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1、先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材,先进制造系统 Advanced Manufacturing System 华北电力大学 戴庆辉 主编 机械工业出版社,先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材,先 进 制 造 系 统 主 编 戴庆辉 副主编 张新敏 王卫平 参 编 张文建 杜必强 周宏明 胡开顺 叶 锋 慈铁军 付培红 主 审 张根保,先进制造系统,第 1 章 先进制造系统总论 第 2 章 先进制造系统基本原理 第 3 章 先进制造模式 第 4 章 先进设计技术 第 5 章 先进制造装备及技术 第 6 章 先进制造工艺技术 第 7 章 绿色设计与制造 第 8 章 典型产品的制造系统
2、 第 9 章 制造系统展望,第 5 章 先进制造装备及技术,5.1 制造自动化简述 5.2 数控机床及技术 5.3 加工中心 5.4 虚拟轴机床 5.5 工业机器人 5.6 装配线 5.7 自动导向车 5.8 质量检测及装备 5.9 柔性制造系统（FMS）,5.6 装配线,5.6.1 装配线的发展与概念 5.6.2 装配线的组成与原理 5.6.3 装配线的平衡方法,5.6.1 装配线的发展与概念,1. 装配线的产生与作用 1913年，美国亨利福特发明流水装配线 装配线的原理可归纳为如下三点： 生产标准化原理 作业单纯化原理 移动装配法原理 2. 装配线的基本概念 装配是指按规定的技术要求，将若
3、干零件或部件组合连接起来，使之成为半成品或成品的过程。可分为部件装配和总装配,5.6.1 装配线的发展与概念,装配过程中常见的连接： 可拆卸连接 不可拆卸连接 装配线是指工件以一定的速率连续均匀地通过一系列装配工作站，并按照一定要求在各装配工作站完成相应装配工作的生产线 工作站是指装配线中的一个工作地 装配单元：在装配线上进行装配的零部件,5.6.1 装配线的发展与概念,3. 装配线的分类及特点 （1）手工装配线 通过若干个技术熟练的装配工人完成装配线上的各种装配操作任务 特点：投资成本低，装配灵活性即柔性强，可适应各种复杂的装配操作任务，但容易导致装配工作的低效性，操作具有不稳定性,图5-1
4、8 手工装配线,5.6.1 装配线的发展与概念,（2）自动化装配线 通过专用的机械装置或自动化装置完成各种装配操作任务 刚性线特点：初期投资成本高，装配设备为生产专门产品而设计，生产率高，装配质量能够得到保证，柔性差 柔性线特点：初期投资成本更高（包含了装配机器人），生产率比刚性自动装配线低，装配质量同样能够得到保证，柔性好，当产品品种变化时需要对生产线进行重新设计和安装,5.6.1 装配线的发展与概念,图5-19 自动化装配线,5.6.1 装配线的发展与概念,（3）混合装配线 装配工人、专用自动化装配设备和（或）装配机器人分别承担一部分装配操作任务，并且彼此相互协调配合，共同完成产品的装配
5、特点：投资成本介于手工和自动化装配线之间，手工装配的灵活性和自动化装配的高生产率高质量都能得到发挥，影响产品生产率和质量主要因素是装配工人，设备则对投资成本的高低起主要作用。,5.6.2 装配线的组成与原理,1. 手工装配线的组成 线体、各种工装夹具、装配工具和工作台。 线体以各种输送机最为常见。,2. 刚性自动化装配线 的组成 （1）机械系统 给料部分 图5-20 传送部分 装配部分,5.6.2 装配线的组成与原理,2. 刚性自动化装配线的组成 （1）机械系统 给料部分,图5-21 振动给料盘,图5-22 直线送料器,5.6.2 装配线的组成与原理,2. 刚性自动化装配线的组成 （1）机械系
