模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計說明書

前 言 模塊 化 并不是一個新的概念，早在 20世紀初期 其就 被引入 了 機械制造業(yè) 。 人們將模塊與物理產(chǎn)品聯(lián)系到了一起，明確 了模塊 的功能 和 特征。 20世紀 60年代以來，隨著生活水平的提高和科技的發(fā)展 ， 當今的市場已成為買方市場，隨著市場的國際化，企業(yè)間的競爭也越加 激烈。由于技術的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的壽命周期逐漸縮短，從而導致客戶的需求呈現(xiàn)多樣化和個性化，所要定制的產(chǎn)品數(shù)量變少，同時還要求較短的交貨期、較低的成本、較好的質量 等。 這 些因素也促使 企業(yè) 不斷的改變原有的生產(chǎn)模式，尋求更新更好的生產(chǎn)模式 。 模塊化 生產(chǎn) 技術的 基本方法是將產(chǎn) 品的制造問題通過產(chǎn)品重組和過程重組轉化為或部分轉化為批量制造問題，即提供給用戶的是全新的、定制的個性化產(chǎn)品，而實際產(chǎn)品則主要由標準的模塊組成。 模塊化制造的思想也來源于人們長期的生產(chǎn)實踐。在機床制造業(yè)，德國于 1930年首先提出了 “ 模塊化構造 ”(的設計方法 。 由于用這種方法設計制造的機床具有很好的經(jīng)濟效益，因而采用模塊化構造在世界 上 得到迅速發(fā)展。日本通產(chǎn)省在 1977 年開始研制柔性加工單元 (明確地引進了模塊化構造的概念。隨著先進制造技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應 用，使傳統(tǒng)的模塊化設計技術發(fā)生了深刻的變化。模塊化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的要求 ， 是對傳統(tǒng)標準化形式的發(fā)展。模塊化與成組技術、柔性生產(chǎn)技術、計算機輔助技術等現(xiàn)代制造技術之間的關系是相輔相成、互相支持 的 ，只有在生產(chǎn)中密切配合才能發(fā)揮最大效益。 模塊化 生產(chǎn)系統(tǒng) 作為一種現(xiàn)代制造環(huán)境下的制造哲理和方法論早就引起了人們的注意。 對 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng) (有關問題進行了深入的研究。通過建立模塊標準，建立有限的部件級的基本生產(chǎn)加工單元 (標準模塊 )。把基本模塊分為四類：加上單元、運動單元、 模塊化刀具裝卡單元以 及可配置的控制系統(tǒng)。通過從模塊目錄中選取適當?shù)哪K就能建立適應范圍寬的自動化、集成化的生產(chǎn)系統(tǒng) 。 針對中、低檔消費品的生產(chǎn)，如兒童玩具、廚房用具等，研究了實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng) (合理性。把 為產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)并行設計的一種技術，在產(chǎn)品設計和制造系統(tǒng)設計之間建立了聯(lián)系，通過制造特定的產(chǎn)品對制造系統(tǒng)進行再設計。 同時還 提出了模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的兩個基本工作原理，分析了建立設備模塊標準和面向并行工程 的 并 把 體設計過程分為三個階段：產(chǎn)品分析、面向 和 從模塊化 生產(chǎn) 概念的形成可以看出，模塊化制造是符合當今制造業(yè)發(fā)展潮流、具有廣泛實踐基礎、可具體執(zhí)行和操作的一種實用型先進制造模式和技術體系。模塊化生產(chǎn) 系統(tǒng)是根據(jù)特定模塊化產(chǎn)品的制造要求設計而成的 ， 產(chǎn)品 的 性能和質量 得到了 提高 ，生產(chǎn)的 周期縮短，響應 了 市場 的 需求；與其相適應的生產(chǎn)系統(tǒng)易于重組，以適應產(chǎn)品的快速變換 。而 產(chǎn)品結構的模塊化和 生產(chǎn) 系統(tǒng)裝備的模塊化 恰恰正能滿足這樣的要求。 模塊化 生產(chǎn)系統(tǒng) 是企業(yè)和產(chǎn)品重組的基礎 ， 是產(chǎn)品及其 生產(chǎn) 系統(tǒng)持續(xù)更新和并行開發(fā)的最佳基礎。 隨著中國加入 國經(jīng)濟進一步 融入世界經(jīng)濟，中國在世界經(jīng)濟 中扮演著越來越重要的角色。在這樣的大背景下作為中國經(jīng)濟增長引擎的制造行業(yè)中蘊藏著巨大的市場機遇，但同時競爭也越來越慘烈，中國的制造業(yè)同 時也會 面臨巨大的挑戰(zhàn) 。 要想贏得未來競爭的勝利，中國的制造企業(yè)必須通過優(yōu)化整個產(chǎn)品生命周期的業(yè)務鏈來縮短產(chǎn)品上市時間、提高產(chǎn)品質量、降低成本，同時還要不斷通過研發(fā)創(chuàng)新來滿足客戶的變化需求。技術的飛速進步，引起產(chǎn)品工程越來越復雜，企業(yè)必須在不斷變化的環(huán)境中應付越來越復雜的工程技術，隨著客戶對產(chǎn)品個性化需求程度的增加，也導致產(chǎn)品定制化趨勢越來越明顯，企業(yè) 必須創(chuàng)建數(shù)量龐大的產(chǎn)品系列來滿足客戶不斷變化的需求。 