柔性制造系统的建模与仿真研究
教学实验室柔性制造系统建模、仿真与优化研究：以纳尔维克大学实
关键词 ： 柔性制造 系统
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｂ ４ ４ ９
仿真 与优化
ｃ型布局
Ａ ｕ ｔ ｏ Ｍｏ ｄ 教 学实验 室
文章编 号 ： １ ０ ０ ２— ６ ８ ８ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ２ ９—０ ４
杨 金广 ， 王 婷 ， Ｗｅ ｉ Ｄ ｅ ｎ ｇ Ｓ ｏ ｌ ｖ ａ ｎ ｇ ， ｏ Ｙ ｕ
（ １ ．贵 州 大学 机械 工程 学院 ， 贵州 贵 阳 ５ ５ ０ ０ ２ ５； ２ ．贵 州大 学 管理 学 院 ， 贵州 Ｉ贵 阳 ５ ５ ０ ０ ２ ５；
摘 要： 针 对纳 尔维克大学（ Ｎ ａ ￣ｉ ｋ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｎ Ｕ Ｃ ） 实验室现有 的教 学设备 利用 率低 ， 设 备 维护 不标 准 ， 设
备布局不规整的现状 ， 利 用 ｃ型布局将现有设备 组建成高效率的柔性 制造 系统 。应 用 Ａ ｕ ｔ ｏ Ｍ ｏ ｄ仿 真软件 对该柔性 制造 系统进行建模与仿真 ， 找 出其瓶 颈 ， 并提 出改进措施 ， 为教 学实验 室设备 布局 和利 用率的改善 以及柔性 制造 系
现 Ｍ ａ 代 ｎ ｕ ｆ 制 ａ ｃ ｔ ｕ 造、 ｒ ｉ ｎ ｇ ＆ 工 Ｐ ｒ 艺 ｏ ｃ ｅ ｓ 装 ｓ Ｅ 备 ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｌ ２ ０ １ ５ ． ￣ 第 … Ｊ 期 … ’
教 学 实 验 室 柔 性 制 造 系统 建 模 、 仿真与优化研究 ： 以纳 尔 维克 大 学 实验 室为 例 术
ＹＡＮＧ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｕ ａ ｎ ｇ， Ｗ ＡＮＧ Ｔｉ ｎ ｇ， Ｗｅ ｉ Ｄｅ ｎ ｇ Ｓ ｏ ｌ ｖ ａ ｎ ｇ， Ｇａ ｂ ｏ ｒ Ｓ ｚ ｉ ｅ ｂ ｉ ｇ， Ｈａ ｏ Ｙｕ
柔性机械系统的建模与控制技术研究
柔性机械系统的建模与控制技术研究柔性机械系统是近年来备受关注的研究领域，它将传统刚性机械系统与柔性结构相结合，具有高变形性、轻质化、高适应性和高灵活性等优势。
本文将探讨柔性机械系统的建模与控制技术研究。
一、引言柔性机械系统是一类由柔性材料制造而成的机械系统，相对于传统的刚性机械系统，它的变形性更强，并且可以适应各种复杂环境和任务。
柔性机械系统广泛应用于航天器、机器人、医疗器械等领域。
然而，由于其复杂的结构和性质，柔性机械系统的建模和控制变得更加困难。
二、柔性机械系统的建模柔性机械系统的建模是分析和仿真其性能和行为的关键步骤。
建模可以帮助我们理解系统的运动学和动力学特性，以及响应外界激励的方式。
常见的柔性机械系统建模方法包括有限元法、拉格朗日法和模态分析法。
有限元法是一种常用的建模方法，它将柔性机械系统分解为若干个小的离散单元，然后利用有限元分析的原理和方法求解各单元的位移和应力，从而得到整个系统的响应。
有限元法可以用于静态和动态的建模分析，但需要对材料的本构关系、初始条件、外部载荷等进行准确的描述。
拉格朗日法是一种基于分析力学原理的建模方法，它将柔性机械系统建模为一组质点的集合，并考虑物体的运动方程和约束条件。
通过建立物体的动力学方程，可以求解系统的运动轨迹和振动模态。
模态分析法是一种将柔性机械系统建模为一组振动模态的方法。