6、统 给料部分,5.6.2 装配线的组成与原理,2. 刚性自动化装配线的组成 （1）机械系统 装配部分,5.6.2 装配线的组成与原理,2. 刚性自动化装配线的组成 （1）机械系统 （2）控制系统。 核心通常采用可编程序控制器、单片机、微处理器或计算机 （3）检测传感系统。一些重要环节安装传感器，将有关信息传送给控制系统以便随时进行分析处理 （4）质量检验系统 。按规定对各种质量指标进行检验，如装配精度、装配件是否安装到位、绝缘性、密封性等 （5）动力系统,5.6.2 装配线的组成与原理,3. 自动化装配与产品设计 在产品设计阶段就应当对产品的可装配性予以充分考虑 ，例如装配过程中零件输送、定位
7、、识别、抓取、装配操作等方面的问题。 可装配性设计原则 自动化输送过程中，零件的设计应避免零件间在输送过程中发生缠结、搭叠、相互套入等影响装配的问题。 尽量采用自定位零件。 保证零件和子装配在装配中便于抓取而且不易受损。 设计中应考虑零件插装方向、路径对装配难度的影响。,5.6.2 装配线的组成与原理,3. 自动化装配与产品设计 可装配性设计原则应用示例 将图5-25a中零件的端面改为图5-25b所示的球面，可使其在传送中易于定向，有利于自动传送；,c) d) 图5-25 面向自动化装配产品设计示例,a) b),将图5-25c中光轴装入再用紧固螺钉固定改为图5-25d，将轴的一端滚花再做成过盈
8、配合，可简化装配，有利于自动装配作业。,5.6.2 装配线的组成与原理,4. 柔性自动化装配线 （1）装配机器人的结构及技术指标 主要技术指标： 最大抓取重量 定位精度 重复定位精度 速度和工作范围,5.6.2 装配线的组成与原理,组成： 装配机器人系统 物料输送系统 零件自动供料系统 工具（手爪）自动更换装置及工具库 传感系统 基础件系统 控制系统 质量检验系统 计算机管理系统,（2）柔性自动化装配线的组成与原理,装配线的柔性通过装配机器人来实现。,5.6.3 装配线的平衡方法,装配线平衡也称为工序同期化，是指在满足生产节拍和产品各零部件装配顺序的条件下，在划分装配工序或工作站时使每个工作站
9、的作业时间尽量相同或相近 平衡方法分为：解析方法 启发式方法 在装配线上进行产品装配的作业任务可分解为若干个最小的装配作业任务单元，称为最小作业单元 最小作业单元的加权值，其计算公式为：,5.6.3 装配线的平衡方法,1. 分级位置加权法 按以下步骤进行： 按各最小作业单元在装配线上的先后顺序画出装配顺序图，并将相应装配作业时间标于单元号上方 确定生产线装配节拍T，计算每个最小作业单元的加权值 将各最小作业单元按加权值从大到小排列成顺序表，并令代表工作站编号的变量k=0 令k=k+1，Tk=T,5.6.3 装配线的平衡方法,从顺序表中按权值从大到小的顺序选出满足tiTk的第一个最小作业单元，其
10、单元号为i，若找不到这样的最小作业单元，则转向步骤7) 将最小作业单元i分配给工作站k，并从顺序表中删除单元i并将Tk的值减去ti ，若顺序表已空，则表明完成装配线平衡，否则转向步骤5) 若Tk=T，则表明设定的节拍时间太短，无解，否则，转向步骤4）,5.6.3 装配线的平衡方法,平衡效果好坏可采用装配线平衡率LE进行评价，其计算公式为： 式中，Tk为第k个最小作业单元的装配作业时间； n为装配工作站数； T为装配线节拍。,5.6.3 装配线的平衡方法,2. 最大设定准则法 仍用加权因子， 但加权因子在每次调整排列后需重新计算，具体步骤如下。 （1）按各最小作业单元在装配线上的先后顺序画出装配
