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引自：《生产系统建模与仿真》（作者：朱海平）
「 1. 生产流程描述 」
某全自动化加工生产线系统生产一种工件，该工件的生产流程如图1所示。首先，根据定时配送指令，通过AGV系统将存放在立体仓库中的工件毛坯件运输到生产线入口缓冲区，并由线头机器人上载到生产线。毛坯件随即在生产线上流转，经过三道工序加工后变为成品件。其中，工序1在设备M001、M002和M003中任一台上完成，加工时长45s，工序2在设备M004、M005和M006中任一台上完成，加工时长55s，工序3在设备M007、M008、M009和M010中任一台上完成，加工时长1min15s。如果3道工序全部完成，该成品工件由线尾机器人下载到生产线出口缓冲区，并由AGV系统运回立体仓库，如果工件未加工完成，则再次上载到生产线上并进行新一轮流转，直到所有工序加工完毕。
图1 工件生产流程
「 2. 仿真建模 」
基于FactorySimulation建立仿真模型，如图2所示。该生产线采用U型布局，总长54m，运转速度0.5m/s。在生产线上布置了10个工位点，每个工位对应一个顶升装置（B001-B010）和一台加工设备（M001-M010），如果顶升装置中有工件，该工位就不能再接纳工件。一旦某设备空闲，并且顶升装置中有工件在等待，则呼叫对应的RGV，如果RGV空闲，则移动机器人将顶升装置中的工件移至设备上加工。系统配备了3台RGV，其中RGV1为M001、M002、M009、M010这4台相邻设备服务，RGV2为M003、M004、M007、M008这4台相邻设备服务，RGV3为M005和M006这2台相邻设备服务，3台RGV轨道长度分别为7m、5.8m和3.2m，机器人移动速度为1m/s，上下料的时间均为2s。
图2 仿真模型
图2中，模型区左边是立体仓库和AGV系统，AGV系统用于毛坯件和成品件运输。其中，毛坯件从P01站点（立体仓库的出入库位置）运送到P02站点（生产线入口缓存处），成品件从P03站点（成品待配送缓存处）运送到P01站点，AGV路径一周总长40.45m，AGV承载量是10，即每台AGV一次运输10个毛坯或成品件，AGV运输速度0.5m/s，AGV数量为2台，AGV上下料时间均为15s。
仿真建模时，需要定义两个重要的脚本方法：
（1）仿真运行中，工件在生产线上流转，到达每一个工位点时要进行判断，决定是否将工件移至该工位顶升装置内，该判断逻辑通过stationSensor脚本方法来实现，如下：
boolean flag = false;if(MUType.equals("毛坯")) {//毛坯件if(station.no.equals("1") && %{B001}%.allowEntrance(@)) { @.move("B001");flag = true;} else if(station.no.equals("2") && %{B002}%.allowEntrance(@)) { @.move("B002");flag = true;} else if(station.no.equals("3") && %{B003}%.allowEntrance(@)) { @.move("B003");flag = true;}//工件已送至到B001或B002或B003，则开始工序1if(flag) {@.MUType = "工序1";@.MUColor = Color.yellow;return;}} else if(MUType.equals("工序1")) {//工序1if(station.no.equals("4") && %{B004}%.allowEntrance(@)) { @.move("B004");flag = true;} else if(station.no.equals("5") && %{B005}%.allowEntrance(@)) { @.move("B005");flag = true;} else if(station.no.equals("6") && %{B006}%.allowEntrance(@)) { @.move("B006");flag = true;}//工件已送至到B004或B005或B006，则开始工序2if(flag) {@.MUType = "工序2";@.MUColor = Color.blue;return;}} else if(MUType.equals("工序2")) {//工序2if(station.no.equals("7") && %{B007}%.allowEntrance(@)) { @.move("B007");flag = true;} else if(station.no.equals("8") && %{B008}%.allowEntrance(@)) { @.move("B008");flag = true;} else