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柔性物流自动化接卸生产线工作流程优化方法

来源:SCI期刊网 分类:电子论文 时间:2021-09-24 08:08 热度:

摘 要:摘要:受柔性物流接卸生产线系统指令较多的影响,现有物流接卸生产线工作时间较长,为此设计一种柔性物流自动化接卸生产线工作流程优化方法。解析与分类柔性物流自动化生产线接

  摘要:受柔性物流接卸生产线系统指令较多的影响,现有物流接卸生产线工作时间较长,为此设计一种柔性物流自动化接卸生产线工作流程优化方法。解析与分类柔性物流自动化生产线接卸指令,建立系统多模块划分标准,将柔性物流自动化接卸生产线作业时间最短作为目标函数,完成柔性物流自动化接卸生产线多模块工作流程优化。实验证明,该方法的产品加工时间、运送量、产品上料工序和上料时间得到优化,可以应用于实际,具有较强的合理性。

柔性物流自动化接卸生产线工作流程优化方法

  关键词:工作流程;柔性物流;接卸生产线系统;指令解析;调度

  柔性物流已经成为现代制造业主要的生产模式,使用柔性自动化生产线、提高生产线的柔性化程度已经成为当今制造业适应市场需求、加速产品更新换代的重要手段。现有的物流装卸生产线系统缺乏对柔性物流装卸过程行为的描述,不能对需求的变化做出快速反应,不利于工艺系统与其他生产模块的集成,因此研究自动化柔性物流装卸生产线系统的多模块设计就显得十分迫切。当前,常用的有两种方法,主要包括:文献[1]以多机器人柔性制造生产线为研究对象,构建了生产线的布局,依据柔性物流接卸生产系统生产线连续运行模式,对生产线离线编程与仿真,以完成对生产线系统多模块设计,为多机器人自动化生产线的应用提供理论依据和试验平台,但是该方法存在工作时间较长的问题;文献[2]面向管路组件装配的自动化设计可重构柔性工装系统,主要由配置系统、控制系统和机械系统3个子系统组成,可对生产线系统快速配置,通过子系统协同配合实现了系统的自动化装配,但是该方法优化下的柔性物流接卸生产线系统指令较复杂,且没有涉及指令解析与应用。

  针对上述问题,笔者对柔性物流自动化接卸生产线进行多模块设计,其理论创新性在于通过接卸生产线系统执行指令分类和建立模块划分标准,在运送时间、卸货时间与产品的上料时间方面实现效率优化,该方法与其他方法主要区别在于注重指令层面,在指令层面实现生产线多模块工作流程优化。

  1柔性物流自动化接卸生产线多模块设计

  1.1柔性物流自动化生产线接卸指令解析

  在划分柔性物流自动化接卸生产线模块前,解析柔性物流自动化生产线接卸指令动作,即将柔性物流接卸生产线系统的程序质量集分解为单个指令后[3],进行以下判断:

  step1:根据柔性物流自动化接卸生产线的动作质量,确定系统加工指令与接收指令之间的先后约束关系[4];

  step2:确定柔性物流自动化生产线中各个动作指令的下发时间;

  step3:对装卸生产线系统动作指令进行分类,根据分类结果将分类指令发送给相应的单元控制模块,如图1所示。

  由图1可知,在自动柔性物流装卸线系统中,关系指令是一种虚拟指令[5],主要用于表示指令之间的约束关系。在将作业指导书分解为单一作业指令的过程中,物流卸料生产线系统需要对作业指导书进行分析[6]。操作指令解析的过程是:首先,对操作指令进行分析,得到相应的操作指令号和参数;其次,判断操作指令的个数,确定相应的程序函数,最后将作业指令中的参数作为最终参数传递到确定的程序中,得到自动柔性物流卸料生产线的工作状态。

  1.2接卸生产线系统执行指令分类

  在上述柔性物流自动化接卸生产线指令解析完成的基础上,对生产线系统的执行指令进行分类[7]。指令分类是执行指令应用和设计时的关键步骤,根据柔性物流自动化接卸生产线功能的不同,将执行命令划分为关系指令与动作指令。关系指令是指执行指令之间的关系是串联还是并联[8],动作指令是指让柔性物流自动化接卸生产线中各个设备的操作指令。柔性物流自动化接卸生产线的执行指令分类情况如表1所示。

  1.3系统多模块划分标准建立上述过程对柔性物流自动化接卸生产线指令解析与分类,在此基础上,设定柔性物流自动化接卸生产线的模块划

  分标准[9]。具体划分标准如下:

  第一,系统中每个单元的操作在每个生产阶段中只能执行一次[10];

  第二,由于自动化柔性物流装卸生产线的工作能力有限,每个加工单元的机器数量不能超过系统的最大运行量;

  第三,系统各生产阶段的生产节拍不得超过生产线的节拍时间;

  第四,系统工作模块互斥约束[11],一些操作必须在不同生产阶段中执行;

