物料供输自动化.ppt

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1、物料供输自动化,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。”,现代物流,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。,（一）现代物流系统的主要特点（1）采用现代化的物流装备（2）

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,物流系统,物流系统的作用：将制造系统中的物料（如 毛坯、半成品、成品、工夹具等）及时地 输送到有关设备或仓储设施处。物流系统的目的：实现物资的空间效益和时间效益，在保证社会再生产进行的前提条件下，实现各种物流 环节的合理衔接，并取得最佳的经济效益。,物流：物料的流动过程,物流按性质分类 工件流 物流 工具流 配套流,原材料半成品成品,刀具夹具,托盘辅助材料备件等,物流系统的功能,存储功能：不处在加工和使用状态的物料需要存储和缓存输送功能：完成物料在各工作地点之

3、间的传输，满足制造工艺过程和处理顺序的需求装卸功能：加工设备及辅助设备的上下料的自动化，提高劳动生产率管理功能：物料在输送过程中是不断变化的，因此需要对物料进行有效的识别和管理,物流系统的组成及分类,(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

4、物料（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；（5）物流系统应具有课扩展性、人性化和智能化。,一、自动供料装置的分类和组成按工件的种类及结构分类，可分为棒料供料装置；件料供料装置；卷料供料装置；板料供料装置。,第二节 自动供料装置结构,二、件料供料装置特点和应用范围1.料斗式自动供料装置2.料仓式半自动供料装置三、自动供料装置使用特点1.供料装置的构造应尽可能简单可靠，并避免因夹紧位置不正确或送料长度不足等原因产生废品或发生事故。2.供料装置应有一定的调整范围。3.满足工件的一些特殊要求，例如

5、对一些轻薄零件或易碎的零件，其夹紧卡爪应采用较软的材料且夹紧力应能进行调整，以保证夹持工件变形小和不破碎。,第二节 自动供料装置结构,四、定向机构定向机构的工作方法1）.抓取法 定向机构通过运动抓取工件的一些特殊表面如凸肩、内孔、凹槽等，使之定向排列。2）.型孔选取法 利用定向机构上一定形状尺寸的孔穴进行筛选分离，只有与型孔位置及形状一致的工件，才能通过而获得定向排列。3）.剔除法 在工件的运行过程中，利用工件尺寸外形差别或位置不同来剔除定向不正确的工件。,图3-2所示为常见的机床自动供料装置。其工作原理为：工件由工人装入料仓1，机床进行加工时，上料器3推到最右位置，隔料器2被上料器3的销钉带

6、动逆时针旋转，其上部的工件便落入上料器3的接收槽中。当工件加工完毕，弹簧夹头4松开，推料干6将工件从弹簧夹头4中顶出，工件随即落入出料槽7中。送料时，上料器3向前移动将工件送到主轴前端并对准弹簧夹头4，随后上料杆5将工件推入弹簧夹头4内。弹簧夹头4将工件夹紧后，上料器3和上料杆5向后退出，工件开始加工。当上料器3向前上料时，隔离器2在弹簧8作用下顺时针旋转到粮仓下方，将工件拖住以免落下。图中的料仓、隔离器和上料器属于自动供料机构，且垂直于机床主轴布置，其他部件属于机床机构。,一、料仓的结构形式,二、料斗是盛装工件的容器,三、输料槽有很多结构形式，如图所示：,五、工件的二次定向机构,有些外形复杂

7、的工件，不可能在料斗内一次定向完成，因此需在料斗外的输料槽中进行二次定向。常用的二次定向机构如下图所示。,其中图a适用于重心偏置的工件，工件向前送料的过程中，只有工件较重端朝下落入输料槽；图b适用于一端开口的套类工件，只有开口向左的工件，利用钩子的作用，工件改变方向落入输料槽，开口向右的工件推开钩子返回料斗；,图c适用于重心偏置的盘类工件，工件向前运动经过缺口时，如果重心偏向缺口一侧，则翻转落入料斗；如果重心偏向无缺口一侧，工件继续在输料槽内向前运动；图d适用于带肩轴类工件，工件在运动过程中自动定向成大端向上的位置。,六、供料与隔料机构,供料和隔料机构的功用是定时地把工件逐个输送到机床加工位置

