生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設計

1、1. 設計分析1.1問題描述系統(tǒng)由四臺加工中心、五個托盤和裝夾工具、一套搬運軌道和小車、一個 工件裝夾區(qū)組成，其布局如圖1所示。系統(tǒng)所包含的主要時間類別及大致時間 如下：(1) 工件安裝時間。是指待加工工件裝夾并固定在托盤上的時間，由于模具工件均為長方體，因此，該時間比較穩(wěn)定，大約2mi ns左右。(2) 小車等待時間。工件安裝完成后，如機床都在工作狀態(tài)，則小車需等待有 機床完成工作后，開始運出待加工工件。該等待時間不是固定的值，需要計算 得出。(3) 機床等待時間。當有多個機床處于空置狀態(tài)時，由于運輸容量的限制，有 的機床就處于空置等待狀態(tài)，該狀態(tài)所經(jīng)歷的時間，就是該機床的等待時間。(4)

2、工件運出時間。將已安裝好工件的托盤，從安裝區(qū)運出至數(shù)控設備。大約 2mi ns。(5) 更換托盤時間。將設備上裝載已加工好的零件的托盤與小車上裝載待加工 工件的托盤進行更換。大約需要1min。(6) 工件運回時間。更換托盤后，將載有已加工好的工件的托盤運回安裝區(qū)， 并卸載。大約需要3mins。搬運軌道小車圖1系統(tǒng)布局圖1.2設計內(nèi)容1任務隊列如表1所示，計算該隊列條件下的任務總完成時間、四臺設備各自 的設備等待時間，繪制四臺設備的工序圖。2對任務隊列進行排序優(yōu)化，闡述優(yōu)化的思路和方法，計算優(yōu)化后的任務總完 成時間、四臺設備各自的設備等待時間，繪制四臺設備的工序圖。表1設計案例參數(shù)表（單位：分鐘

3、）安裝運出運回更換2231任務1任務2任務3任務4715215任務5任務6任務7任務812331738任務9任務10任務11任務128192225任務13任務14任務15任務161627316任務17任務18任務19任務20245118111.3設計中的主要因素及系統(tǒng)分析在本次的設計條件中，系統(tǒng)中共有20個任務，每個任務的加工時間是不相等 的，而且只有一套運輸設備，各個設備的功能完全一致。所以制約的加工的 最大因素便是運輸?shù)闹萍s。按照原始的順序，進行加工，畫出原始工序圖。再對原始任務工序圖進行分析，并數(shù)據(jù)計算。計算出 20個任務的總加工時間, 各個設備的等待時間，小車的等待時間。分析我們所得的

4、數(shù)據(jù)結(jié)果，找出制 約整個工序的主要問題所在，并進行改善。在這個系統(tǒng)中共有20個加工時間各不相同的任務，按照順序移動的方式來 進行加工。在分析之前我們需先進行以下假設：（1）加工開始前，五個托盤分別位于四臺加工中心及裝夾區(qū)；（2）小車運出至每臺加工中心的時間相等，運回至每臺加工中心的時間也相等。（3）系統(tǒng)運行中不會出現(xiàn)故障等影響加工時間的意外（4）小車一次只能進行一次托盤更換，最多只能運回一個工件，也最多只 能運出一個工件。（5）除了任務隊列順序之外的其他條件不可改變。2. 系統(tǒng)原始工序圖2.1繪制工序圖用visio軟件進行畫圖，得到該系統(tǒng)的加工工序圖，如下圖 2所示。r f I I -o32更

5、回 運 一 1 Irli亠SIIIIJIJ D HHJiHUCH.HU rrDHHUHo!nouu:riu JitFHriuNdndHo圖2原始任務工序圖22原始工序圖分析及任務總完成時間：198mi n設備等待時間：在用Visio制作工序圖的過車中，在 Visio中能很好的顯示各個任務之間的時間差距和各設備的等待時間從而可以算出設備總的等待時間，如下表2所示。表2各設備等待時間及總等待時間設備號等待時間(min)設備A51設備B32設備C38設備D90總等待時間211設備總等待時間為211mins，且各設備之間分布不均，設備 D等待時間幾 乎三倍與設備B的等待時間。小車等待時間：由圖2中可分

