数字化工厂建模与物流仿真——基于Plant Simulation

随着数字孪生、区块链、元宇宙等新兴技术和概念的持续升温，数字化工厂仿真建模与数字物流仿真在智能制造物流领域愈加重要，越来越多的工厂在生产中借助了模型和仿真系统对其进行转型升级。由此可见，“仿真与生产系统”已成为国内外工业企业在智能制造领域发展的主要方向，并且受到了高校、研究机构和企业的高度重视。Plant Simulation 作为一款典型的离散事件仿真软件工具，可以对各种规模的工厂和生产线进行建模、仿真和优化，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链等。目前，Plant Simulation 软件在国内的高端制造业应用十分广泛，在高校的教学科研中也得到了普及，大量从事智能制造研究的学术机构都在利用Plant Simulation 作为仿真软件平台。
Plant Simulation 是一款面向对象的、图形化的、集成的离散事件仿真软件。该软件集建模、仿真、动画制作和优化为一体，能够对车间布局、生产物流设计、产能等生产系统进行定量的验证，并根据仿真结果找到优化的方向，从而能够在工程设计方案实施前对方案实施效果进行模拟仿真验证。本书基于Plant Simulation 16.0 编写，全书共分为九个章节，分别介绍了物流系统建模仿真，Plant Simulation 软件的基本操作，SimTalk 与Method，Plant 工具模块及免费对象库的应用，并以实例的形式具体讲解了Plant Simulation 在工厂物流仿真中的应用。本书工程实例丰富、覆盖面广、讲解详尽，内容安排循序渐进、深入浅出，注重软件操作的同时，以实际应用为纽带，使读者快速理解和掌握相关内容。本书适合工业工程、机械工程、智能制造、生产管理等相关专业的高年级本科生、研究生及教师参考使用，也适合从事生产系统仿真、生产计划与调度等相关领域的技术人员使用。为方便读者学习与实践，本书配套案例源文件，读者可发送电子邮件至hanyanan@cip.com.cn，获取相应资源。
在本书的编写过程中，吉林大学于征磊负责全书的构架和统筹，长春理工大学张乂文、一汽大众发传中心李鑫、中国第一汽车集团有限公司阮守新及长春理工大学王红平、尚晓宇、臧子豪、陈艳阳、谭洪强、任宇航、戚正杰、王昊参加编写。
由于信息化技术和Plant Simulation 软件产品不断发展，以及编著者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。

编著者

于征磊，吉林大学工程仿生教育部重点实验室，副教授、博导，国际仿生工程学会会员，吉林省增材制造学会理事。主要致力于仿生结构设计及增材制造技术研究，负责国家 级、省部级项目7项，包括国家自然基金项目2项，国家重点研发计划子项目1项，博士后基金一等资助1项，吉林省科技发展计划项目1项，吉林省教育厅“十二五”科技计划1项，吉林省重大科技平台项目3D打印技术子项1项。公开发表学术论文30余篇，其中SCI检索论文15篇；申请发明专利4项。

本书是一本关于Plant Simulation 软件的学习用书，是作者总结自身项目经验，梳理出的一套简明的软件操作入门工具书。本书内容安排循序渐进、深入浅出，图文并茂地讲解了Plant Simulation 软件的各类操作及应用案例。
本书共分三部分，第1、2 章讲解了工业工程、物流仿真的相关概念及应用；第3～8 章按照软件的功能依次讲解了软件的基本操作、SimTalk2.0 语法、层次结构、图形图标的处理、统计分析工具、实验工具、优化工具、免费对象库等；第9 章介绍了Plant Simulation 在工厂物流仿真中的实际应用。
本书适合工业工程、机械工程、智能制造、生产管理等相关专业的高年级本科生、研究生及教师参考使用，也适合从事生产系统仿真、生产计划与调度等相关领域的技术人员使用。

第1章 数字化工厂概述 001
1.1 数字化工厂的概念及其内涵 001
1.1.1 数字化工厂定义 001
1.1.2 数字化工厂目标 004
1.1.3 数字化工厂特点 006
1.2 数字化工厂构建的发展史 007
1.2.1 数字化工厂的诞生与起源 007
1.2.2 数字化工厂的成型阶段 008
1.2.3 数字化工厂及其相关技术 010
1.3 数字化工厂应用与发展 013
1.3.1 数字化工厂应用领域 013
1.3.2 国内外发展现状 014
1.3.3 未来走向何方 015

第2章 物流系统建模仿真与Plant Simulation 017
2.1 物流系统概述 017
2.1.1 物流系统的概念 017
2.1.2 物流系统的基本模式 018
2.1.3 物流系统的特征 019
2.2 仿真方法在物流系统中的应用 020
2.2.1 应用仿真技术的四个方面 020
2.2.2 物流系统仿真的主要步骤 021
2.3 Plant Simulation 介绍 022
2.3.1 Plant Simulation 软件概述 022
2.3.2 Plant Simulation 特点 022
2.3.3 Plant Simulation 的典型应用 024

