《智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》教學大綱

《智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01140161課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學分：3學分學時：48學時（理論32學時，實驗16學時）先修課程：概率論與數(shù)理統(tǒng)計、智能制造工程導論、C語言等后續(xù)課程：智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設計適用專業(yè)：智能制造工程開課單位：機械工程學院一、課程說明《智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》是智能制造專業(yè)本科學生的專業(yè)必修課。本課程的任務主要是以生產(chǎn)系統(tǒng)的設計、建模、仿真優(yōu)化為研究對象，對生產(chǎn)系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)建立生產(chǎn)系統(tǒng)模型，通過仿真技術和數(shù)據(jù)處理，使系統(tǒng)性能優(yōu)化、效率提升和浪費減少，提升生產(chǎn)線產(chǎn)出率，優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部物流配送、車間布置、流水線平衡、生產(chǎn)計劃和倉儲仿真等經(jīng)典工業(yè)工程問題。通過本課程的學習，使學生掌握一個生產(chǎn)系統(tǒng)仿真類軟件，并能對生產(chǎn)系統(tǒng)典型工程問題提出設計方案，完成對生產(chǎn)模型的設計、建模、編程、仿真及優(yōu)化等工作。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：了解生產(chǎn)系統(tǒng)建?；A理論及PlantSimulation軟件的主要功能，掌握PlantSimulation軟件的基本操作，熟練應用各種物料流對象、分析工具，達到對簡單生產(chǎn)線的設計、建模及生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的能力。課程目標2：能夠根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程，利用PlantSimulation設計出生產(chǎn)產(chǎn)線，并對生產(chǎn)過程進行控制、調(diào)試及分析；掌握SimTalk語言編程，實現(xiàn)較復雜生產(chǎn)流程的控制；掌握GA優(yōu)化工具、實驗管理工具，實現(xiàn)產(chǎn)線的仿真及優(yōu)化；掌握AGV及工人的生產(chǎn)調(diào)度；在設計調(diào)試模型時培養(yǎng)學生一絲不茍的職業(yè)素養(yǎng)和精益求精的“工匠精神”。三、課程目標與畢業(yè)要求《智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程教學目標對智能制造工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度3.設計/開發(fā)解決方案：能夠設計針對智能制造工程領域復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統(tǒng)與單元（部件），并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.2能夠根據(jù)要求，設計開發(fā)實現(xiàn)特定功能的智能制造系統(tǒng)和單元（部件）；課程目標1：了解生產(chǎn)系統(tǒng)建模基礎理論及PlantSimulation軟件的主要功能，掌握PlantSimulation軟件的基本操作，熟練應用各種物料流對象、分析工具，達到對簡單生產(chǎn)線的設計、建模及生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的能力。H5.使用現(xiàn)代工具：能夠針對智能制造領域復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。5.2能夠選擇和使用恰當?shù)膬x器、信息資源，工程工具和專業(yè)模擬軟件等，用于智能制造領域復雜工程問題的分析、計算與設計；課程目標2：能夠根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程，利用PlantSimulation設計出生產(chǎn)產(chǎn)線，并對生產(chǎn)過程進行控制、調(diào)試及分析；掌握SimTalk語言編程，實現(xiàn)較復雜生產(chǎn)流程的控制；掌握GA優(yōu)化工具、實驗管理工具，實現(xiàn)產(chǎn)線的仿真及優(yōu)化；掌握AGV及工人的生產(chǎn)調(diào)度；在設計調(diào)試模型時培養(yǎng)學生一絲不茍的職業(yè)素養(yǎng)和精益求精的“工匠精神”。H注：表中“H（高）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.生產(chǎn)系統(tǒng)建?