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产线建模仿真时代已经来临——优化自动化生产线设计的必备工具

来源:控制工程网2019.11.15阅读 924

  仿真可以成为整个项目的强大工具,使项目团队在设计阶段就能将生产线的诸多方面实现可视化。要规划新生产线或改造现有生产线,必须回答许多问题,包括:
  1.这条生产线生产什么?
  2.运行速度有多快?
  3.生产线期望的生产率是多少?
  4.这些设备如何适应现有空间?
  5.如果使用传送带,存在哪些限制?
  (传送带的容量是多少?备用条件下生产线会发生什么情况,需要多长时间才能恢复?缓冲区应放在何处才能最有效?现有传送带或装置可以重新运行吗?)
  旨在使生产线可视化并在开发之前将其变为现实的技术,现在比以往更容易获得。可以通过电子方式查看3D PDF或视频,许多软件程序已经可以直接与虚拟现实(VR)头套耳机集成,使相关工作人员可以进入精确的交互式生产线布局。

建议的生产线缓冲区显示积累的水平。本文图片来源:Dennis公司

  这种可视化帮助每个人更有效地理解设计参数,并在最终设计上达成共识。例如采用增强现实(AR)技术的智能手机应用程序和耳机,可以将3D模型投射到现有空间中CONTROL ENGINEERING China版权所有,从而提供生产线的另一种视图。静态或动态建模,可以显示干涉和障碍物,并有助于在项目初始阶段避免这些问题。
  在设计阶段,还可以以另外一种方式来利用可视化:在不同约束条件下,突出显示产品的移动动态。仿真使用户能够设置生产线的运行参数——机器和传送带速度、传送带长度、设备位置、控制行为,并查看系统在不同参数下的执行情况。动画仿真通常会发现生产线潜在的设计问题,这在查看生产线布局或电子表格时,通常难以或无法发现。
  在设计阶段识别出问题
  从最近的一个例子可以看出仿真的重要性,这个应用需要一次装满4个纸箱,然后同时将全部4个纸箱从机器中推出。虽然机器平均速度为100箱/分钟,但机器实际瞬时输出为0或200箱/分钟。在机器卸料时,如果传送带运行速度不是平均速度的两倍CONTROL ENGINEERING China版权所有,则纸箱在退出时会重新进入机器,从而阻止机器装入新的空纸箱。

在现有生产设施中,仿真可以将生产线细节可视化。

  从表面上来看,速度看起来是正确的,但实际运行时可能发现机器却被阻塞了。有了仿真模型,在设计阶段就可以识别出该问题,因此可以在安装前进行纠正。
  如果想要理解产品在生产线上的实时交互,物理建模是一种非常有价值的工具。设计师可以看到产品在传送带上位移的模式,并随之调整传送带设计以保持对产品的控制。
  以前,这可以通过有根据的猜测和计算机辅助设计(CAD)布局来完成。然而,在一些特殊应用中,例如面团在传送带上滚动的动态是很难预测或准确可视化的。物理建模对计算机硬件要求很高。可以创建目标模型。从较小的模型中吸取的经验可以应用于较大的模型。
  通过仿真模型降低成本
  即使是设计优良的生产线,机器停机也是不可避免的。无法确定的停机时间所带来的影响很难预测。制造商可能对建立缓冲犹豫不决,认为他们会隐藏问题或鼓励不积极的运营人员。根据机器设计的不同,有些缓冲区对性能的影响很小,会造成不必要的资本支出。仿真可以对场景进行建模并考虑正常运行工况,以确定缓冲区的最佳数量、位置和容量,从而改善生产线的性能并避免不必要的费用。

仿真模型和PLC标签交互,有助于在设计过程的初期识别和解决问题,从而节省时间和金钱。

  仿真能够提供帮助的另一个重要方面是控制生产线。在设计过程初期CONTROL ENGINEERING China版权所有,可编程逻辑控制器(PLC)还没有就位,仿真模型允许设计团队考虑如何控制。这样在购买设备之前,就可以测试和优化光电以及其它传感器的放置。
  使用仿真最关键的时刻,也许就是PLC程序准备进行测试的时候。一些建模软件可以连接到PLC。该模型通过仿真传感器向PLC发出信号,并响应PLC信号到其仿真的电机上。控制工程师可以使用逼真的、可以响应的系统来调试控制,而不是手动跟踪代码或尝试使用人机界面(HMI)来可视化性能。在模型中www.cechina.cn,可以对传感器布置进行精确的微调。
  HMI程序可以使用该模型与PLC一起进行测试,由于模型由PLC控制,在HMI中按下按钮,就会仿真实时生产场景。因此,使用仿真模型可以大大减少生产线调试的启动时间。
  将仿真模型连接到PLC的过程还有利于培训。新的PLC或HMI程序员可以在现场生产之前识别错误、测试新想法并在低风险环境中建立信心。生产线运行人员可以在安装之前学习如何运行生产线并学习新PLC程序。
  仿真的优势及不足

冷冻面团球的物理建模CONTROL ENGINEERING China版权所有,将关键产品特征植入模型中。

  仿真还可以带来其它间接好处。获得生产线动态背景知识,建模程序员可以在设计过程初期提出问题,而以往这些问题通常是要在开发之后才会得到解决。满足进度要求是仿真带来的另一个好处。通常,生产线已经设计和安装,但由于各种限制条件,导致只能在PLC程序完成之前启动和调试。
  如果模型在进入工厂之前进行测试,则有助于更快地验证程序。不过,仿真也有其限制。只有在输入或假设足够好时,模型输出才足够好。仿真无法预测运行人员的不良习惯、不良材料或冷凝物积聚等因素。重新审视和调整模型,以确保其反映准确的应用条件和行为,这一点非常重要。(作者:Christy Starner)



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