第四章工件儲(chǔ)運(yùn)及管理系統(tǒng)

1、第一節(jié) 工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的功用及組成 一、工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的功用 物流系統(tǒng)的功能包括： （1）存儲(chǔ)功能：等待的零件（非加工和非處理狀態(tài)）的存儲(chǔ)和緩存。 （2）輸送功能：工件在各工位之間的傳輸。 （3）裝卸功能：進(jìn)出裝卸站、進(jìn)出庫、設(shè)備上下料。 （4）管理功能：工件的識(shí)別與管理。 二、工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的組成 現(xiàn)代物流系統(tǒng)由管理層、控制層和執(zhí)行層三大部分組成。 （1）管理層：管理物料庫存，生成物料作業(yè)計(jì)劃。要求具有較高智能。 （2）控制層：檢測物流狀態(tài)，生成物流作業(yè)指令。要求具有較高的實(shí)時(shí)性。 （3）執(zhí)行層：執(zhí)行物流作業(yè)指令。要求較高的可靠性。 有軌（RGV）無軌（AGV）輥式鏈?zhǔn)剑▊魉蛶в捎谌嵝圆?，目前較少

2、使用）帶式固定路線隨機(jī)路線電磁式（圖6-8）光電式（圖6-9）傳送帶運(yùn)輸小車工業(yè)機(jī)器人固定式機(jī)器人行走式機(jī)器人FMS中常見的輸送及交換裝置 ：傳送帶；運(yùn)輸小車；工業(yè)機(jī)器人；托盤及托盤交換裝置（包括托盤夾具）第二節(jié) 工件輸送系統(tǒng) 1.輸送帶（見圖2） 結(jié)構(gòu)簡單，輸送量大，多為單向運(yùn)行，受剛性生產(chǎn)線的影響，在早期的FMS中用得較多。輸送帶分為動(dòng)力型和無動(dòng)力型；從結(jié)構(gòu)方式上有輥式、鏈?zhǔn)?、帶式之分；從空間位置和輸送物料的方式上又有臺(tái)式和懸掛式之分。用于FMS中的輸送帶通常采用有動(dòng)力型的電力驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng)輸送帶運(yùn)行。利用輸送帶輸送物料的物流系統(tǒng)柔性差，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的

3、工作，因而除輸送量較大的FML或FTL外，目前已很少使用。 一、工件輸送設(shè)備 2.自動(dòng)小車 自動(dòng)小車分為有軌和無軌兩種，所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車高架有軌小車 無軌小車也叫自動(dòng)導(dǎo)引小車（Automatic Guided VehicleAGVAGV）。AGV優(yōu)點(diǎn)： 1)較高的柔性 沒有機(jī)械軌道，很容易改變、修正和擴(kuò)充AGV的移動(dòng)路線及增減運(yùn)行的車輛數(shù)量。 2)實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制 控制計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)地對其監(jiān)視與控制。當(dāng)作業(yè)計(jì)劃改變時(shí)，可以靈活地調(diào)度小車的運(yùn)行或?yàn)榫o急需要服務(wù) 3)安全可靠 AGV通常由微處理器控制，能與控制器通訊，定位精度高，具有安全保護(hù)裝置等。 4)維護(hù)方

4、便。在各種FMS中得到了廣泛應(yīng)用。 無軌小車按引導(dǎo)方式和控制方法的分類見表2。有徑引導(dǎo)方式電磁引導(dǎo)方式電纜導(dǎo)向方式磁帶導(dǎo)向方式光學(xué)引導(dǎo)方式連續(xù)導(dǎo)向帶方式斷續(xù)導(dǎo)向帶方式無徑引導(dǎo)方式自主導(dǎo)向方式地圖導(dǎo)向方式慣性導(dǎo)向方式無徑引導(dǎo)方式地面援助方式超聲波燈臺(tái)方式激光燈臺(tái)方式遙控方式柵板符號(hào)方式直角棱鏡設(shè)置方式記號(hào)追蹤方式表2 無軌小車引導(dǎo)方式的分類 圖3-14 AGV外形圖電磁導(dǎo)向方式原理（圖6） 在地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，并通以510kHz的低壓電流。小車上裝有對稱的一組信號(hào)拾取線圈。當(dāng)小車偏向右方時(shí)，右方的感應(yīng)信號(hào)減弱，左方的增強(qiáng)，控制器根據(jù)這些信號(hào)的強(qiáng)弱，控制小車的舵輪。轉(zhuǎn)向舵比較放大電路信號(hào)拾取線圈

