（机械工程专业论文）硬币生产物流自动化系统的研究与设计.pdf

工程硕上论文 y 19 1 斟。7 岑苓 摘要 本文主要针对南京造币有限公司x x 硬币生产工艺特点以及生产线布置状况，研 究如何把当前较先进和成熟的生产物流自动化系统技术应用于该硬币生产中，首次实 现整个硬币生产物流自动化。 本文首先介绍了课题背景和意义，硬币生产物流系统课题是根据南京造币有限公 司x x 硬币的生产需求提出的，其研究的目的就是提高产品的输送效率，减轻操作者 的工作负荷。根据目前国内外物流技术的发展状况，确定了物流系统的研究目标。接 着该文重点分析了介绍了x x 硬币物流系统需求，详细了阐述了x x 硬币各部门的生产 工艺流程以及产品输送流程，同时重点介绍了电镀加料方式设计、印花穿梭车卸料方 式设计以及印花机与包卷机加料方式设计。 接着本文重点阐述了a g v 物流系统的设计，首先介绍了a g v 选用依据，提供了 a g v 物流系统的设计依据，确定了a g v 输送系统的规划原则，制订了a g v 物流系统的 工艺流程，并规划了a g v 输送系统的路径。接着本文详细地描述了a g v 系统的设备配 置、功能及技术指标。为精确地计算出a g v 小车的数量，本文周密详细地统计出a g v 输送时间表，计算出a g v 复合循环时间，最终推算处a g v 的最终数量。最后利用仿真 技术对a g v 小车进行仿真计算，计算结果验证了a g v 小车数量满足生产需求。 最后本文介绍了整个物流系统的电气控制与信息管理系统，对电气控制及信息管 理系统设计提出解决方法。 现场运行表明，目前的物流自动化系统完全满足x x 硬币生产的需要，自动化水 平在行业处于领先水平，实现硬币生产全程物流自动化。 关键词：硬币生产，a g v ，物流系统，信息管理系统。 a b s 仃a c t 工程硕士论文 a b s t r a c t h lt h i sp 印e r ， ar e s e a r c hh 弱b e e nm a d eo nh o wt 0 印p l yt l l en e w p r o d u c t i o n1 0 9 i s t i c s s y s t e mt 0m e ) 【) 【c o i np r o d u c t i o no fn a n j i n gm i n t 1 1 1 i sa p p l i c a t i o n sa r eb a s e d0 n 也e p r o d u c t i o nt e c l l l l o l o g ya l l dp l 趴t i n g sl a y o u to f m ex xc o i n i ti st l l ef i r s tt i l l l et 0i m p l e m e m t ：b ep r o d u c t i o nl o 酉s t i c sa u t o m a t i o ns y s t e mt 0 圮w t l o l ep r o d u c t i o no f 也ex xc o i l l f i r s t ，t h ep a p c ri i l t r o d u c et l l er e 嬲o n 锄dv a l u eo ft 1 1 i sr e s e a r c h t h ep r o d u c t i o n 1 0 9 i s t i c ss y 双锄o f t h ec o i ni ss u g g e s t e da c c o r d i n gt 0m ep r o d u c t i o no ft i l e ) ( ) ( c o i n a n d i t so b j e c t i v ei st 0r a i n l ee 伍c i e n c yo ft l l e 仃a i l s p o r t a t i o i l ，i n c r e a s e 也el o a d i n go ft l l e o p e r a t o r b a o nt l l ed e v e l o p m e n to fm ep r o d u c t i o nl o g i s t i c sa u t o m a t i o ns y s t 锄b o t h h o m e 锄da ：b r o a d ，w ed e f i n em eo b j e c t i v et i l er e s e a r c h n e x t ，t l l ep a p e rl a ys 吮s so n i m r o d u c i n gt h ed e m 趾df o rt l l ep r o d u c t i o n 翮t o m a t i o nl o 酉s t i c ss y s t e m ，e x p l 血a ts o m e l e n g ma b o u tn l ep r o d u c t i o nt e c l l i l o l o g y 缸d 仃缸s p o r tp a t ho ft l l e x xc o i i lo fe a c h p r o