VDI 3633 Blatt 8-2007 Simulation of systems in materials handling logistics and production - Machine-oriented simulation.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURESimulation von Logistik-, Materialfluss- und Produktionssystemen Maschinennahe Simulation Simulation of systems in materials handling, logistics and production Machine-oriented simulationVDI 3633Blatt 8 / Part 8Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Frde

2、rtechnik Materialfluss Logistik Fachbereich Modellierung und Simulation Fachausschuss Maschinennahe SimulationVDI-Handbuch Materialfluss und Frdertechnik, Band 8: Materialfluss II (Organisation/Steuerung) VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 1: Grundlagen und Planung VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch /

3、 Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 03.100.10 April 2007Frhere Ausgabe: 01.05

4、Entwurf,deutsch Former edition: 01/05 Draft, in German only Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung. . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . 3Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 41.1 Anwendungsfelder. . . . . . . . . . . . 41.2 Abgrenzung Realitt Simulation. . . . 52 Begriffe und Definitionen . . . . . . . . . . . 63 Nutzungsmglichkeiten und typische Frage-s

6、tellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.1 Entwicklung/Konstruktion. . . . . . . . 93.2 Planung von Fertigungszellen . . . . . . 103.3 Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . 103.4 Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.5 Vertrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Modellbildu

7、ng fr die maschinennahe Simulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.1 Validierung von Simulationsmodellen . 124.2 Weiterverwendung von Simulations-modellen . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Grundsatzentscheidung zum Simulations-einsatz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 3-D-Kin

8、ematiksimulation . . . . . . . . . . . 146.1 Komponenten der Simulationssysteme . . 156.2 Vorbereitung der Simulation . . . . . . 206.3 Validierung des Modells und Kalibrierung des Robotersystems . . . . 226.4 Durchfhrung und Auswertung von Simulationsexperimenten . . . . . . . . 256.5 Aufwand und N

9、utzen . . . . . . . . . . 266.6 Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Scope of application. . . . . . . . . . . . . . 41.1 Application fields. . . . . . . . . . . . . 41.

10、2 Delineation between reality and simulation. . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 63 Possible applications and typical problems . 93.1 Development/design . . . . . . . . . . . 93.2 Planning of production cells . . . . . . 103.3 Start-up . . . . . . . .

11、. . . . . . . . . 103.4 Operation . . . . . . . . . . . . . . . . 113.5 Sales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Modelling for machine-oriented simulation 114.1 Validation of simulation models . . . . 124.2 Reuse of simulation models . . . . . . 125 Basic decision for the use of simulation . .

12、136 3D kinematic simulation. . . . . . . . . . . 146.1 Components of the simulation systems. . 156.2 Preparation of the simulation. . . . . . 206.3 Validation of the model and calibration of the robot system . . . . . . . . . . . 226.4 Execution and evaluation of simulation experiments. . . . . . .

13、. . . . . . . . 256.5 Costs and benefits . . . . . . . . . . . 266.6 Example . . . . . . . . . . . . . . . . 27B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI 3633 Blatt 8 / Part 87 Mehrkrpersimulation . .

14、 . . . . . . . . . . 317.1 Komponenten der Simulatoren . . . . . 327.2 Vorbereitung der Simulation . . . . . . 327.3 Berechnungsmglichkeiten . . . . . . . 377.4 Auswertung der Simulations-experimente . . . . . . . . . . . . . . . 397.5 Aufwand und Nutzen . . . . . . . . . . 397.6 Beispiel . . . . .

15、. . . . . . . . . . . . 408 Simulation zum Funktionstest von Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 448.1 Komponenten von Simulatoren . . . . . 458.2 Vorbereitung der Modellierung und Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . 488.3 Durchfhrung der Simulations-experimente . . . . . . . . . .

16、. . . . . 518.4 Auswertung der Simulations-experimente . . . . . . . . . . . . . . . 528.5 Aufwand und Nutzen . . . . . . . . . . 538.6 Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . 539 Prozesssimulation . . . . . . . . . . . . . . 599.1 Komponenten der Simulatoren . . . . . 609.2 Vorbereitung der Simu

17、lation und Modellierung . . . . . . . . . . . . . . 659.3 Durchfhrung der Simulations- experimente . . . . . . . . . . . . . . . 699.4 Auswertung der Simulations- experimente . . . . . . . . . . . . . . . 709.5 Verbesserung der Simulations- genauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 719.6 Weiterverwe

