系统仿真课程设计报告 - 柔性制造系统(2)

北京科技大学08级物流工程课程设计 柔性制造系统仿真与优化 黄维 40840220

1) 了解和掌握制造企业的生产系统物流的特点和解决的具体方法； 2) 了解和掌握面向订单生产企业的产能平衡和物流优化方法；

3) 对生产与运作管理理论知识和方法与生产实践的结合有更深入的感性认识。

5、课程设计基本材料

5.1 柔性制造系统状况

某企业柔性制造系统共有5台加工中心，定义加工中心名称分别为CNC_1、CNC_2、CNC_3、CNC_4、CNC_5。该制造系统内有一辆AGV小车，运行速度为1米/秒，可控制其实现不同的运送策略。每台设备入口和出口前有容量为4的缓冲，工件在由设备完成加工前后必须经过入口缓冲和出口缓冲，每台设备由一工人负责工件的搬运和安装，AGV小车运送工件到达后由工人负责将工件搬至设备入口缓冲，待到设备空闲后再由该工人将工件装卡在设备上，设备加工完毕由工人将工件移出至出口缓冲，待AGV小车到来后再由工人将工件搬运至出口缓冲。工人由AGV搬运工件至缓冲时间和由缓冲搬运工件至AGV时间统一为固定时间10秒，工人在设备将工件装卡和卸出的时间统一为固定时间30秒。工件按一定顺序进入柔性制造系统，进入系统后由AGV小车负责将其搬运到第一道工序，在系统入口有工人负责将工件搬运至到达入口的AGV小车，搬运时间固定为10秒，在加工完第一道工序后由AGV小车搬运至下道工序，执行同样的操作，在工件所有工序都加工完后AGV小车将工件搬运至柔性制造系统出口，出口由工人负责将工件由AGV小车搬走，时间统一为固定时间10秒。该柔性制造系统可能会根据需要再购买多辆AGV小车，所有小车均统一控制，执行同样的搬运策略。

该柔性制造系统工件物流过程如图1所示：

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数控设备 入口缓冲 口出缓冲 系统入口 AGV小车 系统入口

图1 柔性制造系统工件物流过程图

改柔性制造系统三维示意图如图2所示：

图2 柔性制造系统三维布局示意图

该柔性制造系统布局示意图如图3所示：

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图3 柔性制造系统布局示意图

图3说明了各设备和系统出入口之间的位置关系和距离，其中AGV初始位置在系统出口处，AGV长度为1.5米，速度为1米/秒。为了方便柔性制造系统的建模仿真和优化，在实际建模中队这一位置关系重新做了规定，新的布局示意图如图4所示:

CNC1 CNC1 CNC1 CNC1 CNC1 入口 12米 8米 12米 10米 8米 16米 入口

图4 柔性制造系统布局示意图

5.2 产品工艺状况

该柔性制造系统主流加工的产品有三种，其名称分别为：part1、part2、part3，产品工艺路线如下：part1：(CNC_3[60]、CNC_4 [80]、CNC_3 [120])，part2：(CNC_1[50]、CNC_4 [70]、CNC_1[40]、CNC_3[80])，part3：(CNC_1[30]、CNC_2[60]、CNC_5[50])，其中括号内数字为该工序的额定工时。工件在设备上的加工时间服从正态分布，正态分布中心为额定工时，分布方差统一为10，数字单位为秒。

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5.3 订单状况

现接到一批紧急加工订单，该订单对三类工件批量要求分别为（60、40、80），从早8：00开始上班，要求在5小时内完成全部加工任务，既要求中午13：00交货。

要求能针对以上信息建立仿真模型，并通过仿真找到最好的满足交货要求的系统控制方法。

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6、主要技术

6.1 传感器（sensor）

由于仿真是在4维（x，y，z，t）的虚拟空间环境中进行的，在此环境中如何确定每个导引车当前的位置是个难题，由于导引车始终都在固定的物流通道上运行，因此并不需要确定小车详尽的物理位置，而只需确定小车在物流通道上的位置即可。采用EM-PLANT提供的传感器技术可以较方便地达到这个目的，步骤如下：

步骤1:按照加工中心布局的位置与物流通道的相对位置确定每个加工中心所对应的传感器在物流通道上的位置，并将各设备和传感器的对应关系在表对象（Table）中存储，简称设备位置关系表；

步骤2:将触发传感器分为生产线入口、生产线出口和设备出入口三种情况，每种情况要分别对应不同的控制方法并与传感器连接起来，定义一个AGV小车的自定义属性来表达导引车最后触发的传感器，这样通过判断该属性就可获知小车当前在生产线中的大体位置；

步骤3：运行仿真，AGV小车通过提取任务队列中的任务并参照设备位置关系确定其下一步的行走方向，每当导引车触发传感器后修改其位置属性，并以此确定AGV小车当前所在的位置和应该触发何种控制方法。

触发传感器的导引车控制流程如图5所示。

在图5中，AGV小车提取任务队列中的任务后开始运行，通过触发传感器获知到达的位置并引发三种不同的操作，在执行完任务后处判断任务队列中是否还有运送任务，如有则直接提取并进行下一轮运行过程，如没有AGV小车则处于等待状态，待有新任务到来时则按冲突化解中的多辆小车对一个工件的争夺冲突化解规则来寻找合适的小车，并指派运送任务。

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