第六章 物流系统及其自动化装置.ppt

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1、机械制造装备设计,第六章 物流系统及其自动化装置,第一节 概 述,一、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。二、现代物流系统的特点、基本构成及功能 1、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,第一节 概 述,2、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

2、有较高的可靠性 3、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。,第一节 概 述,三、物流系统设计应满足的要求 1、应可靠地、无损伤地、快速实现物料流动；2、具有一定的柔性；3、尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动路线；4、尽量减少在制品积压；5、合理的物料（毛坯、在制品、产品）储存量。,第二节 机床上下料装置设计,一、机床上下料的设计原则 机床的上下料是指将毛坯送到正

3、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。,第二节 机床上下料装置设计,二、料仓式上料装置 1、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

4、杆、下料杆等部分。,第二节 机床上下料装置设计,2、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。（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，不便靠自重送进，采用强制送进的料仓。,第二节 机床上下料装置设计,3、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、

5、鼓轮式隔料器。4、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,第二节 机床上下料装置设计,5、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。三、料斗式上料装置 1、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。,第二节 机床上下料装置设

6、计,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。2、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。,第二节 机床上下料装置设计,第二节 机床上下料装置设计,3、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。4、减速器 作用：防止工件移动速度过大造成机件或

7、工件因碰撞而损坏。5、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,第二节 机床上下料装置设计,送料槽的基本形式,第二节 机床上下料装置设计,分路器的结构形式,第二节 机床上下料装置设计,四、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。,第二节 机床上下料装置设计,工业机器人给三台机床上下料,第二节 机床上下料装置设计,工业机器人在物流系统中的应用,第三节 自动化加工中

8、物料输送装置的设计,一、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。回转式托盘交换器有两位、四位和多位。二、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。,第三节 自动化加工中物料输送装置的设计,八工位回转式托盘交换器,第三节 自动化加工中物料输送装置的设计,水平返回的随行夹具,第三节 自动化加工中物料输送装置的设计,三、传送装备 传送装备不仅起到将各物流站、加工单元、装

9、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。1、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。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。,第三节 自动化加工中物料输送装置的设计,（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。轨道输送机可以直线传送，还可以改变传送方式。滚道式传送机,第三节 自动化加工中物料输送装置的设计,8字形传动带驱动示意图,第三节 自动化

10、加工中物料输送装置的设计,2、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。3、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。,第三节 自动化加工中物料输送装置的设计,链式传送机,第三节 自动化加工中物料输送装置的设计,悬挂式传送机,第四节 柔性物流系统,一、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优点：可传送大（重）件，速度快，控制系统简单，成本低。缺点：改变路线比

11、较困难，适于运输路线固定不变的生产系统。采用RGV搬运物料的生产系统,第四节 柔性物料系统,二、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。自动引导小车,第四节 柔性物料系统,1、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

12、）安全装置：接触式和非接触式两类保护装置。2、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。,第四节 柔性物料系统,具有两台AGV的生产系统（电磁引导）,第四节 柔性物料系统,AGV的激光导航,第四节 柔性物料系统,3、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 三、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。

13、（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，工业机器人可对随行工作台上夹持的工件进行装卸。,第四节 柔性物料系统,四、自动化仓库设计 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。按建筑形式分为整体式和分离式 按货架构造形式分为单元货格式、贯通式、水平循环式和垂直循环式。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。按所起作用分为生产型仓库和流通型仓库。2、自动化仓库的构成,第四节 柔性

14、物料系统,土建设施：厂方和配套设施。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。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。3、自动化仓库的运行管理 四层货架的自动化仓库工作过程：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。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。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。,第四节 柔性物料系统,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

15、取出，放在装卸托盘上。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。4、自动化仓库的规划与设计 规划与设计步骤：分析和准备阶段；确定货物单元形式及规格；确定自动化仓库的形式、作业方式和机械装备参数；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。确定货位尺寸和仓库总体尺寸 确定仓库的整体布置,第四节 柔性物料系统,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 提出对土建及公用工程的设计要求 选定控制方式 选择仓库管理

16、方式 提出自动化装备的技术参数和配置 方案评价及仿真,第四节 柔性物料系统,重力式货架仓库,第四节 柔性物料系统,四层货架仓库,第四节 柔性物料系统,巷道双立柱堆垛机,第五节 工厂物流系统的总体设计,一、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：工厂的产品分析；了解工厂所在地的自然条件；确定工厂未来的发展趋势；二、工厂总体布局设计 1、工厂总体布局应满足的要求 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。适应工厂内外运输要求 合理用地：合理确定道路宽度和建筑物的间距

17、，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。,第五节 工厂物流系统的总体设计,工厂物流示意图,第五节 工厂物流系统的总体设计,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。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。2、工厂总体布局设计的基本步骤 产品工艺过程分析 作业单位之间的物流关系分析 作业单位之间的非物流关系分析 作业单位之间的综合相互关系分析 绘制各单位的位置相关图 建立各作业单位的面积相关图 工厂总体平面图的形成 方案评价（加权因素法和费用对比法）,第五节 工厂物流系统的总体设计,叉

18、车总厂总平面布局图,第五节 工厂物流系统的总体设计,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 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。,第五节 工厂物流系统的总体设计,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

19、位式布局 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。基本形式：直线形、L形、U形、环形、S形 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；,第五节 工厂物流系统的总体设计,物流形式,第五节 工厂物流系统的总体设计,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

20、流系统，绘制车间物流图。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。,第五节 工厂物流系统的总体设计,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;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。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。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。适用于长距离和高物流量的复杂运输装备，如火车、船舶等。,