柔性物流系统 李朝龙

柔性物流系统机制121班第二组全体人员柔性物流系统物流是FMS中物料流动的总称。在FMS中流

动的物料主要有工件、刀具夹具、切屑及切削液。物流系统是从FMS的进口到出口，实现对这些物料自动识别、存储、分配、输送、交换和管理功能的系统

FMS物流系统对输送装置的要求（1）通用性（2）变更性

（3）扩展性（4）灵活性（5）可靠性

物流系统柔性物流柔性是指在外部环境条件变化的情况下，以合理的成本水平采用合适的运输方式在合适的时间和地点收集和配送合适的产品或资源以及服务以满足顾客或合作伙伴需要的能力。

图为管控一体化系统拓扑结构图物料输送形式包括工件储运系统和刀具储运系统，由工件装卸站、自动化仓库、自动化小车、机器人、托盘缓冲站、托盘交换装置、传送带、刀具库系统、交换工作台、夹具系统、换刀机械手等组成，储存和搬运系统搬运的的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等。运输路线可粗略分为直线式、环形封闭式、网状式和直线随机式四类。储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的桁道式立体仓库。托盘及托盘交换器托盘及托盘交换器AGVAGV是（AutomatedGuidedVehicle）的缩写，意即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV属于轮式移动机器人（WMR――WheeledMobileRobot）的范畴。图为潜伏牵引型AGV的特点（1）较高的柔性（2）实时监视和控制（3）安全可靠（4）维护方便MT-AGV是一個四輪的AGV，後面兩個大輪為差動的驅動輪，前面兩个小輪為萬向輪，轉彎十分靈活，能夠實現90°的转弯AGV的自动导向系统这是一种传统的导向技术,1954年出现在美国的第一台AGV采用的就是电磁感应导向。这种技术己十分成熟,是目前AGV自动导向系统中采用最多的一种。其工作原理如图3所示沿预定的运行线路敷设导引电缆,并在其中通以低频正弦波信号,于是在导引电缆周围就产生了交变的电磁场。AGV的管理任务管理：任务管理类似计算机操作系统的进程管理，它提供对AGV地面控制程序的解释执行环境；提供根据任务优先级和启动时间的调度运行；提供对任务的各种操作如启动、停止、取消等。车辆管理：车辆管理是AGV管理的核心模块，它根据物料搬运任务的请求，分配调度AGV执行任务，根据AGV行走时间最短原则，计算AGV的最短行走路径，并控制指挥AGV的行走过程，及时下达装卸货和充电命令。AGV系统的硬件结构自动化仓库自动化技术在仓储领域（包括主体仓库）中的发展可分为五个阶段：人工仓储阶段、机械化仓储阶段、自动化仓储阶段、集成化仓储阶段和智能自动化仓储阶段。在90年代后期及21世纪的若干年内，智能自动化仓储将是自动化技术的主要发展方向。自动化立体仓库有个视频货架构造可分为单元货格式、贯通式、水平旋转式和垂直旋转式。（1）单元货格式仓库：类似单元货架式，巷道占去了三分之一左右的面积。（2）贯通式：为了提高仓库利用率，可以取消位于各排货架之间的巷道，将个体货架合并在一起，使每一层、同一列的货物互相贯通，形成能一次存放多货物单元的通道，而在另一端由出库起重机取货，成为贯通式仓库。根据货物单元在通道内的移动方式，贯通式仓库又可分为重力式货架仓库和穿梭小车式货架仓库。重力式货架仓库每个存货通道只能存放同一种货物，所以它适用于货物品种不太多而数量又相对较大的仓库。梭式小车可以由起重机从一个存货通道搬运到另一通道。（3）水平旋转式仓库的货架：这类仓库本身可以在水平面内沿环形路线来回运行。每组货架由若干独立的货柜组成，用一台链式传送机将这些货柜串连起来。每个货柜下方有支撑滚轮，上部有导向滚轮。传送机运转时，货柜便相应运动。