基于Flexsim的生产线建模与仿真

ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 模型、Ｆｌｅｘｓｉｍ 仿真模型对象控件建立冲压车 间三维 Ｆｌｅｘｓｉｍ 模型， 如图 ３。ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 模型的 !０ 库所 在 Ｆｌｅｘｓｉｍ 用 Ｓｏｕｒｃｅ 控 件 来 模 拟 ； !１１、!１２ 用 Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ 来 模拟， 属性表中设置工人参与零件的准备和零件的加工； ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 模型的输出库所 !２ 用 ｒ１、ｒ２ 决策点规则， 它们 是 由 Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ 的 ＳｅｔｕｐＴｉｍｅ 和 ＰｒｏｃｅｓｓＴｉｍｅ ＡＰＩ 来 模 拟 的 。ｔ１１、ｔ２１ 变 迁 由 !０ 库 所 的令 牌 性 质 决 定 流 向 不 同 的 下 级库所， 它们的物流方向由 Ｃｏｎｖｅｙｏｒ 的 ＯｕｔＰｕｔ ＡＰＩ 来模 拟的。加工机器间的运输带用 Ｃｏｎｖｅｙｏｒ 来模拟。
…… ｃｈａｒ ＊ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ１ ＝ ｇｅｔｔａｂｌｅｓｔｒ（“规则表”， ｇｅｔｉｔｅｍｔｙｐｅ（ ｉｔｅｍ） ， １） ； ｃｈａｒ ＊ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ２ ＝ ｇｅｔｔａｂｌｅｓｔｒ（“规则表”， ｇｅｔｉｔｅｍｔｙｐｅ（ ｉｔｅｍ） ， ２） ； ｃｈａｒ ＊ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３ ＝ ｇｅｔｔａｂｌｅｓｔｒ（“规则表”， ｇｅｔｉｔｅｍｔｙｐｅ（ ｉｔｅｍ） ， ３） ； ｉｆ（ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ１＝＝“装配”｜｜ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ２＝＝“装配”｜｜ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ３＝＝“装 配”） ｒｅｔｕｒｎ １； ｅｌｓｅ ｒｅｔｕｒｎ ２； ……
进行生产线建模和仿真， 可以得到制造上和管理上 不同要求的数据资料， 为生产的实际运行参数提供了理 论依据， 使得实际系统的设计更好地满足设计者的要求。 本文通过对实际生产线系统仿真， 探讨了用 Ｆｌｅｘｓｉｍ 进行 生产线的建模方法， 为以后的生产线建模与仿真提供了 一 种 有 参 考 价 值 的 、统 一 的 方 法 。
真实生产线模型的必要条件。
（ ３） 建立系统的 ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 网模型
生产线的加工过程中， 机器与机器之间的关系很难
用离散事件数学模型来描述， 而用 ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 可以 简 单
清晰地描述它们之间复杂的关系。
（ ４） 建立系统的 Ｆｌｅｘｓｉｍ 仿真模型
建 立 系 统 的 Ｆｌｅｘｓｉｍ 仿 真 模 型 就 是 把 前 面 建 立 的
Ｆｌｅｘｓｉｍ 是新 一 代 的 仿 真 软 件 ， 是 基 于 ＯｐｅｎＧＬ 技 术 开发的， 三维效果非常好， 它是迄今为止世界上唯一一 个 在 图 形 建 模 环 境 中 集 成 了 Ｃ＋＋ＩＤＥ 和 编 译 器 的 仿 真 软 件 ［２］。Ｆｌｅｘｓｉｍ 能应用于建模、仿真以及实现业务流程的 可视化， 它能使决策者很容易在个人计算机中建构及监 控任何工业及企业的分布式流程。Ｆｌｅｘｓｉｍ 应用深层开发 对象， 这些对象代表着一定的活动和排序过程。要想利用 模板里的某个对象， 只需要用鼠标把该对象从库里拖出 来放在模型视窗即可。每一个对象都有一个坐标（ ｘ， ｙ， ｚ） 、 速度（ ｘ， ｙ， ｚ） ， 旋转以及一个动态行为（ 时间） 。对象可以创 建、删 除 ， 而 且 可 以 彼 此 嵌 套 移 动 ， 它 们 都有 自 己 的 功 能 或继承来自其它对象的功能。这些对象的参数可以把任 何制 造 业 、物 料 处 理 和 业 务 流 程 的 快 速、轻 易 、高 效 建 模 的主要特征描述出来。Ｆｌｅｘｓｉｍ 中的对象参数可以表示几 乎 所 有 存 在 的 实 物 对 象 。 像 机 器 、操 作 员 、传 送 带 、叉 车 、 仓 库 、交 通 灯 、储 罐 、箱 子 、货 盘 、集 装 箱 等 等 都 可 以 用 Ｆｌｅｘｓｉｍ 中 的 模 型 表 示 ， 同 时 数 据 信 息 也 可 以 轻 松 地 用 Ｆｌｅｘｓｉｍ 丰富的模型库表示出来。同时 Ｆｌｅｘｓｉｍ 可以让建模 者使模型构造更具有层次结构，在组建客户对象的时候， 每一组件都使用了继承的方法， 在建模中使用继承结构可 以节省开发时间。Ｆｌｅｘｓｉｍ 可以使用户充分利用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋的层次体系特性进行系统的二次开发。 ３ 生产线仿真的基本过程
