基于合作的面向人的生产系统的仿真研究
基于工业工程的智能制造系统建模与仿真
基于工业工程的智能制造系统建模与仿真智能制造系统是当今工业领域的热门话题，其通过应用先进的技术，如物联网、人工智能、机器学习等，实现了工业生产的自动化、智能化和高效性。
在实际应用中，建模与仿真是智能制造系统设计与优化的重要手段。
本文将探讨基于工业工程的智能制造系统建模与仿真方法，旨在提供一种全面且深入的分析。
一、智能制造系统建模智能制造系统建模是对实际生产过程进行抽象和描述的过程，目的是为了理解和优化生产系统的运作。
在工业工程领域中，有许多建模方法可供选择，如离散事件建模、连续系统建模、面向代理的建模等。
根据具体情况，可以选择合适的建模方法。
1. 离散事件建模离散事件建模是将生产系统中的事件抽象成离散的状态转换，通过事件的顺序和时间推进来描述系统的运作。
这种建模方法适用于具有离散事件和决策的系统，如流水线生产、物流运输等。
通过离散事件建模，可以定量评估系统的性能指标，如生产能力、等待时间、工作效率等。
2. 连续系统建模连续系统建模是将生产系统中的参数和变量表示为连续的函数或方程，通过数学模型来描述系统的行为。
这种建模方法适用于涉及连续过程和物流的系统，如化工生产、供应链等。
通过连续系统建模，可以优化系统的参数配置，提高生产效率和资源利用率。
3. 面向代理的建模面向代理的建模是将生产系统中的各个组成部分抽象成独立的代理，通过模拟代理之间的互动来描述整个系统的行为。
这种建模方法适用于多智能体系统中的智能制造系统，如机器人协作、自动化装配等。
通过面向代理的建模，可以研究不同代理的行为和决策对整个系统性能的影响。
二、智能制造系统仿真智能制造系统仿真是通过建模方法来模拟和观察系统的运作，以评估不同策略和决策对系统性能的影响。
仿真可以帮助工程师和决策者更好地理解和改进生产系统，减少风险和成本。
1. 离散事件仿真离散事件仿真是通过运行离散事件模型来模拟生产系统中的事件和决策。
仿真过程中，可以观察系统的各种指标，如生产率、生产能力、资源利用率等。
仿真技术简介
何为仿真？1定义仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的一门多学科综合性技术。
它是它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点。
仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。
人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。
仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统某些属性的逼近。
仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。
传统的仿真方法是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况来修改模型和有关的参数。
如此迭代地进行，直到认为这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。
模型对系统某一层次特性的抽象描述包括：系统的组成；各组成部分之间的静态、动态、逻辑关系；在某些输入条件下系统的输出响应等。
根据系统模型状态变量变化的特征，又可把系统模型分为：连续系统模型——状态变量是连续变化的；离散（事件）系统模型——状态变化在离散时间点（一般是不确定的）上发生变化；混合型——上述两种的混合。
2发展历程仿真是一种特别有效的研究手段。
20世纪初仿真技术已得到应用。
例如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。
