面向虚实融合的叶片车间设备布局及可视化研究

发布时间：2020-07-12 08:31

【摘要】：“中国制造2025”五项重大工程提出旨在重点领域建设智能工厂和数字化车间,促进虚拟世界与现实世界的交互与共融。随着智能制造战略的推进,生产设备的自动化、智能化、专业化程度日益提高,车间设备的布局规划和管理水平成为企业快速响应市场和产品竞争力的重要影响因素。船用汽轮机作为重大装备,其制造车间的智能化转型和设备的智能化管理需求日益凸显。目前多数企业仍采用固定低效的方式进行设备布局,缺乏数字化、透明化的设备管理方式,存在着布局柔性差、设备利用率低、质量问题难以追溯等问题,有必要应用智能化方法优化布局设计、革新设备管理方法。本文以某汽轮机厂叶片车间的关键设备为研究对象,为实现叶片车间的智能化转型开展了以下研究:首先,分析国内外设备布局方法、设备布局仿真技术、虚实融合技术应用和设备可视化管理等方面研究现状,研究叶片车间的设备布局方法及可视化管理方法,梳理现有问题并进行需求分析,比较设备布局的智能算法,分析虚实融合技术在智能车间的应用优势,设计面向虚实融合的叶片车间设备布局及可视化的总体框架。其次,通过对叶片车间设备布局的现状和需求分析,抽象问题,确定优化目标,建立适用于柔性布局的多目标动态布局模型,设计改进的遗传算法,利用MATLAB进行仿真验证。再次,基于智能算法提供的优化布局方案,应用3D Experience进行三维布局和仿真,验证算法的可行性,同时为面向虚实融合的设备可视化管理提供环境基础;结合虚实融合技术在智能车间的应用和实现方法,给出叶片车间的可视化管理方案。最后,基于Visual Studio 2013开发平台,应用C#语言、Microsoft SQL Sever2014和MATLAB等开发工具,设计并开发面向虚实融合的叶片车间设备管理系统,以某汽轮机厂的叶片车间关键设备为例进行了应用验证。综上,通过对面向虚实融合的车间设备布局和可视化管理的研究,实现适用于智能车间变批量生产需求的柔性设备布局和虚实映射的数据可视化,对提升设备管理水平、实现智能车间转型具有重要意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH186
【图文】：

设备布局,三维布局,仿真图

备布局仿真技术研究现状年代末虚拟技术出现，随着科技进步，虚拟技术得以普局领域中来。波音公司从 70 年代开始应用虚拟现实技造，被视为虚拟现实技术在工业生产领域开辟的先河实技术进行布局设计，实现了设备布局、缓冲站和仓题，虚拟仿真的实用意义为技术人员所认知[24]；随着加入了工厂规划模块，如 CATIA 的 Plant Layout，三维也有一些专用的系统仿真软件提供车间设备布局或物odel、Flexsim、SIMUL8、eM-Plant 等[25]。Nyeoh 等人量生产的车间设备布局，并使用 Witness 仿真软件进行目标权重，利用模糊综合评价法对结果进行分析和评AR Hazimah 用 Pro Model 仿真软件模拟生产线布局现出现的问题，针对发现的问题对现有的生产线布局进显提高，说明了改进布局方案的可行性[27]。

二维布局,仿真图

图 1-2 Flexsim 二维布局仿真图内外虚实融合技术应用研究现状工厂正在朝智能环境迅速发展，也使得计算机技术在生产领域获得。为了实现虚实融合技术的应用，数据采集与各系统信息集成的研威林通过对底层数据采集系统接口的研究及开发，针对于车间内的了统一的数据采集[33]。孙雪娇等人实现了基于信息融合平台的智慧设，通过对各个管理系统接口技术的研究完成 MES 系统与外围系统的形成“数字虚拟”环境与“物理实态”环境的一一映射[34]。外的软件技术公司及专家学者在实现物理世界与信息世界的交互与了许多研究成果。Senkuvien]等人提出了一种能通过构建的虚拟模型状态和加工设备的可视化方案，针对生产进度、加工过程、资源调，取得了良好的效果[35]；AS Zoolfakar 等人在分析典型制造工程过程仿真技术应用于生产制造的过程中，配合车间实时数据对生产进度控[36]；美国的洛克马丁公司采用基于三维模型的数字化协同制造和实现“无纸化”的飞机设计与生产，是虚实融合技术在智能制造中

可视化管理,生产车间,控制模型,可视化

哈尔滨工业大学硕士学位论文合场景，展示设备的状态趋势变化和故障报警信息[50]；尹超、张飞等对于多品种小批量生产方式的制造车间，探究出一种实时反映车间加工情况、完工质量情况和设备故障状态的可视化技术，并应用flexsim软件开发出相应的实时监测系统[51]。

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