制造系统仿真与优化.pdf

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1、第五章制造系统仿真与优化1仿真与优化的概念2离散事件仿真模型3制造系统仿真与优化15.1仿真的基本概念仿真（Simulation）也称模拟，它是通过对系统模型的试验与优化，研究已存在的或设计中的系统性能优化的方法及其技术。建模是仿真的基础，仿真是建模的目的，二者密不可分。仿真可以再现系统的状态、动态行为及性能特征，用于分析统配置是否合理、性能是否满足要求，预测系统可能存在的缺陷，为系统设计提供决策支持和科学依据。25.1仿真的基本概念飞机的风洞试验船舶仿真试验35.1仿真的基本概念汽车碰撞试验太空仿真试验45.1仿真的基本概念机电液系统仿真车间布局仿真加工过程仿真化学

2、工业流程仿真小行星模拟碰撞55.1仿真的基本概念为什么要仿真？实际系统的理论分析非常复杂，传统的分析方法几乎不可能完成。很多时候很难做真实实验的分析与验证，不可重复实验的成本高，效率低、周期长，过程不可控65.1仿真的基本概念仿真能做什么？对已有系统的实验与评估生产加工程序、交通灯、超级市场的存货策略对昂贵或不可恢复系统的分析宇宙飞船的发射与控制、核电事故试验、风洞实验、核武器实验对未来系统的设计与分析大型项目的投资分析、可行性分析一些危险的试验场合突发或偶发事件的模拟其他各种无法用解析方法分析的复杂问题75.1仿真的基本概念根据仿真模型的不同，仿真

3、可以分为物理仿真、数学仿真以及物理-数学仿真。物理仿真是通过对实际存在的模型进行试验，以研究系统的性能，如飞机的风洞试验、建筑及城市规划模型等。数学仿真是利用系统的数学模型代替实际系统进行试验研究，以获得现实系统的特征和规律。物理-数学仿真是前两者的有机结合，如各种航空、航天仿真训练器等。85.1仿真的基本概念根据系统状态变化是否连续，可以将系统分为连续系统（continuoussystem)和离散事件系统(discreteeventsystem)。连续系统是指系统状态随时间发生连续变化，如化工、电力、液压-气动系统、铣削加工等。连续系统的数学模型有微分方程、状

4、态方程、脉冲响应函数等形式。离散事件系统是指只有在离散的时间点上发生“事件”时，系统状态才发生变化的系统，它的数学模型通常为差分方程。制造领域中生产线/装配线、路口的交通流量分布、电信网络的电话流量等都是典型的离散事件系统。95.1仿真的基本概念根据模型是否随时刻变化，仿真模型可以分为静态仿真模型与动态仿真模型。静态仿真模型反映了具体某个时刻的系统，仿真过程不随时间的变化而变化。例如MoterCarlo仿真模型动态仿真模型反映了随着时间的变化系统变化的状态。例如生产活动的仿真模型，随着时间的推移，工件进出系统。什么时间进行生产及生产的批量是多少，总运作成本费用如何

5、达到最小。105.1仿真的基本概念根据随机和确定性系统划分，可以分为随机和确定性仿真模型。如果一个仿真模型中不包含随机变量作为系统的参数，就为确定性模型。例如生产过程中工件的到达时间间隔和工件的加工时间完全可以预知。如果一个系统或几个系统参数无法完全被确定，但是能从确定的概率分布中取样，则这个仿真模型是随机性的，仿真模型仅仅生成了真实系统的估计值。制造系统运行是典型的动态过程，载荷、工况、应力等运行环境及参数都是时间的变量。115.1仿真的基本概念W31搬运工进入叉车OutWIPL12开叉车去目的地InWIP3装载货物4搬运货物去下一工序的入口5卸货6搬运任务确认12

6、5.1仿真的基本概念根据应用性质的不同，仿真系统可以分为研制类仿真系统和应用类仿真系统两大类型。研制类仿真系统主要用于产品分析、设计、制造、装配、检测及优化等。应用类仿真系统用于系统操作及管理人员的培训等。5.1仿真的基本概念仿真技术在制造过程中的应用145.1仿真的基本概念计算机仿真技术随着计算数学的成熟和计算机技术的发展，人们越来越多地通过数学模型、应用计算机来进行仿真研究，进而形成计算机仿真技术。计算机仿真的实质是仿真过程的数字化，因而也称为数字化仿真。计算机仿真技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种

7、物理效应工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行实验研究的一门综合技术。155.1仿真的基本概念计算机仿真技术的目标缩短设计周期，提高设计效率准确的全面的模拟和分析系统提高产品和设计的技术质量降低设计成本和维护使用成本充分发挥设计人员的创造性优化系统和参数的设计降低干扰因素影响，集中解决关键问题165.1仿真的基本概念建模与仿真的关系仿真是一种基于模型的试验活动。模型是对实际或设计中系统的某种形式的描述与表达，通过模型可以分析系统的结构、状态、动态行为和能力。系统建模是仿真的基础，模型的质量和