40～50年代航空、航天和原子能技术的发展推动了仿真技术的进步。
60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。
利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。
因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。
50年代初，连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。
50年代中期，人们开始利用数字计算机实现数字仿真。
计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。
在模拟计算机仿真中增加逻辑控制和模拟存储功能之后，又出现了混合模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混合计算机仿真。
科技部2021年度数字孪生体相关国家重点研发计划
科技部2021年度数字孪生体相关国家重点研发计划科技部最近发布《关于对国家重点研发计划“综合交通运输与智能交通”“制造基础技术与关键部件”“网络协同制造和智能工厂”重点专项2021年度项目申报指南建议》，邀请行业专家对三个领域的国家重点研究计划内容提出意见。
数字孪生体联盟发现，其中有两个领域明确提出了数字孪生体的要求。
征求意见时间为2020年9月27日至2020年10月11日。
有兴趣的联盟成员可以联系秘书处了解具体情况。
按照数字孪生体联盟科研计划，在与中国自动化学会建立战略合作关系基础上，拟共同申报数字孪生体相关项目，请联盟成员积极参与。
跟数字孪生体相关项目内容如下：（一）“综合交通运输与智能交通”重点专项2021年度项目申报指南建议2．载运工具智能协同2.1 大型集装箱港口智能绿色交通系统关键技术研究与示范（共性关键技术类）研究内容：研究我国大型集装箱港口交通系统智能运行与绿色能源交互的系统构型及适用性；研究基于5G 技术的港口运行车-路-船-港-云一体化系统架构，设计港区及疏运集装箱运输车辆网联数据架构和信息流，研发高可靠的云控基础软硬件关键技术，研发面向港口动态环境的数字孪生系统和数字化基础设施；研发集装箱运输车辆港区作业自动驾驶系统和疏运自动编队驾驶系统、港区拖轮靠离泊作业智能感知和安全辅助驾驶系统；构建融合5G 技术的港区作业车辆、港区作业船舶、疏运集装箱运输车辆一体化智能管控平台，研究港口智能绿色运行状态监控与安全预警技术。
考核指标：提出我国大型集装箱港口交通系统智能运行与绿色能源交互的技术模式及架构；数字化基础设施和数字孪生系统满足港口交通系统运行需求和动态环境重构要求，具备目标定位与管理功能；集装箱运输车辆港区作业自动驾驶、疏运编队（不少于5 辆）自动驾驶系统支持车距不高于5m，车速不低于40km/h 的密集行驶，在港区道路、疏运道路等复杂场景中得到应用验证，运输效率提升10%以上；实现港区前沿500 米范围内拖轮靠离泊作业智能感知和安全辅助驾驶，对障碍物有效跟踪率≥98%，速度、航向、迹向等状态识别误差<10%，延时≤200 毫秒，提供运动预测、预警与决策辅助，靠离泊作业时间减少10%以上；形成大型集装箱港口交通系统智能运行、数字化基础设施等行业技术规范标准（送审稿）不少于3 项；在大型集装箱港口进行综合示范验证。
大连理工大学机械工程学院导师信息
传感测控与精密加工技术研究所简介现有教员13名,其中，教授2名，副教授5名，高级工程师2名,讲师2名，工程师1名，高级技工1名。
主要研究方向：传感器与执行器理论与技术；智能化仪器仪表与智能监控技术；航空航天发动机推力测量；微型柔性构件的拓扑优化；精密加工技术及精密测量；硬脆材料加工与工具技术；现代切削理论与切削过程测控；难加工材料切削性能与加工技术；液压系统CAD/CAM、动态特性仿真与优化；网络测控技王殿龙：传感测试理论与技术、难加工材料切削加工、工程机械数字化样机技术。
