第六章物流系统设计

1、机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院目 录第一章第一章 机械制造及装备设计方法机械制造及装备设计方法第二章第二章 金属切削机床设计金属切削机床设计第三章第三章 典型部件设计典型部件设计第七章第七章 机械加工生产线总体设计机械加工生产线总体设计第五章第五章 机床夹具设计机床夹具设计第四章第四章 工业机器人设计工业机器人设计第六章第六章 物流系统设计物流系统设计机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院第六章第六章 物流系统设计物流系统设计第一节第一节 概述概述第二节第二节 机床上下料装置设计机床上下料装置设计第三节第三节 机床间工件

2、传送装置的设计机床间工件传送装置的设计第四节第四节 自动化仓库设计自动化仓库设计第五节第五节 工厂物流系统的总体设计工厂物流系统的总体设计机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.1 6.1 概述概述 一、一、 物流系统设计的意义物流系统设计的意义 二、现代物流系统的特点、基本构成二、现代物流系统的特点、基本构成 及功能及功能三、物流系统设计应满足的要求三、物流系统设计应满足的要求机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.1.1 物流系统设计的意义物流系统设计的意义物流：物流：从原材料和毛坯进厂，经过储存、加工、装配、检验、包装，直至成品和废料出厂，在仓库、车间、工序之间流转、移动

3、和储存的全部过程。向生产组织和管理要效益：向生产组织和管理要效益：合理进行物流系统的设计可以在不增加或少增加投资的条件下，取得明显的技术经济效益。 机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.1.2 现代物流系统的特点、基本构成及功能现代物流系统的特点、基本构成及功能（一）现代物流系统的主要特点（一）现代物流系统的主要特点 物流系统担任运输、储存、装卸物料等任务。 （1）采用现代化的物流装备 （2）计算机管理 （3）系统化与集成化（二）现代物流系统的基本构成（二）现代物流系统的基本构成 （1）管理层有较高的智能 （2）控制层有较好的实时性 （3）执行层有较高的可靠性机械制造装备设计大连理工

4、大学 机械工程学院 6.1.2 现代物流系统的特点、基本构成及功能现代物流系统的特点、基本构成及功能（三）现代物流系统的功能三）现代物流系统的功能 （1）原材料和毛坯、外购件、在制品、产品、工 艺装备的储存及搬运存放有序，存取容易， 自动化 ； （2）设备的上下料自动化； （3）工序间在制品储存有序、合理 ； （4）工位间工件搬运及时、迅速 ； （5）物流装置调度、控制可变化、可优化 ； （6）物流监测、判别反应敏捷。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.1.3 物流系统设计应满足的要求物流系统设计应满足的要求（一）应可靠地、无损伤地、快速实现物料流动；（一）应可靠地、无损伤地、快速

5、实现物料流动；（二）具有一定的柔性；（二）具有一定的柔性； （三）尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动路线；（三）尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动路线；（四）尽量减少在制品积压；（四）尽量减少在制品积压；（五）合理的物料（毛坯、在制品、产品）储存量。（五）合理的物料（毛坯、在制品、产品）储存量。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院6.2 6.2 机床上下料装置设计机床上下料装置设计 一、机床上下料装置的设计原则一、机床上下料装置的设计原则二、料仓式上料装置二、料仓式上料装置三、料斗式上料装置三、料斗式上料装置四、上下料机械手四、上下料机械手机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学

6、院 6.2.1 机床上下料的设计原则机床上下料的设计原则机床的上下料机床的上下料是指将毛坯送到正确的加工位置及将加工好的工件从机床上取下的过程。按自动化程度：按自动化程度：人工上下料装置（单件小批生产或 大型的或外形复杂的工件） 自动上下料装置（大批大量生产，如 料仓式、料斗式、上下料机械手或机 器人等）（1）上下料时间要符合生产节拍的要求；（2）上下料工作平稳，尽量减少冲击，避免使工件产 生变形或损坏；（3）上下料装置结构简单，工作可靠，维护方便；（4）有一定的适用范围，尽可能满足多种需求。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.2 料仓式上料装置料仓式上料装置 （一）功用和组成