5、引導(dǎo)電纜圖6 電磁引導(dǎo)原理 引導(dǎo)電纜被劃分為若干段，小車調(diào)度系統(tǒng)采用分段控制的方法，隨時(shí)根據(jù)每個(gè)小車反饋回的位置信號(hào)修正控制指令，保證每段路徑上只有一臺(tái)小車運(yùn)行，以防止小車運(yùn)行中相互距離過近而出現(xiàn)事故。這種方式要在地面開數(shù)厘米深的溝，路徑的變動(dòng)仍不方便，而且，由于建筑物強(qiáng)度等方面的限制，不能在樓層上使用。 信號(hào)孔感光元件光道光源反光帶圖7 光學(xué)引導(dǎo)原理 沿小車預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制小車的舵輪。 光學(xué)引導(dǎo)方式原理（圖7） 反光帶有連續(xù)粘貼和斷續(xù)粘貼兩種方法，F(xiàn)MS中常采用連續(xù)粘

6、貼法。光學(xué)引導(dǎo)方式對于改變小車的預(yù)定路徑很方便，只要重新粘貼反光帶即可，但反光帶易污染和破損，不適合油霧重、粉塵多、環(huán)境不好的車間。電磁引導(dǎo)方式因其引導(dǎo)電纜本身具有能量，本身不具有能量，被稱為無源引導(dǎo)方式。 無徑引導(dǎo)方式中的激光燈臺(tái)方式如圖7所示。在無軌小車的頂部裝有一個(gè)可沿360按一定頻率發(fā)射激光的裝置，同時(shí)在小車運(yùn)行范圍的四周一些固定位置上放置反射鏡片。當(dāng)無軌小車運(yùn)行時(shí)，不斷接收到從三個(gè)已知位置反射來的激光束，經(jīng)過運(yùn)算后，確 定 小 車 的 位 置 ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 導(dǎo) 航 引 導(dǎo) 。 生產(chǎn)中實(shí)際使用的無軌小車目前基本上都是有徑引導(dǎo)方式，無徑引導(dǎo)方式在FMS應(yīng)用中尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。圖8

7、是無軌小車的實(shí)用例。 3. 工業(yè)機(jī)器人圖3-16 工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)圖3-17 機(jī)器人用于零件裝配 在FMS中廣泛采用托盤和托盤交換裝置，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)更換，縮短輔助時(shí)間。 (1)托盤 托盤（也稱為托板）是操作者在裝卸站安裝夾具和工件的底板，是工件和夾具與輸送設(shè)備和加工設(shè)備之間的接口。托盤有箱式、板式等多種結(jié)構(gòu)，箱式托盤不進(jìn)入機(jī)床的工作空間，主要用于小型工件及回轉(zhuǎn)體工件的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。板式托盤主要用于較大型非回轉(zhuǎn)體工件，通常單件安裝，隨工件進(jìn)入機(jī)床工作空間。 托盤有標(biāo)準(zhǔn)形式或自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)形式。4. 托盤及托盤交換裝置(2)托盤交換裝置 托盤交換裝置是加工中心與工件輸送設(shè)備之間的連接裝置，起著

