混流裝配線AGV小車參數(shù)優(yōu)化(畢業(yè)設計)

1、本科畢業(yè)設計論文題目：混流裝配線搬運小車AGV參數(shù)優(yōu)化 院系 機電工程學院 專 業(yè) 工業(yè)工程 班 級 090211 姓 名 羅 皓 學 號 090211106 導 師 曹 巖 2021年6月12號本科畢業(yè)設計論文題目：混流裝配線AGV小車參數(shù)優(yōu)化姓 名： 羅 皓 學 號： 090211班 級; 090211 專 業(yè)：工業(yè)工程院 系：機電工程學院 導 師： 曹 巖2021年6月12號混流裝配線AGV小車參數(shù)優(yōu)化摘要AGV又名無人搬運車Automated Guided Vehicle，它是指裝備有電磁或光學等自動引導裝置，能夠沿規(guī)定的引導路徑行駛以完成作業(yè)的無人駕駛自動小車。它的出現(xiàn)為現(xiàn)代制造業(yè)以

2、及物流行業(yè)提供了高度柔性化和自動化的運輸方式。目前AGV小車廣泛應用在制造業(yè)、物流倉儲業(yè)、汽車和造紙等行業(yè)。一直以來，生產(chǎn)效率和企業(yè)利潤有著密不可分的關系，這就使得影響其效率之一的AGV小車參數(shù)得到人們的重視，根據(jù)企業(yè)這里指MTO型企業(yè)不定時的生產(chǎn)方案、物料清單等制定出相應的AGV參數(shù)，使得AGV得到最優(yōu)化應用，從而提高企業(yè)生產(chǎn)效率。本文介紹了MTO企業(yè)混流裝配線及AGV配送路線模型的建立，AGV配送小車的優(yōu)化，仿真試驗的設計，這里主要研究AGV參數(shù)優(yōu)化主要針對其數(shù)量及速度。關鍵詞：混流裝配線；AGV；仿真；參數(shù)優(yōu)化AGV car parameters optimization in mixe

3、d product assembly lineAbstractAutomatic Guided Vehicle AGV name(Automatic Guided Vehiele), Its equipped with an electromagnetic or optical devices, such as the unmanned automatic guided car that be able to travel along a predetermined path to complete the job. It provide a high degree of flexibilit

4、y and automationa in modern manufacturing and logistics industry.AGV vehicle is currently widely used in manufacturing, logistics, warehousing, automotive, paper and other industries. All along, productivity and corporate profits has a close relationship. This makes people get attention to the param

5、eters of AGV car. According to enterprise (refers to the MTO enterprises) are not regular production plan, BOM, etc. to develop appropriate AGV parameters. Making AGV get the most optimal application, Thereby increasing production efficiency.This article describes the MTO enterprise mixed assembly a

6、nd the mode of agv delivery route, optimize of AGV distribution trolley, Simulation design, Here the main research AGV parameter optimization(Mainly for its quantity and speed).Key Words: MPAL;AGV; Simulation; Parameter Optimization主要符號表MTO：Make to OrderMPAL: Mixed Product Assembly LineBOM: Bill of

7、MaterialC1:目前小車為2臺數(shù)量C2：小車的初始速度為0.1m/s速度DOE：Design of Experimental試驗設計Ki：產(chǎn)品數(shù)i= 1，2nm：裝配工站i：訂單：求和符號ti：i的節(jié)拍時間t撿ij，t卸ij，t作ij分別表示一次配送過程的揀貨時間t揀，卸貨時間t卸，搬運作業(yè)時間t作dij：小車裝載量決定目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358496677 中文摘要 HYPERLINK l _Toc358496678 英文摘要 HYPERLINK l _Toc358496679 主要符號表 PAGEREF _Toc358496679 h

8、 i HYPERLINK l _Toc358496680 1緒論 PAGEREF _Toc358496680 h 1 HYPERLINK l _Toc358496681 1.1綜述 PAGEREF _Toc358496681 h 1 HYPERLINK l _Toc358496682 小車概述 PAGEREF _Toc358496682 h 2 HYPERLINK l _Toc358496683 小車定義 PAGEREF _Toc358496683 h 2 HYPERLINK l _Toc358496684 小車開展簡史2 HYPERLINK l _Toc358496685 小車應用現(xiàn)狀3 H

9、YPERLINK l _Toc358496686 課題背景和研究意義4 HYPERLINK l _Toc358496687 課題背景4 HYPERLINK l _Toc358496688 研究意義4 HYPERLINK l _Toc358496689 本文主要研究內(nèi)容5 HYPERLINK l _Toc358496690 本章小結5 HYPERLINK l _Toc358496691 2 MTO混流裝配線模型的建立6 HYPERLINK l _Toc358496692 一般MTO企業(yè)混裝線概述6 HYPERLINK l _Toc358496693 仿真軟件介紹6 HYPERLINK l _To

10、c358496694 建模前期準備工作7 HYPERLINK l _Toc358496695 2.3.1 編輯動畫圖標8 HYPERLINK l _Toc358496696 構建模型根本框架9 HYPERLINK l _Toc358496697 去除原有模型對象11 HYPERLINK l _Toc358496698 生成生產(chǎn)方案表12 HYPERLINK l _Toc358496699 生成隨機訂單等數(shù)據(jù)12 HYPERLINK l _Toc358496700 建立物料中轉區(qū)13 HYPERLINK l _Toc358496701 2.5 裝配線及AGV配送路線建模15 HYPERLINK

11、l _Toc358496702 2.5.1 生成裝配線模型的通用方法16 HYPERLINK l _Toc358496703 生成裝配線模型的調(diào)用方法17 HYPERLINK l _Toc358496704 搬運小車AGV調(diào)度策略17 HYPERLINK l _Toc358496705 2.5.4 仿真模型的初始化19 本章小結.19 HYPERLINK l _Toc358496706 3 AGV配送小車的優(yōu)化20 HYPERLINK l _Toc358496707 搬運小車AGV參數(shù)優(yōu)化20 HYPERLINK l _Toc358496708 主要因素多水平配比試驗22 HYPERLINK

