《智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》教學(xué)大綱

《智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：01140161課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時：48學(xué)時（理論32學(xué)時，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時）先修課程：概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、智能制造工程導(dǎo)論、C語言等后續(xù)課程：智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)適用專業(yè)：智能制造工程開課單位：機(jī)械工程學(xué)院一、課程說明《智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》是智能制造專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)主要是以生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建模、仿真優(yōu)化為研究對象，對生產(chǎn)系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)建立生產(chǎn)系統(tǒng)模型，通過仿真技術(shù)和數(shù)據(jù)處理，使系統(tǒng)性能優(yōu)化、效率提升和浪費(fèi)減少，提升生產(chǎn)線產(chǎn)出率，優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部物流配送、車間布置、流水線平衡、生產(chǎn)計(jì)劃和倉儲仿真等經(jīng)典工業(yè)工程問題。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握一個生產(chǎn)系統(tǒng)仿真類軟件，并能對生產(chǎn)系統(tǒng)典型工程問題提出設(shè)計(jì)方案，完成對生產(chǎn)模型的設(shè)計(jì)、建模、編程、仿真及優(yōu)化等工作。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解生產(chǎn)系統(tǒng)建?；A(chǔ)理論及PlantSimulation軟件的主要功能，掌握PlantSimulation軟件的基本操作，熟練應(yīng)用各種物料流對象、分析工具，達(dá)到對簡單生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、建模及生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的能力。課程目標(biāo)2：能夠根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程，利用PlantSimulation設(shè)計(jì)出生產(chǎn)產(chǎn)線，并對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制、調(diào)試及分析；掌握SimTalk語言編程，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜生產(chǎn)流程的控制；掌握GA優(yōu)化工具、實(shí)驗(yàn)管理工具，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的仿真及優(yōu)化；掌握AGV及工人的生產(chǎn)調(diào)度；在設(shè)計(jì)調(diào)試模型時培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的職業(yè)素養(yǎng)和精益求精的“工匠精神”。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)目標(biāo)對智能制造工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對智能制造工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)與單元（部件），并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.2能夠根據(jù)要求，設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能的智能制造系統(tǒng)和單元（部件）；課程目標(biāo)1：了解生產(chǎn)系統(tǒng)建?；A(chǔ)理論及PlantSimulation軟件的主要功能，掌握PlantSimulation軟件的基本操作，熟練應(yīng)用各種物料流對象、分析工具，達(dá)到對簡單生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、建模及生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的能力。H5.使用現(xiàn)代工具：能夠針對智能制造領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.2能夠選擇和使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源，工程工具和專業(yè)模擬軟件等，用于智能制造領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)；課程目標(biāo)2：能夠根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程，利用PlantSimulation設(shè)計(jì)出生產(chǎn)產(chǎn)線，并對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制、調(diào)試及分析；掌握SimTalk語言編程，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜生產(chǎn)流程的控制；掌握GA優(yōu)化工具、實(shí)驗(yàn)管理工具，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的仿真及優(yōu)化；掌握AGV及工人的生產(chǎn)調(diào)度；在設(shè)計(jì)調(diào)試模型時培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的職業(yè)素養(yǎng)和精益求精的“工匠精神”。H注：表中“H（高）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時實(shí)驗(yàn)學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.