而 模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)的優(yōu)點是：對于新產(chǎn)品而言，由于標準的模塊化而帶來的生產(chǎn)系統(tǒng)的簡化，并和自動化相結合，將顯著縮短生產(chǎn)周期。模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)由于其建立方便、模塊的適應范圍廣、可重構性強等特點，可以建立一個模塊化制造系統(tǒng)的租賃市場。在這一市場中，建立一個模塊化制造系統(tǒng)租賃公司，該公司準備了大量的各種不同的制造系統(tǒng)標準模塊?？梢韵蛐枰⑿庐a(chǎn)品制造系統(tǒng) (設備、生產(chǎn)線、裝配線 )的企業(yè)提供各種加工基本模塊、模塊化驅動單元、模塊化的刀具和夾具以及可重構的控制系統(tǒng)。企業(yè)可以 迅速在幾天內建立起支持新產(chǎn)品生產(chǎn)的系統(tǒng)。當該產(chǎn)品不再生產(chǎn)時，該模塊化制造系統(tǒng)可以容易地拆除，并將各模塊退回給租賃公司。由于模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)的設計是高度自動化的，硬件是模塊的，能很快地設計和重構低成本的生產(chǎn)系統(tǒng) 。 因此，將企業(yè)產(chǎn)品平臺化、模塊化的管理創(chuàng)新成果與信息系統(tǒng)的建設結合起來 將大大的提高企業(yè)的競爭力 。 這次設計的主要任務是對模塊化搬運分揀站的控制部分進行設計，主要包括：模塊化搬運分揀站的可編程控制器（ 程序設計；組態(tài)程序設計；說明工作原理并編寫設計說明書；利用實體模型完成組態(tài)程序和可編程控制器（ 序的運行調試工作。說明書介紹了基于模塊化的搬運分揀站的工作原理、 及組態(tài)程序的設計等內容，重點是關于模塊化搬運分揀站的 制程序的設計和組態(tài)實時監(jiān)控程序（動畫）的設計，并在實體模型上完成調試運行。 目 錄 摘 要 . . 第 1章 緒 論 . 1 述 . 1 點 . 2 塊化的具體特點 . 2 塊化結構的優(yōu)點 . 3 成 . 5 建模塊化生產(chǎn)系統(tǒng) . 5 塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構建前的準備 . 6 塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構建的條件 . 6 第 2章 模塊化搬運分揀站 . 8 述 . 8 運分揀站結構與功能 . 8 運分揀站氣動控制設計 . 9 第 3章 可編程序控制器（ . 12 編程控制器概述 . 12 由來和定義 . 12 發(fā)展概況和發(fā)展趨勢 . 13 主要功能和特點 . 16 分類 . 18 . 20 基本組成和各部分的作用 . 20 工作原理 . 22 . 24 件與設備選擇 . 24 程 . 25 第 4章 組態(tài)編程 . 30 態(tài)概述 . 30 態(tài)的定義 . 30 態(tài)軟件 . 30 . 36 態(tài)程序編寫 . 40 態(tài)程序 . 40 態(tài)變量設置 . 40 態(tài)王聯(lián)機運行動畫截圖 . 41 第 5章 結論與展望 . 45 論 . 45 望 . 45 致 謝 . 46 參考文獻 . 47 附 錄 . 錯誤 !未定義書簽。 2009屆機械電子工程 專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 摘 要 模塊 化 并不是 一個新的概念，早在 20世紀初期 其就 被引入 了 機械制造業(yè) 。 人們將模塊與物理產(chǎn)品聯(lián)系到了一起，明確 了模塊 的功能 和 特征 。 模塊化 生產(chǎn) 技術的 基本方法是將產(chǎn)品的制造問題通過產(chǎn)品重組和過程重組轉化為或部分轉化為批量制造問題，即提供給用戶的是全新的、定制的個性化產(chǎn)品，而實際產(chǎn)品則主要由標準的模塊組成。模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)由于其建立方便、模塊的適應范圍廣、可重構性強等特點 ，在國內外得到了廣泛的運用 。 模塊化搬運分揀站是模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（ 一部分。它既可以作為一個獨立的部分單獨使用，同時也可以與供料站、檢測站、加工站、安裝站、存 儲站等組合成一個整體的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。本文介紹基于模塊化的搬運分揀站的工作原理 、 及組態(tài)程序的設計等內容 ，重點是關于模塊化搬運分揀站的 制程序的設計以及與組態(tài)程序的配合調試。 