第1章 Process Simulate循环仿真 在Process Simulate软件中提供了两种可以加载制造工艺过程仿真研究文件的模式。 1.“标准模式” ：基于时间的仿真模式。将定义好的操作序列从开始到结束进行 仿真模拟，通过标准模式只能仿真模拟一个生产周期。 2.“生产线仿真模式” ：基于事件的循环仿真模式。生产线仿真模式可以基于事 件和触发器来仿真模拟多个动态生产周期，而不是预定义的序列。 在生产线仿真模式下，Process Simulate中的操作（除复合操作之外）都会自动生成 Operation_end信号。当仿真过程中需要评估执行哪些操作时，这些信号会被用作默认转 换条件。当运行模拟仿真时，每次某个操作执行结束时，这个特定的运算操作结束信号 被设置为true，信号持续1个计算周期（即时间间隔），然后重置为false，如图1-1所示。 每次执行操作时，都会重复此操作。 图1-1 1.1 创建操作序列的循环仿真 要实现操作序列的循环仿真，需要进入“生产线仿真模式”中完成创建。在这个过 程中，需要创建循环仿真结构，并创建需要的“信号”“过渡条件”“信号事件”等要素， 从而实现整个操作序列的循环仿真。具体操作步骤如下。 01 单击“打开研究”按钮，如图1-2所示，在弹出的“打开”对话框中，选择“Session 1-Cyclic Simulation”文件夹中的“S01-E01.psz”研究文件，然后单击对话框中的“打开” 按钮，如图1-3所示。系统将以标准模式打开该研究文件，如图1-4所示。 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 2 图1-2 图1-3 图1-4 第1章 Process Simulate循环仿真 3 02 右击“操作树”查看器中的“STATION”操作，如图1-5所示，在弹出的快捷 菜单中选择“设置当前操作”选项，如图1-6所示。在“序列编辑器”查看器中，可以 看到已将“STATION”操作设为当前操作，如图1-7所示。在“序列编辑器”查看器中， 单击“正向播放仿真”按钮 ，运行该操作仿真。 图1-5 图1-6 图1-7 03 可以看到仿真模拟根据“序列编辑器”中定义的操作序列只运行了一个周期， 这是基于时间的仿真的标准行为。接下来实现操作序列多周期的循环仿真。 04 单击“主页”菜单下的“生产线仿真模式”按钮（图1-8），在弹出的“切换研 究模式”对话框中单击“否”按钮（图1-9），并在弹出的警告对话框中单击“关闭” 按钮（图1-10），关闭该警告对话框。 图1-8 图1-9 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 图1-10 05 此时已将操作序列切换到了“生产线仿真模式”，在“操作树”查看器中有了 一个“LineOperation”根节点（图1-11）。 图1-11 06 将“LineOperation”设置为当前操作，并在序列编辑器中播放仿真。可以看到， 此时仿真的运动动作不受控制。原因就是基于事件的仿真行为与基于时间的仿真是不 同的。 07 接下来讲解生产线仿真模式是如何工作运行的。在“主页”菜单下，执行“查看器” （图1-12）→“信号查看器”命令（图1-13），打开“信号查看器”面板（图1-14）。 图1-12 图1-13 图1-14 08 在“信号查看器”左边的“信号名称”栏中，可以看到各种操作的“结束信号”， 目前也是唯一的信号。当Process Simulate的每一个操作被创建时，该信号会被自动生成。 “结束信号”为布尔信号，并且具有简单的行为：当操作结束时，其结束信号从false（0） 变为ture（1），持续1个时间间隔，然后变回false，从而有效发出1个短的true脉冲。 09 单击“序列编辑器”查看器中的“定制列”按钮 ，如图1-15所示。在弹出的“定 制列”对话框中的“可用字段”列表中，依次选择“过渡”“正在运行”选项，并通过 单击 按钮，将“过渡”“正在运行”选项放入右边“按以下顺序显示字段”列表中， 单击“确定”按钮，如图1-16所示，退出“定制列”对话框。可以看到“序列编辑器” 查看器中新增了“过渡”“正在运行”列，如图1-17所示。 图1-15 图1-16 图1-17 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 10“过渡”列包含了链接的操作之间指定的转换条件。与“标准模式”不同，在“生 产线仿真模式”中，一个操作会在其前一个操作任务执行完成的情况下被执行，并且， 还要满足操作间指定的转换条件。