一种挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法及系统

本发明涉及生产节拍虚拟仿真，更具体地，涉及一种挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法及系统。

背景技术：

1、制造业全球化竞争的加剧，给制造系统的市场响应能力提出了更高的要求，传统制造业的生产模式，无法既保证高生产效率，又具备快速且柔性的通用性。在目前订单趋于小型化、定制化和多批次的趋势中，挤压生产线为适应市场个性化需求，要求生产过程能够根据订单需求进行及时调整。

2、而现有的对订单进行的调整方式大多依赖于人工调整，人力成本和时间成本都较大，而且往往都收效甚微；且挤压生产是一个动态的发展过程，生产订单会实时更新，随着订单批次的增多、工作人员对挤压生产线的人为干扰以及设备运行中可能遇到的突发情况，仅仅利用人工对生产订单进行调整以找到最优排产方式是难以完成的任务。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法及系统，能够更加有效地仿真挤压生产线上生产资源在运行过程中的动态特性，并在无实物的情形下对生产订单进行调整以及对调整后的订单效果进行验证，能够真实反映挤压生产线的实际情况，提高整个挤压生产线的生产效率，提高工作效率。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、提供一种挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，包括如下步骤：

4、s1.基于挤压生产线构建petri网虚拟仿真模型；

5、s2.获取生产任务的实时订单数据，然后传输至所述petri网虚拟仿真模型中进行分析，得到最优订单排产顺序；

6、s3.获取挤压生产线上各个生产设备的工况数据，然后传输至所述petri网虚拟仿真模型中进行仿真测试分析，并根据所述最优订单排产顺序生成指令发送至挤压生产线上各个生产设备，控制各个生产设备的运行。

7、进一步地，在步骤s1中，所述petri网虚拟仿真模型由多个子网络构成，一个子网络由原料、工序、设备库和产品构成，其中，所述设备库用于表示挤压生产线上的多个生产设备，且各个生产设备在其对应的工序中流动；所述原料用于表示输入的生产资料；所述产品用于表示输出的生产资料；

8、在所述子网络中，所述设备库提供生产设备，与所述原料一同通过生产资源传递至所述工序进行加工，完成加工后，所述生产设备返回设备库并输出产品。

9、进一步地，所述工序由一个库所和一对变迁进行表示；其中：所述库所用于表示挤压生产线上各个工序及相关状态；所述变迁用于表示在所有前提状态全部完成的情况下才可能被触发；在所述工序中，所述设备库提供生产设备，与所述原料一同经过一个变迁将原料传递至所述库所，随后经过另一个变迁，所述生产设备返回设备库，以及从另一个变迁输出产品。

10、进一步地，所述库所包括多个令牌，所述令牌用于表示挤压生产线上的资源；其中，挤压生产线上的资源包括生产设备和原料。

11、进一步地，所述库所中含有的资源数量上限为：

12、m(pi)＝k,k∈n,

13、式中，pi表示第i个库所，m(pi)表示第i个库所含有令牌的数量使用容量函数，k表示库所中的令牌数量；

14、在所述petri网虚拟仿真模型中，有若干个变迁有发生权，若其中一个变迁被触发，资源在库所之间产生流动，库所的令牌数量发生变化，则得到一个新的标识；对于变迁t，若变迁t的前置条件集中的库所容量大于等于1，说明当前标识有发生权，变迁t被触发，标识变为新标识；

15、对于满足如下关系式：

16、

17、式中，m表示当前标识，表示新的标识，·t、t·分别表示变迁事件t的前继条件集、后继条件集；

18、其中，变迁被触发的规则为：事件有发生权当且仅当它的每个前置条件都成立但每个后继条件都不成立；事件的发生使得它的每个前置条件消失而每个后继条件都变成立。

19、进一步地，在步骤s2中，第i+1批次订单的第j个工序进行生产的开始时刻和结束时刻分别可以表示为：

20、

21、

22、式中，(i＝1,2,...,i；j＝1,2,...,j)表示第i批次第j个工序的结束时刻，ai+1,j表示第i+1批次订单的第j个工序的生产时间，δj表示第j个工序的等待时间；针对实时订单数据使用所述petri网虚拟仿真模型进行虚拟仿真测试，能够得到总生产时间，然后对所有生产时间以从小到大的顺序进行排序，得到生产工期最短的订单排序方式。

