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Praxishandbuch
Plant Simulation und SimTalk
Anwendung und Programmierung in über 150 Beispiel-Modellen
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Steffen Bangsow
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Praxishandbuch Plant Simulation und SimTalk
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Praxishandbuch Plant Simulation und SimTalk Anwendung und Programmierung in über 150 Beispiel-Modellen
Der Autor:
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Steffen Bangsow, Zwickau
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Inhalt
1 Simulationsmethodik................................................................................. 1 1.1 Vorgehensmodell................................................................................................. 1 1.2 Zielvereinbarung.................................................................................................. 2 1.3 Systembeschreibung.......................................................................................... 3 1.4 Modellentwurf...................................................................................................... 4 1.5 Modellbildung....................................................................................................... 6 1.6 Verifikation............................................................................................................ 6 1.7 Experimentplanung............................................................................................. 6 1.8 Experimentdurchführung und Auswertung.................................................. 8
2 Programmieren mit SimTalk.................................................................. 9 2.1 2.2
Der Baustein Methode........................................................................................ 9 Das Methodenfenster......................................................................................... 11
2.2.1 Zeilennummern, Texteingabe.......................................................................... 11 2.2.2 Lesezeichen................................................................................................... 12 2.2.3 Codevervollständigung................................................................................... 12 2.2.4 Informationen über Attribute und Methoden.................................................... 12 2.2.5 Vorlagen......................................................................................................... 14 2.2.6 Der Debugger................................................................................................. 14 2.3 SimTalk-Sprachelemente................................................................................... 15 2.3.1 Namen........................................................................................................... 15 2.3.2 Anonyme Bezeichner...................................................................................... 15 2.3.3 Pfade............................................................................................................. 17 2.3.4 Namensraum.................................................................................................. 17 2.3.5 Kommentare.................................................................................................. 17 2.4 Variablen und Datentypen................................................................................. 18 2.4.1 Variablen........................................................................................................ 18 2.4.2 Lokale Variablen............................................................................................. 19 2.4.3 Globale Variablen........................................................................................... 20
VI
Inhalt
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2.5 Operatoren............................................................................................................. 22 2.5.1 Mathematische Operatoren............................................................................ 22 2.5.2 Relationale Operatoren................................................................................... 23 2.5.3 Zuweisungen.................................................................................................. 24 2.6 Verzweigungen..................................................................................................... 25 2.7 Fallunterscheidung.............................................................................................. 26 2.8 Schleifen................................................................................................................. 27 2.8.1 Bedingungsschleifen....................................................................................... 27 2.8.2 Zählerschleifen............................................................................................... 28 2.9 Methoden, Funktionen....................................................................................... 30 2.9.1 Parameterübergabe........................................................................................ 30 2.9.2 Mehrere Parameter übergeben....................................................................... 31 2.9.3 Funktionsergebnis.......................................................................................... 32 2.9.4 SimTalk-Funktionen........................................................................................ 34 2.9.5 Methodenaufruf.............................................................................................. 35 2.10 Unterbrechung von Methoden......................................................................... 46 2.10.1 Wait-Anweisung.............................................................................................. 46 2.10.2 Suspendierung von Methoden......................................................................... 46 2.11 Debuggen, Optimieren........................................................................................ 49 2.11.1 Haltepunkte in Methoden............................................................................... 49 2.11.2 Haltepunkte im Ereignisverwalter.................................................................... 51 2.11.3 ErrorHandler................................................................................................... 51 2.11.4 Profiler........................................................................................................... 54
