自动流水线输送系统设计

第一章 引言 1.1课题提出背景 制造业历来是国民经济的重要组成部分为了提高制造业的技术水平，制造业在其发展历程中一直在进行着不同水平、不同类型的自动化。进人8十年代后，随着微电子技术和通信技术的吃速发展，制造业自动化进人到一个新的姗代一基于计算机的集成制造时代，并且正在向基于人工智能，人—机协调，人—自然协调的生态工厂时代迈进。促使制造业自动化发展的3个技术因素是:自动化单元技术:自动化的方法学或哲理;与制造业自动化有关的基础技术。 工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。 工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。 自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用： （1）提高生产过程的安全性； （2）提高生产效率； （3）提高产品质量； （4）减少生产过程的原材料、能源损耗。 据国际权威咨询机构统计，对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1：4至1：6之间。 特别在资金密集型企业中，自动化系统占设备总投资10%以下，起到“四两拨千金”的作用。 传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对设备和生产过程的控制，即由机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信号处理单元、接口等硬件元素，在软件程序和电子电路逻辑的有目的的信息流引导下，相互协调、有机融合和集成，形成物质和能量的有序规则运动，从而组成工业自动化系统或产品。 在工业自动化领域，传统的控制系统经历了继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统和集散式控制系统DCS的发展历程。 近年来，随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次。工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具(包括自动测量仪表、控制装置)的总称。今天，对自动化最简单的理解也转变为：用广义的机器（包括计算机）来部分代替或完全取代或超越人的体力。 1.2 课题的意义 总的看来，自动化技术发展趋向是涵盖“精益”、“灵敏”等概念在内的、广义的、基于计算机的集成制造;另一方面.从人、社会、自然这3个更大的范围来看，制造业自动化的发展趋向可概括为以下4 个方面: 1.制造业的生产柔性将进一步提高当今世界变化中的市场要求(CIM是柔性的。制造系统的柔性是衡量制造系统对变化中的市场、技术及生产条件适应性的尺度。很显然，制造业的柔性是企业竞争 力的一个主要动力。制造柔性是由企业的长期(战略)考虑而产生的一种生产—经营决策，因而，制造柔性就不仅是个技术问题，而且也涉及到企业自身的具体情况和条件。以发展中的国家的企业而言，以首先提高人力资源和企业结构资源的柔性为佳。 2人工智能将发挥重要作用，形成基于知识的工厂1988年，美国制造工程师协会(ASME)曾进行过一次调查，以了解21世纪中制造工程师的环境和作用得出的结果是，在目前用于制造业的各种技术中，预 期最有发展前途，需用于工业中的一种技术类型是人工智能。预测到21世纪初，人工智能在工厂中的应用规模将要比目前大4倍.

3.人与机械的进一步协调，强调人在制造系统中的作用 现在已有越来越多的人认识到，高效益的企业的一个主要特征是，在设计和开发适用的软件时，将人的因素结合进去，以驱动现代的CIM系统。完全没有人参与的自动化是不现实的，在经济上是不合算的。人的创造性、判断力和理解力是任何一种机器所无法替代的。 4.人与环境的进一步协调，生态工厂的出现 产业革命后的近代产业社会中工业生产领域生产的“人工物”是人类生存所必须的.但工业废弃物和大量的能源消耗引起的生态环境破坏也日益严重，引起各国的密切关注。节能和废弃物回收和再利用 (循环使用)已成为文明社会的共识。在这种全球性的保护生态环境的大趋势下，有人提出了制造业的“生态工厂”(E-eofactory)的主张。生态工厂的基本含义是，在力求降低能耗、资源投人的情况下，使产品在生产、消费过程中尽量不损害环境，并使最终的废弃物能分解、还原、再生和循环利用。这就要求产品在开发和设计过程中应具有“全球”环保意识，在材料、结构、工艺等方面作出最符合生态环境要求 的决策。基于这样考虑.今后的制造企业自动化也必然人会向“生态工厂”自动化方向发展。 第二章 自动化流水线 2.1自动化流水线定义 自动化流水线生产是生产组织的一种形式。把生产过程划分为在时间上相等或成倍比的若干工序，并将其分别固定于按工艺过程顺序排列的各工作地，劳动对象按一定的节拍或速度，顺次流过各工作地进行加工。对不能或不便移动的操作对象（如建筑物，大型船舶，大型机器及其部件），也可由执行各工序的工人，按规定速度在劳动对象上顺序连续进行各工序加工。诞生于第二次工业革命时期。 亨利.福特(Henry Ford)于1913年在密歇根州的Highland Park，建立的生产系统。 流水线生产通过一系列的生产方法，包括使用通用的设备，使生产线上的每项任务都有稳定的周期时间，并按照加工工序的顺序，使产品能够迅速、平稳的由一个工位“流动”到下一个工位。经由生产控制系统，使产品的生产率与最终装配线上的使用率相符合。 流水线生产进一步加大了工人的劳动强度，它要求工人进行高强度，高密度作业，因此它刚诞生时饱受争议。但时间证明，它是一种极其有效的生产组织。 由于劳动单位不用移动，流水线生产有极高的效率，它使大规模批量化生产成为可能。同时，因为生产单位只用对劳动对象进行一部分操作，而无须像以前对劳动对象整体负责，因此使工人技术进一步专业化。 公司制的建立和蒸汽机的推广使用，促生了流水线生产，而它又与民族主义一起促生了法西斯主义。由于高生产速度，它还加快了世界工业化的进程。

