1.1研究目的

70年代以前，在制造系统中还很少采用仿真技术。原因是当时生产的产品周期长，批量大，物料流动慢，生产节奏也不快，对仿真的需要还不迫切。到了70年代，随着市场对产品的需求发生变化，产品更新换代周期缩短，品种增加，批量减少，传统的刚性生产线和大批量、长时间的生产方式已不能满足需要，崭新的FMS技术就应运而生。

由于实际中的制造系统是非常复杂的，目前有很多情形都无法仅用数学解析的方法来解决，而仿真技术则给解决这类问题提供了新的手段。在传统的仿真方法中，通常是用工具Matlab或者编写仿真程序进行访真，但是这些只能用于小规模系统的仿真，而目它们忽略了许多重要的因素，其实这些因素对实际的生产过程也有很大的影响。虚拟仿真基于上述问题应运而生，以便在分析设计阶段就对系统的静态、动态性能进行充分的研究，更早、更快、更好地改善系统结构及性能，节省投资、缩短周期。

虚拟仿真是先进制造技术的重要组成部分，也是评价制造系统最为常用的工具。其本质是以计算机支持的仿真技术为前提，对生产线的各个单元和生产过程进行统一的建模，在虚拟环境中反映出生产制造全过程，通过建模和仿真分析中评价系统，提供系统可行性分析，为系统改进提供科学、合理的决策依据。在FMS的设计阶段，通过仿真可以选择系统的最佳结构和配置方案，以保证系统既能完成预定生产任务又具有较好的经济性、柔性和可靠性，并避免因设备使用不当造成巨大的经济损失；在FMS运行阶段，通过系统仿真实验可以预测系统在不同调度策略下的性能，确定合理、高效的作业计划，找出系统的瓶颈环节，从而充分发挥FMS的生产能力，提高济效益。另外，通过运行虚拟仿真模型可以准确地反映系统在有选择地改变各种参数时的运行效果，从而使设计者对规划与方案的实际效果更加明确。

由此可见，FMS仿真研究是FMS设计、开发、运行中必不可少的环节之一，是提高系统性能和效率，增加系统可靠性，降低投资，缩短研制周期的一种强有力的技术手段。

1.2国内外现状

FMS的计算机仿真是当前仿真的重要研究及应用领域之一，国外在20世纪70年代就己开始研究工作，美国、英国、德国、法国、日本等国的研究具有一定的代表性。有不少较成熟的仿真软件系统可用于FMS仿真，其中多数仿真软件具有交互式图形界面、3D图形建模、多功能动画显示、仿真数据统计分析和动态显示等功能。美国目前把计算机仿真技术作为其设计、开发、试验过程中的一种支柱技术。1990年美国海军实行了一项新政策，即任何装备在进行实际的领域试验(field test)前，都必须先进行仿真实验。

我国从80年代开始引入FMS，并相继开始了FMS仿真方面的工作。例如华东工学院较早地开展了FMS仿真的研究，并率先在国内推出了实用FMS仿真软件包，缩小了国内与国外在此领域的差距。随后，清华大学、南京航空学院、重庆大学等先后在这一领域展开了研究，推动了国内FMS仿真的研究应用。然而对于缺乏计算机编程知识，不具备仿真建模知识和经验的用户来说，他们很难直接运用现有的仿真软件系统进行仿真，必须得到专业人员的帮助与支持。针对FMS仿真的特征，不少FMS仿真软件除了要计算机花费大量时间来进行计算外，在分析过程中还将产生大量的数字结果，使用者只有在仔细分析与比较这些数字结果后才能发现仿真中发生的情况与问题，这个过程繁琐而费时。而如果FMS仿真中采用图形动画技术，那么就能给仿真的各类使用人员带来极大的好处，它把数值结果转化为以多种图形表示的随时间和空间变化的环境状态，呈现在计算机屏幕上，使仿真用户清楚地了解实验的全过程，以加深对具体FMS的生产过程的认识。三维动画与用表格数据的文字报告相比，更能表达系统在运行过程中的动态过程。而且顺利地进行模型的表达，更加有利于对人员的培训，所以在现有的FMS仿真软件方面还有待提高和完善。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

本次课题的内容是首先了解柔性制造系统机器人上下料的目的，理解柔性制造系统上下料特点，并选定一条完整的柔性系统方案。针对该柔性制造系统中的机器人完成它的CAD装配（该机器人能够在生产线各机床中合理地完成抓紧、放松、手腕的旋转、手臂的伸缩、腰部的上升和下降及旋转等实现自动上下料功能的动作）。然后配合FMS进行建模与动态仿真。最后进行分析，如FMS设计时的投资、成本分析；配置与布局研究；调度策略的研究；资源利用状况及瓶颈的预测；运行效率、柔性、可靠性的评估；运行时作业计划编排的决策支持；控制系统及网络仿真；局部工作站的工作过程仿真；FMS运行中故障及突发事件处理策略仿真研究等。