生產(chǎn)系統(tǒng)建模基礎(chǔ)1.1系統(tǒng)的概念1.2系統(tǒng)建模的方法1.3案例分析教學(xué)要求：使學(xué)生了解生產(chǎn)系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)、分類等基本概念，掌握生產(chǎn)系統(tǒng)的建模方法，能夠?qū)唵伟咐托谐橄蟪蓴?shù)學(xué)模型。重點(diǎn)：用數(shù)學(xué)模型描述現(xiàn)實(shí)中的工程實(shí)例。難點(diǎn)：用數(shù)學(xué)模型描述現(xiàn)實(shí)中的工程實(shí)例。2012.PlantSimulation軟件介紹2.1軟件概述2.2軟件的安裝2.3認(rèn)識操作界面2.4鼠標(biāo)基本操作2.5實(shí)例演示教學(xué)要求：使學(xué)生了解PlantSimulation軟件的功能、安裝方法、操作界面以及基本操作。重點(diǎn)：掌握PlantSimulation的功能，基本操作難點(diǎn)：安裝PlantSimulation軟件2013.物料流基本命令3.1源、工位、裝配工位、拆卸工位、機(jī)械手、轉(zhuǎn)盤、傳送器、緩沖區(qū)、流量控制器等對象的使用3.2資源類對象的使用工人池、協(xié)調(diào)器、工人、AGV池等對象的使用3.3數(shù)據(jù)圖表的使用插入數(shù)據(jù)表、條形圖、報告等，展示仿真結(jié)果3.4管理類庫的調(diào)用教學(xué)要求：使學(xué)生掌握PlantSimulation的主要功能對象，可以根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)，靈活選擇各種對象，建立生產(chǎn)系統(tǒng)，AGV運(yùn)輸模型、倉儲模型等，并運(yùn)用數(shù)據(jù)圖表，展示出生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真結(jié)果。掌握人機(jī)作業(yè)問題、AGV運(yùn)輸物料、產(chǎn)品出入庫管理等典型場景的建模。重點(diǎn)：掌握各種物料流對象及相關(guān)屬性設(shè)置；屬性名稱的查詢和調(diào)用。難點(diǎn)：利用軟件，構(gòu)建生產(chǎn)模型，仿真出與生產(chǎn)相關(guān)的信息，提取所需數(shù)據(jù)并分析。1281、24.SimTalk語言4.1SimTalk語法4.2變量、函數(shù)4.3控制語句4.4實(shí)例演示教學(xué)要求：使學(xué)生掌握PlantSimulation軟件的控制方法，掌握SimTalk的基本語法，編程思想。重點(diǎn)：能夠掌握SimTalk的基本語法，編程思想，常用函數(shù)。難點(diǎn)：編寫程序，對生產(chǎn)模型進(jìn)行復(fù)雜的控制，仿真出所需要的生產(chǎn)信息。601、25.工具5.1實(shí)驗(yàn)管理器5.2瓶頸分析5.3WMS管理系統(tǒng)5.4能耗分析5.5GA工具教學(xué)要求：使學(xué)生掌握PlantSimulation自帶的仿真分析工具，建立實(shí)驗(yàn)分組，分析瓶頸工序，能源消耗，物流路徑等。重點(diǎn)：利用實(shí)驗(yàn)管理器進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析難點(diǎn)：運(yùn)用GA工具實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)排程的優(yōu)化681、26綜合實(shí)例操作6.1汽車軸承裝配產(chǎn)線6.2汽車車身生產(chǎn)模型教學(xué)要求：根據(jù)汽車實(shí)際生產(chǎn)過程，進(jìn)行簡化建模，仿真其生產(chǎn)過程重點(diǎn)：合理匹配各個生產(chǎn)對象，建立合理的生產(chǎn)模型難點(diǎn)：生產(chǎn)過程的邏輯控制和SimTalk程序編寫。401、2合計(jì)32162.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)(上機(jī))項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)(上機(jī))內(nèi)容與學(xué)時實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）(上機(jī))項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）(上機(jī))內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）(上機(jī))學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.混流裝配線物料配送設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)(上機(jī))內(nèi)容：混流裝配線物料配送仿真及優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)(上機(jī))要求：學(xué)習(xí)構(gòu)建模型基本框架、制定AGV調(diào)度策略及AGV參數(shù)優(yōu)化41、22.倉儲作業(yè)的設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)(上機(jī))內(nèi)容：倉儲作業(yè)的仿真。實(shí)驗(yàn)(上機(jī))要求：實(shí)現(xiàn)掛車搬運(yùn)仿真及生成裝卸過程。41、23.流水線暫存區(qū)的仿真實(shí)驗(yàn)(上機(jī))內(nèi)容：流水線暫存區(qū)的仿真。實(shí)驗(yàn)(上機(jī))要求：建立生產(chǎn)線模型，設(shè)置全局變量的方法，分析機(jī)器故障率和加工時間對生產(chǎn)的影響。41、24.工藝原則布置仿真建模實(shí)驗(yàn)(上機(jī))內(nèi)容：按生產(chǎn)工藝布置產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)(上機(jī))要求：建立生產(chǎn)線模型，運(yùn)用GA工具優(yōu)化模型41、2合計(jì)1616五、教學(xué)方法及手段本課程采用理實(shí)一體化教學(xué)，以課堂講授為主，結(jié)合上機(jī)演示、討論、案例、線上學(xué)習(xí)資源、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解智能生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真的理論基礎(chǔ)、產(chǎn)線設(shè)計(jì)及建模仿真，使學(xué)生初步具有能夠運(yùn)用仿真軟件，最生產(chǎn)模型進(jìn)行建模、仿真分析的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)把理論與工程實(shí)例聯(lián)系起來，使學(xué)生更深入的理解生產(chǎn)系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，利用軟件進(jìn)行仿真分析的同時加強(qiáng)對基本理論、基本知識的理解運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、實(shí)際動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。