在后續(xù)的編輯過程中，你可以重新命名模型中的實體。圖1.3（生成一個source對象）◎第三步：在模型中生成更多的實體從實體庫中拖出一個Queue實體放在Source實體的右側：這里，Queue實體相當于實際系統(tǒng)中的緩存區(qū)。再從庫中拖出3個Processor實體放在Queue實體的右側，如圖1.4所示。這里一個Processor實體相當于實際系統(tǒng)中的一臺加工機床。圖1.4生成其余的實體移動實體——要在模型中移動實體，用鼠標左鍵點擊該實體，并拖動至需要的位置。還可以通過右鍵店家并拖動鼠標來旋轉此實體。如圖1.5所示。圖1.5移動實體的方法變換視角——要改變觀察點，可用鼠標左鍵點擊視窗的任意空白區(qū)域，然后拖動鼠標。要旋轉模型視角，用右鍵點擊任意空白區(qū)并拖動鼠標。要放大或縮小視圖，用鼠標滾輪或同事按住鼠標左右鍵并拖動鼠標。如圖1.6所示。要還原視圖則點擊右鍵，選擇“Resetreview”。圖1.6變換視角的方法◎第四步：完成在模型中生成實體再拖出一個Queue、一個Processor和一個Sink實體放到模型中，如圖1.7所示。圖1.7完成實體生成◎第5步：端口連接這一步是根據(jù)流動實體的路徑來連接不同固定實體的端口。要將一個實體的輸出端口與另一個實體的輸入端口相連接，首先按住鍵盤上的“A”鍵，然后單擊第一個實體并按住鼠標左鍵，拖動鼠標到下一個實體處再松開。此時將會看到在你拖動時有一條黃色連線，而鼠標松開后，會出現(xiàn)一條黑色連接線。首先，將Source與第一個Queue連接；將這個Queue分別與每個Processor連接。再將這三個Processor分別與第二個Queue連接；將這個Queue與檢驗臺Processor連接。最后將檢驗臺Processor分別與Sink和之前的第一個Queue連接（因為有不合格產(chǎn)品的返回）；先連接Sink，再連接Queue。如圖1.8所示。圖1.8模型端口連接接下來需要改變每個實體的參數(shù)，使得模型運行與上述系統(tǒng)描述一致。我們將從Source開始，沿著流動實體的路徑到Sink。◎第6步：給發(fā)生器制定臨時實體的到達速率在這個模型中，我們有3種不同類型的產(chǎn)品，每類產(chǎn)品與一個實體類型相對應。每個流動實體將被隨機均勻的賦予1~3之間的任意整數(shù)值作為其類型值。這由Source的Exit觸發(fā)器來完成。雙擊Source打開它的參數(shù)視窗，如圖1.9所示。根據(jù)系統(tǒng)描述，這里，平均每5秒到達一個新產(chǎn)品，到達間隔時間隨指數(shù)分布。在Source間隔時間類型下選擇指數(shù)分布“Exponentialdistribution”，單擊到達時間間隔項目按鈕，此時將打開一個新視窗，對該項目下的選項進行了解釋，并允許你編輯該選項的參數(shù)。所有以棕色顯示的內(nèi)容都可以編輯。使用這個模板可以修改某個分布，甚至可以插入一個表達式。對于這個模型，將尺度參數(shù)從10改為5。對于指數(shù)分布，尺度參數(shù)就是均值。按確定按鈕返回參數(shù)視圖。圖1.9Source實體參數(shù)設置◎第7步：流動實體的類型和顏色接下來需要在流動實體進入系統(tǒng)時指定一個類型值。此類型值在1~3之間均有分布，也就是說，當前進入系統(tǒng)的這個產(chǎn)品是類型1、類型2或類型3的可能性是一樣的。最好的方法是在Source的Exit觸發(fā)器中改變實體類型和顏色。選擇Source的觸發(fā)器標簽。單擊OnExit觸發(fā)器的下拉菜單，如圖1.10所示，選擇“SetItemtypeandColor”選項。圖1.10OnExit觸發(fā)器下拉菜單再單擊模板按鈕，可看到如下信息，如圖1.11所示。圖1.11選項解釋、修改參數(shù)窗口duniform離散均勻分布于均勻分布相似，只是其返回值不是所給參數(shù)之間的任意實數(shù)，而是一個整數(shù)。到這里我們就完成了對Source的參數(shù)編輯，單擊確定按鈕就即以接收參數(shù)修改并關閉該視窗?！虻?步：設置暫存器容量對Queue的設置，需要設定兩項內(nèi)容。首先要設定其容量；其次，該暫存區(qū)應該將流動實體中多有類型1產(chǎn)品送至機器1，類型2送至機器2，類型3送至機器3。雙擊第一個Queue，就會出現(xiàn)其參數(shù)窗口，如圖1.12所示。將最大容量改為10000，使得這個Queue容量沒有限制。單擊“Apply”按鈕。圖1.12Queue容量設置◎第9步：Queue的路徑分配選擇Flow標簽來設置該暫存區(qū)的流動實體路徑。我們已經(jīng)將每個流動實體的類型定義為1、2、3，現(xiàn)在尅用其類型值來確定該實體通過的端口號。機器1應被連接至端口1，機器2應被連接至端口2，機器3應被連接至端口3。單擊Output部分的SendToPort下拉菜單，如圖1.13所示，選中“ByItemtype(direct)”選項。圖1.13SendToPort下拉菜單◎第10步：定義機床加工時間系統(tǒng)描述中規(guī)定機床加工時間服從指數(shù)分布，平均加工時間10秒。