张元良：1.天然金刚石超精密切削、2.智能化仪器仪表、3.学生体质自动测量仪表、4.起重机力矩限制器、5.液压比例阀数字化控制技术与模块化研究、6.在线测量技术及应用。
徐志祥：模式识别与智能系统方向，1. 数控与伺服控制技术、2. 非线性时间序列分析、3. 机器视觉与模式识别、4. 虚拟仪器及测试技术。
张军：1.传感器及执行器理论研究、2.压电石英、压电陶瓷机理研究、3.压电切削测试系统研究、4.精密仪器设计与制造。
张宏：液压系统仿真与优化、流体传动与控制。
桑勇：电液伺服控制；机电传动控制；先进仪器设备研发。
工程机械研究所简介研究所非常重视与生产企业的合作以及研究成果的转化，成功联合开发了数十个具有自主知识产权的产品，仅2006年就完成了9项填补国内空白的项目，其中以履带起重机为代表的系列产品一举打破了国外企业对大吨位产品的垄断，为国家节省了大量外汇，为企业创造了可观的经济效益。
据统计，研究所近年来向企业转移的技术成果达60余项，累计实现销售总额40多亿元，获得各类奖励十余项。
研究所还先后负责或参与了国家863、973、自然基金等专项的科学研究工作，在国内外公开刊物上发表了多篇学术研究论文。
王欣：1.工程机械产品关键理论与技术研究、2.结构优化与动态设计、3.结构损伤、识别与寿命评估、4.虚拟设计与仿真。
曹旭阳：工程机械三维仿真及虚拟样机技术、结构相似性研究、机械机构优化设计，岸边集装箱起重机数字化虚拟样机，结构优化设计。
面向生产制造过程的虚拟仿真系统建模研究
来越复杂 。为 了降低 设计成本 ，规避设计风险 ，在最短时 问 内以较 优的方案 投产或改建一个制造系统 ，或分析 确定一个 生产规划 ，面向生产制造过程 的虚拟仿真技术得到 了越来越 普遍 的应 用。 然 而传统 的仿真 建模需要 运用仿真语 言编 制 大 量 的程序 ，建模 时间 长 ，对建 模人 员也提 出 了很高 的要 求 。将面 向对 象技术 、三维 图形建模 技术 引入到 仿真 当 中 来 ，不仅极 大地 改善 了建模环境 ，加快 了建模的速度 ，同 时
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虚拟仿真实验心得体会 仿真实验心得体会(汇总10篇)
虚拟仿真实验心得体会仿真实验心得体会(汇总10篇)当我们备受启迪时，常常可以将它们写成一篇心得体会，如此就可以提升我们写作能力了。
我们如何才能写得一篇优质的心得体会呢？那么下面我就给大家讲一讲心得体会怎么写才比较好，我们一起来看一看吧。
虚拟仿真实验心得体会篇一经过连续两周的`仿真实习，我们练习了离心泵、换热器、液位的控制、精馏塔的冷态开车、正常停车以及相应事故处理的仿真。
通过这次仿真实习基本单元操作方法；增强了我对工艺过程的了解，进而也更加熟悉了控制系统的设计及操作。
让我对离心泵、换热器、精馏塔等有了更深刻的了解和认识。
通过本次的化工仿真实习收获颇多，对工艺流程、控制系统有了一定的了解，基本掌握了开车、停车等的规程。
开始接触化工仿真软件时，感觉很迷漫也很好奇，在后来的实习过程中我首先仔细阅读了课本上实习的具体流程，基本明白了操作的规程。
特别是在练习精馏塔单元等复杂的化工过程的时候，我觉得应该：（1）要仔细认真的阅读课本上相应的流程操作，对每一步操作都应该要有所领会、理解，因为过程的熟悉程度在操作中使至关重要的。
过程不够熟悉也许会误入歧途，错误的操作，最后事倍功半，也不能很好的掌握所需学习的内容。
（2）面对一个复杂的工艺过程时，如果不能事先了解到它们的作用和相应的位置，以及各自开到什么程度，在开车时我们可能会手忙脚乱，导致错误的操作，因此，在开车前最重要的准备工作就是熟悉整个的工艺过程。
（3）在开车后的操作中一定要有耐心，不能急于求成。
无比达到每一步的工艺要求之后，才能进行下一步的操作，否则可能造成不可挽回的质量错误。
