第四章工件储运及管理系统

第四章工件储运及管理系统第一节工件储运系统的功用与组成第二节工件输送系统第三节工件储存系统---自动化立体仓库第四节工件储运管理系统第一节工件储运系统的功用及组成一、工件储运系统的功用物流系统的功能包括：（1）存储功能：等待的零件（非加工和非处理状态）的存储和缓存。（2）输送功能：工件在各工位之间的传输。（3）装卸功能：进出装卸站、进出库、设备上下料。（4）管理功能：工件的识别与管理。二、工件储运系统的组成现代物流系统由管理层、控制层和执行层三大部分组成。（1）管理层：管理物料库存，生成物料作业计划。要求具有较高智能。（2）控制层：检测物流状态，生成物流作业指令。要求具有较高的实时性。（3）执行层：执行物流作业指令。要求较高的可靠性。FMS中常见的输送及交换装置：传送带；运输小车；工业机器人；托盘及托盘交换装置（包括托盘夹具）第二节工件输送系统  1.输送带（见图2）结构简单，输送量大，多为单向运行，受刚性生产线的影响，在早期的FMS中用得较多。输送带分为动力型和无动力型；从结构方式上有辊式、链式、带式之分；从空间位置和输送物料的方式上又有台式和悬挂式之分。用于FMS中的输送带通常采用有动力型的电力驱动方式，电动机经减速后带动输送带运行。利用输送带输送物料的物流系统柔性差，一旦某一环节出现故障，会影响整个系统的工作，因而除输送量较大的FML或FTL外，目前已很少使用。一、工件输送设备2.自动小车自动小车分为有轨和无轨两种，所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。地面有轨小车高架有轨小车无轨小车也叫自动导引小车（AutomaticGuidedVehicle—AGV）。AGV优点：1)较高的柔性没有机械轨道，很容易改变、修正和扩充AGV的移动路线及增减运行的车辆数量。2)实时监视和控制控制计算机可以实时地对其监视与控制。当作业计划改变时，可以灵活地调度小车的运行或为紧急需要服务3)安全可靠AGV通常由微处理器控制，能与控制器通讯，定位精度高，具有安全保护装置等。4)维护方便。在各种FMS中得到了广泛应用。无轨小车按引导方式和控制方法的分类见2。表2无轨小车引导方式的分类图3-14AGV外形图◎电磁导向方式原理（图6）在地面上埋设引导电缆，并通以5～10kHz的低压电流。小车上装有对称的一组信号拾取线圈。当小车偏向右方时，右方的感应信号减弱，左方的增强，控制器根据这些信号的强弱，控制小车的舵轮。图6电磁引导原理引导电缆被划分为若干段，小车调度系统采用分段控制的方法，随时根据每个小车反馈回的位置信号修正控制指令，保证每段路径上只有一台小车运行，以防止小车运行中相互距离过近而出现事故。这种方式要在地面开数厘米深的沟，路径的变动仍不方便，而且，由于建筑物强度等方面的限制，不能在楼层上使用。图7光学引导原理沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带（铝带或尼龙带），小车上装有发光器和受光器。发出的光经反光带反射后由受光器接受，并将该光信号转换成电信号控制小车的舵轮。◎光学引导方式原理（图7）反光带有连续粘贴和断续粘贴两种方法，FMS中常采用连续粘贴法。光学引导方式对于改变小车的预定路径很方便，只要重新粘贴反光带即可，但反光带易污染和破损，不适合油雾重、粉尘多、环境不好的车间。电磁引导方式因其引导电缆本身具有能量，本身不具有能量，被称为无源引导方式。  无径引导方式中的激光灯台方式如图7所示。在无轨小车的顶部装有一个可沿360º按一定频率发射激光的装置，同时在小车运行范围的四周一些固定位置上放置反射镜片。当无轨小车运行时，不断接收到从三个已知位置反射来的激光束，经过运算后，确定小车的位置，从而实现导航引导。  生产中实际使用的无轨小车目前基本上都是有径引导方式，无径引导方式在FMS应用中尚处于实验研究阶段。图8是无轨小车的实用例。3.工业机器人图3-16工业机器人的典型结构图3-17机器人用于零件装配在FMS中广泛采用托盘和托盘交换装置，实现工件自动更换，缩短辅助时间。