機(jī)械工程與自動化生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)說明書目錄1課程設(shè)計(jì)目的及要求 12課程設(shè)計(jì)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(jié)果分析123課程設(shè)計(jì)總結(jié)與感想 13參考文獻(xiàn) 14課程設(shè)計(jì)說明書生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)§1課程設(shè)計(jì)目的及要求§1.1課程設(shè)計(jì)目的：1.了解仿真的原理和步驟；2.學(xué)習(xí)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(dǎo)書中的某個(gè)實(shí)例（共有5個(gè)實(shí)例），2-3個(gè)同學(xué)為一組完成一個(gè)實(shí)例（見分組表），5.合作完成對某生產(chǎn)或服務(wù)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(shè)計(jì)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(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行；4.認(rèn)真完成上述課程設(shè)計(jì)內(nèi)容；5.遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度，注意各方面的安全；6.在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)會認(rèn)真思考和分析問題的方式方法?！?課程設(shè)計(jì)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(dá)該車間。這個(gè)車間有三臺機(jī)床，每臺機(jī)床可以加工一種特定的產(chǎn)品類型。一旦產(chǎn)品在相應(yīng)的機(jī)床上完成加工，所有產(chǎn)品都必須送到一個(gè)公用的檢驗(yàn)臺進(jìn)行質(zhì)量檢測。質(zhì)量合格的產(chǎn)品就會被送到下一個(gè)車間。質(zhì)量不合格的產(chǎn)品則必須送回相應(yīng)的機(jī)床進(jìn)行再加工.我們希望通過仿真實(shí)驗(yàn)找到這個(gè)車間的瓶頸所在，以回答如下問題：檢測臺能否及時(shí)檢測加工好的產(chǎn)品，或者檢驗(yàn)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(dá)：平均每5秒到達(dá)一個(gè)產(chǎn)品，到達(dá)間隔時(shí)間服從指數(shù)分布產(chǎn)品加工：平均加工時(shí)間10產(chǎn)品檢測：固定時(shí)間4秒產(chǎn)品合格率：80％§2.1.3概念模型機(jī)臺1機(jī)臺1機(jī)臺2機(jī)臺31類產(chǎn)品2類產(chǎn)品3類產(chǎn)品檢驗(yàn)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(shí)體設(shè)計(jì)模型元素系統(tǒng)元素備注Flowitem產(chǎn)品不同實(shí)體類型代表不同類型的產(chǎn)品，分別標(biāo)為1、2、3Processor機(jī)臺，檢驗(yàn)臺進(jìn)行不同的參數(shù)定義以表征不同的機(jī)臺和檢驗(yàn)臺Queue暫存區(qū)兩個(gè)暫存區(qū)，分別表示待加工暫存區(qū)和待檢驗(yàn)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(yàn)后的最終去處◎第二步：在模型中生成一個(gè)實(shí)體從左邊的實(shí)體庫中拖出一個(gè)source（發(fā)生器），放到模型視窗中。生成實(shí)體后，實(shí)體會被賦予一個(gè)默認(rèn)的名稱，例如source#，#為Flexsim軟件打開后生成的實(shí)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(shí)體。圖1.3（生成一個(gè)source對象）◎第三步：在模型中生成更多的實(shí)體從實(shí)體庫中拖出一個(gè)Queue實(shí)體放在Source實(shí)體的右側(cè)：這里，Queue實(shí)體相當(dāng)于實(shí)際系統(tǒng)中的緩存區(qū)。再從庫中拖出3個(gè)Processor實(shí)體放在Queue實(shí)體的右側(cè)，如圖1.4所示。這里一個(gè)Processor實(shí)體相當(dāng)于實(shí)際系統(tǒng)中的一臺加工機(jī)床。圖1.4生成其余的實(shí)體移動實(shí)體——要在模型中移動實(shí)體，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊該實(shí)體，并拖動至需要的位置。還可以通過右鍵店家并拖動鼠標(biāo)來旋轉(zhuǎn)此實(shí)體。如圖1.5所示。圖1.5移動實(shí)體的方法變換視角——要改變觀察點(diǎn)，可用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊視窗的任意空白區(qū)域，然后拖動鼠標(biāo)。要旋轉(zhuǎn)模型視角，用右鍵點(diǎn)擊任意空白區(qū)并拖動鼠標(biāo)。要放大或縮小視圖，用鼠標(biāo)滾輪或同事按住鼠標(biāo)左右鍵并拖動鼠標(biāo)。如圖1.6所示。