生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì).doc

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1、武漢理工大學(xué)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)》1.設(shè)計(jì)分析1.1問題描述系統(tǒng)由四臺(tái)加工中心、五個(gè)托盤和裝夾工具、一套搬運(yùn)軌道和小車、一個(gè)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(shí)間類別及大致時(shí)間如下：(1)工件安裝時(shí)間。是指待加工工件裝夾并固定在托盤上的時(shí)間，由于模具工件均為長方體，因此，該時(shí)間比較穩(wěn)定，大約2mins左右。(2)小車等待時(shí)間。工件安裝完成后，如機(jī)床都在工作狀態(tài)，則小車需等待有機(jī)床完成工作后，開始運(yùn)出待加工工件。該等待時(shí)間不是固定的值，需要計(jì)算得出。(3)機(jī)床等待時(shí)間。當(dāng)有多個(gè)

2、機(jī)床處于空置狀態(tài)時(shí)，由于運(yùn)輸容量的限制，有的機(jī)床就處于空置等待狀態(tài)，該狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間，就是該機(jī)床的等待時(shí)間。(4)工件運(yùn)出時(shí)間。將已安裝好工件的托盤，從安裝區(qū)運(yùn)出至數(shù)控設(shè)備。大約2mins。(5)更換托盤時(shí)間。將設(shè)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(jìn)行更換。大約需要1min。(6)工件運(yùn)回時(shí)間。更換托盤后，將載有已加工好的工件的托盤運(yùn)回安裝區(qū)，并卸載。大約需要3mins。CNCCNCCNCCNC搬運(yùn)軌道小車工件裝夾區(qū)圖1系統(tǒng)布局圖10武漢理工大學(xué)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)》

3、1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容1任務(wù)隊(duì)列如表1所示，計(jì)算該隊(duì)列條件下的任務(wù)總完成時(shí)間、四臺(tái)設(shè)備各自的設(shè)備等待時(shí)間，繪制四臺(tái)設(shè)備的工序圖。2對(duì)任務(wù)隊(duì)列進(jìn)行排序優(yōu)化，闡述優(yōu)化的思路和方法，計(jì)算優(yōu)化后的任務(wù)總完成時(shí)間、四臺(tái)設(shè)備各自的設(shè)備等待時(shí)間，繪制四臺(tái)設(shè)備的工序圖。表1設(shè)計(jì)案例參數(shù)表(單位：分鐘)安裝運(yùn)出運(yùn)回更換2231任務(wù)1任務(wù)2任務(wù)3任務(wù)4715215任務(wù)5任務(wù)6任務(wù)7任務(wù)812331738任務(wù)9任務(wù)10任務(wù)11任務(wù)128192225任務(wù)13任務(wù)14任務(wù)15任務(wù)161627316任務(wù)17任務(wù)18任務(wù)19任務(wù)2024

4、5118111.3設(shè)計(jì)中的主要因素及系統(tǒng)分析在本次的設(shè)計(jì)條件中，系統(tǒng)中共有20個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)的加工時(shí)間是不相等的，而且只有一套運(yùn)輸設(shè)備，各個(gè)設(shè)備的功能完全一致。所以制約的加工的最大因素便是運(yùn)輸?shù)闹萍s。按照原始的順序，進(jìn)行加工，畫出原始工序圖。再對(duì)原始任務(wù)工序圖進(jìn)行分析，并數(shù)據(jù)計(jì)算。計(jì)算出20個(gè)任務(wù)的總加工時(shí)間，各個(gè)設(shè)備的等待時(shí)間，小車的等待時(shí)間。分析我們所得的數(shù)據(jù)結(jié)果，找出制約整個(gè)工序的主要問題所在，并進(jìn)行改善。在這個(gè)系統(tǒng)中共有20個(gè)加工時(shí)間各不相同的任務(wù)，按照順序移動(dòng)的方式來進(jìn)行加工。在分析之前

5、我們需先進(jìn)行以下假設(shè)：（1）加工開始前，五個(gè)托盤分別位于四臺(tái)加工中心及裝夾區(qū)；（2）小車運(yùn)出至每臺(tái)加工中心的時(shí)間相等，運(yùn)回至每臺(tái)加工中心的時(shí)間也相等。10武漢理工大學(xué)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)》（3）系統(tǒng)運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)故障等影響加工時(shí)間的意外（4）小車一次只能進(jìn)行一次托盤更換，最多只能運(yùn)回一個(gè)工件，也最多只能運(yùn)出一個(gè)工件。（5）除了任務(wù)隊(duì)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(jìn)行畫圖，得到該系統(tǒng)的加工工序圖，如下圖2所示。10武漢理工大學(xué)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿

6、真課程設(shè)計(jì)》圖2原始任務(wù)工序圖10武漢理工大學(xué)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)》2.2.原始工序圖分析及任務(wù)總完成時(shí)間：198min設(shè)備等待時(shí)間：在用Visio制作工序圖的過車中，在Visio中能很好的顯示各個(gè)任務(wù)之間的時(shí)間差距和各設(shè)備的等待時(shí)間從而可以算出設(shè)備總的等待時(shí)間，如下表2所示。表2各設(shè)備等待時(shí)間及總等待時(shí)間設(shè)備號(hào)等待時(shí)間(min)設(shè)備A51設(shè)備B32設(shè)備C38設(shè)備D90總等待時(shí)間211設(shè)備總等待時(shí)間為211mins，且各設(shè)備之間分布不均，設(shè)備D等待時(shí)間幾乎三倍與設(shè)備B的等待時(shí)間。小車等待時(shí)間

7、：由圖2中可分析得到，前期小車連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有小車等待時(shí)間。在加工臨近完成時(shí)，第17件工件沒有等待時(shí)間，但第18件工件加工時(shí)間過長，導(dǎo)致小車等待了18min，即小車總等待時(shí)間為18min。10武漢理工大學(xué)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)》3.系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)3.1優(yōu)化想法根據(jù)原工序圖可以看出，任務(wù)的排列沒有規(guī)律可言，僅僅按照任務(wù)序號(hào)來進(jìn)行加工導(dǎo)致設(shè)備的空置時(shí)間以及總加工時(shí)間都額外的耗時(shí)，并且小車運(yùn)回最后一個(gè)工件時(shí)加工還未完成導(dǎo)致小車的空置時(shí)間，這對(duì)我們來說是很浪費(fèi)的不可取的，因此進(jìn)行優(yōu)化的順序排列。根據(jù)原始工

8、序圖的教訓(xùn)可知，我們可以嘗試先把任務(wù)時(shí)間長的任務(wù)放在前面，最后放置加工時(shí)間最短的防止小車等待時(shí)間的發(fā)生，盡量保證設(shè)備等待的時(shí)間也較少，即最大化要求小車運(yùn)來工件時(shí)應(yīng)當(dāng)有三臺(tái)機(jī)床仍在加工，一臺(tái)機(jī)床剛加工完或正好加工完等待下一個(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)或盡可能減少等待時(shí)間，那么總的加工時(shí)間便會(huì)縮短；將工件的順序按加工件的加工時(shí)間進(jìn)行階梯式的排序，錯(cuò)開結(jié)束時(shí)間，避免加工同時(shí)完成或完成時(shí)間不足小車運(yùn)出、運(yùn)回及更換的時(shí)間，使小車有足夠