18、ndung von Simulationsdaten, Kopplung von Simulationssystemen . . 729.7 Aufwand und Nutzen . . . . . . . . . . 729.8 Beispiele und Anwendungen . . . . . . 7310 Maschinennahe Materialflusssimulation . . 7810.1 Komponenten der Simulatoren . . . . . 8010.2 Weiterverwendung von Simulations-daten, Kopplun

19、g von Simulations- systemen. . . . . . . . . . . . . . . . . 8210.3 Vorbereitung der Simulation . . . . . . 8310.4 Durchfhrung und Auswertung von Simulationsexperimenten . . . . . . . . 8510.5 Beispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . 86Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 907 Multib

20、ody simulation . . . . . . . . . . . . . 317.1 Components of the simulators . . . . . . 327.2 Preparation of the simulation . . . . . . 327.3 Calculation options . . . . . . . . . . . 377.4 Evaluation of the simulation experiments . . . . . . . . . . . . . . . 397.5 Costs and benefits . . . . . . .

21、. . . . . 397.6 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 Simulation for the function testing of controllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448.1 Components of simulators . . . . . . . . 458.2 Preparation of modelling and simulation . . . . . . . . . . . . . . . . 488.3 Execution of the s

22、imulation experiments . . . . . . . . . . . . . . . 518.4 Evaluation of the simulation experiments . . . . . . . . . . . . . . . 528.5 Costs and benefits . . . . . . . . . . . . 538.6 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . 539 Process simulation . . . . . . . . . . . . . . 599.1 Components of the

23、 simulators . . . . . . 609.2 Preparation of the simulation and modelling . . . . . . . . . . . . . . . . 659.3 Execution of the simulation experiments . . . . . . . . . . . . . . . 699.4 Evaluation of the simulation experiments . . . . . . . . . . . . . . . 709.5 Improvement of the simulation accur

24、acy . . . . . . . . . . . . . . . . . 719.6 Further use of simulation data, coupling of simulation systems . . . . . 729.7 Costs and benefits . . . . . . . . . . . . 729.8 Examples and applications. . . . . . . . 7310 Machine-oriented material flow simulation . 7810.1 Components of the simulators .

25、. . . . . 8010.2 Reuse of simulation data, linking of simulation systems . . . . . . . . . . . . 8210.3 Preparation of the simulation . . . . . . 8310.4 Execution and evaluation of simulation experiments . . . . . . . . . . . . . . . 8510.5 Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . 86Bibliography. .

26、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI 3633 Blatt 8 / Part 8 3 VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter sorg-fltiger Bercksichtigung d

27、er Vorgaben und Empfeh-lungen der Richtlinie VDI 1000. Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wege ge-dankt. Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und

28、 der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahrung des Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Aus-knfte dazu, sowie zur Nutzung im Wege der Daten-verarbeitung, erteilt die Abteilung VDI-Richt

29、linienim VDI. EinleitungDiese Richtlinie wendet sich an Anwender (Kon-strukteure, Entwickler, Planer, Betreiber, Vertriebs-mitarbeiter) von Simulationstechniken im maschi-nennahen Bereich. Im Rahmen dieser Richtlinie wirdunter maschinennaher Simulation die Simulation vonFertigungsmaschinen und ihrer

30、 Peripherie verstan-den. Dies schliet den in der Maschine ablaufendenFertigungsprozess mit ein. Die Umgebungsbedin-gungen und der maschinennahe Materialfluss werdenbercksichtigt, soweit sie Rckwirkungen auf dieMaschine oder den Fertigungsprozess haben. Soweit nicht anders angegeben, gelten die inVDI

31、 3633 Blatt 1 getroffenen Festlegungen. Diese Richtlinie beschreibt die Simulationstechnolo-gien, die die Betrachtung der folgenden, beispielhaf-ten Fragestellungen untersttzen: Gestaltung des Fertigungsprozesses Auslegung/Berechnung der Fertigungsmaschine Entwurf und Test von Steuerungen Planung vo

32、n Fertigungszellen Bahnplanung/Kollisionsvermeidung Automatische Ableitung von SteuerungssoftwareAls Hilfsmittel dienen die im Folgenden nher be-schriebenen Simulationstechnologien (siehe Bild 1): 3-D-KinematiksimulationMehrkrpersimulationSimulation zum Funktionstest von SteuerungenProzesssimulation

33、Maschinennahe MaterialflusssimulationPreliminary noteThe content of this guideline has been developed un-der thorough consideration of the requirements andrecommendations of guideline VDI 1000. We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline. All rights reserved incl