(1)托盘托盘（也称为托板）是操作者在装卸站安装夹具和工件的底板，是工件和夹具与输送设备和加工设备之间的接口。托盘有箱式、板式等多种结构，箱式托盘不进入机床的工作空间，主要用于小型工件及回转体工件的储存和运输。板式托盘主要用于较大型非回转体工件，通常单件安装，随工件进入机床工作空间。托盘有标准形式或自行设计的非标准形式。4.托盘及托盘交换装置(2)托盘交换装置托盘交换装置是加工中心与工件输送设备之间的连接装置，起着桥梁和接口的作用。有回转式（图3-20）和往复式。回转式托盘交换装置有两位和多位。多位式亦称托盘库。往复式托盘交换装置的基本形式为两位，其布局有多种形式。（图3-21）图(3)托盘缓冲站托盘缓冲站是自动化制造系统内工件排队等待加工的暂存地点。其结构可根据需要选择。托盘缓冲站的数目，以不使工件在系统内排队等待而产生阻塞为原则，有利于提高机床的利用率。具体确定时应考虑工件的装卸时间、切削时间、输送时间以及无人或少人看管系统时间(如节假日、第三班)等多种因素。托盘缓冲站的安放位置应尽可能靠近机床，以减少工件的输送时间。（4）托盘夹具通常为通用零部件加上少量专用零部件组成的组合夹具。设计和选用MAS用的托盘夹具原则：1)为简化定位和安装，夹具的每个定位面相对机床的坐标原点尺寸固定。2)夹具元件数尽可能少，元件的强度和刚度要高，使用方便、合理，应设有能将工件托起一定高度的等高块元件，便于冲洗和清除切屑。3)夹具与托盘一起移动、上托、下沉和旋转时，应不与机床发生干涉。架式夹具为好。5)当工件结构尺寸较小时，应尽可能在一个夹具上装夹多个(或多种)夹具数量或种类、提高机床的利用率。自动化制造系统，特别是柔性制造，一般采用自动化物流系统。近年来允许大量人工介入的简单物流系统应用越来越多，这是因为其投资少，见效快，可靠性也相对较高的缘故，在我国现阶段比较合适。二、工件输送型式选择典型输送线路三、工件输送设备的选择在自动化制造系统内担任输送任务的有有轨小车和无轨自动导引小车等。有轨小车只沿安装在地面上的固定轨道运行，通常适用于机床台数较少且加上设备成直线布局的工件输送系统。无轨小车输送系统，多用在设备成环行或网络形布局的系统。加工回转体工件的自动化制造系统，除采用自动导引小车搬运工件外，还常用机器人作为机床上下工件的搬运工具。同时由于机器人工作灵活性强，具有视觉和触觉能力，以及工作精度高等一系列优点，近年来在自动化制造系统中应用越来越广。加工板金类工件的自动化制造系统，通常采用带吸盘的输送装置来搬运板料。几种常用工件输送设备的适用范围见表5-2。选用指标见下页关于AGV，选用时主要考虑以下指标：1）外形尺寸一般长度从750—2500mm，宽450—1500mm，高550一650mm2）载重量50一2000kg3）运行速度10一70m／min4）转弯半径5）蓄电池的电压以及每两次充电之间的平均寿命6）安全设备是否有安全杠、警报扬声器及警告灯。全速行驶时的紧急刹车距离7）载物平台的结构8）控制方式9）定位方式兼容的控制计算机类型。第三节自动化仓库一、立体仓库的功用毛坯、半成品、配套件和成品(有时也包括工艺装备)的自动存储和自动检索系统。立体仓库是毛坯和成品零件的存放地点，也可看成是托盘缓冲站的扩展与补充。使用的托盘及大型夹具也可在立体仓库中存放。二、自动化仓库结构◆自动仓库（图6-7）又称立体仓库或自动化仓库系统（AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS），由高层料架、码垛机、控制计算机和物料识别装置等组成。有时配置信息输入设备，如条形码扫描器。具有自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据实际需求扩展、占地面积小等优点。图3-23码垛起重机立体仓库由存放货架、搬运设备和输入输出站组成。所使用的自动存取搬运设备为码垛式起重机。三、仓库形式的选择自动化仓库一般分为立体库和平面库两类。除了大型工件往往采用平面库外常用立体库。