導讀

生產系統仿真關注在生產規劃,通過利用虛擬仿真技術,可以對于工廠的生產線布局、設備配置、生產制造工藝路徑、物流等進行預規劃,并在仿真模型“預演”的基礎之上,進行分析、評估、驗證,迅速發現系統運行中存在的問題和有待改進之處,并及時進行調整與優化,減少后續生產執行環節對于實體系統的更改與返工次數,從而有效減低成本、縮短工期、提高效率。

生產線布局仿真

針對新工廠建設與現有車間改造,基于企業發展戰略與前瞻性進行三維工廠模擬驗證,減少未來車間調整帶來的時間和成本浪費。

工藝仿真

真實反應加工過程中工件過切或欠切、刀具與夾具及機床的碰撞、干涉等情況,并對刀位軌跡和加工工藝進行優化處理的。

物流仿真

通過物流仿真優化工藝、物流、設施布局、人員配置等規劃方案,提升數字化車間規劃科學性,避免過度投資。

機器人仿真

基于三維空間,驗證機器人工作可達性、空間干涉、效率效能、多機器人聯合加工等,輸出經過驗證過的加工程序,提升工藝規劃效率。

人機工程仿真

通過仿真對關鍵工藝進行裝配仿真分析、人機工程分析、裝配過程運動學分析,最終可輸出三維作業指導。

......

生產系統仿真遵循的原則

產線布局仿真

  • 符合工藝過程要求。即充分考慮每首工序的生產效率與時間定額,滿足各工序的生產平衡,充分利用設備產能。
  • 物流搬運時間短。在滿足工藝的前提下,使得物流運輸路徑方便快捷,盡量避免物料交叉搬運與逆向流動,做到物流運輸時間最短。
  • 保持生產柔性。車間在制品暫存區、原料存放區、緩存區等作業單位適中,不宜過多、復雜,以免造成加工混亂和空間的嚴重浪費。
  • 空間利用率高。生產區域及存儲區域的空間設計都應該合理,最大限度的利用空間。

工藝過程仿真

  • 工藝過程無碰撞、干涉。主要通過模擬裝配工藝過程,及時發現裝配過程中存在的干涉、碰撞等問題,提升裝配工藝過程的可操作性。
  • 人機工程。主要考慮在工藝加工過程中,工人的視線范圍不被遮擋,肢體可以達到要求位置,空間大小方便工人操作,承受的負荷及操作時間不易使工人疲勞,同時在危險環境中要有安全防護措施。
  • 裝配路徑最優。主要考慮減少無效的零件移動、無效的人員運作,提升裝配工藝效率。

生產物流仿真

  • 優化空間利用率。即物料在流動過程中,就避免重復、冗余路線。降低庫存,減少在制品數量。
  • 生產系統能力平衡。即生產資源與人員等的合理匹配。
  • 優化物流中的瓶頸環節與關鍵路徑。

生產系統仿真過程

前期準備

  • 廠區布局圖
  • 設備清單
  • 產品及零部件清單
  • 工藝說明書
  • 工裝夾具
  • 工時定額
  • 工序
    ...