  第五,系统运行的最优控制,目的是在系统多模块划分后,柔性物流自动化接卸生产线的生产效率最大化。

  1.4柔性物流自动化接卸生产线多模块优化

  将划分标准与柔性物流自动化接卸生产线指令解析结果结合,对柔性物流自动化接卸生产线多模块划分。同时,根据系统多模块划分结果,设计柔性物流自动化接卸生产线多模块工作流程。柔性物流自动化接卸生产线多模块设计主要目的是使系统中各个工作模块协调运行,对系统进行自动调度,提高柔性物流自动化接卸生产线的工作效率。

  (1)生产数据管理模块。首先要清楚该模块管理的数据实体间的逻辑关系,然后进行设计,提高系统的运行效率。自动化接卸生产线根据客观事实的需要,可能会不断更新运送目的地,甚至同时在线分配多个种类的物品。每件物流产品在多条生产线上匹配若干目的地,同时在不同的工位,按照标准工序由不同的设备和员工操作完成。另外,在同一工位可以由同一设备和员工完成相似多个工序设置不同工序。生产线数据的输入是针对每个不同的目的地建立的,按照生产线上工序的先后顺序记录各个工序的基本数据。

  (2)生产线平衡设计模块。根据工艺设计所得的加工顺序,加工工作分解为由技术不高的工人或专用机器快速而机械完成的一系列基本作业。这些基本作业的操作时间有很大的不同,如果不通过生产线平衡进行资源分配,会造成整条生产线上加工时间较短及设备或人员的闲置,而加工时间较长的设备则会成为生产线上的瓶颈工位,降低生产线效率。

  (3)设备布局模块。设备布局是在各条生产线平衡设计后,根据生产线的装焊工序PT、工序间的物流关系PR以及各工序分配的设备项目个数λ,对生产线上的设备进行布局。

  2实验对比

  以某城市的生厂商作为实验对象,将柔性物流自动化接卸生产线多模块设计方法与文献[1]和文献[2]对比,比较不同方法的产品加工时间、运送量、产品上料工序和上料时间,即在其实际应用方面进行实验测试,其计算过程如下:

  (1)产品加工时间等于单件加工时间与批量值的乘积;

  (2)运送量表示在一定时期内运送货物的数量;

  (3)上料时间是依据订单下的产品所需物料编码,计算物料从储存仓到出料的运送时间。

  假设该自动柔性生产线可以加工10种不同类型的产品,且每种产品都要经过10道工序,所以每个生产线包括10个生产环节。实验中各个产品的运行方式如图3所示。

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  此外,将3种不同的需求采用均匀分布方式表示出来,反映需求的不确定性。实验中采用软件Matlab编码实现,在内存8G的计算机系统中运行,并将其配置为IntelCorei7。在实验之前,预先调试每个方法,进入为期1周的试运行阶段。实验的具体数据如表2所示。

  2.1产品加工时间对比

  分别采用本文设计方法及文献[1]方法、文献[2]方法验证这10种产品的加工时间,结果见表3。

  由表3可知,本文设计的柔性物流自动化接卸生产线多模块设计方法的产品加工时间均少于另外的两种方法。2.2产品运送量对比3种方法的产品运送量对比结果如图4所示。

  由图4可知,在产品运送上,文献[1]及文献[2]的方法比本文设计方法的运送量都少。

  2.3产品上料工序对比

  文献[1]、文献[2]的方法与本文设计方法的产品上料工序对比结果见图5。

  由图5可知,本文设计方法经多模块设计后的10种产品的上料工序个数明显少于另外两种方法。

  2.4产品上料时间对比

  文献[1]、文献[2]方法与本文设计方法的产品上料时间对比结果见表4。

  由表4可知,在10种产品的上料时间上,另外两种方法的产品上料时间都多于本文设计的生产线系统多模块设计方法。

  3结语

  笔者提出柔性物流自动化接卸生产线多模块设计方法,对柔性物流自动化接卸生产线多模块设计,可为系统提供多种工作模式,并能够对自动化柔性物流生产线系统指令划分。根据划分出生产线系统的生产优先级,将系统作业时间最短作为目标函数,从而提高了柔性物流自动化接卸生产线的工作效率,解决了传统系统模块划分后工作时间长的问题。笔者提出的柔性物流自动化接卸生产线多模块设计方法在产品加工时间、运送量、产品上料工序和上料时间上,都优于文献[1]、文献[2]提出的方法,证明了该方法的有效性。

  本研究方法虽然解决了传统方法一部分的问题,但是仍然存在一定的不足,在后续的研究中将从以下几个方面展开。

  第一,自动柔性生产线系统中不确定性问题的研究。由于柔性物流自动化接卸生产线的生产环境存在不确定性,在实际的生产线系统中,机台可能出现故障,并且受到客户需求等不确定性的影响,从而会对系统多模块的工作状态产生影响。因此在后续的研究中,应充分考虑生产阶段的失效概率,减少生产线系统中的不确定性。

  第二,在生产线系统的工艺规划与调度中,还需要对生产线系统多模块改进与检验,寻找更加合理的多模块设计方案,从而提高生产线的总线控制可靠性和安全性。——论文作者:谈波,郭家伟,陈华,吴昊

文章名称:柔性物流自动化接卸生产线工作流程优化方法

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