CN110442935B - 自动化装备生产节拍设计与优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动化装备的生产节拍设计与优化方法，通过计算装备的期望生产节拍，根据装备中装置的生产节拍计算步骤，计算各装置生产节拍，分析装备的实际生产节拍并与其期望生产节拍对比，建立生产节拍仿真模型并找出瓶颈工位，提出优化方案满足装备生产效率要求。通用便捷，能够适用于通用性的自动化装备生产线，节省企业开发成本，为自动化装备的生产效率提高提供了一个普适性的解决方法。能够广泛应用于装备开发与制造前，优化配置企业资源。

Description

自动化装备生产节拍设计与优化方法
技术领域
本发明属于自动化装备设计的技术领域，尤其涉及一种自动化装备的生产节拍设计与优化方法。
背景技术
通常情况下，在自动化装备开发完成之后再来考虑其生产节拍是否满足要求会增加企业开发成本，针对某一个具体的生产工艺具体设计并确定工作节拍，且目前生产节拍的设计缺乏系统性与通用性。为了节省企业开发成本，提高自动化装备的生产效率并优化配置企业资源，在装备开发与制造前，寻找一种通用性的自动化装备生产节拍设计与优化方法显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化装备的生产节拍设计与优化方法，准确计算装备的实际生产节拍，为一套通用性的自动化装备生产节拍设计与优化方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于包括以下步骤：S1：根据生产需求，计算装备的期望生产节拍；S2：装备中各装置动作过程分析，建立动作连续关系矩阵步骤；S3：电机轴对应位移动作时间分析；S4：气缸冲回程的最佳动作时间分析；S5装备中：各装置动作序列建模、各动作执行时间确定及生产节拍计算；S6：分析并对比装备实际生产节拍与期望生产节拍；S7：建立生产节拍仿真模型并找出瓶颈工位；S8：针对瓶颈工位提出生产节拍方案，仿真验证该生产节拍方案可行性。
按上述方案，所述步骤S1中，装备的期望生产节拍r由其生产需求F与有效生产时间Q决定，即r＝F/Q。
按上述方案，所述步骤S2中，根据装备中各装置的动作过程，建立各装置的动作连续关系矩阵，分析各装置中各动作之间的串并行关系。
按上述方案，所述步骤S3中，电机轴对应位移动作时间t由电机轴的速度v、加减速度a以及位移s决定，即t＝s/v+v/a或
Figure BDA0002138794250000021
按上述方案，所述步骤S4中，根据气缸动作时间主要受节流孔开度大小影响的规律，建立气缸冲回程运动过程仿真模型，根据气缸参数进行仿真，得到不同节流孔开度下气缸冲回程的动作时间，在确保气缸运动平稳性的情况下选择最佳动作时间。
按上述方案，所述步骤S5中，根据各装置的动作连续关系矩阵建立各装置的动作序列模型，确定各动作执行时间，由动作序列模型计算各装置的生产节拍。
按上述方案，所述步骤S6中，根据得到的各装置生产节拍分析装备的实际生产节拍，并与装备的期望生产节拍进行对比。
按上述方案，所述步骤S7中，当设计的装备实际生产节拍不满足期望生产节拍要求时，建立装备的生产节拍仿真模型，根据仿真结果得出瓶颈工位。
按上述方案，所述步骤S8中，针对装备中的瓶颈工位提出对应的生产节拍优化方案，并建立仿真模型验证方案可行性，使其满足装备生产效率要求。
由此，本发明提出的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，通过计算装备的期望生产节拍，根据装备中装置的生产节拍计算步骤，计算各装置生产节拍，分析装备的实际生产节拍并与其期望生产节拍对比，建立生产节拍仿真模型并找出瓶颈工位，提出优化方案满足装备生产效率要求。通用便捷，能够适用于通用性的自动化装备生产线，节省企业开发成本，为自动化装备的生产效率提高提供了一个普适性的解决方法。能够广泛应用于装备开发与制造前，优化配置企业资源。
附图说明
图1为本发明的自动化装备生产节拍设计与优化方法流程图。
图2为动作连续关系矩阵示意图。
图3为气缸冲程运动过程仿真模型图。
图4为气缸进气腔节流孔流量特性仿真模型图。
图5为气缸排气腔节流孔流量特性仿真模型。
图6为气缸进气腔压力变化仿真模型。
图7为气缸排气腔压力变化仿真模型。
图8为气缸活塞摩擦力仿真模型。
图9为气缸活塞运动仿真模型。
具体实施方式
下面结合附图1-9对本发明作进一步的详细描述，但不限定本发明。
如图1所示，本发明的自动化装备生产节拍设计与优化方法包括以下步骤：S1：装备的期望生产节拍计算步骤；S2：各装置动作过程分析，建立动作连续关系矩阵步骤；S3：电机轴对应位移动作时间分析步骤；S4：气缸冲回程的最佳动作时间分析步骤；S5：各装置动作序列建模、各动作执行时间确定及生产节拍计算步骤；S6：分析并对比装备实际生产节拍与期望生产节拍步骤；S7：建立生产节拍仿真模型并找出瓶颈工位步骤；S8：针对瓶颈工位提出优化方案，仿真验证方案可行性步骤。适用于装置动作主要是电机轴和气缸运动的自动化设备。
各步骤具体如下：
S1：首先根据生产需求确定装备的计划生产需求及有效生产时间，然后根据期望生产节拍计算公式得到装备的期望生产节拍。
S2：分析装备中各装置的动作过程，建立各装置的动作连续关系矩阵Bijk，Bijk代表某装置内的动作，其中i表示装置编号，jk表示该装置内的动作编号，S与T分别代表开始行为与结束行为，Wa,b数值表示a行与b列的动作之间的关系，若Wa,b＝1，则a行动作与b列动作之间为串行关系，且动作顺序为a行动作指向b列动作；若Wa,b＝1,Wa,(b+1)＝1，则a行动作与b列动作、(b+1)列动作都是串行关系，b列动作与(b+1)列动作之间为并行关系；若b列动作执行时间小于(b+1)列动作执行时间，则(b+2)列动作会与(b+1)列动作完成之后再执行。通过的动作连续关系矩阵Bijk得到各装置中各动作之间的串并行关系，如图2动作连续关系矩阵示意图所示。
S3：在计算轴对应位移动作时间时，首先根据轴的速度v、加减速度a以及位移s确定轴属于匀加速→匀速→匀减速和匀加速→匀减速中的哪种运动形式，然后根据不同的计算公式得到轴对应位移动作时间。
S4：气缸冲回程过程包括进气腔进气和排气腔排气。如图4和图5为根据气缸冲程过程的气体质量流量方程，建立的进气腔节流孔流量特性仿真模型和排气腔节流孔流量特性仿真模型；图6和图7为根据压力变化方程建立的进气腔压力变化仿真模型和排气腔压力变化仿真模型；图8和图9为根据活塞运动方程建立的活塞摩擦力仿真模型和活塞运动仿真模型。集成上述图4-图9的模型得到图3中气缸冲程运动过程仿真模型，根据气缸参数进行仿真，得到不同节流孔开度下气缸的活塞速度与位移曲线图，在确保气缸运动平稳的情况下选择气缸合理的冲程动作时间，同理得到其回程动作时间。
S5：根据确定的各装置动作连续关系矩阵建立各装置的动作序列模型，根据上述各轴对应位移动作时间及气缸冲回程动作时间确定各动作的执行时间，计算各装置的生产节拍。
S6：根据得到的各装置生产节拍，通过分析装备的生产运行过程确定装备的实际生产节拍由哪个装置决定，得到装备的实际生产节拍并与其期望生产节拍进行对比。
S7：根据对比结果，若装备的实际生产节拍满足其期望生产节拍要求，则装备的生产节拍设计完成，若不满足要求，则建立装备的生产节拍仿真模型，根据前述相关计算结果设置仿真参数，根据仿真结果分析其瓶颈工位所在。
S8：针对瓶颈工位提出生产节拍优化方案，建立优化后的装备生产节拍仿真模型，根据仿真结果验证优化方案的可行性，使其满足装备的生产效率要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方法的保护范围内。