7、（一）功用和组成 功用功用: :当单件毛坯的尺寸较大，而且形状比较复 杂难于自动定向时，可采用料仓上料机构。适用 于加工时间较长的零件。用在大量和批量生产中。 组成组成：料仓、隔料器、上料器、上料杆、下料杆 等部分。 料仓上料装置简图料仓上料装置简图/1/1机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.2 料仓式上料装置料仓式上料装置 （二）料仓（二）料仓 作用作用是储存毛坯。 大小大小取决于毛坯的尺寸及工作循环的长短。 按照毛坯在料仓中的送进方法，按照毛坯在料仓中的送进方法，将料仓分为 两类，即靠毛坯的自重送进和强制送进。 机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.2 料仓式

8、上料装置料仓式上料装置 （二）料仓（二）料仓 （1）靠毛坯自重送进的料仓）靠毛坯自重送进的料仓 直线式、曲线式、螺旋式、管式、料斗式、 料斗料箱式 （2）强制送进的料仓）强制送进的料仓 重锤式、弹簧式、摩擦式、链式、圆盘式 当毛坯质量太轻，不能保证靠自重可靠地 落在上料器中，或毛坯形状复杂，不便靠 自重送进，采用强制送进的料仓。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.2 料仓式上料装置料仓式上料装置 把待加工的毛坯从料仓中的许多毛坯 中隔离出来，使其自动进入上料器；或由隔 料器直接将其送到加工位置。 由上料器兼作隔料器、杆式隔料器、鼓轮式 隔料器 机械制造装备设计大连理工大学 机械

9、工程学院 6.2.2 料仓式上料装置料仓式上料装置 （四）上料器（四）上料器 作用：作用：把毛坯从料仓送到机床加工位置 料仓兼作上料器、槽式上料器、圆盘式上料 器、由机床的部件和专门的接收器来充当上 料器 图图5机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.2 料仓式上料装置料仓式上料装置 （五）上料杆和卸料杆（五）上料杆和卸料杆 上料杆作用：上料杆作用：将毛坯件推入加工位置。 两种方式：两种方式：采用挡块来限制毛坯送进的位置； 依靠上料杆的行程使毛坯顶到所要求的位置。 卸料杆作用：卸料杆作用：将加工好的工件推出加工位置。 两种类型：两种类型：带弹簧的和固定长度的卸料杆。机械制造装备设计

10、大连理工大学 机械工程学院 6.2.3 料斗式上料装置料斗式上料装置（一）功用和组成（一）功用和组成 料斗式与料仓式的不同：料斗式与料仓式的不同：后者只是将已定向好的工件 由储料器向机床供料，而前者则可对储料器中杂乱的 工件进行自动定向整理再送给机床。 组成：组成：装料机构、储料机构组成。 装料机构由装料机构由料斗、搅动器、定向器、剔除器、分路器 、送料槽、减速器等组成。 储料机构储料机构由隔料器、上料器等组成。 机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.3 料斗式上料装置料斗式上料装置（二）料斗（二）料斗 料斗：料斗：工件在料斗中完成定向，并依次送到出 口处，有时需加搅动器或剔除器

11、。 搅动器：搅动器：防止工件进入送料器时产生阻塞。 定向器：定向器：矫正工件位置，剔除位置不正确工件。 剔除器：剔除器：剔除从料斗到送料槽中一些位置不正 确的工件。 振动式料斗振动式料斗/9/9自动定向方法自动定向方法机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.3 料斗式上料装置料斗式上料装置（三）送料槽（三）送料槽 送料槽要求送料槽要求工件能顺利流畅稳速移动，不能发 生阻塞或滞留现象，因此要认真考虑其倾斜角 度和弯曲的大小。 基本形式基本形式：矩形、槽形、V形、圆形、双轨式、 单轨式、直立的笼形、滚到式 图图13 13 机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.3 料斗式上

12、料装置料斗式上料装置（四）减速器（四）减速器 作用：作用：防止工件移动速度过大造成机件或工件 因碰撞而损坏。（五）分路器（五）分路器 作用：作用：把运动的工件分为两路或多路，分别送 到各机床一料斗多机床 分路器的结构形式分路器的结构形式 /15/15机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.2.4 上下料机械手上下料机械手机械手机械手是按照程序要求实现抓取和搬运工作，或完成某些劳动作业的机械自动化装置。按其安放位置分为按其安放位置分为：内装式、附装式和单置万能式。按其是否移动分为按其是否移动分为：固定式和行走式。工业机器人在这里仅用于上下料，它当然比焊接、喷漆机器人的功能要求要简单一些。