仿真規劃

  • 產線布局規劃
  • 物流規劃
  • 生產工藝規劃

建模

  • 產線物料3D建模
  • 設備與生產資源邏輯建模
  • 生產線流程時序邏輯建模
  • 人員和設備運動模型
  • 工位運動時序模型建模

仿真優化

  • 產線生產瓶頸
  • 設備利用率
  • 物料緩存量
軟件 廠商 特點 應用領域
Flexsim 美國FlexSim 基于面向對象技術建模,建模高度過程快捷簡便,仿真速度快,突出的3D圖形顯示,擴展性好,開放的接口 汽車工業、食品、化學工業 、造紙、電子、銀行和財務 、航空、政府、工程、運輸等
Plant Simulation 德國Siemens PLM Software 交互式建模仿真界面,模型層次化的結構,具有面向對象的繼承性,具有豐富的分布函數,多種形式的接口 項目規劃、物流仿真和優化制造廠、生產系統和工藝過程
Delmia/Quest 法國達索 交互式面向對象建模環境,提供了智能化的物流處理系統模板,直接模仿實際系統的行為,預置了實際系統的控制邏輯,內置SCL仿真控制語言,可通過Quest Express 與MES、ERP或生產高度系統連接,3D動畫顯示,并以直方圖、餅狀圖等方式顯示統計結果 生產、物流
Witness 英國Lanner Group Ltd. 交互式面向對象的建模環境,靈活的執行策略,豐富的模型單元,工程友好性強,實時的彩色動畫顯示,靈活的輸入/輸出方式 汽車制造、港口物流、鋼鐵制造、電子制造、空港規劃設計等行業
ShowFlow 荷蘭INCONTROL 提供建模、仿真、動畫和統計分析工具。確定瓶頸位置,估測提前期和報告資源利用率。ShowFlow還可以被用來支持投資決定,校驗制造系統設計的合理性,通過對不同的制造策略進行仿真實驗來找出最優解。 制造業和物流業
Stream 日本三井造船 不僅可以當作物流生產線的仿真器使用,而且在單一個機械設備的仿真方面也可以用來變通使用,機器人仿真器很齊備;其開發基礎是Sil-Tools ,在擴展性和技術支持方面令人擔憂。 生產線、物流、機器人
Automod 美國Applied Materials 采用內置的模板技術,模型精度高,具有強大的統計分析工具,3D圖形顯示,可生成高質量的AVI格式動畫文件,兼容性好 鋼鐵與鋁材、航空航天包裹與信件處理 、汽車倉儲與配送、制造機場/行李處理、運輸 半導體、物流等
RaLC(樂龍) 日本人工智能株式會社 它是面向對象的,對象事物全部以按鈕的形式擺放在工具欄上,而且可以對對象物體的配置來進行設計。以3D動畫為載體,對智能作業人員、搬運設備、貨物、控制系統、數據信息等多個物流系統元素進行仿真抽象和設置,快速構建三維動畫計算機系統仿真驗證模型。 物流、工業工程和制造業
ProModel 美國ProModel proModel專注于以下問題:資源利用率、系統容量、流程改進、吞吐量和瓶頸分析、供應鏈和物流、客戶服務水平,通過建模制造,物流或服務系統的重要元素,領導者可以嘗試不同的運營策略和設計,以實現組織的最佳績效。ProModel易于使用、界面直觀,使用逼真的動畫顯示、各種分析報表以及優化功能,幫助用戶更快地找到最佳的運作方案。 生產、物流
Arena 美國Rockwell Automation 通用交互集成式仿真環境,可視化柔性建模,提供專門的輸入/輸出分析器,優化決策工具Opt Quest ,多種形式和類型的外部接口 制造業、物流及供應鏈、服務、醫療、軍事、日常生產作業、各類資源的配置、業務過程的規劃、系統性能評價、風險預測
Simul8 美國SIMUL8 操作簡單,通用性和可視性強,易于使用的“拖拉式”建模功能,仿真速度快,全面的“結果管理器”,多種形式和類型的軟件接口 制造、物流、醫療、教育、咨詢等
DEMO3D 英國Emulate3D Demo3D 是唯一將摩擦力、重力、阻力、慣性等物理特性引入到自動化設備仿真的平臺。支持自動化設備形態和功能更豐富。支持敏捷設計/驗證/展示的設計模式,可以將滿意的三維設計模型直接生成包括 AutoCAD 2D/3D 的設計圖。Demo3D 包含眾多物流模塊。 交通系統設計、供應鏈優化、倉庫優化、分銷需求規劃的優化、事件物流與規劃、庫存管理、機場行李管理與安全
Supply chain guru 美國LLamasoft智模公司 允許用戶輸入或導入供應鏈網絡信息,并使用人工智能和嵌入的知識庫,用以自動建立強大的離散事件仿真和網絡優化模型。用戶可以測定改變供應鏈結構或策略所帶來的影響,優化模型以選擇改進的供應源關聯,仿真多個供應鏈設計方案以評估服務和費用之間的折中,預測庫存投資、運輸費用以及生產情況,為企業提供預算功能。 醫藥、煙草、鋼鐵、電商、汽配、郵政
Classwarehouse 英國Cirrus Logistics 通過在虛擬的計算機環境來進行設計、改進和測試復雜的倉庫解決方案。它還能幫助公司評估產品的產量、人員的組織以及設備情況,來量化成本、效率以及服務水平。 供應鏈戰略規劃仿真
ExtendSim 美國 Imagine That Inc 公司 模塊化建模,可重復使用的建模模塊,交互性好,可擴展性好,連接性好,第三方開發支持 倉庫物流仿真
AVEVA E3D 英國AVEVA AVEVA Everything3D 引進了移動計算、云計算和激光掃描等最新技術創新,在工廠項目實施中采用精益方法。 海事、工廠、建筑和基礎設施
Factory Design Utilities 美國歐特克 Factory Design Utilities軟件可規劃和驗證工廠布局,有效放置設備。Factory Design Utilities僅支持以Product Design & Manufacturing Collection 軟件包形式整體購買。 創建、發布、共享和管理工廠布局的3D內容,工廠設施布局、過程分析
VisualComponents 中國美的(原屬于芬蘭Visual Components) 軟件集三大功能于一個平臺:離散物流仿真模擬,機器人離線編程,PLC 虛擬調試。可實時采集仿真數據生成數據圖表。適合工業自動化設備制造廠商和其他設備制造商。 離散事件模擬仿真、機器人離線編程、虛擬調試、人機協作仿真
Bentley PlantWise 美國Bentley 主要致力于為建筑師、工程師、地理信息專家、施工人員和業主運營商提供促進基礎設施發展的綜合軟件解決方案。在工業領域具有多專業工廠設計和分析解決方案。 建筑設施、通訊、離散制造、電力及燃氣公用事業、政府、測繪和勘測、采礦、石油天然氣、發電、流程制造、軌道交通、公路和高速公路、給排水等

