CN110619470A - 一种装配生产线仿真模型及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配生产线仿真模型及其构建方法，所述仿真模型包括物理仿真层和逻辑仿真层，所述物理仿真层包括循环使用资源、消耗性资源和若干个站位；所述逻辑仿真层包括装配生产线仿真单元模型以及装配生产线仿真单元模型之间的依赖关系；在逻辑仿真层中将物理仿真层里的站位映射为一系列具有相互依赖关系的工序的集合。本发明旨在解决在复杂产品如航空器、航天器装配生产线中，无法按照产品实际装配流程建立装配生产线仿真模型的问题。本发明的模型构建方法能够表达上述产品装配生产线结构及实际运行状态，具有较好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于装配生产线仿真的技术领域，具体涉及一种装配生产线仿真模型及其构建方法。
背景技术
由于现代制造生产线已经变得极为复杂，生产线效能受到产品生产流程、生产线布局、人力资源配置、设备效能、设备故障率、物流系统效能及供应链系统效能等多方面因素影响，单一算法已经很难对生产线系统做出有效评估。在这样的背景下，出现了离散事件仿真理论和相应仿真软件。通过离散事件仿真软件可以对生产线系统进行建模和仿真，将生产线系统的相关要素纳入到模型中，对这些要素的运行规律进行提炼和抽象，并用数学分布或编程语言体现出来。对建立的生产线系统模型进行仿真运行，可以分析得到系统生产时间、各元素的繁忙程度、生产瓶颈等信息，同时可以分析生产线元素如人员数量变动对生产线效能的影响，给出生产线调整的建议。
目前在采用流水线进行产品装配的领域，装配关系通常为串行执行，上一道工序执行完毕后才能执行下一道工序，产品在不同工位间流动，产品工艺路径固定，产品装配过程中对各项资源的需求明确，能够按照产品实际装配过程建立装配生产线仿真模型。
但是对于一类复杂产品装配生产线，如航空器、航天器装配生产线等，每一个装配单元进行小部分工作，同一时间可能有多个装配单元工作，这意味着产品无法在装配单元中流动，因为在同一时间模型中存在多个装配单元请求同一产品，这在装配生产线仿真模型构建时是无法实现的。由于装配生产线仿真模型中的装配单元网络通常很大，装配单元的数量可能达到几百上千个，而这些装配单元在空间上有很大的重叠，因此无法按照装配单元的实际物理位置进行建模，因此无法使用传统装配生产线仿真建模手段实现这类复杂产品的装配生产线仿真模型构建。
综上所述，在复杂产品如航空器、航天器装配生产线中，产品不移动或仅在几个固定站位间移动，同一时间有多个装配单元工作，无法按照产品实际装配流程建立装配生产线仿真模型，缺乏一种能够有效表达此类产品装配生产线结构及实际运行状态的装配生产线仿真模型及构建方法。
针对上述问题，本发明公开了一种装配生产线仿真模型及其构建方法，该装配生产线仿真模型包括逻辑仿真层和物理仿真层，其中逻辑仿真层包括装配生产线仿真单元模型以及装配生产线仿真单元模型之间的依赖关系，物理仿真层包括装配站位、消耗性资源和循环使用资源，并提出了构建装配生产线仿真模型的具体步骤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装配生产线仿真模型，旨在解决在复杂产品如航空器、航天器装配生产线中，无法按照产品实际装配流程建立装配生产线仿真模型的问题。
本发明还公开了一种装配生产线仿真模型的构建方法，解决在上述技术问题，能够表达上述产品装配生产线结构及实际运行状态，具有较好的实用性。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种装配生产线仿真模型，包括物理仿真层和逻辑仿真层，所述物理仿真层包括循环使用资源、消耗性资源和若干个站位；所述逻辑仿真层包括装配生产线仿真单元模型以及装配生产线仿真单元模型之间的依赖关系；在逻辑仿真层中将物理仿真层里的站位映射为一系列具有相互依赖关系的工序的集合。
