 |
Расчет затрат времени на транспортировку деталей
|
|
|
|
И средства автоматизации»
для студентов всех форм обучения
направления подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям)
профиля подготовки «Машиностроение и материалообработка»
профилизации «Технология и оборудование машиностроения»
Екатеринбург 2014
 |
Задания и методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Оборудование механосборочного производства и средства автоматизации». Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2014. 27 с.
| Авторы: | канд. техн. наук, доцент | В.А. Штерезон |
Одобрены на заседании кафедры ТО. Протокол от ________2014. № __.
| Зав. кафедрой ТО | Н.В. Бородина |
Рекомендованы к печати методической комиссией Машиностроительного института РГППУ. Протокол от № __
| Председатель методической комиссии МаИ | Н.Н. Ульяшина | |
© ФГАОУ ВПО «Российский государственный
профессионально-педагогический
университет», 2014
© Штерензон В.А., 2014
|
ВВЕДЕНИЕ
Целью контрольной работы является применение студентами на практике теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Оборудование механосборочного производства и средства автоматизации». При выполнении контрольной работы студенты должны рассчитать количество элементов (гибких модулей, столов-накопителей, роботов, складов) гибкой производственной системы (ГПС), необходимых для обработки заданной номенклатуры деталей, и предложить компоновку ГПС. Для выполнения данной контрольной работы студентам необходимо владеть знаниями по курсам «Основы технологии машиностроения», «Металлорежущие инструменты», Программное управление процессами и системами»», «Практическое (производственное) обучение».
|
|
|
При выполнении контрольной работы студент определяет номер варианта задания по двум последним цифрам шифра. Варианты заданий для расчетов (номенклатуры обрабатываемых деталей, трудоемкости их изготовления, количество деталей и др.) приведены в приложении 1.
На основании исходных данных студент должен определить:
Ø количество гибких производственных модулей (ГПМ) и их загрузку;
Ø количество накопителей;
Ø параметры склада.
По полученным расчетам выполняется планировка гибкой производственной системы (ГПС).
СОДЕРЖАНИЕ
Теоретические предпосылки расчета гибких производственных
Систем и их элементов
Гибкие производственные системы относят к категории больших сложных систем (БСС), так как ГПС удовлетворяют признакам БСС:
1) многомерность системы (большое число элементов ГПС);
2) многообразие форм связи элементов системы между собой (иерархические структуры);
3) многокритериальность (наличие ряда часто противоречивых критериев, которым должна удовлетворять ГПС);
4) многообразие циркулирующей информации в пределах ГПС;
5) многократное изменение состояния системы.
Гибкие производственные системы представляют собой системы массового обслуживания, и для расчетов компоновки гибких производственных систем используют математический аппарат теории массового обслуживания, который позволяет на основе вероятностных расчетов определить количество единиц основного технологического оборудования (гибких производственных модулей), необходимого для обработки в заданный по плану период Т заданного количества N различных деталей общей трудоемкостью Q при среднем времени обработки одной детали s и среднем интервале поступления детали в систему a.
|
|
|
Так как в общем случае время обработки изделий на станке (время одной операции) s и интервал поступлений (время между обработками на станке двух последовательных изделий) a есть величины случайные, гибкая производственная система должна иметь на входе определенное число накопителей k, предназначенных для образования очереди поступающих изделий на тот случай, если к моменту поступления очередной детали все имеющиеся станки будут заняты обработкой других деталей.
Для упрощения транспортных операций в системе организуем ГПС по принципу «станок-склад-станок». Это означает, что каждая деталь при обработке по каждой операции попадает на станок через склад.
Тогда общее число Nобщ деталеопераций, которые должны быть выполнены в системе за плановый период Т, можно определить по формуле
|
,
где Ni – количество деталей i-го наименования;
W – число операций при изготовлении детали i-го наименования;
N – количество типов различных деталей.
Общие трудозатраты (трудоемкость) Qобщ при выполнении Nобщ деталеопераций за заданный планом период Т можно определить по формуле
|
,
Где Qj – трудоемкость одной операции (j =1,… Wi) детали Ni.
Тогда среднее время (трудоемкость) выполнения одной деталеоперации s есть отношение общей трудоемкости Qобщ к общему числу деталеопераций Nобщ
|
,
Для определения среднего значения (интервала) поступлений деталей на станок а воспользуемся формулой
|
,
где Т – планируемый период изготовления деталей.
Общее число гибких производственных модулей (станков) m определяется по формуле
|
,
В формуле (5) принимается ближайшее целое число с избытком.
Тогда коэффициент загрузки u одного ГПМ (в данном случае станка) определяется отношением
|
,
Как сказано выше, для надежной работы ГПМ требуется накопители, необходимые для обеспечения очереди запросов при отсутствии свободных станков. Для расчета необходимого числа накопителей k можно воспользоваться соотношением, учитывающим вероятностный характер u, s, a
|
|
|
|
,
где m! – это m -факториал, равный m = 1*2*3*……..*m
|
,
В выражении (8) для р
|
С учетом этого выражение для р можно переписать в виде
|
Формула для определения числа накопителей k упрощается
|
Располагать накопители в ГПС можно разными способами:
Ø способ 1: сосредоточить все накопители в компактную группу, расположив их перед цепочкой ГПМ. Обычно этот способ применяется при k < m.
Ø способ 2: распределить все накопители по отдельным ГПМ. Обычно этот способ используют при k ~ m.
Ø способ 3 (комбинированный): часть накопителей распределяется по ГПМ, остальные располагают компактной группой перед цепочкой ГПМ. В этом случае целесообразно комплектовать все ГПМ одинаковым количеством накопителей.
