用仿真建模优化生产线设计

正确使用仿真建模可以识别和消除风险，实现价值最大化，并帮助产生成功的结果。问这五个问题，以确保模型反映现实的行为和约束。

由克里斯蒂·萨特纳 2019年3月28日

在整个项目中，模拟是一种强大的工具，可以使项目团队在设计阶段可视化生产线的许多方面。

为了规划新的生产线或修改现有的生产线，必须回答许多问题，包括：

这条生产线能生产什么?
它能跑多快?
我可以期待什么线效率？
这个设备如何适应我的空间？
如果使用输送机，则约束是什么？（传送带容量是多少？在备份条件下的行会发生什么以及恢复需要多长时间？应该将缓冲区放在哪里，以最有效？为其他应用程序开发的现有输送机或单元操作是否可以使用？）

在开发之前将线条形象化并使之栩栩如生的技术比以往任何时候都更容易获得。3-D pdf或视频可以通过电子方式观看，许多软件程序现在直接与虚拟现实(VR)头戴式设备集成，使利益相关者能够进入三维精确的互动线路布局。

这种可视化可以帮助大家更有效地理解设计参数，并对最终设计达成共识。增强现实(AR)智能手机应用程序和耳机允许3d模型投射到现有空间，提供另一种视角的线条。静态或动态建模显示了干扰和障碍，并有助于在项目开始时避免这些问题(图1)。

可以在设计阶段使用另一种方式可视化是在不同约束下突出产品移动的动态。仿真使用户能够建立线路操作 - 机器和传送带速度，传送带长度，设备位置，控制行为的许多参数 - 并看到系统在这些不同的设置下执行。动画仿真通常揭示潜在的线设计问题难以或不可能在查看行布局或电子表格时看到。

模拟如何节省时间

最近解除了模拟的重要性涉及一次填充四个纸箱的机器，然后同时将所有四个纸箱推出。虽然平均机器速度为100箱/分钟，但机器的实际瞬时输出为0或200纸箱/分钟。如果机器排出的输送机没有像平均速度的快速运行两倍，则纸箱将在退出时备份到机器中，防止机器加载新的空纸箱。

理论上，速度看起来是正确的，但机器却被阻塞了。仿真模型在设计阶段就发现了这个问题，因此可以在安装前进行修正。

基于物理的建模是一种有价值的工具，试图了解产品的实时交互。设计人员可以看出产品如何在输送机上移动并调整传送带设计以维持对产品的控制。模拟可以演示产品如何将在滑槽或累积表中聚集在一起或卡纸。在下面的例子中（图2），它显示了如何利用冷冻面团球的缓冲器。

在此之前，这将通过有根据的猜测和计算机辅助设计(CAD)布局来完成。然而，面团在传送带上滚动的动力学很难准确地预测或可视化。物理建模对计算机硬件的要求也很高。可以创建目标模型，并且可以将从较小模型中获得的经验应用到较大的模型中。

使用正确的设备避免成本

即使采用最佳设计的线路，机器下降时间也是不可避免的。随机变量下降时间的影响可能非常难以预测。制造商可能犹豫不决，以便在缓冲区和积累中构建，相信它们隐藏问题或鼓励无动化的运营商。由于机器的安排，一些缓冲器可能会影响性能，导致不必要的资本费用。模拟可以模拟各种场景并考虑正常运行条件，以确定缓冲区的最佳数量，位置和容量，以提高线路性能，避免不必要的费用（图3）。

另一个重要因素模拟可以帮助如何控制该行。在设计过程中，当不存在可编程逻辑控制器（PLC）时，该模型允许设计团队考虑控件。在购买设备之前，可以测试和优化照片眼睛和其他传感器的放置。

通过测试和培训减少启动时间

也许使用模拟的最关键的时间是当PLC程序准备好进行测试时。一些建模软件可以连接到PLC。从模拟传感器到PLC的模型信号，并响应PLC信号到其模拟电动机。控件工程师可以使用逼真的响应系统调试控制，而不是手动追踪代码或尝试使用人机界面（HMI）来可视化性能。传感器放置可以在模型中微调到几英寸的最佳真实位置。

HMI程序可以使用模型与PLC一起进行测试，由于模型是由PLC控制的，在HMI中按下的按钮将模拟实时生产场景。因此，使用仿真模型可以大大减少线路调试启动时间(图4)。

将仿真模型连接到PLC培训的过程。新的PLC或HMI程序员可以在生活生产之前识别错误，测试新想法和在低风险环境中建立信心。线路运算符可以练习运行该行，并在安装之前熟悉新的PLC程序。

发现困难之前

模拟过程还有其他间接益处。绘制在线动力学的背景知识，建模程序员可能会在设计过程中提出问题，这些过程通常不会在开发中进一步进一步解决。安排遵守是另一个好处。通常，该线路已经设计和安装，但时间和项目约束导致在PLC程序完成之前开始的启动和调试活动。如果在进入工厂楼层之前测试了该模型，它有助于验证写入和调试的程序，并按预期执行。

虽然模拟具有许多潜在的好处，但有一些局限性。该模型的输出仅与进入IT的输入或假设一样好。模拟不会预测某些因素，例如差的操作员习惯，坏材料或凝结积聚。重新审视和调整模型是非常重要的，以确保它反映现实的行为和约束。

正确使用仿真建模可以识别和消除风险，实现价值最大化，并帮助产生成功的结果。