所述物理仿真层能够表达产品在真实空间中的物理位置、装配过程中发生的移动以及产品本身的变化。站位表示产品装配过程中的某个阶段，在该阶段，产品的物理位置相对固定，在该位置完成一些装配、测试、调试或检验工作。产品的装配过程可以划分为若干个站位，上一个站位的工作结束后，产品移动到下一个站位。
站位内的工作可以划分为若干个工序，所有工序完成后表明该站位工作结束，产品可移动到下一站位。产品在站位间依次移动，没有跨越站位的情况。
循环使用资源包括产品在装配过程中可以循环重复使用的资源，包括设备、工装、人员等。消耗性资源包括产品在装配过程中需要使用的零件、成品、标准件和耗材等。
逻辑仿真层能够表达每个站位中各工序间依赖关系、工序执行顺序、工序对循环使用资源的申请和释放、工序对消耗性资源的申请，工序开始执行、等待、执行完毕的状态判定。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述依赖关系包括：除第一个工序外，每个工序都有一个以上的前置工序；只有当一个工序的所有前置工序都已执行时，才具备开始执行工序的执行条件；每个工序都有零个以上后置工序。
为了更好的实现本发明，进一步的，工序的执行条件还包括待执行工序所需的循环使用资源、消耗性资源均处于可用状态且数量足够，且未被其他工序占用。
为了更好的实现本发明，进一步的，工序执行后则通知后置工序可以开始执行，并释放占用的循环使用资源；一个站位的所有工序执行完毕之后，则产品移动到下一站位。
为了更好的实现本发明，进一步的，将操作空间作为循环使用资源，将产品上供进行装配操作的空间划分为若干个单元，每个单元能够容纳一定的人员或设备进行装配操作。
为了更好的实现本发明，进一步的，在产品装配过程中，所述循环使用资源被周期性申请和释放；所述消耗性资源在产品装配过程中被申请。
如果工序开始执行前执行条件不满足，则该工序处于等待状态。
工序执行条件全部满足后，工序开始执行，一定时间后，工序执行完毕，通知后置工序
可以开始执行，并释放占用的循环使用资源。
一个站位的所有工序执行完毕后，该站位的工作完成，产品移动到下一站位，所有站位工作完成后，产品装配过程完成。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种装配生产线仿真模型的构建方法，主要包括以下步骤：
步骤S1：定义装配站位的数量；
步骤S2：定义每个站位中装配生产线仿真单元模型的数量；
步骤S3：定义装配生产线仿真单元模型之间的依赖关系；
步骤S4：定义消耗性资源和循环使用资源的种类和数量；
步骤S5：定义每个装配生产线仿真单元模型对消耗性资源和循环使用资源的需求规则；
步骤S6：定义每个装配生产线仿真单元模型的运行时间。
本发明的有益效果：
(1)本发明的目的是针对在复杂产品如航空器、航天器装配生产线中，无法按照产品实际装配流程建立装配生产线仿真模型，缺乏一种能够有效表达此类产品装配生产线结构及实际运行状态的装配生产线仿真模型及构建方法的问题。本发明能够表达上述产品装配生产线结构及实际运行状态，并提出了构建装配生产线仿真模型的具体步骤。
(2)本发明将装配生产线仿真模型分为物理仿真层及逻辑仿真层两部分，能够表达产品在真实空间中的位置移动以及产品在每个站位上装配工序的运行状态；解决了现有技术中的问题。
(3)本发明能够对复杂产品如航空器、航天器，产品不移动或仅在几个固定站位间移动，同一时间有多个装配单元工作的装配生产线进行装配生产线仿真模型构建；具有较好的实用性。
(4)本发明能够体现循环使用资源及消耗性资源对装配生产线运行状态的影响；具有较好的实用性。
(5)本发明能够体现不同工序间依赖关系对装配生产线运行状态的影响，方便装配生产线的后续仿真。
(6)本发明能够体现空间限制对于装配生产线运行状态的影响，方便装配生产线的后续仿真。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为产品操作空间划分示意图；
图3为装配生产线仿真单元模型依赖关系示意图。
其中：1-物理仿真层、2-站位、3-循环使用资源、4-消耗性资源、5-逻辑仿真层、6-装配生产线仿真单元模型、7-产品、8-操作空间。
具体实施方式
实施例1：
