發(fā)布時間：2020-11-15 06:12

　　 日益增長的多品種、變批量航天復(fù)雜產(chǎn)品需求與現(xiàn)有生產(chǎn)方式造成的產(chǎn)能不足與生產(chǎn)效率低等矛盾逐漸凸顯。本文以某典型航天產(chǎn)品總裝車間為研究對象,從航天產(chǎn)品裝配過程的特點(diǎn)出發(fā),研究了極其不同于一般生產(chǎn)線特征的總裝車間生產(chǎn)線布局、效率仿真與優(yōu)化問題。本文針對航天產(chǎn)品總裝線交互式快速仿真布局需求,構(gòu)建了基于虛擬模型庫的快速布局方案框架,提出了將作業(yè)區(qū)域布局方案轉(zhuǎn)換至三維車間仿真模型布局的快速布局?jǐn)?shù)學(xué)模型,基于生產(chǎn)線基本對象類搭建了虛擬模型類庫以實(shí)現(xiàn)基于模型庫的交互式快速可視化布局。結(jié)合仿真與優(yōu)化階段仿真模型頻繁的邏輯與物理重構(gòu)需求,本文研究了航天產(chǎn)品總裝線生產(chǎn)數(shù)據(jù)類型;采用功能建模技術(shù)與IDEF1X語義建模方法建立了其數(shù)據(jù)關(guān)系表達(dá)的數(shù)據(jù)模型;基于數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)了面向航天產(chǎn)品總裝線的數(shù)據(jù)驅(qū)動建模、仿真與重構(gòu)功能以提高其建模效率,模型的重用性和可維護(hù)性。在優(yōu)化階段,針對其裝配過程工時極不平衡、生產(chǎn)資源分配與可重入規(guī)則造成的產(chǎn)能不足與資源利用率不均衡問題,提出了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的仿真優(yōu)化解決方案;研究了生產(chǎn)線仿真優(yōu)化技術(shù);結(jié)合遺傳算法自適應(yīng)拒絕與懲罰約束處理機(jī)制解決了現(xiàn)有仿真優(yōu)化引擎對組合優(yōu)化約束處理能力不足的問題。鑒于仿真系統(tǒng)龐雜數(shù)據(jù)管理與功能集成需求,采用圖形用戶界面設(shè)計(jì)理念在Plant Simulation平臺封裝并集成了本文所研究的各功能模塊,開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理原型系統(tǒng)。以某航天產(chǎn)品總裝線為研究案例,其建模與仿真效率顯著提升;采用仿真優(yōu)化方法后,其產(chǎn)能相較于原始方案提升了21%。實(shí)踐表明,本文研究內(nèi)容對航天產(chǎn)品及類似產(chǎn)品生產(chǎn)線仿真具有較高的適用性與應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V465
【部分圖文】：

圖像的方式顯示仿真計(jì)算結(jié)果或比較不同方案的關(guān)鍵信息[7]，為設(shè)計(jì)與決策提供令服的數(shù)據(jù)支持。盡管傳統(tǒng)虛擬工廠技術(shù)作為一種實(shí)用的工廠設(shè)計(jì)和產(chǎn)線規(guī)劃方案存在，但是其缺乏用于布局和生產(chǎn)流程優(yōu)化的通用框架和基于仿真的設(shè)計(jì)手段，集成更多的功能需求。因此國內(nèi)外涌現(xiàn)除了一批專注于制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)性虛真軟件，包括PURDUE大學(xué)的GCMS、美國SystemModeling公司的SIMAN/CINEM擬工廠軟件 UBVR-Fact、Auto Simulation 公司的 AUTOMOD/AUTOGRAM，國內(nèi)華大學(xué)為首開發(fā)的 IMMS（Integrated Multiview Modeling and Simulation）和 IMIntegrated ManufacturingSimulationSystem）�，F(xiàn)有的車間布局流程可以概括為先用方法或算法確定布局方案，然后在虛擬仿真軟件環(huán)境中進(jìn)行可視化布局與驗(yàn)證， 1.1 所示；或者直接在仿真軟件中設(shè)計(jì)、調(diào)整并確定最終的布局方案。

圖 1.2 生產(chǎn)線數(shù)據(jù)驅(qū)動建模與仿真框架[30]在國內(nèi)，諸多學(xué)者聚焦于基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法實(shí)現(xiàn)快速建模與仿真的研究；人[26]建立了通過模型生成器調(diào)用事先建立的各類模型庫的方法實(shí)現(xiàn)了仿真模構(gòu)建。任志偉[27]研究了數(shù)據(jù)驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)中的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。王長偉[28]、王峻峰[30]等人通過構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，采用數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，在成熟的商業(yè)化 DE上通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了模型自動生成與仿真，大大提高了建模效率。一般的建模與仿真框架如圖 1.2 所示，該數(shù)據(jù)驅(qū)動建模與仿真框架由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模模型驗(yàn)證和情景仿真四個部分構(gòu)成；來源于企業(yè) ERP 和 MES 等系統(tǒng)的相關(guān)信息模型處理為仿真模型的自動生成提供驅(qū)動數(shù)據(jù)，繼而完成后續(xù)的模型驗(yàn)仿真分析。（3）數(shù)字孿生建模與仿真技術(shù)數(shù)字孿生（DigitalTwin, DT）是現(xiàn)有計(jì)算機(jī)仿真與數(shù)字化技術(shù)發(fā)展新趨勢，密歇根大學(xué)教授 MichaelGrieves 在 2002 年一場關(guān)于產(chǎn)品全生命周期管理（Pycle Management, PLM）演說中提出[31]；2014 年，其發(fā)表的 DT 白皮書中明 DT 概念，最初的 DT 被描述為與物理系統(tǒng)相連接的數(shù)字化信息結(jié)構(gòu)，物理系

車間優(yōu)化等應(yīng)用模式[36][37][38][39]。如圖 1.3 所示，在車間優(yōu)化應(yīng)用模式中，通車間層數(shù)字孿生數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了物理車間、虛擬車間與車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的實(shí)互；與此同時，基于獲取的實(shí)時數(shù)據(jù)開展系統(tǒng)反復(fù)迭代優(yōu)化、優(yōu)化策略的仿真式，最終實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)與動態(tài)對車間進(jìn)行實(shí)時控制與優(yōu)化的功能。最新的建模仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)交互技術(shù)、人工智能技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)仿真建模能達(dá)到的實(shí)時性、高效性與智能分析，通過虛擬模型貫穿 PLM。但是，由于的局限性，DT 在實(shí)踐與應(yīng)用上，尤其是生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的數(shù)字孿生仿真仍然存局限性。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

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本文編號：2884437