Plant Simulation工厂仿真环境下的建模和仿真

1.研究背景

       仿真技术已成为规划、实施和运营技术系统的必备工具。它用于那些简单方法无法提供有用结果的场景，通过动态分析帮助管理者以最低成本规划特定流程。文章引用了德国工程师协会（VDI）的定义，将仿真定义为“在模型中模拟系统及其动态过程，包括准备、实施和评估特定方向的实验”。文章提到的仿真软件是Tecnomatix Plant Simulation，这是一个离散事件控制的仿真程序，专注于时间点（事件）的分析，而不是连续时间的流动。

2.仿真技术的定义与应用

       仿真是一种通过模型来寻找、计算真实系统状态或行为的方法。它通过在仿真模型上进行实验，并将结果应用于真实系统。仿真模型通常是在仿真工具、语言或系统中创建的，这些工具除了模型本身外，还配备了随机数生成器、统计结果处理、控制仿真时间的计时器以及模型创建中的错误识别系统等设备。文章强调，仿真模型大多是功能模型，它们模仿系统的行为和功能，并将真实系统转化为一个形式化的集体服务系统。

3.案例研究

       文章通过四个案例研究展示了Tecnomatix Plant Simulation软件在验证分析结果方面的应用。这些案例研究旨在验证需求驱动的供应物流的潜力。

       案例1：采购仿真模型

       该模型模拟了需求驱动的消费，即客户订单模拟和库存消耗，当库存水平达到最低缓冲时，触发从供应商的补货过程。库存消耗的表示方式是一个“料斗”（silo）。文章通过图表展示了最大库存水平、平均库存水平和空缓冲区的情况。

       案例2：物料流优化仿真模型

       该模型分析了一条生产5种轴类零件的生产线，其中4种有多种变体。由于零件种类繁多和设备不足，导致装配线的供应问题。仿真目标是验证模型的稳定性，并通过实验验证系统稳定性。仿真揭示了生产线中的瓶颈位置，这些瓶颈降低了硬轴生产线的生产吞吐量。

       案例3：价值流映射（VSM）仿真模型

       该案例的目标是创建一个动态的价值流图模型，并在Tecnomatix Plant Simulation环境中优化当前状态。部分目标是指出通过计算机仿真进行优化的可能性。

       案例4：生产能力验证和操作间库存尺寸仿真模型

       该模型关注纸制品的生产，特别是两种产品A和B的生产流程。生产线是基于层次结构原理创建的，层次模型意味着将单独的框架插入到其他框架中。这种建模和测试方式的一个原因是允许对较大的仿真模型进行独立分析。它可以由多个用户创建仿真模型的不同部分，并将创建的子框架插入到主模型中（甚至可以多次插入，并且可以在其他模型中重复使用）。最重要的是，这样创建的大型模型更容易理解和遵循其结构，反映其构建的层次结构。

4.结论

       文章指出，制造业的当前趋势包括加速产品开发、尽快开始生产、增加生产的灵活性、质量和变异性，同时降低成本。实现这些目标需要能够处理这些需求的新技术。在虚拟环境中验证产品的功能将成为未来的必要标准。然而，实现最佳结果需要系统解决方案。全球化影响了公司的设计要求，它们必须灵活适应顶级性能并确保高生产变异性，以保持对竞争对手的高度韧性。在生产方面，可以通过专注于系统概念的模块化、功能集成、引入标准化和产品设计的标准化来实现这一目标。