三维动态仿真技术在大型涂装线设计中的应用
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作者: 王新峰 杨 鑫 林 涛
摘 要：应用三维动态仿真技术可以通过计算机技术进行精确计算和验证分析，减少设计与开发时间，提高系统方案的可行性，减少运营瓶颈的风险，可根据仿真报告提供的数据对系统进行优化设计选择，做出科学决策。介绍了动态仿真技术在大型涂装线设计中的应用方法。
关键词：动态仿真；涂装线；AUTOMOD；计算机
1 动态仿真技术应用和方法：
（1）计算机仿真软件。适于三维动态仿真的软件有许多，常用的软件有AutoMod和Flexsim等软件。其中AUTOMOD是目前比较成熟的三维物流仿真软件，可以通过C语言编程对你所需要的复杂动作进行最接近真实的仿真。它主要包括了三大模块：AutoMod、AutoStat和AutoView。（1）AutoMod模块：提供给用户一系列的物流系统模块来仿真现实世界中的物流自动化系统。（2）AutoView：可以允许用户通过AutoMod模型定义场景和摄像机的移动，产生高质量的AVI格式的动画，用户可以缩放或者平移视图，或使摄像机跟踪一个物体的移动。（3）Autostat：为仿真项目提供增强的统计分析工具，由用户定义测量和实验的标准，自动在AutoMod的模型上执行统计分析。
（2）建立仿真模型。根据涂装车间平面布置、输送系统路线、工艺流程建立系统的计算机动态仿真模型，并确立系统基本设备的运行参数。
（3）编写逻辑控制程序。根据涂装车间的工艺流程和系统的逻辑控制关系设置工件运行的规则，以及工件在工艺过程中所需要的工艺时间等编写逻辑控制程序。
（4）运行仿真系统。将涂装车间的产能要求、工作时间、设备利用率、生产节拍、各工序工艺时间、各工序工艺链速等参数输入仿真模型系统，运行此仿真系统。
（5）仿真结果分析和优化。根据动态仿真的运行结果进行分析，分析系统是否存在瓶颈，流程是否畅通，产能能否满足需求。如果系统运行后，结果有不理想之处，要分析原因，调整方案或者修改参数，进行优化设计，直至能够满足涂装车间的生产要求。最终生成三维动画输出结果及仿真报告，为项目管理者和设计者提供参考依据。采用计算机动态仿真技术，业主和设计人员可以在实际生产系统未建立前就能够直观地看到并了解涂装车间实际运行的全部信息，便于项目管理者和设计者对方案进行优化。
2 动态仿真技术在大型涂装线设计中的应用实例
（1）根据涂装车间平面布置图、输送系统路线、工艺流程建立仿真模型。
现代化的涂装车间平面布置大多采用三层厂房结构，根据洁净度要求不同和功能不同进行分区。一般主要操作层设置在二层，送排风系统和烘干炉设置在三层，一层设置辅助设施。建立仿真模型范围：从工件移载至前处理电泳橇体开始，到涂装完毕的工件移至总装输送机结束。涂装主要工序包括：前处理电泳工序、电泳打磨工序、密封工序、中涂喷漆工序、中涂打磨工序、面涂喷漆工序、抛光/检查工序、点修工序、注蜡工序和橇体储存及返回。
（2）动态仿真参数输入。
动态仿真所需要输入参数包括：工件尺寸；详细工作时间安排；各工序的工件节距、节拍、工艺链速；各工序间输送机的移动速度及动作；拟采用的设备开动率；大返修率；小返修率
（3）运行动态仿真系统。
涂装车间的动态仿真条件通常分为以下几种条件，以达到不同的目的：（1）条件-0，输入条件“100%负荷条件”，目的“验证100%负荷下的生产能力”；（2）条件-1，输入条件“设计负荷”，目的“验证设计负荷下的生产能力,寻找瓶颈点”；（3）条件-2，输入条件“在设计负荷下修改参数”，目的“改善瓶颈点，并进行验证”；（4）条件-3，输入条件“分解工序运行”，目的“消除上下工序影响，验证各工序之间对产能的影响”；（5）条件-4，输入条件“优化设计后进行验证”，目的“研究如何达到目标产能”。输入参数后运行仿真系统，为了能得到更接近实际的结果，先进行车间填充以基本达到正常生产状态，然后进行100班左右的仿真运行时间。
（4）动态仿真数据、报告。
包括：①统计：可对多种概率分布（均匀、正态、指数、爱尔朗、经验分布等）进行统计分析，并带有随机数生成器。 ②分析：输入数据分析包括：数据设置分析、最合适建议等，并可导入微软的Excel的数据。输出数据分析包括：可输出队列曲线图、柱状图、饼状图等，动态图表显示，用户自定义图表格式，并可将数据输出到微软的Excel中。③动画和文档：可产生二维、三维动画，可对摄像机进行移动，缩放，旋转。可按功能性或元素排序自动生成模型文档，产生仿真事件跟踪报告，输入参数值列表等。
（5）找出瓶颈并优化，验证结果。
根据仿真的结果，我们可以：①找出瓶颈：对比我们的设定，找出不满足设计生产能力的环节。②优化： 修改设备利用率、运行速度、增减缓冲区等参数，找出影响最大的项目并最终设置为合理值。③验证结果：利用仿真结果验证各缓冲区的容量是否过大或过小；载物车的数量是否能够满足实际需要；各工艺段对相邻设备的最大影响时间等等。
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