；A1.1系統(tǒng)的概念1.2系統(tǒng)建模的方法1.3案例分析教學要求：使學生了解生產(chǎn)系統(tǒng)的概念、特點、分類等基本概念，掌握生產(chǎn)系統(tǒng)的建模方法，能夠?qū)唵伟咐托谐橄蟪蓴?shù)學模型。重點：用數(shù)學模型描述現(xiàn)實中的工程實例。難點：用數(shù)學模型描述現(xiàn)實中的工程實例。2012.PlantSimulation軟件介紹2.1軟件概述2.2軟件的安裝2.3認識操作界面2.4鼠標基本操作2.5實例演示教學要求：使學生了解PlantSimulation軟件的功能、安裝方法、操作界面以及基本操作。重點：掌握PlantSimulation的功能，基本操作難點：安裝PlantSimulation軟件2013.物料流基本命令3.1源、工位、裝配工位、拆卸工位、機械手、轉(zhuǎn)盤、傳送器、緩沖區(qū)、流量控制器等對象的使用3.2資源類對象的使用工人池、協(xié)調(diào)器、工人、AGV池等對象的使用3.3數(shù)據(jù)圖表的使用插入數(shù)據(jù)表、條形圖、報告等，展示仿真結(jié)果3.4管理類庫的調(diào)用教學要求：使學生掌握PlantSimulation的主要功能對象，可以根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)，靈活選擇各種對象，建立生產(chǎn)系統(tǒng)，AGV運輸模型、倉儲模型等，并運用數(shù)據(jù)圖表，展示出生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真結(jié)果。掌握人機作業(yè)問題、AGV運輸物料、產(chǎn)品出入庫管理等典型場景的建模。重點：掌握各種物料流對象及相關屬性設置；屬性名稱的查詢和調(diào)用。難點：利用軟件，構(gòu)建生產(chǎn)模型，仿真出與生產(chǎn)相關的信息，提取所需數(shù)據(jù)并分析。1281、24.SimTalk語言4.1SimTalk語法4.2變量、函數(shù)4.3控制語句4.4實例演示教學要求：使學生掌握PlantSimulation軟件的控制方法，掌握SimTalk的基本語法，編程思想。重點：能夠掌握SimTalk的基本語法，編程思想，常用函數(shù)。難點：編寫程序，對生產(chǎn)模型進行復雜的控制，仿真出所需要的生產(chǎn)信息。601、25.工具5.1實驗管理器5.2瓶頸分析5.3WMS管理系統(tǒng)5.4能耗分析5.5GA工具教學要求：使學生掌握PlantSimulation自帶的仿真分析工具，建立實驗分組，分析瓶頸工序，能源消耗，物流路徑等。重點：利用實驗管理器進行分組實驗，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析難點：運用GA工具實現(xiàn)生產(chǎn)排程的優(yōu)化681、26綜合實例操作6.1汽車軸承裝配產(chǎn)線6.2汽車車身生產(chǎn)模型教學要求：根據(jù)汽車實際生產(chǎn)過程，進行簡化建模，仿真其生產(chǎn)過程重點：合理匹配各個生產(chǎn)對象，建立合理的生產(chǎn)模型難點：生產(chǎn)過程的邏輯控制和SimTalk程序編寫。401、2合計32162.實驗部分實驗部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗(上機)項目、實驗(上機)內(nèi)容與學時實驗（實踐）(上機)項目實驗（實踐）(上機)內(nèi)容和要求實驗（實踐）(上機)學時對應的課程目標1.混流裝配線物料配送設計與仿真實驗(上機)內(nèi)容：混流裝配線物料配送仿真及優(yōu)化。實驗(上機)要求：學習構(gòu)建模型基本框架、制定AGV調(diào)度策略及AGV參數(shù)優(yōu)化41、22.倉儲作業(yè)的設計仿真實驗(上機)內(nèi)容：倉儲作業(yè)的仿真。實驗(上機)要求：實現(xiàn)掛車搬運仿真及生成裝卸過程。41、23.流水線暫存區(qū)的仿真實驗(上機)內(nèi)容：流水線暫存區(qū)的仿真。實驗(上機)要求：建立生產(chǎn)線模型，設置全局變量的方法，分析機器故障率和加工時間對生產(chǎn)的影響。41、24.工藝原則布置仿真建模實驗(上機)內(nèi)容：按生產(chǎn)工藝布置產(chǎn)線實驗(上機)要求：建立生產(chǎn)線模型，運用GA工具優(yōu)化模型41、2合計1616五、教學方法及手段本課程采用理實一體化教學，以課堂講授為主，結(jié)合上機演示、討論、案例、線上學習資源、實驗等教學手段完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。學生比較全面地理解智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真的理論基礎、產(chǎn)線設計及建模仿真，使學生初步具有能夠運用仿真軟件，最生產(chǎn)模型進行建模、仿真分析的能力。在實驗教學環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學、討論式教學把理論與工程實例聯(lián)系起來，使學生更深入的理解生產(chǎn)系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)中的應用，利用軟件進行仿真分析的同時加強對基本理論、基本知識的理解運用，培養(yǎng)學生獨立思考、實際動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。六、課程資源1.