智能工厂设计仿真 课件 第3章 智能工厂3D 组态建模与离散事件系统仿真

智能工厂设计仿真第3章智能工厂3D组态建模与离散事件系统仿真3.1

3D组态建模与离散事件系统仿真技术概述3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2.1模型组态快速建模1.基于OCC的模型封装和数据库建立3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模2.基于OSG的仿真模型通用显示技术3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.模型的快速导入3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模4.面向生产线级的交互处理技术3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模5.模型导入效果3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2.2运动组态建模1.机器人的运动组态建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模2.机床的运动组态建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.AGV的运动组态建模4.输送带的运动组态建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2.3事件组态建模1.产生装置的事件组态建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模2.输送带的事件组态建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.机器人的事件组态建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模4.机床的事件组态建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2.4逻辑组态建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.2.5多组态弱装配关系的构建1.生产线关键要素间布局关系的建立2.事件间逻辑关系的建立3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.关键要素间逻辑关系的建立3.2生产线关键要素的3D组态物化建模4.生产线关键要素弱装配关系的快速构建技术3.2生产线关键要素的3D组态物化建模3.3离散事件系统的仿真策略3.3.1事件调度法3.3.2活动扫描法1）仿真初始化，设置仿真开始时间st和结束时间ft。2）扫描各实体的TimeCell，用最小值更新系统仿真时钟TIME，如果TIME≤ft转3），否则转4）。3）活动例程扫描。4）仿真结束。该方法还要求每个实体必须具备至少三个属性，即代表实体下一确定B类活动发生时间的仿真时间元，实体在未来某时刻的可用性，以及实体预期的下一B类活动例程。1）仿真初始化，设置仿真开始时间和结束时间。2）时间扫描A阶段。3）B阶段。4）C阶段。3.3离散事件系统的仿真策略5）C阶段扫描结束后，判断仿真结束条件是否成立，成立则转6），否则转2）。6）仿真结束。3.3.3进程交互法1）仿真初始化，在FEL中设置初始事件以及初始化系统仿真时钟。2）将当前时刻发生的事件从FEL中移入CEL。3）扫描CEL，判断各个事件记录的条件，满足的尽可能推进对应的进程。4）扫描CEL结束后，继续推进仿真时钟，判断仿真结束条件是否成立，成立转5），否则转2）。5）仿真结束。3.3离散事件系统的仿真策略3.3.4基于多仿真时钟的仿真策略3.3离散事件系统的仿真策略3.3离散事件系统的仿真策略（1）进程仿真的执行流程该仿真策略需要每一个实体建立进程，同时当该进程活动中固定时长活动的数量大于0时，就需要在仿真时对该进程增加一个仿真时钟（由于计算函数和同步运行的实时性，该时钟真实的时钟），该进程在仿真后运行于自己的线程上。①活动类型为固定时长活动时，按照活动持续时间推进真实的仿真时钟，推进结束后使该仿真时钟清零。②活动类型为可变时长活动时，执行活动的计算函数或者同步运行。3.3离散事件系统的仿真策略（2）事件分配器的执行流程事件分配器主要有两个作用：①在接收到某进程的事件时，按照进程间的交互关系将该事件发送至其他进程。②对进程所在的线程进行管理。3.4

DEVS仿真算法及其扩展3.4.1面向虚拟车间的DEVS仿真算法（1）DEVS概述虚拟数字李生车间属于离散事件系统，其虚拟实体的行模型描述需要借助离散事件系统的层次化描述方法。1）原子模型。2）耦合模型。（2）DEVS仿真算法DEVS原子模型和耦合模型设计了仿真器（Simulator）、协调器（Coordinator）以及根协调器（Root-Coordinator），如图3-36所示。3.4

DEVS仿真算法及其扩展3.4.2面向虚拟车间的DEVS仿真算法的扩展1）缺乏层次化的虚拟车间建模方法，导致建模人员无法对模型进行封装从而复用，使得建模效率低下。2）离散事件系统建模对虚拟车间的适用性不足。3）模型的描述缺乏统一的方法。（1）虚拟车间的分层模型陶飞等人提出的数字李生模型可以表示一个五元组，即MDT=（PE,VE,Ss,DD,CN）3.4

DEVS仿真算法及其扩展①单元级虚拟实体的定义。②系统级虚拟实体的定义。③复杂系统级虚拟实体的定义。3.4

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DEVS仿真算法及其扩展（2）基于扩展离散事件系统的DEVS扩展思路DEVS扩展的目的是为了能够利用DEVS扩展对离散车间虚拟实体的分层行模型进行描述。3.4

DEVS仿真算法及其扩展1）DEVS原子模型的扩展。①时间推进函数的扩展。②原子模型扩展内部数据。③端口扩展。2）DEVS耦合模型的扩展。（3）VDEVS模型的形式化定义1）VDEVS原子模型的定义。2）状态转换图以及实例。3.4

DEVS仿真算法及其扩展3.4

DEVS仿真算法及其扩展3）VDEVS耦合模型的定义。（4）VDEVS仿真算法DEVS仿真算法规定了两个过程：原子模型状态序列的切换及对应时间推进函数、输出函数的执行；不同原子模型之间的协调调度。1）模型的扁平化处理。①判断输出端口的数量，大于0则进行端口处理，为0则继续进行下一步。②当前模型的类型耦合模型时，则对耦合模型的所有子模型继续递归过程①、②。③当前模型的类型为原子模型时，递归终止，退出递归过程。3.4

DEVS仿真算法及其扩展3.4

DEVS仿真算法及其扩展①新建输入端口列表用于存放端口，利用该列表存放的端口连接树形结构的事件输入端口叶节点。②对当前端口进行处理，当前端口有NextPort时，且其端口所在模型的类型力耦合模型或者端口的类型输出端口时，递归执行过程①、②。③当端口所在模型的类型为原子模型且端口的类型为输入端口时，将该端口放入输入端口列表。2）VDEVS模型的仿真。3.4

DEVS仿真算法及其扩展①仿真器。（a）输入器。a）原子模型的配对事件端口先于数据端口接收到一个事件时，输入器中的状态机从Wait状态转换UnBlock状态，UnBlock状态下如果该端口仍然接收到了事件则继续停留在UnBlock状态。b）原子模型配对的数据端口的临时缓冲区接收到一个数据时，输入器的状态机由Un-Block状态转换力Pass状态，并将该数据从临时缓冲区放置到配对的数据端口，处理结束后转换状态力Wait状态。c）原子模型配对的数据端口的临时缓冲区先于事件端口接收到一个数据时，输入器的状态机由Wait状态转换Block状态，进入Block状态时，将数据