12、l _Toc358496709 仿真實例24 本章小結.25 HYPERLINK l _Toc358496710 4結論與展望26 HYPERLINK l _Toc358496711 結論26 HYPERLINK l _Toc358496712 展望26 HYPERLINK l _Toc358496713 致 謝27 HYPERLINK l _Toc358496714 參考文獻28 HYPERLINK l _Toc358496715 畢業(yè)設計論文知識產(chǎn)權聲明30 HYPERLINK l _Toc358496716 畢業(yè)設計論文獨創(chuàng)性聲明31 HYPERLINK l _Toc358496717

13、附錄A：建模代碼32 HYPERLINK l _Toc358496718 附錄B 外文文獻及翻譯491緒論內(nèi)容提要：本章主要介紹一般MTO企業(yè)混流裝配線概述，AGV概念以及開展應用現(xiàn)狀，結合現(xiàn)代制造業(yè)等來看AGV小車在現(xiàn)代的作用，并依此為根底提出了本文的研究內(nèi)容。MTO的生產(chǎn)型企業(yè)是由顧客訂單驅動的，企業(yè)一般只主導產(chǎn)品裝配及關零部件生產(chǎn)， 絕大局部零配件交由子公司或外協(xié)生產(chǎn)及外購。隨著顧客訂單由原有的少品種大批量向多品種小批量方式的轉變，裝配線必須是能夠進行多品種混合裝配的流水線。所謂混流裝配線MPAL Mixed Product Assembly Line 是指在一定時間內(nèi) ， 在一條生產(chǎn)線

14、上連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出多種不同型號的產(chǎn)同一產(chǎn)品族的不同變化，產(chǎn)品的品種可以隨顧客需求的變化而變化。對于MPAL有幾個關鍵技術點：通用MPAL 模型的建立 、作業(yè)任務的合理分配 即流水線的平衡問題、 產(chǎn)品加工裝配順序即排序問題及柔性。而柔性與平衡問題是緊密聯(lián)系的，因此目前對混流裝配線的研究主要集中在生產(chǎn)線平衡及作業(yè)排序上， 相關研究文獻很多， 通常是先進行流水線平衡，然后再進行產(chǎn)品排序，理想的情況應該是二者的協(xié)同研究，其中高效通暢的物料配送是實現(xiàn)協(xié)同的根底。MPAL 研究的焦點行業(yè)集中在汽車制造業(yè)，而對物料配送研究那么集中在配送路徑規(guī)劃方面，對物料配送系統(tǒng)方面的研究不多。 曹振新滿足轎車混流總裝配線

15、上物料及時準確配送角度出發(fā)， 研究了準時生產(chǎn)JIT Just-in-Time 環(huán)境下物料配送的物料拉動系統(tǒng) MPSMaterial Pull Systems和看板運作流程， 并建立了基于現(xiàn)場總線技術的物料ANDON 系統(tǒng) 。 劉紀岸那么采用仿真方法分析了摩托車企業(yè)發(fā)動機裝配線的初始存量及配送車輛數(shù)量方面存在的問題并進行了簡單的優(yōu)化。 尚文利提出了基于RFID 的車追蹤和基于條碼的無線庫存管理方法，實現(xiàn)混流裝配的汽車自動化生產(chǎn)線的動態(tài)物料配送。魏其勇研究了汽車零配件企業(yè)暫存區(qū)的設定。宋士剛研究了可重組制造系統(tǒng)緩沖區(qū)容量。一般型MTO 企業(yè)的混流裝配線物料來源有幾種 ： 一是總裝線旁的分裝線， 這

16、是一種 JIT 物料供給方式， 分裝線的節(jié)拍與總裝線保持一致；二是供給商物料，采取的是供給商直供方式，供給商在總裝線附近有自己的物資中心，根據(jù)總裝廠生產(chǎn)方案和作業(yè)方案對裝配線進行物料及時配送； 三是 MTO 企業(yè)自身物資中心的物料配送， 包括自制核心零部件、通用外購件及外協(xié)加工件。本文主要研究第三類物料配送 事實上第二類物料的配送也可以采取同第三類一樣的配送方式，通過仿真方法求解最小完工時間Makespan。GV小車定義，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有平安保護以及各種移載功能的運輸車，工業(yè)應用中不需駕駛員的搬運車，以可充電之蓄電池為其動力來源。一般可通過電腦來控制其行進路線以及行為，或利用電磁

17、軌道(electromagnetic path-following system)來設立其行進路線，電磁軌道黏貼於地板上，無人搬運車那么依靠電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。 GV小車開展簡史界上第一臺AGV是由美國Barrett電子公司于20世紀50年代開發(fā)成功的，它是一種牽引式小車系統(tǒng)，小車跟隨一條鋼絲索導引的路徑行駛，并具有一個以真空管技術為根底的控制器。到了60年代和70年代初，除Barrett公司以外，Webb和Clark公司在AGV市場中也占有相當?shù)姆蓊~。在這個時期，歐洲的AGV技術開展較快，這是由于歐洲公司已經(jīng)對托盤的尺寸與結構進行了標準化，統(tǒng)一尺寸的托盤搬運促進了AGV的開展

18、。歐洲的主要制造廠家有Schindler-Digitron, Wagner, HJC, ACS, BT, CFC, FATA, Saxby, Denford和Bleehert等。70年代中期，歐洲約裝備了520個AGV系統(tǒng)，共有4800臺小車，1985年開展到10000臺左右，為美、歐、日之首。其應用領域分布為:汽車工業(yè)(57峋，柔性制造系統(tǒng)FMS(8)和柔性裝配系統(tǒng)FAS(44 % ),歐洲的AGV技術80年代初通過在美國的歐洲公司以許可證與合資經(jīng)營的方式轉移到美國。芝加哥的分發(fā)中心從歐洲引進直接由計算機控制的AGVs, 1981年John公司將AGV連接到AS/RS以提供在制造過程中物料自

19、動輸送和跟蹤.1984年，通用汽車公司成為AGV的最大用戶，1986年己達1407臺(包括牽引式小車。叉車小車和單元裝載小車)，1987年又新增加 1662臺。美國各公司在歐洲技術的根底上將AGV開展到更為先進的水平。他們采用更先進的計算機控制系統(tǒng)(可聯(lián)網(wǎng)于FMS或CIMS),運輸量更人，移載時間更短，具有在線充電功能，以便24小時運行，小車和控制器可靠性更高。此時美國的AGV生產(chǎn)廠商從23家(1983年)驟增至74家(1985年)。日本的第一家AGV工廠于1966年由一家運輸設備供給廠與美國的Webb公司合資開設。到1988年，日本AGV制造廠已達20多家，如大福、Fanuc公司、Murat

