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  • 参数化设计的意义——Autodriver

    千次阅读 热门讨论 2018-03-15 13:34:50
    关键字:南京东岱 参数化设计 Autodriver什么是参数化?在参数化设计系统中,设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求,不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值,而且要在每次改变这些设计参数...

    关键字:南京东岱  参数化设计   Autodriver

    什么是参数化?

    在参数化设计系统中,设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求,不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值,而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系,即将参数分为两类:其一为各种尺寸值,称为可变参数;其二为几何元素间的各种连续几何信息,称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下,系统能够自动维护所有的不变参数。因此,参数化模型中建立的各种约束关系,正是体现了设计人员的设计意图。
    参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度,在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。目前,参数化设计中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法,前者主要用于平面模型的建立,而后者更适合于三维实体或曲面模型。

    Autodriver背景及操作应用

    我们了解了参数化的意义,就应该明白了,参数化会给我们企业带来哪些好处!Autodriver是南京东岱公司是solidworks软件的代理商,根据众多客户提出的参数化设计要求,在solidworks上二次开发做出来的一款参数化软件,符合绝大多数的solidworks用户。

    Autodriver只要把已经画好的三维模型导入到autodriver里面,通过添加全局变量,然后添加各个尺寸的链接,方程式,让所有的尺寸特征全部关联,这样就可以输入全局变量,来驱动整个模型,变成其他的模型。这样我们就可以快速的完成新的项目图纸,可以直接下发图纸。

    软件就先介绍到这里,下次小编将会录制一个视屏介绍autodriver这个软件。

     

     

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  • Creo二次开发:参数化设计

    千次阅读 2016-08-16 14:23:41
    以创建一个矿泉水瓶组件为例,实现参数化设计,包括瓶身和瓶盖两部分,其中参数和关系在Creo中已经定义好了。代码如下: //自定义函数 ProError action(ProParameter *parm, ProError status, ProAppData appdata)...

    以创建一个矿泉水瓶组件为例,实现参数化设计,包括瓶身和瓶盖两部分,其中参数和关系在Creo中已经定义好了。代码如下:

    //自定义函数
    ProError action(ProParameter *parm, ProError status, ProAppData appdata)
    {
        vector<ProParameter>* pf = (vector<ProParameter>*)appdata;
        pf->push_back(*parm);

        return PRO_TK_NO_ERROR;
    }

    //按钮:打开瓶子装配模型
    void CPart3DDlg::OnBnClickedBtnOpenPart0001()
    {
        // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
        ProErr status;
        ProMdl mdl;
        ProFamilyName name;
        //转换成宽字符
        ProStringToWstring(name,"D:\\demo\\bottle_asm.asm");
        //从磁盘中读取模型
        status = ProMdlRetrieve(name,PRO_MDL_ASSEMBLY,&mdl);
        if (status!=PRO_TK_NO_ERROR)
        {
            return;
        }
        //显示模型
        ProMdlDisplay(mdl);

        ProParamvalue proval;
        ProModelitem item;
        status=ProMdlToModelitem(mdl,&item);

        vector<ProParameter> dims;
        status=ProParameterVisit(&item,NULL,(ProParameterAction)action,&dims);
        if (status!=PRO_TK_NO_ERROR)
        {
            return;
        }
        for (unsigned int i=0;i<dims.size();i++)
        {
            status=ProParameterValueGet(&dims[i],&proval);
            if (status!=PRO_TK_NO_ERROR)
            {
                return;
            }
            CString dimension,dimensionName;
            dimensionName.Format(_T("%ws"),dims[i].id);
            switch (proval.type)
            {
            case PRO_PARAM_DOUBLE:
                dimension.Format(_T("%f"),proval.value.d_val);
                break;
            case PRO_PARAM_INTEGER:
                dimension.Format(_T("%d"),proval.value.i_val);
            default:
                break;
            }
            m_Part0001DataList.InsertItem(0,dimensionName);
            m_Part0001DataList.SetItemText(0,1,dimension);
        }