34、uding those of reprinting, re-production (photocopying, microcopying), storage indata processing systems, and translation, either of thefull text or of extracts. This VDI guideline can beused as a concrete project document without infringe-ment of copyright and with regard to VDI Notices 1to 7. Info

35、rmation on this, as well as on the use in dataprocessing, may be obtained by the VDI GuidelinesDepartment at the VDI. IntroductionThis guideline is aimed at users (designers, develop-ers, planners, operators, sales personnel) of simula-tion techniques in the machine-oriented sector.Within the framew

36、ork of this guideline machine-ori-ented simulation refers to the simulation of produc-tion machines and their peripherals. This also in-cludes the production process running in themachine. The environmental conditions and the ma-chine-oriented material flow are taken into consider-ation insofar as t

37、hey have any impact on the machineor the production process.Unless stated otherwise the provisions of VDI 3633,Sheet 1 shall apply.This guideline describes the simulation technologieswhich support the observation of the following taskstaken here as an example:design of the production processdesign/d

38、evelopment of the production machinedesign and testing of controllersplanning of production cellspath planning/avoidance of collisionsautomatic derivation of control softwareThe simulation technologies described in more detailin the following serve as an aid (see Figure 1): 3D kinematic simulationmu

39、ltibody simulationsimulation for the function test of controllersprocess simulationmachine-oriented material flow simulationB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI 3633 Blatt 8 / Part 8Darber hinau

40、s ist zu beachten, dass der Datenaus-tausch und die Durchgngigkeit zwischen einzelnenSimulationsarten an Bedeutung gewinnen. Andere Simulationsarten, die angrenzend auch immaschinennahen Bereich eingesetzt werden, werdenin dieser Richtlinie nicht behandelt, da sie eigenstn-dige Gebiete darstellen:Si

41、mulation in der ElektrotechnikSimulation in der MaterialforschungMensch-/Ergonomiesimulation1 AnwendungsbereichDie Richtlinie bietet einen berblick ber die An-wendungsbereiche und den Nutzen von Simulati-onstechniken, die im Lebenszyklus einer Maschineeingesetzt werden knnen. Der Benutzer erhlt Hin-

42、weise zur einfachen Auswahl geeigneter Simulati-onsanstze fr seine Problemstellung. Die Richtliniezeigt Anforderungen fr den Simulationseinsatz auf,beschreibt die Anwendung und gibt Anleitungen frden erfolgreichen Einsatz. Das Verstndnis der Simu-lationsanwender fr angrenzende Bereiche und auf-trete

43、nde Wechselwirkungen soll vertieft werden. Vonbesonderem Interesse ist die Kombination unter-schiedlicher Simulationsanstze. Hier werden Mg-lichkeiten zu Integration und Durchgngigkeit aufge-zeigt.1.1 AnwendungsfelderDie Mglichkeiten der Anwendung maschinennaherSimulation erstrecken sich von der Mas

44、chinenent-wicklung ber die Zellenplanung und die Inbetrieb-nahme bis zum produktiven Betrieb und schlieenauch den Vertrieb ein (siehe Bild 2).In addition to this, it must also be taken into consid-eration that data exchange and the continuity betweenindividual types of simulation are gaining increas

45、ingsignificance.Other types of simulation which have marginal appli-cations in the machine-oriented sector are not dealtwith in this guideline as they represent separate, inde-pendent areas:simulation in electrotechnical engineeringsimulation in materials researchhuman/ergonomic simulation1 Scope of

46、 applicationThe guideline provides an overview of the applica-tion areas and the benefits of simulation techniqueswhich can be applied in the life cycle of a machine.The user receives instructions for easy selection ofsuitable simulation approaches for his particular task.The guideline deals with th

47、e requirements for the useof simulation, describes its application and providesinstructions for successful application. It also givessimulation users a better understanding of ancillaryareas and the various interactions which can occur. Ofparticular interest is the combination of different sim-ulati

48、on approaches. Options for integration and con-tinuity are also outlined here. 1.1 Application fieldsThe options for the use of machine-oriented simula-tion range from machine development to cell plan-ning and start-up, right up to productive operationand sales (see Figure 2). Bild 1. Simulationstec

49、hnologien der maschinennahen Simulation(nach 2) Figure 1. Simulation technologies in machine-oriented simula-tion (in accordance with 2) CV3D kinematic simulation Control simulationMultibody simulation Process simulationMaterial flow simulationB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI 3633 Blatt 8 / Part 8 5 Bild 2. Beispielhafte Anwendungsbereiche maschinennaherS