if(station.no.equals("9") && %{B009}%.allowEntrance(@)) { @.move("B009");flag = true;} else if(station.no.equals("10") && %{B010}%.allowEntrance(@)) { @.move("B010");flag = true;}//工件已送至到B007或B008或B009或B010，则加工成成品if(flag) {@.MUType = "成品";@.MUColor = Color.green;return;}}//已到达线尾，如果是成品，则运送到生产线出口，否则送到生产线入口，继续加工if(station.getNo().equals("999")) {if(@.MUType.equals("成品"))%{线尾机器人}%.call("生产线", "生产线出口", @);else%{线尾机器人}%.call("生产线", "生产线入口", @);}
（2）为了实现定时将毛坯件从立体仓库出库并通过AGV配送到生产线入口，定义触发器及定时触发方法。触发器如图3所示。从0时刻开始，每隔4min触发一次，共触发100次，每次自动执行pickAndDelivery方法。
图4 用于毛坯投入的定时触发器
pickAndDelivery方法内容如下：
//从立体仓库分拣出10个毛坯件ListmuList = %{立体仓库}%.pick("毛坯|10", 0);//呼叫AGV，将毛坯件从立库运输到生产线入口，一次运输10个，上载时间和卸载时间均为15秒%{AGV系统}%.call("P01", "P02", "立体仓库", "生产线入口", muList, null, 15*1000, 15*1000);
「
3. 仿真分析
」
首先分析生产线的产能和瓶颈。假定每4min从立体仓库向生产线配送一个批次毛坯件（10个），共配送100次，合计生产1000个工件，通过仿真来观察生产线的单位时间产量变化。
图5显示了产量随时间变化的曲线，可以看出，总产量随时间线性递增，每小时产量则逐渐趋于稳定，稳定在155~160个/h。设备利用率如图6所示，可以看出线头和线尾机器人的工作时长占比均为81.42%，比较高，而3道加工工序各有一台加工设备（M003、M006和M010）利用率不高，说明加工设备的能力富裕，机器人则可能是瓶颈。
图5 产量变化图
图6 设备利用率
根据定性分析，一方面，缩短配送周期，同时提升线头和线尾机器人的处理速度，应该有助于提升产能；另一方面，如果配送周期过短，由于生产线处理速度有限，可能造成毛坯件在生产线入口处积压，或者在生产线上反复流转，导致工件通过时长变长、在制品增多，因此，可能存在最佳的配送周期，为了验证这一点，设计如下仿真试验：
（1）毛坯配送的时间间隔共7个水平值：1:30、2:00、2:30、3:00、3:30、4:00、4:30。
（2）线头/线尾机器人处理时长共2个水平值：15s和20s。
（3）试验的输出参数：1000个工件加工的完成时间、每个工件的平均通过时间。
采用全因子试验，共试验14次，试验结果如表1所示。可以看出，配送间隔时间加长，加工完成时间基本呈增长趋势，但平均通过时间呈下降趋势。试验5和试验12的综合效果是不错的，因此，设定配送时间为3:30比较合适，机器人处理时长从15s变化到20s，对两个输出参数的影响不大。
表1 仿真结果
|
试验 次数 |
毛坯配送的 时间间隔 |
线头和线尾机器人处理时长/s |
1000个工件加工的完成时间 |
每个工件的平均通过时间 |
|
1 |
1:30 |
15 |
6:3:29 |
1:52:53 |
|
2 |
2:00 |
15 |
6:8:56 |
1:32:2 |
|
3 |
2:30 |
15 |
6:10:33 |
1:7:46 |
|
4 |
3:00 |
15 |
6:8:19 |
42:25 |
|
5 |
3:30 |
15 |
6:17:55 |
23:37 |
|
6 |
4:00 |
15 |
6:50:43 |
14:16 |
|
7 |
4:30 |
15 |
7:38:26 |
12:48 |
|
8 |
1:30 |
20 |
6:28:8 |
2:4:56 |
|
9 |
2:00 |
20 |
6:27:25 |
1:41:10 |
|
10 |
2:30 |
20 |
6:31:25 |
1:17:19 |
|
11 |
3:00 |
20 |
6:31:7 |
51:10 |
|
12 |
3:30 |
20 |
6:24:8 |
25:53 |
|
13 |
4:00 |
20 |
6:51:1 |
14:54 |
|
14 |
4:30 |
20 |
7:40:24 |
14:46 |
「 4. 三维仿真动画 」
FacotrySimulation内置了三维动画引擎，可以浏览仿真过程的三维车间场景，如图7所示。
图7 仿真过程的三维动画
工商网监
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