通过测量系统在不同频率下的自由振动响应，可以识别出系统的振动模态，进而建立柔性机械系统的模态模型。
模态分析法适用于系统频率较低、振动特性较复杂的情况。
三、柔性机械系统的控制技术柔性机械系统的控制技术是实现系统期望运动和力学性能的关键。
由于柔性机械系统的非线性和时变特性，传统的控制方法往往效果不佳。
因此，需要发展适用于柔性机械系统的新型控制技术。
自适应控制是一种能够根据外界环境和系统变化实时调整控制策略的技术。
在柔性机械系统中，自适应控制可以根据系统的变形特性和外部负载实时调整控制参数，从而实现对系统的精确控制。
虚拟柔性制造系统仿真研究
虚拟柔性制造系统仿真(fǎnɡ zhēn)研究虚拟柔性制造系统仿真研究发表时间：2006-7-12 丁国富来源：《学术动态（成都）》2006年 1期关键字：虚拟柔性仿真建模模拟FMS“虚拟柔性制造系统系统仿真研究”项目以柔性制造系统为原型研究对象，从系统论的角度，按照复杂系统的观点对对虚拟柔性制造系统进行理论建模，对虚拟柔性制造系统仿真的关键技术进行研究。
重点研究加工过程的工艺信息建模，工艺系统几何建模、运动建模和物理效应建模，并对加工过程工序进行规划运动模拟、对NC代码进行检验和刀具轨迹模拟。
机械制造系统是一个复杂的系统，系统输入的是与制造有关的物料、设备、工具、能源、人员、制造理论、制造工艺和制造信息等，输出的是一个合格的具有一定功能的产品。
制造系统的复杂性表现在：制造环境、制造产品和制造系统结构和制造过程的复杂性上。
面对如此(rúcǐ)复杂的系统，要使产品达到TQCS最优，需要严格控制制造(zhìzào)的各个环节，得到局部最优乃至全局最优目标。
而这一切需要对整个制造过程进行建模，目前研究的热点之一就是虚拟制造技术。
柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，简称(jiǎnchēng)FMS)是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，它包括数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整。
要采用虚拟制造技术来正确模拟柔性制造系统的制造过程，主要开展(kāizhǎn)两方面的工作，一是真实模拟该制造(zhìzào)系统中加工设备的功能：二是对整个柔性制造系统在“一”的基础上正确规划生产过程，以便获得对整个产品可制造性的全面评估。
“虚拟柔性制造系统系统仿真研究”项目从2003年5月～2005年5月得到西南交通大学科技发展基金的支持。
该项目以柔性制造系统为原型研究对象，从系统论的角度，按照复杂系统的观点对对虚拟柔性制造系统进行理论建模，对虚拟柔性制造系统仿真的关键技术进行研究。
柔性制造系统的建模与仿真研究
已知：FMS的加工系统由10台加工中心组成；
加工系统可以加工20种不同的产品； 市场需求是动态变化的，即所要生产的产品数量是动态 变化的； 产品在市场上是比较畅销的，即出售的概率大致相同。
用户所能提供的数据：
① 加工中心的单位使用费用（已包含折旧、保养等），见 表 5.1 ② 各产品的加工时间，见表5.2
20
个
均
匀
分
C
Contrl
布Leabharlann 的增益数
1
分裂成两个数
2
分裂成两个数
20
分裂成两个数
number
C：一个常数，1000000（一百万）； Contrl：通过滑动条来改变增益值，可以精确到小数点后五位； 分裂方式：254160分裂成246与510，其中246作为抽取随机 数的首位编号，510作为抽取随机数的间距； 本仿真系统运行一次，就抽取随机数20次，每次20个数据。