8、橋梁和接口的作用。有回轉(zhuǎn)式（圖3-20）和往復(fù)式?；剞D(zhuǎn)式托盤交換裝置有兩位和多位。多位式亦稱托盤庫。往復(fù)式托盤交換裝置的基本形式為兩位，其布局有多種形式。（圖3-21） 圖圖 (3)托盤緩沖站 托盤緩沖站是自動(dòng)化制造系統(tǒng)內(nèi)工件排隊(duì)等待加工的暫存地點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要選擇。托盤緩沖站的數(shù)目，以不使工件在系統(tǒng)內(nèi)排隊(duì)等待而產(chǎn)生阻塞為原則，有利于提高機(jī)床的利用率。具體確定時(shí)應(yīng)考慮工件的裝卸時(shí)間、切削時(shí)間、輸送時(shí)間以及無人或少人看管系統(tǒng)時(shí)間(如節(jié)假日、第三班)等多種因素。 托盤緩沖站的安放位置應(yīng)盡可能靠近機(jī)床，以減少工件的輸送時(shí)間。 （4）托盤夾具 通常為通用零部件加上少量專用零部件組成的組合夾具。 設(shè)

9、計(jì)和選用MAS用的托盤夾具原則： 1)為簡化定位和安裝，夾具的每個(gè)定位面相對機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)尺寸固定。 2)夾具元件數(shù)盡可能少，元件的強(qiáng)度和剛度要高，使用方便、合理，應(yīng)設(shè)有能將工件托起一定高度的等高塊元件，便于沖洗和清除切屑。 3)夾具與托盤一起移動(dòng)、上托、下沉和旋轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)不與機(jī)床發(fā)生干涉。架式夾具為好。 5)當(dāng)工件結(jié)構(gòu)尺寸較小時(shí)，應(yīng)盡可能在一個(gè)夾具上裝夾多個(gè)(或多種)夾具數(shù)量或種類、提高機(jī)床的利用率。 自動(dòng)化制造系統(tǒng)，特別是柔性制造，一般采用自動(dòng)化物流系統(tǒng)。近年來允許大量人工介入的簡單物流系統(tǒng)應(yīng)用越來越多，這是因?yàn)槠渫顿Y少，見效快，可靠性也相對較高的緣故，在我國現(xiàn)階段比較合適。 二、工件輸送型

10、式選擇直線運(yùn)行單向運(yùn)行雙向運(yùn)行環(huán)線運(yùn)行單向運(yùn)行雙向運(yùn)行網(wǎng)線運(yùn)行雙向運(yùn)行 主要依靠機(jī)床的數(shù)控功能實(shí)現(xiàn)柔性，輸送裝置多為輸送帶，主要用于FML或自動(dòng)裝配線 系統(tǒng)柔性低，容錯(cuò)性差，常需另設(shè)緩沖站，輸送裝置采用雙向輸送帶、有軌小車或移動(dòng)式機(jī)器人，主要用于小型FMS 利用直線單向運(yùn)行的組合，形成封閉循環(huán)實(shí)現(xiàn)柔性，提高輸送設(shè)備的利用率 利用直線雙向運(yùn)行的組合，形成封閉循環(huán)，提高柔性和設(shè)備利用率 全為雙向運(yùn)行，有很大柔性，輸送設(shè)備的利用率和容錯(cuò)性高，但控制與調(diào)度復(fù)雜，主要采用無軌小車，用于較大規(guī)模的FMS典型輸送線路 三、工件輸送設(shè)備的選擇 在自動(dòng)化制造系統(tǒng)內(nèi)擔(dān)任輸送任務(wù)的有有軌小車和無軌自動(dòng)導(dǎo)引小車等。有

11、軌小車只沿安裝在地面上的固定軌道運(yùn)行，通常適用于機(jī)床臺(tái)數(shù)較少且加上設(shè)備成直線布局的工件輸送系統(tǒng)。無軌小車輸送系統(tǒng)，多用在設(shè)備成環(huán)行或網(wǎng)絡(luò)形布局的系統(tǒng)。 加工回轉(zhuǎn)體工件的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，除采用自動(dòng)導(dǎo)引小車搬運(yùn)工件外，還常用機(jī)器人作為機(jī)床上下工件的搬運(yùn)工具。同時(shí)由于機(jī)器人工作靈活性強(qiáng)，具有視覺和觸覺能力，以及工作精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣。 加工板金類工件的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，通常采用帶吸盤的輸送裝置來搬運(yùn)板料。 幾種常用工件輸送設(shè)備的適用范圍見表5-2。選用指標(biāo)見下頁關(guān)于AGV，選用時(shí)主要考慮以下指標(biāo)：1）外形尺寸 一般長度從7502500mm，寬4501500mm，高