图 ３ Ｆｌｅｘｓｉｍ 仿真模型
４．４ Ｆｌｅｘｓｉｍ 模型 ＡＰＩ 函数的设置 Ｆｌｅｘｓｉｍ 模 型 的 各 个 机 器 的 准 备 时 间 和 加 工 时 间 按
照 加 工 规 则 表 在 模 型 的 ＳｅｔｕｐＴｉｍｅ 和 ＰｒｏｃｅｓｓＴｉｍｅ 中 按 照 型 号 返 回 不 同 值 。 由 于 Ｆｌｅｘｓｉｍ 模 型 的 Ｃｏｎｖｅｙｏｒ 的 Ｃｏｎｎｅｃｔ 属性只能确定零件在机器之间的简单物流关系， 而复杂的关系需要修改 ＡＰＩ 代码来实现。这里根据加工 规 则 表 修 改 ＡＰＩ 代 码 来 实 现 零 件 在 机 器 之 间 物 流 关 系 ， 具体 ＯｕｔＰｕｔ 接口的代码如下：
迁 、决 策 点 的 含 义 解 释 如 下 ： !０、!１１、!１２、!２： 零 件 库 所 。!０ 输 入 库 所 ， 其 令 牌 来 自
于上游生产线， !２ 输出库所， 其令牌来自该生产线的输 出。!１１ 是准备零件令牌， !１２ 是装配零件令牌。
ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３、ｔ２１： 变迁。ｔ１１、ｔ２１ 是加工路径变迁， 它是由 !０ 库所的令牌性质所决定的， 它决定了来自 !０ 库所的令牌 是在该机器上加工（ ｔ１１ 变迁发生） 还是直接进入下一个加 工机器 （ ｔ２１ 变迁发生） 。ｔ１２ 是由规则 ｒ１ 决定的准备变迁， ｔ１３ 是由规则 ｒ２ 决定的加工变迁。
行直到认为模型准确为止。
（ ６） 仿真运行研究
仿真运行就是将系统的仿真模型放在计算机上运
行。在运行过程中了解模型对各种不同的输入数据以及
不同的仿真机制输出响应的情况。
（ ７） 仿真结果分析
对仿真结果分析是确定仿真实验中所获得的数据是
否合理和充分， 是否满足系统的目标要求， 同时将仿真结
９０ 机械工程师 ２００７ 年第 ６ 期
ｒ１、ｒ２ 决策点规定了 ｔ１２ 和 ｔ１３ 变迁发生规则。它们根据 零件加工规则表的准备时间和加工时间来使变迁发生的。
来自决策点库所的令牌经过变迁之后又回到决策点库所。
４．３ ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 模型到 Ｆｌｅｘｓｉｍ 模型的转换 该生产线的 ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 模型建立以 后 ， 根 据 该 线 的
１引言 虚拟仿真是先进制造技术的重要组成部分， 其本质就
是以计算机支持的仿真技术为前提， 对生产线的各个元素和 生产过程进行统一的建模， 虚拟的环境中反映出生产制造全 过程， 而更有效地组织生产计划使企业获得更大的利润。 Ｆｌｅｘｓｉｍ 是近年来新开发的面向中小企业的三维仿真软件， 可以直接在个人电脑上运行。本文以一条实际的生产线为 例， 详细研究了用 Ｆｌｅｘｓｉｍ 仿真平台进行生产线建模和仿真 的流程和步骤， 对生产线的 ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 模型到 Ｆｌｅｘｓｉｍ 建 立和转换， Ｆｌｅｘｓｉｍ 的 ＡＰＩ 函数的设置进行深入的研究。 ２ Ｆｌｅｘｓｉｍ 简介
［ 参考文献］ ［ １］ 张卫德， 严洪森， 徐成．基于 Ｆｌｅｘｓｉｍ 的生产线仿真和应用［ Ｊ］ ．工
业控制计算机， ２００５， １８（ ９） ： ４５－ ４７． ［ ２］ Ｆｌｅｘｓｉｍ Ｕｓｅｒ Ｇｕｉｄｅ．Ｖｅｒｓｉｏｎ２．６ ［ Ｚ］ ．Ｆｌｅｘｓｉｍ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，
圆圈是库所， 粗
ｒ１
ｒ２
线是变迁， 五角
ｔ１１
ｔ１２
ｔ１３
型是决策点库
!１１
!１２
所 ［ ３］ 。 决 策 点 库
!０
ｔ２１
!２ 所 中 的 令 牌 比
较特殊， 它是可 图 ２ 两个机器 ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 关系模型 以 重 复 使 用 但
却不能移到其它库所， 也就是说某一决策点相关的触发 将 令 牌 从 该 决 策 点 移 出 并 重 移 入 该 决 策 点 。图 中 库 所 、变
４．５ 仿真模型的运行 模 型 的 工 作 参 数 和 加 工 计 划 确 定 后 就 可 以 在 ．ＮＥＴ
