以立體庫為物料中心的鈑金柔性加工系統(tǒng)

陳康龍

（天水長城開關(guān)廠有限公司，天水 741018）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會對產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)不僅對中小企業(yè)形成了威脅，而且也困擾著國有大中型企業(yè)。為了提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短生產(chǎn)周期，降低成本，使中小批量生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)抗衡，柔性制造系統(tǒng)便應(yīng)運而生。隨著市場競爭的日趨激烈,企業(yè)都在想方設(shè)法適應(yīng)瞬息萬變的市場需求,而制造手段的落后往往是阻礙企業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。在改造傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的過程中,人們已經(jīng)認(rèn)識到采用柔性制造系統(tǒng)是一種縮短產(chǎn)品研制周期、提高產(chǎn)品市場競爭力的行之有效的辦法。

目前，沒有任何一種復(fù)雜的生產(chǎn)模式能夠整合所有的先進生產(chǎn)模式，因為所處行業(yè)的不同，從而會選擇不同種類的組合，從而達(dá)到本領(lǐng)域生產(chǎn)的最優(yōu)模式，以滿足本行業(yè)生產(chǎn)，這種組合方式當(dāng)然也可以從某個概念出發(fā)，而產(chǎn)生一些組合的生產(chǎn)模式。本文描述了一個在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，以立體庫為物料中心，以柔性制造單元為加工中心，以入出庫臺車為搬運中心組成的一個鈑金柔性加工系統(tǒng)，它不僅能夠存儲原材料，還能夠存儲半成品、成品，并且縮短了物料搬運行程，提高了加工能力，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期。系統(tǒng)不僅適合多品種，小批量生產(chǎn)模式，由于其具備高效存儲能力，因此也能適應(yīng)單一品種的大批量生產(chǎn)模式。

1 鈑金柔性加工系統(tǒng)的組成

設(shè)備層主要由立體庫、沖剪加工中心、沖壓加工中心、機器人折彎加工中心、手動折彎和入出庫臺車組成，相互之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 鈑金柔性加工系統(tǒng)平面布置圖

控制層主要由立體庫控制系統(tǒng)、沖壓中心控制系統(tǒng)、沖剪中心控制系統(tǒng)、機器人折彎中心控制系統(tǒng)、入出庫臺車控制系統(tǒng)組成。

網(wǎng)絡(luò)層主要由MES制造執(zhí)行系統(tǒng)、WMS庫存管理系統(tǒng)、WCS倉庫控制系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 立體庫系統(tǒng)

該系統(tǒng)根據(jù)WCS下達(dá)的作業(yè)，完成對以托盤為單位的板料、半成品、成品的入出庫及儲存，系統(tǒng)主要由立體貨架、堆垛機、入出庫臺車以及專用托盤組成。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

貨架為組合式貨架，采用雙排對稱結(jié)構(gòu)，總的存儲貨位數(shù)量為82個，單個貨位承重不小于3000kg。每排貨架共有10列，每列分為5層，近地面三層為原材料貨位，其余兩層為成品貨位，一層20個貨位中入出庫臺車占用9個貨位，余下11個貨位再分成三層，共22個貨位存放板材，二三層共計40個貨位存放半成品及成品，如圖3 所示。

圖3 貨架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

堆垛機系統(tǒng)采用雙立柱、三組貨叉結(jié)構(gòu)，水平行走、垂直升降或貨叉伸縮采用變頻調(diào)速，水平激光認(rèn)址，無線以太網(wǎng)、PLC控制，最大承載3000KG。

系統(tǒng)采用4種托盤分為板料托盤、半成品托盤、成品托盤及網(wǎng)箱托盤，通過叉車、入出庫臺車來完成原料、半成品、成品入出庫作業(yè)。

入出庫臺車采用PLC控制、變頻調(diào)速，往來于立體庫和各加工中心之間物料搬運，1、2號臺車為原材料入庫，3、5號臺車為板料出庫，4、6號臺車為半成品入庫，7、1號臺車為成品入庫，8、9號臺車為半成品出庫。