3 Simulation von Produktionsprozessen........................................... 57 3.1 Materialflussbausteine....................................................................................... 57 3.1.1 Allgemeines Verhalten der Materialflussbausteine........................................... 58
3.2 Der Schichtkalender............................................................................................ 64 3.3 SimTalk-Attribute und -Methoden der Materialflussbausteine............... 68
3.4
3.5
3.3.1 Zustände der Materialflussbausteine............................................................... 68 3.3.2 Rüsten............................................................................................................ 73 3.3.3 Fertigmeldungen............................................................................................ 75 3.3.4 Belegung der Materialflusselemente................................................................ 78 Bewegliche Elemente.......................................................................................... 78 3.4.1 Standardmethoden der beweglichen Elemente................................................ 78 3.4.2 Länge, Breite und Buchungspunkt................................................................... 80 3.4.3 Fördergut und Förderhilfsmittel....................................................................... 82 Systemgrenzen, Quelle und Senke................................................................. 85 3.5.1 Grundverhalten der Quelle.............................................................................. 85 3.5.2 Einstellungen der Quelle................................................................................. 85 3.5.3 Benutzerdefinierte Quelle mit SimTalk............................................................. 89 3.5.4 Die Senke....................................................................................................... 92
Inhalt VII
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3.6 Einzelbearbeitung................................................................................................ 92 3.6.1 Einzelstation, starr verkettete Maschinen........................................................ 92 3.6.2 Losweise Fertigung......................................................................................... 93 3.7 Gleichzeitige Bearbeitung von mehreren Teilen.......................................... 98 3.7.1 Die Parallelstation.......................................................................................... 98 3.7.2 Mehrfachaufspannungen mit der Parallelstation simulieren............................. 101 3.7.3 Kontinuierliche Bearbeitungen, starre Transferstraßen..................................... 103 3.7.4 Der Takt, flexible Taktstraßen.......................................................................... 104 3.8 Montageprozesse................................................................................................. 106 3.8.1 Die Montagestation........................................................................................ 107 3.8.2 Montagevorgänge mithilfe von SimTalk simulieren........................................... 108 3.9 Demontage............................................................................................................ 111 3.9.1 Die Demontagestation.................................................................................... 111 3.9.2 Demontage mit SimTalk.................................................................................. 115 3.10 Ausschuss und Nacharbeit............................................................................... 117 3.10.1 Die Flusssteuerung......................................................................................... 117 3.10.2 Ausschuss mithilfe des Ausgangsverhaltens simulieren................................... 119
4 Informationsfluss.......................................................................................... 123 4.1 4.2
Der Listeneditor.................................................................................................... 123 Eindimensionale Listen...................................................................................... 124
4.2.1 Die Kartei....................................................................................................... 124 4.2.2 Stapel und Warteschlange.............................................................................. 126 4.2.3 Suchen in eindimensionalen Listen................................................................. 126 4.3 Die Tabelle.............................................................................................................. 127 4.3.1 Methoden und Attribute der Tabelle................................................................ 127 4.3.2 Suchen in Tabellen......................................................................................... 128 4.3.3 Subtabellen und Sublisten.............................................................................. 132 4.4 Die Zeitleiste......................................................................................................... 133 4.4.1 Der Baustein Zeitleiste.................................................................................... 133 4.4.2 Zeitleiste mit Tabelle und SimTalk................................................................... 135 4.5 Der Trigger............................................................................................................. 137 4.5.1 Der Baustein Trigger....................................................................................... 137 4.5.2 Trigger mit SimTalk und Tabellen..................................................................... 139 4.6 Der Generator....................................................................................................... 146 4.6.1 Der Baustein Generator.................................................................................. 146 4.6.2 Benutzerdefinierter Generator mit SimTalk...................................................... 148 4.7 Der Attributverwalter.......................................................................................... 149 4.8 Ereignisverwalter................................................................................................. 152
VIII
Inhalt
5 Die Arbeit mit Zufallswerten................................................................. 153
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5.1 Arbeit mit Verteilungstabellen......................................................................... 153 5.2 Arbeiten mit Wahrscheinlichkeitsverteilungen............................................ 159 5.3