6、析得到，前期小車連續(xù)運轉(zhuǎn)，沒有小車等待 時間。在加工臨近完成時，第17件工件沒有等待時間，但第18件工件加工時 間過長，導致小車等待了 18mi n,即小車總等待時間為18mi n。3. 系統(tǒng)優(yōu)化設計3.1優(yōu)化想法根據(jù)原工序圖可以看出，任務的排列沒有規(guī)律可言，僅僅按照任務序號 來進行加工導致設備的空置時間以及總加工時間都額外的耗時，并且小車 運回最后一個工件時加工還未完成導致小車的空置時間，這對我們來說是 很浪費的不可取的，因此進行優(yōu)化的順序排列。根據(jù)原始工序圖的教訓可知，我們可以嘗試先把任務時間長的任務放在前 面，最后放置加工時間最短的防止小車等待時間的發(fā)生，盡量保證設備等待 的時間也較少，

7、即最大化要求小車運來工件時應當有三臺機床仍在加工，一 臺機床剛加工完或正好加工完等待下一個工件的狀態(tài)。如果合理安排工件加工順序，使得小車沒有等待始終處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)或盡可能 減少等待時間，那么總的加工時間便會縮短；將工件的順序按加工件的加工時間進行階梯式的排序，錯開結(jié)束時間，避免 加工同時完成或完成時間不足小車運出、運回及更換的時間，使小車有足夠的 時間運輸并交換托盤，從而減少設備等待時間。3.2設計內(nèi)容優(yōu)化后的工件排序表如下：表3排序圖（優(yōu)化后）任務序號加工時間優(yōu)化后排序順序1717215832134520512156339717138387981810192112241225111316141

8、42751531616619172410185111918122011164. 繪制優(yōu)化后的時間工序圖用Visio繪制優(yōu)化后工序圖如下圖圖3ITi1TnJ!uu r 6 I I - - ICDr4Hd!L L1201H丄1119H b:bnoshunoriuHoTH工序號工序名稱工時間 m)1安裝22運出23更換14設備5設備6設備7設備8運回3o r r- 圖3優(yōu)化時間工序圖5. 優(yōu)化后的數(shù)據(jù)分析5.1總?cè)蝿胀瓿蓵r間根據(jù)圖3分析得到總?cè)蝿胀瓿蓵r間為180min。5.2設備等待時間根據(jù)圖5分析得到優(yōu)化后的設備等待時間見表 5：表4優(yōu)化后設備等待時間表設備號等待時間（min）設備A33設備B33

9、設備C19設備D34總等待時間1195.3小車等待時間根據(jù)圖示分析計算得到小車沒有等待時間6優(yōu)化比較與分析6.1優(yōu)化結(jié)果比較將優(yōu)化前后的等待時間進行對比分析，得到表 5表5優(yōu)化對比項目優(yōu)化前 （min）優(yōu)化后 （min）提咼量（min）提咼效果加工總時間198180189.1%小車等待時間18018100%設備A等待時間51331835.3%設備B等待時間3233-1設備C等待時間38191950%設備D等待時間90345662.2%總等待時間2111199243.6%圖4優(yōu)化對比效果圖6.2優(yōu)化結(jié)果分析從表5和圖4中后發(fā)現(xiàn)，除了設備B的等待時間基本不變，其它設備的等 待時間都得到了明顯改善，關鍵時間如總加工時間和設備總等待時間均得到了 大幅度的提高，效率明顯提高。小車沒有等待時間，說明該系統(tǒng)的生產(chǎn)能力得 到了提高，效率得到了大大提升?？偟脑O備的等待時間減少了，可以幫助企業(yè) 減少能耗，提升設備利用率。7.小結(jié)此次課程設計是根據(jù)給出的原始加工方案進行優(yōu)化，使各方面時間浪費更少， 節(jié)省成本，提高效率，靈活性非常強，也很考驗個人能力。首先我先對加工流 程進行了初步了解分析，用 Visio畫出了原始任務工序圖，更加直觀的顯示出 方案，也更方便我分析。然后我發(fā)現(xiàn)其中設備等待時間非常多，就在原始工序 圖中通過移動任務組塊對任務進行重新排序，優(yōu)化結(jié)果中設備等