Автоматизированная транспортно-складская система

Автоматизированная транспортно-складская система

Курсовая работа по курсу "Автоматизация производственных процессов в машиностроении". - Арзамас.: АПИ НГТУ, 2014. - 30 с.

В курсовой работе были решены вопросы о проектировании и анализа работы современных, автоматизированных станочных систем, а также определение числа гибких производственных модулей в станочной системе, определение основных параметров паллет (столов спутников, кассет) на которых передаются заготовки, расчет интенсивности грузопотоков и производительности складского робота-штабелера, расчет емкости и габаритов склада, определение времени транспортного цикла робота-штабелера и длины накопителя АТСС, определение капитальных затрат на АТСС и годовых эксплуатационных расходов.

Введение

Автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) представляет собой одну из подсистем гибкого автоматизированного производства, наряду с производственной подсистемой контроля качества изделий, уборки отходов производства и подсистемой автоматического управления всей работой ГПС.

В соответствии с иерархическим принципом построения систем АТСС, в сою очередь, рассматривается как система, то есть как комплекс взаимосвязанных элементов, созданный для достижения единой цели. С учетом этого АТСС ГПС проектируется как система, состоящая из следующих элементов:

)        загрузочного участка, через который в ГПС поступают все заготовки, инструмент, специальные приспособления и другие грузы, и материалы, необходимые для эффективного автономного функционирования гибкого автоматического производства; комплекта транспортно-складской тары, кассет, спутников, которые обеспечивают укрупнение транспортных грузовых единиц;

)        участка укладки грузов в тару, кассеты, спутники; он необходим в структуре АТСС в случаях, когда заготовки и инструмент поступают в ГПС навалом в универсальной таре и необходима ориентированная укладка их в кассеты и спутники; когда в процессе обработки деталей после некоторых операций необходима их перестановка в кассетах и спутниках;

)        накопительного участка (склада), который служит для временного хранения запаса заготовок, полуфабрикатов (не полностью обработанных деталей), инструмента, приспособлений, готовых деталей, пустой тары, кассет, спутников;

)        перегрузочного участка, который служит для передачи поддонов, кассет, спутников с грузами с накопительного участка на внутрисистемный транспорт ГПС и в обратном направлении;

)        внутрисистемного транспорта ГПС, который служит для подачи поддонов, кассет, спутников с заготовками, полуфабрикатами, инструментом с накопительного участка к робототехнологическим комплексам (РТК) производственного участка и полуфабрикатов, готовых изделий, обработанного инструмента в обратном направлении с производственного участка на накопительный;

)        приемоотправочных участков, расположенных у робототехнологических комплексов производственного участка и служащих для передачи заготовок и полуфабрикатов в таре с внутрисистемного транспорта ГАПС к РТК и готовых деталей - в обратном направлении;

)        разгрузочного участка, служащего для выдачи готовых деталей в таре и других грузов из ГПС на внешний транспорт (внутризаводской или внутрицеховой).

Целью АТСС являются прием, накопление, транспортирование, выдача всех заготовок, полуфабрикатов, инструмента, технологической оснастки, готовых изделий в ГПС для обеспечения ее наиболее эффективного функционирования при изготовлении заданного объема изделий заданной номенклатуры с наименьшими простоями основного технологического оборудования и минимальными приведенными затратами.

1. Определение числа гибких производственных модулей

Расчетное число оборудования определяются как отношение средней станкоемкости, приходящейся на каждый станок к среднему такту выпуска деталей.

Средний такт выпуска деталей

 (1.1)

где  - фонд времени работы оборудования,  = 4025 ч;

 - коэффициент использования оборудования, ;

- годовая продукция выпуска деталей, шт.

 ч^-1.

Число гибких производственных модулей

(1.2)

где  - штучное время,  = 9 мин.

.

Принимается число гибких производственных модулей

. Определение основных параметров тары

Выбор типа и параметров производственной тары является одним из первых этапов проектирования складской системы, так как посредством тары увязывается между собой номенклатура передаваемых грузов, определяются интенсивность грузопотоков, условия транспортирования и изготовления изделий, а также основные параметры самой складской системы.