關鍵詞： 模塊化，可編程控制器，組態(tài) 王德強：模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計 is a as as of 0th of be of is of of of of or of is to by to of to to a of as at is as It be as of an of an on of as as of so a on LC as as 009屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 緒 論 述 隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，氣動技術、液壓技術、傳感器技術、 術、網(wǎng)絡及通訊技術等技術的緊密結合而形成的機電液、機電氣、機電光一體化的自動化控制技術在工業(yè)生 產(chǎn)中 正起著越來越重要的作用，自動化生產(chǎn)系統(tǒng)已成為當今工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)就是 一個 工業(yè)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，是基于機電氣 (液 )一體化技術、 模塊是構成產(chǎn)品的一部分，具有獨立功能，具有一致的幾何連接接口和一致的輸入、輸出接口的單元，相同種類的模塊在產(chǎn)品族中可以重用和互 換，相關模塊的排列組合就可以形成最終的產(chǎn)品。模塊化的產(chǎn)品設計可以達到以下幾個目的：模塊的組合配置 ， 可以創(chuàng)建不同需求的產(chǎn)品，滿足客戶的定制需求 ；相似性的重用，既可以重用已有零部件和已有設計經(jīng)驗，也可以重用整個產(chǎn)品生命周期中的采購、物流、制造和服務資源；減少產(chǎn)品工程復雜程度，因為模塊是產(chǎn)品部分功能的封裝，產(chǎn)品設計人員使用具體模塊時根本不用關心內部實現(xiàn)，可以使研發(fā)人員更加關注頂層邏輯，提高產(chǎn)品工程管理質量和產(chǎn)品的可靠性。產(chǎn)品平臺就是描述產(chǎn)品系列的模塊化結構及模塊的功能、模塊間的幾何連接接口和輸入輸出接口。產(chǎn)品平 臺是不同目標市場需求的抽象表達，是企業(yè)劃分模塊的基礎，產(chǎn)品平臺和模塊是相輔相成、相互依存的。因此，從以上論述和觀點來看，產(chǎn)品的平臺化、模塊化是連接產(chǎn)品研發(fā)和大規(guī)模定制生產(chǎn)的橋梁。模塊化產(chǎn)品是達到大規(guī)模定制和不斷的持續(xù)改進企業(yè)商業(yè)能力的首要前提。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)通過標準化的、基本的制造系統(tǒng)模塊進行重構，快速得到面向定制產(chǎn)品的制造系統(tǒng)，是一種高生產(chǎn)率和高柔性的制造系統(tǒng)。該制造系統(tǒng)具有以下幾類模塊：加工基本模塊、模塊化驅動單元、模塊化的 存儲單元 以及可重構的控制系統(tǒng)。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中的各部分不僅可以組合成一 條高度自動化的生產(chǎn)線，同時 模塊化的功能單元 也 可 以 獨立運轉 。 整個控制系統(tǒng)是 由各 模塊組成的多級系統(tǒng) 。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)涉及諸如電機驅動、氣動、 編程控制器）、傳感器等多種技術。一般包括：電氣系統(tǒng)，氣動系統(tǒng)，機械系統(tǒng)等。 一、電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)是 指的在傳輸過程中的控制 系統(tǒng)。電氣 其外延涵蓋了微電子，光子學，以及微機應用技術 等。電氣的 概念相當?shù)膹V泛，只要是用電的就是電氣，只要是用電模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計 2 控制的就是電氣控制 。 其主要特點是強弱電結合、電工技術與電子技術相結合、軟件與硬件結合、元件與系統(tǒng)結合 。具體 解決電氣 系統(tǒng)的 控 制問題。 二、氣動系統(tǒng) 氣動系統(tǒng)是 通過氣體的壓強或膨脹產(chǎn)生的力來做功，即將壓縮空氣的能量轉換為動能的機件 。 三、機械系統(tǒng) 機械系統(tǒng)是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料、信息等。 點 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)是一種針對技術難度一般的產(chǎn)品的一種新的生產(chǎn)系統(tǒng)，是一種在標準化和模塊化系統(tǒng)基礎上建立的“柔性”生產(chǎn)系統(tǒng)。其主要特點是：當有一個新產(chǎn)品投產(chǎn)時，標準化的模塊可以快速組成一個新的生產(chǎn)系統(tǒng)，當產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，組成制造系統(tǒng)的模塊可以拆下來用于其它新產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)中。而這些標準化的模塊可從一個貯備有大量模塊 的租貨公司租賃。