d u c t i o nd e p 矧 m e n t a n dt l l e ne x p l a i na ts o m el e n g t ha b o u t 吐l ed e s i 印o ft h ep l a t i n g f e e d i n g ，t h ed e s i 印o f 也ep r e s s i n gv e l l i c l eu m o a d i n g ，a n dt l 地d e s i 鲈o f t l l ef e e d i n go ft 1 1 e p r e s s e r 雒dp a c k e r s e c o n d l y 舭p a p e re x p l a i l la ts 0 m el e n g t l l 籼u t 舭d e s i 印o f a g v s y s t e m f i r s t ，也e p a p 惯e x p l a i nt 1 1 eb a s i sf o rs e l e c t i n ga g v 西v e t 1 1 eb 嬲i sf o rd e s i g no ft h ea g v s y s t e m ， d e f i n e 也ep 咖c i p l eo fp r o 孕锄i m l e r ，龇l dw o r ko u tt l 圮p r o c e d u r eo ft e c l l n o l o g y f i l l i s ht l l e 仃趴s p o r tp a mo ft l l ea g vs y s t e m t h e n ，t l l ep a p i e re x p l a i na ts 0 m el e n g ma _ b o mt t l e e q u i p m e mc o l l | j i 目l r a t i o n ，r m c t i o na n dt e c l l i l o l o g yt a r g e to ft 1 1 ea g vs y s t e mt 1 0a c c m 犹y a c c o 眦恤m l m b c ro ft i l ea g vt h ep a p e r 、柑t eo u tm ct i m eo ft h ea g vt r 觚s p o n ，a c c o 眦 o u t 恤c i r c l e 缸eo f 恤a g vc a l c u l a t e 血en 哪b e ro f m ea g va tl a s t ，mp a p e rs i i 】眦l a t e d l e 、v o r ko ft h ea g v b yt l l es i m u l a t i o nt e d m o l o g y t h er e s u l tp r o v et h 秕s u c hn u m b e ro f t j l l ea g vc 趾m e e tt h ed e m a l l do ft h ep r o d u c t i o n f i i l a l l y ，m ep a p e re x p l 2 l i nt 1 1 ee l e c 仃i cc o n 仃o l 够s t e m 强dm e s s a g em a n a g e 夥s t e m ，a l l d 百v es 0 m ea d v i c et 0s 0 l u t i o nt l l e i rd e s i g n t h ea c t u a lw o r k 试go ft l l ea g vs h o wt h a tt h ep r o d u c t i o n 卸_ ：t o m a t i o nl o g i s t i c ss y s t e m c 钮m e e tt i l er e q u i r eo f t h e ) 【) 【c o i n 凹) d u c t i o n n sa m o m a t i o nt e c l l i l 0 1 0 斟i si l lt l l eh e a d o f t l l em i mp r o f e s s i o nh lh o m e a n di t 豫a 1 也em ea u t o m a t i o ni i lw h o l ec o i np r o d u c t i o n k e yw o r d ：c 0 i np r o d u c t i o n ，a g v ，p r o d u c t i o nl o g i s t i c sa u t o m a t i o ns y s t e m ，m es y s t e mo f m e s s a g em a l l a g e i i 工程硕士论文硬币生产物流自动化系统的研究与设计 l 绪论 1 1 课题研究的背景与意义 在制造企业的生产运营中，车间是企业物流和信息流汇集的终端，是企业的重 要部门。车间物流管理负责在制造车间环境中协调物流和信息流，它是上层生产计划、 生产管理模块与底层实际生产作业层的连接模块。