5.2.1 Verwendung von DataFit zur Ermittlung von Wahrscheinlichkeitsverteilungen... 159 5.2.2 Verwendung von Gleichverteilungen................................................................ 162 Der Experimentverwalter................................................................................... 163
6 Simulation von Transportprozessen................................................. 167 6.1 Förderstrecke........................................................................................................ 167 6.1.1 Attribute der Förderstrecke............................................................................. 168 6.1.2 Kurven und Ecken........................................................................................... 169 6.2 Eckumsetzer und Drehtisch.............................................................................. 171 6.2.1 Einstellungen des Eckumsetzers..................................................................... 173 6.2.2 Einstellungen des Drehtisches........................................................................ 173 6.3 Die Drehplatte....................................................................................................... 174 6.3.1 Grundverhalten der Drehplatte........................................................................ 174 6.3.2 Einstellungen der Drehplatte........................................................................... 174 6.4 Der Umsetzer........................................................................................................ 176 6.4.1 Einstellungen des Umsetzers.......................................................................... 176 6.5 Der Weg.................................................................................................................. 179 6.6 Sensoren auf längenorientierten Bausteinen.............................................. 180 6.6.1 Funktion und Einsatz von Sensoren................................................................. 180 6.6.2 Lichtschrankenmodus..................................................................................... 183 6.6.3 Just-in-Sequence-Anlieferung.......................................................................... 185 6.6.4 Sensoren automatisch erzeugen..................................................................... 186 6.7 Das Fahrzeug........................................................................................................ 188 6.7.1 Eigenschaften des Fahrzeuges........................................................................ 189 6.7.2 Fahrzeuge be- und entladen............................................................................ 191 6.7.3 SimTalk-Methoden und -Attribute des Fahrzeuges........................................... 192 6.7.4 Anhalten und losfahren................................................................................... 192 6.7.5 Losfahren nach einer bestimmten Zeit............................................................ 194 6.7.6 Wegsuche...................................................................................................... 196 6.7.7 Sensorposition, Sensor-ID, Richtung............................................................... 204 6.7.8 Anfahrverzögerungsdauer............................................................................... 208 6.7.9 Ladeflächentyp Förderstrecke, Querverschiebewagen..................................... 213 6.7.10 Zugmaschine.................................................................................................. 218 6.7.11 Fahrzeuge mit Batterie simulieren................................................................... 226
Inhalt IX
7 Simulation von Robotern und Handhabungstechnik............. 231
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7.1
Pick and Place....................................................................................................... 231 7.1.1 Eigenschaften des Pick-and-Place-Objektes.................................................... 232 7.1.2 Sperrwinkel.................................................................................................... 234 7.1.3 Zeitfaktor....................................................................................................... 235 7.2 Simulation von Robotern................................................................................... 236 7.2.1 Ausgangsverhalten zyklische Folge.................................................................. 236 7.2.2 Be- und Entladung von Maschinen mit Robotern (Einfachgreifer)...................... 237 7.2.3 Beladung von Maschinen durch Roboter mit Doppelgreifer.............................. 239 7.2.4 Montage mit Roboter...................................................................................... 240 7.2.5 Benutzerdefinierte Transport- und Prozesszeiten berücksichtigen.................... 243 7.2.6 Vorteile und Grenzen des PickAndPlace-Objektes........................................... 246 7.3 Handlingroboter mit Weg und Fahrzeug simulieren................................... 246 7.3.1 Grundmodell und allgemeine Steuerung.......................................................... 246 7.3.2 Teilparametrisierte Steuerungsentwicklung..................................................... 254 7.3.3 Berücksichtigung der Handling- und Prozesszeiten des Roboters..................... 258 7.3.4 Synchrone und asynchrone Steuerung des Roboters....................................... 266 7.4 Der Schutzkreis.................................................................................................... 272 7.5 Portalroboter......................................................................................................... 274
8 Simulation von Lagerprozessen.......................................................... 281 8.1 8.2 8.3
Der Puffer............................................................................................................... 281 Der Sortierer......................................................................................................... 282 8.2.1 Grundverhalten............................................................................................... 282 8.2.2 Sortierer-Eigenschaften.................................................................................. 282 Das Lager............................................................................................................... 285 8.3.1 Lagerbaustein................................................................................................. 285 8.3.2 Chaotische Lagerung...................................................................................... 286 8.3.3 Virtuelle Lagerhaltung..................................................................................... 294