對于技術難度一般、批量較小或中等的產(chǎn)品，模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)能滿足大批量定制生產(chǎn)的需要，具有高生產(chǎn)率和高柔性的特點。 塊化的具體特點 1、 模塊具有獨立的功能 模塊的功能是整個產(chǎn)品功能的組成部分，且這個功能是自我包含，自我實現(xiàn)的。在集成化的產(chǎn)品結構中，零部件的功能與產(chǎn)品功能是多對多的關系，這樣導致某個零部件的設計更改會影響到產(chǎn)品的多個功能，也就會導致不確定范圍的零部件的修改，同樣為了實現(xiàn)產(chǎn)品的某項功能改善，也會導致很多零部件的修改。隨著產(chǎn)品復雜程度和產(chǎn)品零部件重用度的提高，管理這樣的產(chǎn) 品結構和相關信息就會變得十分困難，尤其是在產(chǎn)品為系列化、批量生產(chǎn)模式的企業(yè)中，隨著不可互換的相似零部件種類的增加，銷售、采購、物流、生產(chǎn)和服務等業(yè)務領域中的管理困難會成倍增加！在模塊化的產(chǎn)品結構中，零部件的功能與產(chǎn)品功能是一對一的關系，這樣對于零部件的更改和產(chǎn)品功能的改善不會造成其他零部件和功能的調整，也就是將產(chǎn)品的功能抽象與產(chǎn)品零部件的具體實現(xiàn)分離，模塊自身的單獨發(fā)展不會影響其他模塊。 2、 標準的幾何連接和一致的輸入、輸出接口 為了實現(xiàn)同類模塊之間的互換，嚴格的尺寸接口和輸入輸出接口的定 義是必須的。幾何連接接口，可以是機械領域的銷、面、鍵和螺栓等，也可以是電器領域的信號、2009屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 3 能量等。著名的玩具供應商 是在市場上取得了巨大的成功。 高公司的積木模塊 的 定義主要就是幾何連接接口。當然，在實際的制造業(yè)中隨著產(chǎn)品復雜度的增加，模塊的幾何連接接口要比這復雜得多。輸入、輸出接口，是模塊功能的抽象，此類接口可以是能量、信息、物質（液體、氣體）等，是定義該模塊功能的輸出標準和能夠保證輸出特定功能所必須的輸入條件標準。例如，如果發(fā)電機對于發(fā) 動機廠來講是一個模塊的話，發(fā)電機與發(fā)動機的連接尺寸等幾何連接接口需要標準化和規(guī)范化。同時，發(fā)電機的輸入轉速、功率，以及輸出的電流等輸入、輸出接口同樣需要規(guī)范。 3、 模塊是依賴產(chǎn)品平臺的存在而存在的 雖然模塊的功能是自我包含、自我實現(xiàn)的，但是模塊的存在和劃分必須以產(chǎn)品平臺的整體功能為前提。比如某一個收音機由接收器 (放大器 (電源 (個組件構成，當該收音機只有這樣一種產(chǎn)品配置的時候，這里不存在任何模塊，接收器(放大器 (電源 (一個整體，不用區(qū)分。但是， 當有另外一種收音機使用了另外一種電源 (這個電源 (與前一個電源 (以互換時，那么電源在沒有任何變化的情況下，就會成為一個模塊。因此，模塊的功能和互換性都是依賴于產(chǎn)品平臺的功能和配置變化而存在的，失去產(chǎn)品平臺的定義和產(chǎn)品平臺的配置需求，模塊的存在是沒有意義的。 4、 模塊是有層次的，并且受觀察角度和范圍的影響 模塊可以包含子模塊，因為模塊的功能是整個系統(tǒng)功能的組成部分，所以子模塊的功能應該是父模塊的基本功能，所以能否稱為模塊是受觀察角度和定義范圍的影響而變化的。同樣，模塊層 次越多管理難度越大，當模塊層次劃分過多，就與非模塊化的產(chǎn)品結構沒有什么差異了。例如，就模塊的層次而言，柴油機是整車的一個模塊，發(fā)電機又是柴油機的一個模塊。站在不同的角度，模塊的劃分也會不同。發(fā)電機對于發(fā)電機生產(chǎn)商來講是一個產(chǎn)品，對于柴油機生產(chǎn)商來講是一個模塊，而對于整車生產(chǎn)商來講只是一個總成件了。整車廠的模塊化產(chǎn)品平臺中不需要定義發(fā)電機模塊。 塊化結構的優(yōu)點 模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)的優(yōu)點是：對于新產(chǎn)品而言，由于標準的模塊化而帶來的生產(chǎn)系統(tǒng)的簡化，并和自動化相結合，將幫助顯著縮短生產(chǎn)周期。由于模塊化 生產(chǎn)系統(tǒng)的設計是高度自動化的，硬件是模塊的，因此能很快地設計和重構低成本的生產(chǎn)系統(tǒng) 。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)由于其建立方便、模塊的適應范圍廣、可重構性強等特點，可以建模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計 4 立一個模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的租賃市場。在這一市場中，建立一個模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)租賃公司，該公司準備了大量的各種不同的制造系統(tǒng)標準模塊?？梢韵蛐枰⑿庐a(chǎn)品制造系統(tǒng) (設備、生產(chǎn)線、裝配線 )的企業(yè)提供各種加工基本模塊、模塊化驅動單元、模塊化的刀具和夾具以及可重構的控制系統(tǒng)。企業(yè)可以迅速在幾天內建立起支持新產(chǎn)品生產(chǎn)的系統(tǒng)。