企业的产品最终将在车间物化出 来，因此在制造企业的三个层次( 工厂层、车间层、控制层) 中，车间层具有重要的 作用。n 目前南京造币有限公司) 。【品硬币生产工艺流程为：钢带一冲饼一光边一碱洗一 电镀热处理一光饰在线检验一印彬在线检验计数包装一入库，产品在各工序之 间的运输主要依靠人工完成。目前x x 品坯饼生产线和成品生产线分别布置在四个不 同的厂房内，分别由坯饼生产部、电镀生产部和印花生产部各自管理，产品运输路径 较长。生产过程中，产品在各工序之间的运转主要通过叉车、堆垛车人工完成。由于 3 # 新电镀线已经投入生产，整个坯饼生产线每天需运转的货箱数量约7 0 0 箱次，运 输工作量非常繁重。并且3 # 新电镀线产品上下转入转出时还需通过物流货梯辅助完 成，每次耗费较长的时间，运输效率极低。同时，因产品跨厂房输送，经过非封闭区 域，还需数名数管人员和内保人员花较长的时间对运输过程进行监督和检查。实施的 ) 。【品坯饼a g v 物流系统后，整个产品的输送全部在封闭区域内，实行有计划地无人 化自动运输，这将大大减少辅助搬运人员数量，有效降低了操作工的劳动强度；同时， 产品将通过空中连廊直接运输到x x 品电镀厂房和印花厂房，不仅取消内保人员和数 管人员对运输过程进行监督和检查，而且还大大减少了产品运输路线，提高了运输效 率。同时整个运输路径都将在封闭生产区域内进行，可有效避免了运输过程中出现产 品散落到非封闭生产区域外的风险，大大提高了产品运输的安全性，有效地降低了产 品数字管理难度。因此公司的“十一五 规划中明确要求，在“十一五 末，整个硬 币生产必须实现物流生产自动化。 1 2 物流系统国内外发展现状及特点 生产物流属于微观物流系统圆，一般是指原材料、燃料、外购件从购进到投入生 产后，经过各加工点生产制作后，运送存储点。产品一般以在制品的形态，从一个生 产单位( 仓库) 流入另一个生产单位，按照规定的工艺过程进行加工、储存，借助一定 的运输设备，在某个点内不断地流转进出，始终体现着物料实物形态的流转过程，这 样就构成了企业内部物流活动的全过程。所以，生产物流的边界起源于原材料、外购 l l 绪论 工程硕士论文 件的投入，止于成品仓库，贯穿生产全过程，n 1 它必须实现把正确物品以正确的数量、 顺序和取向，在正确的时刻，输送到正确的位置。物料随着时间进程不断改变自己的 实物形态和场所位置，犯3 物料不是处于加工、装配状态，就是处于储存、搬运和等待 状态。由此可见，工业企业物流不畅会导致生产停顿。物流过程要有物流信息服务， 即物流信息要支持物流的各项业务活动。通过信息传递，把运输、储存、加工、装配、 装卸、搬运等业务活动联系起来，协调一致，以提高物流整体作业效率。生产物流研 究的核心是如何对生产过程中的物料流和信息流进行科学的规划、管理与控制。n 1 1 2 1 物流系统国内外发展现状 随着物流与现代信息技术紧密结合，不仅推动了各国经济的发展，也促进了世 界经济的大融合，所有这些变化为世界现代物流的未来发展提供了广阔的空间，同时 也创造了良好的外部环境。信息网络技术是构成现代物流体系的重要组成部分，也是 提高物流服务效率的重要技术保障。随着e d i 、互联网等技术德迅速发展，既可以优 化企业内部资源配置，又可以通过网络与各生产工序联结，实现资源共享、信息共用， 实现对物流各环节进行实时跟踪、有效控制与全程管理。口1 据了解，目前国外较发达 的国家其物流系统研究方向已朝以下几个方面发展： 重视物流理论研究和物流技术推广 物流结构多样 建立高效强大的物流基础设施 现代化的物流技术和物流管理h 1 g i s ( g e o g r a p l l i c a li n ：6 d l m a t i o ns y s t e m ，地理信息系统) 以地理空间数据为基 础，采用地理模型型分析方法，适时地提供多种空间的和动态的地理信息，是一种为 地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。其基本功能是将表格型数据转换为地理 图形显示，然后对显示结果进行操作、浏览和分析。其显示对象包括产品产量、库存 量以及其他内容。目前g i s 在物流应用方面重要的研究成果主要表现在：g i s 在港口 码头的货物堆放与搬运上的运用和g i s 在智能运输系统中的应用。g i s 的最新研究成 果为g i s 技术引入物流管理提供了基础的技术条件，但是作为一项新技术目前的应用 还较少。 g p s ( g e o 蓼a p l l i c 2 l lp o s i t i o ns y s t e m ，全球卫星定位系统) 是一种先进的导航技术。 地面监控中心利用g p s 技术可以实时监控车辆等移动目标的位置，根据道路交通状 况向移动目标发出实时调度指令。由于物流运输过程是实物的空间位置转移过程，所 以在物流运输过程中，对可能涉及到的货物的运输、装卸、仓储、送递等处理环节， 对各个环节涉及的问题如运输路线的选择、合理装卸策略、仓库位置的选择、运输车 辆的调度、仓库的容量设置、和投递路线的选择都可以通过运用g p s 的导航功能、 车辆跟踪、信息查询等功能进行有效的管理和决策分析，这无疑将有助于配送企业有 2 工程硕士论文硬币生产物流自动化系统的研究与设计 效地利用现有资源，提高效率，降低消耗。