石大工业工程综合实验指导

实验一自动化立体仓库作业流程实验名称：自动化立体仓库作业流程实验项目性质：演示实验目的熟悉自动化立体仓库的组成结构；掌握自动化立体仓库作业流程；掌握自动化立体仓库作业的基本功能。实验内容自动化立体仓库的入库过程；自动化立体仓库的出库过程；自动化立体仓库的移库过程。实验仪器设备和材料清单立体仓库、堆垛机、控制柜、监控机（终端机）一台、托盘、入库台、出库台实验要求各班级分两组，每组不超过20人；实验前仔细阅读实验指导书；运用自己已经掌握的知识初步分析其组成和工作原理。实验方案、步骤、现象描述步骤一：自动化立体仓库的入库过程入库是把原料或成品送到入货台，通过堆垛机的操作送到指定的原料仓库或成品仓库的过程。在终端机物流系统软件中如图1－1，物料管理界面内，输入要入库的货物（原料或成品）及其要放入的仓位号，然后点击入库按钮，站点1（终端机）就发出信号给站点3（PLC），经过数据处理后，启动倍速线电机M6，当物料运行到光电开关G16处，G16被触发，此时先要检测入货台上的光电开关G17是否被触发，若光电开关G17被触发,说明入货台上有物料，则倍速线电机M6停止，处于等待状态；若光电开关G17没有被触发，说明入货台上没有物料，则入货台电机M7启动，把物料送上入货台。光电开关G17被触发,入货台电机M7停止。判断堆垛机是否忙,若堆垛机忙,则等待；若堆垛机空闲,则堆垛机电机启动,使堆垛机移到入货台前取货，然后把物料送到指定仓位。将原材料入原材料库位A12；将成品入成品库库位B18。图1－1物料出、入库控制界面步骤二：自动化立体仓库的出库过程出库是通过堆垛机的操作把原料或成品分别从指定的原料仓库位或指定的成品仓库位移出到出货台。在终端机物流系统软件中如图1－1，物料管理界面内，输入要取的货物（原料或成品）及其对应的仓位号，然后点击入库按钮，把指令发给站点2（嵌入式自动控制器），站点2经过数据处理，控制堆垛机实现X轴、Y轴、Z轴三个方向的运动，从指定货架上取出物料，送到出货台前。此时先检测出货台上的光电开关G1是否被触发，若光电开关G1被触发，说明出货台上有物料，则堆垛机在出货台口等待；若光电开关G1没有被触发，说明出货台上没有物料，则货叉电机启动把物料送上出货台，然后可以进行下一次取货。光电开关G1被触发，同时要检测光电开关G2，G3，G4，G5被触发，若任意一个被触发，说明皮带线上还有物料，则出货台电机M1不能被启动；若都没有被触发，则出货台电机M1启动，把物料送入皮带线，当光电开关G2被触发时，说明物料完全到达皮带线上，出货台电机M1停止。物料继续向前运行，直到光电开关G5被触发时，皮带线电机M2停止，一次出库完成。将原材料出库，库位A12中所存原材料送往出库台；将成品出库，库位B18中所存放成品送往出库台。步骤三：自动化立体仓库的移库过程移库是把仓库中零散的库存通过堆垛机移动使在立体仓库上的物料更加集中，便于取货，便于管理，是自动化立体仓库的一项辅助功能。移库必须是同类或相似的物料之间进行（即成品与成品之间，原料与原料之间），不能把不同类的物料之间进行移库。在终端机物流系统软件中如图1－1，物料管理界面内，输入要移库的货物（原料或成品）及其对应的起始仓位号和目标仓位号，然后点击“移库”按钮，站点1（终端机）就发出信号给站点2（嵌入式自动控制器），经过数据处理后，然后控制堆垛机完成“取货-〉移货-〉放货”。在原材料库中进行移库操作，从原材料库库位A13移至库位A26；在成品库中进行移库操作，从成品库库位B13移至库位B16。思考题⑴对于立体仓库的功能有哪些功能？⑵对于自动化立体仓库的各种功能的不足，你认为如何来改进才能做到更加完善？