當該產(chǎn)品不再生產(chǎn)時，該模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)可以容易地 拆除，并將各模塊退回給租賃公司。當然還需要一個設計和制造這些模塊的公司。 模塊化的產(chǎn)品結構對企業(yè)的貢獻可以從產(chǎn)品研發(fā)、提高效率、降低成本和改進企業(yè)管理等幾個方面考慮。 1、 對企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的貢獻 模塊是產(chǎn)品知識的載體，模塊的重用就是設計知識的重用，大量利用已有的經(jīng)過試驗、生產(chǎn)和市場驗證的模塊，可以降低設計風險，提高產(chǎn)品的可靠性和設計質量。模塊實現(xiàn)產(chǎn)品功能的分配和隔離，使問題的發(fā)現(xiàn)和設計的改進變得容易。模塊實現(xiàn)功能的抽象和實現(xiàn)分離，使設計人員容易掌握產(chǎn)品全局，同時設計人員可以屏蔽掉與自身領域無關的 細節(jié)，從而關注更高層次的設計邏輯。模塊功能的獨立性和接口的一致性，使模塊研究更加專業(yè)化和深入，可以不斷通過升級自身性能來提高產(chǎn)品的整體性能和可靠性，而不會影響到產(chǎn)品其他模塊。模塊功能的獨立性和接口的一致性，使各個模塊可以相對獨立的設計和發(fā)展，可以進行并行設計、開發(fā)和并行試驗、驗證。模塊的不同組合能滿足用戶的多樣性需求，易于產(chǎn)品的配置和變型設計，同時又能保證這種配置變型可以滿足企業(yè)批量化生產(chǎn)的需求。 2、 對企業(yè)工作效率和節(jié)省時間的貢獻 設計和零部件的重用可以大大縮短設計周期；并行的產(chǎn)品開發(fā)和測試可 以大大縮短設計周期；利用已有成熟模塊可大大縮短采購周期、物流周期和生產(chǎn)制造周期，從而加快產(chǎn)品上市時間；如果劃分模塊時考慮到企業(yè)售后服務的特定需求，同樣可以縮短服務周期和耗費資源時間。 3、 對企業(yè)成本控制的貢獻 模塊和知識的重用可以大大降低設計成本；采用成熟的經(jīng)過驗證的模塊，可以提高采購批量，降低采購和物流成本；采用成熟的經(jīng)過生產(chǎn)驗證的模塊，可以大大減少由于新產(chǎn)品的投產(chǎn)對生產(chǎn)系統(tǒng)調整的頻率，使新產(chǎn)品更容易生產(chǎn)制造，可以降低生產(chǎn)制造成本；產(chǎn)品平臺中及平臺之間存在大量的互換模塊，可以降低售后服務成本。 4、 對企業(yè)組織的貢獻 有利于企業(yè)研發(fā)團隊分工，規(guī)范不同團隊間的信息接口，進行更為深入的專業(yè)化研究和不同模塊系統(tǒng)的并行開發(fā)；抽象平臺和模塊的建立，可以實現(xiàn)企業(yè)組織結構與2009屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 5 產(chǎn)品模塊結構之間的交互，使并行工程擁有實施的根基，工藝、財務、采購和售后服務可以在產(chǎn)品研發(fā)早期就介入產(chǎn)品研發(fā)項目；標準規(guī)范的模塊接口有利于形成產(chǎn)品的供應商規(guī)范；有利于產(chǎn)業(yè)分工的細化（比如下圖的計算機行業(yè)，以及氣車行業(yè)） 。目前，由于模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的卓越性能而被廣泛的運用于工業(yè)生產(chǎn)中。模塊化是企業(yè)發(fā)展壯大的基礎，是現(xiàn)代化工業(yè)的重要象征 。 成 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)由各個獨立的單元構成，每一個獨立的單元都有一套獨立的控制系統(tǒng)，可以單獨使用，同時也可也組合成整體。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)通常包括一下部分： 1、加工基本模塊 ( 主要用于加工和改變原材料的狀態(tài)，如擠壓、鉆孔、銑削等?；灸K的功能是與現(xiàn)有的加工設備相類似 ， 但對于模塊，最強調的是遵循精確、預定義、示范性和可控制的標準。 2、模塊化驅動單元 (主要用于完成執(zhí)行任務部 件的運動。 3、 模塊化的刀具和夾具 ( 這是與加工基本模塊和模塊化驅動單元相匹配的刀具和夾具模塊。 4、 可重構的控制系統(tǒng) ( 包括各種模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)子系統(tǒng)的程序、指令和同步化的信息網(wǎng)絡。 總而言之， 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)主要是 軟、 硬件的 結合 。由于 其 在產(chǎn)品設計階段就可精確地確定產(chǎn)品制造的可行性、成本和投資的回收等問題。 大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本，因此廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)中。 建模塊化生產(chǎn)系統(tǒng) 傳統(tǒng)的過程性系統(tǒng)的設計辦法傾向于使高層次的模塊依賴于低層次的模塊，抽象層次依賴于具體層次。