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现代制造系统实验规划指导书

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16

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《现代制造系统》实验指导书
1。1实验名称:制造系统分析上机实验
1。2实验学时：4学时
1.3实验类型：综合性实验
1.4实验目的：
（1）加强学生的理论联系实际的能力，提高对现代制造系统及其分析方法的认识程度；
（2)促进对课堂教学环节中所获知识的理解和巩固；
（3）培养和发挥创造能力和想象能力；
（4)加强处理和解决问题的能力.
1.5使用软件：
    FLEXSIM、em—PLANT等任选一种。
1。6实验内容：
（1）分析某一柔性制造系统结构；
（2）在仿真软件上，建立柔性制造系统仿真模型;
（3)分析该系统性能，并与理论计算结果进行比较。
1.7实验要求：
（1）根据课堂讲授的制造系统功能视图描述方法，绘制给定的柔性制造系统工作原理图；
（2）利用仿真软件系统，建立系统仿真模型,并逐一设定各个组成设备的工作性能参数;
（3）实验设计：综合理解课堂内容，提出实验方案，包括初始状态的变化、时间阶段的差异等实验条件变更,至少做出9种以上的实验记录；
（4）分别分析系统各个关键组成设备的运行情况,记录运行曲线，统计计算相关系统参数;
(5）编写实验报告.
1。8实验报告要求：
实验报告是实验工作的总结和提高，机实验报告应该反映出学生在实验过程中所做的主要工作和取得的主要成果，以及心得体会。学生必须以积极认真、严谨求实的态度完成课程设计报告的撰写。
上机实验报告编写基本要求：
（1）每人独立完成一份实验报告；
（2）实验报告应书写规范、文字通顺、图表清晰、数据完整、结论明确；
（3）实验报告内容：制造系统平面布置图;设备选型及数量；仿真系统界面、实现方法及参数设置；仿真实验结果分析；参考文献;
（4）实验报告不少于2000字，必须附有必要的结构图、流程图及测试结果等项内容。

1。9附录一：柔性制造系统例题
1.9。1实验系统构成

图1 实验系统构成图
1.9。2具体参数
1)工位：1~M—1
2)工位机床数Si
3）运输系统：M
4）中央服务机构
1。9。3假设条件
封闭系统,各个队列空间足够大.
1.10附录二：FLEXSIM软件操作
1。10.1软件介绍
Flexsim仿真软件是一个以对象为导向的仿真软件程序， 建立可以帮助操作者想象规划、流程、设计的模型,依不同决策要素之组合，分析使用率、产能、产出、前置时间、成本等策略，达到产能最大化、排程最佳化、半成品及库存最小化、成本最小化目标。提供操作者一个简洁的编排方式,透过拖曳的方式轻松地建构出图形化模式、功能齐全之组件库并已详细分类为树状结构、透过2D 图形化之模式建立，能自动产生3D 实体化及VR 虚拟实境之模式、控制面板能轻易控制仿真过程、透过组件编辑器能轻易地建立新的组件或修改现有的组件、允许操作者加入额外的功能及更改接口。

图2  FLEXSIM界面
1。10.2建模工具Flexsim的对象库
(1)可移动资源

图3 可移动资源
（2）标准实体

图4 标准实体
(3）固定实体

图5 固定实体
1.10。3软件建模一般流程
厂房中常见的设施，在软件中是以图形的方式呈现，借助由这个软件可以建造一个虚拟厂房，本节的观念及建立简单的厂房模型,学生了解实体来源（Source），队列（Queue），处理器（Processor），输送带（Conveyor） 和实体出口（Sink) 对象是如何安置到虚拟厂房之中. 
（1）虚拟厂房模型的描述
有一家生厂四种成品的厂房，生产之后需要对产品进行检验, 已知被检测四个制品在四条不同的生产在线，而且有四个不同的实体以正态分布的方式到达,当实体到达时会被放置在一个队列并等待检测，第一个检测中心将被使用对实体模型一，第二个检测中心被使用对实体模型二，第三个检测中心被使用对实体模型三，第四个检测中心被使用对实体模型四,检测之后由输送带运送至厂房出口。
（2)四条检验品管线虚拟模型的建构
确定Flexsim 仿真软件已经安装正确之后，可双击Flexsim 图标进入该软件，一旦进入应用窗口操作者将会看到Flexsim 选单、工具栏、对象链接库和正交的模型查看窗口，这时选择工具栏上的 “ 编译（Compile)” 选项。（ 这是一定要的动作）
STEP 1：Compile
建立编译过程中应用窗口将会显示（Compiling Project, Please Wait…）， 如果编译的过程是成功的,应用窗口将会从”Flexsim”改变至”Flexsim （compiled)”。一旦Flexsim 应用窗口已经编译完成，操作者可以开始模型建立过程。

STE P 2：从对象链接库拖曳一个实体来源进入模型查看窗口

STE P 3：从对象链接库拖曳其它对象进入模型查看窗口

STE P 4：对象之间的连结
这一个步骤是连结实体的输出输入口的方法，如果要连结对象需要持续按着键盘上的"A”键，并将鼠标箭头移至Source位置,同时按鼠标左键从Source 拖曳至Queue 后，放开鼠标左键，再放开"A”键。操作者在拖曳的过程中会看到一条黄色的线， 连结完成后会看见一条黑色的线。（如果要取消对象之间的连结线,只要将”A"键改成"Q” 键即可）。
键即可）。

操作者完成连结后看起来应该如下图所示:

下一步骤将是要改变不同对象的参数，如此对象将会照着操作者想要的方式来不进.每一个对象都有它自己的图形化用户界面（Graphical User Interface 简称GUI）， 借助由GUI 可把资料及程序加进模型中。在一个对象上双击鼠标左键即可进入这个对象的GU I。
STE P 5：设定到达时间
在Source对象上双击鼠标左键即可进入Source的GUI 。