但是由于这种技术的成本太高，而且国内 对这些方面的技术应用研究还不够，目前国内的物流企业对这方面的应用较少。只在 航空、航海领域应用多一些。而国外的一些大型快递公司( 如u p s ) ，已经应用g p s 技术进行货物跟踪等应用。 仓储作为连接生产者和消费者的纽带，是物流系统的一个中心环节。目前，仓储 货物的集装单元化技术、通用仓储机械、自动仓储控制系统、分拣系统、高架仓库、 仓库选址和规划技术已经开始逐步推广。近年来，仓储设备和机械化、自动化仓库的 需求量已有所增长。u 1 从上个世纪6 0 年代计算机技术已经应用到a g v 系统的管理和控制上，a g v 系 统从自动化仓库进入到柔性加工系统( f m s ) 及生产系统中，从而使a g v 得到了迅 速的发展。虽然a g v 首先出现于美国，却在欧洲迅速得到发展和推广应用，并成为 制造和装配过程中一种流行的物料搬运设备。嘲近年来，国内a g v 系统的使用也成 为物流方案中的一个亮点之一。在汽车、钢铁制造业，印刷造纸业等行业，产品多属 于超大超重类型，物流量并不大而且物料保管区域及加工区域有一定的距离。在既不 影响人流走向及其他物流动线，又能简便安全地搬运物料的前提下，相比投入大吨位 特殊叉车和必须对应的操作人员来讲，a g v 的使用会成为一个高性价比的解决方案。 同样在食品、制药包括烟草行业，将大量分散的制造设备有机地结合起来，而且对应 于设备布置变化的灵活性，也是a g v 发挥其优势的一个领域。在液晶生产等电子洁 净化环境，危险作业环境等特殊需要行业，a g v 更是最适合的搬运手段。3 目前国 内的a g v 应用仅限于少数有经济实力的行业，其发展空间巨大 1 2 2 现代生产物流的特点 生产物流担负运输、储存、装卸物料等任务。物流系统与生产制造的关系，如 同人体中血液循环系统与内脏器官的关系一样，物流系统是生产过程维持延续的基 础，又是生产制造各环节组成的有机整体的纽带。 传统的生产物流设备极其落后，物流设备是以手工、半机械化或机械化为主的， 依靠人的举、拉、推和计数等人工操作完成，效率低，工人劳动强度大。传统的物流 信息管理也十分落后，物流信息分散、传送速度慢、不准确，这种落后的生产物流必 然要牵制了生产的高速发展。当今社会生产制造系统规模不断扩大，生产的柔性化水 平和自动化水平也日益提高，要求配套的生产物流也要相应地发展，使之与现代生产 制造系统相适应。 现代生产物流的发展经历了6 个阶段，包括人工物流系统、机械化物流系统、 自动化物流系统、集成化物流系统、智能化物流系统和基于信息智能组合的物流系统。 目前世界上先进生产物流已经处于第六阶段，其主要特点体现在以下三个方面： 现代化的物流设备 计算机管理 3 1 绪论 工程硕士论文 系统化与集成化船】 目前国外一些势力较强的企业已经把先进的生产物流系统运用于生产制造业 中，如汽车制造行业等，节约了大量的人工成本。国内这十几年来，生产物流也发展 较快。1 1 2 3 现代化的物流设备 生产物流现代化的基础，首先是采用高效、快速、自动化的物流设备。最具典 型的现代化物流设备有： 自动化立体仓库：改平面堆放为空间、立体堆放。既有利于节约了库房面积有 利于物料的周转，又能实现自动化的管理。 自动导引运输车( a g v ) ：快速、准确地运输。运输路径可实现柔性化，便于计算 机调度与管理。 自动上下料机器：装卸料可采用机器人，与加工设备同步协调。安全、便捷， 也便于计算机管理与控制。嘲 其他上下料及中转运输设备：传送带、传输链等。 以上所有的现代化物流设备，几乎都是通过计算机控制，实现了半自动化或自 动化。 1 2 4 计算机管理 与现代化生产制造相适应的物流系统，一般都具有结构复杂、物流节奏快、物 流路线复杂、信息量大、数据统计准确、实时性要求高等特点。传统的凭主观经验管 理物流的方法已无法适应这种高要求。采用计算机可以对物流系统进行动态管理与管 理优化。同时，通过计算机与其他系统的实时联机，发送和接受信息，使物流系统与 生产制造、统计、销售等系统有机地联系在一起，有效提高了物流系统的效益。 1 2 5 系统化与集成化 生产物流系统的结构特点是：点多、线长、面宽、规模大。传统的生产物流是 分散的、割裂的和相互独立的，缺乏系统化和。集成化如果说传统生产物流设备落后， 搬运效率低下是影响生产整体效益提高的主要原因之一的话，那么传统生产物流的分 散化和个体化则是制约生产发展的另一主要原因。 现代生产物流是把物流系统有机地联系起来，看成一个整体，从系统化、集成 化的概念出发去设计、分析、研究和改进生产物流系统，不追求系统内个别系统的高 效和优化，而是力求整体系统的优化和高效；现代化生产物流系统化的另一特点是， 把物流系统与生产制造系统糅合成一体，使之形成完整的一套生产系统，从而促进生 产的整体效益的提高。昭1 4 工程硕士论文硬币生产物流自动化系统的研究与设计 1 2 6 物流管理信息系统 无论是生产物流中的物料管理、状态监控，还是作业管理都离不歼物流信息管 理，生产物流过程实际上是物料流动加信息流动的过程。物料流动中，物料的数量、 物理位置和品种的变化是按照实际加工需要来进行的。