生产流水线是在一定的线路上连续输送货物搬运机械，又称输送线或者输送机。按照输送系列产品大体可以分为：皮带流水线、板链线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。流水线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。

2.2自动化流水线生产的基本原理 生产流水线的基本原理是把一个生产重复的过程分解为若干个子过程，前一个子过程为下一个子过程创造执行条件，每一个过程可以与其它子过程同时进行。简而言之，就是“功能分解，空间上顺序依次进行，时间上重叠并行” 。

2.3自动化流水线的计算方法 若在计算n个任务地执行时间时，将各个子功能段的实际执行时间限制为周期时间，则称为各段均取周期法。 计算公式： 该方法中，计算公式为: T总=(n+k-1)×周期 其中，k为总段数，n为任务总数。 各叠加段取最大值法： 该方法中，计算公式为: T总=t1+max{t1,t2}+max{t1,t2,t3}+…+max{t1,t2,…,tk-1} +max{t1,t2,…tk}×[n-(k-1)]+max{t2,t3,…,tk} +max{t3,t4,…,tk}+…+max{tk-1,tk}+tk 其中，k为总段数，n为任务总数。 最省时法： 该方法中，计算公式为: T总=t1+t2+…+tk+max{t1,t2,t3,...,tk}×(n-1) 其中，k为总段数，n为任务总数。 采取哪种方法？ 当各段执行时间不一样时，上述3种方法才存在区别。若各段执行时间一样，三者无区别。第2，3种方式依各段时间取值不一样而可能存在区别。

2.4自动化流水线的特征及优缺点 生产流水线的特征是每一道工序都有特定的人去完成，一步一步地加工．每个人做一个特定的工作．

图1-1生产流水线

优点是这样生产起来会比较快，因为每个人只需要做一 样事，对自己所做的事都非常熟悉． 缺点是工作的人会很觉得很乏味． 常用的生产流水线可分为以下几种： 1）板链式装配流水线 特点：承载的产品比较重，和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡；生产的节拍不是很快；以链板面作为承载，可以实现产品的平稳输送。 2）滚筒式流水线 特点：承载的产品类型广泛，所受限制少；与阻挡器配合使用，可以实现产品的连续、节拍运行以及积放的功能；采用顶升平移装置，可以实现产品的离线返修或检测而不影响整个流水线的运行。 3）皮带式流水线 特点：承载的产品比较轻，形状限制少；和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡转向；以皮带作为载体和输送，可以实现产品的平稳输送，噪音小；可以实现轻型物料或产品较长距离的输送。 4）差速输送流水线 特点：差速输送流水线采用倍速链牵引，工装板可以自由传送，采用阻挡器定位使工件自由运动或停止，工件在两端可以自动顶升，横移过渡。还可以在线可设旋转、专机、检测设备、机械手等。