六、課程資源1.推薦教材：（1）朱海平，生產(chǎn)物流建模與仿真[M]，清華大學(xué)出版社，2022.10.（2）李軍詳，何建佳，生產(chǎn)物流建模與仿真[M]，清華大學(xué)出版社，2023.2.（3）胡耀華，梁乃明，數(shù)字化工廠仿真，機(jī)械工業(yè)出版社，2021.11.（4）武福，生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真[M]，西安電子科技大學(xué)出版社，2014.8.2.參考書：（1）周金平編，生產(chǎn)系統(tǒng)仿真，電子工業(yè)出版社，2011.（2）王亞超，馬漢武，生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真-WITNESS系統(tǒng)及應(yīng)用，科學(xué)出版社，2019.（3）李世榮，數(shù)字化工廠實(shí)踐指南PlantSimulation系統(tǒng)仿真與建模手冊[M]，機(jī)械工業(yè)出版設(shè)，2021.11.（4）于征磊，數(shù)字化工廠建模與物流仿真[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2023.73.期刊：（1）劉勤明，基于二階段時間延遲的多產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)與維修聯(lián)合優(yōu)化研究[J]，\t"/kns8/defaultresult/_blank"計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2020.4（2）中國管理信息化，吉林科學(xué)技術(shù)出版社（3）自動化學(xué)報，中國自動化學(xué)會;中國科學(xué)院自動化所（4）\t"/zn/Detail/index/SJES_03/_blank"T.Schr?der，Strategicplanningofamulti-productwood-biorefineryproductionsystem，JournalofCleanerProduction，2019.124.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）仿真科技論壇，/（2）我要自學(xué)網(wǎng)，/（3）中國工控網(wǎng)，/七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)12過程性考核課后作業(yè)20%（1）根據(jù)課后布置作業(yè)進(jìn)行考核，每次作業(yè)滿分100分。（2）取四次作業(yè)成績的平均分，以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。√√713實(shí)驗(yàn)15%（1）根據(jù)每個實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報告質(zhì)量單獨(dú)評分，滿分100分，取各次實(shí)驗(yàn)成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（2）以實(shí)驗(yàn)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭?8小組討論15%（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和討論話題的參與程度，滿分100分；（2）以小組討論的成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭?8期末考試50%（1）采用機(jī)試，卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。（2）主要考核生產(chǎn)系統(tǒng)基本知識、物料流對象的基本參數(shù)、產(chǎn)線設(shè)計(jì)、流程控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及編程等內(nèi)容。（3）考試題型為：單選題、填空題、模型設(shè)計(jì)題、編程題等?！獭?525合計(jì)：100分4654八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、小組討論、期末考試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價。考核基本要求：考核總成績由期末試卷成績和過程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重50%），試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、小組討論等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重50%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課后作業(yè)40作業(yè)內(nèi)容詳細(xì)，描述清楚，按時按量提交，準(zhǔn)確率大于90%。作業(yè)內(nèi)容詳細(xì)，描述清楚，按時按量提交，準(zhǔn)確率大于80%作業(yè)內(nèi)容比較詳細(xì)，描述比較清楚，按時按量提交，準(zhǔn)確率大于70%作業(yè)內(nèi)容不夠詳細(xì)，描述不夠清楚，按時按量提交，準(zhǔn)確率大于60%。作業(yè)內(nèi)容不夠詳細(xì)，描述不夠清楚，未按時按量提交，準(zhǔn)確率大于60%。小組討論30積極組織小組成員討論，并能夠總結(jié)出討論結(jié)果，且結(jié)果正確，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性及思維的活躍程度較好的參與小組討論，討論結(jié)果基本正確，上課思維較活躍，學(xué)習(xí)積極性較高。參與討論程度一般，討論結(jié)果基本正確，思維活躍程度一般。在小組討論中，沒有積極參與，討論結(jié)果不夠全面或不完全正確。基本不參與小組討論，學(xué)習(xí)缺乏積極性。實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳實(shí)