信息流动过程中，信息的采集、 处理和传输则服务于管理的需要。也可以说，在生产物流系统运行过程中，物质实体 的流动是目的，而为达到这一目的，所进行的管理是以信息为基础的。信息管理是现 代生产物流管理的核心和基础。 生产物流信息化表现为生产物流信息的商品化、生产物流信息收集的数据库化 和代码化、生产物流信息处理的电子化和计算机化，整个生产物流过程是一个多环节 的复杂系统。生产物流系统中的各个环节通过物料实体的运动将它们联系在r 起，一 个环节的输出就是另一个环节的输入。合理组织生产物流活动，就是使各个环节相互 协调，根据总目标的需要适时、适量地调度系统内的基本资源。 生产物流系统中的相互衔接是通过信息予以沟通的，基本资源的调度也是通过 信息的传递来实现的。例如，生产物料的调运是根据供需数量和运输条件来进行的， 装卸活动的组织是按运送物料的数量、不同工序等情况来决定的。因此，生产物流的 内控必须以信息为基础，一刻也不能离开信息。为了使物流活动正常而有规律地进行， 必须保证物流信息畅通。h 1 1 3 课题的研究内容和目标 由于x x 硬币产品生产工艺较复杂，生产线较多，同时依据硬币生产的管理要求， 整个硬币生产线目前分布在四幢厂房、不同的楼层内，如图2 1 所示，冲光生产线与 预前处理生产线安装在坯饼厂房，电镀生产线、热处理生产线和光饰生产线安装在电 镀厂房内，印花在制品贮存在印花一楼，印花生产线、花饼验面机与包装联动线安装 在印花三、四楼。原先的产品的在不同的工序之间流通主要是通过叉车、堆垛车进行 人工输送完成的，产品上楼也是通过5 吨货梯和叉车人工搬运来完成的。由于每个工 序的生产线是独立的生产个体，为保证生产的正常进行，每个工序需贮存一定的在制 品。如原印花三楼有三道生产工序，每道工序都有一个在制品堆场，每天产品在这小 小的生产区需搬运三次，消耗大量的人力和物力。同时每条生产线和每台设备都配置 一台专用的加料提升机用于向生产设备半自动加料，而每台加料提升机仍需通过堆垛 车进行人工加料，也需配备一定数量的辅助工。因此，整个碰硬币生产线需配置数 量较大的辅助工和搬运设备，这将占用企业大量的人力和物力，而且人力和物力资源 有效利用效率也较低。 本课题的研究目的是根据) ) 【硬币生产的特点、生产产能、工艺质量需求以及生 5 l 绪论 工程硕士论文 产线分布广的现状，制订出科学合理的物流输送方案，实现五个目标：一是减少辅助 人员和搬运设备的配置，实现人员和搬运设备资源最优化利用；二是整合每个工序的 加料设备，最大限度地取消每台设备配置的专用加料提升机，实现设备全自动加料； 三是优化工序之间产品流通方式，对部分工序之间实现无缝连接，实现产品实时流转， 取消在制品堆场，提高现场的目视管理效果；四是实现产品在不同楼层之间周转运输 自动化，取消货梯人工运输；五是实现各工序生产数据的自动采集和统计，提高产品 数字管理效率和准确。同时为提升整个硬币生产线的自动化生产水平，要求自动化物 流生产线配备现代先进的物流设备和控制系统，确保物流系统运行稳定、可靠。 6 工程硕上论文硬币生产物流自动化系统的研究与设计 2自动化物流系统总体设计 2 1 物流系统需求分析 2 1 1各工序生产能力及在制品贮存量 设备配置、生产能力，见表2 1 和表2 2 表2 1 ：各工序设备配置和生产能力 设备数生产能力日产量年工作日年产量 工序设备名称班次 量( 台)( 吨，台班) ( 吨)( 天) ( 吨) 冲床 39 525 72 3 01 3 1 l o 冲光 光边机 4 4 7 5 2 5 72 3 01 3 1 1 0 预前处理 碱洗机 36 824 0 83 1 01 2 6 4 8 电镀电镀生产线 34 433 9 63 l o1 2 2 7 6 热处理 热处理炉 34 433 9 63 1 01 2 2 7 6 光饰光饰机 34 433 9 63 1 01 2 2 7 6 印花y b w 印花机 3 0o 8 5 52 5 1 32 3 0 1 1 7 9 9 38 5 1 225 1 0 7 22 3 01 1 7 4 6 计数包装打包联动线 表2 2 各生产部在制品贮存最 货架类型满箱数量空箱数量货位数量所需货位数量 预前处理后在制品 1 0 8 1 0 82 1 62 4 0 ( 3 鼻坯饼厂房) 电镀在制品 1 0 81 0 82 1 62 4 0 ( 2 鼻电镀厂房二层) l 撑光饰后在制品( i 撑电镀 4 84 89 69 6 厂房二层) 2 撑光饰后在制品( 2 撑电镀 2 4 2 4 4 8 4 8 厂房二层) 印花在制品 2 6 42 6 45 2 85 7 6 ( 印花一层) 7 2 自动化物流系统总体设计 工程硕士论文 2 1 2各生产部门物流流程分析 南京造币有限公司硬币生产部门包括坯饼生产部、电镀生产部和印花生产部三 个生产部门，其中坯饼生产部为一个封闭生产区域，电镀生产部和印花生产部在同一 个封闭生产区域。为配合物流生产系统的建设，目前在坯饼生产部3 群坯饼厂房与电 镀生产部2 群电镀厂房之间建造了一座空中连廊，实现两个封闭生产区域的连通。电 镀生产部坯饼库房位于印花厂房一楼，) ( ) 【硬币的成品生产位于印花大楼三、四层楼。 坯饼生产部职能是组织殛硬币的钢坯饼生产。