        //激活当前窗口
        int windId;
        ProWindowCurrentGet(&windId);
        ProWindowActivate(windId);
    }

    //自定义函数:设置参数值
    ProError UserSetParamValue(ProModelitem owner, char* name, double value)
    {
        ProError status;
        ProParameter param;
        ProName param_name;
        ProStringToWstring(param_name, name);
        status = ProParameterInit(&owner, param_name, &param);
        if(status != 0)
        {
            return status;
        }

        ProParamvalue proval;
        proval.type = PRO_PARAM_DOUBLE;
        proval.value.d_val = value;

        status = ProParameterValueSet(&param, &proval);
        if(status != 0)
        {
            return status;
        }

        return PRO_TK_NO_ERROR;
    }

    //按钮:重生装配模型
    void CPart3DDlg::OnBnClickedBtnRegenerate()
    {
        // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
        UpdateData(true);

        ProError status;
        ProMdl p_handle;
        ProModelitem p_modelitem;

        //获取当前模型
        status=ProMdlCurrentGet(&p_handle);
        if (status!=PRO_TK_NO_ERROR)
        {
            return;
        }
        //获得用户编辑框中输入的尺寸值
        status = ProMdlToModelitem(p_handle, &p_modelitem);
        UserSetParamValue(p_modelitem, "DIA_UP", m_dDia1);
        UserSetParamValue(p_modelitem, "DIA_DOWN", m_dDia2);
        UserSetParamValue(p_modelitem, "HEIGHT", m_dHeight);
        UserSetParamValue(p_modelitem, "CAP_DEPTH", m_dCapDepth);

        if (m_dCapDepth<=m_dHeight)
        {
            //重生模型
            status=ProSolidRegenerate((ProSolid)p_handle, PRO_REGEN_NO_FLAGS);
        }
        else{
            AfxMessageBox(_T("瓶盖深度应该小于瓶口高度!请重新输入!"));
        }
        //显示
        status = ProMdlDisplay(p_handle);
        //刷新列表框中的数据
        CString m_strDia1,m_strDia2,m_strHeight,m_strCapDepth;
        m_strDia1.Format(_T("%f"),m_dDia1);
        m_strDia2.Format(_T("%f"),m_dDia2);
        m_strHeight.Format(_T("%f"),m_dHeight);
        m_strCapDepth.Format(_T("%f"),m_dCapDepth);

        m_Part0001DataList.SetItemText(0,1,m_strDia1);
        m_Part0001DataList.SetItemText(1,1,m_strDia2);
        m_Part0001DataList.SetItemText(2,1,m_strHeight);
        m_Part0001DataList.SetItemText(3,1,m_strCapDepth);
        //激活当前窗口
        int window;
        ProMdlWindowGet(p_handle, &window);
        ProWindowActivate(window);

        UpdateData(FALSE);
    }


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  • 参数化设计设计工作中能极大提高工作效率,那什么是参数化设计参数化设计有哪些实现方式呢?下面为我们将为大家简单介绍SOLIDWORKS中参数化设计的几种方法。 【什么是参数化设计】 1.它是一种设计的方式,将...

    参数化设计在设计工作中能极大提高工作效率,那什么是参数化设计?参数化设计有哪些实现方式呢?下面为我们将为大家简单介绍SOLIDWORKS中参数化设计的几种方法。

     

    【什么是参数化设计】

    1.它是一种设计的方式,将设计规范到由产品结构的顶层传递至相关次层级的一种设计方式。

    2.它是一种管理的工具,能在整个设计过程中管理产品结构的相关性与衍生的改变。

    3.它是一种设计的概念。

    参数化设计是从一个系统的角度,计划所有的设计过程,在整个系统中建立组件、次组件和子零件之间的关系,在最上层的部分建立设计意图,并将其往较下层的部分发展。

    在SOLIDWORKS中的做法是建立能够抓取整个工程团队所使用的设计知识及相关规则的模型,定义最上层的设计意图,并使用SOLIDWORKS的功能去掌握这个设计意图。

