自动化生产车间资源配置仿真及优化

论文摘要

对于一个制造系统排队网络来说,每个加工中心的服务台数目、工件到达规律、任务排队规则以及每个服务台的服务率都是影响整个系统性能的因素。本文针对上述因素,运用离散事件仿真方法,分别实现了软件仿真和FPGA仿真,来研究自动化生产车间的排队网络模型。本文设计了图形化排队网络建模方法,对不同的排队模型进行自动推导公式和数据动态计算。在软件仿真中,本文介绍了两种实现方法：单线程仿真实现和多线程仿真实现。在单线程仿真过程中,将系统看作一个整体,对所有事件进行统一安排调度,不同事件采取不同的处理流程。而在多线程仿真过程中,将各个服务节点都看作独立的模块,采用多线程及线程同步技术,仿真得到系统性能指标。在FPGA仿真实现中,利用FPGA的并行处理特点,将每个服务节点当作一个微核来独立仿真,直至仿真结束。本文通过对制造系统中自动化生产车间排队网络建模的研究,提出了一套优化自动化生产车间资源配置和提高生产效率的方法。通过仿真,得到同一系统不同配置下的性能指标,以此为依据实现对资源的优化配置,这对制造业中自动化生产车间建设起到良好的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及研究现状
• 1.2 本文主要工作
• 1.2.1 主要研究内容
• 1.2.2 研究目标
• 1.3 本文组织结构
• 2 系统分析与相关技术
• 2.1 排队网络
• 2.1.1 排队系统模型的基本组成部分
• 2.1.2 排队系统的性能指标及其计算公式
• 2.2 仿真系统模型
• 2.2.1 仿真模型分类
• 2.2.2 离散事件仿真参数
• 2.2.3 仿真时钟的推进机制
• 2.3 FPGA仿真软件
• 2.3.1 Quartus Ⅱ 11.0
• 2.3.2 ModelSim-Altera 6.6d（Quartus Ⅱ 10.1 spl）Starter Edition
• 3 软件仿真
• 3.1 指数分布和泊松分布
• 3.2 服务台的选择策略
• 3.3 单线程仿真
• 3.3.1 单线程仿真系统流程
• 3.3.2 单线程仿真事件处理流程
• 3.3.3 单线程仿真详细设计
• 3.3.4 单线程仿真过程中性能指标的计算
• 3.4 多线程仿真
• 3.4.1 多线程技术
• 3.4.2 多线程系统流程
• 3.4.3 多线程仿真详细设计
• 3.4.4 多线程仿真过程中性能指标的计算
• 4 FPGA仿真实现
• 4.1 系统模块组成
• 4.2 各模块处理流程
• 4.3 FPGA仿真详细实现
• 4.3.1 FPGA实现优先队列
• 4.3.2 FPGA实现m序列
• 4.3.3 到达事件模块
• 4.3.4 中央处理模块
• 4.3.5 顾客生成模块
• 4.3.6 单个节点的最终模块组合实现
• 4.3.7 多个节点的连接实现
• 5 实验结果
• 5.1 仿真环境
• 5.2 仿真时间比较
• 5.2.1 实验仿真模型介绍
• 5.2.2 仿真时间实验结果
• 5.3 仿真优化实例
• 6 总结
• 参考文献
• 附录A 仿真优化实验数据
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