生產系統仿真軟件

Flexsim是美國FlexSim公司開發的三維物流仿真軟件,能應用于系統建模、仿真以及實現業務流程可視化。Flexsim中的對象參數可以表示基本上所有的存在的實物對象,如機器裝備、操作人員、傳送帶、叉車、倉庫、集裝箱等,同時數據信息可以用Flexsim豐富的模型庫表示出來。Flexsim具有層次結構,可以使用繼承來節省開發時間。而且它還是面向對象的開放式軟件。由于Flexsim的對象是開放的,所以這些對象可以在不同的用戶、庫和模型之間進行交換,再結合對象的高度可自定義性,可以大大提高建模的速度。FlexSim具有完全的C++面向對象(object-oriented)性,超強的3D虛擬現實(3D動畫),直觀的、易懂的用戶接口,卓越的柔韌性(可伸縮性)。

Plant Simulation

Plant Simulation 是一款面向對象的集成建模物流仿真優化軟件,是西門子PLM產品全生命周期解決方案中的一個不可或缺的組成部分。在規劃階段可透過Plant Simulation分析全廠之設施規劃方案選擇、設備投資評估、暫存區、生產線平衡、瓶頸分析、派工模擬及產能分析模擬及企業再造等模擬分析,基本上與Witness和Factor/AIM一樣,同樣屬于平面離散系統生產線仿真器。齊備了周邊的機器人仿真器群。可以與CAD、CAPE、ERP、DB等軟件之間實時通信。與周邊的機器人仿真器群之間有強有力的關聯,面向大型制造業領域的仿真群中,和Delmia公司實力相當。其主要目的是整體系統的優化等,主要與周邊系統聯合起來靈活使用,但是價格昂貴。