13、图图1616、2121机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3 6.3 机床间工件传送装置的设计机床间工件传送装置的设计 一、托盘及托盘交换器一、托盘及托盘交换器 二、随行夹具二、随行夹具三、传送装置三、传送装置机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3 6.3 机床间工件传送装置的设计机床间工件传送装置的设计 四、有轨运行小车四、有轨运行小车 五、无轨运行小车五、无轨运行小车六、随行工作台站六、随行工作台站机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.1 托盘及托盘交换器托盘及托盘交换器机床间的工件传递和运送装置主要有：机床间的工件传递和运送装置主要有：托盘、随行夹具

14、、各种传送装置、有轨小车和无轨小车等。托盘交换器托盘交换器是机床和传送装备之间的桥梁和接口。不仅起到连接作用，还可以暂时存储工件，起到防止物流系统阻塞的缓冲作用。回转式托盘交换器回转式托盘交换器有两位、四位和多位。 八工位回转式托盘交换器八工位回转式托盘交换器/22/22 机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.2 随行夹具随行夹具随行夹具：随行夹具：用于结构复杂或较软的有色金属工件。返回方式：返回方式：上方返回、下方返回、水平返回三种。水平返回的随行夹具水平返回的随行夹具/27机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.3 传送装备传送装备传送装备传送装备不仅起到将各物流

15、站、加工单元、装配单元衔接起来的作用，而且具有物料的暂存和缓冲功能。常见的传送装备有常见的传送装备有滚到式、链式、悬挂式等。（一）滚道式传送机（一）滚道式传送机 图图28 结构简单，使用广泛。滚道可以是无动 力的，货物由人力推动。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.3 传送装备传送装备（一）滚道式传送机（一）滚道式传送机 机动滚道多种实施方案机动滚道多种实施方案： （1）每个滚子都配备一个电动机和一个减速机，单 独驱动。 （2）每个滚子轴上装两个链轮。 （3）用一根链条通过张紧轮驱动所有滚子。 （4）在滚子底下布置一条胶带，依靠摩擦力作用驱 动。 （5）用一根纵向的通轴，通过扭

16、成8字形的传送带 驱动所有滚子。 图图32 轨道输送机可以直线传送，还可以改变传送方式。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.3 传送装备传送装备（二）链式传送机（二）链式传送机 图图34 最简单的链式传送机由两根套筒滚子链条组成。 用链条和托板组成的链板传送机上一种广泛使用 的连续传送机械。 （三）悬挂式传送机（三）悬挂式传送机 主要用于在制品的暂存。 另外尤其适合于批量产品的喷漆。 自动上料自动上料/37机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.4 有轨运输小车有轨运输小车自动运输小车：自动运输小车：用于机床间传送物料。采用有轨运输小车的是生产系统（RGV）。 图图

17、38RGVRGV沿直线导轨运动：由直流或交流司服电动机驱动；沿直线导轨运动：由直流或交流司服电动机驱动； 由中央计算机、光电装置、接近由中央计算机、光电装置、接近 开关等控制。开关等控制。RGVRGV优点：优点：可传送大（重）件，速度快，控制系统简单 ，成本低。 缺点缺点：改变路线比较困难，适于运输路线固定不变 的生产系统 。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.5 无轨运输小车无轨运输小车无轨运输小车（无轨运输小车（AGVAGV）是指装备有电磁或光学自动引导装置，能够沿既定的引导路径行使，具有小车编成与停车选择装置、安全保护以及各种运载功能的运输小车。 图图3939机械制造装备

18、设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.5 无轨运输小车无轨运输小车（一）（一）AGVAGV的构成的构成 （1 1）车体：）车体：车架、减速器、车轮等组成。 （2 2）电源和充电装置：）电源和充电装置：24V或48V的蓄电池配有充电 装置。 （3 3）驱动装置：）驱动装置：电动机、减速器、制动器、车轮、 速度控制器等部分组成。 （4 4）转向装置：）转向装置：铰轴转向式、差动转向式。 （5 5）车上控制装置：）车上控制装置：通过通信系统实现小车的监控。 （6 6）通信装置：）通信装置：连续方式和分散方式。 （7 7）安全装置：）安全装置：接触式和非接触式两类保护装置。机械制造装备设计大连理工大

