机械制造装备设计第6章物流系统设计课件.pptx

第六章 物流系统设计,第一节 概述,第二节 机床上下料装置设计,第三节 机床间工件传送装置的设计,第四节 自动化仓库设计,第五节 工厂物流系统的总体设计,6.1 概述,一、 物流系统设计的意义,二、现代物流系统的特点、基本构成 及功能,三、物流系统设计应满足的要求,6.1.1 物流系统设计的意义,物流：从原材料和毛坯进厂，经过储存、加工、装配、检验、包装，直至成品和废料出厂，在仓库、车间、工序之间流转、移动和储存的全部过程。向生产组织和管理要效益：合理进行物流系统的设计可以在不增加或少增加投资的条件下，取得明显的技术经济效益。,现代物流，供应链阶段 现代物流是在传统物流的基础上，运用先进的计算机电子技术和先进的网络信息技术，以及诸如供应链管理等先进的管理方法，综合组织物流中的各环节，把制造、运输和销售等环节统一起来管理，使物流资源得到最有效的利用，以平衡物流的服务优势和服务成本，以期使用户得到最大的满足。现代物流发展历程如图1-1所示。,6.1.1 物流系统设计的意义,物流的发展与定义（续）,物流的发展与定义,2001年8月1日，国家标准物流术语正式实施。在国家标准物流术语中，物流(Logistics)被定义为“物品从供应地向接收地的实体流动过程，并根据实际需要，将运输、储存、装卸、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能实施有机结合。”,机械制造系统的物流系统及其功用这里的物流是指物料的流动过程。物流按其物料性质不同分为，工件流、刀具流和配套流三种。工件流分为原材料、半成品、成品构成；刀具流由刀具、夹具构成；配套流主要由托盘、辅料装置、备件等构成。物流的功能主要是存储、输送、装卸、管理等功能。（1）存储功能在制造系统中，有许多工件处于等待状态，即不处在加工和处理状态，这些工件需要存储和缓存。,（2）输送功能完成上件在各工位之间的传输，满足工件加工工艺过程和处理顺序的要求。（3）装卸功能实现加工设备及辅助设备上下料的白动化，以提高劳动生产率。（4）管理功能物料在输送过程中足不断变化的，因此需对物料进行有效的识别和管理。,物流系统的组成及分类 物流供输系统的组成及分类如图所示。(1)单机自动供料装置 完成单机自动上下料任务，由储料器、隔料器、上料器、输料槽、定向定位装置等组成。,(2)自动线输送系统 完成自动线上物料输送任务，由各种连续输送机、通用悬挂小车、有轨导向小车及随行夹具返回装置等组成。(3)FMS物流系统 完成FMS物料的传输，由自动导向小车、积放式悬挂小车、积放式有轨导向小车、搬运机器人、自动化仓库等组成。物流系统应满足的要求（1）应实现可靠、无损伤和快速地物料流动；（2)应具有一定的柔性，即灵活性、可变性和可重组性；（3)实现“零库存”生产目标；（4）采用有效的计算机管理，提高物流系统的效率，减少建设投资。,6.1.2 现代物流系统的特点、基本构成及功能,（一）现代物流系统的主要特点 物流系统担任运输、储存、装卸物料等任务。 （1）采用现代化的物流装备 （2）计算机管理 （3）系统化与集成化（二）现代物流系统的基本构成 （1）管理层有较高的智能 （2）控制层有较好的实时性 （3）执行层有较高的可靠性,6.1.2 现代物流系统的特点、基本构成及功能,（三）现代物流系统的功能 （1）原材料和毛坯、外购件、在制品、产品、工 艺装备的储存及搬运存放有序，存取容易， 自动化 ； （2）设备的上下料自动化； （3）工序间在制品储存有序、合理 ； （4）工位间工件搬运及时、迅速 ； （5）物流装置调度、控制可变化、可优化 ； （6）物流监测、判别反应敏捷。,6.1.3 物流系统设计应满足的要求,（一）应可靠地、无损伤地、快速实现物料流动；（二）具有一定的柔性； （三）尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动路线；（四）尽量减少在制品积压；（五）合理的物料（毛坯、在制品、产品）储存量。,6.2 机床上下料装置设计,一、机床上下料装置的设计原则,二、料仓式上料装置,三、料斗式上料装置,四、上下料机械手,6.2.1 机床上下料的设计原则,机床的上下料是指将毛坯送到正确的加工位置及将加工好的工件从机床上取下的过程。