[发明专利]一种基于集成仿真的自动化生产线优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于工业自动化技术领域，具体涉及一种生产线布局优化方法。

背景技术

为了推动工业化和智能化融合，推进工业4.0建设，必须加快推进不同产业自动化与智能化的生产整线建设。随着计算机、智能制造装备与通信技术的快速发展，我国制造业对自动化生产整线快速设计和合理实施的需求日益迫切，怎样使生产整线设计快速合理并能高效运行。自动化与智能化的生产整线是通过集成多个自动化设备，使各个设备之间实现物理和信息联通，并能在上层进行智能化的指挥调度。自动化生产整线能提升产品质量、提高生产效率和减少用工人数等，自动化生产整线具有强烈的定制需求与行业依赖性，专机设备与工艺密切相关，中间设备依赖于在制品的加工形态与物理性能，整线设备必须满足个性化的车间布局需求与预期产能需求。如何快速设计出配置合理、运行高效的自动化与智能化的生产整线是摆在制造企业面前的难题。

图1为传统设计方法流程图，一般通过规划设计人员依据数学分析和经验进行整线设计，对设计人员经验具有较强依赖性，建立的数学模型建立在部分假设的基础上，不能充分反应实际问题。当前国内外投产运行的复杂制造系统中，高达60%因初期规划不合理或失误而导致没有达到预先设计的指标 。随着计算机技术的发展和虚拟仿真技术的应用，虚拟仿真设计借助仿真平台进行生产线的规划设计成为一种可行与有效的方法：首先按传统方式对生产线进行初始设计，然后在依托仿真平台进行建模，并在仿真软件中对设计模型进行仿真验证其设计是否合理，找出设计方案可能存在的问题，再进行设计方案的优化，用以确定最终设计方案。现有的虚拟仿真设计与传统设计方法相比能够利用计算机虚拟仿真技术模拟出生产线未来三维布局和运行状态，并能提前验证其合理性，能够快速实现自动生产线设计和规划的重要研究工具。然而整线自动化系统往往是典型离散事件制造系统，其规模庞大且结构复杂，存在众多随机因素，从初期规划到实际运行都存在复杂的决策问题。在制造系统设计和优化过程中很难清晰确定目标对象，且目标函数难以以常规解析方式进行求解，使得设计和实施都很难达到预期的效果。通过仿真建模可以将系统的相关要素按照实际的运行逻辑有机地结合起来，真实反映出系统的行为，但仿真模型仅是对问题的直观描述，仿真运行只能提供一定条件下的可行方案。

因此，本发明提出了一种针对生产线的基于仿真的自动化优化设计方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于集成仿真的自动化生产线优化设计方法，该方法具有不用高度依赖设计人员的经验，快速地高效地找到生产线的最优化布局，同时优化算法还具有较好的鲁棒性。

为了实现以上目的，本发明提供了一种基于集成仿真的自动化生产线优化设计方法，该方法包括：步骤S1，获取所述生产线的设计要求信息；步骤S2，根据所述设计要求信息对所述生产线作初步的布局规划；步骤S3，根据所述布局规划设计所述生产线的仿真模型和算法引擎；步骤S4，建立所述算法引擎到所述仿真模型的指令通道，建立所述仿真模型到所述算法引擎的信息通道，以使所述仿真模型与所述算法引擎实现交互；步骤S5，接收输入的样本信息，所述算法引擎执行后生成生产指令，所述仿真模型根据所述生产指令运行，并把运行结果生成现场信息反馈给所述算法引擎；步骤S6，对所述仿真模型的运行结果进行分析，根据分析结果优化所述算法引擎和/或仿真模型，然后执行步骤S5，直到满足预设条件后退出迭代循环，执行步骤S7；步骤S7，对所述仿真模型设置随机扰动因子，重新执行算法引擎，判断所述算法引擎的优化算法是否满足鲁棒性，满足，则输出所述生产线的布局方案和/或智能执行内核；不满足，则调整布局规划，执行步骤S3。

由于建立起了仿真模型与算法引擎之间的交互，通过两者之间的交互迭代去寻找最优的生产线生产方式，与传统的只是通过人工输入进行简单的生产线的模拟方法相比，可以很大程度地弥补了设计人员经验不足的缺陷；通过反复的调整布局规划，可以快速地高效地寻找到与生产线相适应的布局方法，同时优化算法还具有较好的鲁棒性。需要说明的是上述的预设条件本身也可以是一个预设条件的集合，针对预设条件的集合里面的每个条件都可以输出一个满足该条件的布局方案和/或智能执行内核，也就是说不单可以输出最优解，也可以输出近优解，这样就大大地方便了设计人员对布局方案的选择。

根据本发明的一个实施例，在执行上述步骤S2前，预设有与所述生产线行业相对应的布局模型，可根据所述设计要求信息选择不同的布局模型，以在所述布局模型的基础上对所述生产线作初步的布局规划。