推薦教材：（1）朱海平，生產(chǎn)物流建模與仿真[M]，清華大學出版社，2022.10.（2）李軍詳，何建佳，生產(chǎn)物流建模與仿真[M]，清華大學出版社，2023.2.（3）胡耀華，梁乃明，數(shù)字化工廠仿真，機械工業(yè)出版社，2021.11.（4）武福，生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真[M]，西安電子科技大學出版社，2014.8.2.參考書：（1）周金平編，生產(chǎn)系統(tǒng)仿真，電子工業(yè)出版社，2011.（2）王亞超，馬漢武，生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真-WITNESS系統(tǒng)及應用，科學出版社，2019.（3）李世榮，數(shù)字化工廠實踐指南PlantSimulation系統(tǒng)仿真與建模手冊[M]，機械工業(yè)出版設，2021.11.（4）于征磊，數(shù)字化工廠建模與物流仿真[M]，化學工業(yè)出版社，2023.73.期刊：（1）劉勤明，基于二階段時間延遲的多產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)與維修聯(lián)合優(yōu)化研究[J]，\t"/kns8/defaultresult/_blank"計算機應用研究，2020.4（2）中國管理信息化，吉林科學技術出版社（3）自動化學報，中國自動化學會;中國科學院自動化所（4）\t"/zn/Detail/index/SJES_03/_blank"T.Schr?der，Strategicplanningofamulti-productwood-biorefineryproductionsystem，JournalofCleanerProduction，2019.124.網(wǎng)絡資源：（1）仿真科技論壇，/（2）我要自學網(wǎng)，/（3）中國工控網(wǎng)，/七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標12過程性考核課后作業(yè)20%（1）根據(jù)課后布置作業(yè)進行考核，每次作業(yè)滿分100分。（2）取四次作業(yè)成績的平均分，以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?13實驗15%（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（2）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?8小組討論15%（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和討論話題的參與程度，滿分100分；（2）以小組討論的成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?8期末考試50%（1）采用機試，卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核生產(chǎn)系統(tǒng)基本知識、物料流對象的基本參數(shù)、產(chǎn)線設計、流程控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及編程等內(nèi)容。（3）考試題型為：單選題、填空題、模型設計題、編程題等?！獭?525合計：100分4654八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課后作業(yè)、實驗、小組討論、期末考試等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重50%），試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應用題、分析題不低于50%；課后作業(yè)、實驗、小組討論等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重50%）；過程性考核和考試試題分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標準、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課后作業(yè)40作業(yè)內(nèi)容詳細，描述清楚，按時按量提交，準確率大于90%。作業(yè)內(nèi)容詳細，描述清楚，按時按量提交，準確率大于80%作業(yè)內(nèi)容比較詳細，描述比較清楚，按時按量提交，準確率大于70%作業(yè)內(nèi)容不夠詳細，描述不夠清楚，按時按量提交，準確率大于60%。作業(yè)內(nèi)容不夠詳細，描述不夠清楚，未按時按量提交，準確率大于60%。小組討論30積極組織小組成員討論，并能夠總結(jié)出討論結(jié)果，且結(jié)果正確，調(diào)動了學生學習的積極性及思維的活躍程度較好的參與小組討論，討論結(jié)果基本正確，上課思維較活躍，學習積極性較高。參與討論程度一般，討論結(jié)果基本正確，思維活躍程度一般。在小組討論中，沒有積極參與，討論結(jié)果不夠全面或不完全正確?；静粎⑴c小組討論，學習缺乏積極性。實驗30實驗預習認真，能夠熟練掌握方法與步驟，實驗操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀、團結(jié)協(xié)作，實驗結(jié)果詳實