抽象層次包含的是產(chǎn)品系統(tǒng)的頂層的功能邏輯和宏觀的、對整個系統(tǒng)來說重要的戰(zhàn)略性決定，是必然性的體現(xiàn)，而具體層次則含有一些次要的與功能實現(xiàn)有關的功能和邏輯，以及戰(zhàn)術性的決定，帶有相當大的偶然性選擇。具體層次的需求會經(jīng)常改變，抽象層次依賴于具體層次，使許多具體層次的細節(jié)變化會立即影響到抽象層次的宏觀功能，導致微觀決定宏觀，戰(zhàn)術決定戰(zhàn)略，偶然決定必然，這顯然是不對的。將產(chǎn)品模塊化，就是要把產(chǎn)品系統(tǒng)頂層 的功能邏輯抽象成為模塊，使具體模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計 6 的產(chǎn)品零部件設計依賴于抽象的模塊層次邏輯。利用抽象的模塊化層次，將企業(yè)產(chǎn)品的底層邏輯 數(shù)量眾多的零部件抽象成為可以重用的模塊，再利用模塊的排列組合形成企業(yè)豐富的富于創(chuàng)造性的滿足用戶特殊需求的產(chǎn)品配置。這樣，對于零部件組件層 (底層邏輯 )來講企業(yè)要盡量標準化，利用成組技術和 統(tǒng)中的 塊功能對這些零部件進行分類重用；合理劃分模塊層 (抽象層 )邏輯，使企業(yè)可以用數(shù)量最少的模塊來配置生成數(shù)量眾多的富于創(chuàng)造性的滿足客戶特殊需求的產(chǎn)品；最后，企業(yè)要利用平臺化的戰(zhàn)略，分 析企業(yè)產(chǎn)品的目標市場，整合企業(yè)模塊資源，以最少的產(chǎn)品變型滿足最大范圍的目標市場需求。 塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構建前的準備 模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)的制造模式不可能在短時間內完成，在 構建 模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)前，應進行如下一些準備工作： 1、 根據(jù)最終用戶的需求，對模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)中的各模塊進行分析和設計 。 2、 建立模塊性能、尺寸和控制的開放性標準 。 3、 在產(chǎn)品設計時就要考慮到模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)方法帶來的約束要求。產(chǎn)品所有的生產(chǎn)操作盡量滿足 “ 制造和裝配過程模塊集 ” 規(guī)定的范圍來執(zhí)行。同樣，應盡量避免具有長周期的 制造過程，因為模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)的目的是盡可能擴大模塊的利用率，以確保資金投入的高回報率； 4、 開發(fā)先進的設計與分析工具，以便支持設計者進行與模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)相關的產(chǎn)品快速并行設計，確保產(chǎn)品設計滿足由模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)帶來的約束。 塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構建的條件 1、 過程選擇：所有的零部件必須能夠通過加工基本基元而加工出來 。 2、 周期需求：只要在可能的地方，所有的零部件必須 “ 準時 (“ 準地( 進行制造 。 3、 質量和可靠性：所有的作業(yè)和過程的選擇必須力爭具有幾乎 100%的可靠性 . 4、 操作和裝配：所有的零部件要使用根據(jù)模塊化驅動單元建立的簡單實用的單元進行處理和裝配 。 5、 原材料成本：堅決杜絕不必要的昂貴原材料。 2009屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 7 模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng) 構建 開始于從與模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)有關的產(chǎn)品設計中 “ 提取 ” 信息。用于模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)設計的產(chǎn)品描述主要是產(chǎn)品結構分析表 。 在模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)設計中首先要根據(jù)產(chǎn)品批量和產(chǎn)品的復雜程度確定加工機器基元的模塊數(shù)。這要求識別哪一種加工機器基元導致子裝配線的生產(chǎn)周期低于生產(chǎn)輸出速率所要求的周期。如果一個加工機器基元的生產(chǎn)周期太低，則增加加工機器基元單元 的數(shù)量直至達到所要求的生產(chǎn)周期。模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)的設計圖定義了從產(chǎn)品設計 (即裝配命令 )、裝配過程和模塊化 生產(chǎn) 系統(tǒng)生產(chǎn)周期需求得到的加工機器基元模塊的數(shù)量和排序的順序。