数控柔性制造生产线的仿真设计

摘要：物流仿真软件Flexsim可以对各种生产线进行建模、仿真和优化，UG NX是进行产品设计及加工的优秀软件。针对数控柔性制造生产线，结合两大软件实现数控设备的实体建模、仿真设计，并分析仿真数据进行生产线瓶颈分析，优化配置，大大提高柔性生产线设计的的改造和设计的质量和效率。

关键词：Flexsim；UG 柔性生产线；仿真

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672.3198（2013）04.0195.02

1引言

随着经济和科技的迅猛发展，柔性制造生产线在保证多品种复杂产品的质量前提下，同时缩短产品生产周期，降低产品成本，正以其高效、灵活的特性抢占动态变化的市场。柔性制造生产线是由数控加工设备、物料输送装置和工业机器人等组成，传统的传统设计手段只能专门针对某几个问题作单方面的分析与设计，不能对系统全局进行优化；仿真设计除了包含传统设计方法的主要内容外，主要在虚拟环境中对柔性生产线各元素、生产过程等进行仿真模拟，有效的模拟多品种生产、装配产品，生产线自动化程度越高，柔性越大，设计时考虑的因素越多，生产线的设计就越复杂，仿真设计的作用也就越大。

2FLEXSIM与UG NX软件的简介

Flexsim是美国Flexsim软件公司开发的物流仿真软件，它是面向对象的仿真软件，可以实现生产流程的真正三维可视化。Flexsim内置模型仓库，只需用鼠标从模型库里边拖动所需的模型到模型视图里面，就可以实现快速建模并仿真分析。Flexsim有强大的数据分析功能，而且伴随着仿真过程还可以观看数据的动态显示，将仿真结果输出。通过仿真设计、分析，而且实现生产线资源最优配置。Flexsim的不足在于模型的种类较少，难以满足需求。而UG NX是目前主流的机械设计软件，除具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配及创建工程图等功能外，还可以进行有限元分析、运动学分析和仿真模拟，以提高设计的可靠性；根据建立起的三维模型，由CAM模块直接生成数控代码，用于产品加工。UG NX为产品设计及加工过程提供数字化造型和验证手段，但在生产线物流仿真方面不如Flexsim。因此，两者结合使用，可以有效地实现柔性制造生产线的设计。

3柔性制造生产线仿真的建立

柔性制造生产线仿真设计分为3 部分： 生产线各部件的实体建模、生产线仿真建模和仿真分析。实体模型指的是反映生产线中设备形状、尺寸、运动学特性等的信息集合，仿真模型包括布局信息、各种设备的生产参数等。仿真分析指的是运行仿真模型后，分析生产线平衡、瓶颈，使之达到产能最大化、排程最佳化、在制品及库存最小化和成本最小化。

3.1Flexsim 仿真模型的建立步骤

首先对生产线实际调研，完成相关参数的数据采集；然后建立生产线物流模型，确定生产线布局；再建立仿真模型，并输入相关参数；编译运行仿真模型；分析仿真结果；根据输出的仿真结果，对系统方案进行优化；最后输出仿真结果。生产线仿真设计步骤如图1。

3.2仿真模型

按照某工厂车间的布置情况建立仿真模型，根据生产情况设定各个实体的参数。首先在Flexsim软件环境中放入所需的实体，包括发生器、处理器、输送机、缓存区、吸收器、工业机器人等。其中发生器代表加工原料的来源，处理机是柔性制造生产线的数控加工设备――车削中心、加工中心等，工业机器人则负责自动上下料工作。开始仿真之前，要确定毛坯到达数量随时间变化的曲线，经分析，该曲线服从均值为Normal（80，5）的正态分布。模型中各个实体所涉及的加工或输送时间、速度、尺寸参数都是按照生产线数据采集并分析后进行设置的。数控柔性生产线的仿真模型如图2。

3.3实体模型

由于Flexsim的模型库中的实体模型种类有限，如Flexsim中的处理机的三维造型只有1种，而专门的三维建模软件UG具备强大的三维造型能力。可以通过用UG NX对处理机、机器人、输送装置等实体进行建模，弥补Flexsim模型的不足。可以根据实际的设备形状，利用NX的建模模块和装配模块创建机床等的CAD模型，也可以使用NX预定义的机床模型，并且针对产品设计和工艺设计的需求，将机床等模型进行运动学模拟仿真，验证设计方案。

3.4仿真与优化

在仿真模型中，每个实体运行后都能生成相应的对象运行状态统计表，即设备状态统计分布，利用系统功能自动采集如空闲时问、处理时间、装载时间、卸载时间、行走时间、堵塞时间、输送时间、等待时间等参数。Flexsim中各个实体的统计数据可以通过状态百分率饼图表示出来。通过仿真，得到工序状态百分率饼图如图4。发现瓶颈的工序，要对系统的部分参数进行修改，成不同的系统方案。对修改后的模型重复运行多次，对不同方案进行结果比较，达到优化的目的。

4结语

根据生产车间的实际情况，运用Flexsim软件对某数控柔性制造生产线进行仿真，并且利用UG NX改进仿真的三维实体模型。通过观察仿真的状态百分率饼图，找到瓶颈，调整平衡。通过Flexsim和UG NX软件将柔性制造生产线建模、仿真和分析，缩短了生产线的设计时间，为企业柔性生产线的设计及优化提供新的方法。

参考文献

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