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產線建模仿真時代已經來臨——優化自動化生產線設計的必備工具

仿真建模如果加以合理利用,

可以幫助制造企業識別和消除風險,

確保正常的生產運營,

使企業價值最大化並有助於獲得成功。

仿 真可以成為整個項目的強大工具,使項目團隊在設計階段就能將生產線的諸多方面實現可視化。

要規劃新生產線或改造現有生產線必須回答許多問題,包括:

旨在使生產線可視化並在開發之前將其變為現實的技術,現在比以往更容易獲得。 可以通過電子方式查看3D PDF 或視頻,許多軟件程序已經可以直接與虛擬現實(VR)頭套眼睛集成,使相關工作人員可以進入精確的交互式生產線布局。

這種可視化幫助每個人更有效地理解設計參數,並在最終設計上達成***識。例如采用增強現實(AR)技術的智能手機應用程序和耳機,可以將3D 模型投射到現有空間中,從而提供生產線的另壹種視圖。靜態或動態建模,可以顯示幹涉和障礙物,並有助於在項目初始階段避免這些問題。

在設計階段,還可以以另外壹種方式來利用可視化:在不同約束條件下,突出顯示產品的移動動態。仿真使用戶能夠設置生產線的運行參數——機器和傳送帶速度、傳送帶長度、設備位置、控制行為,並查看系統在不同參數下的執行情況。動畫仿真通常會發現生產線潛在的設計問題,這在查看生產線布局或電子表格時,通常難以或無法發現。

從最近的壹個例子可以看出仿真的重要性,這個應用需要壹次裝滿4 個紙箱,然後同時將全部4 個紙箱從機器中推出。雖然機器平均速度為100 箱/ 分鐘,但機器實際瞬時輸出為0 或200 箱/ 分鐘。在機器卸料時,如果傳送帶運行速度不是平均速度的兩倍,則紙箱在退出時會重新進入機器,從而阻止機器裝入新的空紙箱。

從表面上來看,速度看起來是正確的,但實際運行時可能發現機器卻被阻塞了。有了仿真模型,在設計階段就可以識別出該問題,因此可以在安裝前進行糾正。

如果想要理解產品在生產線上的實時交互,物理建模是壹種非常有價值的工具。設計師可以看到產品在傳送帶上位移的模式,並隨之調整傳送帶設計以保持對產品的控制。

以前,這可以通過有根據的猜測和計算機輔助設計(CAD)布局來完成。然而,在壹些特殊應用中,例如面團在傳送帶上滾動的動態是很難預測或準確可視化的。物理建模對計算機硬件要求很高。可以創建目標模型。從較小的模型中吸取的經驗可以應用於較大的模型。

即使是設計優良的生產線,機器停機也是不可避免的。無法確定的停機時間所帶來的影響很難預測。制造商可能對建立緩沖猶豫不決,認為他們會隱藏問題或鼓勵不積極的運營人員。根據機器設計的不同,有些緩沖區對性能的影響很小,會造成不必要的資本支出。仿真可以對場景進行建模並考慮正常運行工況,以確定緩沖區的最佳數量、位置和容量,從而改善生產線的性能並避免不必要的費用。

仿真能夠提供幫助的另壹個重要方面是控制生產線。在設計過程初期,可編程邏輯控制器(PLC)還沒有就位,仿真模型允許設計團隊考慮如何控制。這樣在購買設備之前,就可以測試和優化光電以及其它傳感器的放置。

使用仿真最關鍵的時刻,也許就是PLC 程序準備進行測試的時候。壹些建模軟件可以連接到PLC。該模型通過仿真傳感器向PLC 發出信號,並響應PLC 信號到其仿真的電機上。控制工程師可以使用逼真的、可以響應的系統來調試控制,而不是手動跟蹤代碼或嘗試使用人機界面(HMI)來可視化性能。在模型中,可以對傳感器布置進行精確的微調。

HMI 程序可以使用該模型與PLC 壹起進行測試,由於模型由PLC 控制,在HMI 中按下按鈕,就會仿真實時生產場景。因此,使用仿真模型可以大大減少生產線調試的啟動時間。

將仿真模型連接到PLC 的過程還有利於培訓。新的PLC 或HMI 程序員可以在現場生產之前識別錯誤、測試新想法並在低風險環境中建立信心。生產線運行人員可以在安裝之前學習如何運行生產線並學習新PLC 程序。

仿真還可以帶來其它間接好處。獲得生產線動態背景知識,建模程序員可以在設計過程初期提出問題,而以往這些問題通常是要在開發之後才會得到解決。滿足進度要求是仿真帶來的另壹個好處。通常,生產線已經設計和安裝,但由於各種限制條件,導致只能在PLC 程序完成之前啟動和調試。

如果模型在進入工廠之前進行測試,則有助於更快地驗證程序。不過,仿真也有其限制。只有在輸入或假設足夠好時,模型輸出才足夠好。仿真無法預測運行人員的不良習慣、不良材料或冷凝物積聚等因素。重新審視和調整模型,以確保其反映準確的應用條件和行為,這壹點非常重要。

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