第3章 Plant Simulation 的安装及基本操作 026
3.1 Plant Simulation 的安装 026
3.2 Plant Simulation 的工作界面 027
3.2.1 Plant Simulation 工作界面的构成 027
3.2.2 Plant Simulation 工作界面的调整 029
3.3 Plant Simulation 的基本操作 030
3.3.1 Plant Simulation 的快捷键 030
3.3.2 用户的命名规则 030
3.3.3 路径和命名空间 030
3.3.4 建立仿真模型 031
3.3.5 模型的复制与派生 034
3.4 创建第一个Plant Simulation 模型 037

第5章 Plant Simulation 的工具箱介绍 040
4.1 物料流模块 040
4.1.1 仿真控制器工具 041
4.1.2 框架工具 042
4.1.3 连接器工具 042
4.1.4 接口工具 042
4.1.5 物料源工具 043
4.1.6 物料终结工具 047
4.1.7 单工位站与并行工位站 047
4.1.8 组装站 048
4.1.9 拆卸站 051
4.1.10 选取并放置机器人 052
4.1.11 存储站 055
4.1.12 缓冲区 057
4.1.13 排序器 058
4.1.14 传送器 059
4.1.15 角度转换器 063
4.1.16 转换器 064
4.1.17 旋转输送台 066
4.1.18 转盘 067
4.1.19 轨道 069
4.1.20 双通道轨道 069
4.1.21 流量控制 070
4.1.22 周期 072
4.1.23 时间选项卡 073
4.2 流体模块 074
4.2.1 流体源 075
4.2.2 流体排放 075
4.2.3 管道 075
4.2.4 罐 076
4.2.5 混合器 077
4.2.6 分装器 078
4.2.7 分配器 079
4.2.8 材料表 080
4.3 资源模块 080
4.3.1 工作区 080
4.3.2 人行通道 081
4.3.3 工人池 082
4.3.4 协调器 083
4.3.5 班次日历 083
4.3.6 AGV 池 085
4.3.7 标记 085
4.3.8 停工区 086
4.4 信息流模块 086
4.4.1 方法 086
4.4.2 变量 087
4.4.3 数据表 087
4.4.4 生成器 088
4.5 用户接口模块 088
4.5.1 注释 088
4.5.2 显示 089
4.5.3 图表 090
4.5.4 对象复选框 092
4.5.5 按钮 092
4.6 移动单元模块 093
4.6.1 零件 093
4.6.2 容器 094
4.6.3 小车 095
4.7 实例学习 096

第5章 SimTalk 语言与Method 108
5.1 SimTalk 简介 108
5.1.1 SimTalk 中的命名规则、保留字 109
5.1.2 名称空间和访问路径 109
5.1.3 匿名标识符 110
5.1.4 SimTalk 的数据类型 111
5.1.5 SimTalk 的运算符 113
5.1.6 SimTalk 的控制语句 114
5.1.7 SimTalk 的系统函数 116
5.1.8 SimTalk 2.0 和SimTalk 1.0 118
5.2 Method 简介 120
5.2.1 Method 对象界面 120
5.2.2 Method 对象的结构 123
5.2.3 Method 对象的调用 123
5.3 全局变量——Variable 125
5.4 实例学习 128

第6章 层式结构与图形图标处理 143
6.1 层式结构 143
6.1.1 层式结构的介绍 143
6.1.2 Interface 对象的使用 144
6.1.3 Frame 窗口的表示 145
6.2 3D 场景下图形的处理 146
6.2.1 编辑栏操作 146
6.2.2 视图栏操作 151
6.2.3 保存和加载对象 152
6.3 2D 场景下图标的编辑 153
6.3.1 创建和编辑图标 154
6.3.2 图标的动画设置 156
6.4 实例学习 157

第7章 Plant 工具模块 173
7.1 统计分析工具 173
7.1.1 瓶颈分析与能耗监测 173
7.1.2 统计分析工具可达成效果 175
7.2 实验工具 183
7.3 遗传算法 190
7.4 附加功能 193
7.4.1 神经网络 193
7.4.2 Transfer Station 196
7.5 实例学习 197

第8章 Plant 免费对象库的应用 202
8.1 Cranes And More 模块 203
8.1.1 龙门吊模块 203
8.1.2 运输类物流模块 205
8.2 HBW 模块 208
8.2.1 Rack Lane 对象 209
8.2.2 WMS 对象 213
8.2.3 标准托盘对象 217
8.3 实例学习 217

第9章 综合案例 225
9.1 模型文件的设置 225
9.2 轴类零件自动化柔性加工产线的建模 225
9.3 端盖零件自动化柔性加工产线的建模 233
9.4 箱体零件自动化柔性加工产线的建模 241
9.5 WMS 仓储系统的建模 247
9.6 工厂整体建模 252
9.7 工厂3D 模型设置 255

参考文献 257