生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計

武漢理工大學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計1.設(shè)計分析1.1問題描述系統(tǒng)由四臺加工中心、五個托盤和裝夾工具、一套搬運軌道和小車、一個工件裝夾區(qū)組成，其布局如圖1所示。系統(tǒng)所包含的主要時間類別及大致時間如下：(1) 工件安裝時間。是指待加工工件裝夾并固定在托盤上的時間，由于模具工件均為長方體，因此，該時間比較穩(wěn)定，大約2mins左右。(2) 小車等待時間。工件安裝完成后，如機(jī)床都在工作狀態(tài)，則小車需等待有機(jī)床完成工作后，開始運出待加工工件。該等待時間不是固定的值，需要計算得出。(3) 機(jī)床等待時間。當(dāng)有多個機(jī)床處于空置狀態(tài)時，由于運輸容量的限制，有的機(jī)床就處于空置等待狀態(tài)，該狀態(tài)所經(jīng)歷的時間，就是該機(jī)床的等待時間。(4) 工件運出時間。將已安裝好工件的托盤，從安裝區(qū)運出至數(shù)控設(shè)備。大約2mins。(5) 更換托盤時間。將設(shè)備上裝載已加工好的零件的托盤與小車上裝載待加工工件的托盤進(jìn)行更換。大約需要1min。(6) 工件運回時間。更換托盤后，將載有已加工好的工件的托盤運回安裝區(qū)，并卸載。大約需要3mins。CNCCNCCNCCNC搬運軌道小車工件裝夾區(qū)圖1 系統(tǒng)布局圖1.2設(shè)計內(nèi)容1 任務(wù)隊列如表1所示，計算該隊列條件下的任務(wù)總完成時間、四臺設(shè)備各自的設(shè)備等待時間，繪制四臺設(shè)備的工序圖。2 對任務(wù)隊列進(jìn)行排序優(yōu)化，闡述優(yōu)化的思路和方法，計算優(yōu)化后的任務(wù)總完成時間、四臺設(shè)備各自的設(shè)備等待時間，繪制四臺設(shè)備的工序圖。表1 設(shè)計案例參數(shù)表 (單位：分鐘)安裝運出運回更換2231任務(wù)1任務(wù)2任務(wù)3任務(wù)4715215任務(wù)5任務(wù)6任務(wù)7任務(wù)812331738任務(wù)9任務(wù)10任務(wù)11任務(wù)128192225任務(wù)13任務(wù)14任務(wù)15任務(wù)161627316任務(wù)17任務(wù)18任務(wù)19任務(wù)20245118111.3設(shè)計中的主要因素及系統(tǒng)分析在本次的設(shè)計條件中，系統(tǒng)中共有20個任務(wù)，每個任務(wù)的加工時間是不相等的，而且只有一套運輸設(shè)備，各個設(shè)備的功能完全一致。所以制約的加工的最大因素便是運輸?shù)闹萍s。按照原始的順序，進(jìn)行加工，畫出原始工序圖。再對原始任務(wù)工序圖進(jìn)行分析，并數(shù)據(jù)計算。計算出20個任務(wù)的總加工時間，各個設(shè)備的等待時間，小車的等待時間。分析我們所得的數(shù)據(jù)結(jié)果，找出制約整個工序的主要問題所在，并進(jìn)行改善。 在這個系統(tǒng)中共有20個加工時間各不相同的任務(wù)，按照順序移動的方式來進(jìn)行加工。在分析之前我們需先進(jìn)行以下假設(shè)：（1）加工開始前，五個托盤分別位于四臺加工中心及裝夾區(qū)；（2）小車運出至每臺加工中心的時間相等，運回至每臺加工中心的時間也相等。（3）系統(tǒng)運行中不會出現(xiàn)故障等影響加工時間的意外（4）小車一次只能進(jìn)行一次托盤更換，最多只能運回一個工件，也最多只能運出一個工件。（5）除了任務(wù)隊列順序之外的其他條件不可改變。2.系統(tǒng)原始工序圖2.1繪制工序圖 用visio軟件進(jìn)行畫圖，得到該系統(tǒng)的加工工序圖，如下圖2 所示。10圖2 原始任務(wù)工序圖2.2.原始工序圖分析及任務(wù)總完成時間：198min設(shè)備等待時間：在用Visio制作工序圖的過車中，在Visio中能很好的顯示各個任務(wù)之間的時間差距和各設(shè)備的等待時間從而可以算出設(shè)備總的等待時間，如下表2所示。表2 各設(shè)備等待時間及總等待時間設(shè)備號等待時間(min)設(shè)備A51設(shè)備B32設(shè)備C38設(shè)備D90總等待時間211設(shè)備總等待時間為211mins，且各設(shè)備之間分布不均，設(shè)備D等待時間幾乎三倍與設(shè)備B的等待時間。