实验报告要求实验报告进行作业流程的绘制、描述，实验现象的分析讨论等，写出本次实验的感想、收获，有哪些地方还需进一步改进完善，有何建议。实验二出入库调度与库存管理实验名称：出入库调度与库存管理实验项目性质：设计性实验实验目的熟悉常用的出入库调度与库存管理原则；掌握运用出入库调度与库存管理原则进行实际的出入库调度控制；实验设备1、双排立体货架，前排货格排列为5×8，后排货格排列为5×10；2、巷道式堆垛机一台，堆垛机电控柜一个；3、终端工控机一台；4、托盘数个；5、进/出库台各一个。基础知识介绍自动化立体仓库又称高层货架仓库、自动仓储系统AS/RS（AutomaticStorage&RetrievalSystem）。它是一种采用高层货架，利用计算机控制管理、自动控制的物料搬运设备，进行货物存取作业的仓库。其功能从过去一般仓库单纯进行物资的存储保管，发展成具有分拣、理货的同时，不直接进行人工处理的情况下，能自动的担负物资的接受、分类、计量、包装、分拣、配送等多种功能。有助于实现高效率物流和大流量储藏。适应现代化生产和商品流通的需要。1．自动化立体仓库的特点自动化仓库是生产物流的主要组成部分，是一项复杂的综合自动化系统，涉及工艺、系统设计、土建结构、机械、无线电、光学检测、信息识别、电力电子控制、计算机、通信及视频图象处理等多种专业学科。与一般仓库相比其优点有三个方面：（1）高层货架存储。采用高层货架存储货物，存储区充分利用仓库地面和空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间利用率。采用高层货架存储可以实现货物先进先出原则，防止货物自然老化、变质、生锈或发霉，同时也便于防止货物的丢失及损坏，有效的做到防火防盗，防止货物搬运过程中的破损。（2）自动存取。自动存取AS/RS使用机械和自动化设备，运行和处理速度快，提高了劳动生产率，降低操作人员劳动强度。同时使存储方便的纳入企业的物流系统，使企业物流趋于合理化。（3）计算机控制。计算机控制能够始终准确无误地对各种信息进行存储和管理，从而减少货物处理和信息处理过程中的差错。借助于计算机管理还能有效地利用仓库存储能力，便于清点和盘库，合理减少库存，加快资金周转，节约流动资金。提高仓库管理水平。自动化仓库的信息系统可以与企业的生产信息系统联网，实现整体企业信息管理自动化。由于使用自动化仓库，仓储信息管理及时准确，便于企业领导随时掌握库存情况，进行均衡生产，并根据生产及市场情况及时对企业规划做出调整，提高生产的应变能力和决策能力，促进企业的科学管理。2．自动化立体仓库的功能（1）储存和保管功能。自动化立体仓库的货物储存系统由立体货架组成，立体货架机械结构分为分离式、整体式和柜式三种，其高层货架高度一般在20m左右。根据储存物品的特性配备相应的设备，对货物进行安全、有效的储存、保管。例如高层货架储存及配备整套的供电系统、空调系统、消防报警系统、称重计量系统、信息通信系统，可以实现货物的先进先出原则，防止货物的自然老化、变质，防潮、防火、防尘以及防止货物丢失及损坏。搬运设备和操作方法的不断改善，保护物品的措施和手段日趋完善，使仓库真正起到储存和保管作用。（2）调节供需功能。仓库系统是物流系统中的一个不可缺少的子系统，由于产品生产和消费在时间上存在着不均衡性，又是连续的，因此需要仓库在时间上起缓冲和平衡作用，仓储可在时间上协调产品的供需，从而提高产品的时间效用。这一功能随着市场竞争的日益激烈而更加显示出重要性。（3）调节货物运输能力。在运输过程中，各种运输工具的运量相差很大，它们之间进行运转，运输能力上是很不匹配、运输衔接是不平衡的，这种运输能力的差异是通过仓库进行调节衔接的。3．