目前钢坯饼生产线各工序之间已 经通过皮带输送机连接成一起，预前处理后的钢坯饼将装入货箱中进行运输。目前产 品满箱和空箱的入库和出库目前都是通过人工运输完成，需要进行重新设计。而钢带 的运输仍将采用人工运输。 电镀生产部职能是组织) 【x 硬币的坯饼生产。目前坯饼生产线全部位于电镀厂房 二层，各工序之间已经通过皮带输送机连接成一起，光饰后的坯饼将装入货箱中进行 运输，最终产品箱将贮存在印花一层的坯饼库中。目前钢坯饼的满箱与空箱入库和出 库、坯饼的满箱与空箱的入库和出库都是通过人工运输完成，需要进行重新设计。 印花生产部职能是组织】( ) 【硬币的成品生产。目前成品生产线全部位于印花厂房 三、四层，目前坯饼产品满箱和空箱的上下运输、压印后的产品装入货箱的运输都是 人工完成，需要进行重新设计；同时因花饼验面机改为自动光电验面机，可以实现与 印花机无缝连接，不再需要人工进行加料，也不需设置该工序的在制品堆场；计数包 装后的产品仍将堆放在托板上进行人工运输入库。 由于钢坯饼和坯饼生产线分布区域较广，产品运输路线较长，周转频率较高， 同时存在进出库数量的准确统计，因此拟采用a g v 小车运输方式，同时配置物流信 息管理系统，对产品进出库进行在线管理。由于成品生产线分布同一楼面上，生产区 域较狭小，因此将采用高架桥输送方式，充分利用厂房内设备的上部空间，通过加料 小车进行产品输送。对于产品上下楼输送，将采用专用垂直提升机输送，确保输送高 效稳定。 8 工程硕t 论文硬币生产物流自动化系统的研究与设计 2 2 自动化物流系统工艺流程分析 2 2 1坯饼生产部物流系统工艺流程 回 人工行车 i皮带输送机agv小车 i：ijl：i；!口-l：!i!固-i：!j!圈 a g v 小车 ； 图2 2 坯饼生产部生产物流系统工艺流程 坯饼生产部生产物流流程如图2 2 所示，在生产过程中，通过人工行车将钢带 从存储区运送到坯饼加工设备，生产出的坯饼通过皮带输送机输送到预前处理设备， 表面处理后的坯饼直接装入坯饼货箱，人工呼叫a g v 小车将货箱自动运输到冲光立 体库，货箱信息同时记入数据库系统，当电镀车间请求坯饼货箱时，a g v 自动小车 从冲光立体库取出坯饼货箱送到垂直输送设备入口站台上，送达电镀车间。 电镀生产部完成加料后产生的空箱通过a g v 小车送到垂直提升机入口处，再通 过垂直输送设备送到坯饼厂房内，a g v 取空箱并将其存在预前处理立体库，当预前 处理设备产生空箱请求时，a g v 从在制品立体库上取出空箱送到预前处理设备。见 图2 3 a g va g v 图2 3 空箱物流系统工艺流程 9 2 自动化物流系统总体设计 工程硕：论文 2 2 2电镀生产部生产物流系统工艺流程 巨四 ；a g v 小车 ；a g v 小车 皮带机皮带机 l：jji：!i!j囱-i：!jiil!固-i：!ji囝-i；：-l：j!四 黧| a g v 小车+ 垂直提升机a g v 小车 合格 i 图2 4 电镀车间生产物流系统工艺流程 电镀生产部生产物流流程如图2 4 所示，a g v 小车在坯饼提升机出口处取坯饼 货箱，将其运送到电镀在制品立体库暂存。当电镀线呼叫在制品后，a g v 小车从立 体库中取出在制品，将其运送到电镀线加料口。电镀后的坯饼经过热处理退火、光饰 处理后，通过在线监测系统进行检测，质量不合格的电镀坯饼将放入收集箱，人工进 行返处理；质量合格的光饰坯饼通过a g v 及垂直提升机运送到印花一楼印花在制品 立体库中暂存。空箱则沿该路线返回到光饰立体库中。 2 2 3印花生产部生产物流系统工艺流程 a g v 小车+ 垂直提升机+ 坯饼加料穿梭车 田-i：j；fjii!丑-t-i：立 成品加料穿梭车 图2 5 印花车间生产物流系统工艺流程 印花生产部生产物流流程如图2 5 所示，坯饼贮存在自动卸料货箱中，印花机 加料仓中剩余量减少到一定量时开始请求补料，a g v 接收到命令后将产品箱加到一 楼垂直提升机入口处。产品箱被垂直提升机提升到出料位置后，经过输送移载到达坯 饼加料穿梭车取货的暂存位置，再自动转移至坯饼加料穿梭车上。坯饼加料穿梭车沿 高架轨道运行，将产品箱运送到需要加料的印花机上方，开启自动加料装置，将坯饼 自动加入到印花机加料仓中。 印花机压印后的成品直接进入硬币成品在线检测系统进行正背面检选，不合格 1 0 工程硕士论文 硬币生产物流自动化系统的研究与设计 品落入废品箱，合格品落入水平皮带输送机上，然后通过爬升皮带输送机提升到成品 暂存加料仓中。 当包卷机需要补料时，向物流系统发送加料请求，物流系统自动将成品从成品 暂存加料仓加到成品加料穿梭车中，成品加料穿梭车在沿高架轨道运行请求加料的包 卷机处，自动把成品加到到包卷机加料仓中。见图包卷机加料仓中的成品通过电磁振 荡方式加入到包卷机中进行包卷，包卷后的产品落到包卷输送带上，然后直接输送至 技术包装联动线，最终完成硬币产品的包装。 空货箱通过穿梭车，送到坯饼移载上，通过垂直提升机提升到进料位置后，此时 a g v 接收到呼叫后，将空货箱放置在印花在制品暂存区，电镀线人工呼叫空箱后， 通过a g v 运送到电镀线成品出料口。 