按自动化程度：人工上下料装置（单件小批生产或 大型的或外形复杂的工件） 自动上下料装置（大批大量生产，如 料仓式、料斗式、上下料机械手或机 器人等）（1）上下料时间要符合生产节拍的要求；（2）上下料工作平稳，尽量减少冲击，避免使工件产 生变形或损坏；（3）上下料装置结构简单，工作可靠，维护方便；（4）有一定的适用范围，尽可能满足多种需求。,6.2.2 料仓式上料装置,（一）功用和组成 功用:当单件毛坯的尺寸较大，而且形状比较复杂难于自动定向时，可采用料仓上料机构。适用于加工时间较长的零件。用在大量和批量生产中。 组成：料仓、隔料器、上料器、上料杆、下料杆等部分。,料仓上料装置简图,对于供料装置的基本要求是： （1）供料时间应尽可能少，以缩短辅助时间和提高生产率； （2）供料装置结构尽可能简单，供料稳定可靠； （3）供料时避免太大的冲击，防止供料装置损伤工件。 （4）供料装置要有一定的使用范围，以适应不同类型、不同尺寸的工件。 （5）满足一些工件的特殊要求。,6.2.2 料仓式上料装置,（二）料仓 作用是储存毛坯。 大小取决于毛坯的尺寸及工作循环的长短。 按照毛坯在料仓中的送进方法，将料仓分为两类，即靠毛坯的自重送进和强制送进。,6.2.2 料仓式上料装置,（二）料仓 （1）靠毛坯自重送进的料仓 直线式、曲线式、螺旋式、管式、料斗式、 料斗料箱式 （2）强制送进的料仓 重锤式、弹簧式、摩擦式、链式、圆盘式 当毛坯质量太轻，不能保证靠自重可靠地落在上料器中，或毛坯形状复杂，不便靠重送进，采用强制送进的料仓。,6.2.2 料仓式上料装置,（三）隔料器 作用：把待加工的毛坯从料仓中的许多毛坯中隔离出来，使其自动进入上料器；或由隔料器直接将其送到加工位置。 由上料器兼作隔料器、杆式隔料器、鼓轮式隔料器,6.2.2 料仓式上料装置,（四）上料器作用：把毛坯从料仓送到机床加工位置料仓兼作上料器、槽式上料器、圆盘式上料器、由机床的部件和专门的接收器来充当上料器。,上料器,6.2.2 料仓式上料装置,（五）上料杆和卸料杆 上料杆作用：将毛坯件推入加工位置。两种方式：采用挡块来限制毛坯送进的位置；依靠上料杆的行程使毛坯顶到所要求的位置。卸料杆作用：将加工好的工件推出加工位置。两种类型：带弹簧的和固定长度的卸料杆。,6.2.3 料斗式上料装置,（一）功用和组成料斗式与料仓式的不同：后者只是将已定向好的工件由储料器向机床供料，而前者则可对储料器中杂乱的工件进行自动定向整理再送给机床。组成：装料机构、储料机构组成。装料机构由料斗、搅动器、定向器、剔除器、分路器、送料槽、减速器等组成。储料机构由隔料器、上料器等组成。,6.2.3 料斗式上料装置,（二）料斗料斗：工件在料斗中完成定向，并依次送到出口处，有时需加搅动器或剔除器。 搅动器：防止工件进入送料器时产生阻塞。 定向器：矫正工件位置，剔除位置不正确工件。剔除器：剔除从料斗到送料槽中一些位置不正确的工件。,料斗上下料装置带有定向机构，工件在料斗中能够完成自动定向。图往复推板式料斗。有的带有二次定向装置完成。根据其特点选用。,供料与隔料机构功能：定时将工件输送到机床加工位置上。一般将供料与隔料设计成一体。,还有一种通过电磁振动示物料向前输送和定向的电磁振动料槽，它结构简单，供料速度快，适用范围广等特点。如图所示。,振动式料斗自动定向方法,6.2.3 料斗式上料装置,（三）送料槽送料槽要求工件能顺利流畅稳速移动，不能发生阻塞或滞留现象，因此要认真考虑其倾斜角度和弯曲的大小。基本形式：矩形、槽形、V形、圆形、双轨式、单轨式、直立的笼形、滚到式。,送料槽基本形式,6.2.3 料斗式上料装置,（四）减速器 作用：防止工件移动速度过大造成机件或工件因碰撞而损坏。（五）分路器作用：把运动的工件分为两路或多路，分别送到各机床一料斗多机床。,分路器的结构形式,机床自动供料典型装置举倒图是螺纹机床自动供料装置，整个供料装置位于机床主轴箱与尾座之间，垂直机床中心线放置。,6.2.4 上下料机械手,机械手是按照程序要求实现抓取和搬运工作，或完成某些劳动作业的机械自动化装置。按其安放位置分为：内装式、附装式和单置万能式。按其是否移动分为：固定式和行走式。工业机器人在这里仅用于上下料，它当然比焊接、喷漆机器人的功能要求要简单一些。