需要提取某种货物时，只需在操作台上给予出库指令。当装有所需货物的货柜转到出货口时，货架停止运转。这种货架对于小件物品的拣选作业十分合适。它简便实用，充分利用空间，适用于作业频率要求不太高的场合。（4）垂直旋转货架式仓库：与水平旋转货架式仓库相似，只是把水平面内的旋转改为垂直面内的旋转。这种货架特别适用于存放长卷状货物，如地毯、地板革、胶片卷、电缆卷等控制系统技术先进，采用现场控制总线直接通讯的方式，真正做到计算机只监不控，所有的决策、作业调度和现场信息等均由堆垛机、出入库输送机等现场设备通过相互间的通讯来协调完成。●每个货位的托盘号分别记录在堆垛机和计算机的数据库里，管理员可利用对比功能来比较计算机的记录和堆垛机里的记录，并进行修改，修改可自动完成和手动完成。●系统软、硬件功能齐全，用户界面清晰，便于操作维护。●堆垛机有自动召回原点的功能，即无论任何情况，只要货叉居中且水平运行正常时，可按照下达的命令自动返回原点。这意味着操作人员和维护人员可以尽量不进入巷道。●智能的控制系统，可以实现真正的自动盘库功能，避免了以往繁重的人工盘库工作，减轻了仓库管理人员的工作强度，同时保证了出库作业的出错率为零。监控管理系统（1）监控管理系统包括数据管理、入库管理、出库管理、查询、报表、单据与盘库、报警、监控与动画等模块系统优点一、节约仓库占地面积，使仓库的空间实现了充分的利用。由于自动化立体仓库采用大型仓储货架的拼装，又加上自动化管理技术使得货物便于查找，因此建设自动化立体仓库就比传统仓库的占地面积小，但是空间利用率大。在发达国家，提高空间的利用率已经作为系统合理性和先进性的重要考核指标。在提倡节能环保的今天，自动化立体仓库在节约占地资源上有着很好的效果，也是必将使未来仓储发展的一大趋势。二、自动化管理提高了仓库的管理水平。自动化立体仓库采用计算机对货品信息进行准确无误的信息管理，减少了在存储货物中可能会出现的差错，提高了工作效率。同时，立体自动化仓库在入库出库的货品运送中实现机动化，搬运工作安全可靠，减少了货品的破损率，还能通过特殊设计使一些对环境有特殊要求的货品能有很好的保存环境，比如有毒、易爆的货品，也减少了人在搬运货品时可能会受到的伤害。三、自动化立体仓库可以形成先进的生产链，促进了生产力的进步。专业人士指出，由于自动化立体仓库的存取效率高，因此可以有效地连接仓库外地生产环节，可以在存储中形成自动化的物流系统，从而形成有计划有编排的生产链，使生产能力得到了大幅度的提升。货架货架的设计是立体仓库设计的一项重要内容，它直接影响到立体仓库面积和空间的利用率。①货架形式：货架的形式有很多，而用在自动化立体仓库的货架一般有：横梁式货架、牛腿式货架、流动式货架等。设计时，可根据货物单元的外形尺寸、重量及其它相关因素来合理选取。②货格的尺寸：货格的尺寸取决于货物单元与货架立柱、横梁（牛腿）之间的间隙大小，同对，在一定程度上也受到货架结构型式及其它因素的影响。堆垛机堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架（上横梁、下横梁、立柱）、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。①堆垛机形式的确定：堆垛机形式多种多样，包括单轨巷道式堆垛机、双轨巷道式堆垛机、转巷道式堆株机、单立柱型堆垛机、双立柱型堆垛机等等。②堆垛机速度的确定：根据仓库的流量要求，计算出堆垛机的水平速度、提升速度及货叉速度。③其它参数及配置：据仓库现场情况及用户的要求选定堆垛机的定位方式、通讯方式等。堆垛机的配置可高可低，视具体情况而定。堆垛机系统优点一、节约仓库占地面积，使仓库的空间实现了充分的利用。由于自动化立体仓库采用大型仓储货架的拼装，又加上自动化管理技术使得货物便于查找，因此建设自动化立体仓库就比传统仓库的占地面积小，但是空间利用率大。