自动化立体仓库的调度原则自动化立体仓库的出入库调度任务主要包括两个方面：一是货物入库、出库应符合货位调度（空间管理）原则，二是作业任务调度（时间管理）。（1）、货位管理原则对自动化立体仓库的货位进行管理，是要合理地分配和使用货位。既要考虑如何提高货位的利用率，又要保证出入库效率。货位分配有两层含义，一是为入库的货物分配最佳货位，即入库货位分配；二是合理选择待出库货物的货位，即出库货位分配。1）、分巷道存放原则：目的是提高仓库的可靠性。要求将同一种规格的货物尽量均匀分散在不同的巷道进行存放。这一原则可以使所有的堆垛机同时高速运行，并能防止某一台堆垛机损坏或某一巷道发生阻塞而不能进行出入库操作，造成生产中断和物流阻塞。2）、就近原则：这一原则可以提高效率。不同频率、重量的货物在立体仓库中的位置也是不相同的，按就近原则，入库时在相应的区域内寻找最靠近入口的空货位，出库时寻找时间最早又最靠近出口的货物，这样使出入库时间最短，达到提高效率的目的。3）、货架受力均匀原则：上轻下重，使货架受力稳定；分散存放，货物分散存放在仓库的不同位置，保证货架受力均匀，防止货架因受力不均匀而发生变形、倾覆的现象。4）、先入先出原则：以加快周转，即同种货物出库时，先入库者，先提出库，以加快物料周转，避免因物料长期积压产生生锈、变形、变质以及其它损坏。5）、货位分区原则：根据货物出入库频率和特性，将立体仓库划区分段，提高存储效率，方便管理。6）、相似原则。即将相似的货物放在相邻的储位上。7）、周转率原则。进出频率高的货物尽量靠近出口。（2）、作业调度原则（任务排序）入库任务和出库任务是立体仓库作业的主要内容。出入库作业调度主要是根据货物特性，安排货物进出库任务执行的顺序，并且合理调度堆垛机来完成出入库作业。为了实现合理调度，一方面需要有合理的数据和信息作为依据，另一方面要有合理的调度原则和算法。1）、先到先服务原则：这是出入库调度的基本原则之一，不考虑任务类型和优先级等因素，先到的申请先处理。这种原理适用于同类任务或优先权对系统影响很小的系统。2）、优先权原则：因为物流系统中各项任务的实时性要求不同，因此将任务赋予优先权，在处理任务时，按优先级的高低排序，优先响应优先权最高的任务。3）、处理时间最短原则：每一个出入库任务的完成时间是不相同的，先处理那些完成时间短的任务申请，减少货物在线贮存量。这一规则对完成任务小、批次多的系统尤为适用。4）、处理时间最长原则：按完成时间长的任务排队，优先处理完成时间最长的任务。5）、随机规则：不考虑出入库任务的优先级，也不考虑任务执行的时间长短，而是从申请任务的队列中随机响应某个申请。这主要是考虑对每个任务的均衡响应。6）、联合出入库原则：在有多项出库和入库任务时，适当把出库任务和入库任务进行优化组合，满足条件的出库任务和入库任务组合成联合作业，可缩短存取周期，提高存取效率。7）、中断抢先原则：在任务执行的过程中，将一批任务分成若干个存取单元，每执行完一个单元，都再次执行调度，从而保证优先级较高的任务可以被及时执行。8）、后进先出LIFO策略，仓库管理系统先取走最近收到的物料。9）、未满单元先出库。如果某种存储类型既有存满的存储单元，又有不满的储位，仓库管理系统根据所需的库存数量先寻找储位，将未满部分取走。四、实验方案（计划）根据上述作业调度原则与货位管理原则，如下所示，分别选用几种不同的原则进行出入库作业与转库作业，画出控制流程图，并用C程序语言编程实现。方案一：按照“货位分区原则”，应根据货物出入库频率和特性，将立体仓库划区分段，提高存储效率，方便管理。