一种装配生产线仿真模型，如图1所示，包括物理仿真层1和逻辑仿真层5，所述物理仿真层1包括循环使用资源3、消耗性资源4和若干个站位2；所述逻辑仿真层5包括装配生产线仿真单元模型6以及装配生产线仿真单元模型6之间的依赖关系；在逻辑仿真层5中将物理仿真层1里的站位2映射为一系列具有相互依赖关系的工序的集合。
本发明在使用过程中，所述物理仿真层1能够表达产品7在真实空间中的物理位置、装配过程中发生的移动以及产品7本身的变化。逻辑仿真层5能够表达每个站位2中各工序间依赖关系、工序执行顺序、工序对循环使用资源3的申请和释放、工序对消耗性资源4的申请，工序开始执行、等待、执行完毕的状态判定。循环使用资源3包括产品7在装配过程中可以循环重复使用的资源，包括设备、工装、人员等。消耗性资源4包括产品7在装配过程中需要使用的零件、成品、标准件和耗材等。
本发明旨在解决在复杂产品7如航空器、航天器装配生产线中，无法按照产品7实际装配流程建立装配生产线仿真模型的问题。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上进行优化，所述依赖关系包括：除第一个工序外，每个工序都有一个以上的前置工序；只有当一个工序的所有前置工序都已执行时，才具备开始执行工序的执行条件；每个工序都有零个以上后置工序。工序的执行条件还包括待执行工序所需的循环使用资源3、消耗性资源4均处于可用状态且数量足够，且未被其他工序占用。
本发明在使用过程中，站位2表示产品7装配过程中的某个阶段，在该阶段，产品7的物理位置相对固定，在该位置完成一些装配、测试、调试或检验工作。产品7的装配过程可以划分为若干个站位2，上一个站位2的工作结束后，产品7移动到下一个站位2。站位2内的工作可以划分为若干个工序，所有工序完成后表明该站位2工作结束，产品7可移动到下一站位2。产品7在站位2间依次移动，没有跨越站位2的情况。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，工序执行后则通知后置工序可以开始执行，并释放占用的循环使用资源3；如图2所示，一个站位2的所有工序执行完毕之后，则产品7移动到下一站位2。将操作空间8作为循环使用资源3，将产品7上供进行装配操作的空间划分为若干个单元，每个单元能够容纳一定的人员或设备进行装配操作。在产品7装配过程中，所述循环使用资源3被周期性申请和释放；所述消耗性资源4在产品7装配过程中被申请。
本发明的使用过程中，如果工序开始执行前执行条件不满足，则该工序处于等待状态。工序执行条件全部满足后，工序开始执行，一定时间后，工序执行完毕，通知后置工序可以开始执行，并释放占用的循环使用资源3。一个站位2的所有工序执行完毕后，该站位2的工作完成，产品7移动到下一站位2，所有站位2工作完成后，产品7装配过程完成。
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
一种装配生产线仿真模型，如图1-3所示，该装配生产线仿真模型包括逻辑仿真层5和物理仿真层1，其中逻辑仿真层5包括装配生产线仿真单元模型6以及装配生产线仿真单元模型6之间的依赖关系，物理仿真层1包括装配站位2、消耗性资源4和循环使用资源3。
一种装配生产线仿真模型的构建方法，主要包括以下步骤：
1、定义装配站位2数量；根据产品7生产线装配流程划分装配站位2，本例中分为5个站位2。
2、定义每个站位2中装配生产线仿真单元模型6数量；根据产品7站位2中应进行的装配工序划分装配生产线仿真单元模型6数量，本例中站位2装配生产线仿真单元模型6数量为6个。
3、定义装配生产线仿真单元模型6之间的依赖关系；如图3所示，本例中站位2装配生产线仿真单元模型6之间的依赖关系见表1。
4、定义消耗性资源4和循环使用资源3的种类和数量；根据产品7装配生产过程中的需求定义消耗性资源4和循环使用资源3的种类和数量。本例中本例中站位2装配生产线仿真单元模型6消耗性资源4和循环使用资源3的种类和数量如表2。
5、定义每个装配生产线仿真单元模型6对消耗性资源4和循环使用资源3的需求规则。根据产品7产品7装配生产过程中每个工序的的需求定义装配生产线仿真单元模型6对消耗性资源4和循环使用资源3的需求规则。本例中装配生产线仿真单元模型6装配生产线仿真单元模型6对消耗性资源4和循环使用资源3的需求规则如表3。