图2 6 印花车间生产物流系统工艺流程 2 3 自动化物流系统总体方案 建立五处在制品贮存立体库，分别为：3 # 坯饼厂房预前处理立体库，采用重力 式立体库；2 拌电镀厂房二层电镀立体库，采用重力式立体库；1 拌电镀厂房二层l 撑光 饰立体库，采用横梁式式立体库；2 群电镀厂房二层2 撑光饰立体库，采用重力式立体 库；印花一层印花在制品立体库，采用重力式立体库。 建立三处垂直提升机，一处安装在3 撑坯饼厂房西南角，连通坯饼厂房和电镀厂 房二层，数量l 台；一处安装在l 撑电镀厂房精整处，连通电镀厂房一、二层，数量l 台：一处安装在印花层，连通印花厂房二、三、四层，数量2 台。 建立三处a g v 小车运输群，一处建立在坯饼厂房，运输范围在2 群、3 撑坯饼厂房 内；一处建立电镀厂房二层，运输范围在l 襻、2 撑电镀厂房内；一处建立在印花厂房 一层，运输范围在l 撑电镀厂房一层和印花厂房一层。 建立三条成品生产高架自动输送线，印花三层安装两条，印花四层安装一条。 产品总体运输方案如下： 2 自动化物流系统总体设计工程硕士论文 坯饼厂房的物流方案：冲光工序与碱洗工序通过皮带输送机连接，光边后的钢 坯饼直接通过皮带输送机被数送到碱洗机的料仓中，实现即时传输，不需要通过货箱 贮存。碱洗后的钢坯饼被装入到货箱中，然后被a g v 小车输送到3 拌坯饼厂房的立体 库中贮存。根据生产需要，a g v 小车从立体库中取出钢坯饼货箱，送到3 撑坯饼厂房 西南角的垂直提升机中。， 电镀厂房的物流方案：a g v 小车从3 群坯饼厂房西南角的垂直提升机中取出钢坯 饼货箱，经空中物流连廊，把货箱贮存在2 撑电镀厂房西部的立体库中暂存。根据生 产需要，在把钢坯饼货箱从该立体库中取出，输送到电镀生产线进料处，把钢坯饼直 接加到电镀生产线料仓中，然后把空货箱运回到立体库中。电镀后的产品通过皮带输 送机即时输送到热处理炉的料仓中暂存。坯饼经过热处理、光饰、表面质量检查后， 被贮存在货箱中。a g v 小车把货箱输送到光饰立体库中暂存。a g v 小车再把货箱输 送1 撑电镀厂房精整处的垂直提升机中，货箱被垂直提升机中输送到电镀厂房一层， 再被a g v 小车输送到印花一层立体库中贮存。根据生产需要，a g v 小车把坯饼货箱 从立体库中取出，直接输送到印花一层相应的垂直提升机中。 印花厂房的物流方案：产品货箱经垂直提升机提升到相应的楼层后，再被输送 到坯饼加料小车上。然后坯饼加料小车把货箱经高架运输被输送到相应的印花机台， 把产品直接卸到该印花机的料仓中暂存，同时把空货箱返回。料仓中的产品通过电磁 振荡器间断地向印花机进料。压印检验合格后的成品经一组皮带输送机被即时输送到 计数包装生产线的大料仓暂存，然后被加到成品加料小车料仓中，成品加料小车在把 产品加到相应的包卷机的料仓中暂存，料仓中产品通过电磁振荡器间断地向包卷机进 料。 整体物流系统方案图见图2 7 1 2 工程硕：论文 硬币生产物流自动化系统的研究与设计 图2 7 整体物流方案图 1 3 3 自动加料方式设计与实现工程硕士论文 3自动加料方式设计与实现 3 1 电镀加料方式设计 电镀加料方式如图3 1 所示，当电镀线发出要料请求后，调度系统呼叫a g v ， a g v 自动送料到电镀线加料仓上方。 料箱自动卸料一般有两种方式，一种是固定住料箱顶杆，料箱垂直下落，通过 其自重的作用顶开料箱底部的加料口；另一种是在料箱底部设计一个自动项开装置， 利用该装置推动料箱顶杆，从而顶开料箱底部的加料口。第一种方式结构比较简单， 只需在家料仓上设计一个料仓支撑，用于固定料箱顶杆。由于料箱上下移动需要一定 的空间，因此该方式只适用于吊顶标高较大的环境。第一种方式结构较复杂，增加了 维护工作量，因料箱不需移动，适用于吊顶标高较小的环境。现在电镀进料暂存仓高 度约1 2 0 0 衄，天花板高度约4 2 0 0 i m n ，空间比较宽敞，a g v 小车货叉有足够的升起 高度，因此，电镀自动加料方式我选择了第一种加料方式。 1 4 图3 1 电镀加料方式 支捧 工程硕士论文 硬币生产物流自动化系统的研究与设计 3 2 印花穿梭车卸料方式设计 料箱 杆 图3 2 坯饼加料穿梭车加料方式 印花加料的初始方案是：垂直提升机把产品箱提升到坯饼加料穿梭车上方，把 货自动卸到坯饼加料穿梭车料仓中，然后坯饼加料穿梭车行驶到相应的印花机台，在 把产品自动卸到印花机暂存料仓中。由于印花机料仓较高，约2 7 0 0 舢 n ，吊项高度为 4 0 0 0 i m n ，与吊顶之间的距离较小，无法实现该方式的加料。因而必须选用第二种自 动卸料方式，必须兼顾所设计的自动加料机构满足加料方式简单、安全、高效。最终 印花加料方式如图3 2 所示，电动推杆安装在加料穿梭车上，坯饼加料穿梭车只具备 运载产品箱和卸货功能，不具备暂存产品的功能。坯饼加料穿梭车将产品箱运送到需 要加料的印花机上方，穿梭车停止，电动推杆向上顶开料箱底部的加料口，产品沿着 坯饼加料穿梭车的桶壁自动落到印花机料仓中，完成自动卸料。当产品全部卸完后， 物流系统发出指令，电动推杆收回，加料口在自重作用下落回，封住产品箱出口。加 料口盖设计为圆锥形，有利于坯饼的下落和减少推杆顶开所需的推力。 3 3 印花机和包卷机加料方式设计 印花机生产时需要持续不定时加料，加料时要求速度均匀，落料缓和；并且落 料位置能够根据印花机上加料口的位置而自由调整，达到落料位置准确，防止坯饼洒 落到印花机加料口外部。 