本仿真系统运行一次，就相当于连 续仿真了20次，并在此基础上求得一个 平均值。如果用户对求得的平均值还不 满意，可以滑动Contrl后，再运行，求 得精确性更高的平均值。
本仿真系统的仿真结果，从统计学
上来说是行之有效的，但在实际的加工 系统运作过程中，难免会有一定的偏差。 所以，只能给企业决策者提供一定的参 考价值。
建模仿真之前必须解决的核心问题：
对市场需求的动态变化进行模拟，使仿真系统更贴近实际
解决方法：
在仿真系统中建立一个能产生随机数据的功能模块，然后 通过多次随机抽取数据(本例中采用抽取20次)，得出有关经 济性指标的平均值。
这个功能模块大致由两个部分组成：数字库和随机抽取器 数字库(number base)由一万个数字组成（1-1000循环 10次），并将其转换成一维行向量以及对每个数字进行编号 （1-10000） 随机抽取器工作原理：
柔性制造系统的研究与开发
柔性制造系统的研究与开发
柔性制造系统（FMS），顾名思义，它是一种具有非常强大柔性的、
自动化的制造系统。
它既可以处理多元化的产品，也可以自动操作复杂的
制造过程，是对传统制造系统的有效补充。
柔性制造系统（FMS）研究与
开发，一直是国内外制造系统的重要任务。
首先，柔性制造系统（FMS）的研究应从基本理论研究入手，包括机器、软件、控制、物流等理论知识的深入研究。
其次，需要对柔性制造系
统（FMS）一系列应用技术进行系统的研究，包括数控技术、机器人技术、信息技术、系统工程等，以及相关的自动化、计算机信息处理等技术。
第三，需要对柔性制造系统的环境、加工条件以及它的可靠性等应用性能进
行全面研究和分析。
此外，要加强柔性制造系统（FMS）标准的研究和制定，统一柔性制
造系统的建设和应用标准，推动柔性制造系统（FMS）的快速发展和广泛
应用。
同时还要研究开发和改进各种柔性制造系统（FMS）的辅助工具和CAD/CAM软件，实现更加高效、自动化的柔性制造。
最后，柔性制造系统（FMS）的研究和开发，要融合生产现代化、信
息化和智能化的理念。
基于柔性生产的企业物流系统构建与仿真研究
基于柔性生产的企业物流系统构建与仿真研究一、本文概述随着全球经济的深入发展和市场竞争的日益激烈，企业的生产模式正由传统的刚性生产向柔性生产转变。
柔性生产以其对市场需求快速响应、生产流程灵活调整以及资源优化配置等特点，成为了提升企业竞争力的关键手段。
柔性生产对企业物流系统的要求也随之提高，如何在保障生产柔性的同时，构建高效、稳定的物流系统，成为了企业面临的重要问题。
本文旨在探讨基于柔性生产的企业物流系统构建与仿真研究。
文章将阐述柔性生产的概念及其对企业物流系统的影响，分析现有物流系统在柔性生产模式下的挑战与不足。
接着，文章将深入探讨如何构建适应柔性生产的物流系统，包括系统架构设计、关键技术应用以及流程优化等方面。
在此基础上，文章还将介绍仿真技术在物流系统构建中的应用，通过仿真模拟来评估和优化物流系统的性能。
本文的研究不仅有助于提升企业对柔性生产物流系统的认识和理解，还能为企业提供具体的构建和优化策略，具有重要的理论价值和实践意义。
通过本文的研究，期望能为企业在柔性生产背景下构建高效、稳定的物流系统提供有益的参考和借鉴。
二、柔性生产与企业物流系统概述在当今全球经济化、市场需求多变和高度竞争的背景下，柔性生产已经成为制造业转型发展的关键所在。
柔性生产，顾名思义，强调的是生产系统在面对市场变化、产品更新、订单波动等不确定性因素时，能够快速、有效地调整生产策略，实现资源的优化配置和高效利用。
这种生产模式不仅要求生产线具备高度的灵活性和可重构性，还需要企业物流系统与之紧密配合，确保物料、产品等在各环节的顺畅流动。
企业物流系统，作为企业内部物质流动的动脉，负责将原材料、零部件等及时准确地运送到生产现场，同时将成品运送到客户手中。