20、a(村田)公司等。到1986年，日本累計安裝了2312個AGVs,擁有5032臺AGV。我國AGV開展歷史較短。1975年北京起重運輸機械研究所完成我國第一臺電磁導引定點通信的AGV, 1989年北京郵政科學研究規(guī)劃院完成我國第一臺雙向無信電通信的AGV。該院已能進行AGV的批量生產(chǎn)，己生產(chǎn)的和正在制造的AGV達23臺(截止于1996年)。沈陽自動化所在AGV技術方面己取得了多項研發(fā)成果和專利，解決了AGV車體設計、控制、導航和高度管理等一系列關鍵技術問題，形成了裝配型AGV和搬運型AGV兩大系列產(chǎn)品，成為國內(nèi)唯一能夠提供自主品牌AGV產(chǎn)品的單位。其產(chǎn)品性能國內(nèi)領先，到達國際先進水平，井于19

21、%年度將搬運型AGV系統(tǒng)技術出口韓國三星公司，實現(xiàn)了高技術出口。沈陽自動化所為沈陽金杯汽車廠生產(chǎn)了六臺AGV，用于裝配線上，可以說是汽車土_業(yè)中用得較成功的AGV。以上的AGV均為固定路徑導引方式。清華大學獨立研制的“自由路徑自動導向AGV屬無固定路徑導引的類型，在路徑跟蹤研究方面具有較高的水平。我國越來越多的工廠，科研機構已采用AGV為汽車裝配、郵政報刊分揀輸送、大型軍械倉庫、自動化倉儲系統(tǒng)效勞。如:上海金山化工廠、華寶空調(diào)器廠、哈爾濱飛機制造廠、上海新車站郵政樞紐等，所采用的AGV既有國外引進也有國產(chǎn)的。 80年代，AGV就已進入我國市場，今后必將得到迅速開展和普及應用。這不僅是現(xiàn)代工業(yè)迅

22、速開展的需要，更主要是AGV本身所獨具有的優(yōu)越性所決定的。AGV自動導向車系統(tǒng)，是伴隨著柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)以及白動化立體倉庫產(chǎn)業(yè)開展起來的，是物流系統(tǒng)中革命性的換代產(chǎn)品12。作為一種高效物流輸送設備和工廠自動化的理想手段，隨著經(jīng)濟的開展，在我國AGV的應用領域必將越來越大。GV小車應用現(xiàn)狀由于AGV具有機能集中、地上系統(tǒng)簡單、施工和系統(tǒng)構成容易等優(yōu)點，因此，廣泛地應用在機械加工、汽車制造、港口貨運、電子產(chǎn)品裝配、造紙、發(fā)電廠、電子行業(yè)的超凈車間等諸多行業(yè)。其運行速度可到達百米/分鐘，運輸能力可以從幾千克到兒十噸。AGV是一種非常有前途的物流輸送設備，尤其在柔性制造系統(tǒng)(FMS)和

23、柔性裝配系統(tǒng)(FAS)中被認為是最有效的物料運輸設備。隨著電子和控制技術的開展，AGV的技術也在不斷進步，正在朝著性能更優(yōu)越、更廉價、自由度更高、超大型化和微型化方向開展。其應用領域也在不斷擴展。這種十兒年前只是用作工廠內(nèi)的物流輸送設各，現(xiàn)在己經(jīng)不僅僅局限于工廠之內(nèi)，己成功地應用到辦公室、飯店、醫(yī)院和超級市場等諸多部門，并且取得了很好的效果。AGV的應用領域主要在制造業(yè)，在重型機械及局部非制造業(yè)中也有應用。AGV在制造業(yè)中主要用于物料分發(fā)、裝配和加工制造二個方面。其中裝配作業(yè)中AGV用量最大，而汽車工業(yè)又是AGV的應用大戶。美國通用汽車公司90%的AGV用于汽車裝配線，西歐各國用于汽車裝配的A

24、GV占整個AGV數(shù)量的57 Yo。物料分發(fā)主要是指生產(chǎn)工序間的物料移送和倉庫作業(yè)中的物料移送。隨著電子工業(yè)的進一步開展，電子工業(yè)中AGV的使用極具市場潛力。其原因在于消費者需求的變化日益加快，生產(chǎn)系統(tǒng)必須適應市場的變化要求，其中FMS(柔性制造系統(tǒng))即為以靈活的生產(chǎn)方式適應市場變化的制造方式，對于FMS來說，各加工單元之間的中(小)批量元器件的送發(fā)效率要求極高，而AGV能提供柔性最好的輸送，AGV可以很方便地對AGV的輸送工藝路線進行編程，使之按要求的路。徑和方式到達裝配線的指定位置。在凈化室中，AGV更可大顯身手，它可滿足凈化耍求極高的操作。 在重型機械行業(yè)中，AGV主要用來運送模具和原材料

25、(如成卷帶鋼等)。因而AGV要求承載量人，通常為2.22-4.5t,最大者可達。配各了功率較大的移藏裝置也是這類AGV的特點。在AGV上配備大型機器人用以對大型金屬構件進行噴漆(如屹機骨架的噴漆)是AGV在重型行業(yè)中的應用之一在非制造業(yè)中，AGV的應用越來越普遍?，F(xiàn)代化的慶院安裝 AGV系統(tǒng)，把取樣從門診部自動運送到中央化驗室;把藥物、醫(yī)療用品、食品、衣著用品從中央物料管理中心輸送到醫(yī)院的各個部門。郵政部門也廣泛采用 AGV，如將郵件進臺區(qū)的郵件輸送到處理區(qū)，將處理區(qū)的郵件輸送到郵件出臺區(qū)。為了加大運輸量，使用了牽引式AGV系統(tǒng)，一次可以牽引多臺郵件車。大型的辦公大樓也開始安裝AGV系統(tǒng)，用以

