生产系统建模与仿真课程设计

武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 0 1 设计分析 1 1 问题描述 系统由四台加工中心 五个托盘和装夹工具 一套搬运轨道和小车 一个 工件装夹区组成 其布局如图 1 所示 系统所包含的主要时间类别及大致时间 如下 1 工件安装时间 是指待加工工件装夹并固定在托盘上的时间 由于模具工 件均为长方体 因此 该时间比较稳定 大约 2mins 左右 2 小车等待时间 工件安装完成后 如机床都在工作状态 则小车需等待有 机床完成工作后 开始运出待加工工件 该等待时间不是固定的值 需要计算 得出 3 机床等待时间 当有多个机床处于空置状态时 由于运输容量的限制 有 的机床就处于空置等待状态 该状态所经历的时间 就是该机床的等待时间 4 工件运出时间 将已安装好工件的托盘 从安装区运出至数控设备 大约 2mins 5 更换托盘时间 将设备上装载已加工好的零件的托盘与小车上装载待加工 工件的托盘进行更换 大约需要 1min 6 工件运回时间 更换托盘后 将载有已加工好的工件的托盘运回安装区 并卸载 大约需要 3mins 图 1 系统布局图 CNC CNC CNC CNC 搬运 轨道 小车 工件装夹区 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 1 1 2 设计内容 1 任务队列如表 1 所示 计算该队列条件下的任务总完成时间 四台设备各自 的设备等待时间 绘制四台设备的工序图 2 对任务队列进行排序优化 阐述优化的思路和方法 计算优化后的任务总完 成时间 四台设备各自的设备等待时间 绘制四台设备的工序图 表 1 设计案例参数表 单位 分钟 安装运出运回更换 2231 任务 1任务 2任务 3任务 4 715215 任务 5任务 6任务 7任务 8 12331738 任务 9任务 10任务 11任务 12 8192225 任务 13任务 14任务 15任务 16 1627316 任务 17任务 18任务 19任务 20 24511811 1 3 设计中的主要因素及系统分析 在本次的设计条件中 系统中共有 20 个任务 每个任务的加工时间是不相等 的 而且只有一套运输设备 各个设备的功能完全一致 所以制约的加工的 最大因素便是运输的制约 按照原始的顺序 进行加工 画出原始工序图 再对原始任务工序图进行分析 并数据计算 计算出 20 个任务的总加工时间 各个设备的等待时间 小车的等待时间 分析我们所得的数据结果 找出制 约整个工序的主要问题所在 并进行改善 在这个系统中共有 20 个加工时间各不相同的任务 按照顺序移动的方式来 进行加工 在分析之前我们需先进行以下假设 1 加工开始前 五个托盘分别位于四台加工中心及装夹区 2 小车运出至每台加工中心的时间相等 运回至每台加工中心的时间也 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 2 相等 3 系统运行中不会出现故障等影响加工时间的意外 4 小车一次只能进行一次托盘更换 最多只能运回一个工件 也最多只 能运出一个工件 5 除了任务队列顺序之外的其他条件不可改变 2 系统原始工序图 2 1 绘制工序图 用 visio 软件进行画图 得到该系统的加工工序图 如下图 2 所示 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 3 1 2 工序号 3 4 5 6 工序名称 8 7 安装 运出 更换 设备A 设备B 设备C 运回 2 2 1 设备D 工时间 min 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 18 19 20 0198 取回工件ABCD 图 2 原始任务工序图 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 4 2 2 原始工序图分析及 任务总完成时间 198min 设备等待时间 在用 Visio 制作工序图的过车中 在 Visio 中能很好的显示各个任务之间 的时间差距和各设备的等待时间从而可以算出设备总的等待时间 如下表 2 所 示 表 2 各设备等待时间及总等待时间 设备号等待时间 min 设备 A51 设备 B32 设备 C38 设备 D90 总等待时间211 设备总等待时间为 211mins 且各设备之间分布不均 设备 D 等待时间几 乎三倍与设备 B 的等待时间 小车等待时间 由图 2 中可分析得到 