制造系统建模与仿真的案例研究.doc

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1、7.5制造系统建模与仿真的案例研究7.5.1板材加工柔性制造系统配置与参数的优化1.板材加工FMS概述板材加T是机械制造的重要纽•成部分。板材成形的零件广泛应川于计算机、家用电器、仪器仪表、控制柜、汽车以及通信产品屮，如图7・30所示。图7-30板材成形零件示例20世纪80年代以后，发达国家的板材加T设备开始向数控化转变，出现了数控冲床(NCPunching)＞数控剪板机(NCShearing)以及数控折弯机(NCBending)等系列数控加工设备。但是，独立的数控化板材加工设备存在生产效率低、加工成木

2、高、车间物流管理混乱、产品质量难以控制等缺点。1967年，英国人研制成功世界上第一条柔性制造系统(FMS)。1979年，卅:界上第一条板材加工FMS在L1木三菱电机公司研制成功。柔性加T方式具有高效率、高柔性、高质量以及高度白动化等优点，填补了流水线的大批量生产方式与数控加工小批量生产方式Z间的空白。FMS的出现给机械制造业带来了深远影响。在欧洲、美国和II木等地区匕出现多家专业生产板材数控及柔性加工设备的公司，如意大利Salvagnini＞芬兰Finn-Power^木Marata以及徳国Trumpf等

3、。板材加工FMS可以为企业带来显著的经济效益。例如：口本Yaskawa公司投产一条板材加T.FMS后，操作人员由23人减少为9.5人，材料利用率由76.9%提高到91.4%,占地面积由725m2减少为377m2,外包加T费由37800美元/月减少为3000美元/刀，零件库存费用由41640美元/月减少为7500美元/月，材料种类由10种减少为7种。20世纪80年代末，板材柔性加T设备开始进入我国市场。广西柳州开关厂、上海第二纺织机械厂、江苏扬屮长江集团以及南京电力H动化设备厂等多家企业先后从国外引进生产

4、线。1991年,我国第一条白主开发的板材加工FMS研制成功，在长城开关厂投入使用。1992年，我国第二条白行研制的板材加工FMS在上海机床附件三厂投入运行。近年来，扬州扬力集团、济南铸锻所等先后开发出板材加工柔性生产设备。图7-31为扬力集团开发的板材柔性加工自动生产线，图7-32为济南铸锻所开发的C1板材加工FMS结构组成。数控分选码琳单元数控冲剪复令机自动立体仓库图7-31板材柔性加工自动生产线图7-32C1板材加工FMS的结构组成与金属切削加工相比，板材加工具有以下特点：①不同产品在结构复杂性、生

5、产批量等方面有很大差异。②板料的加工过程以单张板料为单位，而出入库操作多以托盘(pallet)为单位，一次可以完成数-

6、•张板料的出入库操作。③板材零件的加工工序数较少，多数零件只需要完成冲压(punching)和剪切(shearing)两道丁.序，一些零件还需要完成折弯(bending)操作。为减少装夹和定位次数，提高生产效率和加T质量，同时具有冲爪和剪切功能的数控冲压■剪切复合机床应用越来越广泛。④同类型机床之间通常具有可替代性，不同类型机床因功能不同、不可相互替换。按照功能，板材加工FMS可以分为

7、三个部分：①白动化加工系统由数控冲床、数控剪床、数控折弯机等数控加工设备及其上下料辅助装置组成。②白动化物料储运系统由立体仓库、堆垛机、出入库站台以及上下料小车组成。③计算机控制与管理系统由数据库服务器、CAD/CAM计算机、计划与监控计算机、单元控制器、监控与管理程序等软硬件纟fl成。不同板材加TFMS的区别在于数控加T设备的性能和数量、立体仓库的规模、堆垛机的数量及服务能力、系统的调度规则等。在板材加工FMS屮，堆垛机负责板料和零件的出入库操作，是板材加TFMS物流系统的核心。图7-33为板材加工F

8、MS的配置示意图。1.板材加工FMS仿真的目标与策略板材加工FMS属于离散事件动态系统。在建立仿真模型时需解决以下问题：①仿真模型的元素构成。②分析和定义FMS中的典型事件。③分析事件的发生对系统状态和性能的影响。由板材加工FMS的运行过程可知,系统运行时存在下列事件：（1）板料到达：待加工板料进入FMSo（2）板料/零件入库：板料从出入库站台进入立体仓库。（3）板料/零件出库：待加工板料/零件由堆垛机取料出库。（4）加工开始：板料或零件到达指定机床开始加工。（5）加工结束：板料或零件在指定机床完成加工

9、任务。（6）设备故障：系统中的设备发生故障，不能继续工作。（7）设备修复：设备从故障状态恢复到正常状态。（8）小车到达：小车到达装卸目的地。（9）堆垛机取料：堆垛机将托盘从立体仓库中取出放到上料小车上。（10）堆垛机存料：堆垛机将托盘从小车存放到立体仓库屮。（11）小车运行：小车开始运行。（12）小车到达：运料小车到达目的地。（13）上料：上料装置进行上料。（14）下料：下料装置下料。（15）板料冋库：未加工完的板料送冋仓库。（16）零件入