环境编译， 通过后就可以直接运行仿真模型。模型运行过 程中可以用鼠标拖动模型来查看模型的运行状况或者在 模型运行开始设置观察点， 那么模型在运行过程中自动 运行到观察点进行观察。模型运行后可以用 Ｅｘｃｅｌ Ｒｅｐｏｒｔ 属性把要获得的数据导出到 Ｅｘｃｅｌ 表中 。在 模型 运 行 停 止后， 可以利用 Ｓｔａｔ Ｒｅｐｏｒｔ 属性把需要整个模型的统计 报告导入到 Ｅｘｃｅｌ 中， 来进行更加仔细的分析。 ５结语
ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 模型到 Ｆｌｅ ｘｓ ｉｍ 建立和转换， Ｆｌｅ ｘｓ ｉｍ 的 ＡＰＩ 函数的设置进行了深入的研究。
关键词： 仿真； ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ； Ｆｌｅ ｘｓ ｉｍ ； 生产线
中图分类号： ＴＨ１６４
文献标识码： Ａ
文章编号： １００２－ ２３３３（ ２００７） ０６－ ００９０－ ０２
制造业信息化 Ｍ
ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡＬＩＺＡＴＩＯＮ
果整理成报告， 确定比较系统不同方案的准则、实验结 果、数据的评价标准和问题可能的解， 为系统方案的最终 决策提供辅助支持。
４ 仿真模型的建立 ４．１ 生产线简述
该生产线由三个加工机器组成， 它们的任务是完成对 上游生产线生产的零件按照型号进行装配， 加工规则如下 表。型号为 Ａ、Ｂ、Ｃ 的零件根据表中所提供的加工规则在机 器一、机器二、机器三按照准备时间和加工时间由工人进行
ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 网 模 型 转 换 为 Ｆｌｅｘｓｉｍ 仿 真 模 型 。这 是 建 立
Ｆｌｅｘｓｉｍ 生产线系统最关键的一步。
（ ５） 模型确认
确认是确定模型是否正确的代表实际系统， 把模型
及其特性与现实的系统及其特性比较的全过程。对模型
ຫໍສະໝຸດ Baidu
的确认工作往往是通过对模型的矫正来完成， 比较模型
和实际系统的特性是一个迭代的过程。这个过程重复进
Ｉｎｃ． ［ ３］ Ｙａｎ Ｈ Ｓ， Ｗａｎｇ Ｎ Ｓ， Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｇ． Ｍｏｄｅｌｉｎｇ， ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆ ｆｌｅｘｓｉｍ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｓｉｎｇ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｈｉｇｈ － ｌｅｖｅｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔｓ ［ Ｊ］ ． Ｒｏｂｔｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ － Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ， １９９８， １４（ ２） ： １２１－ １２５．
问题的重点。 （ ２） 数据收集 数据收集包括收集与
模型确认 仿真模型运行
系统输入输出有关的数 据以及反应系统各部分 之间关系的数据： 包括各
模型运行结果分析
图 １ 生产线仿真基本流程
个生 产 线 的 相 互 关 系 、生 产 时 间 、准 备 时间 、加 工 零 件 路
径关系等。这是保证以后 Ｆｌｅｘｓｉｍ 生产线模型能真正反映
装配。各个加工机器上由操作工人完成零件的准备和装配。
加工规则表
零件型号 Ａ Ｂ Ｃ
机器一 装配
不装配 装配
机器二 装配 装配
不装配
机器三 装配 装配 装配
准 备 时 间／ｓ ６０ ４０ ８０
加 工 时 间／ｓ １８０ １２０ ２００
４．２ 生产线 ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 建模
图 ２ 是两台机器的 ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 关系模型图。图中的
生产线仿真的基本流程如图 １， 它从明确仿真目的到 分析仿真模型运行结果一共有七步组成， 下面是对这七
个步骤的详细分析。 （ １） 明确仿真目的
明确仿真目的
建立生产线仿真首先
收集数据
要明确仿真的目的， 这样 才能避免对仿真过程中
建立系统的 ＥＳＨＬＥＰ－ Ｎ 模型
不必要细节的纠缠， 突出
建立系统的 Ｆｌｅｘｓｉｍ 模型
Ｍ
制造业信息化
ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＡＬＩＺＡＴＩＯＮ
基于 Ｆｌｅｘｓｉｍ 的生产线建模与仿真
李晓雪 （ 湖北荆门职业技术学院 机械工程学院， 湖北 荆门 ４４８０００）
摘 要： 以一条实际的生产线为例， 详细研究了用 Ｆｌｅ ｘｓ ｉｍ 仿真平台进行生产线建模和仿真 的流 程 和 步骤 ， 对 生 产线 的