8、，为了简化机构，一般将供料与隔料机构设计成一体的。下图是典型的供料与隔料机构。,图a适用于往复运动式供料与隔料机构，适用于轴类、盘类、环类、球类工件，供料与隔料速度小于150件/min；图b为摆动往复式供料与隔料机构，适用于短轴类、环类、球类工件，供料与隔料速度在150200件/min之间；,图c为回转运动式供料与隔料机构，适用于盘类、板类工件，供料与隔料速度大于200件/min,且工件平稳；图d为回转运动连续式供料与隔料机构，适用于小球、轴类、环类工件，供料与隔料速度大于200件/min。,板材料自动供料装置,板料的自动供料装置一般应具有贮料，顶料，吸料，提料，移料和释料等功能，它的作用是把

9、板料输送到加工设备的送料装置上。供料装置的过程是先将板料放入贮料架内，再有顶料机构把板料提供给吸料器。,板材料自动送料装置,送料装置的作用是将供料装置送来的板料传送到加工位置。,自动线输送系统,自动线是指按加工工艺排列的若干台加工设备及其辅助设备，并用自动输送系统联系起来的自动生产线。在自动线上，工件以一定的生产节拍，按工艺的顺序自动地通过各个工作位置，完成预定的工艺过程。,自动线输送系统简述,带式输送系统链式输送系统步伐式传送带辊子输送系统悬挂输送系统有轨导向小车随行夹具返回装置,自动输送系统,一 带式输送系统,带式输送系统是一种利用连续运动且具有挠行的传送带来输送物料的输送系统如图所示，它

10、主要有输送带、驱动装置、传动滚筒、托辊、张紧装置组成。,重要组成部件的作用,输送带：输送带是一种环形封闭形式，它具有输送和承载两种功能，根据输送系统的物料不同，输送带的材料可以采用橡胶带、塑料带、绳芯带等；传送滚筒：它是依靠摩擦力带动输送带运动，在输送带全长靠许多托辊支撑，并且有张紧装置拉紧。,托辊和张紧装置,托辊：带式输送系统常用于远距离物料输送，为了防止物料重力和输送带自重造成的带下垂，须在输送带下安置许多托辊。张紧装置：张紧装置的作用是使输送带产生的一定预张力，避免带在传动滚筒上打滑；同时控制输送带在托辊间的挠度，以减小输送阻力。,带式输送系统传动的优缺点,优点：（1）适用于两轴中心距较

11、大的场合（2）传动具有良好的弹性和稳定（3）过载时候出现打滑可防止损坏其它零件缺点（1）机械效率不高（2）传动比不容易控制,二 链式输送系统,如图所示，链式输送系统由链条、链轮、减速器、联轴器等组成。,链式传动系统的特点,链传动适应于长距离输送但是要增加张紧装置和链条支撑导轨。在链传动系统中链条对链条要求十分严格，一般的将输送链的节距设计成普通传动链的2倍或者3倍以上，这样可以减轻链条质量减少铰链个数，提高输送性能。链式传动系统适用于两轴中心距较大的情况下的传动，造价较低。,三 步伐式传送带,式传送带有棘爪式和摆杆式等多种形状。棘爪式传送带能够完成向前输送和向后退回的往复动作，实现工步伐件单向

12、输送。传送带在输送速度较高时容易导致工件的惯性滑移，为保证工件终止位置准确，运行速度不能太快。,四 辊子输送系统,辊子输送是利用辊子的转动来输送工件的输送系统，它一般分为无动力辊子输送和动力辊子输送两类。无动力辊子输送系统是依靠工件的自重或人的推力来实现向前输送，自重式则沿着输送方向略向下倾斜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的输送。,六 有轨导向小车,有轨导向小车（RGA)是依靠设在地面上的轨道进行导向的输送系统。,有轨导向小车的工作原理,链式牵引的有轨导向小车,有轨导向小车优缺点及应用,优点：移动速度大，加速性能好，承载能力大,缺