     

    【参数化设计目标】

    TOP-DOWN DESIGN

    √ 高效推动自顶向下设计

    √ 定义以及掌握工程知识

    √ 重复使用以前完成的设计工作

    √ 管理系统的互动

    √ 弹性的维护整个设计

    √ 定义设计的源头是唯一的

     

    【参数化设计方法】

    1.直接关联

    ① 插入零件

    好处:直观

    不足:占用硬盘空间大,父零件更新,会导致子零件需要关联更新(慢)

    方法:在新零件或现有零件,功能表>插入>零件,选取父零件

     

     

    ②存储实体

    好处:自动化较强,硬盘空间占用少

    不足:父零件轻微重建就会导致子零件需要重新计算(慢),灵活度低

    方法:父零件必须是多实体

     

     

    ③插入实体到新零件

    好处:方便

    不足:一旦父零件有修改,在某情况下导致失掉关联无法修复

    方法:实体鼠标右键,选择>插入实体到新零件

     

     

    ④零件的数学关系式获取其他零件的参数(方程式)

    好处:简单,涉及技巧少,不会因父零件无关的更新而导致子零件重新计算(快)

    不足:数学关系式內的指向,不能以SOLIDWORKS Explorer或参照方式修改,只可在数学关系手动修改

    方法:在子零件的数学关系式內,输入新的关系式

     

     

    2.通过装配图关联

    ①点/线/面

    好处:最直观(大多人采用的方法)

    不足:容易产生循环计算(困扰大部分关联设计者)

    方法:在装配体中编辑某个零件,直接与其他零件关联起来

    注意:若被关联的零件是设计中的零件,必须特別留意

    ②导出草图

    好处:引起重算的几率较低,传递信息效果好

    不足:操作较繁琐,较不直观

    方法:在装配体中编辑某个零件,选择基准面和对象零件的草图,插入-派生草图

     

     

    ③嵌合、模塑和凹陷

    好处:容易调整关联的相对定向

    不足:禁忌多,操作不当SOLIDWORKS易崩溃

    方法:在装配体中编辑某个零件,插入这些特征

     

     

    ④装配体特征映射到零件

    好处:操作便捷

    不足:较少场合适用

    方法:(以配合钻孔为例)

     

     

    ⑤布局

    好处:自动化

    不足:不适合复杂设计

    方法:打开新的或现有的装配体,功能表>插入>布局

     

     

    ⑥偏移曲面

    好处:传递几何能力强,相互的负面影响低

    不足:步骤比较繁琐

    方法:在被参考的零件利用一些手段预留曲面,让别的零件复制(偏移)之用

     

     

    ⑦装配体的关系式传递参数给零件

    好处:比起【零件的数学关系式获取其他零件的参数(方程式)】方法的连贯性较高

    不足:容易跳出SOLIDWORKS,有可能系统变慢

    方法:在装配体內(不要编辑零件)的关系式指派数据或把零件与零件之间的数值关联起来

     

     

    3.间接关联

    ①动态草图块

    好处:可承接其他其他软件或SOLIDWORKS的平面几何

    不足:设计时,后续特征出错,无法修改

    方法:插入外部草图块时,点选“链接到文档”的选项

    ②输入几何

    好处:可承接其他其他软件的立体几何

    不足:设计时,后续特征出错,无解决办法

    方法:功能表>插入>特征>输入

     

     

    ③设计表格连接外部文档

    好处:适合多组态和较大型的关联设计

    不足:必须打开设计表格获取更新数据,不适合复杂的几何

    方法:设计表格中,以Excel的语法连接外部文档

    ④特征库

    好处:除了数据,连特征的形态也可以关联

    不足:使用范围较窄

    方法:将特征库加入零件时,点选“连接到资料零件库”

     

     

    以上即为SOLIDWORKS参数化设计的部分介绍,当然在实际工作中对参数化还有更广泛的使用,例如使用Excel表格和SOLIDWORKS的宏工具,使用第三方的插件,利用VB、C#等编程语言进行自定义的开发,可以综合利用各种有效的工具来实现设计的高效率和准确性