,工业机器人,工业机器人搬运,6.3 机床间工件传送装置的设计,一、托盘及托盘交换器,二、随行夹具,三、传送装置,四、有轨运行小车,五、无轨运行小车,六、随行工作台站,6.3.1 托盘及托盘交换器,机床间的工件传递和运送装置主要有：托盘、随行夹具、各种传送装置、有轨小车和无轨小车等。托盘交换器是机床和传送装备之间的桥梁和接口。不仅起到连接作用，还可以暂时存储工件，起到防止物流系统阻塞的缓冲作用。回转式托盘交换器通常与分度工作台相似，有两位、四位和多位形式。多位的托盘交换器可以存储若干个工件，所以也称缓冲工作站或托盘库。两位的叫回转式托盘交换器，如图3-31所示，其上有两条平行的导轨供托盘移动导向作用，托盘的移动和交换器的回转通常由液压驱动。这种托盘有两个工作位置，机床加工完毕后，交换器从机床工作台移出装有工件的托盘，然后旋转180度，将装有未加工工件的托盘再送到机床的加工位置。,八工位回转式托盘交换器,（2）往复式托盘空换器往复式托盘交换器的基本形式是一种两托盘的交换装置。图3-32是五托盘的往复式托盘变换器，它由一个托盘库和一个托盘交换器组成。当机床加工完毕后，工作台横向移动到卸料位置，将装有已加工工件的托盘移至到托盘的空位上，然后工作台横向移动到装料位置，托盘交换器再将待加工的工件移至工作台。带有托盘库的交换装置允许在机床前形成一个小的工件队列，起到小型中间储料库的作用，以补偿随机或非同步生产的节拍差异。由于设置了托盘交换器，使工件的装卸时间大幅度缩减。,6.3.2 随行夹具,随行夹具：用于结构复杂或较软的有色金属工件。返回方式：上方返回、下方返回、水平返回三种。,水平返回的随行夹具,6.3.3 传送装备,传送装备不仅起到将各物流站、加工单元、装配单元衔接起来的作用，而且具有物料的暂存和缓冲功能。常见的传送装备有滚到式、链式、悬挂式等。（一）滚道式传送机结构简单，使用广泛。滚道可以是无动力的，货物由人力推动。,滚道式传送机,6.3.3 传送装备,（一）滚道式传送机 机动滚道多种实施方案： （1）每个滚子都配备一个电动机和一个减速机，单独驱动。 （2）每个滚子轴上装两个链轮。 （3）用一根链条通过张紧轮驱动所有滚子。 （4）在滚子底下布置一条胶带，依靠摩擦力作用驱动。 （5）用一根纵向的通轴，通过扭成8字形的传送带驱动所有滚子。 图32 轨道输送机可以直线传送，还可以改变传送方式。,用一根纵向的通轴，通过扭成8字形的传送带驱动所有滚子。,辊子输送系统辊子输送系统是利用辊子的转动来输送工件的输送系统，已般分为无动力辊子输送系统和动力辊子输送系统两类。无动力辊子输送系统依靠工件的自重或人的推力使工件向前输送。自重式沿输送方向略向下倾斜，如下图所示，同时工件底面要求平整坚实，工件在输送方向至少跨过三个棍子的长度。动力辊子输送系统由驱动装置通过齿轮、链轮或带传动使辊子转动，依靠辊子和工件之间的摩擦力实现工件输送。,辊子式输送系列,6.3.3 传送装备,（二）链式传送机最简单的链式传送机由两根套筒滚子链条组成。用链条和托板组成的链板传送机上一种广泛使用的连续传送机械。,链式输送系统由链条、链轮、电动机、减速器、联轴器等组成。如图所示。长距离输送的链式输送系统应增加张紧装置和链条支撑导轨。,1、链条输送链条有套筒滚柱链、弯片链、叉形链、焊接链、可拆链、履带链、齿形链等结构形式。输送链与传动链相比链条较长，重量大。一般将输送链的节距设计成普通传动链的2倍或3倍以上，这样可减少铰链个数，减轻链条重量，提高输送性能。,链式输送系统中，物料一般通过链条上的附件带动前进。附件可用链条上的零件扩展而形成(如图所示)。同时还可配置二级附件(托架、料斗、运载机构等)。,链板输送机,2、链轮链轮的基本参数、齿形及公差、齿槽形状、轴向齿廓、链轮公差等依据国家标准GB835-1987输送链、附件和链轮设计。链轮齿数z对输送链性能影响较大，z太小会使链条运行平稳性变差，而且冲击、振动、噪声磨损加大，链轮最小齿数Zmin可按表3-5选取。链轮最大齿数过大会导致机构庞大，故Zmax=120。,链式传送机,（三）悬挂式传送机主要用于在制品的暂存。 另外尤其适合于批量产品的喷漆。,自动上料,悬挂输送系统分通用悬挂输送系统和积放式悬挂输送系统两种。