26、運送郵件、電文和包裹到各個分區(qū)部門。賓館業(yè)采用AGV把食品從廚房運送到客房。AGV也可作為機器人的“腳，使機器人可在更大范圍內(nèi)自動完成作業(yè)，如在AGV上配各機器人用于光整水泥地面。在具有核輻射危險的地方，常使用AGV機器人用于核材料的搬運。課題背景 隨著經(jīng)濟的快速開展，人們的需求日益多樣化和個性化。社會化的大生產(chǎn)大機器的工業(yè)階段已經(jīng)一去不復返，市場需求瞬息萬變。訂單式生產(chǎn)由于具有較高的柔性，可以比擬好的適應市場需求的多樣性、個性化以及不穩(wěn)定性。多品種、小批量的生產(chǎn)方式將會是未來生產(chǎn)型企業(yè)的主流生產(chǎn)類型。面向訂單Make to Order，MTO的生產(chǎn)型企業(yè)的生產(chǎn)是由顧客訂單驅動的，企業(yè)一般只主

27、導產(chǎn)品裝配及關鍵零部件生產(chǎn)，絕大局部零部件交由子公司或外協(xié)生產(chǎn)及外購，隨著顧客訂單由原有的少品種到多品種小批量方式的轉變，裝配線必須是能夠進行多品種混合裝配的流水線，即混流裝配線Mixed Product Assembly Line，MPAL產(chǎn)線平衡及作業(yè)排序問題上，通常是先進行流水線平衡問題，再是作業(yè)排序問題，理想情況是二者協(xié)同研究。影響生產(chǎn)線產(chǎn)出率的因素有很多，物料批處理方式、工站間的加工時間變動、工站的故障率等13，這里引出了AGV小車，現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)都是用AGV小車實現(xiàn)智能搬運，但如何使其利用最大化，效率最大化，更智能就成為了一流企業(yè)所逐漸開展的方向。研究意義21世紀制造業(yè)將進入一個新

28、階段，敏捷制造將成為企業(yè)的主導模式。能否抓住市場機遇開發(fā)出新產(chǎn)品將是企業(yè)贏得競爭的主要手段。要減小生產(chǎn)本錢對生產(chǎn)批量的依賴，就要開展敏捷制造裝備。繁重制造裝各的可編程、可重組和快速響應能力使得在進行小批量生產(chǎn)時，可實現(xiàn)接近中、大批量生產(chǎn)的效率。自動導向小車(Automated Guided Vehicle簡稱AGV)是移動機器人的一種，是制造企業(yè)物流系統(tǒng)中的重要設備，主要用來儲運各類物料，為系統(tǒng)柔性化、集成化、高效運行提供了重要保證。AGV主要有兩類形式，一種是固定路徑AGV，它的運行路徑是固定的，且有軌道，故導引技術相對簡單;另一種是自由路徑AGV，由于沒有軌道，它為AGV自由運行提供了最大

29、可能，但由于技術限制，AGV沿任意路徑自由運行仍是一個有待解決的技術難題。在以往的生產(chǎn)線上，導向式AGV是人們經(jīng)常采用的方式，有導軌式、磁導引式等方法。這些方法都需要預先規(guī)劃好AGV的運行路線，而且生產(chǎn)車間的裝置不能隨意移動。隨著生產(chǎn)車間智能化的提高，線邊暫存區(qū)和搬運小車AGV的參數(shù)的優(yōu)化也越來越重要，AGV參數(shù)很多，這里討論其數(shù)量，載重量和速度的優(yōu)化。當車間的布局變化后，只要及時改變規(guī)劃系統(tǒng)的參數(shù)即可滿足路徑規(guī)劃要求。資料顯示:在產(chǎn)品生產(chǎn)的整個過程中，僅僅有5%的時間是用于加工和制造，剩余的95%都用于儲存、裝卸、等待加工和輸送:在美國，直接勞動本錢所占比例缺乏生產(chǎn)本錢的10%，且這一比例還

30、在不斷下降，而儲存、運輸所占的費用卻占生產(chǎn)本錢的 40%.因此，目前世界各工業(yè)強國普遍把改造物流結構、降低物流本錢作為企業(yè)在競爭中取勝的重要措施，為適應現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，物流正在向著現(xiàn)代化的方向開展。自動導引小車AGV適應性好、柔性程度高、可靠性好、可實現(xiàn)生產(chǎn)和搬運功能的集成化和自動化，在各國的許多行業(yè)都得到廣泛的應用。由于總的仿真時長就是履行完成這批訂單所需要的時間makespan而對于一般的MTO企業(yè)，影響makespan的因素有幾個，如裝配工站的設備利用率，節(jié)拍，線邊暫存區(qū)最大最小庫存量，搬運小車數(shù)量及速度，裝載量大小14。本文具體研究內(nèi)容如下：1分析和研究混流裝配線AGV小車間參數(shù)優(yōu)化問

31、題。2掌握eM-plant的仿真環(huán)境。3利用eM-Plant對MTO混裝線進行建模15。4針對混流裝配線搬運小車AGV參數(shù)對混裝線的影響進行仿真和分析。5通過仿真實例模擬實際工況，并對參數(shù)優(yōu)化方案進行比照。本章小結 熟悉AGV小車的概念以及開展狀況，結合現(xiàn)代制造、物流等行業(yè)分析AGV在其領域的作用，利用建模和仿真試驗得出AGV參數(shù)最優(yōu)解。2 MTO混流裝配線模型的建立 企業(yè)接受客戶訂單，定期或不定期進行匯總并制定生產(chǎn)方案，將訂單分配給分公司的各條裝配線，其中的任意一條裝配線均可完成全部或局部訂單，假設對于不同類型產(chǎn)品的裝配線序列已經(jīng)確定的情況下的物料配送，即混流裝配線為保證已有裝配任務的的及時