Расчет склада для ГПС
Расчет вместимости склада
Вместимость склада рассчитывается также на основе рекомендаций теории вероятности. Обычно для расчета принимают следующие условия:
а) общее количество деталей, поступивших на склад за рассматриваемый плановый период Т, равно общему количеству деталей, выданных со склада за это же время;
б) потребление со склада – равномерное со средним интервалом а;
в) поступление на склад – партиями произвольной величины с произвольным интервалом времени между партиями; количество партий поступления на склад за плановый период – z (т.е. может быть одно поступление или два или три и т.д.).
Склад должен вмещать страховой и текущий запас деталей. Общий объем склада Sобщ определяется по формуле
Sобщ = Sо + Sраб,
где Sо – страховой запас;
Sраб – рабочий объем.
Под страховым запасом So понимают запас деталей, обеспечивающий с определенной вероятностью бесперебойную работу ГПС между двумя поступлениями деталей на склад. Величина So определяется по формуле
|
,
где R – общий объем потребления (и поступления) деталей;
z – количество поступлений на склад (может принимать только целые значения);
f - вероятность возникновения дефицита (т.е. ситуации, при которой склад не сможет обеспечить подачу деталей в ГПС).
|
|
|
Очевидно, что при f = 1 (стопроцентная вероятность дефицита) So = 0, т.е. страховой запас отсутствует и система практически работать не сможет. При f = 0 So = R, т.е. величина склада равна общему объему поступления. В этом случае склад никогда не будет использован полностью.
Общая предварительная емкость склада Sобщ определяется по формуле
|
,
где g – вероятность переполнения склада.
При g = 1 склад будет вмещать только страховой запас и малейшее отклонение от времени поставки приведет либо к переполнению склада, либо к дефициту деталей. При z = 1 общая предварительная емкость склада Sобщ равна страховому запасу Sо. В формулах (12) и (13) значения Sо и Sобщ округляются до ближайшего большего целого значения.
Расчет размеров склада
Размеры склада (количество этажей Кэ, количество ячеек по длине склада К, высота и длина склада Hи L) определяются в зависимости от заданных габаритных размеров A*B*C снаряженного спутника (тары). Склад будет иметь максимальные размеры при условии, что в снаряженном спутнике (таре) и ячейке склада умещается только одна (!) деталь из того количества, которое необходимо обработать за плановый период Т. Если в спутнике и в ячейке склада умещается более одной детали (две, три и более), то размеры склада будут меньше. Количество этажей склада Кэ и количество ячеек по длине склада К можно рассчитать по формулам
|
,
где Hдоп – максимально допустимая высота складского помещения;
|
.
В формулах (14) и (15) принимаются ближайшие целые значения Кэ и К с избытком.
Размеры склада определяются по формулам:
высота склада
|
,
длина склада
|
,
уточненное количество ячеек
|
.
Расчет затрат времени на транспортировку деталей
Время транспортирования Ттр, затрачиваемое на одну деталеоперацию, зависит от двух факторов:
Ø времени Тск, необходимого для поиска нужной ячейки склада и перемещения рабочего органа складского транспортного робота (или крана-штабелера) между этой ячейкой и перегрузочным столом, обеспечивающим связь склада с транспортной системой ГПС, а также для манипуляций в ячейке склада или перегрузочном столе по установке/взятию груза;
Ø времени То, необходимого на перемещение линейного транспортного робота между перегрузочным столом, стоящим на выходе склада, и приемными столами гибких производственных модулей, составляющих ГПС.
При работе системы по алгоритму «станок-склад-станок», который чаще всего используется в современных ГПС из-за относительной простоты применяемых транспортных средств, время транспортирования одной деталеоперации Ттр определяется по формуле
|
|
|
|
.
Во всех случаях проектирования транспортных средств должны выполняться следующие условия:
1. время транспортирования детали со склада до приемного стола ГПМ не должно превышать среднего интервала между запросами
|
;
2. суммарное время транспортирования Тсум, приходящееся на один транспортный робот и определяющее коэффициент его загрузки, не должно превышать 0,8*Т
|
,
где Jт.р. – число принятых транспортных роботов.
Расчет времени Тск выполняется по формуле
|
,
где Txy – время, затраченное внутрискладским транспортом при одновременном перемещении по двум координатам;
Tx, Ty – время, затраченное внутрискладским транспортом при раздельном перемещении по координатам (соответственно x или y);
Тдоп - время, затраченное на манипуляции с деталью (тарой, спутником) в ячейке склада или на перегрузочном столе.
При вероятностном законе заполнения ячеек склада средние времена пробегов траспортного робота определяются в зависимости от соотношения высоты и длины склада H и L и соответствующих скоростей перемещения робота Vy и Vx:
Ø для H/L £ Vy/Vx
|
,
|
,
|
,
|
Ø Для H/L > Vy/Vx
|
Время Тдоп можно принять для всех вариантов примерно равным 10 секунд.
Для расчета времени То используют формулу
|
где Lоср – средняя длина пробега линейного робота;
Vox – скорость линейного робота.
Для принятого количества ГПМ m, числа накопителей n, габаритах снаряженного спутника (тары) A*B*C, а также заданном расстоянии между приемными столами ГПМ d можно записать
|
,
где: q – количество накопителей, расположенных вне ГПМ в одну линию вдоль транспортного пути (q £ n);
w – количество ГПМ, расположенных вдоль транспортного пути (w £ n).
Примечание: 1) длина накопителя равна длине тары A;
2) ввод накопителя в состав модуля увеличивает длину модуля на половину длины тары – на 0,5* А.
Значения w и q выбираются в соответствии с планировочными решениями ГПС.
|
|
|