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計 8 第 2 章 模塊化搬運分揀站 述 模塊化搬運分揀站是模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（ 一部分。它既可以作為一個獨立的部分單獨使用，同時也可以與供料站、檢測站、加工站、安裝站、存儲站等組合成一個整體的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。由于其卓越的自動化性能，在國內外工廠的生產(chǎn)流水線中得到了廣泛的應用。 運分揀站結構與功 能 搬運分揀單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的工程，同時能提供一個安裝工位，實現(xiàn)大、小工件的組裝。搬運分揀站單元主要由提取模塊、工件平臺、直線轉圓周運動裝置、氣源處理組件、 I/組等組成。 1、 I/它是該工作單元與 工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜連接到 2、 提取模塊 該模塊實際上是一個“氣動機械手”，主要由一個直線氣缸（上下擺動）、擺臂和氣動夾爪等組成。擺臂相當于氣動機械手的 “手臂”，只是在這時不能伸縮，只能上下擺動，它由一個安裝在下方的直線氣缸驅動，在擺臂的前端安裝有一個氣動夾爪，用于抓取工件。 3、 直線轉圓周運動裝置 提取模塊的左右移動及旋轉由兩個直線氣缸所控制，它通過一定的機械轉換裝置，在實現(xiàn)直線運動的同時還能提供圓周運動，這樣在本單元上可以提供四個工位，分別為左工位（提取工位）、左上工位（安裝工位）、右上工位（未用）和右工位（輸出工位）。 4 、工件平臺 工件平臺安裝在安裝在安裝工位上，用于實現(xiàn)大、小工件的組裝 。 2009屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 9 運分揀站氣動控制設計 1、氣動控制回路設計 該工作單元的執(zhí)行機構是氣動控制系統(tǒng)，其方向控制閥的控制方式為電磁控制或手動控制。各執(zhí)行機構的邏輯控制功能是通過 在搬運分揀站單元的氣動控制原理圖中， 1A 為 1 號雙作用直線氣缸； 1 22A 為 2 號雙作用直線氣缸； 2 2磁感應式接近開關；3A 為氣動夾爪； 3磁感應式接近開關； 4A 為控制手臂上、下的直線氣缸； 441號雙作用氣缸的電磁閥的兩個控制信號； 2號雙作用氣缸的電磁閥的兩個電磁控制信號； 34上、下擺動氣缸的電磁閥的電磁控制信號?？刂齐姎鈭D如 圖 動控制電氣圖 2、電氣接口地址 出信號與 。各接口地址已經(jīng)固定，各單元中需要與 括各個傳感器的線路、各個電磁閥的控制線路及電源線路）都已事先連接到了各自的 I/與 需要使用一根專用的電纜級可以實現(xiàn)快速連接。通常選用 體 的接口分配如表 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計 10 表 氣接口分配 序號 設備 符號 設備名稱 設備用途 信號特征 1 1感應式接近開關 判斷直線氣缸的位置 信號為 1： 1號氣缸縮回到位 2 1感應式接近開關 判斷直線氣缸的位置 信號為 1： 1號氣缸伸出到位 3 2感應式接近開關 判斷直線氣缸的位置 信號為 1： 2號氣缸縮回到位 4 2感應式接近開關 判斷直線氣缸的位置 信號為 1： 2號氣缸伸出到位 5 3感應式接近開關 判斷夾爪開閉情況 信號為 1：夾爪已打開 信號為 0：夾爪夾緊 6 4感應式接近開關 判斷夾爪上下的位置 信號為 1：夾爪下降到位 7 4感應式接近開關 判斷夾爪上下的位置 信號為 1：夾爪上升到位 8 1磁閥 控制 1號直線氣缸動作 信號為 1： 1號氣缸伸出 9 1磁閥 控制 1號直線氣缸動作 信號為 1： 1號氣缸縮回 10 2磁閥 控制 2號直線氣缸動作 信號為 1： 2號氣缸伸出 11 2磁閥 控制 2號直線氣缸動作 信號為 1： 2號氣缸縮回 12 3磁閥 控制夾爪開閉的動作 信號為 1：夾爪打開 13 3磁閥 控制夾爪開閉的動作 信號為 1：夾爪閉合 14 4磁閥 控制提取缸上下的動作 信號為 1：夾爪下降 信號為 0：夾爪上升 3、程序控制 （ 1）控制任務 當設備接通電源與氣源、 先執(zhí)行復位動作，夾爪打開、擺臂上抬到位，兩個直線氣缸驅動擺臂左轉到最左端。進入工作運行模式，按啟動按鈕，擺臂下降夾取工件，抬起后轉安裝工位，擺臂下降后釋放工件（用計時器模擬安裝好的信號），有信號后擺臂再次下降夾取工件，上抬后轉輸出工位；等待輸出信號（用計時器模擬），擺臂下，放開工件，上抬后擺臂轉左工位，再次等待下一 個信號。各工位與兩直線氣缸的位置 /狀態(tài)表如表 2009屆機械電子工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 11 表 制任務 工位 1號直線氣缸狀態(tài) 2號直線氣缸狀態(tài) 左工位（提取工位） 伸出 伸出 左上工位（安裝工位） 伸出 縮回 右上工位（預留使用） 縮回 伸出 右工位（輸出工位） 縮回 縮回 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計 12 第 3 章 可編程序控制器（ 編程控制器概述 可編程序控制器（ 文縮寫為 又稱為 以微處理器為 基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數(shù)字技術和通訊網(wǎng)絡技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ 器人和一。 