32、完成，如何在正確的條件下，將正確的物料按正確的數(shù)量在正確的時刻從物料中轉區(qū)運送到混裝線的各個備料暫存區(qū)。 一般MTO企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品種類很多，每一種由于產(chǎn)品顏色和局部構成件等的變化又有多種型號規(guī)格，因此，一般客戶訂單需要表達的是產(chǎn)品種類，型號規(guī)格，需求數(shù)量，交貨期及其他要求，混裝線接收的生產(chǎn)方案應該包含這些信息，生產(chǎn)方案指令中的訂單順序可以看成總廠調(diào)度優(yōu)化后的裝配順序。對于每種產(chǎn)品每種型號規(guī)格均有零部件清單BOM表，表中至少包含零部件編號，一件成品需要該零部件的數(shù)量及類別。本文嘗試在Plant Simulation 中建立這類企業(yè)的裝配線物料配送的仿真模型。一般MTO企業(yè)運作過程如圖：圖2.1 一

33、般企業(yè)運作過程本文研究需要用到的軟件是eM-Plant，是由以色列Tecnomatix公司開發(fā)的，又稱為 SiMPLE+，是用C+實現(xiàn)的關于生產(chǎn)、物流和工程的仿真軟件，它是面向對象的、圖形化的、集成的建模、仿真工具。可以對各種規(guī)模的工廠和生產(chǎn)線，包括大規(guī)模的跨國企業(yè)，建模、仿真和優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，分析和優(yōu)化生產(chǎn)布局、資源利用率、產(chǎn)能和效率、物流和供需鏈等。該軟件提供了大量生產(chǎn)設備單元和物流裝置的模型庫，包括物流對象、信息流對象、效勞類對象和移動對象；還提供了豐富的概率分布函數(shù)，使得建模時只需要從交互界面中選擇一種分布就可以輕松地輸入仿真參數(shù)，代替了復雜的編程。其內(nèi)嵌的SimTalk語言，其編程語法

34、與VC+完全類似，可靈活地用于規(guī)劃、仿真和優(yōu)化制造企業(yè)、生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝過程。軟件還提供了各種統(tǒng)計分析工具、實驗工具和優(yōu)化工具，這些都有助于瓶頸的消除，到達資源配置的優(yōu)化，從而設計出負荷平衡、高效率的生產(chǎn)線。利用eM-Plant提供的模型庫，建立系統(tǒng)的仿真模型。具體步驟如下：新建仿真工程。規(guī)劃工程的組織結構。建立仿真模型。確認仿真模型。實驗設計和仿真模型分析。 右擊Class Library下方的Basis，在彈出菜單中選擇“新建文件夾，將新建的文件夾改名為Delivery。右擊Delivery，在彈出菜單中選擇“新建文件夾，將新建的文件夾改名為MUs。單擊Basis里的MUs文件將其翻開，按住

35、Ctrl鍵的同時，單擊Entiry拖入Delivery的MUs文件夾內(nèi)，在DeliveryMUs文件夾內(nèi)生成一個新的Entiry，改名為Pruduct；用同樣的方法生成一個新的Transporter改名為Forklift和一個新的Entiry改名為Parts，以及一個新的Container改名為Pallet。右擊Delivery，在彈出菜單中選擇“新建層，并改名為MTO結果如下圖。圖新建模型層MTO及MUs文件夾 編輯動畫圖標 1右擊Product，在彈出菜單中選擇“編輯圖標后，彈出圖標編輯對話框，如下圖。不改變原有圖標，采取新增圖標的方式進行擴充。圖編輯Product圖標2選擇圖標編輯對話框

36、主菜單“Icon-New，彈出新圖標編輯窗如圖2.4a所示。在Name后面的文本框輸入A1，再選擇主菜單“Tools-Clipart Libraryd，彈出操作系統(tǒng)的文件瀏覽器對話框，找到圖庫所在目錄，如圖2.4a所示。3把A1.jpg文件圖標拖入圖標編輯器的編輯區(qū)內(nèi)，如圖2.4b。單擊圖標工具欄中的，移動光標到圖中坐標顯示為24，12的位置單擊，生成一個動畫仿真時的參考點。單擊工具欄的，保存新建圖標。ab圖2.4使用圖標庫編輯Product圖標4重復以上步驟，新增所需要的所有表示產(chǎn)品的圖標。 參照同樣的方法新增零件Parts的圖標，然后對Product和搬運小車原形設置相關參數(shù)。在Produ

37、ct內(nèi)定義了4個自定義屬性變量：Char那么是為生產(chǎn)準備時間進行換線、換型效勞準備；Exchng記錄上架是否為新訂單；sch_pos記錄該上架件屬于第幾個訂單；bom_pos那么記錄該上架件在BOM標的位置，如圖2.5a所示。 a b圖2.5 Product和ForkLift的設置.2構建模型根本框架 模型的根本思路如如圖2.6所示。 按圖2.7所示的對象以及名稱、標簽名等在模型層MTO中建立相應的對象。其參數(shù)采用默認值。如圖2.7所示 根本參數(shù)確定四個根本數(shù)據(jù)表的生成自動生成裝配線并連接起來自動生成AGV運行路線PreStore車間物料預投區(qū)生成，并設立簡單的調(diào)度策略AGV上料調(diào)度策略的設計

38、AGV卸料策略的設計配送規(guī)那么建立將調(diào)度及規(guī)那么轉化為Method模型調(diào)試及實驗設計優(yōu)化AGV數(shù)量及速度圖2.6 建模流程圖圖 MTO模型層中的根本對象雙擊“裝配工站原形圖標。單擊部件來源Assembly table with后面選擇文本框的，選擇“前Predecessors項后單擊Apply按鈕。單擊Open按鈕，在Predecessors項的位置輸入2，表示零部件來源于第2前節(jié)點，Number表示該裝配線需要消耗的2號節(jié)點來源的零部件的數(shù)量。如果來源不止一個節(jié)點，那么輸入完成后按Enter就可增加一個來源點。單擊OK返回。Assembly mode：有Attach MUs和Delete M

39、Us兩種，選擇“刪除MUs即ExitingMU選擇“主MU。Sequence效勞請求：選擇“MU然后效勞，單擊OK按鈕。單擊Toolbox下Material Flow欄中的Frame圖標，在MTO模型中插入一個子模型層，并改名為PreStroe，標簽名為“物料中轉區(qū)。單擊模型層主菜單Tools，在下拉菜單中選擇Custom Attribute。單擊模型層主菜單Tools，在下拉菜單中選擇Custom Attribute。 在彈出的對話框中單擊New按鈕彈出2.9a所示的變量定義對話框，按圖2.8所顯示變量及數(shù)據(jù)類型分別定義。圖2.8 MTO模型層中的用戶自定義屬性變量的定義如圖2.9a所示輸入