为满足印花机加料要求，选择合适的加料方式尤为重要。目前硬币的加料方式 1 5 3 自动加料方式设计与实现工程硕士论文 有皮带机进料、电磁振荡器进料、提升机进料等几种，我们对这几种加料方式进行了 全面的评价，见表3 1 ： 表3 1 ：加料方式比较表 加料方式优点 缺点 加料速度快，设备稳定可靠， 电磁振荡器 噪音稍大，价格较高 故障率极低 加料速度较快，噪音低，价格设备运行可靠性差，故障率较高， 皮带机 低廉还可能出现卡币的现象 加料速度慢、噪音大、故障率较高， 提升机价格低廉 还容易出现卡币的现象 图3 3 印花机加料方式 兼顾生产效率、设备运行的稳定性与可靠性以及硬币的质量要求，我们最终确 定选用电磁振荡器进行自动加料。 为了满足上述要求，设计了如图3 3 所示的加料装置，料仓中的坯饼从料仓口下 部流出，加料时，振荡器振荡，坯饼做蛙跳运动前进，料仓下部不断有坯饼流出补充， 从而实现连续稳定加料的目的，同时设计调节机构，能够实现坯饼下落位置的调节， 使坯饼顺利稳定的流入到印花机的加料口中。 包卷机的加料方式同印花机加料方式。 1 6 工程硕士论文 硬币生产物流自动化系统的研究与设计 4a g v 物流系统设计 自动导引车a g v ( a u t o m a t i cg u i d e dv e l l i c l e s ) 是指装备有电磁或光学等自动导 引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具备安全保护以及各种移载功能的运输车辆。 嘲作为种成熟的技术和产品，在国内的烟草、汽车、家电、制造等领域已经广泛应 用，对企业提高生产效率、降低成本、提高产品质量、提高企业的生产管理水平起到 了显著的作用。 4 1a g v 物流系统方案设计 a g v 物流系统主要运用预前处理后的钢坯饼的进出库运输、电镀生产线的加料 运输、光饰后的坯饼进出库运输以及坯饼库的进出库运输。同时需要在预前处理工序、 电镀工序、光饰工序以及坯饼库各建造一定数量的立体库，用于硬币产品的贮存。由 于硬币生产需要进行数字管理，因此建立一套物流信息管理系统，对进出库的产品进 行在线管理，即时地准确统计各处产品的生产数据。 4 2a g v 选用的依据 一般进口的a g v 小车相当于5 6 台车车的价格，虽然价格昂贵，但因其具备特 定的功能，可实行特定的需求，其理由如下： 1 ) 自动化水平高、附加值高技术含量高的生产车间，普通叉车适合于只用 来运输不确定的、零星的物件。现代化高技术企业的车间内部多是设备是自动化程度 高、附加值高、技术含量高，人机的安全第一。人工见识的叉车碰撞的概率比无人自 动车高出很多。 2 ) a g v 数字化、信息化、网络化、智能化功能强大，适应企业全面信息化的要 求。a g v 的最大信息有时是可对物料信息进行连续、实时、不间断地跟踪和转移， 不需另外读取额外的标识。通过a g v 定位系统和数字无线通讯系统，可以调度在某 时、某地、取走某个货物。货物的详细信息( 如品种、数量、批次) 则对应存贮在计 算机中。而人工叉车只能实现局部的信息化，且免不了人工输入，手续繁杂，效率低， 差错高；车辆不能实时定位跟踪，不能实行综合优化路径、就近取货、均衡送货、及 时服务等功能，信息传送主要通过人工完成，易出差错。 3 ) a g v 的新型电池和充电技术使载重自重比成倍提高。a g v 可以不知疲倦的 连续工作在优化的路径上，因而所需台数较少，导致a g v 的投资与人工叉车的投资 差距正在缩小，而且使用a g v 可以节省大量的人工成本。嘲 1 7 4a g v 物流系统设计 工程硕士论文 4 3 设计依据 依据) 【) 【品硬币生产的特点以及生产线分布的特点，我们拟在坯饼生产区域实施 a g v 物流系统。a g v 物流系统实施a g v 物流系统后，产品在预前处理工序、电镀 工序、光饰工序以及坯饼库房之间的输送全部由系统调度a g v 自动完成，并实现 a g v 系统与现场操作人员的信息交互。 4 3 1总体设计 坯饼生产工艺流程为：钢带冲饼光边预前处理电镀热处 理光饰入库，产品从冲饼工序到预前处理工序的输送、电镀工序到光饰工序 是通过一组皮带输送线实现自动输送，其他工序之间的产品输送需要由a g v 物流系 统自动完成。 4 3 2立体库 系统中设有五处立体货架存储库，分别是位于坯饼生产部3 群坯饼厂房的重力式 立体库，用于存放与前处理产品和空货箱；2 群电镀厂房电镀区域重力式立体库，用于 存放电镀在制品和空货箱；2 群电镀厂房精整区域重力式立体库和横梁式立体库，用于 存放光饰产品和空货箱；1 撑电镀厂房精整区域横梁式立体库，用于存放光饰产品和空 货箱；印花一楼重力式立体库，用于存放印花在制品和空货箱。所有立体库货架为三 层结构，入库原则是从低向高方式，出库原则按照先入先出方式。 4 3 3厂房建筑 预前处理工序位于坯饼生产部2 撑、3 撑坯饼厂房内，该厂房为单层，设备都放置 于一层地面。电镀工序、热处理工序和光饰工序位于l 群、2 拌电镀厂房内，该厂房为 二层结构，设备全部在电镀厂房二层。坯饼库房位于印花大楼内，该厂房为四层结构， 坯饼库房位于印