23、进一步地，所述生产设备包括棒炉、模具加热炉、挤压机、冷床、牵引机、锯切机和矫直机。

24、进一步地，在步骤s3中，挤压生产线上各个生产设备的工况数据包括棒炉的温度、模具加热炉的温度、挤压机的挤压速度、冷床的冷却速率、牵引机的转速、锯切机的锯切频率、矫直机的拉直速度、矫直机的换模时间、矫直机的型材出口温度以及各个生产设备的运行时间。

25、进一步地，在步骤s1中，在工控机中的mworks平台上构建所述petri网虚拟仿真模型；在步骤s3中，各个生产设备通过对应的传感器获取对应的传感数据，并以sql数据库的形式存储于所述工控机中，随后输入至所述petri网虚拟仿真模型中得到数字孪生模型，通过所述数字孪生模型获得虚拟仿真工况数据，并存储于所述工控机中。

26、本发明还包括一种计算机系统，包括存储器和处理器，所述的存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现上述的方法的步骤。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、本发明为一种挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法及系统，通过虚拟仿真能够摆脱对真实环境的依赖，降低测试成本和测试风险；测试数据来源于订单和传感器，利用petri网虚拟仿真模型能够更加有效的仿真挤压生产线在运行过程中的动态特性，通过对生产订单进行调整以及对调整后的订单效果进行验证，能够提高整个挤压生产线的生产效率，真实反映挤压生产线的实际情况，提高工作效率。

技术特征：

1.一种挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，在步骤s1中，所述petri网虚拟仿真模型由多个子网络构成，一个子网络由原料、工序、设备库和产品构成，其中，所述设备库用于表示挤压生产线上的多个生产设备，且各个生产设备在其对应的工序中流动；所述原料用于表示输入的生产资料；所述产品用于表示输出的生产资料；

3.根据权利要求2所述的挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，所述工序由一个库所和一对变迁进行表示；其中：所述库所用于表示挤压生产线上各个工序及相关状态；所述变迁用于表示在所有前提状态全部完成的情况下才可能被触发；

4.根据权利要求3所述的挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，所述库所包括多个令牌，所述令牌用于表示挤压生产线上的资源；其中，挤压生产线上的资源包括生产设备和原料。

5.根据权利要求4所述的挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，所述库所中含有的资源数量上限为：

6.根据权利要求1所述的挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，在步骤s2中，第i+1批次订单的第j个工序进行生产的开始时刻和结束时刻分别可以表示为：

7.根据权利要求1至6任一项所述的挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，所述生产设备包括棒炉、模具加热炉、挤压机、冷床、牵引机、锯切机和矫直机。

8.根据权利要求7所述的挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，在步骤s3中，挤压生产线上各个生产设备的工况数据包括棒炉的温度、模具加热炉的温度、挤压机的挤压速度、冷床的冷却速率、牵引机的转速、锯切机的锯切频率、矫直机的拉直速度、矫直机的换模时间、矫直机的型材出口温度以及各个生产设备的运行时间。

9.根据权利要求8所述的挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法，其特征在于，在步骤s1中，在工控机中的mworks平台上构建所述petri网虚拟仿真模型；在步骤s3中，各个生产设备通过对应的传感器获取对应的传感数据，并以sql数据库的形式存储于所述工控机中，随后输入至所述petri网虚拟仿真模型中得到数字孪生模型，通过所述数字孪生模型获得虚拟仿真工况数据，并存储于所述工控机中。

10.一种计算机系统，包括存储器和处理器，所述的存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现权利要求1至9任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明涉及生产节拍虚拟仿真技术领域，更具体地，涉及一种挤压生产线生产节拍可按需控制的虚拟仿真测试方法及系统，包括如下步骤：S1.基于挤压生产线构建Petri网虚拟仿真模型；S2.获取生产任务的实时订单数据，然后传输至所述Petri网虚拟仿真模型中进行分析，得到最优订单排产顺序；S3.获取挤压生产线上各个生产设备的工况数据，然后传输至所述Petri网虚拟仿真模型中进行仿真测试分析，并根据所述最优订单排产顺序生成指令发送至挤压生产线上各个生产设备，控制各个生产设备的运行。本发明能够更加有效地仿真挤压生产线上生产资源在运行过程中的动态特性，并在无实物的情形下对生产订单进行调整以及对调整后的订单效果进行验证，能够真实反映挤压生产线的实际情况，提高整个挤压生产线的生产效率，提高工作效率。

技术研发人员：黎丽,黄文聪,王佳相,张昱
受保护的技术使用者：广东省科学院智能制造研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13