40、屬性變量名稱ObjectName，把數(shù)據(jù)類型改為table后，在Data type下方彈出Value及Open按鈕。單擊按鈕翻開一張空白表。右擊圖中橙色區(qū)域，在彈出的菜單中選擇Format，在彈出的對話框中選擇Dimension，在Number of Columns文本框內(nèi)輸入1，單擊Apply按鈕。格式化后的數(shù)據(jù)表如圖2.9b所示，按照圖中數(shù)據(jù)輸入。 a b圖2.9數(shù)據(jù)表格式化處理去除原有模型對象DeleteAllObjects是用來去除MTO模型層中的一些物流對象的，假設上一次執(zhí)該模型時總的裝配工站數(shù)量是10個，而這次需要8個工站的模型。一般是先將上次模型的物流的對象及信息流對象刪除，再重

41、新生成一條8工站的裝配線模型。如不需修改，該方法運行一次就可以了。 雙擊DeleteAllObjects去除對象，參加SimTalk代碼。見附錄A生成生產(chǎn)方案表 自動生成生產(chǎn)方案表Schedule、BOM表和加工準備時間SetupTime，生成這三張表的SimTalk語句放在CreateDataTable中。見附錄A生產(chǎn)方案表如圖2.10。圖2.10生產(chǎn)方案表隨機商城訂單等數(shù)據(jù) 當有了上面三個根本數(shù)據(jù)表后就可錄入生產(chǎn)方案、制定各種型號規(guī)格產(chǎn)品的BOM表及各種類產(chǎn)品在同一條裝配線進行裝配是的生產(chǎn)準備時間了。本模型采用隨機生成這三類數(shù)據(jù)，然后手動修改的方法。因此，該方法運行時先調(diào)用方法Creata

42、DataTable，然后分別為三個表生成相應的數(shù)據(jù)。輸入CreateInitObjects方法的SimTalk代碼。見附錄A 先運行DeleteAllObjects方法，再運行CreateInitObjects方法，模型自動生成三張主數(shù)據(jù)表及各裝配站的加工時間表，以及加工過程中使用的臨時數(shù)據(jù)表Inventory。，BOM表如圖2.11，生產(chǎn)準備時間表如圖2.12。 圖2.11 BOM表 圖2.12生產(chǎn)準備時間表運行CreateInitObjects方法后，除了在MTO模型層生成了上述表格外，還生成了1個子模型層SubMTO，如圖2.13。圖2.13模型層SubMTO的生成建立物料中轉區(qū) 裝配線

43、接收總廠或分公司安排生產(chǎn)任務后，就按照方案中的訂單順序依次生產(chǎn)不同客戶需求的產(chǎn)品。在裝配某訂單的過程中，對于物料需求是采用看板方式進行的。在每個裝配工站旁均設立了一個物料暫存區(qū)，設置有最大最小庫存。裝配線上的掛區(qū)讀取生產(chǎn)方案，當新訂單的第一件開始上掛時，前面一個訂單的最后一件正在處理，此時第一裝配工站的暫存區(qū)已經(jīng)清空，新訂單的物料配送請求發(fā)出，配送系統(tǒng)就會為每個裝配站配送一次新訂單開工所需要的零部件。 由暫存區(qū)或者由虛擬工站讀取生產(chǎn)方案時產(chǎn)生的新訂單物料配送請求，均會集中到配送中心的搬運小車AGV，當AGV接收配送請求后會調(diào)用相應的配送調(diào)度策略，從而決定配送過程的執(zhí)行。AGV接收配送請求后，如

44、果AGV空閑就會先到達物料預投中轉區(qū)的對應配送請求的暫存區(qū)，讀出需求的數(shù)量到AGV小車上，再配送到相應的目的地。 物料預投中轉區(qū)某物料存放區(qū)比線邊暫存區(qū)的容量高出較多，但也是按照看板方式進行設置的16。當AGV在某個存放區(qū)取走一局部物料后，如果已經(jīng)接近或者低于其最小庫存，此時，就觸發(fā)了該物料向總公司申請物料配送的請求，總公司到工廠或分公司預投中轉區(qū)的物料配送那么采用其他的裝載設備了，如卡車等。本模型中簡化了中轉區(qū)向總公司申請物料配送的過程，當中轉區(qū)物料低于最小庫存時，采用的是及時補貨策略，即一旦物料庫存低于最小庫存時，物料預投中轉區(qū)內(nèi)某種零部件的存放區(qū)會被立即填滿。因此，對于預投區(qū)的建模，主要

45、考慮的是有多少個零部件代號就要構建多少個緩沖區(qū)，這在實際情況中有時會采用合區(qū)的方法，但是仿真時為簡單起見而分別設立存放區(qū)。對于每個存放區(qū)，當有物料流出時必須判斷是否低于平安庫存，從而決定是否向總公司申請物料配送，因此，建模時需要寫一個通用的Method。雙擊PreStore物料中轉區(qū)翻開，彈出一個新的模型層PreStore，如圖2.14。圖2.14物料預投中轉區(qū) PreKanBan數(shù)據(jù)表，記錄的是每個零部件存放區(qū)的最大庫存、最小庫存及初始庫存，以及對于這種物料如果向總公司申請配送需求時，申請單位為多少個。對應圖2.15所示的數(shù)據(jù)表1-4列，表的第0列記錄的是零部件代碼編號。圖2.15 物料預投

46、中轉區(qū)內(nèi)的物料存放數(shù)據(jù)表 由于物料比擬多，人工生成各種物料存放區(qū)比擬麻煩，因此，采用了Method的做法。方法BufferDelete先清空原有的存放區(qū)對象，方法CreateRawBuffer那么生成一個全新的存放區(qū)數(shù)量為MaxMaterial個，方法BufferDelete的SimTalk語句見附錄A。 輸入完成后運行CreateRawBuffer方法，生成一個完整的中轉物料倉庫，如圖2.16所示。 PreStoreInit方法是做一些初始化工作，例如，存放區(qū)物料數(shù)量檢查是否需要補貨等根本的決策工作，該方法最好不要單獨運行，是由系統(tǒng)仿真的Init方法調(diào)用的見附錄A。 方法PullOrder作