13、点：铺设轨道不宜改动，柔性差，车间空间利率 低，噪声大。,应用：有轨电车，工业，运输等方面,随行夹具返回装置,为了保证工件在各工位的定位精度或结构复杂无可靠运输基面工件的传输，一般先将工件先定位加紧在随行夹具上，工件和随行夹具一起传输，这样随行夹具必须返回到原始位置。随行夹具返回装置分上方返回，下方返回，水平返回三种,随行夹具返回装置的工作原理及分析,随行夹具的图示及分析,上方返回的随行夹具返回装置,如上图所示，随行夹具2在自动线的末端用提升装置3提升到机床上方后，靠自重经一条倾斜的轨道4返回到自动线的始端，然后用下降装置5降至运送带上。,一、物流输送形式,物流输送系统是为FMS服务的，它决定

14、着FMS的布局和运行方式。常见的物流输送形式有：1.直线型输送形式 2.环型输送形式 3.网络型输送形式 4.机器人为中心的输送形式,典型的物流基本回路：,1.直线型输送形式,用途：适用于按照规定顺序从一个工作站到下一个工作站的工件输送，其线内储存量较小，需配合中央仓库及缓冲站。,特点：输送设备作直线运动，输送线两侧布置加工设备和装卸站,2.环型输送形式,特点：加工设备和辅助设备布置在封闭的环型输送线的内外侧。可增加支线作为储存或改变输送线路之用，不设置中央仓库，便于实现随机存取。应用范围较广输送设备：连续输送机、输送小车、悬挂输送机,3.网络型输送形式,特点：输送设备通常采用自动导向小车，加

15、工设备敞开性好，物料输送灵活。线内储存量较小，需配合中央仓库及托盘自动交换器。,4.机器人为中心的输送形式,特点：以搬运机器人为中心，加工设备布置在机器人搬运范围内的圆周上。用途：适用于加工各类回转体零件的FMS中。,1车削 中心2数控铣床3数控钻床4缓冲站5加工中心6机器人,二、托盘及托盘交换器,1.托盘 2.托盘交换器（1）回转式托盘交换器（2）往复式托盘交换器,1.托盘,在FMS中，工件一般安装在组合夹具上，而组合夹具又被安装在托盘上，因而托盘是工件和夹具的承载体。当工件在机床上加工时，托盘成为机床工作台并支撑工件；运输时,托盘又承载着工件和夹具在机床之间进行传送。托盘是一种工件和机床之

16、间的硬件接口。在同一个FMS之间的所有机床，不管各自的形式如何，都必须采用这种统一的接口，使各台机床连接成为一个整体系统，这就要求系统中的所有托盘采用同一种结构形式。,托盘结构：有箱式、板式等。,托盘的上表面：有便于夹具安装的T型槽、矩阵螺孔，托盘的下表面：有供在机床工作台上定位的基面和输送基面，其在机床工作台上定位通常是采用锥面定位。,1托盘导向面2侧面定位块3安装锁定机构的螺孔4工件安装面5中央孔6托盘搁置面7托盘支撑面8工件或夹具的固定孔 9托盘夹紧面10托盘定位面,（1）回转式托盘交换器,当机床加工完后，交换器从机床工作台移出装有工件的托盘，将加工好的工件和托盘移至回转工作台的空位上；

17、然后工作台回转180度 托盘交换器再将待加工的工件和托盘移至机床工作台上。,回转式托盘交换器,两位回转式托盘交换器的工作过程：,往复式托盘交换器的工作过程：,当机床加工完后，工作台横向移动到卸料位置，将加工好的工件及其托盘移至托盘库的空位上；然后工作台横移至装料位置，托盘交换器再将待加工的工件移至工作台上。,自动导向小车,自动导向小车（Automated Guided Vehicle,简称AGV)是一种由计算机控制的的，按照一定一定程序自动完成运输任务的运输工具。自动导向小车是柔性物流系统中物料运输工具的发展趋势。,自动导向小车（AGV）的组成：主要有车架、蓄电池、充电装置、电气系统、驱动装置