如果我们要检查操作间的过渡条件，可以双击“序列 编辑器”查看器中“过渡”栏下面的 按钮。 例如，检查开始进行“LIFT_DRIVE_UP”操作的过渡条件，首先双击“R1 LOAD PART”操作右边“过渡”栏中的 按钮，如图1-18所示，弹出“过渡编辑器”对话框， 如图1-19所示，单击“过渡编辑器”对话框中的“编辑条件”按钮，在弹出的对话框中 可以看到“LIFT_DRIVE_UP”操作执行的过渡条件是"R1 LOAD PART_end"（图1-20）， 这表示每当"R1 LOAD PART_end"信号被设置为true，“LIFT_DRIVE_UP”操作就将 会启动。 图1-18 图1-19 图1-20 11 接下来检查仿真是如何运行的。 通常情况下，在“序列编辑器”查看器中单击“正向播放仿真”按钮 后如图1-21 所示，仿真将立即运行。在本例中，“LIFT_DRIVE_DOWN”操作开始运行。 D:\作者投稿\《西门子数字化制造工艺流程仿真-Process Simulate 基础应用》书稿\2022《西门子数字化制造工艺过程仿真-Process Simulate基于事件的循环仿真应用》书稿\书稿改图\图 1-21.PNG 图1-21 12 在“序列编辑器”查看器中，单击“正向播放仿真”按钮 ，然后立刻单击“暂 停仿真”按钮 ，可以看到“LIFT_DRIVE_DOWN”操作在运行并在右侧“正在运 行”列中显示了一个运行图标 （图1-22）。在仿真运行过程中，每次“LIFT_DRIVE_ DOWN”操作结束时，“LIFT_DRIVE_DOWN _end”信号就在一个时间间隔内变为 true，并立即再次开始启动操作。此循环行为直到仿真停止，并且与仿真运行时的所有 操作相关。 图1-22 13 在“序列编辑器”查看器中，再次单击“正向播放仿真”按钮 ，如图1-23所示， 让仿真运行一段时间。此时观察升降装置，可以看到该装置向下移动到底部位置，然后 再次回到顶部，接着开始又一次向下移动，如此循环往复。这是因为“LIFT_DRIVE_ DOWN”是序列中的第一个操作，其会运行直到完成，然后再次设置“LIFT_DRIVE_ DOWN_end”信号为true，并且重新启动运行。 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 图1-23 14 如果希望以循环仿真的方式运行整个操作，以便每个循环在前一个循环结束时 开始，操作步骤如下。 在“LIFT_DRIVE_DOWN”之前建立一个新的操作，以控制整个序列操作执行的开 始。使用“非仿真操作”类型的操作（这样的操作在仿真过程中不执行任何实际操作） 来完成此设定。操作步骤如下。 （1）在“操作树”查看器中，将“STATION”操作设置为当前操作。 （2）在“操作”菜单下，执行“新建操作”（图1-24）→“新建非仿真操作”命令 （图1-25），在弹出的“新建非仿真操作”对话框中输入操作名称INITIALIZATION，持 续时间为默认值0，如图1-26所示。 图1-24 图1-25 图1-26 （3）在“序列编辑器”查看器中，将新建的“INITIALIZATION”操作拖曳到“LIFT_ DRIVE_DOWN”操作之前，如图1-27所示；此时，新创建的“INITIALIZATION”操 作成为序列中的第一个操作，如图1-28所示。 图1-27 图1-28 （4）再单击“链接”按钮，将新创建的“INITIALIZATION”操作关联到“LIFT_ DRIVE_DOWN”操作，如图1-29所示，结果如图1-30所示。相关操作方法在《西门子 数字化制造工艺过程仿真—Process Simulate基础应用》一书中有详细描述，本书不再 赘述。 图1-29 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 图1-30 （5）为了控制整个操作序列的执行，将创建一个信号。在“信号查看器”面板中， 单击“新建信号”按钮 ，如图1-31所示，在弹出的“新建”信号对话框中，选择信 号类型为“显示信号”，名称为FIRST，单击“确定”按钮退出对话框（图1-32）。在“信 号查看器”面板中，可以看到新增加了一个FIRST信号，如图1-33所示。 图1-31 图1-32 图1-33 （6）在“序列编辑器”查看器中，双击“INITIALIZATION”操作右边“过渡”列 中的 按钮，如图1-34所示，在弹出的如图1-35所示的“过渡编辑器”对话框中单击“编 辑条件”按钮，在弹出的如图1-36所示的对话框中将默认的信号INITIALIZATION_end 改为NOT FIRST。