因此在面对一个工艺流程，必须要了解这个工艺流程的作用是什么，要达到怎样的目的，了解流程中的各个环节，是如何进料的，操作条件又是如何，要达到什么样的要求。
只有这样我们才能更好的学习或掌握所练习的学习内容。
总之，通过二周的仿真实习，我明白了许多，同时也懂得了许多，在操作过程中对每一步工艺操作都要耐心的完成，要达到规定的要求，不能急于求成，否则会事倍功半。
计算机仿真行业简介
（一）计算机仿真行业简介计算机仿真行业，属于电子信息产业中的新兴行业。
1、计算机仿真技术简介计算机仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。
计算机仿真技术具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势，被称为除理论推导和科学试验之外的人类认识自然和改造自然的第三种手段。
美国政府在1992 年提出的22 项国家关键技术中将计算机仿真技术列为第16项，21 项国防关键技术中将计算机仿真技术列为第6 项。
2007 年美国众议院通过的决议案（H.RES.487 ）明确计算机仿真技术是一项国家关键技术，指出其对提升美国竞争力具有非常重要的推动作用。
在我国，计算机仿真技术在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》（国务院2006 年2 月9 日发布）和《我国信息产业拥有自主知识产权的关键技术和重要产品目录》（信息产业部、科学技术部、国家发展改革委〔2006 年12 月25日发布〕）中均被列为关键技术。
《2008年中国的国防》白皮书提出"建成数字仿真、半实物仿真和一批重要的高水平试验验证设施，提高设计水平和研制成功率"；我国的陆军、海军、空军和第二炮兵等已明确将计算机仿真技术作为我军完善武器装备科研生产体系和推进军事训练转变的重要手段。
2、计算机仿真技术的应用领域计算机仿真技术广泛应用于国防、工业及其他人类生产生活的各个方面，如：航空、航天、兵器、国防电子、船舶、电力、石化等行业，特别是应用于现代高科技装备的论证、研制、生产、使用和维护过程。
（1）国防领域计算机仿真技术的应用贯穿于武器装备设计论证、研制、生产和使用维护的全过程。
在设计论证阶段，需要在实物实现之前通过仿真模拟进行预先验证，降低项目风险；在研制阶段，要通过仿真模拟试验进行调试、测试，避免弯路，缩短研制周期，降低研制成本；在生产阶段，要通过仿真模拟测试完成部件测试、工位测试和出厂测试，以保障参与组装的设备或部件达标，生产出合格装备；在使用维护阶段，需要通过仿真模拟训练，建立保障预案、进行使用效能评估等。
生产过程仿真技术
以控制为中心的虚拟制造 (Control Centered VM)
三类VM之间的关系
虚拟制造研究难点
产品、工艺规划及生产系统的信息模型 可制造性评价方法
包括各工艺步骤的处理时间，生产成本和质量的 估计等
制造系统布局、生产计划和调度规划 分布式环境
三类仿真应用
(1) 以产品模型为中心的仿真
包括产品的静态和动态性能分析、产品的可制造性分析、产品的可装配性分析。在进 行产品开发时，要考虑的不只局限于与功能需求有关的方面，如 形状、尺寸、结构及 各种物理特性，还要综合考虑诸如制造、装配、维护、成本等各方面的 因素。因此， 产品本身的仿真，如CAE、DFA等，是仿真技术在制造业应用的基本方面。
优化生产线系统布局
根据工厂空间、计划生产能力和零件加工所 需工序,初步快速交互地确定多种生产线布局 方案,或验证已设计好的方案的空间。
确定生产能力
通过仿真,验证现有的和预计新的生产系统在 当前的运转条件下的生产能力以及生产线是 否能够完成要求的年产量,如果不能,修改运行 参数。
确定运作方式
二三维几何建模
二维建模
实现生产线中各模型在仿真运行时的操作控制 仿真控制语言SCL的图形表现