前期小车连续运转 没有小车等待 时间 在加工临近完成时 第 17 件工件没有等待时间 但第 18 件工件加工时 间过长 导致小车等待了 18min 即小车总等待时间为 18min 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 5 3 系统优化设计 3 13 1 优化想法优化想法 根据原工序图可以看出 任务的排列没有规律可言 仅仅按照任务序号 来进行加工导致设备的空置时间以及总加工时间都额外的耗时 并且小车 运回最后一个工件时加工还未完成导致小车的空置时间 这对我们来说是 很浪费的不可取的 因此进行优化的顺序排列 根据原始工序图的教训可知 我们可以尝试先把任务时间长的任务放在前 面 最后放置加工时间最短的防止小车等待时间的发生 尽量保证设备等待 的时间也较少 即最大化要求小车运来工件时应当有三台机床仍在加工 一 台机床刚加工完或正好加工完等待下一个工件的状态 如果合理安排工件加工顺序 使得小车没有等待始终处于运转状态或尽可能 减少等待时间 那么总的加工时间便会缩短 将工件的顺序按加工件的加工时间进行阶梯式的排序 错开结束时间 避免 加工同时完成或完成时间不足小车运出 运回及更换的时间 使小车有足够的 时间运输并交换托盘 从而减少设备等待时间 3 2 设计内容 优化后的工件排序表如下 表 3 排序图 优化后 任务序号加工时间优化后排序顺序 1717 2158 3213 4520 51215 6339 71713 8387 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 6 9818 10192 11224 122511 131614 14275 15316 16619 172410 1851 1 191812 201116 4 绘制优化后的时间工序图 用 Visio 绘制优化后工序图如下图图 3 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 7 1 2 工序号 3 4 5 6 工序名称 8 7 安装 运出 更换 设备A 设备B 设备C 运回 2 2 1 设备D 工时间 min 3 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12 1314 15 16 17 18 1920 0180 取回工件 ABCD 图 3 优化时间工序图 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 8 5 优化后的数据分析 5 1 总任务完成时间 根据图 3 分析得到总任务完成时间为 180min 5 2 设备等待时间 根据图 5 分析得到优化后的设备等待时间见表 5 表 4 优化后设备等待时间表 设备号等待时间 min 设备 A33 设备 B33 设备 C19 设备 D34 总等待时间119 5 3 小车等待时间 根据图示分析计算得到小车没有等待时间 6 优化比较与分析 6 1 优化结果比较 将优化前后的等待时间进行对比分析 得到表 5 表 5 优化对比 项目优化前 min 优化后 min 提高量 min 提高效果 加工总时间198180189 1 小车等待时间18018100 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 9 设备 A 等待时间 5133 1835 3 设备 B 等待时间 3233 1 设备 C 等待时间 3819 1950 设备 D 等待时间 9034 5662 2 总等待时间 211119 9243 6 0 50 100 150 200 250 总加工时间小车等待时间 总等待时间 图 4 优化对比效果图 6 2 优化结果分析 从表 5 和图 4 中后发现 除了设备 B 的等待时间基本不变 其它设备的等 待时间都得到了明显改善 关键时间如总加工时间和设备总等待时间均得到了 大幅度的提高 效率明显提高 小车没有等待时间 说明该系统的生产能力得 到了提高 效率得到了大大提升 总的设备的等待时间减少了 可以帮助企业 减少能耗 提升设备利用率 7 小结 此次课程设计是根据给出的原始加工方案进行优化 使各方面时间浪费更少 节省成本 提高效率 灵活性非常强 也很考验个人能力 首先我先对加工流 程进行了初步了解分析 用 Visio 画出了原始任务工序图 更加直观的显示出 方案 也更方便我分析 然后我发现其中设备等待时间非常多 就在原始工序 武汉理工大学 生产系统建模与仿真课程设计 10 图中通过移动任务组