DELMIA/Quest

DELMIA是達索公司的產品,包含面向制造過程設計的DPE、面向物流分析的QUEST、面向裝配過程分析的DPM、面向人機分析的Human、面向機器人仿真的Robotics和面向虛擬數控加工仿真的VNC幾個功能模塊。Quest是針對設備建模、實驗、分析設備分布和工藝流程的柔性、面向對象的、基于連續事件的專用模擬軟件。2D圖表和3D模型均可以通過按鈕式界面,對話框,擴展標準庫而得到,實時交互界面允許在運行期間對變量進行修改并觀察各參數的演變。Quest可單獨操作或從DENEB的其它產品中輸入模型,準確的確定現有的或新的系統的優化車間布置、成本、工藝流程。在周邊的機器人仿真器群等方面的功能也很齊備,不過Quest以適用于大型制造業生產線為目的,沒有自動立體倉庫等常用設備,所以對物流生產線不太適用,且價格非常昂貴。

Witness

Witness由英國Lanner集團用數十年系統仿真經驗開發出的離散型的仿真軟件,它是面向工業系統,商業系統流程的動態系統建模仿真軟件平臺,是該領域的主流仿真軟件之一。它提供了大量描述工業系統的模型元素,如生產線上的加工中心、傳送設備、緩沖存儲裝置等。具有交互式面向對象的建模環境,靈活的執行策略,豐富的模型單元,工程友好性強,實時的彩色動畫顯示,靈活的輸入/輸出方式。作為可選項,還具備了三維立體顯示功能(VR),擴大了其適用范圍,不過三維立體顯示功能是后來添加的可選項,所以不適合模型從大致輪廓的概念設計開始依次建構下去的動態過程中使用。

ShowFlow

ShowFlow仿真軟件可為制造業和物流業提供建模、仿真、動畫和統計分析工具。ShowFlow可以提供生產系統的生產量,確定瓶頸位置,估測提前期和報告資源利用率。ShowFlow還可以被用來支持投資決定,校驗制造系統設計的合理性,通過對不同的制造策略進行仿真實驗來找出最優解。建模:可以定義隊列,緩沖器,等待區域,操作任務,運輸工具,輸送機,AGV,立體化倉庫,自動存取設備,路徑等基本元素的標準屬性和特殊屬性。 仿真:采用優化的仿真運算法則技術(OSAT),固定的或變化的時間仿真運行,可對離散事件進行仿真。 統計:可對多種概率分布(均勻、正態、指數、愛爾朗、經驗分布等)進行統計分析,并帶有隨機數生成器。分析:輸入數據分析,包括數據設置分析、最合適建議等,并可導入微軟的Excel的數據。輸出數據分析,包括可輸出隊列曲線圖、柱狀圖、餅狀圖等,動態圖表顯示,用戶自定義圖表格式,并可將數據輸出到微軟的Excel中。動畫和文檔:可產生二維、三維動畫,可對攝像機進行移動,縮放,旋轉。可按功能性或元素排序自動生成模型文檔,產生仿真事件跟蹤報告,輸入參數值列表等。

Stream

Stream是日本三井造船股份有限公司開發的仿真軟件,其最大特點是從日文命令組中選出并排列的形式記述每一個設備的控制邏輯,關于制作完成的模型,仍然沿襲使用了其前身MiFactory,由于是日本國產工具軟件,所以非常適合日本國內的需求胃口,不僅可以當作物流生產線的仿真器使用,而且在單一個機械設備的仿真方面也可以用來變通使用,由于開發商身為實力強大的機械設備生產廠家,所以在周邊的機器人仿真器等方面也很齊備;其開發基礎是Sil-Tools ,所以與一般的Windows應用程序相比,其操作上的感覺有些不同,且另外還需要特殊的開發環境,所以在擴展性和技術支持方面令人擔憂。

Automod

Automod是目前市面上比較成熟的三維物流仿真軟件,最初是由Brooks Software公司開發的,現屬于Applied Materials公司。主要包括了三大模塊:AutoMod、AutoStat和AutoView。AutoMod模塊提供給用戶一系列的物流系統模塊來仿真現實世界中的物流自動化系統。主要包括輸送機模塊(輥道、鏈式),自動化存取系統(立體倉庫、堆垛機),基于路徑的移動設備(AGV等),起重機模塊等。AutoStat模塊為仿真項目提供增強的統計分析工具,由用戶定義測量和實驗的標準,自動在AutoMod的模型上執行統計分析。主要特點是:基于發展策略運算法則的最優化分析,用戶為得到更好的模型來定義輸出審核,多CPU并行計算等。AutoView可以允許用戶通過AutoMod模型定義場景和攝像機的移動,產生高質量的AVI格式的動畫。用戶可以縮放或者平移視圖,或使攝像機跟蹤一個物體的移動,如叉車或托盤的運動。AutoView可以提供動態的場景描述和靈活的顯示方式。