悬挂输送系统由牵引件、滑架小车、吊具、轨道、张紧装置、驱动装置、转向装置和安全装置组成。积放式悬挂输送系统与通用悬挂输送系统相比有下列不同之处：牵引件与滑架小车无固定联接，两者有各自的运行轨道；有岔道装置，滑架小车可以在有分支的输送线路上运行；设置停止器，滑架小车可在输送线路上的任意位置停车。,1、牵引件根据单点承载能力来选择，100kg以上采用可拆链，100kg以下采用双铰接链。图3-20所示。2、滑架小车通用悬挂输送系统的滑架小车见图3-2l。装有物料的吊具挂在滑架小车上，牵引链牵动滑架小车沿轨道运行，将物料输送到指定的工位。滑架小车有许用承载重量，当物料重量超过这个值时，可设置两个或更多的滑架小车悬挂物抖，如图3-22所示。,积放式悬挂输送系统的滑架小车见图3-23，牵引链的推头推动滑架小车向前运动。,3、转向装置通用悬挂输送机的转向装置由水平弯轨和支撑牵引链的光轮、链轮或滚子排组成，图324是三种转向装置的结构形式。转向装置的结构形式选用应视实际工况而定，一般最直接的方法是在转弯处设置链轮。当输送张力小于链条许用张力的60时，可用光轮代替链轮；转弯半径超过1m时，应考虑采用滚子排作为转向装置。,6.3.4 有轨运输小车,自动运输小车：用于机床间传送物料。采用有轨运输小车的是生产系统（RGV）。RGV沿直线导轨运动：由直流或交流司服电动机驱动；由中央计算机、光电装置、接近开关等控制。,RGV,有轨导向小车(Rail Guided Vehicle，简称RGV)是依靠铺设在地面上的轨道进行导向并输送工件的输送系统。RGV具有移动速大，加速性能好，承载能力大的优点；其缺点是RGV铺设轨道不宜改动，柔性差，车间空间利用率低，噪声和价格都比较高。,下图是一种链式牵引的有轨小车，它由牵引件、载重小车、轨道、驱动装置、张紧装置等组成。在载重小车的底盘前后各装一个导向销，地面铺设一条有轨道的地沟，小车的导向销嵌入轨道中，保证小车沿着轨道运动。小车前面的导向销除导向外，还作为牵引销牵引小车移动，牵引销可以上下滑动。当牵引销处于下位时，由牵引件带动小车运行，处于上位时，牵引销脱开牵引件推爪，小车停止运行。,6.3.5 无轨运输小车,无轨运输小车（AGV）是指装备有电磁或光学自动引导装置，能够沿既定的引导路径行使，具有小车编成与停车选择装置、安全保护以及各种运载功能的运输小车。,6.3.5 无轨运输小车,（一）AGV的构成（1）车体：车架、减速器、车轮等组成。（2）电源和充电装置：24V或48V的蓄电池配有充电装置。（3）驱动装置：电动机、减速器、制动器、车轮、速度控制器等部分组成。（4）转向装置：铰轴转向式、差动转向式。 （5）车上控制装置：通过通信系统实现小车的监控。（6）通信装置：连续方式和分散方式。（7）安全装置：接触式和非接触式两类保护装置。,6.3.5 无轨运输小车,（二）AGV的导航方式（1）车外固定路径引导方式：电磁引导、光学引导、磁带引导。,（2）自主引导方式：行使路径轨迹推算导向法、惯性导航、环境映射法导航、激光导航、其它导航方式。,2、AGV的导引方式AGV的导引方式，所谓AGV导引方式是指决定其运行方向和路径的方式。它不同于前面所说的一般通信。常用的导引方式分两大类：车外预定路径方式非预定路径方式车外预定路径导引方式是指在行驶的路径上设置导引用的信息媒介物，AGV通过检测出它的信息而得到导向的导引方式，如电磁导引、光学导引、磁带导引(又称磁性导引)等。,AGV自动导向系统目前，车间的AGV自动导向系统以电磁式为主。,电磁导向 这是目前AGV采用最广泛的一种导引方式(见图)。它需要在地面开槽(约51mm宽，15mm深)埋设电缆，接通低压、低频信号，在电线周围产生磁场。,舵轮转向的AGV自动导向原理,小车导向轮的两侧装有导向感应线圈，随导向轮一起转动。当导向轮偏离导向线或导向线转弯时，由于两个线圈偏离导向线的距离不等，所以线圈中的感应电动势也不相同。两个电动势经比较，产生差值电压u。差值电压u经过交流电压故大器、功率放大器两级放大和整流等环节，控制直流导向电动机的旋转方向，达到导向的目的。,3、AGV的特点(1)较高的柔性 只要改变一下导向程序，就可以方便改变、修改和扩充AGV的移动路线。与RGV相比，改造的工作最小得多。