在发达国家，提高空间的利用率已经作为系统合理性和先进性的重要考核指标。在提倡节能环保的今天，自动化立体仓库在节约占地资源上有着很好的效果，也是必将使未来仓储发展的一大趋势。二、自动化管理提高了仓库的管理水平。自动化立体仓库采用计算机对货品信息进行准确无误的信息管理，减少了在存储货物中可能会出现的差错，提高了工作效率。同时，立体自动化仓库在入库出库的货品运送中实现机动化，搬运工作安全可靠，减少了货品的破损率，还能通过特殊设计使一些对环境有特殊要求的货品能有很好的保存环境，比如有毒、易爆的货品，也减少了人在搬运货品时可能会受到的伤害。三、自动化立体仓库可以形成先进的生产链，促进了生产力的进步。专业人士指出，由于自动化立体仓库的存取效率高，因此可以有效地连接仓库外地生产环节，可以在存储中形成自动化的物流系统，从而形成有计划有编排的生产链，使生产能力得到了大幅度的提升。柔性制造系统的适用范围（1）柔性制造模块（FMM）（2）柔性制造单元（FMC)（3）柔性制造系统（FMS）（4）柔性制造生产线（FML）（5）柔性制造工厂（FMF)柔性制造模块柔性制造模块（FMM)是指一台扩展了自动化功能的数控机床如刀具库，自动换刀装置。托盘交换器，FMM相当于功能齐全的加工中心。柔性制造单元柔性制造单元（FMC)有一台至两台数控机床组成，除了能够能自动更换刀具之外，还配有存储工件的托盘站和自动上下料的工作交换台，FMC自成体系，占地面积小，成本低，功能完善，有廉价FMS之称。柔性制造系统(FMS)包括两台以上的CNC，FMM或FNC组成，其控制与管理功能比FMC强规模比FMC大，对数据管理与通信网络要求高。柔性制造生产线

先进工业自动化及制造的基本部分，内容包括物料供给、分拣、加工、检测、无线通讯、图象处理、生产监控与管理、物流系统与立体仓库等主要模块，其中涉及流程设计、原理图和接线图绘画，器件选型、PLC编程、生产管理等自动化相关的课程。柔性制造工厂柔性制造工厂是将柔性制造自动化由FMS扩展到全企业范围，通过计算机网络系统的有机联系，实现全企业范围内的生产经营管理过程，设计开发过程，加工制造过程和物料运储过程的全盘自动化，实现自动化工厂的目标物料输送形式物料输送系统是为FMS服务的，它决定着FMS的布局和运行方式。由于大部分FMS的工作站点较多，输送线路较长，输送的物料种类不同，此物料输送系统的整体布局比较复杂。一般可以采用基本回路来组成FMS的输送系统。直线型输送形式这种形式比较简单，在我国现有的FMS中较为常见。它适用于按照规定的顺序从一个工作站到下一个工作站的工件输送，输送设备作直线运动，在输送线两侧布置加工设备和装卸站。直线型输送形式的线内储存址小，常需配合中央仓库及缓冲站。环型输送形式环型输送形式的加工设备布置在封闭的环形输送线的内外侧。输送线上可采用各类连续输送机、输送小车、悬挂输送机等输送设备。在环形输送线上，还可增加若干条支线，作为储存或改变输送路线之用，故其线内储存量较大，可不设置中央仓库。环型输送形式便于实现随机存取，具有非常好的灵活性，所以应用范围较广。网络型输送形式这种输送形式的输送设备通常采用自动导向小车。自动导向小车的导向线路埋设在地面下，输送线路具有很大的柔性，故加工设备敞开性好，物料输送灵活，在中、小批量产品或新产品的试制阶段的FMS中应用越来越广。网络型输送形式的线内储存量小，一般需设置中央仓库和托盘自动交换器。以机器人为中心的输送形式它是以搬运机器人为中心，加工设备布置在机器人搬运范围内的圆周上。一般机器人配置了夹持回转类零件的夹持器，因此它适用于加工各类回转类零件的FMS中。AGV的特点：较高的柔性只要改变一下导向程序，就可以方便地改变、修改和扩充AGV的移动路线。与RAV相比，改造的工作量小得多。实时监视和控制由于计算机能实时地对AGV进行监控，实现AGV与计算机的双向通信。