    原文来源: http://www.comi.cn/archives/4510

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  • 2、参数化、badboy测试脚本开发以及录制方法,正则表达式之Regextester工具使用、JMETER 组件作 用域等知识点讲解。 3、本课程注重实践每一个知识点都有相对应的实例,本书覆盖的实例多达上百个,提高学员的动手能 ...
  • 数字化制造系统参数化建模及仿真

    千次阅读 2020-07-19 20:53:33
    文章目录数字化制造系统参数化建模及仿真引言1 面向对象的着色Petri网建模1.1系统对象建模1.2系统对象子网建模1.3系统对象子网的集成2参数化建模系统实现2.1物理结构参数化2.2控制逻辑参数化2.2.1控制策略2.2.1交互...

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    数字化制造系统参数化建模及仿真

    摘 要:为快速建立数字化制造系统的可配置仿真模型,建立了系统面向对象的着色Petri网抽象模型,指出了模型中的竞争和冲突以及对象间的信息传递机制,并提出“映射”思想,将抽象的Petri网模型转化为具体的EM-Plant模型,开发了一套图形化、层次化的数字化制造系统参数化建模系统,用于解决单行式车间布局的物理和逻辑建模问题。该系统通过人机交互的参数输入界面,可以容易地实现系统布局、策略选择、性能分析和仿真实验。最后以某中航企业的加工单元为例,分析了不同因素对系统性能的影响,建立了输出与输入之间的响应面方程,得到了系统的最佳配置方案,验证了该参数化建模系统的实用性、有效性和通用性。

    关 键 词:数字化制造系统;面向对象Petri网;EM-Plant;参数化建模;仿真

    引言

    数字化制造系统是数字化技术与制造技术的融合,它以制造过程的知识融合为基础、以数字化建模仿真与优化为特征,在虚拟现实、计算机网络、快速模型、数据库等技术支撑下,根据用户的需求,对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组,进而快速生产出达到性能要求的产品的整个制造过程[1, 2]。数字化制造系统是一个涉及到多种过程、多种行为和多种对象的复杂系统, 具有离散性、混沌性、随机性和多层次性等特点[3],是典型的离散事件动态系统,仅仅依靠数学模型难以描述复杂的数字化制造全生命周期[4],因此有必要进行建模与仿真分析。

    在建立生产制造系统的仿真模型时,应该把传统的着重于描述离散事件系统动态行为的建模方法和着重于模型的可扩充和可重用性的面向对象[5, 6]方法结合起来,通过对象特征、对象行为和对象间的相互关系来描述系统功能、结构、信息和控制等方面的特征,实现生产制造系统中的物流、信息流和控制策略的分离,面向对象的着色Petri网(OOCPN)[7, 8]将是进行离散制造系统建模的有力工具,OOCPN在建模方法上采用了面向对象技术,保证了所建模型的本质性;在实现各对象子网时采用Petri[9, 10]网技术,保证了各对象的严谨性。把系统分割成若干个对象集,各对象之间一般是通过控制门变迁来实现信息传递,因此OOCPN通过托肯(赋予不同颜色集)、库所和变迁以及控制门清晰地描述了对象特征、对象行为和对象间的信息传递。

    但在实际应用中,OOCPN所建立的逻辑模型并不能很直观地指导生产现场的运行、调度和控制,也无法清晰地看出系统的物理布局、物流类型、控制策略等,因此有必要在此基础上开发一套直观、图形化和人机交互的建模系统,通过分析托肯属性、库所和变迁含义、对象间的信息传递机制等,建立与EM-Plant模型中物理结构参数、控制逻辑参数、仿真实验参数的映射关系,实现根据不同配置快速地建立数字化制造系统仿真模型[11-13]。