在此处我们将立体仓库分为原材料区和成品区，前排货架为成品区(A区)，后排货架为原材料区(B区)，则对原材料进行入库操作的实验步骤如下：1、打开堆垛机电控柜电源，确保手动/联机开关拨在手动档；2、将堆垛机回至安全位置，以防叉车伸出来碰到货架；3、如堆垛机叉车已经收回去，并且堆垛机处于出库台或入库台端时，先按急停按钮，并将手动/联机开关拨在自动档，然后按启动按钮启动程序；（如仓库系统已在运行状态，则前3个步骤可以省略）4、启动控制终端程序，选择“物料管理”界面（“物料管理”界面如图1－1所示），在“物料管理操作”区域的入库部分的第一个组合框中选择“原材料”，则编辑框中会自动显示所要入库的货架为“原材料”货架(即A区货架)，再在第二个组合框中选择所要入库的货位号，然后点击“入库”按钮，则堆垛机将开始执行原材料的入库操作。方案二：按照“先到先服务原则”，则先到的申请先处理。如果我们给定三个出库任务，分别是成品货架(即B区货架)上的6号货位、10号货位以及原材料货架(即A区货架)上的15号货位进行出库，则实验步骤如下：1、打开堆垛机电控柜电源，确保手动/联机开关拨在手动档；2、将堆垛机回至安全位置；3、如堆垛机叉车已经收回去，并且堆垛机处于出库台或入库台端时，先按急停按钮，并将手动/联机开关拨在自动档，然后按启动按钮启动程序；（如仓库系统已在运行状态，则前3个步骤可以省略）4、在“物料管理”界面（图1－1）上的出库模块中分别选择出库物品以及对应的货位号并点击出库按钮，则堆垛机先执行第一个即6号货位的成品出库操作，执行完以后再执行10号货位的成品出库操作，最后才是15号货位的原材料出口操作。五、实验要求1、实验前认真阅读实验指导书；2、做实验时要注意实验中的注意事项；3、根据调度基本原则，组合部分原则自拟方案，通过计算机软件编程（C语言）实现组合原则下的出入库调度，（如若感到困难，完成调度算法的实现即可）。4、按照实验报告要求完成实验报告；六、思考题1、对自动化立体仓库出入库调度与库存管理有什么看法？2、关于自动化立体仓库的各种出入库调度与库存管理原则，你认为哪些规则比较优先？为什么？实验三喷油泵结构及IEMS认知实验实验目的了解喷油泵结构及其装配工艺；了解IEMS动作分析软件基本功能；学会制作工艺程序图；学会运用IEMS软件进行工作研究。实验内容及步骤内容（1）喷油泵结构认知；（2）IEMS软件认知。步骤（1）教师介绍喷油泵结构、各零件名称及装配工艺；（2）教师演示喷油泵装配过程；（3）学生动手装配喷油泵；（4）教师介绍IEMS软件基本功能及运用；（5）学生操作IEMS软件。实验仪器、设备及工具1、S195喷油泵；2、螺钉旋具及扳手；3、计算机及IEMS软件；4、纸、笔和橡皮。实验报告及要求1、实验报告中详细列出实验步骤；2、绘出喷油泵的装配工艺程序图；3、设计一个9工位的U型喷油泵装配线流水线。实验四双手操作分析一、实验目的1．学会绘制双手操作图。2．学会对双手操作图所记录的现状进行分析。二、实验仪器与器材1．摄像机一台。2．纸张、铅笔、橡皮。3．秒表。三、试验说明双手操作图又称操作人程序图、左右手程序图，是一种特殊的程序图。其分别将工人在操作过程中左右手的所有动作和空闲都进行记录，其目的在于对各项操作做更加详细的记录，以便分析并改进各项操作的动作。由于双手操作程序图所记录和分析的是最详细的操作，因此通常运用于具有高度重复的工作中，并在某一固定工作地点进行。双手操作程序图是一种有实用价值的分析与改进操作方法的工具。运用的原则除了前面曾经提到的取消、合并、重排、简化等方法外，应特别注意考虑动作经济原则。双手操作分析，可达到以下目的：平衡两手动作，减少疲劳。取消或减少辅助性的动作。缩短工序时间增加产量。培训工人使用先进的操作方法。改进并推广新方法。 根据不同的要求，记录可详细、可简单，如果是为了研究改进操作方法，则记录可简单些；如果是对动素进行分析，用来制定动作时间表准，则可将左右手的动作，依其正确的相互关系，按照时间标尺注明的时间记录下来。