RaLC(樂龍)

RaLC(樂龍)是上海樂龍人工智能軟件有限公司(日本人工智能服務有限公司在華子公司)提供的。它是面向對象的,物流配送中心所使用的基本搬運器械設備即對象事物,包括各種傳送帶、自動立體倉庫、平板車等,以及工作人員的裝卸、分揀、叉車搬運等,全部以按鈕的形式擺放在工具欄上,而且可以對對象物體的配置來進行設計,用于對各類對象物體的形狀和規格建模也十分直觀。RaLC樂龍系列軟件在建模速度、建模操作簡便性、模擬和仿真精確度等方面具有優勢。

ProModel

ProModel是由美國ProModel公司開發的離散事件仿真軟件,它可以構造多種生產、物流和服務系統模型,是美國和歐洲使用最廣泛的仿真系統之一。ProModel基于Windows操作系統、采用圖形化用戶界面,并向用戶提供人性化的操作環境。ProModel提供二維和3D建模及動態仿真環境場景。用戶根據需求,利用鍵盤或鼠標選擇所需的建模元素,就可以建立仿真模型

Arena

Arena是由美國著名的Rockwell公司開發的仿真軟件。通過對離散復雜系統的建模與仿真,對各種活動中涉及的有限資源分配、占用、釋放方式進行研究,以實現預測分析、流程和操作評估、敏感性分析、方案/流程/決策優化、財務分析等管理研究目的。Arena 提供簡單快捷、靈活設置、彈性規模和專家建模所需的各個方面。通過提供相關特性(如流程圖視圖建模、層次化建模結構、可擴展的圖形化資料庫等)。

Demo3D

Demo3D 是 Emulate3D公司開發的三款軟件中的核心產品,主攻自動化系統的數字化敏捷設計、震撼展示、方案驗證。Demo3D 是唯一將摩擦力、重力、阻力、慣性等物理特性融入到物流運動過程中的仿真軟件,細節更逼真,產生的效果更真實可信。支持雙向導入導出AutoCAD 2D/3D DXF圖紙。可以將在 AutoCAD Inventor, Solidworks, Pro/E, 3DS MAX, Google Sketchup等設計工具中的設備模型導入后,迅速制作成動態模型,并且和數字化流程結合起來,形成靜態設計— 動態流程驗證 — 動態流程展示 — 設計出圖的良性循環。

Supply chain guru

Supply chain guru是來自美國的供應鏈戰略規劃仿真軟件,它允許用戶輸入或導入供應鏈網絡信息,并使用人工智能和嵌入的知識庫,用以自動建立強大的離散事件仿真和網絡優化模型。用戶可以測定改變供應鏈結構或策略所帶來的影響,優化模型以選擇改進的供應源關聯,仿真多個供應鏈設計方案以評估服務和費用之間的折中,預測庫存投資、運輸費用以及生產情況,為企業提供預算功能。

Classwarehouse

Classwarehouse是來自英國的倉庫物流仿真軟件,一種專門用于倉庫設計的仿真軟件。通過在虛擬的計算機環境來進行設計、改進和測試復雜的倉庫解決方案。它還能幫助公司評估產品的產量、人員的組織以及設備情況,來量化成本、效率以及服務水平。Classwarehouse所解決的實際問題范圍很廣,從對新建倉庫的設計、評估,到對已有倉庫的某個具體生產工藝的改進,再到如何在改變供應鏈和客戶需求時保證成本、服務和效率三者間的平衡和優化。