    1 面向对象的着色Petri网建模

    着色Petri网[14]可定义为一个六元组:CPN=(P,T,C,I,O,M0),其中P是库所集,T是变迁集,C={C1,C2,…… }是颜色集,I、O分别表示输入、输出函数,M0是初始标识。因此相比较于普通Petri网,着色Petri网加入了颜色集的概念,通过对库所着色,可限定库所中标识所能取得的颜色的范围,而对标识着色则可区分标识从而表现不同的资源、信息、状态等,所以颜色集相当于类型,而标识的颜色相当于变量的取值,这样便可通过颜色因素将具有相同性质或相似行为的元素归并到同一库所或变迁中,从而简化模型。

    但着色Petri网并没有改变Petri网建模“面向过程”的本质,为充分利用着色Petri网和面向对象建模的优势,将建立面向对象的着色Petri网模型。

    1.1系统对象建模

    基于数字化制造系统的制造环境,以类为分析单位,对系统的输入、资源、运行、输出分析等进行统一描述,可以将系统层仿真类分成四大类,即物理类、信息/控制类、服务类、组织类,如图1所示。

    图1 系统对象模型框架

    1)物理类:描述了系统中的物理资源信息。以机床为例,可以抽象出描述机床的两大属性:静态属性和动态属性。静态属性包括机床的管理特征(标识、名称、类型、尺寸、位置等)、加工特征(加工能力、装卸时间、故障率等);动态属性则根据对象的状态发生变化,如运行、等待、负荷等。因此,在对这类对象进行建模时,要在模型属性中体现这些特征;

    2)信息/控制类:为逻辑对象类,在系统中没有有形实体与之对应,其主要功能是读入系统参数,选择控制策略,从而进行动态调度;

    3)服务类:以图表的形式表达仿真结果;

    4)组织类:对系统进行层次划分,包括工厂、车间、生产线和单元。

    1.2系统对象子网建模

    以机床为研究对象,建立了如图2所示的机床对象子网Petri网模型。

    图2 机床Petri网模型

    其中colset Machine=product ID ∗ * Name ∗ * Type ∗ * State ∗ * Part ∗ * Xpos ∗ * Ypos ∗ * FailureRate ∗ * SetupTime ∗ * ProcessTime ∗ * Utilization;颜色集Machine分别定义了机床ID、名称、类型、状态、当前加工零件、位置坐标、故障率、准备时间、加工时间、利用率。

    图中状态库所含义如下:

    PM1:入缓冲有空位;PM2:入缓冲预定位;PM4:机床空闲;PM5:机床被占用;PM6:机床工作中;PM7:机床故障状态;PM8:出缓冲有空位;PM10:机床阻塞状态。

    图中队列库所及规则库所含义如下:

    PM3:入缓冲队列;PM9:出缓冲队列;Rule1:机床选择工件策略;Rule2:机床故障调度策略。

    图中消息库所含义如下:

    PI8:预约反馈消息;PI9:预约请求消息;PI10:工件运达消息;PI11:拉动运输消息;PI12:加载工件消息;PI13:加工结束消息;PI14:工件运走消息。

    图中变迁含义如下:

    TM1:预定机床入缓冲;TM2:工件运至入缓冲;TM3:加载工件到机床;TM4:机床开始加工;TM5:机床发生故障;TM6:机床故障调度;TM7:机床结束加工;TM8:释放出缓冲。

    1.3系统对象子网的集成

    对象子网集成思想是:将各相对独立的对象个体或者对象群组按照作用关系联结起来,集成的主要任务是要解决各对象间状态同步以及通信问题。本研究中重点关注工件、机床、运输设备、托盘缓冲站和装卸站之间的相互关系,按照这些关系将各对象子网逐个连接起来,形成完整的系统Petri网模型,如图3所示。各对象间的关系和对象间的通信控制是通过控制门及与控制门连接的有向弧实现,控制门控制着对象间的通信及消息发送和接收。