,(2)实时监视和控制由于计算机能实时地对AGV进行监控，实现AGV与计算机的双向通讯。不管小车在何处或何种状态(静止或运动)，计算机都可以用调频法通过发送器向任一特定的小车发出指令，只有频率相同的小车才能响应这个命令。另一方面，小车也能向计算机发回信息，报告小车的状态、小车故障、蓄电池状态等。(3)安全可靠AGV能以低速运行，运行速度一般在1070mmin之间。通常AGV备有微处理器控制系统，能与在本区的其它控制器通讯，可以防止相互之间的碰撞。有的AGV上面安装了定位精度传感器或定位中心装置，可保证定位精度达到30mm，精确定位的AGV可达到3mm。此外，AGV还具备有报警信号灯、扬声器、紧停按钮、防火安全连锁装置，以保证运输的安全。,(4)维护方便维护工作包括对小车电池充电和对车上各种检测等。大多数AGV多备有蓄电池状况自动预报设施，当蓄电池的储备能量降到需要再充电的规定值时，AGV会自动去充电站充电，一般AGV可连续工作8h无需充电。 4、AGV的分类按导向方式的不同可将AGV分为以下几种类型。(I)线导小车线导小车是利用电磁感应制导原理进行导向的。它需在行车路线的地面下埋设环型感应电缆来制导小车运动，目前线导小车在工厂应用最广泛。,(2)光导小车光导小车是采用光电制导原理进行导向的。它需在行车路线涂上能反光的荧光小条，小车上的光敏传感器接受反射光来制导小车运动。这样小车线路易于改变，但地面环境要求高。(3)遥控小车车遥控小车没有传送信息的电缆，而是以无线电发送接收设备传送控制命令和信息，遥控小车的活动范围和车路线基本上不受限制。与线导、光导小车相比柔性最好，目前这项技术还不十分成熟，正处在实验研究阶段。,4 AGV的管理AGV系统的管理就足为了确保系统的可靠运行,最大限度地提高物料的通过量，使生产效益达到最高水平。它一般包括三方面的内容，即交通管制、车辆调度和系统监控。(1)交通管制在多车系统中必须由交通管制才能避免小车之间的相互碰撞。目前应用最广的AGV交通管制方式是一种区间控制法，它将导向路线划分为若干个区间，区间控制法的法则是在同一时刻只允许一个小车位于给定的区间内。(2)车辆调度车辆调度的目标是使AGV系统实现最大的物料通过量。车辆调度需要解决两个问题：一是实现车辆调度的方法；二是车辆调度应遵循的法则。,1)车辆调度的方法实现车辆调度的方法按等级可分为车内调度系统、车外招呼系统、遥控终端、中央计算机控制以及组合控制等。一般的FMS中采用组合控制来调度车辆。在柔性物流系统中，则由物流工作站计算机调度，这时系统处于最高水平的运行凋度状态。当系统以最高水平控制运行时，万一失灵了，则可返回到低一级水平控制。例如，物流工作站计算机调度失败，就可以恢复到遥控终端控制或车载控制，AGV系统仍可继续工作。 2)车辆调度法则。在多车多工作站的系统中，AGV遵循何种车辆调度法则对于FMS 的运行性能和效益有很大的影响。最简单的车辆调度法则是顺序车辆调度法则，它是让AGV在导向线路上不停地行驶、依次经过每一个工作站，当经过有负载需要装运的工作站时，AGV便装上负载继续向前行使。并把负载输送到它的目的地。,这种调度法则会出现车间闭锁(交通阻塞)现象，但物流系统的柔性及物料通过量都比较低，为了克服上述缺点，柔性物流系统逐步采用一些更先进的车辆调度法则。例如，从任务申请角度出发，有大量输送排队长度法则、最少行驶时间法则、最短距离法则、最小剩余输送排队空间法则、先来先服务法则等；从任务分配角度出发有最近车辆法则、最快车辆法则、最长空闲车辆法则等。柔性物流系统使用何种法则为最好这与物流输送形式、设备布置、工件类型、AGV数目等多种因素有关，需要通过计算机仿真试验才能确定。3)系统监控复杂的柔性物流系统自动化程度高、物料输送量大，为了避免系统出现故障或运行速度减慢等问题，需要对AGV系统进行监控。目前AGV系统监控有三种途径：定位器面板、摄像机与CRT彩色图像显示器及中央记录与报告等。,6.3.5 无轨运输小车,（三）AGV设计时应满足的功能 （1）行走功能 （2）控制功能 （3）安全功能 （4）随行工作台的自动装卸,6.3.6 随行工作台站,随行工作台站是介于制造单元与自动运输小车之间的装置，在制造系统中起过渡作用，也是物流中的一个环节。功能： （1）存放从自动运输小车送来的随行工作台，图中L。