三维建模
可逼真地反映生产线 产品及其加工部位 设备 逻辑表示
保证二维和三维模型的一致
规划生产线系统
按照零件加工的工艺内容,通过工序的优化组 合,确定机床和其他设备,实现生产线系统的初 步规划;再根据产品产量的要求,确定生产线的 节拍。
牵涉到公司合作，信息共享，信息安全性等
统一的集成框架和体系。
虚拟制造的产品生产
可制造性 可生产性 可合作性
仿真实验心得体会(集合7篇)
仿真实验心得体会(集合7篇)仿真实验心得体会1为期三周的实习很快的结束了，这三个星期的实习让我对自己的专业有了更深的认识。
在这次实习之前，我一直都在怀疑自己平时在学校里学的那些知识的实用性，学习的时候也找不到重点，常常只是为了应付考试而被动的去学。
这次实习让我意识到平时的学习是非常重要的，因为任何实际的操作都依赖于一套理论体系，只有熟悉了理论，才可能在实际问题中找到解决的办法。
第一周去南化公司化机厂的实习让我印象深刻。
尤其是进场的那两天师父说过一句话，29个危险源就会引起一小的事故，31个小的事故就会引起一大的事故。
可见事故就是从小的事件积累起来的`，安全就要从点点滴滴坐起。
最后两周的这次仿真实习让我们充分了解了合成氨工艺的流程和主要的控制参数，更加深刻的理解课本上学到的知识，有这次实践的机会,让我们大大开阔了眼界，获得了书本上得不到的知识。
此外，员工自己应当以身作则，积极遵守各项规章制度，培养较高的安全责任意识，珍惜自己与他人的生命。
仿真实验心得体会2半个学期的校内化工模拟仿真实验结束了，这段时间的实验心情是复杂的。
从这里可以看出，这个实验让我学到了很多，获得了很多以前单纯从课堂上无法获得的知识、经验。
对于半个学期来的实验，在这里我以一种总结和自省的心态来完成这份报告。
也以此纪念我在校内的实验生活。
仿真实验是以仿真机为工具，用实时运行的动态数学模型代替真实工厂进行教学实习的一门新技术。
仿真机是基于电子计算机、网络或多媒体部件，由人工建造的，模拟工厂操作与控制或工业过程的设备，同时也是动态数学模型实时运行的环境。
仿真实验为学生提供了充分动手的机会，可在仿真机上反复进行开车、停车训练，在仿真机上，学生变成学习的主体。
学生可以根据自己的具体情况有选择地学习。
例如自行设计、试验不同的开、停车方案，试验复杂控制方案、优化操作方案等。
可以设定各种事故和极限运行状态，提高学生分析能力和在复杂情况下的决策能力。
先进制造技术论文智能制造
智能制造作者：王玉石湖北文理学院机械与汽车工程学院工业工程1311班摘要：介绍了智能制造提出的背景、主要研究内容和目标,人工智能与IMT、IM的关系,IMS和CIMS,智能制造的物质基础及理论基础,智能制造系统的特征及框架结构,并简要介绍了智能加工中心IMC,智能制造技木的发展趋势，以及智能制造系统研究成果及存在问题。
?关键词：智能制造，IMS,IMC,IMT。
1.主要研究内容和目标智能制造在国际上尚无公认的定义。
目前比较通行的一种定义是,智能制造技术是指在制造工业的各个环节,以一种高度柔性与高度集成的方式,通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动。
因此,，强调整动化。
IMS,2.、Newell生产融合,年代初,IMT作用,,也可能是关注与广泛地研究。
从CIMS的发展来看,众多研究者把重点放在计算机集成上,从科学技术的现状看,要完成这样一个集成系统是很困难的。
CIMS作为一种连接生产线中的单个自动化子系统的策略,是一种提高制造效率的技术。
它的技术基础具有集中式结构的递阶信息网络。
尽管在这个递阶体系中有多个执行层次,但主要控制设施仍然是中心计算机。
CIMS存在的一个主要问题是用于异种环境必须互连时的复杂性。
在CIMS概念下,手工操作要与高度自动化或半自动化操作集成起来是非常困难和昂贵的。