制技術代表著當前程序控制的先進水平， 置已成為自動化系統(tǒng)的基礎裝置。 由來和定義 一、 在 業(yè)控制領域中是繼電器控制占主導地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適 應性差，尤其當上產(chǎn)工業(yè)發(fā)生變化時，就必須重新設計、重新安裝，造成時間和金錢的嚴重浪費。為了改變這一現(xiàn)狀， 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（ 為了適應汽車型號的不斷更新的需求，以在激烈競爭的汽車工業(yè)市場中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，特擬定了十項公開招標的技術要求，即： 1、編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序； 2、硬件維護方便，最好是插件式結構； 3、可靠性要高于繼電器控制裝置； 4、體積小于繼電器控制裝置； 5、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 6、成本商可 與繼電器控制裝置競爭； 7、輸入可以是交流 115V； 8、輸出為交流 115V， 2A 以上，能夠直接驅動電磁閥； 9、擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動； 10、用戶程序存儲容量至少可以擴展到 4 根據(jù)招標要求， 1969 年美國數(shù)字設備公司 (制出世界上第一臺 文） 13 型），并在通用汽車公司自動裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時期。從此，可編程序控制器這一新的控制技術迅速發(fā)展起來，而且，在工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展很快。 二 、 在 國電氣制造商協(xié)會（ 經(jīng)過 4年的調查，于 1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（ ，英文縮寫為 作如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術運算功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制?！?國際電工委員會（ 于 1982 年 11 月頒布了可編程序控制器標準的草案第一稿， 1985年 1月有發(fā)表了草案第二稿， 1987 年 2月頒布了草案第三稿。該草案中對可編程序控制器的定義是：“可編程 序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令。并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 應按照易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！倍x強調了 直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和應用范圍。這是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 發(fā)展概況和發(fā)展趨勢 一、 導體技術、控制技術、數(shù)字技術、通信網(wǎng)絡技術等高新技術的發(fā)展息息相關，這些高新技術的發(fā)展推動了 發(fā)展，而 發(fā)展又對這些高新技術提出了更高、更新的要求，促進了它們的發(fā)展。 1、第一階段 從 1969 年第一臺 972 年，是 初創(chuàng)階段。 1969 年美國數(shù)字設備公司 (制的第一臺 現(xiàn)代的 采用計算機的初級語言編寫應用程序；它的 規(guī)模集成電路組成，以邏輯運 算為主，只是專用的邏輯處理器；它的實質只是一臺專用的邏輯控制計算機，還缺乏 己的鮮明的性格；它價格貴、功能僅限于開關量邏輯控制。因而，當時稱其為可編程序模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中搬運分揀站設計 14 控制器（ ，英文縮寫為 是在一些大型生產(chǎn)設備或自動生產(chǎn)線上使用。 第一臺 功績是把計算機的程序存儲技術引入繼電器控制系統(tǒng)。這個階段的要用于邏輯運算和計時、計數(shù)和順序控制等功能。 2、第二階段 從 1973 年到 1978 年，是 成熟階段。大規(guī)模集成電路促進了微機的發(fā)展 ，提供了 快出現(xiàn)了以微處理器為核心的新一代 控制功能上，除了具有位邏輯運算、計時、計數(shù)功能外，還具有數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送、監(jiān)控、記錄顯示、計算機接口、模擬量控制等功能。 在編程技術方面開發(fā)了面向用戶的梯形圖編程法，通俗易懂。這個時