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柔性制造系统仿真的基础知识

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据仿真与实际系统配置的接近程度,将其分为计算机仿真、半物理仿真和全物理仿真。在计算机上对系统的计算机模型进行实验研究的仿真称为“计算机仿真”。柔性制造系统的投资往往较大,建造周期也较长,因而具有一定的风险,其设计和规划就显得十分重要。在柔性制造系统的设计和运行阶段,通过计算机仿真能够辅助决策的主要有以下几个方面。图2-3给出了计算机仿真的一般过程。

柔性制造系统仿真的基础知识

仿真就是通过对系统模型进行实验去研究一个存在的或设计中的系统。这里的系统是指由相互联系和相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。

根据仿真与实际系统配置的接近程度,将其分为计算机仿真、半物理仿真和全物理仿真。在计算机上对系统的计算机模型进行实验研究的仿真称为“计算机仿真”。用已研制出来的系统中的实际部件或子系统去代替部分计算机模型所构成的仿真称为“半物理仿真”。采用与实际系统相同或等效的部件或子系统来实现对系统的实验研究,称为“全物理仿真”。一般说来,计算机仿真较之半物理、全物理仿真在时间、费用和方便性等方面都具有明显优势。而半物理仿真、全物理仿真具有较高的可信度,但费用昂贵且准备时间长。

柔性制造系统投资往往较大,建造周期也较长,因而具有一定的风险,其设计和规划就显得十分重要。计算机仿真是一种省时、省力和省钱的系统分析研究工具,在FMS的设计和运行等阶段可以起着重要的决策支持作用。计算机仿真有别于其他方法的显著特点之一,它是一种在计算机上进行实验的方法,实验所依赖的是由实际系统抽象出来的仿真模型。由于这一特点,计算机仿真给出的是由实验选出的较优解,而不像数学分析方法那样给出问题的确定性的最优解。

计算机仿真结果的价值和可信度,与仿真模型、仿真方法及仿真实验输入数据有关。如果仿真模型偏离真实系统,或者仿真方法选择不当,或者仿真实验输入的数据不充分、不典型,则将降低仿真结果的价值。但是仿真模型对原系统描述得越细越真实,仿真输入数据集越大,仿真建模的复杂度和仿真时间都会增加。因此,需要在可信度、真实度和复杂度之间加以权衡。

在柔性制造系统的设计和运行阶段,通过计算机仿真能够辅助决策的主要有以下几个方面。

(1)确定系统中设备的配置和布局:①机床的类型、数量及其布局;②运输车机器人、托盘和夹具等设备和装置的类型、数量及布局;③刀库、仓库和托盘缓冲站等存储设备容量的大小及布局;④评估在现有的系统中引入一台新设备的效果。

(2)性能分析:①生产率分析;②制造周期分析;③产品生产成本分析;④设备负荷平衡分析;⑤系统瓶颈分析。(www.xing528.com)

(3)调度及作业计划的评价:①评估和选择较优的调度策略;②评估合理和较优的作业计划。

如前所述,仿真就是通过对系统模型进行实验去研究一个真实系统,这个真实系统可以是现实世界中已存在的或正在设计中的系统。要实现仿真,首先要采用某种方法对真实系统进行抽象,得到系统模型,这一过程称为“建模”,其次对已建的模型进行实验研究,这个过程称为“仿真实验”,最后要对仿真的结果进行分析,以便对系统的性能进行评估或对模型进行改进。因此计算机仿真的一般过程可以概括为以下几个步骤。

(1)建模就是构造对客观事物的模式,并进行分析、推理和预测,即针对某一研究对象,借助数学工具来加以描述,通过改变数学模型的参数来观察所研究的状态变化。建模包含下面几个步骤:①收集必要的系统实际数据,为建模奠定基础;②采用文字(自然语言)、公式、图形对模型的功能、结构、行为和约束进行描述;③将前一步的描述转化为相应的计算机程序(计算机仿真模型)。

(2)进行仿真实验输入必要的数据,在计算机上运行仿真程序,并记录仿真的结果数据。

(3)结果数据统计及分析对仿真实验结果数据进行统计分析,以期对系统进行评价。

在自动化制造系统中,通常评价的指标有系统效率、生产率、资源利用率、零件的平均加工周期、零件的平均等待时间和零件的平均队列长度等。

图2-3给出了计算机仿真的一般过程。

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