小車等待時間：由圖2中可分析得到，前期小車連續(xù)運轉(zhuǎn)，沒有小車等待時間。在加工臨近完成時，第17件工件沒有等待時間，但第18件工件加工時間過長，導(dǎo)致小車等待了18min，即小車總等待時間為18min。3. 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計3.1優(yōu)化想法 根據(jù)原工序圖可以看出，任務(wù)的排列沒有規(guī)律可言，僅僅按照任務(wù)序號來進(jìn)行加工導(dǎo)致設(shè)備的空置時間以及總加工時間都額外的耗時，并且小車運回最后一個工件時加工還未完成導(dǎo)致小車的空置時間，這對我們來說是很浪費的不可取的，因此進(jìn)行優(yōu)化的順序排列。 根據(jù)原始工序圖的教訓(xùn)可知，我們可以嘗試先把任務(wù)時間長的任務(wù)放在前面，最后放置加工時間最短的防止小車等待時間的發(fā)生，盡量保證設(shè)備等待的時間也較少，即最大化要求小車運來工件時應(yīng)當(dāng)有三臺機(jī)床仍在加工，一臺機(jī)床剛加工完或正好加工完等待下一個工件的狀態(tài)。 如果合理安排工件加工順序，使得小車沒有等待始終處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)或盡可能減少等待時間，那么總的加工時間便會縮短； 將工件的順序按加工件的加工時間進(jìn)行階梯式的排序，錯開結(jié)束時間，避免加工同時完成或完成時間不足小車運出、運回及更換的時間，使小車有足夠的時間運輸并交換托盤，從而減少設(shè)備等待時間。3.2設(shè)計內(nèi)容優(yōu)化后的工件排序表如下：表3排序圖（優(yōu)化后）任務(wù)序號加工時間優(yōu)化后排序順序1717215832134520512156339717138387981810192112241225111316141427515316166191724101851 11918122011164.繪制優(yōu)化后的時間工序圖用Visio繪制優(yōu)化后工序圖如下圖圖3圖3優(yōu)化時間工序圖5.優(yōu)化后的數(shù)據(jù)分析5.1總?cè)蝿?wù)完成時間根據(jù)圖3分析得到總?cè)蝿?wù)完成時間為180min。5.2設(shè)備等待時間根據(jù)圖5分析得到優(yōu)化后的設(shè)備等待時間見表5：表4優(yōu)化后設(shè)備等待時間表設(shè)備號等待時間（min）設(shè)備A33設(shè)備B33設(shè)備C19設(shè)備D34總等待時間1195.3 小車等待時間根據(jù)圖示分析計算得到小車沒有等待時間6優(yōu)化比較與分析6.1優(yōu)化結(jié)果比較將優(yōu)化前后的等待時間進(jìn)行對比分析，得到表5表5優(yōu)化對比項目優(yōu)化前（min）優(yōu)化后（min）提高量（min）提高效果加工總時間198180189.1%小車等待時間18018100%設(shè)備A等待時間51331835.3%設(shè)備B等待時間3233-1設(shè)備C等待時間38191950%設(shè)備D等待時間90345662.2%總等待時間2111199243.6%圖4優(yōu)化對比效果圖6.2 優(yōu)化結(jié)果分析從表5和圖4中后發(fā)現(xiàn)，除了設(shè)備B的等待時間基本不變，其它設(shè)備的等待時間都得到了明顯改善，關(guān)鍵時間如總加工時間和設(shè)備總等待時間均得到了大幅度的提高，效率明顯提高。小車沒有等待時間，說明該系統(tǒng)的生產(chǎn)能力得到了提高，效率得到了大大提升?？偟脑O(shè)備的等待時間減少了，可以幫助企業(yè)減少能耗，提升設(shè)備利用率。7. 小結(jié) 此次課程設(shè)計是根據(jù)給出的原始加工方案進(jìn)行優(yōu)化，使各方面時間浪費更少，節(jié)省成本，提高效率，靈活性非常強(qiáng)，也很考驗個人能力。首先我先對加工流程進(jìn)行了初步了解分析，用Visio畫出了原始任務(wù)工序圖，更加直觀的顯示出方案，也更方便我分析。然后我發(fā)現(xiàn)其中設(shè)備等待時間非常多，就在原始工序圖中通過移動任務(wù)組塊對任務(wù)進(jìn)行重新排序，優(yōu)化結(jié)果中設(shè)備等待時間大幅度減少