双手操作图还可作为编制标准作业指导书的参考。四、实验内容及步骤1．熟练掌握S195喷油泵的装配工作，掌握各零部件的名称；2．观察工作情况，熟悉工作过程。3．绘制工作地布置简图，标明各种零件、工具、设备的相互位置。4．从图的中间取适当间隔，画两条垂直线，用来记录代表动作的符号。其垂直线右边代表右手操作，左边代表左手操作，并留有动作叙述栏（需要时还可留有时间栏，以记录时间）。5．观看操作人员左右手的各项动作，用相应的符号记录在垂直线旁，并依照时间顺序和相对关系将左右手并列在该项符号的旁边，另用文字简明地加以说明。记录时应注意，一次记录一只手的动作，一般应从工作最多的一只手开始，记录完一只手再记录另一只手。6．研究合适的“起点”及“终点”，一般都选择将加工完的零件放下为整个工序的终点，且为下一工序的起点。7．同一时间发生的动作，应在同一水平线上予以记录，不同时间发生的动作，应按时间发生的顺序在不同的水平线上记录。8．按下列内容进行考查，分析（1）基本原则1）用最少的操作；2）安排最好的顺序；3）合并操作；4）使每一操作尽量简化；5）平衡双手的操作；6）避免用手持住；7）根据人体工程学的原理布置工作地。（2）辅助操作能否取消？1）因不需要而取消；2）因改变工作顺序而取消；3）因改变工具或设备而取消；4）因改变工作地布置而取消；5）因改变材料而取消；6）因设计做某些改变而取消；7）使用或改变工具及模具而取消；（3）“移动”能否取消？1）因不需要而取消；2）因改变工作顺序而取消；3）因改变工具和设备而取消；4）因使用自动落下装置而取消；5）因改变工具的操作方法而取消；（4）“持住”工作能否取消？（“持住”是非常疲劳的动作）1）因不需要而取消；2）因使用简单的持住装置或夹具而取消；（5）“延迟”能否取消或缩短？1)因不需要；2）改变操作方法；3）平衡身体各部位的工作；4）同时做两件；5）修改工作，使两手同时工作；（6）辅助操作能否简化？1）使用较好的工具；2）改变工具的放置位置；3）使用较方便的器具；4）利用杠杆原理；5）利用惯性原理；6）利用重力原理；7）避免移动视线；8）改进工作台及工作椅的高度。（7）“移动”能否简化？1）改变布置，缩短距离；2）改变移动方位；3）利用滑动，避免骤停现象。（8）“持住”能否简化？1）缩短持住时间；2）使用较有力的身体部位（例如腿），或改动操作为脚蹬。10．在以上考查、分析的基础上，根据“ECRS”原则进行改进。11．绘制改进后的双手操作程序图。12．统计其成果。五、实验报告及要求1．改进前后的双手操作程序图，应能清楚明了地进行对比。2．改进效果应具体。六、预习要求及思考题1、要求1）熟读双手操作分析的内容及实例。2）熟读动作经济原则的内容。2。思考题（1）双手操作分析的意义与作用是什么？（2）记录双手操作程序用那些符号？（3）如何绘制双手操作程序图？（4）如何考查、分析双手操作程序图？实验五工艺程序分析实验一、实验目的1.使学生切身体验实际生产线的生产流程及操作。2.掌握工艺程序图的绘制；3.学会运用“5W1H”提问技术、“ECRS”四大原则对现行工艺过程进行分析、改进。二、实验内容及步骤1.熟悉S195喷油泵的结构，掌握各零部件的名称，熟悉该产品的装配原理；2.打开摄像头程序（桌面“amcap”快捷方式），将镜头调整到适合拍摄作业者动作的最佳位置；3.执行生产任务，将盛放喷油泵的托盘放在流水线入口端；4.托盘运行到每个工位，由同学将待装配对象取下，进行组装，完成该工位的作业内容。同时，另一同学录下整个动作过程；5.装配过程重复2～3次；6.