在CIMS深入发展和推广应用的今天,人们已经逐渐认识到,要想让CIMS真正发挥效益和大面积推广应用,有两大问题需要解决:①人在系统中的作用和地位;②在不作很大投资对现有设施进行技术改造的情况下亦能应用CIMS。
现有的CIMS概念是解决不了这两个难题的。
今天,人力和自动化是一对技术矛盾,不能集成在一起,所能做的选择,或是昂贵的全自动化生产线,或是手工操作,而缺乏的是人力和制造设备之间的相容性,人机工程只是一个方面的考虑,更重要的相容性考虑要体现在竞争、技能和决策能力上。
人在制造中的作用需要被重新定义和加以重视。
3．智能制造的物质基础及理论基础?3.1.智能制造系统的物质基础主要有：(1)数控机床和加工中心美国于1952年研制成功第一台数控铣床,使机械制造业发生一次技术革命。
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万方数据
第１期施国洪等：基于合作的面向人的生产系统的仿真研究一８９
３仿真模型
３．１工人合作模型
在ｕ型生产线仿真中．工人可根据情况自主地决定是否开始下一项工作或是否协助其他人完成任务。
根据这个决定，工人进行下一项任务，并将信息（指示或要求）传递给其他工人。
因此在工人的判断逻辑中需要输入“观察”和“协商”，此时“决策”将作为结果输出。
观察决定了工人自己工作的状态和与自己任务紧密联系的工序阶段的状态，并且决定了零件、工具、机器和工人的状态与数量。
“协商”通常优先于“要求”、“指示”和“命令”。
由于工人Ｂ的总工作时间是最长的，当合作发生时，工人＾和ｃ将协助曰完成任务。
工人＾和ｃ从过程中的工作积累和其他工人的工作状态来进行判断。
例如当工人口需要协助时，工人＾就会去第９道工序，工人ｃ去第５道工序以减轻工人Ｂ的工作负荷，从而使生产变得均衡。
３．２仿真中人员合作逻辑的具体化过程
基于上面所描述的概念，ｕ型生产线的仿真中需要使工人合作的基本逻辑具体化。
在此应用ｗＩＴＮＥｓｓ仿真软件来完成仿真的全过程。
工人的逻辑判断区代表了一个独立的“任务指令”，它表示了工人的自主行为。
图２所示为工人的观察算法及活动路径示意图，在此例中，仅有“观察”作为工人逻辑判断的输人。
—卜工人Ａ的原始路径
－－》工人Ｂ的原始路径
峥台作时Ａ与Ｂ之间的路径
圈２基于观察的算法示意图
考虑到实际情况中工人的观察范围比工作过程中计数所提供的信息更多，而决策基于信息制定，但是又不可能把所有的信息都列入仿真中去。
另一方面，如果简化观察过程，就不可能得到充足的信息。
因此。
我们研究一个决策发生的过程：观察和协商同时输入．图３所示为一个基于协商的合作例子。
图３基于协商的工作法则
如果一个工人由于工作落后而需要协助时（在此以曰为例），需求协助的小旗就会被举起。
提供协助的一方（工人＾）每当结束或正要开始一项任务时，进行观察，如果发现需求旗被升起．工人Ａ将评价自己的工作状态和工作任务，如果有时间提供协助，工人Ａ将升起一面支持小旗，简言之，当两面旗同时升起时，合作就开始了。
４实验结果
为了评价逻辑的适宜性，首先要检验合作逻辑具体化模型的仿真的基本效果，然后使用仿真将新的模型具体化以达到最终能够对采用的面向人的生产系统作出评价。
图４为应用ｗＩＴＮＥｓｓ建立的模型。
图４ｕ型生产线的仿真模型
４．１工人合作逻辑模型的基本检验
在此，将通过实验来计算ｕ型生产线中合作的贡献率，并对逻辑模型这种先验工具进行评价以保证ｕ型生产线正确实施。
实验设计如下：
（１）传统传送线（直线型）
（２）ｕ型生产线（无合作）
（３）ｕ型生产线（有观察）
（４）ｕ型生产线（即有观察又有协商）
作为实验结果，工作时间被每个工人在每个工作周期中平均分配比例如图５所示。
每小时分配的产品数量、生产效率、平均循环时间和生产线的运行效果如表ｌ所示。
（ａ）直线型生产线（ｂ）ｕ型生产线（无合作的）
ｃ）ｕ型生产线（有观察）（ｄ）ｕ型生产线（观察＋协商
ｌ工作［二，毒精或目置
图５工作时间比例示意图
万方数据
万方数据。