19、学 机械工程学院 6.3.5 无轨运输小车无轨运输小车（二）（二）AGVAGV的导航方式的导航方式（1 1）车外固定路径引导方式）车外固定路径引导方式：电磁引导（图图4242） 、光学引导、磁带引导。（2 2）自主引导方式）自主引导方式：行使路径轨迹推算导向法、惯性 导航、环境映射法导航、激光导航（图图4343）、其 它导航方式。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.5 无轨运输小车无轨运输小车（三）（三）AGVAGV设计时应满足的功能设计时应满足的功能 （1 1）行走功能）行走功能 （2 2）控制功能）控制功能 （3 3）安全功能）安全功能 （4 4）随行工作台的自动装卸）随行

20、工作台的自动装卸机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.3.6 随行工作台站随行工作台站随行工作台站随行工作台站是介于制造单元与自动运输小车之间的装置，在制造系统中起过渡作用，也是物流中的一个环节。功能：功能： （1）存放从自动运输小车送来的随行工作台，图中L。（2）随行工作台在存放站上有自动转移功能，根据系统 的指令，可将随行工作台移至缓冲的位置U。（3）当随行工作台移至工作位置时（图中A），工业机器 人可对随行工作台上夹持的工件进行装卸。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院6.4 6.4 自动化仓库设计自动化仓库设计 一、自动化仓库的类型一、自动化仓库的类型二、自动化仓库的构

21、成二、自动化仓库的构成三、自动化仓库的运行原理三、自动化仓库的运行原理四、自动化仓库的规划与设计四、自动化仓库的规划与设计机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.4.1 自动化仓库的类型自动化仓库的类型自动化仓库自动化仓库是指采用多层货架，在不直接进行人工处理的情况下能够自动地存储和取出物料的系统。又称立体仓库又称立体仓库，使物流系统的物资调节和物流中心。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.4.1 自动化仓库的类型自动化仓库的类型（一）按建筑形式（一）按建筑形式分为整体式和分离式 （二）按货架构造形式（二）按货架构造形式分为单元货格式、贯通式 （重力式货架仓库重力式货架仓库

22、/47/47）、水平循环式和垂直循环式。 ( (三）按自动化仓库与生产联系的紧密程度三）按自动化仓库与生产联系的紧密程度分为独立型、 半紧密型和紧密型仓库（四）按所起作用（四）按所起作用分为生产型仓库和流通型仓库 自动仓储系统课外资料自动仓储系统课外资料机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.4.2 自动化仓库的构成自动化仓库的构成（一）土建设施：（一）土建设施：厂方和配套设施。（二）机械装备：（二）机械装备：多层货架、托盘和货箱、搬运装 备、存取货装备、安全保护装置、出入库装 卸站等。（三）电气设备：（三）电气设备：检测、信息识别、控制、通信、 监控调度、计算机管理、图像显示等装置。

23、机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.4.3 自动化仓库的运行管理自动化仓库的运行管理图示为四层货架的自动化仓库图示为四层货架的自动化仓库/59/59，现介绍其工作过程工作过程：（一）（一）堆垛机停在巷道起始位置，待入库的货物已放 置在出入库装卸站上，由堆垛机的货叉将其取 到装卸托盘上。（二）（二）计算机控制堆垛机在巷道行走，装卸托盘沿堆 垛机铅直导轨升降，自动寻址向存入仓位进行。（三）（三）装卸托盘到达存入仓库前，即图中第四列第四层 ，装卸托盘上的货叉将托盘上的货物送进存入仓 位。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.4.3 自动化仓库的运行管理自动化仓库的运行管理四层货