不管小车在何处或何种状态（静止或运动），计算机都可以用调频法通过发送器向任一特定的小车发出命令，只有频率相同的小车才能响应这个命令。另一方面，小车也能向计算机发回信息，报告小车的状态、小车故障、蓄电池状态等。安全可靠AGV能以低速运行，运行速度一般在10~70m/min之间，通常AGV备有微处理器控制系统，能与本区的其他控制器通信，可以防止相互之间的碰撞。有的AGV上面安装了定位精度传感器或定中心装置，可保证定位精度达到±30mm，精确定位的AGV可达到±3mm。此外，AGV还可备有报警信号灯、扬声器、急停按钮、防火安全连锁装置，以保证运输的安全。维护方便维护工作包括对小车蓄电池的再充电和对小车电动机、车上控制器、通信装性、安全报警装置的常规检测等。大多数AGV多备有蓄电池状况自动预报设施，当蓄电池的储备能量降到需要再充电的规定值时，AGV会自动去充电站充电，一般AGV可连续工作8h无需充电。.AGV自动认址与精确停位系统自动认址与精确停位系统的任务是使小车能将物料准确地送到位。自动认址系统中首先在工位上安置地址信息发送元件，一般直接在导向线两侧埋设认址的感应线圈。是绝对地址的感应线圈地址码，它是将每个地址进行编码，再将若干线圈以不同方式连接，产生不同方向的磁通，用“0”或“1”表示地址码。上述地址信号由安装在小车上的接受线圈接受，经放大整形送入计数电路或逻辑判别电路，判断正确后，发出命令使小车减速、停车，或前后微量调整，达到精确停位。AGV的导向控制系统两轮差速转向的AGV导向控制系统。AGV对称设置两个导向传感器，它接收到地面导向线路的电磁感应信号，两导向传感器信号经比较放大处理后得到了反映ACV偏差方向和偏差量。此综合信号经一阶微分处理后得到反映AGV偏角的量，经二阶微分处理后得到反映AGV偏角变化速度的量。将AGV的偏差、偏角和偏角变化速度三个量加权放大后，用以控制和驱动AGV的转向系统，使AGV能实时地消除车体与导向线路的偏离。AGV的管理AGV系统的管理就是为了确保系统的可靠运行，最大限度地提高物料的通过量，使生产效益达到最高水平。它一般包括三方面的内容，即交通管制、车辆调度和系统监控。交通管制在多车系统中必须有交通管制，才能避免小车之间的相互碰撞。目前应用最广的AGV交通管制方式是一种区间控制法，它将导向路线划分为若干个区间，区间控制法的法则是在同一时刻只允许一个小车位于给定的区间内。车辆调度车辆调度的目标是使AGV系统实现最大的物料通过量。车辆调度需要解决两个问题：一是实现车辆调度的方法；二是车辆调度应遵循的法则。车辆调度的方法实现车辆调度的方法按等级可分为车内调度系统、车外招呼系统、遥控终端、中央计算机控制以及组合控制等。一般的FMS中采用组合控制来调度车辆。在柔性物流系统中，则由物流工作站计算机调度，这时系统处于最高水平的运行调度状态。当系统以最高水平控制运行时，万一失灵了，则可返回到低一级水平控制。例如，物流工作站计算机调度失败，就可以恢复到遥控终端控制或车载控制，AGV系统仍可继续工作。车辆调度法则在多车多工作站的系统中，AGV遵循何种车辆调度法则对于FMS的运行性能和效益有很大的影响。最简单的车辆调度法则是顺序车辆调度法则，它是让AGV在导向线路上不停地行驶，依次经过每一个工作站，当经过有负载需要装运的工作站时，AGV便装上负载继续向前行驶，并把负载输送到它的目的地。这种调度法则不会出现车间闭锁（交通阻塞）现象，但物流系统的柔性及物料通过量都比较低。为了克服上述缺点，柔性物流系统逐步采用一些先进的车辆调度法则。车辆调度法则例如，从任务申请角度出发，有最大输送排队长度法则、最少行驶时间法则、最短距离法则、最小剩余输送排队空间法则、先来先服务法则等；从任务分配角度出发，有最近车辆法则、最快车辆法则、最长空闲车辆法则等。柔性物流系统使用何种法则为最好，这与物流输送形式、设备布置、工件类型、AGV数目等多种因素有关，需要通过计算机仿真试验才能确定。