装配过程结束后，启动IEMS动作分析软件，各工位对摄录的视频进行分析，去除无效时间，初步得到各装配作业所需时间；7.实验结束，整理实验室三、实验仪器、设备及工具1、S195喷油泵；2、计算机及摄像头等相关设备3、装配流水线4、计时器、纸、笔和橡皮四、实验报告要求1．写出对喷油泵进行工艺程序分析的实施步骤。2．画出该产品现行方法的工艺程序图。3.运用“5W1H”和“ECRS”进行分析、改进，并绘制改良后的工艺程序图。实验六流程程序分析实验一、实验目的1.使学生切身体验实际生产线的生产流程及操作。2.掌握流程程序图的绘制；3.学会运用“5W1H”提问技术、“ECRS”四大原则对现行工作流程进行分析、改进。二、实验内容及步骤1.打开摄像头程序（桌面“amcap”快捷方式），将镜头调整到适合拍摄作业者动作的最佳位置；2.执行生产任务，将盛放喷油泵的托盘放在流水线入口端；3.托盘运行到每个工位，由同学将待装配对象取下，进行组装，完成该工位的作业内容。同时，另一同学负责录下整个动作过程；4.装配过程重复2次；5.装配过程结束后，启动IEMS动作分析软件，各工位对摄录的视频进行分析；7.输出流程程序分析图，保存为“学号-2-1/2”8.汇总各工位作业时间，并评价生产线平衡水平，讨论改进措施；9.执行新的生产方案，重复2～7步，并对比前后效果。三、实验仪器、设备及工具1、S195喷油泵；2、计算机及摄像头等相关设备3、装配流水线4、计时器、纸、笔和橡皮四、实验报告要求1．写出喷油泵装配流程程序分析的实施步骤。2．画出该产品现行和改进方法的流程程序图。3.评价改进效果。实验七流水线能力平整实验一、实验目的（1）了解流水线类型、作业分配方法（2）学会现场测时，计算节拍，分析产线平衡情况（3）掌握流水线平整的方法。二、实验说明本实验对象为工位装配任务分配不平衡的流水线。本实验首先设立7个工位，各工位一名操作者，1名测时人员。流水线运行后各工位完成相应的装配任务，同时测定完成时间，计算各工位平均时间并画出时间一工位图。在此基础上进一步平整流水线，并画出平整后的时间一工位图。三、实验仪器和器材流水生产线、待装配的产品、纸张、铅笔、橡皮、秒表，工具。四、实验内容与步骤1．确定装配工位数量及各工位任务。2．熟悉本工位装配过程，并研究最佳操作方法。3．开始装配，并测量每一工位的时间值,共测量6次。4．计算各工位时间平均值，各工位汇报本工位平均时间，绘出工位一时间图。5．根据各工位时间，找出时间最长工位、时间短的工位，计算节拍。6．分析流水线存在的问题，找出影响生产能力因素。主要从2个方面考虑：（1）自身的工作方法是否存在缺欠，是否需要改进。（2）任务分配是否均衡，是否需要重新调整。7．提出改进方案，大家对改进方案进行分析，目的使各工位时间趋于平衡。8．按改进方案重新进行装配作业，完成3次操作，测定时间并计算平均值。9．绘出工位一时间图，工位为横坐标，工位时间值为纵坐标。10．计算节拍。五、实验报告要求1.实验报告内容完整，步骤清晰，图表规范。2.数据真实，计算准确。3.分析问题深入，改善方案可行。六、思考题（1）流水线平整的目的是什么?（3）流水线平整的措施有哪些?实验八环境照明评价及设计一实验目的学习光电照度计的工作原理及其使用方法；学习照度测量规范,掌握照明条件的测量方法；根据规定的评价项目,学会评价照明环境的方法,能够分析影响因素并提出改进建议。二实验设备光电照度计直尺、卷尺等三实验内容求平均照度值；评价照明环境；分析影响照明因素并提出改进现有照明环境建议；四光电照度计的工作原理及实验简介1.TES-1332A/1330A/1334A系列数位式照度计简介TES-1332A/1330A/1334A系列数位式照度计是一种物理光学仪器,具