基于Flexsim的翻轉起模機仿真實現方法研究*

郝慧慧，馬 濤，班永華，趙 富，賈樂躍

(特種車輛及其傳動系統智能制造國家重點實驗室，內蒙古 包頭 014032)

翻轉起模機是一種適用于樹脂砂或其他硬砂造型線中的關鍵設備之一，其作用是把模樣與砂型分離[1]，完成鑄型的翻轉與起模。其工作原理科學，整機運行平穩，起模周期連續可調，便于整條鑄造生產線的同步調整，廣泛用于鑄造行業。

翻轉起模機是某工廠鑄造生產線主要鑄造設備之一，而生產線仿真軟件Flexsim中，沒有直接實現鑄造設備動作方式的方法，需要通過建模人員借助軟件中的實體和代碼編寫來實現仿真。Flexsim軟件是離散事件系統仿真軟件[2-3]，就系統中的典型問題進行分析、建模、仿真和優化，實現資源配置的最優化。國內外學者對翻轉起模機的控制系統等開展了大量的研究工作，但沒有針對翻轉起模機在仿真建模的實現方法方面的研究。本文重點應用Flexsim軟件對翻轉起模機仿真建模的實現方法進行研究，為鑄造生產系統的仿真工作提供參考依據。

1 Flexsim軟件介紹

Flexsim系統仿真軟件是美國Flexsim Software Products公司基于OpenGL技術開發的一款通用離散事件系統仿真軟件，它集計算機三維圖像處理技術、仿真技術、人工智能技術和數據處理技術于一體[4-6]，能為用戶提供原始數據擬合、輸入建模、圖形化模型構建、虛擬現實顯示、仿真結果優化和三維動畫影像文件生成等功能，并提供了與其他工具軟件的接口[7-8]。應用Flexsim系統仿真軟件，用戶能根據需求用C++/FlexScript語言創建和修改對象，實現各類設備或系統的仿真分析。本文所使用的計算機硬件設施為惠普Z800工作站，能滿足Flexsim軟件的運行要求。

2 翻轉起模機的動作分析

該鑄造生產線翻轉起模機主要由機座、上輥道、下輥道、框架、液壓系統和電控柜等組成。其動作流程是：底板⑴進入→翻轉起模機反轉180°，砂型+模底板①進入→夾緊模底板①，上下輥道夾緊→翻轉起模機正轉180°→起模，上下輥道松開回位→砂型+底板⑴送出，底板⑵進入→翻轉起模機反轉180°，模底板①送出→砂型+模底板②進入。動作流程示意圖如圖1所示，動作時序圖如圖2所示。

圖1翻轉起模機動作流程示意圖

從仿真角度出發，翻轉起模機的動作實質是將砂型的托盤由模底板變為底板，底板托著砂型進入修型扎氣眼、烘干等工序，替換下的模底板返回至清理工位。

3 仿真模型的建立

3.1 模型的實體設置

根據鑄造生產線流程，在Flexsim界面窗口中添加對應實體，并將實體進行A或S連接，使實體構成實際的生產線布局。其中，由處理器代表翻轉起模機，傳送帶代表輥道輸送機，任務執行器代表輥

道轉運車。利用處理器General選項卡中的Visuals/Animations功能創建翻轉起模機的其他運動部件，其中，處理器相當于翻轉起模機的基座，在基座下添加翻轉起模機框架“fzjg”，框架子節點下添加下輥道“xiagundao”和上輥道“shgundao”，實現翻轉起模機整體模型的建立，創建的仿真模型如圖3所示。依照動作時序圖借助軟件動畫編輯器為翻轉起模機添加動畫，分別為“rotate-180”“rotate180”“travel”(見圖4)，3個動畫分別代表翻轉起模機反轉180°、正轉180°及上下輥道移動。

圖3 翻轉起模機仿真模型

圖4 翻轉起模機Animation and Components界面

3.2 模型的參數及代碼設置

根據鑄造生產線中各環節生產數據設置實體參數，其中設置處理器(起模機)容量為3，同一時間處理器中最多能有3個item，包括砂型、模底板和底板。根據不同的itemtype設置加工時間和輸出端口號，如果是砂型+底板，則輸出到后續的修型扎氣眼工位；如果是模底板，則輸出至模底板清理工位。

在處理器(起模機)OnEntry觸發器中編輯如下代碼：

treenode xiagundao = node("……,model); //引用下輥道

treenode shgundao = node("……",model); //引用上輥道

if(getitemtype(item)==2) //判斷item是否是底板

{ moveobject(item,xiagundao); //將砂型移動至下輥道

……

startanimation(current,"rotate-180");

senddelayedmessage(current,23,current,1,0,0); }

if(getitemtype(item)==1) //判斷item是否是砂型+模底板

{ settablenum("modelcnt",1,1,1); //表示起模機處于工作狀態(此時模底板上料工位不能再輸入新的模底板)

moveobject(item,shgundao); //將砂型移動至上輥道

……

senddelayedmessage(current,0,current,2,1,0); }

在處理器(起模機)OnMessage觸發器中編輯如下代碼：

treenode tuoban = node("……",model); //引用下輥道上的底板

treenode shaxing = node("……",model); //引用砂型

if(msgparam(1)==1)

stopanimation(current,"rotate-180");

if(msgparam(1)==2)

{

if(msgparam(2)==1)

{ startanimation(current,"rotate180");

senddelayedmessage(current,71,current,2,0,0); }

else

{ stopanimation(current,"rotate180");

moveobject(shaxing,tuoban); //將砂型移動至底板上

……

startanimation(current,"travel");

senddelayedmessage(current,20,current,3,0,0); }

}

if(msgparam(1)==3)

stopanimation(current,"travel");

將處理器(起模機)前端的傳送帶(輥道5)的拉入策略設置為循環模式，先拉入底板，然后拉入砂型+模底板，并依次循環，其他仿真邏輯可在適當的時間點、合適的位置通過開閉端口命令實現。

3.3 模型的運行

通過運行模型發現，采用上述方法可以達到預期仿真效果(見圖5～圖7)，可在滿足實際鑄造生產線仿真要求的情況下，使仿真效果更逼真。

圖5 砂型+模底板進入

圖6 砂型+底板送出

圖7 模底板送出，新底板送入

4 結語

本文針對某鑄造生產線仿真項目中的翻轉起模機設備進行研究，探討了翻轉起模機仿真實現方法，運用實體動畫編輯器和邏輯代碼二次開發了翻轉起模機，實現了翻轉起模機的仿真，仿真效果逼真，為保證整個生產線仿真項目的準確度起到關鍵作用，同時可為其他仿真工作者提供參考。