ExtendSim

ExtendSim(原Extend)是美國 Imagine That Inc 公司開發的仿真軟件,全球用戶數量已超過25000家,在時間周期(包括制造周期、采購周期、配送周期、客服周期 、商業流程處理周期等等)、利用率(產能、設備、人員等等)、庫存(在制庫存、供應鏈庫存分配、訂貨點/安全庫存、凍結期、備品備件可靠性分析等等)、產出率(投料策略、OEE等)、生產方式(JIT、看板、CONWIP、精益制造、生產計劃等等)以及其他和流程評價相關的指標 (BPR、6 西格瑪等等),ExtendSim都能發揮積極的作用。

AVEVA E3D

AVEVA公司在1967年從劍橋大學CAD中心的一個三維設計項目起步,在上世紀70年代末期的經濟低迷時期轉向商業化運作,開發出了世界上第一個三維工廠設計系統--PDMS(Plant Design Management System),該系統具備基于對象的工程數據庫。現在,AVEVA Everything3D(簡稱AVEVA E3D)為所有AVEVA PDMS項目提供了全面的升級支持,使用戶能夠在其現有的項目中充分利用AVEVA E3D的新增特性和功能。AVEVA E3D是AVEVA主要的多專業三維工廠設計解決方案。它把先進的三維圖形和用戶界面技術與先進的數據管理能力相結合,提供全面、高效、緊密集成的三維工廠設計解決方案。AVEVA E3D 引進了移動計算、云計算和激光掃描等最新技術創新,在工廠項目實施中采用精益方法。AVEVA E3D與所有其他AVEVA工程、設計和管理產品都能完全互操作。

歐特克Revit

Factory Design Utilities軟件是Product Design & Manufacturing Collection 軟件包的解決方案之一,只支持軟件包的整體購買。Factory Design Utilities可規劃和驗證工廠布局,有效放置設備。其功能包括實現創建,發布,共享和管理工廠布局的3D內容;將來自不同CAD系統的3D數據聚合到一個數字模型中進行設計和制造;實現設計設施布局,在可視化環境中檢測大型設施布局中的沖突;使用流程分析來建模,研究和優化制造流程。

VisualComponents

芬蘭Visual Components有限責任公司是一家3D制造仿真和可視化的專業軟件開發和實施公司,它提供給自動化設備制造商,系統整合商,制造型公司簡單、快速和具有高度成本有效性的方式構建工廠內部的整體可視化制造過程,快速設計3維設備/部件庫,VC產品產生的3D動畫能以PDF的形式保存和觀看。Visual Components的仿真解決方案組件包括以下內容:中小企業數字化工廠 、工廠過程仿真 、設備制造商銷售和營銷演示 、控制器驗證(PLC)和實時連接 、機器人和工作單元仿真 、應用開發(離線編程OLP)。其主要優勢是VC提供的3D物流過程仿真和機器人仿真/PLC等是整合在同一個平臺的,非常適合工業自動化設備制造廠商和其他設備制造商。

Bentley PlantWise

Bentley成立于1984年,在50多個國家/地區擁有3,500余名員工,年營收超過7億美元。自2012年以來,公司在研發和收購方面已投入逾10億美元。Bentley致力于為建筑師、工程師、地理信息專家、施工人員和業主運營商提供促進基礎設施發展的綜合軟件解決方案。其覆蓋的行業包括建筑設施、通訊、離散制造、電力及燃氣公用事業、政府、測繪和勘測、采礦、石油天然氣、發電、流程制造、軌道交通、公路和高速公路、給排水等。面對工業領域,具有多專業工廠設計和分析解決方案,其功能包括分析和模擬應力、執行三維干擾分析、設計工廠電氣系統、設計工廠儀表系統、管理和解決三維碰撞檢查、使用點云為改造工廠建模、執行多領域的工廠設計、參考結構模型以便進行管道應力分析。通過涵蓋整個資產生命周期的集成工廠設計和分析解決方案促進項目交付和信息管理。充分利用綜合數字協作設計環境中的協同設計、工作共享和虛擬化功能。通過集成設計和分析加快完成工廠基礎設施項目。

生產系統仿真案例

相關資料

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