Claims (9)

1.一种自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于包括以下步骤：S1：根据生产需求，计算装备的期望生产节拍；S2：装备中各装置动作过程分析，建立动作连续关系矩阵步骤；S3：电机轴对应位移动作时间分析；S4：气缸冲回程的最佳动作时间分析；S5装备中：各装置动作序列建模、各动作执行时间确定及生产节拍计算；S6：分析并对比装备实际生产节拍与期望生产节拍；S7：建立生产节拍仿真模型并找出瓶颈工位；S8：针对瓶颈工位提出生产节拍方案，仿真验证该生产节拍方案可行性。
2.根据权利要求1所述的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于所述步骤S1中，装备的期望生产节拍r由其生产需求F与有效生产时间Q决定，即r＝F/Q。
3.根据权利要求1所述的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于所述步骤S2中，根据装备中各装置的动作过程，建立各装置的动作连续关系矩阵，分析各装置中各动作之间的串并行关系。
4.根据权利要求1所述的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于所述步骤S3中，电机轴对应位移动作时间t由电机轴的速度v、加减速度a以及位移s决定，即t＝s/v+v/a或
Figure FDA0002138794240000011
5.根据权利要求1所述的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于所述步骤S4中，根据气缸动作时间主要受节流孔开度大小影响的规律，建立气缸冲回程运动过程仿真模型，根据气缸参数进行仿真，得到不同节流孔开度下气缸冲回程的动作时间，在确保气缸运动平稳性的情况下选择最佳动作时间。
6.根据权利要求1所述的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于所述步骤S5中，根据各装置的动作连续关系矩阵建立各装置的动作序列模型，确定各动作执行时间，由动作序列模型计算各装置的生产节拍。
7.根据权利要求1所述的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于所述步骤S6中，根据得到的各装置生产节拍分析装备的实际生产节拍，并与装备的期望生产节拍进行对比。
8.根据权利要求1所述的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于所述步骤S7中，当设计的装备实际生产节拍不满足期望生产节拍要求时，建立装备的生产节拍仿真模型，根据仿真结果得出瓶颈工位。
9.根据权利要求1所述的自动化装备的生产节拍设计与优化方法，其特征在于所述步骤S8中，针对装备中的瓶颈工位提出对应的生产节拍优化方案，并建立仿真模型验证方案可行性，使其满足装备生产效率要求。
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