（2）随行工作台在存放站上有自动转移功能，根据系统的指令，可将随行工作台移至缓冲的位置U。（3）当随行工作台移至工作位置时（图中A），工业机器人可对随行工作台上夹持的工件进行装卸。,6.4 自动化仓库设计,一、自动化仓库的类型,二、自动化仓库的构成,三、自动化仓库的运行原理,四、自动化仓库的规划与设计,6.4.1 自动化仓库的类型,自动化仓库是指采用多层货架，在不直接进行人工处理的情况下能够自动地存储和取出物料的系统。又称立体仓库，使物流系统的物资调节和物流中心。中央仓库有多种形式，常见的有平面仓库和立体仓库两种。,立体仓库又称高层货架仓库，如图所示。组成：高层货架、堆垛机、输送小车、控制计算机、状态检测器等，若有必要。还要配置信息输人设备，如条形码扫描器，物料需存放在标准的料箱或托盘内，然后由巷道式堆垛机将料箱或托盘送入一高层货架的货位上，并利用计算机实现对物料的自动存取和管理。虽然自动化立体仓库为中心的物流管理自动化耗资巨大，但在实现物料的自动化管理，加速资金流转、保证生产均衡及柔性生产等方面所带来的效益也是巨大的，所以自动化立体仓库是目前仓储设施的发展趋势。,6.4.1 自动化仓库的类型,（一）按建筑形式分为整体式和分离式 （二）按货架构造形式分为单元货格式、贯通式（重力式货架仓库/47）、水平循环式和垂直循环式。,(三）按自动化仓库与生产联系的紧密程度分为独立型、半紧密型和紧密型仓库。（四）按所起作用分为生产型仓库和流通型仓库。自动仓储系统课外资料,6.4.2 自动化仓库的构成,（一）土建设施：厂方和配套设施。（二）机械装备：多层货架、托盘和货箱、搬运装备、存取货装备、安全保护装置、出入库装卸站等。（三）电气设备：检测、信息识别、控制、通信、监控调度、计算机管理、图像显示等装置。,6.4.3 自动化仓库的运行管理,图示为四层货架的自动化仓库,现介绍其工作过程：（一）堆垛机停在巷道起始位置，待入库的货物已放置在出入库装卸站上，由堆垛机的货叉将其取到装卸托盘上。（二）计算机控制堆垛机在巷道行走，装卸托盘沿堆垛机铅直导轨升降，自动寻址向存入仓位进行。（三）装卸托盘到达存入仓库前，即图中第四列第四层，装卸托盘上的货叉将托盘上的货物送进存入仓位。,6.4.3 自动化仓库的运行管理,6.4.3 自动化仓库的运行管理,（四)堆垛机进行到第五列第二层，到达调出仓位，货叉将该仓位中的货物取出，放在装卸托盘上。（五）堆垛机带着取出的货物返回起始位置，货叉将货物从装卸托盘送到出入库装卸站。重复上述动作，直至暂无货物调入调出的指令，堆垛机就近停在某一位置待命。,巷道式堆垛机巷道式堆垛机是一种在自动化立体仓库中使用的专用起重机，其作用是在高层货架间的巷道中穿梭运行，将巷道口的储料单元存入相应货位，或者相反将货位上的储料单元取出送到巷道口。,巷道式堆垛机的特点：由于使用场合的限制，巷道式堆垛机在结构和功能方面有以下特点：1)整机结构高而窄，其宽度一般不超过储料单元的宽度，因此限制了整机布置和机构选型；2)金属结构件除既满足强度和刚度要求外，还要有较高的制造和安装精度；3)采用专用的取料装置，常用多级伸缩货叉或货板机构；4)各电气传动机构应同时满足快速、平稳和准确；5)配备可靠的安全装置，控制系统应具有一系列连锁保护措施。,(2)升降机构升降机构由电动机、制动器、减速器、卷简(或链轮)、钢丝绳(或起重链条)及防落安全装置组成，如图所示用钢丝绳作柔性件。质量轻、工作安全、噪声小，其传动装置般装在下部。而用链条作为柔性件，其机构比较紧凑，传动装置一般装在上部。,(3)行走机构行走机构由电动机、联轴器、制动器、减速器和行走轮组成。按行走机构所在的位置不同可分为地面行走式、上部行走式，如图所示。,(4)货叉伸缩机构货叉伸缩机构是堆垛机的取放物料装置，它有前叉、中间叉、固定叉、驱动齿轮等组成，如图3-43所示。固定叉安装在载货台上，中间叉可在齿轮-齿条的驱动下，从固定叉的中间向左或向右移动，移动的距离大约是中间叉长度的一半；前叉在链条或钢丝绳的驱动下，可从中间叉的中间向左或向右伸出比自身的一般稍长的长度，伸缩机构的前叉可换成平板，中间叉的驱动装置也可采用链轮-链条机构。货叉伸缩机构的工作速度控制在15m/min，最高可选30m/min，为了有利于起动与制动，当工作速度大于l0m/min时，应增加一档2.55m/min的低速。