数字化工厂实践指南 plant simulation系统仿真与建模手册 基础卷 人工智能

系统仿真技术的发端可追溯至古代战争时期的沙盘模拟。事实上，系统仿真是一种全息的计算技术，它可根据所研究的问题，通过不同的建模方式，将一个复杂而庞大的系统进行推演计算，以便进行科学的预测分析。过去由于技术以及建模方法的局限性，系统仿真的成本非常高昂，仅限于应用在军事战争与国家战略的预测、现代武器测试等领域。经过多年的理论研究与实践应用，系统仿真技术已经日趋成熟。近年来随着计算机技术的不断发展，依靠计算机计算能力的系统仿真技术越来越强大，现已广泛应用于制造、交通、通信、金融、医疗等领域。很多大的工业软件厂商，如西门子工业软件、达索系统等公司，已经开发出了专业的软件包用于系统仿真分析，来自西门子工业软件体系的离散系统仿真软件Plant Simulation就是其中之一。
《数字化工厂实践指南——Plant Simulation系统仿真与建模手册》（以下简称手册）基于英文版Plant Simulation仿真软件的版本和Simtalk20的编程范式，按照由线入深、对问题加以分类的原则进行编写，包括基础卷、仿真分析与优化卷两册共17章。手册内容力求使问题简单化，不涉及过于复杂的工程项目问题，既保证了知识体系的有机结合，又有各章相对独立的特点，读者可以根据需要独立阅读相关章节。手册旨在指导读者利用仿真系统中的各种元素来解决建模过程中的诸多问题，通过学习，初学者可以理解Plant Simulation的建模方法，有经验的人员，特别是有一定编程经验的人员，可提高建模与编程能力。
本书为基础卷，共8章。第1章主要介绍了仿真的应用领域、进行仿真的原因、仿真能解决的问题、仿真的一些概念与定义、仿真项目的开展步骤，以及仿真系统的基本建模方法等。第2 章详述了Plant Simulation中内置编程语言Simtalk的特点及应用方法。建议希望熟练掌握Plant Simulation，以及有使用仿真编程语言经验但尚不熟练的读者认真阅读本章，并反复练习其中的范例。
从第3章开始，通过对问题进行分类，有针对性地讲解了软件系统中建模元素对象的应用。第3章基于生产流程建模，介绍了一些物流元素对象在建模中的应用方法。第4章主要介绍了仿真建模中的信息流控制问题，包括仿真中各种表格信息元素的应用方法，触发器、生成器、事件控制器、属性管理器的行为特征等。
第5章详细介绍了交通运输流程建模与仿真，包括各种物流输送对象元素的仿真建模应用、主动移动对象MU对象的应用、龙门起重机库的一些应用方法，以及AGV池和Marker对象的应用方法等。
第6章主要介绍物流作业过程中机器人作业行为的建模，以及如何利用系统提供的相关对象元素准确地对各种不同的机器人进行建模。
第7章讲解了仓储物流系统的建模以及供应链问题建模仿真，包括生产缓存问题、任务排队问题、仓储作业行为、重型设备龙门起重机作业行为，并且涵盖了相同库对象在Plant Simulation不同版本中的不同用法。对V12版本之前的一些库应用，也采用了Simtalk10的编程格式。
第8章详述了生产过程中人员作业的仿真与分析，通过学习本章的仿真范例，读者可以更好地理解如何针对生产过程中的人员作业绩效问题进行仿真分析。感兴趣的读者还可以借鉴系统动力学仿真中基于智能体建模的ABM方法思考人的社会学行为仿真问题。
本书可以为希望系统地掌握Plant Simulation仿真软件的读者提供快速有效的帮助，也可以作为高等院校相关专业学生学习Plant Simulation的教程。当学习完本书后，读者可以继续学习手册的仿真分析与优化卷，以了解仿真过程中数据分析、可视化等高级内容。另外，建议使用中文版的读者可以尝试英文版的软件系统，以便更准确地理解软件系统的各个功能。
感谢西门子工业软件数字化制造业务高级总裁戚峰、高级技术专家汪锐先生，西门子工业软件教育市场高级经理王玲女士，西门子工业软件MES、MOM解决方案售前总监吕平先生，西门子工业软件渠道高级经理王奇岭先生，以及我同行业的专家朋友们在本书编写过程中给予的大力支持与鼓励。特别感谢汪锐先生在百忙之中对手册进行了全面细致的审校，并给出了详尽的修改意见。
数字化工厂实践指南——Plant Simulation系统仿真与建模手册前言在本书的编写过程中，编著者从始至终都得到了家人的鼓励与支持，在此感谢他们的支持与相伴。
后，编著者想强调，系统仿真是一门综合性学科，融合了工程数学、软件工程、概率统计、运筹学、工业工程、数据分析等领域的专业知识，因此从事系统仿真是一项具有挑战和高价值的工作。仿真在制造、服务等领域扮演着越来越重要的作用，理解仿真，用好仿真，让仿真发挥出其应有的科学决策作用也是从业人员应尽的一份职责，期盼能够早日让中国制造走向中国创造。
囿于编著者的经验以及学识，书中难免存在不足与错漏，诚挚地欢迎读者批评指正。