要還原視圖則點(diǎn)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(shí)體再拖出一個(gè)Queue、一個(gè)Processor和一個(gè)Sink實(shí)體放到模型中，如圖1.7所示。圖1.7完成實(shí)體生成◎第5步：端口連接這一步是根據(jù)流動實(shí)體的路徑來連接不同固定實(shí)體的端口。要將一個(gè)實(shí)體的輸出端口與另一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)體并按住鼠標(biāo)左鍵，拖動鼠標(biāo)到下一個(gè)實(shí)體處再松開。此時(shí)將會看到在你拖動時(shí)有一條黃色連線，而鼠標(biāo)松開后，會出現(xiàn)一條黑色連接線。首先，將Source與第一個(gè)Queue連接；將這個(gè)Queue分別與每個(gè)Processor連接。再將這三個(gè)Processor分別與第二個(gè)Queue連接；將這個(gè)Queue與檢驗(yàn)臺Processor連接。最后將檢驗(yàn)臺Processor分別與Sink和之前的第一個(gè)Queue連接（因?yàn)橛胁缓细癞a(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(gè)實(shí)體的參數(shù)，使得模型運(yùn)行與上述系統(tǒng)描述一致。我們將從Source開始，沿著流動實(shí)體的路徑到Sink。◎第6步：給發(fā)生器制定臨時(shí)實(shí)體的到達(dá)速率在這個(gè)模型中，我們有3種不同類型的產(chǎn)品，每類產(chǎn)品與一個(gè)實(shí)體類型相對應(yīng)。每個(gè)流動實(shí)體將被隨機(jī)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(dá)一個(gè)新產(chǎn)品，到達(dá)間隔時(shí)間隨指數(shù)分布。在Source間隔時(shí)間類型下選擇指數(shù)分布“Exponentialdistribution”，單擊到達(dá)時(shí)間間隔項(xiàng)目按鈕，此時(shí)將打開一個(gè)新視窗，對該項(xiàng)目下的選項(xiàng)進(jìn)行了解釋，并允許你編輯該選項(xiàng)的參數(shù)。所有以棕色顯示的內(nèi)容都可以編輯。使用這個(gè)模板可以修改某個(gè)分布，甚至可以插入一個(gè)表達(dá)式。對于這個(gè)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(shí)體參數(shù)設(shè)置◎第7步：流動實(shí)體的類型和顏色接下來需要在流動實(shí)體進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)指定一個(gè)類型值。此類型值在1~3之間均有分布，也就是說，當(dāng)前進(jìn)入系統(tǒng)的這個(gè)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(shí)體類型和顏色。選擇Source的觸發(fā)器標(biāo)簽。單擊OnExit觸發(fā)器的下拉菜單，如圖1.10所示，選擇“SetItemtypeandColor”選項(xiàng)。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(xiàng)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(shí)數(shù)，而是一個(gè)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(guān)閉該視窗?！虻?步：設(shè)置暫存器容量對Queue的設(shè)置，需要設(shè)定兩項(xiàng)內(nèi)容。首先要設(shè)定其容量；其次，該暫存區(qū)應(yīng)該將流動實(shí)體中多有類型1產(chǎn)品送至機(jī)器1，類型2送至機(jī)器2，類型3送至機(jī)器3。雙擊第一個(gè)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(gè)Queue容量沒有限制。單擊“Apply”按鈕。圖1.12Queue容量設(shè)置◎第9步：Queue的路徑分配選擇Flow標(biāo)簽來設(shè)置該暫存區(qū)的流動實(shí)體路徑。我們已經(jīng)將每個(gè)流動實(shí)體的類型定義為1、2、3，現(xiàn)在尅用其類型值來確定該實(shí)體通過的端口號。機(jī)器1應(yīng)被連接至端口1，機(jī)器2應(yīng)被連接至端口2，機(jī)器3應(yīng)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(xiàng)。圖1.13SendToPort下拉菜單◎第10步：定義機(jī)床加工時(shí)間系統(tǒng)描述中規(guī)定機(jī)床加工時(shí)間服從指數(shù)分布，平均加工時(shí)間10秒。因此雙擊第一個(gè)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(xiàng)，再單擊模板，尺度參數(shù)值為10秒，不改變該默認(rèn)值。依次定義另外兩個(gè)機(jī)器加工時(shí)間。圖1.14Processor加工時(shí)間定義◎第11步：設(shè)置第二個(gè)暫存區(qū)假設(shè)第二個(gè)暫存區(qū)和第一個(gè)暫存區(qū)一樣，具有無限容量，在“最大容量”欄輸入10000?！虻?2步：設(shè)置檢驗(yàn)臺測試時(shí)間雙擊該檢驗(yàn)臺打開其參數(shù)視窗。