24、架的自动化仓库四层货架的自动化仓库/59/59，现介绍其工作过程工作过程：（四（四) )堆垛机进行到第五列第二层，到达调出仓位， 货叉将该仓位中的货物取出，放在装卸托盘上。（五）（五）堆垛机带着取出的货物返回起始位置，货叉将货 物从装卸托盘送到出入库装卸站。 重复上述动作，直至暂无货物调入调出的指令，堆垛机就近停在某一位置待命。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.4.4 自动化仓库的规划与设计自动化仓库的规划与设计规划与设计步骤：规划与设计步骤：（一）分析和准备阶段（一）分析和准备阶段（二）确定货物单元形式及规格（二）确定货物单元形式及规格（三）确定自动化仓库的形式、作业方式和机械

25、装（三）确定自动化仓库的形式、作业方式和机械装 备参数备参数（四）立体仓库的结构尺寸（四）立体仓库的结构尺寸 根据单元货物规格确定货架整体尺寸和仓库根据单元货物规格确定货架整体尺寸和仓库 内部布置。内部布置。 （1）确定货位尺寸和仓库总体尺寸 （2）确定仓库的整体布置机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.4.4 自动化仓库的规划与设计自动化仓库的规划与设计规划与设计步骤：规划与设计步骤：（五）确定工艺流程，核算仓库工作能力（五）确定工艺流程，核算仓库工作能力 （1）立体仓库的存取模式：单作业模式和复 合作业模式 （2）出、入库作业周期的核算（六）提出对土建及公用工程的设计要求（六）提

26、出对土建及公用工程的设计要求（七）选定控制方式（七）选定控制方式（八）选择仓库管理方式（八）选择仓库管理方式（九）提出自动化装备的技术参数和配置（九）提出自动化装备的技术参数和配置（十）方案评价及仿真（十）方案评价及仿真机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院6.5 6.5 工厂物流系统的总体设计工厂物流系统的总体设计 一、资料的收集和分析阶段一、资料的收集和分析阶段二、工厂总体布局设计二、工厂总体布局设计三、车间布局设计三、车间布局设计四、物流搬运装备的选择四、物流搬运装备的选择机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.5.1 资料的收集和分析阶段资料的收集和分析阶段总体规划与设计一

27、般要解决的四个问题：总体规划与设计一般要解决的四个问题：厂区规划；车间工位的合理布局；合理确定库存量；选择合理的搬运装备。资料的收集和分析阶段主要包括：资料的收集和分析阶段主要包括：（一）工厂的产品分析（二）了解工厂所在地的自然条件（三）确定工厂未来的发展趋势 工厂物流示意图工厂物流示意图/60/60机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.5.2 工厂总体布局设计工厂总体布局设计（一）工厂总体布局应满足的要求（一）工厂总体布局应满足的要求 （1 1）符合工艺规程）符合工艺规程 基本模式基本模式：按功能规划厂区、采用系统布 局设计模式 （2 2）适应工厂内外运输要求）适应工厂内外运输要求

28、 （3 3）合理用地）合理用地 合理确定道路宽度和建筑物的间距，力求 总体布局疏密得当；组成联合厂房或多层 ；适当预留发展用地。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.5.2 工厂总体布局设计工厂总体布局设计（一）工厂总体布局应满足的要求（一）工厂总体布局应满足的要求 （4 4）善于利用自然条件）善于利用自然条件 良好的自然通风和采光条件；避开隐患，规划 好厂区设施位置。 （5 5）安全和环境保护）安全和环境保护 安全卫生规范；车间布局在下风侧；厂区绿化 及美化环境配置，精密车间远离振源和污染源。机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.5.2 工厂总体布局设计工厂总体布局设计（

29、二）工厂总体布局设计的基本步骤（二）工厂总体布局设计的基本步骤（1）产品工艺过程分析 （2）作业单位之间的物流关系分析 （3）作业单位之间的非物流关系分析（4）作业单位之间的综合相互关系分析（5）绘制各单位的位置相关图 （6）建立各作业单位的面积相关图 （7）工厂总体平面图的形成 图图6565（8）方案评价（加权因素法和费用对比法）机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.5.3 车间布局设计车间布局设计车间设计包括：车间设计包括：工艺设计工艺设计确定加工零件所需的机床、 工夹量具、刀具等物流系统的设计物流系统的设计工位的配置机械制造装备设计大连理工大学 机械工程学院 6.5.3 车间布局设计车间布局设计（一）车间布局设计的一般原则（一）车间布局设计的一般原则 （1）