一个高效的企业物流系统不仅能够降低库存成本、减少资金占用，还能提高订单响应速度、增强客户满意度。
特别是在柔性生产模式下，企业物流系统需要具备更强的应变能力，以适应生产线的快速调整和产品多样化的需求。
虚拟柔性制造仿真系统的研究与开发的开题报告
虚拟柔性制造仿真系统的研究与开发的开题报告1. 研究背景虚拟制造技术一直是制造业发展的重要趋势，而其中的虚拟柔性制造技术是实现工厂智能化、自动化的重要手段。
虚拟柔性制造技术是利用数字化技术、虚拟现实技术等手段将制造工艺在计算机上进行仿真和优化，以达到提高生产效率、降低生产成本的目的。
而虚拟柔性制造仿真系统是实现虚拟制造技术的重要工具，其对实现工厂智能化、自动化的发展有着重要意义。
2. 研究目的本文的主要目的是研究和开发基于虚拟现实技术的柔性制造仿真系统，通过对制造过程进行仿真和优化，提高生产效率、降低生产成本，实现智能化生产。
3. 研究内容（1）对虚拟柔性制造技术进行详细研究并建立相关的理论模型。
（2）了解虚拟现实技术的发展和应用，并基于虚拟现实技术进行柔性制造仿真系统的开发。
（3）分析柔性制造的特点和步骤，并设计相应的算法和数据结构。
（4）设计系统界面和用户交互流程，建立数据管理系统和业务流程。
（5）进行仿真测试和实验验证，对系统进行优化和改进。
4. 研究意义（1）提高生产效率，降低生产成本，实现智能化生产。
（2）理论上丰富了虚拟制造技术的研究内容，推动其发展。
（3）在实践层面上对柔性制造领域进行了探索，为相关领域的发展提供参考。
5. 研究方法（1）研究文献：对虚拟制造技术、虚拟现实技术等相关领域的文献进行详细的查阅和研究，了解最新的研究进展和技术应用。
（2）算法设计：根据柔性制造的特点和步骤，设计相应的算法和数据结构。
（3）系统开发：基于虚拟现实技术，设计虚拟柔性制造仿真系统并进行实现。
（4）仿真和优化：对系统进行仿真和实验验证，并对其进行优化和改进。
6. 预期成果（1）虚拟柔性制造仿真系统的研究和开发，以及对其进行的仿真测试和实验验证。
（2）在相关领域发表学术论文，并参加相关学术会议或研讨会。
（3）为柔性制造领域的发展提供有益的参考。
7. 研究进度（1）2021年3月至4月：完成研究背景和研究意义的分析，开始查阅相关文献。
柔性制造系统的建模设计
根据实际生产情况和突发状况，实时调整生产计划和调度安排。
调度系统开发
利用信息技术和自动化技术，开发高效、智能的生产调度系统。
06 柔性制造系统的未来发展 与挑战
未来发展趋势
智能化
绿色环保
随着人工智能和机器学习技术的不断 发展，柔性制造系统将更加智能化， 能够自主完成更复杂的生产任务。
生产过程优化
通过柔性制造系统实现对 生产过程的优化，提高生 产效率和产品质量。
03 柔性制造系统的建模方法
建模的基本原则
完整性
模型应完整地反映柔性制造系统的所 有相关要素，包括硬件、软件、人员 和环境等。
准确性
模型应准确地描述柔性制造系统的运 行状态和性能，以便进行有效的分析 和优化。
可扩展性
模型应具备可扩展性，以便适应未来 柔性制造系统的发展和变化。
通过合理安排设备和工位的相对位置，减 少物料搬运距离和时间。
设备布局再设计
设备布局仿真与优化
通过重新设计设备布局，实现紧凑、有序 和高效的生产环境。
利用计算机仿真技术对调整后的设备布局 进行模拟和优化。
生产调度优化
生产计划制定
根据市场需求、产品特性和生产能力制定合理的生产计划。
调度算法选择
选择适合生产环境和需求的调度算法，如遗传算法、模拟退火算法等。
通过实验和仿真，优化工艺参数以提 高生产效率。
设计步骤与流程
选择合适的设备
根据工艺流程和生产需求，选择合适的制造设备和检测设备。
布局规划