6、定义每个装配生产线仿真单元模型6运行时间。根据产品7装配生产过程中每个工序的执行情况定义装配生产线仿真单元模型6运行时间。本例中每个装配生产线仿真单元模型6的运行时间均为1小时。
7、装配生产线仿真模型构建完毕后可以运行，可分析装配生产线上完成一个产品7装配所耗费的时间。本例中站位2的各工序运行情况如表4所示，通过仿真可以得出站位2的装配时间为5小时。
本发明的目的是针对在复杂产品7如航空器、航天器装配生产线中，无法按照产品7实际装配流程建立装配生产线仿真模型，缺乏一种能够有效表达此类产品7装配生产线结构及实际运行状态的装配生产线仿真模型及构建方法的问题。本发明能够表达上述产品7装配生产线结构及实际运行状态，并提出了构建装配生产线仿真模型的具体步骤。
表1装配生产线仿真单元模型之间的依赖关系
表2消耗性资源和循环使用资源的种类和数量
| 序号 | 资源类型 | 资源名称 | 数量 |
| 1 | 循环使用资源 | 工装1 | 1 |
| 2 | 循环使用资源 | 工装2 | 1 |
| 3 | 循环使用资源 | 设备1 | 1 |
| 4 | 循环使用资源 | 设备2 | 1 |
| 5 | 循环使用资源 | 操作空间1 | 1 |
| 6 | 循环使用资源 | 操作空间2 | 1 |
| 7 | 循环使用资源 | 操作空间3 | 1 |
| 8 | 消耗性资源 | 耗材 | 6 |
表3消耗性资源和循环使用资源的需求规则
表4为各工序运行情况
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种装配生产线仿真模型，其特征在于，包括物理仿真层（1）和逻辑仿真层（5），所述物理仿真层（1）包括循环使用资源（3）、消耗性资源（4）和若干个站位（2）；所述逻辑仿真层（5）包括装配生产线仿真单元模型（6）以及装配生产线仿真单元模型（6）之间的依赖关系；在逻辑仿真层（5）中将物理仿真层（1）里的站位（2）映射为一系列具有相互依赖关系的工序的集合。
2.根据权利要求1所述的一种装配生产线仿真模型，其特征在于，所述依赖关系包括：除第一个工序外，每个工序都有一个以上的前置工序；只有当一个工序的所有前置工序都已执行时，才具备开始执行工序的执行条件；每个工序都有零个以上后置工序。
3.根据权利要求2所述的一种装配生产线仿真模型，其特征在于，工序的执行条件还包括待执行工序所需的循环使用资源（3）、消耗性资源（4）均处于可用状态且数量足够，且未被其他工序占用。
4.根据权利要求2或3所述的一种装配生产线仿真模型，其特征在于，工序执行后则通知后置工序可以开始执行，并释放占用的循环使用资源（3）；一个站位（2）的所有工序执行完毕之后，则产品（7）移动到下一站位（2）。
5.根据权利要求1所述的一种装配生产线仿真模型，其特征在于，将操作空间（8）作为循环使用资源（3），将产品（7）上供进行装配操作的空间划分为若干个单元，每个单元能够容纳一定的人员或设备进行装配操作。
6.根据权利要求1-3、5任一项所述的一种装配生产线仿真模型，其特征在于，在产品（7）装配过程中，所述循环使用资源（3）被周期性申请和释放；所述消耗性资源（4）在产品（7）装配过程中被申请。
7.一种装配生产线仿真模型的构建方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
步骤S1：定义装配站位（2）的数量；
步骤S2：定义每个站位（2）中装配生产线仿真单元模型（6）的数量；
步骤S3：定义装配生产线仿真单元模型（6）之间的依赖关系；
步骤S4：定义消耗性资源（4）和循环使用资源（3）的种类和数量；
步骤S5：定义每个装配生产线仿真单元模型（6）对消耗性资源（4）和循环使用资源（3）的需求规则；
步骤S6：定义每个装配生产线仿真单元模型（6）的运行时间。
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