基于虚拟仿真的制造生产线设计研究

摘要

随着数字化技术的迅猛发展,虚拟仿真技术已经在各个领域被广泛应用,特别是在制造行业中极为重要的设计环节,已经被公认为是一种不可或缺的手段。传统模式运行过程中,产品的开发和系统的试运行,都会耗费大量的人力、物力,直接导致产品成本增加,缩减企业竞争力。虚拟仿真技术的引入恰恰能弥补这些不足,这也正是其被迅速接受的重要原因之一,而且随着计算机技术的发展和普及,这项技术所应用的领域正在逐渐扩大。一个完整的制造系统通常是离散的动态系统,这个系统中有些数据是可以在系统运行之前,便可获得的,例如生产计划中的物料、人员、计划产量等;但有些数据存在极大的随机性,例如:物料到达时间、设备故障率、设备维修时间等,该类数据能够准确的反映系统实时状态,正是由于该类数据的存在,才导致了所有系统中共存的矛盾问题,即确定的生产任务和最终的实际完成产量间的矛盾。根据已知的生产数据,借助虚拟技术对生产线进行建模和仿真,在方法得当的前提下,可以降低系统的不确定性,从而为生产系统的分析和优化提供依据,使得设计方案更加科学、合理。本文以某减速器生产系统为研究对象,对虚拟生产线的设计常规研究内容、体系结构、设计原则、仿真步骤,以及如何利用扩展随机高级判断Petri网(ESHLEP-N)建立离散事件系统模型,并完成其与Flexsim仿真模型的转换,进行了详尽的叙述;并利用Flexsim对生产环境进行了3D仿真研究,通过大量数据采集建立了流水生产线模型,完成了仿真设置、输出分析,利用统计学原理对生产线的产量进行了合理的估算,逐步发现并调整了生产瓶颈和生产中的不合理布局,从而帮助设计人员完善设计方案,帮助管理者制定出成功的管理决策。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 虚拟仿真

1.2.1 虚拟制造的概念

1.2.2 系统虚拟仿真技术

1.2.3 虚拟仿真工具软件

1.3 课题意义

1.4 论文结构

第二章 制造生产线的设计研究

2.1 生产线设计研究常规内容

2.2 虚拟生产线体系结构

2.3 虚拟生产线设计原则

2.4 虚拟生产线仿真步骤

2.5 虚拟生产线特征分析

第三章 离散事件动态系统仿真研究

3.1 离散事件动态系统(DEDS)

3.2 扩展随机高级判断PETRI 网(ESHLEP-N)

3.2.1 概述

3.2.2 ESHLEP-N 定义

3.3 离散事件仿真

第四章 离散事件动态系统的生产线建模研究

4.1 生产线简介

4.1.1 生产线设备数量

4.1.2 生产线布局及工序加工时间

4.2 制造生产线的ESHLEP-N 模型

4.3 本章小节

第五章 生产线的FLEXSIM 模型创建

5.1 ESHLEP-N 模型到FLEXSIM 模型的转换

5.2 FLEXSIM 模型的数据设置

5.2.1 Arrive Time(毛坯到达时间)

5.2.2 Setup time(零件装夹时间)

5.2.3 Process Time(零件工序加工时间)

5.2.4 MTBF(平均无故障时间)及MTTR(平均维修时间)

5.2.5 其他元件设置

5.2.6 布局参数

5.3 仿真次数估算

5.3.1 在既定仿真次数下的信赖区间估计

5.3.2 在既定信赖区间下的仿真次数确定

5.3.3 相关计算

5.4 本章小节

第六章 生产线性能评测及优化

6.1 箱体/上盖生产线年产量估算

6.2 箱体/上盖生产线设备状态分析

6.3 箱体/上盖生产线优化

6.3.1 一次优化——生产瓶颈处理

6.3.2 二次优化——设备利用率改进

6.3.3 三次优化——暂存区数量的重新确定

6.4 优化后年产量估算

6.5 其他零件生产线的优化改进

6.5.1 齿轮生产线状态评测及优化

6.5.2 两类端盖生产线状态评测及优化

6.5.3 输出轴生产线状态评测及优化

6.5.4 输入轴生产线状态评测及优化

6.6 生产系统最终布局

6.7 本章小节

第七章 结论和展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

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