合理规划设备布局，确保生产流畅，提高工作效率。
设计步骤与流程
选择控制系统
根据系统需求，选择合适的控制系统，如PLC、工业PC等。
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柔性制造系统的建模与仿真研究
柔性制造系统（FMS）是一种能够适应不同生产需求的灵
活生产系统。
在当前快速变化的市场环境下，柔性制造系统的建模与仿真研究具有重要意义。
本文将介绍柔性制造系统的概念和特点，探讨建模与仿真的方法，并讨论柔性制造系统建模与仿真研究的应用和未来发展趋势。
柔性制造系统是一种多功能生产系统，能够适应不同产品
的生产需求。
其特点包括高度灵活性、自适应性和多功能性。
柔性制造系统可以根据生产任务的不同，通过调整设备、工艺和流程来完成各种生产任务。
这种灵活性使得柔性制造系统成为当前企业提高生产效率和应对市场变化的重要工具。
在柔性制造系统的研究中，建模与仿真是一种重要的方法。
建模是指将实际系统抽象为数学或逻辑模型的过程，而仿真是指通过计算机模拟实际系统的运行过程，并进行性能评估。
建模与仿真能够帮助研究人员分析生产系统的结构和运行规律，评估不同策略的性能，优化系统的设计和运行参数。
在柔性制造系统的建模过程中，需要考虑多个因素，例如
设备、工艺、流程和资源等。
首先，需要对柔性制造系统的结构进行建模。
这包括对设备和工作站的建模，描述其类型、数
量、功能和连接关系。
其次，需要对生产流程进行建模，包括物料流和信息流。
这可以通过流程图、Petri网和时序图等方
法进行描述。
此外，还可以考虑资源分配和调度问题，以优化生产效率和资源利用率。
在柔性制造系统的仿真过程中，需要考虑不同层次的仿真
模型。
首先，可以采用离散事件仿真方法，对柔性制造系统进行整体仿真。
这可以帮助研究人员了解系统的整体性能和效果。
其次，可以采用物理仿真方法，对柔性制造系统的具体设备、工艺和流程进行仿真。
这可以帮助研究人员研究系统的局部性能，并优化系统的设计和运行参数。
柔性制造系统的建模与仿真研究在实际应用中具有重要意义。
首先，建模与仿真可以帮助企业优化生产系统的设计和运行参数，提高生产效率和产品质量。
其次，建模与仿真可以用于系统的规划和决策，帮助企业预测市场需求和优化资源分配。
最重要的是，建模与仿真可以帮助企业应对不断变化的市场环境，提高企业的竞争力和适应能力。
尽管柔性制造系统的建模与仿真研究已经取得了一些成果，但仍然存在一些挑战和问题。
首先，建模与仿真需要考虑多个因素和约束条件，例如设备的可用性、工艺的限制和资源的分配等。
这需要研究人员综合考虑不同的因素，并建立合理的模
型和算法。
其次，建模与仿真的精度和效率也是一个问题。
柔性制造系统往往具有复杂的结构和动态变化的特点，需要采用高效的算法和计算方法进行仿真。
最后，与实际系统的对接和验证也是一个挑战。
柔性制造系统存在一定的不确定性和不稳定性，在建模与仿真的过程中需要进行准确的模型验证和实际系统的对比。
未来，柔性制造系统的建模与仿真研究将继续发展。
一方面，随着人工智能和大数据技术的发展，将有更多先进的建模和仿真方法应用于柔性制造系统。
例如，深度学习和强化学习等方法可以用于系统的智能优化和控制。
另一方面，柔性制造系统的建模与仿真将与其他领域的研究相结合，例如供应链管理和智能制造等。
这将促进柔性制造系统的整体效益和系统集成。
总之，柔性制造系统的建模与仿真研究对于提高生产效率和应对市场变化具有重要意义。
建模与仿真可以帮助研究人员分析生产系统的结构和运行规律，评估不同策略的性能，优化系统的设计和运行参数。
尽管面临一些挑战和问题，但随着技术的进一步发展和应用，柔性制造系统的建模与仿真研究将继续取得突破，为企业的发展提供重要支持。