3 鈑金柔性加工系統(tǒng)流程的描述

整個系統(tǒng)在ERP和MES的驅(qū)動下通過9臺入出庫臺車和一臺堆垛機來完成物料的入出庫，如圖4所示。

圖4 鈑金柔性加工系統(tǒng)入出庫臺車平面布置圖

系統(tǒng)流程可分為入庫流程和出庫流程。

入庫流程可分為：

原材料入庫，操作員通過無線手持終端獲取ERP采購計劃，對入庫原材料進行檢驗、錄入，并通過1號和2號臺車及堆垛機完成其原材料托盤入庫作業(yè)，堆垛機將其貨位地址及托盤條碼綁定后通過無線以太網(wǎng)發(fā)送給WMS。

半成品入庫，立體庫根據(jù)MES下達(dá)的半成品入庫指令，檢測4號或6號臺車是否到位，到位后控制堆垛機完成其半成品托盤入庫，堆垛機將其貨位地址及托盤條碼綁定后通過無線以太網(wǎng)發(fā)送給WMS。

成品入庫，操作員通過無線手持終端對成品進行檢驗、錄入，并通過7號和1號臺車及堆垛機完成其成品托盤入庫作業(yè)，堆垛機將其貨位地址及托盤條碼綁定后通過無線以太網(wǎng)發(fā)送給WMS。

出庫可分為：

原材料出庫，MES根據(jù)生產(chǎn)計劃向沖壓、沖剪加工中心和立體庫下達(dá)加工作業(yè)和原材料托盤出庫作業(yè)，立體庫將其原材料托盤通過堆垛機、入出庫臺車3號和5號送到?jīng)_壓、沖剪加工中心工作位，沖壓、沖剪加工中心加工完后，剩余原材料托盤再經(jīng)過臺車、堆垛機返回到庫中，堆垛機將其貨位地址及托盤條碼綁定后通過無線以太網(wǎng)發(fā)送給WMS。

半成品出庫，MES根據(jù)生產(chǎn)計劃向機器人中心和手動折彎中心和立體庫下達(dá)加工作業(yè)和半成品托盤出庫作業(yè)，立體庫將其半成品托盤通過堆垛機、入出庫臺車8號和9號送到機器人中心和手動折彎中心工位，機器人中心和手動折彎中心加工完后，剩余半成品托盤再經(jīng)過臺車、堆垛機返回到庫中，堆垛機將其貨位地址及托盤條碼綁定后通過無線以太網(wǎng)發(fā)送給WMS。

成品出庫，MES根據(jù)生產(chǎn)計劃向立體庫下達(dá)成品托盤出庫作業(yè)，立體庫將其成品托盤通過堆垛機、入出庫臺車7號和2號完成成品托盤的出庫，出庫完的空托盤再經(jīng)過臺車、堆垛機返回到庫中，堆垛機將其貨位地址及托盤條碼綁定后通過無線以太網(wǎng)發(fā)送給WMS。

WMS將每次作業(yè)的結(jié)果通過以太網(wǎng)實時上報MES，MES隨時根據(jù)原材料的供應(yīng)、加工效率和供貨需求來調(diào)整計劃，使其達(dá)到最優(yōu)。

4 結(jié)束語

在鈑金柔性加工系統(tǒng)中，立體庫的作用非常重要，其不僅完成鈑金原材料、半成品及成品的出入庫，還負(fù)責(zé)沖剪加工中心、沖壓加工中心、人工折彎設(shè)備、機器人折彎加工中心及入出庫臺車的上下料輸送及調(diào)度，為各加工中心及時提供

材料，并將加工后的半成品及成品送回立體倉庫，立體倉庫是鈑金柔性加工系統(tǒng)的物流樞紐。由此可見，立體庫在鈑金柔性加工系統(tǒng)中起到了一個物料配送中心的作用，儲存、緩沖原材料、半成品、成品是為了更好的協(xié)調(diào)各加工中心，使各加工中心發(fā)揮出最大的生產(chǎn)效率。

[1] 張根保.自動化制造系統(tǒng)(第2版)[M].北京:機械工業(yè)出版社.2005.

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