12、550一650mm2）載重量 50一2000kg3）運(yùn)行速度 10一70mmin 4）轉(zhuǎn)彎半徑5）蓄電池的電壓以及每兩次充電之間的平均壽命6）安全 設(shè)備是否有安全杠、警報(bào)揚(yáng)聲器及警告燈。全速行駛時(shí)的緊急剎車距離7）載物平臺(tái)的結(jié)構(gòu)8）控制方式9）定位方式兼容的控制計(jì)算機(jī)類型。 第三節(jié) 自動(dòng)化倉庫一、立體倉庫的功用 毛坯、半成品、配套件和成品(有時(shí)也包括工藝裝備)的自動(dòng)存儲(chǔ)和自動(dòng)檢索系統(tǒng)。 立體倉庫是毛坯和成品零件的存放地點(diǎn)，也可看成是托盤緩沖站的擴(kuò)展與補(bǔ)充。使用的托盤及大型夾具也可在立體倉庫中存放。二、自動(dòng)化倉庫結(jié)構(gòu)圖6-7 自動(dòng)倉庫運(yùn)輸小車出入庫裝卸站碼垛機(jī)料架 自動(dòng)倉庫（圖6-7） 又稱立體

13、倉庫或自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)（Automated Storage and Retrieva1 System一ASRS），由高層料架 、碼垛機(jī)、控制計(jì)算機(jī)和物料識(shí)別裝置等組成。有時(shí)配置信息輸入設(shè)備，如條形碼掃描器。具有自動(dòng)化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。 圖3-23 碼垛起重機(jī) 立體倉庫由存放貨架、搬運(yùn)設(shè)備和輸入輸出站組成。所使用的自動(dòng)存取搬運(yùn)設(shè)備為碼垛式起重機(jī)。三、倉庫形式的選擇 自動(dòng)化倉庫一般分為立體庫和平面庫兩類。除了大型工件往往采用平面庫外常用立體庫。 平面庫是在車間輸送平面內(nèi)的布局形式，通常有直線型和環(huán)型兩種。 當(dāng)自動(dòng)化制造系統(tǒng)規(guī)模較小，而

14、又不要求無人化運(yùn)行時(shí)，也可以利用緩沖存儲(chǔ)。即物流系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)(裝卸站，輸送系統(tǒng)、物料交換站、緩沖存儲(chǔ)器等)的儲(chǔ)存能力來滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需要，而不設(shè)置自動(dòng)化倉庫。圖圖四、立體倉庫布局形式的選擇 立體倉庫布局形式的選擇主要與倉序的存儲(chǔ)數(shù)量、進(jìn)出庫頻率、系統(tǒng)的總體布局、外部設(shè)備以及存放物料的規(guī)格等有關(guān)。 裝有物料的標(biāo)準(zhǔn)料箱或托盤進(jìn)、出高層貨架的形式有下面兩種： （1）貫通式：物料從巷道一端入庫，從另一端出庫。布局簡單，便于管理和維護(hù)，但物流進(jìn)出需經(jīng)過巷道全長。 （2）同端出入式：優(yōu)點(diǎn)是能縮短出入庫時(shí)間。尤其在庫存量不大，且采用自由貨位存儲(chǔ)時(shí)，可將物料存放在出入端較近處。倉庫與作業(yè)區(qū)的接口只有一個(gè)，便于