单击两次“确定”按钮，退回Process Simulate软件应用界面。 图1-34 图1-35 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 图1-36 （7）在“序列编辑器”查看器中，右击“LIFT_DRIVE_DOWN”操作（图1-37）， 在弹出的快捷菜单中选择“信号事件”选项（图1-38），弹出“信号事件”对话框，在“要 生成/连接的对象”栏中选择“first”信号，并将信号设为true，在“开始时”栏中 选择“任务开始后”选项（图1-39），单击“确定”按钮，退出对话框，结果如图1-40 所示。 图1-37 图1-38 图1-39 图1-40 （8）在“序列编辑器”查看器中单击“正向播放仿真”按钮 ，让仿真运行。 可以看到还是一个单循环的完整操作，出现这种情况的原因是“INITIALIZATION” 操作位于序列之首，会一直被执行，因为在它前面没有过渡条件，所以会立即开始， 立即完成（持续时间=0）。“INITIALIZATION”操作到“LIFT_DRIVE_DOWN”操 作的过渡条件被改为NOT FIRST，值设为true（即NOT FIRST = true，那么FIRST = false）。当“INITIALIZATION”操作完成后，立刻会有两个事情发生：“LIFT_ DRIVE_DOWN”操作开始，并通过使用“信号事件”将FIRST信号设置为true。 “INITIALIZATION”操作再次启动之后，当操作完成时，过渡条件被评估为false（NOT true = false），这意味着在第一个循环之后直到新的仿真开始（因为NOT true是恒定的 false），将不再继续执行“LIFT_DRIVE_DOWN”操作。 （9）为了实现不断循环的仿真操作，更改从“INITIALIZATION”操作到“LIFT_ DRIVE_DOWN”操作的过渡条件，以便在序列的最后一个操作“R1 REMOVE PART” 结束时，其过渡条件值依然为true。 （10）在“序列编辑器”查看器中，双击“INITIALIZATION”操作右边“过渡” 列中的 按钮，在弹出的“过渡编辑器”对话框中单击“编辑条件”按钮，在弹出的对 话框中将信号NOT FIRST改为NOT FIRST OR "R1 REMOVE PART_end"（图1-41）。 单击两次“确定”按钮，退回Process Simulate软件应用界面。 图1-41 （11）将“Line Operation”设置为当前操作，并在序列编辑器中播放仿真。可以看 到仿真会一直持续循环进行，直到停止仿真。 （12）停止仿真，在“文件”菜单下，执行“断开研究”→“另存为”命令，如图1-42 所示，弹出“另存为”对话框，输入另存为文件名：S01-E01_OK，如图1-43所示，单击“保 存”按钮。 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 图1-42 图1-43 1.2 创建操作间过渡条件 “过渡条件”就是链接的操作之间指定的转换条件。与“标准模式”不同，在“生 产线仿真模式”中，一个操作要被执行，除了其前一个链接操作任务已执行完成外，还 要满足操作间指定的转换条件，即“过渡条件”，否则操作也不能正常运行。下面通过 创建或者编辑操作间的“过渡条件”，进一步理解“过渡条件”在仿真过程中带来的影响。 01 单击“以生产线仿真模式打开研究”按钮，弹出“打开”对话框，选择“S01-E01_ OK.psz”研究文件（图1-44），然后单击“打开”按钮。系统将以生产线仿真模式打开 该研究文件。 图1-44 02 在“序列编辑器”查看器中，单击“正向播放仿真”按钮 ，如图1-45所示， 运行仿真。可以看到操作仿真将会无限循环运行，直到被停止。 图1-45 03 为了更好地理解“过渡条件”，将“R2 WELD”和“R3 WELD”之间的过渡链 接移除。在“序列编辑器”查看器中，选择“R2 WELD”和“R3 WELD”操作，然后 单击“断开链接”按钮 （图1-46），结果如图1-47所示。 图1-46 图1-47 04 在“序列编辑器”查看器中，再次单击“正向播放仿真”按钮 ，运行仿真。 可以看到操作仿真并没有受到影响，依然是无限循环运行直到被停止。原因就是各操作 间的过渡条件并没有出现冲突或者无法满足的问题。