,货叉伸缩机构,(5)载货台载货台承载货物，沿立柱导轨上升或下降，它上面装有货叉伸缩机构、司机室、起升机构动滑轮、限速防落装置等。(6)安全保护措施巷道堆垛机在立体仓库的狭窄巷道内高速运行，起升高度大，除具有一般起重机的安全保护措施外，还应增加如下保护措施：1)货叉与行走机构、升降机构互锁；2)储料单元入库时需对货位进行探测，防止双重入库，造成事故；3)载货台断绳保护，钢丝绳一旦断开，保护装置立即将载货台自锁在立柱导轨上。,6.4.4 自动化仓库的规划与设计,规划与设计步骤：（一）分析和准备阶段（二）确定货物单元形式及规格（三）确定自动化仓库的形式、作业方式和机械装备参数（四）立体仓库的结构尺寸根据单元货物规格确定货架整体尺寸和仓库内部布置。 （1）确定货位尺寸和仓库总体尺寸 （2）确定仓库的整体布置,6.4.4 自动化仓库的规划与设计,规划与设计步骤：（五）确定工艺流程，核算仓库工作能力 （1）立体仓库的存取模式：单作业模式和复合作业模式 （2）出、入库作业周期的核算（六）提出对土建及公用工程的设计要求（七）选定控制方式（八）选择仓库管理方式（九）提出自动化装备的技术参数和配置（十）方案评价及仿真,6.5 工厂物流系统的总体设计,一、资料的收集和分析阶段,二、工厂总体布局设计,三、车间布局设计,四、物流搬运装备的选择,车间设备布局方法,Plant and Workshop Equipment Layout Method,设施布置的内容,工厂总体布置设计 车间布置设计,工厂总体布置设计,解决工厂各个组成部分，包括生产车间、辅助生产车间、仓库、动力站、办公场所等作业单位相互位置；解决运输线路、管线、绿化及设施美化的相互位置；解决物料的流向和流程、厂内外运输联接及运输方式。,车间布置设计：,解决各生产工段、辅助服务部门、储存设施等作业单位相互位置；解决工作、设备、通道、管线间的相互位置；解决物料搬运流程和运输方式。,关键技术和方法1、基于遗传算法的设备布局2、基于成组技术的车间布局3、SPL技术4、其他技术应用,6.5.1 资料的收集和分析阶段,总体规划与设计一般要解决的四个问题：厂区规划；车间工位的合理布局；合理确定库存量；选择合理的搬运装备。资料的收集和分析阶段主要包括：（一）工厂的产品分析（二）了解工厂所在地的自然条件（三）确定工厂未来的发展趋势,工厂物流示意图,6.5.2 工厂总体布局设计,（一）工厂总体布局应满足的要求（1）符合工艺规程 基本模式：按功能规划厂区、采用系统布局设计模式（2）适应工厂内外运输要求（3）合理用地 合理确定道路宽度和建筑物的间距，力求总体布局疏密得当；组成联合厂房或多层；适当预留发展用地。,6.5.2 工厂总体布局设计,（一）工厂总体布局应满足的要求（4）善于利用自然条件 良好的自然通风和采光条件；避开隐患，规划好厂区设施位置。（5）安全和环境保护 安全卫生规范；车间布局在下风侧；厂区绿化及美化环境配置，精密车间远离振源和污染源。,6.5.2 工厂总体布局设计,（二）工厂总体布局设计的基本步骤（1）产品工艺过程分析 （2）作业单位之间的物流关系分析 （3）作业单位之间的非物流关系分析（4）作业单位之间的综合相互关系分析（5）绘制各单位的位置相关图 （6）建立各作业单位的面积相关图 （7）工厂总体平面图的形成 图65（8）方案评价（加权因素法和费用对比法）,物流分析是设施布置设计的另一个基本分析，即工艺流程和物流路线的分析。分析的基本手段有工艺过程图(作业程序图)、多种产品工艺过程图、从至表和物料流程图等。,系统布置规划SLP,（1）、多种产品工艺过程图最佳顺序多种产品工艺过程表,（2）、从至表 (From To Chart)从至表通常用以表示建筑物之间、部门之间或机器之间的物流量、物料搬运总量等。表上横行和竖行的标题内，按同样顺序列出全部作业单位(建筑物、机器；部门)。将每个产品或零件在两个作业单位之间的移动，分别用字母表示产品或零件，数字代表搬运总量，填入两个作业单位横行和竖行相交的方格内，注意，从图表的左上角至右下角，划一条对角线，零件前进记在右上方，退回记在左下方。,（3）、作业单位相互关系分析,设施布置设计要根据部门之间在工艺流程如业务往来中的密切程度，决定相互位置。