9 Simulation von Werkern........................................................................... 301 9.1 Ressourcenbausteine......................................................................................... 301 9.1.1 Werker-Werkerpool-Arbeitsplatz-Fußweg-Konzept............................................ 301 9.1.2 Der Broker...................................................................................................... 302 9.1.3 Der Werkerpool.............................................................................................. 303 9.1.4 Der Werker..................................................................................................... 304 9.1.5 Der Fußweg.................................................................................................... 305 9.1.6 Der Arbeitsplatz.............................................................................................. 305 9.1.7 Teiletransport durch den Werker..................................................................... 306 9.2 Simulation von Werkern mit Fahrzeug und Weg......................................... 308
X
Inhalt
10 Hierarchische Simulation........................................................................ 313
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10.1 Das Netzwerk........................................................................................................ 313 10.2 Der Übergang........................................................................................................ 313 10.3 Animationsstrukturen und Referenzpunkte................................................. 317 10.3.1 Referenzpunkt festlegen................................................................................. 317 10.3.2 Animationsstrukturen in Bausteinen................................................................ 318 10.4 Animation von Netzwerkbausteinen............................................................... 320
11 Kosten in der Simulation.......................................................................... 323 11.1 Produktionsbegleitende Kalkulation.............................................................. 323 11.2 Umlaufvermögen.................................................................................................. 325 11.3 Maschinenstundensatzrechnung.................................................................... 327
12 Statistik............................................................................................................... 331 12.1 Statistikerfassungszeit....................................................................................... 331 12.2 Statistische Methoden und Eigenschaften................................................... 333 12.2.1 12.2.2 12.2.3 12.2.4 12.2.5 12.2.6
Statistikdaten in eine Datei schreiben............................................................. 334 Durchschnittswerte ermitteln.......................................................................... 336 Aufzeichnen von Werten................................................................................. 338 Daten der Senke............................................................................................. 339 Statistikwerte des Bausteins Variable.............................................................. 340 Statistik des Fahrzeugs................................................................................... 341 12.3 Anzeigebausteine................................................................................................. 344 12.3.1 Diagramm...................................................................................................... 344 12.3.2 Das Sankey-Diagramm................................................................................... 352 12.3.3 Die Engpassanalyse........................................................................................ 355 12.3.4 Das Display.................................................................................................... 356 12.3.5 Der Kommentar.............................................................................................. 357 12.4 Der Bericht............................................................................................................. 358 12.4.1 Automatischer Ressourcenbericht................................................................... 358 12.4.2 Berichtskopf................................................................................................... 359 12.4.3 Berichtsdaten................................................................................................. 359 12.4.4 Texte in Berichten........................................................................................... 361 12.4.5 Objekte in Berichten anzeigen lassen.............................................................. 363 12.4.6 Bilder auf Berichten anzeigen lassen............................................................... 365 12.5 Oberflächen-Bedienelemente........................................................................... 365
Inhalt XI
13 Datenaustausch............................................................................................. 367
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13.1 DDE mit Plant Simulation.................................................................................. 367 13.1.1 Plant Simulation-Daten aus Excel heraus lesen................................................ 367 13.1.2 Excel-Daten in Plant Simulation einlesen......................................................... 369 13.1.3 Plant Simulation aus Excel heraus fernsteuern................................................ 370 13.1.4 DDE-Hotlinks.................................................................................................. 372 13.2 Die Dateischnittstelle......................................................................................... 373 13.3 Die ODBC-Schnittstelle...................................................................................... 375 13.3.1 Eine ODBC-Datenquelle einrichten.................................................................. 375 13.3.2 Daten aus einer Datenbank lesen.................................................................... 378 13.3.3 Daten in eine Datenbank schreiben................................................................ 