平面库是在车间输送平面内的布局形式，通常有直线型和环型两种。当自动化制造系统规模较小，而又不要求无人化运行时，也可以利用缓冲存储。即物流系统内各环节(装卸站，输送系统、物料交换站、缓冲存储器等)的储存能力来满足系统运行的需要，而不设置自动化仓库。图四、立体仓库布局形式的选择立体仓库布局形式的选择主要与仓序的存储数量、进出库频率、系统的总体布局、外部设备以及存放物料的规格等有关。装有物料的标准料箱或托盘进、出高层货架的形式有下面两种：（1）贯通式：物料从巷道一端入库，从另一端出库。布局简单，便于管理和维护，但物流进出需经过巷道全长。（2）同端出入式：优点是能缩短出入库时间。尤其在库存量不大，且采用自由货位存储时，可将物料存放在出入端较近处。仓库与作业区的接口只有一个，便于集中管理。图仓库的存储数量可由下式计算：N＞T×n／t＋a＋bN――中央仓库存储数量，N的单位为个T――无人化生产时间，单位为h，若系统每天运转24h，且8h由工人备料，则T=16，n――系统中机床台数，n的单位为台t——托盘上所装工件的平均加工时间，t的单位为h/托盘a——待用托盘数，单位为个b——储存刀具所用托盘数，b的单位为个。若系统具有中央刀库则b＝0如果考虑系统内缓冲存储的存放数量，中央仓库的库存数可适量减少。出入库频率P(每分钟托盘出入次数)可由下式估算P＝n/t自动化制造系统的工件储运管理系统的功能主要包括：对工件物流系统各部分的控制；控制信息的处理；对AGV及自动化仓库的管理。一、物流系统的控制一般来说，工件物流系统由自动化仓库、物料识别装置、物流运输系统和上下料站组成、其中主要部分是自动化仓库和运输系统，它们通常由专业厂提供。用户只需通过通信接口，对其动作进行控制并接收反馈信息。物流系统的控制功能体系如图5-3所示。第四节工件储运管理系统二、AGV的管理1)交通管制在多车系统中，为了避免车辆之间的碰撞，系统必须具备交通管制功能。当前最广泛流行的AGV交通管制与火车运行相似，采用区间控制法。它将导引回路划分为若干个区间，由软件进行控制，使任何时刻只允许一辆车位于给定的区间内。2)车辆调度实现最大物料传输目标的小车调配。3)系统监控为了保证系统的正常运行，对传输系统的监控。目前实现监视可有两个途径：定位器面板和工业摄像机。三、自动化仓库的管理自动化仓库的管理除了实现图5-3所示的控制功能以及有关信息的输入与预处理外，还应具备下列主要功能：1帐目管理对仓库中货物的品种、数量、价格等大量的各类数据进行管理，使管理人员掌握库存货物的全貌。2库存管理为了满足生产的需要，仓库库存货物应有一定的数量，库存数量太多，会造成资金积压及管理费用增加；库存量太少，则会影响正常生产。不同的物料要求的储存量不同，其最佳值的选择要通过优化设计来确定。也可以通过对各物料的存放时间、最大和最小数量统计等方式来控制库存数量。3货位管理出、入库的货位应按照一定的原则来分配。货物的存放方式有：1)定货位存放方式对每个品种的货物分配固定的货位。一旦计算机有了故障，管理人员对货物的存放地址仍很清楚，不会造成混乱。要按最大进货量来分配货位．所以要求的货位较多，使货位利用率降低。2)自由货位存放方式各种货物并无固定的存放货位。人出库货物的存放地址是按照一定的出入库原则确定的。入库原则是先近后远；先低后高，上轻下重等。出库原则是先入先出，先出零散，尽量腾出货位。3)划分区域随机存放方式对于品种较多或每个品种要求存放货物规格大小不同时可用这种方式。这是前面两种存放方式混合应用。4)信息跟踪的数据管理由于同一物品在原料、半成品、成品状态有不同的要求，应按不同品种处理。因此必须对每一物品在每一工艺流程中的技术数据记录在案。四、柔性物流系统的运行控制策略为使柔性物流系统高效正确运行，必须按一定的调度规则对物流种类、运输设备、输送路线作出决策。具体决策规则包括：见教材p45（自学）习1.工件储运系统的组成。2.工件输送设备及交换装置及特点。3.工件输送型式有哪些？如何选择？4.自动化立体仓库的组成、布局形式及选择原则？5.工件储运管理系统的功能。本章结束