接下来，对操作的过渡条件做一些 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 编辑修改，看看对仿真结果会带来什么影响并找出问题的原因加以解决。 05 在“序列编辑器”查看器中，双击“WELDING”操作右边“过渡”列中的 按钮（图1-48），在弹出的“过渡编辑器”对话框中（图1-49）单击“编辑条件”按钮， 在弹出的对话框中，将信号改为"R2 WELD_end" AND "R3 WELD_end"（图1-50）。单 击两次“确定”按钮，退回Process Simulate软件应用界面。 "R2 WELD_end" AND "R3 WELD_end"完成信号是“R1 REMOVE PART”操作开 始的过渡条件。 图1-48 图1-49 图1-50 06 在“序列编辑器”查看器中，再次单击“正向播放仿真”按钮 ，运行仿真。 可以看到操作仿真在“R2 WELD”和“R3 WELD”操作完成焊接后停止了。下面分析 一下原因。 （1）从“WELDING”复合操作到下一个操作“R1 REMOVE PART”的过渡条 注意 件是两个焊接操作“R2 WELD”和“R3 WELD”过渡条件的组合，即“R2 WELD_ end”和“R3 WELD_end”。也就是“R1 REMOVE PART”操作要开始执行，需要“R2 WELD_end”和“R3 WELD_end”同时发出true的脉冲信号才可以。 （2）接下来分别查看“R2 WELD”和“R3 WELD”操作的工作时间。在“操作树” 查看器中，右击“R2 WELD”操作，在弹出的快捷菜单中，选择“操作属性”选项 （图1-51）；在弹出的属性对话框中，单击“时间”折页项，可以看到"R2 WELD"操 作的工作时间为19.93秒（图1-52）。同理，可以看到“R3 WELD”操作的工作时间为 19.65秒（图1-53）。 图1-51 图1-52 图1-53 （3）“R2 WELD”和“R3 WELD”操作工作时间不同，也就意味着这两个操作 永远不会同时结束，因此也就不能在同一时刻发出“R2 WELD_end”和“R3 WELD_ end”为true的脉冲信号。其结果就是“R2 WELD”和“R3 WELD”过渡条件永远不成立， 西门子数字化制造工艺过程仿真 —Process Simulate基于事件的循环仿真应用 因此造成“R1 REMOVE PART”操作无法启动。 07“R1 REMOVE PART”操作不运行的原因找到了，现在来解决这个问题。已经 知道“R2 WELD”操作的工作时间比“R3 WELD”操作的工作时间长，因此指定“R1 REMOVE PART”操作的过渡条件时，只考虑工作时间较长的“R2 WELD”操作结束的 脉冲信号。 在“序列编辑器”查看器中，双击“WELDING”操作右边“过渡”列中的 按 钮（图1-54），在弹出的“过渡编辑器”对话框中（图1-55），单击对话框中的“编辑 条件”按钮，在弹出的对话框中，将信号改为：”R2 WELD_end”（图1-56）。单击两 次“确定”按钮，退回Process Simulate软件应用界面。 图1-54 图1-55 图1-56 08 在“序列编辑器”查看器中，单击“正向播放仿真”按钮 ，运行仿真，验证 所做的更改。可以看到整个操作又恢复到循环仿真的状态运行。 09 将完成的研究文件另外保存。 注意，如果问题依然没有解决，还可以进一步查找原因，步骤如下。 注意 （1）在“序列编辑器”查看器中，单击“正向播放仿真”按钮 ，然后立刻单击“暂 停仿真”按钮 。然后在“操作树”查看器中，右击“R1 REMOVE PART”操作，在 弹出的快捷菜单中选择“操作开始条件”选项（图1-57），弹出“操作开始条件”对话框， 可以看到“R1 REMOVE PART”操作的开始条件是"R2 TDR_end" AND "R2 WELD_ end"（图1-58）。多了一个“R2 TDR_end”过渡条件，接下来把此过渡条件删除。 图1-57 图1-58 （2）在“序列编辑器”查看器中，双击“R2 TDR”操作右边“过渡”列中的 按钮（图1-59），弹出“过渡编辑器”对话框，单击“编辑条件”按钮，在弹出的对话 框中，将信号“R2 TDR_end”删除（图1-60）。单击两次“确定”按钮，退回Process Simulate软件应用界面。 图1-59 图1-60 （3）在“序列编辑器”查看器中，单击“正向播放仿真”按钮 ，运行仿真，验 证所做的更改，可以看到问题已经解决。