381 13.3.4 Daten in einer Datenbanktabelle löschen........................................................ 382 13.3.5 SQL-Befehle................................................................................................... 382 13.4 SQLite-Schnittstelle............................................................................................ 384 13.4.1 SQLite............................................................................................................ 384 13.4.2 Datenbanken und Tabellen anlegen................................................................. 385 13.4.3 Arbeiten mit SQLite-Datenbanken................................................................... 386 13.4.4 SQL-Funktionen.............................................................................................. 391 13.5 XML-Import und -Export..................................................................................... 391 13.5.1 Einführung XML.............................................................................................. 391 13.5.2 XML-Dateien in Tabellen einlesen.................................................................... 392 13.5.3 Die XML-Schnittstelle..................................................................................... 393
14 Benutzerdefinierte Dialogfenster....................................................... 401 14.1 Dialogelemente..................................................................................................... 401 14.2 Der Dialogbaustein.............................................................................................. 402 14.2.1 14.2.2 14.2.3 14.2.4 14.2.5 14.2.6 14.2.7 14.2.8 14.2.9 14.2.10 14.2.11 14.2.12
Callback-Funktion......................................................................................... 405 Das statische Textfeld................................................................................... 406 Textfelder (Eingabefelder).............................................................................. 406 Bilder auf Dialogen........................................................................................ 407 Schaltflächen................................................................................................ 408 Optionsfelder................................................................................................ 410 Kontrollkästchen (Checkbox)......................................................................... 412 Drop-down-Listenfeld.................................................................................... 412 Listenansicht................................................................................................ 414 Register-Steuerelemente............................................................................... 416 Gruppenfeld.................................................................................................. 416 Menüs und Menüeinträge............................................................................. 416 14.3 Zugriff auf Dialoge............................................................................................... 418 14.4 Methoden und andere Bausteine schützen.................................................. 418 14.5 Prüfung von Benutzereingaben........................................................................ 419
XII
Inhalt
14.6 Meldungsfenster.................................................................................................. 420 14.7 HTML-Hilfe............................................................................................................. 421
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15 Plant Simulation3D...................................................................................... 423 15.1 Einführung in Plant Simulation 3D.................................................................. 423 15.2 Bewegung in der Szene...................................................................................... 424 15.3 Formatierung der 3D-Objekte.......................................................................... 425 15.3.1 3D-Grafik laden.............................................................................................. 425 15.3.2 Transformation............................................................................................... 427 15.3.3 3D-Animationspfade bearbeiten...................................................................... 429 15.3.4 Kamerafahrten............................................................................................... 431
Index...................................................................................................................... 433
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Hinweise zur Buch-CD und zur Demo-Lizenz
CD zum Buch Als Käufer des Buches haben Sie die Möglichkeit, die im Buch beschriebenen Modelle selbst nachzubauen. Alle größeren Beispiele aus dem Buch finden Sie auf der beiliegenden CD und auf meiner Webseite unter http://www.bangsow.de. Auf der CD finden Sie darüber hinaus auch die Demoversion für Siemens Plant Simulation Version 10. Nach Installation der Software können Sie auf der Webseite http://www. emplant.de/Demo/index.html nach vollständiger Registrierung inklusive Angabe Ihrer persönlichen Code-Nummer, die Sie auf der ersten Seite dieses Buches finden, eine DemoLizenz anfordern. Ausführliche Informationen zur Installation finden Sie in der Datei install.pdf auf der CD. Die Demo-Lizenz ist auf 80 Materialflussobjekte beschränkt und nicht übertragbar. Weitere Informationen finden Sie auf obiger Webseite.
Minimale PC-Konfigurationen für Plant Simulation 10 sind: Microsoft® Windows 2000® mit SP 4, Windows XP® mit SP 1 oder höher, Windows Vista© oder Windows 7 Microsoft Internet Explorer® 7 oder höher INTEL® Pentium III® Prozessor oder vergleichbares Produkt 500 MB verfügbarer Speicherplatz auf der Festplatte 1 GB RAM Grafikauflösung von 1024 x 768 Pixeln Netzwerkkarte mit fixer Ethernet-ID (MAC-Adresse)
Hinweise zur Begrenzung auf 80 Materialflussobjekte Die Anzahl der in der Demo-Lizenz zulässigen Materialflussobjekte ist auf 80 begrenzt. Dabei zählen die Objekte in der Klassenbibliothek mit. Plant Simulation zählt folgende Objekttypen nicht: Methode, Kommentar, Variable, Kante, Übergang, Fördergut, Förderhilfsmittel, Fahrzeug, Listen und Tabellen. Achtung: Viele der Werkzeuge auf der Registerkarte Tools sind zusammengesetzte Objekte, die wiederum eine gewisse Anzahl Objekte enthalten, die mit zählen. Das kann dazu führen, dass nach dem Einsetzen eines solchen Tools die Grenze von 80 Objekten bereits erreicht ist.
