产线建模仿真时代已经来临——优化自动化生产线设计的必备工具
仿真建模如果加以合理利用，
可以帮助制造企业识别和消除风险，
确保正常的生产运营，
使企业价值最大化并有助于获得成功。
仿真可以成为整个项目的强大工具，使项目团队在设计阶段就能将生产线的诸多方面实现可视化。
要规划新生产线或改造现有生产线必须回答许多问题，包括：
这条生产线生产什么？
运行速度有多快？
生产线期望的生产率是多少？
这些设备如何适应现有空间？
如果使用传送带，存在哪些限制？
旨在使生产线可视化并在开发之前将其变为现实的技术，现在比以往更容易获得。可以通过电子方式查看3D PDF 或视频，许多软件程序已经可以直接与虚拟现实（VR）头套眼睛集成，使相关工作人员可以进入精确的交互式生产线布局。
这种可视化帮助每个人更有效地理解设计参数，并在最终设计上达成共识。例如采用增强现实（AR）技术的智能手机应用程序和耳机，可以将3D 模型投射到现有空间中，从而提供生产线的另一种视图。静态或动态建模，可以显示干涉和障碍物，并有助于在项目初始阶段避免这些问题。
在设计阶段，还可以以另外一种方式来利用可视化：在不同约束条件下，突出显示产品的移动动态。仿真使用户能够设置生产线的运行参数——机器和传送带速度、传送带长度、设备位置、控制行为，并查看系统在不同参数下的执行情况。动画仿真通常会发现生产线潜在的设计问题，这在查看生产线布局或电子表格时，通常难以或无法发现。
建议的生产线缓冲区显示积累的水平。
本文图片来源：Dennis 公司
在设计阶段识别出问题
从最近的一个例子可以看出仿真的重要性，这个应用需要一次装满4 个纸箱，然后同时将全部4 个纸箱从机器中推出。虽然机器平均速度为100 箱/ 分钟，但机器实际瞬时输出为0 或200 箱/ 分钟。在机器卸料时，如果传送带运行速度不是平均速度的两倍，则纸箱在退出时会重新进入机器，从而阻止机器装入新的空纸箱。
从表面上来看，速度看起来是正确的，但实际运行时可能发现机器却被阻塞了。有了仿真模型，在设计阶段就可以识别出该问题，因此可以在安装前进行纠正。
如果想要理解产品在生产线上的实时交互，物理建模是一种非常有价值的工具。设计师可以看到产品在传送带上位移的模式，并随之调整传送带设计以保持对产品的控制。
以前，这可以通过有根据的猜测和计算机辅助设计（CAD）布局来完成。然而，在一些特殊应用中，例如面团在传送带上滚动的动态是很难预测或准确可视化的。物理建模对计算机硬件要求很高。可以创建目标模型。从较小的模型中吸取的经验可以应用于较大的模型。
在现有生产设施中，仿真可以将生产线细节可视化。
通过仿真模型降低成本
即使是设计优良的生产线，机器停机也是不可避免的。无法确定的停机时间所带来的影响很难预测。制造商可能对建立缓冲犹豫不决，认为他们会隐藏问题或鼓励不积极的运营人员。根据机器设计的不同，有些缓冲区对性能的影响很小，会造成不必要的资本支出。仿真可以对场景进行建模并考虑正常运行工况，以确定缓冲区的最佳数量、位置和容量，从而改善生产线的性能并避免不必要的费用。
仿真能够提供帮助的另一个重要方面是控制生产线。在设计过程初期，可编程逻辑控制器（PLC）还没有就位，仿真模型允许设计团队考虑如何控制。这样在购买设备之前，就可以测试和优化光电以及其它传感器的放置。
使用仿真最关键的时刻，也许就是PLC 程序准备进行测试的时候。一些建模软件可以连接到PLC。该模型通过仿真传感器向PLC 发出信号，并响应PLC 信号到其仿真的电机上。控制工程师可以使用逼真的、可以响应的系统来调试控制，而不是手动跟踪代码或尝试使用人机界面（HMI）来可视化性能。在模型中，可以对传感器布置进行精确的微调。
HMI 程序可以使用该模型与PLC 一起进行测试，由于模型由PLC 控制，在HMI 中按下按钮，就会仿真实时生产场景。因此，使用仿真模型可以大大减少生产线调试的启动时间。
将仿真模型连接到PLC 的过程还有利于培训。新的PLC 或HMI 程序员可以在现场生产之前识别错误、测试新想法并在低风险环境中建立信心。生产线运行人员可以在安装之前学习如何运行生产线并学习新PLC 程序。
仿真模型和PLC 标签交互，有助于在设计过程的初期识别和解决问题，从而节省时间和金钱。
仿真的优势及不足
仿真还可以带来其它间接好处。获得生产线动态背景知识，建模程序员可以在设计过程初期提出问题，而以往这些问题通常是要在开发之后才会得到解决。满足进度要求是仿真带来的另一个好处。通常，生产线已经设计和安装，但由于各种限制条件，导致只能在PLC 程序完成之前启动和调试。
如果模型在进入工厂之前进行测试，则有助于更快地验证程序。不过，仿真也有其限制。只有在输入或假设足够好时，模型输出才足够好。仿真无法预测运行人员的不良习惯、不良材料或冷凝物积聚等因素。重新审视和调整模型，以确保其反映准确的应用条件和行为，这一点非常重要。
冷冻面团球的物理建模，将关键产品特征植入模型中。