47、為每一個存放區(qū)的離開策略被調(diào)用，主要判斷存放區(qū)內(nèi)的物料是否低于最小庫存從而決定是否向總公司提出物料申請，其SimTalk語句見附錄A。圖2.16 物料預投中轉區(qū)內(nèi)的物料存放區(qū)至此，物料中轉區(qū)建模完成，模型的根底工作已經(jīng)全部完成，及時保存文件，下面討論建立通用的裝配線仿真模型方法。2.5 裝配線及AGV配送路線建模 以6站裝配線為例，由于不考慮第一類和第二類物料配送問題，只考慮工廠車間自身物料配送問題，因此，建模時將其他線邊的直供物料及子裝配線供給及懸掛供料等方式均作省略處理。裝配線仿真模型可以考慮如圖2.17所示的方式。裝配基準件可以從上料工位上掛，經(jīng)過一個虛擬工站，實際裝配線可能是一些上掛其

48、他配件區(qū)。例如，空調(diào)裝配線，前端的上掛區(qū)需要上掛壓縮機、塑料件等很多，仿真這些工站不具備實際分析意義，只是一種表達方式而已，因此，在仿真時，虛擬工站的加工時間設置為零。仿真時設立一個虛擬工站的好處是有一些Method可以由虛擬工站的進入或離開策略來執(zhí)行17。例如，如果當前上料件為新訂單的第一件，顯然對于第一個裝配工站而言，其正在加工的是上一個訂單的最后一個工件，上一個訂單最后一件加工完成時間就需要進行切換及其他參數(shù)的設置及更改了，這些工作可以交由虛擬工站的離開策略，離開策略調(diào)用某個Method執(zhí)行相關作業(yè)。圖2.17所示的模型在上掛區(qū)讀取生產(chǎn)方案后，由虛擬工站M0的離開策略調(diào)用VisInit方

49、法，執(zhí)行一些數(shù)據(jù)處理工作，同時決定是否進行初始的物料配送。當物料到達工站后執(zhí)行裝配作業(yè)，同時按BOM要求從此線邊暫存區(qū)取用相應的零部件數(shù)量進行裝配，然后依次往下傳遞。而當物料進入本裝配站時，會調(diào)用入口控制方法Set_Nums，即判斷如果當前作業(yè)為新訂單第一件，需要對本工站進行Setup等工作。圖2.17站裝配線仿真模型 當物料從線邊暫存區(qū)流向裝配站時，線邊暫存區(qū)的離開控制會調(diào)用Cal_Nums方法，計算線邊暫存區(qū)的現(xiàn)存物料是否低于最小庫存，如果低于最小庫存而且又沒有在途庫存，就向配送中心申請一次物料配送。每一個線邊暫存區(qū)的工作過程是一致的18。 配送中心接收物料配送請求后就會檢查已有的搬運小車

50、AGV是否有空，有空就立即給空閑的并且靠近中轉區(qū)的AGV派工。每個AGV空回程到達Track0的傳感器區(qū)域后，觸發(fā)傳感器觸發(fā)策略MLoad裝料決策，首先急件效勞MEmpty。如果MEmpty返回零表示沒有急件，那么執(zhí)行常規(guī)配送MSafety，MSafety又分為一般急件和普通配送請求，具體的配送執(zhí)行由MFunc方法來執(zhí)行。 AGV每次接收配送請求后均會被告知目的地，因此，當AGV在配送過程中到達各個線邊暫存區(qū)位置時，Track上安裝的傳感器就會被觸發(fā)，判斷AGV的目的地是否就是本線邊暫存區(qū)。如果是，就調(diào)用MUnLoad卸貨方法，將AGV上裝載的Parts卸載到相應的線邊暫存區(qū)，否那么繼續(xù)往前移

51、動知道目的地為止。卸載完成后，AGV采取路線就近原那么返回，即卸貨完成就返回Track0位置，也就是物料預投中轉區(qū)，等待下一次自配送執(zhí)行。 生成裝配線模型的通用方法 所有上述活動均被寫入了InitAssemblyLine方法中。SimTalk見附錄A 一般先運行DeleteAllObjects方法，再運行CreateInitObjects方法，最后運行InitAssemblyLine方法， 此時，該模型還不能運行，需要對那些Method添加SimTalk語句才可以。 如圖2.18所示，第二排的小圖標就是裝配線和AGV、Track等對象調(diào)用的Method，從模型執(zhí)行過程一一介紹這些Method的

52、編程思想及功能。圖2.18站裝配線完整仿真模型生成裝配線模型的調(diào)用方法1VisInit方法：由虛擬工站M0的離開控制策略調(diào)用，主要功能是當新訂單的第一件即將進入M1裝配時，將該訂單的有關參數(shù)賦值到Inventory數(shù)據(jù)表中，同時做一些檢查性工作。附錄A2Set_Nums方法：由每個裝配工站的入口控制策略。主要功能是執(zhí)行檢查如果即將進入本裝配站的產(chǎn)品是新訂單的第一件的話，將BOM表中該零件需求的數(shù)量賦值給裝配工站變量AssemblyList。(見附錄A)搬運小車AGV調(diào)度策略1MLoad方法AGV卸料：在Track0的位置設定，由Track0的傳感器觸發(fā)。這個位置可以認為是中間預投的一個等候區(qū)，

53、當AGV到達時，如果有配送請求就去執(zhí)行物料配送，否那么AGV小車原地待命。見附錄A 在Track0上設置了一個傳感器，任意AGV小車到達該位置后，觸發(fā)方法MLoad，即小車調(diào)度策略19。由于產(chǎn)品的不斷更新和混流裝配，相應的零部件也要發(fā)生更替，在這里定義新舊零件號的交替點為物料斷點。如果某線邊暫存區(qū)BF1-BFn,本模型中n=6為空，即裝配線出現(xiàn)物料斷點，搬運小車按裝配工站先后順序優(yōu)先為該線邊暫存區(qū)配送一個裝載量的零部件。該策略在MEmpty方法中表達。如果某線邊暫存區(qū)的實際庫存低于最小庫存，那么根據(jù)Cal_Nums方法的取貨看板優(yōu)先為其配送一個裝載量的零部件，該策略在MSafety方法中表達。