在这个模型中我们需要改变实体的间隔到达时间（Inter—Arrival Time） 和产生四个实体模型。在间隔到达时间栏位的下拉式选单点选正态分布（Normal Distribution)。

如果操作者想要改变分布的参数可以选择文件按钮，并可以改变在黄褐色中的任何数值.操作者将看到这个窗口并可以改变这个数值或调整这个分布,甚至可以插入一句话。在这个模型中，将平均值由10 改变成8， 标准差改变成3， 选择OK 回到参数设定的页面， 这个意思是说Source( 来源） 将会以平均每8 分钟、标准差3 分钟的时间将实体处理完成。
你也许会问什么叫做平均八分钟标准差三分钟？用最简单的一句话来说就是说产品实体在五分钟~十一分钟出来一个的这种情况之几率占六十八点二七个百分点.以下就是这个正态分布的累积几率分布图：

在X 值的地方我输入1, 因为标准差是1， 因此就可以知累积的几率值到84。134％， 简单的数学加减法就可以推出，平均值上下一个标准差占68。27％。

※上面的窗口中的最后一段话是说：「使用第一串的乱数数列」这是具有不同乱数种子的乱数序列。乱数的产生多靠起始的种子来决定不同的序列， 以免开机之后的乱数序列总是固定， 因此这个动作就是选一串不同的乱数。
STE P 6：指定实体模型和颜色选择实体触发器标签页（Source Trigger Tab） 点选实体产生事件（On Creation) 触发器的下拉式选单，去改变实体模型与颜色。
※ 上面这个意思是说实体产生的那时候,把实体换色与编号。为了修改实体模型的均匀分布，选择文件按钮后，将duniform（1,4）， 表示指定实体模型数目为四种且对不同模型的实体就给予不同的颜色。

选择OK 回到Source 的参数设定的页面，再选择OK 回到模型查看窗口。
STE P 7：设定队列容量为了更改柱列的容量与指定每一种实体型态所对应到的处理器，需要在Queue 对象上双击鼠标左键即可进入Queue的GUI。

改变最大容量(Maximum Content）至25 ，选择apply按钮.在上面的窗口中还有一个Visual 的框框,框中有一个Item Placement 指的是说你要不要把等候的实体堆成直的？(预设就是直的）
STE P 8：指定队列的实体流动选项
在队列的窗口下， 点选Flow标签页下(如下图所示）并在输出（Output) 栏位的传送至输出口（Send To Port) 选项，选择实体模型直接输出（Port By Itemtype Direct）,这个选项作用就是使实体模型对应到所指定的处理器， 也就是说实体模型一对应到处理中心一，实体模型二对应到处理中心二，实体模型三对应到处理中心三，实体模型四对应到处理中心四。

选择OK 回到Queue 的参数设定的页面，再选择OK 回到模型查看窗口.
STE P 9：指定处理中心的操作时间Processor双击鼠标左键即可进入Processor 的GU I，在处理时间(Process Time）栏
位选择下拉式选单的指数分布(Exponential Distribution) 什么叫做指数分配呢?简言之就是说平均值以下发生的几率约占百分之六十三左右的一种现象。

将预订时间从10 秒改成15 秒，也就是说第0 个工作站位置设定成实体将以指数分布15 分钟到达

选择OK 回到Processor的参数设定的页面，再选择OK 回到模型查看窗口。重复这个过程再重新设定其它的处理器。换言之检验的工作站十五秒以内可以把产品检验完成的几率约有六成三。
输送带的默认值已经是每秒1 米, 最多可以同时放一千个实体,实体与实体间的距离是一米，所以不需要重新设定输送带的速度。

STEP 10：编译
从工具栏选择compile按钮, 一旦编译完成操作者将可以开始这个模型的运作.
STEP 11:模型重置 
当编译完成后,在主要窗口的左下角按下重置按钮

STEP 12:模型开始运转
在这个仿真测试运转窗口按下RUN按钮, 模型现在应该开始运转, 操作者应该可以看到实体进入柱列，然后移动至处理中心接受检验，再移动至输送带最后到实体出口离开系统.
STEP 13：选择模型查看视图
模型观察模型一般是顶视的直角坐标图查看，但观看模型运转时最好使用透视图查看，操作者可以选择直角坐标查看的右上角，在打x 处关掉直角坐标图查看，并在工具栏上按下透视图查看Persp按钮.

※ 鼠标操作要点：1）鼠标左键：在X-Y 平面上移动模型,如果操作者点选一个对象，鼠标左键将会在X—Y 平面上移动这个对象。2）鼠标右键:在X，Y,Z 上转动模型， 如果操作者点选一个对象,鼠标右键将会转动这个物件。3）鼠标左、右键一起（或鼠标的滚轮）: 用鼠标的滚轮向前或向后， 模型会突然拉进或推远。如果点选一个对象,这个对象将会改变Z 的绝对高度。4)F7 键；按下F7 键将会有旋转飞行的模型，要退出这个飞行的模型也是按F7 键。在按下此键同时也可使用鼠标的左键、右键及滚轮的功能.
（3）厂房的资料与实时数据
为了查看每一个对象简单的统计值，在直角坐标模型查看窗口下选择设定(Setting）选单,不要选择隐藏名称（Hides Names)，在直角坐标查看将会显示设备的相关资料，而在透视图查看预设名称将会被隐藏.若也要在透视图显示设备相关资料，只要在透视图查看模式下选择设定（Setting)选单，不要选择隐藏名称（Hides Names）即可在直角坐标查看将会显示预设名称。