Увязка тары с внешними и внутренними грузопотоками должна выполняться посредством лучшего заполнения транспортных средств, то есть путем увеличения объема транспортной партии и обеспечения бесперевалочного процесса транспортирования и складирования грузов. Увеличение транспортной партии может быть достигнуто путем компактного размещения грузов в производственной таре, а также контейнерной перевозки грузов.

В зависимости от типов и размеров изготовляемых изделий, а также условий транспортирования и складирования размеры тары в плане выбирают из следующего стандартного ряда: 150х200, 200х300, 300х400, 400х600, 600х800, 800х800, 800х1200, 1000х1200, 1600х1000, 1600х1200.

Доставка скомплектованных деталей для механической обработки, а также их хранение могут быть осуществлены с помощью магазинов типа кассет (рис. 1) для деталей типа тел вращения.

 производственный тара грузопоток склад

Рисунок 1 - Транспортная тара (кассеты), сохраняющая ориентированное положение транспортных деталей при сборке: а - детали;

б - установочные элементы; в - корпус; г - транспортная тара в сборе.

Для длинномерных грузов (например, металлопроката) ГОСТом предусматриваются поддоны длиной до 6 метров. Масса брутто стандартных поддонов составляет от 10 до 5 т.

В соответствии с габаритами заготовок и деталей задается размер кассеты в плане:  мм и  мм. Укладка деталей в кассете принимается в один ряд. Определяется число заготовок или деталей в кассете при укладке по способу 1 (вертикально)

(2.1)

где - усредняющий коэффициент для округления до целых величин.

шт;

при укладки по способу 2 (горизонтально вдоль кассеты)

шт;

при укладке по способу 3 (горизонтально поперек кассеты)

шт.

Выражение {…} означает, что берется целая часть от расчетного числа.

Высота кассеты с грузом:

при способе укладки 1 шт;

при способе укладки 2 шт;

при способе укладки 3 шт.

Объем, занимаемый одной кассетой

при способе укладки 1 м³;

при способе укладки 1 м³;

при способе укладки 1 м³.

Число заготовок, помещающихся в 1м³ объема кассеты

при способе укладки 1 шт;

при способе укладки 1 шт;

при способе укладки 1 шт.

Принимаем способ укладки деталей и заготовок в кассету 1, так как он обеспечивает наилучшее использование объема производственного помещения.

Потребная грузоподъемность кассеты

при загрузке заготовками

кг;

при загрузке деталями

 кг;

Принимается грузоподъемность поддонов  кг.

3. Расчет интенсивности грузопотоков и производительности складского робота - штабелера

Основой для проектирования транспортной системы является схема материальных потоков, цеха и участков, которая должна быть составлена с учетом обеспечения мощности грузопотоков. Грузовые потоки цеха представляют собой определенную схему движения предметов труда в соответствии с последовательностью производственного процесса. Расчет интенсивности грузопотоков и определение их оптимальных схем является одной из составляющих частей проекта АТСС. Организация оптимальных грузопотоков включает в себя решение таких задач, как сокращение общей длины транспортных путей, пересечений и разветвлений, исключение транспортных петель и возвратных трасс, обеспечение ремонтопригодности транспортных средств. Это приводит к снижению капитальных и эксплуатационных затрат. Заготовки, уложенные в кассеты, подаются с заготовительного участка в ГПС внутризаводским транспортом. Фонд работы транспорта принимаем равным 260 дней. Коэффициент неравномерности грузопотока - 1,5.

Расчетная интенсивность поступления заготовок в ГПС

,(3.1)

где  - процент бракованных деталей;

 - количество смен;

 ч - длительность смены;

Расчетная интенсивность выдачи готовых деталей из ГПС

(3.2)

где  - коэффициент неравномерности выдачи готовых деталей.

Расчетная интенсивность выдачи готовых заготовок со склада на ГПМ

, (3.3)

Расчетная интенсивность поступления готовых деталей с ГПМ

, (3.4)

Производительность робота-штабелера определяется суммированием грузопотоков и деталей с учетом дополнительного грузопотока оснастки и инструмента через склад в ГПС и обратно. Дополнительный грузопоток учитывается повышающим коэффициентом .