    图3 系统Petri网模型

    2参数化建模系统实现

    EM-Plant主要用于离散时间动态系统的仿真,其优势在于系统的集成性有利于生产线的研究和开发,图形化的建模、仿真环境和清晰的层次化模型结构,有利于建模工作[15, 16],EM-Plant本身也是面向对象建模,已经建立了基本对象的模型库并定义了相关属性,因此将Petri网的逻辑建模与EM-Plant的可视化建模相结合,可快速的实现数字化制造系统的参数化建模,包括物理结构参数化、控制逻辑参数化、仿真实验参数化

    2.1物理结构参数化

    系统的物理结构包括系统组成、机床布局类型及物流运输方式,通过将物理结构参数化,可快速实现物理重新配置。

    系统组成是指系统内的有形实体对象,即分别建立了对象子网的工件、机床、运输设备、装卸站和托盘缓冲站,在EM-Plant中与之关联的对象见表1。各对象的数量和缓冲站的容量均可根据相关库所中的托肯数量手动设置。

    表1 Petri网的基本元素与EM-Plant对象的关联

    Petri网对象子网EM-Plant对象
    运输设备Transporter
    机床SingleProc
    装卸站Frame
    托盘缓冲站PlaceBuffer
    工件Part

    常见的机床布局类型为直线型U型环型,根据参考机床的位置、选择的布局类型以及机床间的位置关系可生成机床的位置,如图4所示。定义界面如图5所示。

    (a)直线型

    (b)U型

    (c)环型

    图4 机床布局类型

    图5 设备参数定义界面

    物流运输方式对Petri网模型中运输设备的具体形式进行了详细定义,包括工件和刀具运输设备的运输方式,按照运输方式的不同,可分为运输式传送式机械手式,不同运输方式及定义参数见表2。

    表2 不同运输方式及定义参数

    不同方式运输设备类型定义参数
    运输式RGV、AGV、EMS控制点坐标、轨道长度、弧坐标
    传送式辊式传输、传送带控制点坐标、轨道长度、弧坐标
    机械手式机械手、刀具机械人转动角度、转动时间

    图6中展示了机械手的定义界面。

    图6 机械手定义界面

    2.2控制逻辑参数化

    2.2.1控制策略

    当系统内出现竞争或冲突时,就需要进行人工干预,选择相应的策略进行控制,如机床按照某一规则从等待队列中选择合适的工件进行加工,运输设备从任务列表选择执行合适的任务等。在图3中库所Rule1~Rule7分别表示各对象所使用的策略,见表3。通过定义不同的方法实现不同策略的选择,如图7所示。

    表3 控制策略

    图7  策略选择界面

    2.2.1交互式任务优先级

    优先级往往是根据多个因素计算出的综合重要性,在诸多策略中也常使用优先级进行控制。但优先级所需要考虑的因素及各因素权重会因调度人员的经验和车间现场的情况而有所不同,因此通过对因素个数、因素权重和隶属函数进行参数化,可实现交互式的优先级设置,如图8所示。

    图8 任务优先级定义界面

    根据对任务分配时需要考虑的因素分析得出,影响任务优先级的因素主要有:任务松弛率剩余完工时间剩余工序数目系统内逗留时间,任务优先级可下式计算得出:
    P r i o r i t y = ∑ i m W i ∗ f i ( a i ) (1) Priority = \sum\limits_i^m {{W_i}*} fi({a_i})\tag{1} Priority=imWifi(ai)(1)

    式中, m m m为考虑因素个数; W i W_i Wi为第 i i i个因素的权重; f i ( u i ) fi(u_i) fi(ui)为第 i i i个因素值为 u i u_i ui时的隶属函数值。