各部门（作业单位）之间存在着物流关系、非物流关系两种关系。物流关系可以用物流强度来表示两个作业单位之间的关系密切程度，非物流关系无法定量表示，只能通过定性分析加以区分。,A、作业单位物流相关表的绘制 （1）划分物流强度等级由于直接分析大量物流数据比较困难，而且也没必要，因此，SLP中将物流强度转化为5个等级，分别用符号A、E、I、O、U表示。 当产品品种少时用工艺过程图进行物流分析；产品品种多时，用从至表或多工艺过程表对实际设施间的物流量进行统计。,B、作业单位非物流相互关系表的构造： 基本思路根据经验确定作业单位非物流相互关系密切程度后，利用与物流相关表相同的表格形式，建立非物流相互关系表。通常可以从以下几个方面加以考虑：,通常可以从以下几个方面加以考虑：(1)工作流程 (2)作业性质 (3)使用设备情况 (4)使用场地情况 (5)监督和管理 (6)安全、卫生 (7)联系频繁程度 (8) 躁声、振动(9)公用设施相同 (10)文件信息往来情况,（1）确定作业单位相互关系等级,（2）列出作业单位相互关系密切理由（示例）,（3）建立非物流作业单位相互关系表（示例）,C、建立作业单位综合相互关系表： 工厂中，作业单位之间物流相互关系与非物流相互关系往往并不一致，为了确定各作业单位之间综合相互关系密切程度，须将两个表进行合并。求出合成的相互关系综合作业相互关系，然后从各作业单位之间的综合相互关系出发，实现各作业单位的合理布置。 （1）确定物流（m）与非物流（n）相互关系的相对重要性（加权取值）一般地m:n不应超过1：3或3：1，当比值大于3：1时，说明物流关系占主导地位，工厂布置时只需考虑物流相互关系的影响。 （2）综合相互关系计算根据作业单位对之间物流与非物流关系等级的高低进行量化，并加权求和，求出综合相互关系。 （3）综合相互关系的等级划分综合计算得出的是量值，须经过等级划分，才能建立与物流相互关系表相似的综合相互关系表。,示例：液压转向器作业单位综合相互关系计算表,示例中须计算55对作业单位，计算分数在1-8之间，由此得综合相互等级划分表如下：,建立作业单位综合相互关系表（示例）,各个车间、部门之间的位置关系图,然后，根据该图设计规划出各个车间、部门以及车间内各个生产单元的位置布局。,工厂总体平面图的形成,6.5.3 车间布局设计,车间设计包括：工艺设计确定加工零件所需的机床、工夹量具、刀具等物流系统的设计工位的配置,6.5.3 车间布局设计,（一）车间布局设计的一般原则 （1）有车间生产纲领和生产类型，确定生产组织和装备布局形式； （2）工艺流程流畅，物料搬运短捷方便，避免往返交叉； （3）充分利用建筑物的空间； （4）对所有组成部分进行合理规划和配置； （5）为工人创造安全、舒适的工作环境； （6）具备一定的适应生产变化的柔性功能。,6.5.3 车间布局设计,（二）车间装备布局的基本形式 装备布局形式取决于生产类型和生产组织形式。 分为： （1）产品原则布局 （2）工艺原则布局 （3）成组原则布局 （4）固定工位式布局（三）车间物流形式 选择物流形式的重要因素是入口和出口的位置，同时还要考虑外部运输条件、建筑物的轮廓尺寸、通道位置等因素。,五种基本形式：直线形、L形、U形、环形、S形,6.5.3 车间布局设计,（四）车间物流设计的基本步骤（1）明确车间产品的生产纲领、品种、协作关系、生产辅助系统及产品加工周期，同时应明确运进、运出车间物料的品种和数量；（2）确定原材料、毛坯、零件、总成的装载单元及装载方式，并做到标准化；（3）确定工序间、生产线间、车间之间运输的各种物料的品种、数量以及运输方式；（4）确定物流系统所涉及仓库、零件和毛坯存放等所需面积；（5）设计出详细的车间物流系统，绘制车间物流图。,6.5.4 物流搬运装备的选择,正确选择搬运装备是提高搬运效率、降低搬运成本的重要措施。根据物料形状、移动距离、搬运流量、搬运方式进行选择，如下;（1）适用于短距离和低物流量的简单传送装备，如叉车、电瓶车、传送滚道等。（2）适用于短距离和高物流量的复杂传送装备，如搬运机械手或机器人等。（3）适用于长距离和低物流量的简单运输设备，如汽车等运输车辆。（4）适用于长距离和高物流量的复杂运输装备，如火车、船舶等。,