15、集中管理。圖圖倉庫的存儲(chǔ)數(shù)量可由下式計(jì)算： NTntabN中央倉庫存儲(chǔ)數(shù)量，N的單位為個(gè)T無人化生產(chǎn)時(shí)間，單位為h，若系統(tǒng)每天運(yùn)轉(zhuǎn)24h，且8h由工人備料，則T=16，n系統(tǒng)中機(jī)床臺(tái)數(shù)，n的單位為臺(tái)t托盤上所裝工件的平均加工時(shí)間，t的單位為h/托盤a待用托盤數(shù)，單位為個(gè)b儲(chǔ)存刀具所用托盤數(shù)，b的單位為個(gè)。若系統(tǒng)具有中央刀庫則b0如果考慮系統(tǒng)內(nèi)緩沖存儲(chǔ)的存放數(shù)量，中央倉庫的庫存數(shù)可適量減少。出入庫頻率P(每分鐘托盤出入次數(shù))可由下式估算 Pn/t 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的工件儲(chǔ)運(yùn)管理系統(tǒng)的功能主要包括：對工件物流系統(tǒng)各部分的控制；控制信息的處理；對AGV及自動(dòng)化倉庫的管理。一、物流系統(tǒng)的控制 一般來說，

16、工件物流系統(tǒng)由自動(dòng)化倉庫、物料識(shí)別裝置、物流運(yùn)輸系統(tǒng)和上下料站組成、其中主要部分是自動(dòng)化倉庫和運(yùn)輸系統(tǒng)，它們通常由專業(yè)廠提供。用戶只需通過通信接口，對其動(dòng)作進(jìn)行控制并接收反饋信息。 物流系統(tǒng)的控制功能體系如圖5-3所示。第四節(jié) 工件儲(chǔ)運(yùn)管理系統(tǒng)二、AGV的管理 1)交通管制 在多車系統(tǒng)中，為了避免車輛之間的碰撞，系統(tǒng)必須具備交通管制功能。當(dāng)前最廣泛流行的AGV交通管制與火車運(yùn)行相似，采用區(qū)間控制法。它將導(dǎo)引回路劃分為若干個(gè)區(qū)間，由軟件進(jìn)行控制，使任何時(shí)刻只允許一輛車位于給定的區(qū)間內(nèi)。 2)車輛調(diào)度 實(shí)現(xiàn)最大物料傳輸目標(biāo)的小車調(diào)配。 3)系統(tǒng)監(jiān)控 為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控。目前實(shí)

17、現(xiàn)監(jiān)視可有兩個(gè)途徑：定位器面板和工業(yè)攝像機(jī)。 三、自動(dòng)化倉庫的管理 自動(dòng)化倉庫的管理除了實(shí)現(xiàn)圖5-3所示的控制功能以及有關(guān)信息的輸入與預(yù)處理外，還應(yīng)具備下列主要功能： 1 帳目管理 對倉庫中貨物的品種、數(shù)量、價(jià)格等大量的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，使管理人員掌握庫存貨物的全貌。 2 庫存管理 為了滿足生產(chǎn)的需要，倉庫庫存貨物應(yīng)有一定的數(shù)量，庫存數(shù)量太多，會(huì)造成資金積壓及管理費(fèi)用增加；庫存量太少，則會(huì)影響正常生產(chǎn)。不同的物料要求的儲(chǔ)存量不同，其最佳值的選擇要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來確定。也可以通過對各物料的存放時(shí)間、最大和最小數(shù)量統(tǒng)計(jì)等方式來控制庫存數(shù)量。 3 貨位管理 出、入庫的貨位應(yīng)按照一定的原則來分配。貨物的存放方式有： 1)定貨位存放方式 對每個(gè)品種的貨物分配固定的貨位。一旦計(jì)算機(jī)有了故障，管理人員對貨物的存放地址仍很清楚，不會(huì)造成混亂。要按最大進(jìn)貨量來分配貨位所以要求的貨位較多，使貨位利用率降低。 2)自由貨位存放方式 各種貨物并無固定的存放貨位。人出庫貨物的存放地址是按照一定的出入庫原則確定的。 入庫原則是先近后遠(yuǎn)；先低后高，上輕下重等。 出庫原則是先入先出，先出零散，盡量騰出貨位。 3)劃分區(qū)域隨機(jī)存放方式 對于品種較多或每個(gè)品種要求存放