    最大、最小优先隶属函数:最大优先是指因素值越大优先级越高,最小优先是指因素值越小优先级越高,两者的隶属函数及对应的图形如下:
    f i ( u i ) max ⁡ = { 0 , u i ≤ a u i − a b − a , a < u i < b 1 , u i ≥ b (2) f i\left(u_{i}\right) \max =\left\{\begin{array}{cc} 0, & u_{i} \leq a \\ \frac{u_{i}-a}{b-a}, & \mathrm{a}<u_{i}<b \\ 1, & u_{i} \geq b \end{array}\right.\tag{2} fi(ui)max=0,bauia,1,uiaa<ui<buib(2)

    f ( u i ) min ⁡ = { 1 , u i ≤ a b − u i b − a , a < u i < b 0 , u i ≥ b (3) f\left(u_{i}\right) \min =\left\{\begin{array}{cc} 1, & u_{i} \leq a \\ \frac{b-u_{i}}{b-a}, & \mathrm{a}<u_{i}<b \\ 0, & u_{i} \geq b \end{array}\right.\tag{3} f(ui)min=1,babui,0,uiaa<ui<buib(3)

    (a)最大优先

    (b)最小优先

    图9 隶属函数

    2.3仿真实验参数化

    对仿真实验所需的基础数据(输入)、性能指标(输出)和实验管理器进行参数化,以根据不同的实验条件获得高置信度的实验结果,如图10所示。

    图10 仿真实验参数化界面

    基础数据为系统的输入数据,主要包括日历数据、零件数据、刀具数据、订单数据和工艺数据等。

    性能指标反映系统输出,例如加工设备和运输设备的利用率、缓冲区队列长度、在制品统计、拖期、制造期、等待时间等。

    实验管理器通过设置不同的随机数、实验次数、置信度等参数,对仿真结果进行统计分析。

    3仿真实例

    以某中航企业的制造单元为例,利用数字化制造系统参数化建模系统对其进行建模,分析在不同系统配置下的性能指标,通过多因子多水平实验,建立输出与输入之间的响应面方程,预测最佳的系统配置方案。

    3.1实例模型

    根据单元布置图纸,基于建立的数字化制造参数化建模系统,通过人机交互的方式确定各参数,建立如图11所示的EM-Plant模型,已知4台加工机床,机床出入缓冲容量均为1,运输设备为RGV,速度为0.81.2m/s,加速度为0.30.5m/s2,工件离线检验,并假设所需刀具已经在各机床刀库中准备就绪。

    图11 EM-Plant仿真模型

    3.2多因子多水平实验

    实验中以工件进入系统策略、运输设备选择任务策略、运输设备选择缓冲站策略和运输速度为自变量,分析在不同水平下系统的性能指标,如表4,包括平均机床利用率、平均制造期、平均等待时间和最大完成时间,得到各指标与各因子的响应面方程。

    表4 多因子多水平实验

    通过对实验结果进行方差和拟合分析,得到最适合的拟合阶次和相应响应面方程,结果如下:
    机床平均利用率响应面方程(基于编码)及曲面图形:
    O 1 = 88.92 − 0.21 ∗ A − 5.635 E − 003 ∗ B + 0.031 ∗ C + 0.055 ∗ D (4) O1=88.92-0.21*A-5.635E-003*B\\+0.031*C+0.055*D \tag{4} O1=88.920.21A5.635E003B+0.031C+0.055D(4)

    图12 机床平均利用率响应面(B=4,C=3)

    平均制造周期响应面方程(基于编码)及曲面图形:
    O 2 = 10.03 − 0.010 ∗ A − 2.524 E − 004 ∗ B + 2.125 E − 003 ∗ C − 0.040 ∗ D − 1.787 E + 4.544 E − 003 ∗ A ∗ B − 0.029 ∗ A ∗ C + 0.031 ∗ A ∗ D − 5.003 E − 2.215 E − 003 ∗ B ∗ C + 8.112 E − 004 ∗ B ∗ D + 4.881 E − 0.012 ∗ C ∗ D − 8.387 E − 8.362 E (5) O2=10.03-0.010*A-2.524E-004*B\\ +2.125E-003*C-0.040*D-1.787E+4.544E\\-003*A*B-0.029*A*C+0.031*A*D-5.003E\\-2.215E-003*B*C+8.112E-004*B*D\\+4.881E-0.012*C*D-8.387E-8.362E \tag{5} O2=10.030.010A2.524E004B+2.125E003C0.040D1.787E+4.544E003AB0.029AC+0.031AD5.003E2.215E003BC+8.112E004BD+4.881E0.012CD8.387E8.362E(5)