11、顺序图，并将相应装配作业时间标于单元号上方。 （2）确定装配线节拍T，令k=0，S为包含所有最小作业单元的集合。 （3）令k=k+1，Tk=T。 （4）对于S中的每个最小作业单元计算其加权值，找出满足tiTk的权值最大的单元i，若找不出这样的单元，则转向步骤（6），否则进行下一步。 （5）将单元i和其他按顺序在i单元之前装配的各装配单元分配给工作站k，并从S中删去这些单元，将Tk的值减去wi，若此时S已空，则表明完成装配线平衡，否则转向步骤（4）。 （6）若Tk=T，则表明设定的节拍时间太短，无解，平衡到此结束；若TkT，则转向步骤（3）进行下一轮计算。,5.6.3 装配线的平衡方法,平衡装配
12、线常采用的方法有： 找出耗时最长的工作站（也称瓶颈）。 对该工作站的装配操作进行作业分解，将其中一部分移至作业时间较短的工作站。 改进现有工具或用效率更高的工具、设备替代。 提高操作者技能或调换技能熟练的操作者。 将操作任务在邻近工作站共享，例如安排邻近工作站工人在空闲时间转到瓶颈工作站帮助承担部分作业。 将作业分配给两个平行操作的工作站。 以上方法都不理想，可考虑增加该工作站的人员。,5.6.3 装配线的平衡方法,图5-28 装配顺序图,3. 案例：两种启发式平衡方法的应用 设装配某产品的节拍为10s，各最小作业单元装配的先后顺序及所需装配时间如图5-28所示，则可计算出各最小作业单元的加权
13、值并列出顺序表，如表5-4所示。,5.6.3 装配线的平衡方法,3. 案例：两种启发式平衡方法的应用 （1）采用分级位置加权法 分级表中的最小作业单元顺序为9，8，7，5，6，3，4，1，2。根据上述平衡方法，将单元9分配给工作站1，然后将9从顺序表中删去，且T1=10-t9=8s。此时，顺序表中最先满足tiT1的是单元8，将其从顺序表中删去，T1=8-t8=3s。同理可删去7，且T1=3-t7=1s。接着删去满足tiT1的单元4，且T1=0s。此时表中只剩5，6，3， 1，2，均不满足条件tiT。这样就可转而根据剩下的单元分配工作站2，并以此类推，最终可确定出该装配线可划分为4个工作站，它们
14、所对应的最小作业单元分配情况为：（9，8，7，4），（5，6），（3，1），（2），各工作站的装配作业时间分别为10s，9s，7s，4s。工作站布置情况如图5-29所示,5.6.3 装配线的平衡方法,3. 案例：两种启发式平衡方法的应用 （1）采用分级位置加权法 在上例中，LE=（10+9+7+4）/（410）= 75%。,5.6.3 装配线的平衡方法,3. 案例：两种启发式平衡方法的应用 （2）采用最大设定准则法 仍以图5-28所示为例，第一轮计算中各最小作业单元的加权值标于图5-30a，图中小于等于节拍时间的最大加权值为w6=10，为t1、t3、t6之和，因此将单元6及按装配顺序在其之前的
15、单元1、3分配给第一个工作站并从图中删去1、3、6。对剩余各单元加权值重新计算，结果如图5-30b所示，同理可选出单元2和5并分配给第二个工作站。根据同样方法，剩下的单元分配给第3工作站，如图5-30c所示。这样，该装配线被划分为3个工作站，它们所对应的装配单元分配情况为：（1，3，6），（2，5），（4，7，8，9），如图5-30d所示，可算出这种方案的装配线平衡率达到了100%。,5.6.3 装配线的平衡方法,3. 案例：两种启发式平衡方法的应用 （2）采用最大设定准则法,5.6.3 装配线的平衡方法,3. 案例：两种启发式平衡方法的应用 （2）采用最大设定准则法,5.6.3 装配线的平衡方法,c) 图5-30 采用最大设定准则法的工作站布置,3. 案例：两种启发式平衡方法的应用 （2）采用最大设定准则法,5.6.3 装配线的平衡方法,3. 案例：两种启发式平衡方法的应用 （2）采用最大设定准则法,5.6 END,5.7 自动导向车（AGV）,5.7.1 AGV的发展 5.7.2 AGV的原理 5.7.3 案例：视觉导向AGV,5.7.1 AGV的发展,自动导向车（A