系统监控复杂的柔性物流系统自动化程度高、物料输送量大，为了避免系统出现故障或运行速度减慢等问题，需要对AGV系统进行监控。目前AGV系统监控有三种途径：定位器面板、摄像机与CRT彩色图像显示器及中央记录与报告。自动化立体仓库的总体布局装有物料的标准料箱或托盘进、出高层货架的形式有下面两种：(1）贯通式贯通式是将物料从巷道一端入库，从另一端出库。这种方式总体布局简单，便于管理和维护，但是物料完成出库、入库过程需经过巷道全场。自动化立体仓库的总体布局(2）同端出入式它是将物料入库和出库布置在巷道的同一端。这种方式的最大优点是能缩短出、入库时间。尤其是在库存量不大，且采用自由货位存储时，可将物料存放在距巷道出入端较近的货位，缩短搬运路程，提高出入库效率。另外仓库与作业区的接口只有一个，便于集中管理。储料单元和货位尺寸的确定自动化立体仓库的存储方式是首先把工件放入标准的货箱内或托盘上，然后再将货箱或托盘送入高层货架的货格中。储料单元就是一个装有工件的货箱或托盘，对于高层货架不宜存储过大过重的储料单元，一般重量不超过1000kg，尺寸大小不超过1m³。储料单元确定后，就可计算货位尺寸。储料单元和货位尺寸的确定货位尺寸（长X宽X高=lxbxh）取决于三方面的因素，一是储料单元的大小；二是储料单元顺利出、入库所必需的净空尺寸；三是货架构件的有关尺寸。净空尺寸与货架制造精度、堆垛机轨道的安装精度及定位精度有关。高层货架高层货架是自动化立体仓库的主体，一般在设计与制造时首先要保证货架的强度、刚度和整体稳定性，其次要考虑减轻货架重量、降低钢材消耗。高层货架通常由冷拔型钢、角钢、工字钢焊接而成。设计与制造过程中要注意下面的问题1）货架构件的结构强度。2）货架整体的焊接强度。3）储料单元载荷引起的货位挠度。4）货架立柱与桁架的垂直度。5）支承脚的位置精度和水平度。巷道式堆垛机的特点l）整机结构高而窄，其宽度一般不超过储料单元的宽度，因此限制了整机布置和机构选型。2）金属结构件除应满足强度和刚度要求外，还要有较高的制造和安装精度。3）采用专门的取料装置，常用多节伸缩货叉或货板机构。巷道式堆垛机的特点4）各电气传动机构应同时满足快速、平稳和准确。5）配备可靠的安全装置，控制系统应具有一系列联锁保护措施。升降机构升降机构由电动机、制动器、减速器、卷筒（或链轮）、钢丝绳（或起重链条）及防落安全装置组成，用钢丝绳作柔性件质量轻、工作安全、噪声小，其传动装置一般装在下部。升降机构而链条作为柔性件，其机构比较紧凑，传动装置一般装在上部。为了减小升降电动机功率，可以设置质量等于载货台质量或一般起重质量的配重。升降机构的工作速度一般控制在15~25m/min,最高可达45m/min。为了保证平稳、准确地定位，以便存取物料，应设有低速档，低速一般不大于5m/min,停止精度要求高时为1.5~2m/min。行走机构行走机构由电动机、联轴节、制动器、减速器和和行走轮组成。按行走机构所在的位置不同可分为地面行走式和上部行走式。行走机构地面支承行走机构，它一般用2个或4个车轮在地面单轨或双轨一上运行，在堆垛机的顶部设置导向轮沿固定在货架上弦的导轨导行。上部支承行走机构，它用4个或8个车轮在悬挂于屋架下弦的工字钢下翼缘上行走，或者用4个车轮沿巷道两侧货架顶部的2根轨道行走。行走机构两种形式在下部都装有水平导轮沿货架卜部的水平导轨导行。行走机构的工作速度依据巷道长度和物料出入库频率而定，正常工作速度控制在50~100m/min，最高可达到180m/min。为了保证停止精度，还需要有一档4~6m/min的低速，或再增加一档中速。自动化仓库的计算机控制系统自动化仓库的含义是指仓库管理自动化和出入库作业自动化。因此要求自动化仓库的计算机控制系统应具备信息的输入及预处理、物料的自动存取和仓库自动化管理等功能。信息的输入及预处理信息的输入及预