    图13 平均制造周期响应面(B=4,C=3)

    平均等待时间响应面方程(基于编码)及曲面图形:
    O 3 = 3.50 − 0.029 ∗ A − 9.291 E − 004 ∗ B − 1.756 E − 003 ∗ C − 1.986 E − 003 ∗ D + 6.084 E − 2.491 E − 004 ∗ A ∗ B − 2.425 E − 003 ∗ A ∗ C − 8.054 E − 003 ∗ A ∗ D − 3.011 E − 5.205 E − 004 ∗ B ∗ C + 5.299 E − 006 ∗ B ∗ D + 1.013 E − 2.513 E − 003 ∗ C ∗ D − 2.396 E − 1.842 E (6) O3=3.50-0.029*A-9.291E-004*B-1.756E\\-003*C-1.986E-003*D+6.084E\\-2.491E-004*A*B-2.425E-003*A*C-8.054E\\-003*A*D-3.011E-5.205E-004*B*C\\+5.299E-006*B*D+1.013E-2.513E-003*C*D\\-2.396E-1.842E\tag{6} O3=3.500.029A9.291E004B1.756E003C1.986E003D+6.084E2.491E004AB2.425E003AC8.054E003AD3.011E5.205E004BC+5.299E006BD+1.013E2.513E003CD2.396E1.842E(6)

    图14 平均等待时间响应面(B=4,C=3)

    最大完成时间响应面方程(基于编码)及曲面图形:
    O 4 = 3.50 − 0.029 ∗ A − 9.291 E − 004 ∗ B − 1.756 E − 003 ∗ C − 1.986 E − 003 ∗ D + 6.084 E − 2.491 E − 004 ∗ A ∗ B − 2.425 E − 003 ∗ A ∗ C − 8.054 E − 003 ∗ A ∗ D − 5.205 E − 004 ∗ B ∗ C + 5.299 E − 006 ∗ B ∗ D − 0.00251 ∗ C ∗ D − 2.396 E − 1.842 E (7) O4=3.50-0.029*A-9.291E-004*B-1.756E\\-003*C-1.986E-003*D+6.084E-2.491E\\-004*A*B-2.425E-003*A*C-8.054E-003*A*D\\-5.205E-004*B*C+5.299E-006*B*D\\-0.00251*C*D-2.396E -1.842E \tag{7} O4=3.500.029A9.291E004B1.756E003C1.986E003D+6.084E2.491E004AB2.425E003AC8.054E003AD5.205E004BC+5.299E006BD0.00251CD2.396E1.842E(7)

    图15 最大完成时间响应面(B=4,C=3)

    3.3基于综合满意度的数值优化

    为使机床平均利用率尽可能高,平均制造期、平均等待时间和最大完成时间尽可能小,通过分配给各指标不同的重要性即权重,得到满足综合满意度的解,即输入水平。现分配给各指标相同的重要性+++(+越多代表重要程度越高),得到系统最优配置方案如表5:

    表5 系统最佳配置方案

    输入输入输入输入输出输出输出输出
    ABCD/m/sO1/%O2/hO3/hO4/h
    2231.288.869.953.46192.1

    4结论

    通过分析系统中各在面向对象的着色Petri网模型基础上,基于EM-Plant建立了一套图形化、层次化的参数化建模系统,通过人机交互界面可快速、方便地实现参数录入,不同控制策略的选择以及性能指标分析,快速建立不同的仿真模型。

    将该系统应用于某中航企业的制造单元,建立了4台机床为直线型布局的模型,通过分析工件进入系统策略、运输设备选择任务策略、运输设备选择缓冲站策略和运输速度对机床平均利用率、平均制造周期、工件平均等待时间和最大完成时间的影响,建立了输出与输入的响应面方程,可对系统输出进行预测,通过基于综合满意度的数值优化,得到了系统的最佳配置方案。

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空空如也

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