54、如果某線邊暫存區(qū)的實際庫存介于最小庫存與最大庫存之間，并且小車對某線邊暫存區(qū)的搬運次數(shù)小于Inventory表中對應的總搬運次數(shù)Times，或者搬運次數(shù)等于Times項但是Residue非零，那么繼續(xù)對該暫存區(qū)配送，該策略在MSafety方法中表達。如果某線邊暫存區(qū)有在途庫存，那么其余小車不為其進行物料配送，或者實際庫存量大于最大庫存減去裝載量，即如果繼續(xù)為該暫存區(qū)配送導致暫存區(qū)實際庫存超出最大庫存，停止配送，該策略在MSafety方法中表達。如果上述策略均不執(zhí)行，小車停止工作于Track0的傳感器位置，直到某線邊暫存區(qū)發(fā)出取貨看板，該策略在MLoad方法中表達20。搬運小車按上述調(diào)度策略執(zhí)行

55、搬運任務時，首先向物料中轉區(qū)PreStore內(nèi)相應零部件超市發(fā)出取貨看板，取走相應數(shù)量的物料。然后小車裝載某類零部件沿道路前進方向依次到達各線邊暫存區(qū)對應的Track的傳感器位置，觸發(fā)MunLoad執(zhí)行卸載策略。 MLoad調(diào)用了MEmpty、MSafety、MFunc幾個方法。2 MUnLoad方法AGV卸料：在Tracki的位置設定，由Tracki的傳見附錄A3 MEmpty方法急件配送：在新訂單到達時首先執(zhí)行的急件配送，必須在一開始就按順序給每個裝配送一個裝載單位的物料用于即刻開工。見附錄A4 MSafety方法常規(guī)配送：包括低于最小庫存的半急件配送和處于最小最大庫存間的正常物料配送。為

56、公平起見，采用了一個累加變量Y_Queue循環(huán)檢查每個裝配站的線邊暫存區(qū)從而決定誰最需要物料配 送。見附錄A5 MFunc方法執(zhí)行配送：下面為AGV實際執(zhí)行配送的具體流程及做法。6 Cal_Nums方法配送請求：實際執(zhí)行的具體流程及做法。當線邊暫存區(qū)的物料流動到裝配工站后，暫存區(qū)的物料逐步減少，當其低于最小庫存時，就觸發(fā)了一個配送請求，如果急件需求那么會被配送系統(tǒng)立即處理。 仿真模型的初始化 Init方法系統(tǒng)初始化的SimTalk語句見附錄A至此所有的Method均已輸入，如果可以的話嘗試運行一下仿真模型，過程如圖2.19所示。圖2.19仿真模型執(zhí)行仿真過程2.6 本章小結：對MTO企業(yè)混流裝

57、配線建模是完本錢次設計的根底，熟練掌握eM-Plant仿真軟件及其環(huán)境，只有對其了解掌握才能把后面的工作做好。3 AGV配送小車的優(yōu)化 目前使用的小車數(shù)量C1=2，速度C2=0.1m/s。如果將C1改為3，運行仿真模型，觀察所用的仿真時間是否有變化。 由于總的仿真時長就是履行完成這批訂單所需要的時間makespan。對于一般MTO企業(yè)而言，影響makespan的因素如下。1) 設備的故障率。混流裝配線的節(jié)拍。線邊暫存區(qū)的最大最小庫存量。搬運小車的數(shù)量及速度、裝載量大小。因素1和2屬于生產(chǎn)系統(tǒng)本身的參數(shù)，與物料配送系統(tǒng)無關，因此，這里主要討論3和4。 n個訂單生產(chǎn)任務，每個訂單包含Ki個產(chǎn)品數(shù)(

58、i=1,2,3,n),在m臺裝配工站依次裝配，訂單i的節(jié)拍時間Takt Time為tii=1,2，.，n.采用平衡移動方式訂單的周期為Ki*ti+tsi+m-1t1，其中tsi為第i-1個訂單向第i個訂單切換時的生產(chǎn)準備時間set-up time。訂單i 的第 j 個線邊暫存區(qū)需要的搬運次數(shù)由times 加Residue 構成， 用 dij表示用t揀ij、 t卸ij和t作ij分別表示一次配送過程的揀貨時間、卸貨時間和搬運作業(yè)時間，那么完成一個生產(chǎn)方案，搬運小車所需的最小周期時間為(n，t=1)(m，j=1)(t撿ij+t卸ij+t作ij)*dij。因此，搬運小車優(yōu)化模型為:Min=(n，t=1

59、)(m，j=1)(t撿ij+t卸ij+t作ij)*dijmaxn，i=1Ki*ti+tis+m-1t1 3-1dij取決于搬運車裝載量大小，實際中，如果產(chǎn)品的尺寸變化不是太大那么可以忽略產(chǎn)品間的影響，而只考慮產(chǎn)品構成中的零部件尺寸影響，此時，dij可以用djj=1,2，m表示，取決于BOM表中的Number。t撿ij，t卸ij和tsi一般符合某種概率分布，而生產(chǎn)節(jié)拍ti在生產(chǎn)方案制定時就可以確定下來，t作ij取決于搬運小車數(shù)量C1及速度C2.因此，式2-1中變量主要是dij和t作ij對Makespan的影響轉換為Number、C1和C2對Makespan的影響。多因素對單指標的影響分析一般分兩

60、步走，第一步做多因素兩水平試驗設計，別離出影響指標的主要因子及交互作用;第二步做主要因子的多水平配比試驗設計，得到最正確因子配比方案，從而找到最小完工時間。 單擊Toolbox 中的，再在模型層中插入一個實驗管理器ExperimentManager，改名為DOE1。雙擊DOE1翻開，如圖。 重復試驗次數(shù)不要太多，尤其是訂單數(shù)量多時，置信水平取95%，也可取99%。單擊Output Values，輸入EvenController.SimTime，以仿真總時間長度作為makespan是一種通用的作法。選擇“Define input valuesInput Values，輸入兩個因素：小車AGV的數(shù)