李世荣

《数字化工厂实践指南——Plant Simulation系统仿真与建模手册》包含基础卷、仿真分析与优化卷两册。本书为基础卷，介绍了系统仿真基础、仿真编程语言Simtalk、生产流程建模、信息流与信息控制、交通运输流程建模与仿真、机器人与物流搬运设备仿真、仓储物流与采购供应链建模仿真、人员作业仿真与分析等Plant Simulation仿真建模的基础知识，阐述了如何开展仿真项目，并应用仿真软件提供的各种元素对象对不同的生产系统进行了建模。
本书适合制造企业从事生产系统仿真的人员使用，也可作为高等院校智能制造、工业工程、物流工程等专业的高年级本科生与研究生进行系统仿真的参考用书。

序
前言
第1章系统仿真基础1
11仿真的应用1
12仿真涉及的概念和定义2
13仿真项目的步骤3
14仿真软件Plant Simulation简介6
15Plant Simulation软件平台的可用资源8
16开始仿真建模10
17建模12
第2章仿真编程语言Simtalk15
21程序对象Method15
22在程序对象中编写程序17
23Simtalk编程语言20
24变量与数据类型23
25运算符28
26程序控制分支31
27条件区分(Case Differentiation)32
28循环(Loop)33
29程序函数34
210中断执行程序48
211代码测试与优化50
212层次化建模57
213用动态方法生成模型60
214对话框(Dialog)66
第3章生产流程建模82
31物流库元素82
32物流元素对象属性的设置与修改94
33可移动对象（MU）103
34源(Source)对象与回收器(Drain)对象108
35顺序加工生产流程115
36并行生产结构120
37装配流程125
38分拆流程130
39生产中的废料与返工生产流程137
第4章信息流与信息控制142
41列表对象142
42一维表格144
43二维表格（TableFile/DataTable）146
44时间序列表（TimeSequence）153
45触发器对象（Trigger）156
46生成器对象（Generator）163
47属性管理器对象（AttributeExplorer）查看属性管理器中可管理的属性165
48事件管理器对象（EventController）167
第5章交通运输流程建模与仿真172
51输送线对象(Conveyor/Line)172
52角度转向器对象(AngularConverter)与旋转台对象(Turntable)176
53回转盘对象(TurnPlate)179
54移载机对象(Converter)181
55轨道对象(Track)184
56长度类型对象上的传感器(Sensor)186
57车辆对象(Transporter)191
58机车对象（Tractor）224
59车辆对象的电源管理230
510复杂设备的建模——龙门起重机库的应用234
511AGV池与Marker的应用244
第6章机器人与物流搬运设备仿真250
61机器人对象(PickAnd Place)250
62机器人作业仿真254
63利用车辆与轨道对象进行机器人搬运物料建模266
64锁闭区（LockoutZone）290
65龙门式机器人建模292
第7章仓储物流与采购供应链建模仿真297
71缓存对象297
72排序管理器（Sorter）298
73存储对象与仓储过程302
74采购供应链和仓储系统建模327
75存储起重机对象(V11版本)364
第8章人员作业仿真与分析394
81Exporter、Importer和Broker对象394
82工人对象395
83工人工效的数据统计403
84人工作业过程仿真实践案例403
85用小车对象和轨道对象模拟工人的作业行为430
附录439
附录ASimtalk 20439
附录B专业术语中英文对照440
参考文献442

《数字化工厂实践指南——Plant Simulation系统仿真与建模手册》包含基础卷、仿真分析与优化卷两册。本书为基础卷，介绍了系统仿真基础、仿真编程语言Simtalk、生产流程建模、信息流与信息控制、交通运输流程建模与仿真、机器人与物流搬运设备仿真、仓储物流与采购供应链建模仿真、人员作业仿真与分析等Plant Simulation仿真建模的基础知识，阐述了如何开展仿真项目，并应用仿真软件提供的各种元素对象对不同的生产系统进行了建模。
本书适合制造企业从事生产系统仿真的人员使用，也可作为高等院校智能制造、工业工程、物流工程等专业的高年级本科生与研究生进行系统仿真的参考用书。