生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)

1、1. 設(shè)計(jì)分析1.1問題描述系統(tǒng)由四臺加工中心、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2mi ns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)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)

2、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 2mi ns。(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。搬運(yùn)軌道小車圖1系統(tǒng)布局圖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、四臺設(shè)備各自 的設(shè)備等待時(shí)間，繪制四臺設(shè)備的工序圖。2對任務(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、四臺設(shè)備各自的設(shè)備等待時(shí)間，繪制四臺設(shè)備的工序圖。表1設(shè)計(jì)案例參數(shù)表（單位：分鐘

3、）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)20245118111.3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

4、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)，按照順序移動的方式來 進(jìn)行加工。在分析之前我們需先進(jìn)行以下假設(shè)：（1）加工開始前，五個(gè)托盤分別位于四臺加工中心及裝夾區(qū)；（2）小車運(yùn)出至每臺加工中心的時(shí)間相等，運(yùn)回至每臺加工中心的時(shí)間也相等。（3）系統(tǒng)運(yùn)行中不會出現(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。r f I I -o32更

5、回 運(yùn) 一 1 Irli亠SIIIIJIJ D HHJiHUCH.HU rrDHHUHo!nouu:riu JitFHriuNdndHo圖2原始任務(wù)工序圖22原始工序圖分析及任務(wù)總完成時(shí)間：198mi n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：由圖2中可分

6、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 18mi n,即小車總等待時(shí)間為18mi n。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 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，

7、即最大化要求小車運(yùn)來工件時(shí)應(yīng)當(dāng)有三臺機(jī)床仍在加工，一 臺機(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，使小車有足夠的 時(shí)間運(yùn)輸并交換托盤，從而減少設(shè)備等待時(shí)間。3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容優(yōu)化后的工件排序表如下：表3排序圖（優(yōu)化后）任務(wù)序號加工時(shí)間優(yōu)化后排序順序1717215832134520512156339717138387981810192112241225111316141

8、42751531616619172410185111918122011164. 繪制優(yōu)化后的時(shí)間工序圖用Visio繪制優(yōu)化后工序圖如下圖圖3ITi1TnJ!uu r 6 I I - - ICDr4Hd!L L1201H丄1119H b:bnoshunoriuHoTH工序號工序名稱工時(shí)間 m)1安裝22運(yùn)出23更換14設(shè)備5設(shè)備6設(shè)備7設(shè)備8運(yùn)回3o r r- 圖3優(yōu)化時(shí)間工序圖5. 優(yōu)化后的數(shù)據(jù)分析5.1總?cè)蝿?wù)完成時(shí)間根據(jù)圖3分析得到總?cè)蝿?wù)完成時(shí)間為180min。5.2設(shè)備等待時(shí)間根據(jù)圖5分析得到優(yōu)化后的設(shè)備等待時(shí)間見表 5：表4優(yōu)化后設(shè)備等待時(shí)間表設(shè)備號等待時(shí)間（min）設(shè)備A33設(shè)備B33

9、設(shè)備C19設(shè)備D34總等待時(shí)間1195.3小車等待時(shí)間根據(jù)圖示分析計(jì)算得到小車沒有等待時(shí)間6優(yōu)化比較與分析6.1優(yōu)化結(jié)果比較將優(yōu)化前后的等待時(shí)間進(jìn)行對比分析，得到表 5表5優(yōu)化對比項(xiàng)目優(yōu)化前 （min）優(yōu)化后 （min）提咼量（min）提咼效果加工總時(shí)間198180189.1%小車等待時(shí)間18018100%設(shè)備A等待時(shí)間51331835.3%設(shè)備B等待時(shí)間3233-1設(shè)備C等待時(shí)間38191950%設(shè)備D等待時(shí)間90345662.2%總等待時(shí)間2111199243.6%圖4優(yōu)化對比效果圖6.2優(yōu)化結(jié)果分析從表5和圖4中后發(fā)現(xiàn)，除了設(shè)備B的等待時(shí)間基本不變，其它設(shè)備的等 待時(shí)間都得到了明顯改善，關(guān)鍵時(shí)間如總加工時(shí)間和設(shè)備總等待時(shí)間均得到了 大幅度的提高，效率明顯提高。小車沒有等待時(shí)間，說明該系統(tǒng)的生產(chǎn)能力得 到了提高，效率得到了大大提升?？偟脑O(shè)備的等待時(shí)間減少了，可以幫助企業(yè) 減少能耗，提升設(shè)備利用率。7.小結(jié)此次課程設(shè)計(jì)是根據(jù)給出的原始加工方案進(jìn)行優(yōu)化，使各方面時(shí)間浪費(fèi)更少， 節(jié)省成本，提高效率，靈活性非常強(qiáng)，也很考驗(yàn)個(gè)人能力。首先我先對加工流 程進(jìn)行了初步了解分析，用 Visio畫出了原始任務(wù)工序圖，更加直觀的顯示出 方案，也更方便我分析。然后我發(fā)現(xiàn)其中設(shè)備等待時(shí)間非常多，就在原始工序 圖中通過移動任務(wù)組塊對任務(wù)進(jìn)行重新排序，優(yōu)化結(jié)果中設(shè)備等