因此雙擊第一個Processor，出現(xiàn)其參數(shù)視窗，如圖1.14所示。在“ProcessTime”下拉菜單中，選擇“ExponentialDistribution”選項，再單擊模板，尺度參數(shù)值為10秒，不改變該默認值。依次定義另外兩個機器加工時間。圖1.14Processor加工時間定義◎第11步：設置第二個暫存區(qū)假設第二個暫存區(qū)和第一個暫存區(qū)一樣，具有無限容量，在“最大容量”欄輸入10000。◎第12步：設置檢驗臺測試時間雙擊該檢驗臺打開其參數(shù)視窗。在“ProcessTime”標簽中選擇固定時間，并將時間常數(shù)改為4。如圖1.15所示。圖1.15檢測臺時間設置◎第13步：設置檢驗臺的路徑分配現(xiàn)在需要設置該檢驗臺將不合格產(chǎn)品送回到模型前段，將合格產(chǎn)品送到Sink。在建立該實體的連接時，應該首先連接Sink，然后再連接第一個暫存區(qū)。這個順序使得檢測臺的第一個輸出端口連接到Sink，第二個輸出端口連接到暫存區(qū)。現(xiàn)在，我們將按照某個百分比來設置輸出端口。點擊該檢驗臺的Flow標簽，單擊Output部分的SendToPort下拉菜單，如圖1.16所示，選擇“ByPercentage(inputs)”選項。單擊模板，這將打開一個解釋所選路徑策略的窗口。為端口1輸入80%，為端口2輸入20%，也就是說，將80%的產(chǎn)品或者說制造合格的產(chǎn)品，從輸出端口1輸送到Sink；而將剩余20%的產(chǎn)品或者說不合格產(chǎn)品，從端口2送回第一個暫存區(qū)。圖1.16輸出端口策略設置如果我們想直接從視覺上區(qū)分合格產(chǎn)品和返工產(chǎn)品。點擊檢驗臺參數(shù)視窗中的ProcessTrigger標簽，選擇OnExit觸發(fā)器下拉菜單中的“SetColor”，如圖1.17所示。圖1.17OnExit觸發(fā)器下拉菜單單擊模板并輸入colorblack作為流動實體的顏色，如圖1.18所示。單擊確定關閉此窗口。圖1.18設置顏色選項參數(shù)修改窗口§2.22運行模型：◎第14步：編譯模型◎第15步：重置模型◎第16步：控制動畫速度◎第17步：運行仿真◎第17步：運行仿真現(xiàn)在模型開始運行如圖1.19所示，流動實體將從第一個暫存區(qū)開始移動，進入3個處理器中的一個，然后進入第二個暫存區(qū)，再進入檢驗臺，最后進入Sink，也有一些重新進入第一個暫存區(qū)。返回的實體將變成黑色。圖1.19運行中的模型§2.3仿真結果分析在描述系統(tǒng)這能夠我們提到希望能找出系統(tǒng)的瓶頸。有幾種途徑可以做到這點。第一種方法是，你可以從視覺上觀察每個暫存區(qū)的容量。如果有一個暫存區(qū)始終堆積者大量的產(chǎn)品。這就表明從該暫存區(qū)取貨的一臺或幾臺加工機床形成了系統(tǒng)的瓶頸。模型運行時，可以注意到第二個暫存區(qū)經(jīng)常堆積很多待加工的產(chǎn)品，而第二個暫存區(qū)的容量通常較少。圖如1.20所示.圖1.20不同暫存區(qū)中存放的產(chǎn)品數(shù)量不同另一種尋找瓶頸的方法是查看每個Processor的狀態(tài)統(tǒng)計值。如果上游的三臺機床總是處于繁忙狀態(tài)，而檢驗臺經(jīng)常空閑，那么瓶頸很可能就是那三臺加工機床。反之，如果檢驗臺總是很忙，而加工機床總是空閑，那么瓶頸可能是檢驗臺。運行模型至少50000秒，再停止運行，鼠標右鍵單擊第一臺加工機床并選擇Properties選項，打開其屬性視窗。選擇Statistics標簽下的State頁，將會出現(xiàn)一個餅圖，如圖1.21所示，這張圖顯示了該實體處于不同狀態(tài)的時間比例。圖1.21第一臺機床狀態(tài)統(tǒng)計圖現(xiàn)在右鍵單擊檢驗臺，打開其屬性窗口，檢驗臺的狀態(tài)餅圖如圖1.22所示。圖1.22檢驗臺狀態(tài)統(tǒng)計圖從圖中可以看出，檢驗臺工作的時間占總仿真時間的99.3%。通過這些狀態(tài)圖，我們可以很容易的發(fā)現(xiàn)檢驗臺是瓶頸所在，而不是那三臺加工機床。因此可以考慮添加一個檢驗臺來改善系統(tǒng)。思考：按照上面操作步驟，通過增加檢驗臺觀察系統(tǒng)性能的變化？§3課程設計總結與感想§3.1課程設計總結這次課程設計歷時2周，包括實驗前老師宣講階段，微機室仿真模擬實驗的進行，和設計報告的編寫三個部分構成。老師的宣講階段告訴了我們這次課程設計的大體思路，包括仿真的基本知識，專業(yè)術語，以及后面仿真的進行安排，人員的分組。這是課程設計的前提，是基本條件，通過老師的宣講，我知道了該課程設計的大體思路，為后面的設計報告做好了鋪墊。實驗的進行階段我和我小組的成員在賈老師的指導下完成并建立了一個系統(tǒng)仿真，通過該次系統(tǒng)仿真，我們大致了解了Flexsim軟件的基本運用，以及仿真對于工序研究的重要手法，為今后的工作打下了一個良好的基礎，為