18、、转向装置、自动认址和精确停位系统、系在机构、安全系统、通讯单元和自动导向系统等组成。,1.AGV的特点：,较高的柔性：通过改变导向程序即可完成AGV的路线改变。实时监视和控制：由计算机完成与AGV的双向通讯。安全可靠：低速运行、有微处理器控制系统（防止与其他AGV碰撞）、有定位精度传感器或定位中心装置（保证定位精度）维护方便：自动去充电站充电,2.AGV的分类：,线导小车：利用电磁感应制导原理进行导向，需要在行车路线的地面上埋设环形感应电缆来制导小车。光导小车：利用光电制导原理来进行导向，需要在行车路线上涂上能反光的荧光线条，小车上的光敏传感器接受反射光来制导。遥控小车：以无线电发送接收设备

19、传送控制命令和信号来制导小车。,3.车轮的布置：,三轮车：前轮既是转向轮又是驱动轮（一般只能向前运动）四轮车：差速转向式：中间两轮为驱动轮，利用两轮的速度之差实现转向（可以实现前后驱动）独立式多轮转向式：四个车轮都兼有转向和驱动（转向最为灵活，可沿任意方向运动）,a)舵轮转向 b)两轮差速转向 c)独立多轮转向,4.自动导向系统,此图是舵轮转向的AGV自动导向原理,5.AGV自动认址和精确停位系统,任务：使小车能将物料准确地送到位。方法：在各个工位上安装地址信息发送元件，即直接在导线两侧埋设认址的感应线圈。如图：对每个地址编码，将四个线圈以不同的方式连接，产生不同方向的磁通。,6.AGV的管理

20、,AGV系统的管理是为了确保系统的可靠运行，最大限度的提高物料的通过量，使生产效益达到最高水平。它包括三个方面的内容，即交通管制、车辆调度、系统监控。（1）交通管制：常用的为区间控制法（将导向线路划分若干个区间，在同一时刻只允许一个小车定位于给定的区内）防止小车之间的相互碰撞。,（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。（3）系统监控 目的：避免系统出现故障或运行速度减慢等问题 途径：定位器面板、摄像机、CRT彩色图像显示器及中央记录报告。,自动化仓库,在整个FMS中，当物流系统线内存储功能很小

21、而要求有较多的存储量时，或者要求无人化生产时，一般都用设立自动化中央仓库来解决物料的集中存储问题。柔性物流系统以自动化中央仓库为中心，依据计算机管理系统的信息，实现毛胚、办成品、成品、配套件或工具的自动存储、自动,检索、自动输送等功能。中央仓库有多种形式，常见的有平面仓库和立体仓库两种。平面仓库：是一种货架布置在输送平面内的仓库，它一般存储一些大型工件。平面仓库有分为直线型平面仓库和二台八工位环形储料架组成的平面仓库。,直线型平面仓库如图a，它的托盘存放站沿输送线直线排列，有小车完成自动存取和输送。,图a 1、小车 2、托盘存放站 3、装卸站,二台八工位环形储料架如图b，它组成的平面仓库，储料

22、架作环形运动，因此可以在任意空位入库存储或根据控制指令选取工件出库。,图b 1、小车 2、托盘存放站 3、装卸站,立体仓库：立体仓库又称高层货架仓库，如图c，它主要由高层货架、堆垛机、输送小车、控制计算机、状态检测器等组成，若有必要，还要配置信息输入设备如条形码扫描器。,1、自动化立体仓库的总体布局 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 贯通式是将物料从巷道一段入库，从另一端出库。这种方式布局简单，便于管理和维护，但是物料完成出、入库过程需经过巷道全场。（2）同端出入式 它是将物料入库和出库布置在巷道的同一端。这种,方式最大优点是能缩短出入库时间。另外仓库与作业区