在“ProcessTime”標(biāo)簽中選擇固定時(shí)間，并將時(shí)間常數(shù)改為4。如圖1.15所示。圖1.15檢測臺時(shí)間設(shè)置◎第13步：設(shè)置檢驗(yàn)臺的路徑分配現(xiàn)在需要設(shè)置該檢驗(yàn)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(shí)體的連接時(shí)，應(yīng)該首先連接Sink，然后再連接第一個(gè)暫存區(qū)。這個(gè)順序使得檢測臺的第一個(gè)輸出端口連接到Sink，第二個(gè)輸出端口連接到暫存區(qū)。現(xiàn)在，我們將按照某個(gè)百分比來設(shè)置輸出端口。點(diǎn)擊該檢驗(yàn)臺的Flow標(biāo)簽，單擊Output部分的SendToPort下拉菜單，如圖1.16所示，選擇“ByPercentage(inputs)”選項(xiàng)。單擊模板，這將打開一個(gè)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(gè)暫存區(qū)。圖1.16輸出端口策略設(shè)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(diǎn)擊檢驗(yàn)臺參數(shù)視窗中的ProcessTrigger標(biāo)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(shí)體的顏色，如圖1.18所示。單擊確定關(guān)閉此窗口。圖1.18設(shè)置顏色選項(xiàng)參數(shù)修改窗口§2.22運(yùn)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(yùn)行仿真◎第17步：運(yùn)行仿真現(xiàn)在模型開始運(yùn)行如圖1.19所示，流動實(shí)體將從第一個(gè)暫存區(qū)開始移動，進(jìn)入3個(gè)處理器中的一個(gè)，然后進(jìn)入第二個(gè)暫存區(qū)，再進(jìn)入檢驗(yàn)臺，最后進(jìn)入Sink，也有一些重新進(jìn)入第一個(gè)暫存區(qū)。返回的實(shí)體將變成黑色。圖1.19運(yùn)行中的模型§2.3仿真結(jié)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(diǎn)。第一種方法是，你可以從視覺上觀察每個(gè)暫存區(qū)的容量。如果有一個(gè)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(jī)床形成了系統(tǒng)的瓶頸。模型運(yùn)行時(shí)，可以注意到第二個(gè)暫存區(qū)經(jīng)常堆積很多待加工的產(chǎn)品，而第二個(gè)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(gè)Processor的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)值。如果上游的三臺機(jī)床總是處于繁忙狀態(tài)，而檢驗(yàn)臺經(jīng)?？臻e，那么瓶頸很可能就是那三臺加工機(jī)床。反之，如果檢驗(yàn)臺總是很忙，而加工機(jī)床總是空閑，那么瓶頸可能是檢驗(yàn)臺。運(yùn)行模型至少50000秒，再停止運(yùn)行，鼠標(biāo)右鍵單擊第一臺加工機(jī)床并選擇Properties選項(xiàng)，打開其屬性視窗。選擇Statistics標(biāo)簽下的State頁，將會出現(xiàn)一個(gè)餅圖，如圖1.21所示，這張圖顯示了該實(shí)體處于不同狀態(tài)的時(shí)間比例。圖1.21第一臺機(jī)床狀態(tài)統(tǒng)計(jì)圖現(xiàn)在右鍵單擊檢驗(yàn)臺，打開其屬性窗口，檢驗(yàn)臺的狀態(tài)餅圖如圖1.22所示。圖1.22檢驗(yàn)臺狀態(tài)統(tǒng)計(jì)圖從圖中可以看出，檢驗(yàn)臺工作的時(shí)間占總仿真時(shí)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(yàn)臺是瓶頸所在，而不是那三臺加工機(jī)床。因此可以考慮添加一個(gè)檢驗(yàn)臺來改善系統(tǒng)。思考：按照上面操作步驟，通過增加檢驗(yàn)臺觀察系統(tǒng)性能的變化？§3課程設(shè)計(jì)總結(jié)與感想§3.1課程設(shè)計(jì)總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)2周，包括實(shí)驗(yàn)前老師宣講階段，微機(jī)室仿真模擬實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，和設(shè)計(jì)報(bào)告的編寫三個(gè)部分構(gòu)成。老師的宣講階段告訴了我們這次課程設(shè)計(jì)的大體思路，包括仿真的基本知識，專業(yè)術(shù)語，以及后面仿真的進(jìn)行安排，人員的分組。這是課程設(shè)計(jì)的前提，是基本條件，通過老師的宣講，我知道了該課程設(shè)計(jì)的大體思路，為后面的設(shè)計(jì)報(bào)告做好了鋪墊。實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行階段我和我小組的成員在賈老師的指導(dǎo)下完成并建立了一個(gè)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(yùn)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(gè)良好的基礎(chǔ)，為