23、的接口只有一个，便于集中管理。2、储料单元和货位尺寸单位的确定 自动化立体仓库的存储方式是首先把工件放入标准的货箱内或托盘上，然后再将货箱或托盘送入高层货架的货格中。对于高层的货架不宜存储过大过重的储料单元，一般不超过1000kg，尺寸大小不超过1立方米。储料单元确定后计算货物尺寸。货物尺寸取,决于三方面因素:a、储料单元的大小；b、储料单元顺利出入库所必需的净空尺寸；c、货架构件的有关尺寸。3、仓库容量和总体尺寸的确定 仓库容量N是指同一时间内可存储在仓库中的储料单元总数，其大小需进行计算。L=NLj H=NHh B=NB+Bd+（150400）n一般取H/L=0.150.4 B/L=0.4

24、1.2 NL、NB、NH、是长宽高方向的货位数Bd是堆垛机宽度 n是巷道数,4、自动化仓库的计算机控制系统 自动化仓库的含义是指仓库管理自动化和出入库作业自动化。因此要求它的计算机控制系统应具备信息的输入及预处理、物料的自动存取和仓库自动化管理等。（1）信息的输入及预处理 包括对物料条形码的识别、认址检测器、货格状态检测器的信息输入，以及这些信息的预处理,(2)物料的自动存取 包括货箱或零件的入库、搬运、和出库等工作。（3）仓库管理 包括对仓库的物资管理、账目管理、货位管理及信息管理等内容。,五.柔性物料系统的计算机仿真,1.什么是仿真机？仿真机是通过对系统模型的实验去研究一个真实系统，这个真

25、实系统可以是现实世界中已存在的或正在设计中的系统。2.仿真机对物料系统的作用？物流系统往往相当复杂，利用仿真机技术对物流系统的运行情况进行模拟，提出系统的最佳配置。这样，可以对物流系统的设计 提供科学决策，有助于保证设计质量，降低设计成本。同时也可以提高物流系统的运行质量和经济效益。,五.柔性物料系统的计算机仿真FS1烟丝气力输送及柔性物料分配系统,五.柔性物料系统的计算机仿真,五.柔性物料系统的计算机仿真,系统描述,建立系统数学模型,建立仿真模型,编写仿真程序,模型运行,合理？,进行仿真研究？,程序合理？,仿真模型问题,系统模型问题？,修改系统模型,修改仿真模型,修改程序,辅助分析及设计,仿

26、真研究程序(多次运行，寻优统计等。）,仿真结果处理,否,否,否,否,是,是,是,否,是,是,五.柔性物料系统的计算机仿真,计算机仿真的基本步骤：1.建立仿真模型 采用文字.公式.图形等方式对柔性物流结构进行假设和描述，形成一种计算机语言能理解的数学模型；2.编程 编程就是用一定的算法将上述模型转化为计算机仿真程序;3.进行仿真实验 选择输入数据，在计算机上运行仿真程序，以获得仿真数据；,五.柔性物料系统的计算机仿真,4.仿真结果处理 对仿真实验结果数据进行统计分析及仿真报告，以期对柔性物料系统进行评定；5.总结 对柔性物料系统的结构提供完善的建议，同时可对系统的控制和调度提出优化方案。,五.柔

27、性物料系统的计算机仿真,在制造企业中对柔性物流系统进行计算机仿真，不仅能够大大缩短系统的规划设计周期.优化设计方案，还可以根据计算机仿真结构对柔性物流系统的运行状态进行优化以便获得最佳的运行经济效益。随着三维视觉系统在计算机仿真系统的广泛应用，在仿真界面中可发展现柔性物料系统所有设备和运行过程的全时空信息.,五.柔性物料系统的计算机仿真,有了计算机仿真机，人们可以看到加工设备.单机供料装置.连续输送系统.立体化仓库.堆垛机.搬运机器人和导向小车的外观布局形式，也能观察它们瞬时工作状态等。,课堂练习,1、在单机自动供料装置中，常见的储料器有哪两种？哪种储料器需要计算平均供料率，为什么？2、按导向方式的不同可将自动导向小车（AGV）分为_、_和_三种。3、在带式输送系统中，为防止物料重力和带的自重造成带下垂，须在输送带下安置_。为防止输送带跑偏在输送带中安置_。4、托盘是_与_之间的硬件接口。而托盘交换器则是FMS的_与_之间的桥梁和接口。,