,(3.5)

где  - среднее число операций обработки детали на станке.

. Расчет емкости и габаритов склада

Основными расчетными параметрами при проектировании автоматизированного склада являются:

) геометрические размеры ячеек;

) число ярусов по высоте;

) высота подъема грузозахвата штабелера;

) занимаемая площадь.

Расчет вместимости склада ведется с учетом времени нахождения заготовок и деталей на складе в ходе обработки партии запуска:

, (4.1)

где  - количество операций на станке;

 - коэффициент использования оборудования в ГПС.

 - размер транспортной партии заготовок.

Для простоты решения принимается величина транспортной партии заготовок за размер партии запуска деталей для обработки в ГПС.

Определяем количество поддонов, хранящихся на складе

, (4.2)

В качестве склада выбирается однорядный многоярусный стеллаж с автоматическим краном-штабелером.

Расчетная схема автоматического склада приведена на (рис. 2).

Рисунок 2 - Расчетная схема автоматического склада

Высоту яруса стеллажа можно определить, если известны:

высота или толщина тары (для плоского поддона) Δ или сумма высоты ножек поддона и толщины его настила (для стоечных и ящичных поддонов);

-собственная высота груза ;

зазор  между верхом нижнего поддона (для ящичных и стоечных поддонов) или лежащего на нем груза (для плоских поддонов) до низа опорной поверхности следующей по высоте тары с грузом.

Используется формула

.(4.3)

Для бесполочных стеллажей принимается мм, для каркасных - мм (в зависимости от толщины полки), а при штабельном хранении  мм.

Высота яруса в стеллаже

где  мм - высота кассеты;

 мм - высота груза;

 мм - зазор между кассетами.

Высота складского помещения в зоне хранения грузов  определяется стандартными строительными размерами здания.

Число ярусов рассчитывается по формуле

, (4.4)

где  - количество поддонов хранящихся на складе;

 - число ячеек по длине склада;

 - число ячеек в глубину склада.

Длина склада определяется из компоновки оборудования на производственном участке.

Длина производственного участка

, (4.5)

где м - габаритная длина модуля с учетом прохода;

м - габаритная длина электрошкафов управления ГПМ.

м.

Принимается длина стеллажа равной длине производственного участка:

м.

Число ячеек по длине склада

, (4.6)

ячеек.

Число ярусов в двурядном стеллаже по высоте

.

где поддонов - вместимость склада;

 - число ячеек по длине склада;

 - число ячеек в двурядном стеллаже.

Высота стеллажей рассчитывается по формуле

где  - высота над полом нижнего яруса;

 - расстояние по высоте от низа строительных конструкций покрытия здания до опорной поверхности верхнего яруса стеллажей или штабеля (для стеллажных кранов-штабелеров  м, для мостовых кранов-штабелеров  м).

При использовании мостовых кранов-штабелеров, напольных штабелеров и погрузчиков принимают высоту уровня первого яруса над полом , так как нижняя тара устанавливается непосредственно на пол.

При применении на складе стеллажных кранов-штабелеров высоту  определяют по формуле

, (4.8)

где  - минимальное приближение грузозахвата крана-штабелера к уровню опорной поверхности стеллажей;

 - зазор между низом тары и верхней поверхностью грузозахвата;

 - высота ножек тары.

Высота стеллажей

.

При определении площади зоны хранения по формуле учитывают ширину стеллажа, рассчитывают по формуле

, (4.9)

где  - ширина грузовой складской единицы, то есть размер, в направлении которого ее устанавливают в глубь стеллажа, м;

м - зазор между грузом и краем стеллажа или между грузами;

 - количество тары по глубине ячейки.

Ширина  продольного проезда для штабелирующей машины рассчитывается в зависимости от типа машины: для электро-штабелеров и электропогрузчиков с поворотным грузозахватом м; для стеллажного крана-штабелера м; для мостового крана-штабелера без кабины

м.

Ширина стеллажей

мм.

Длина склада

м.

Площадь склада

м².

При выполнении планировочных решений зоны складирования следует учесть возможность выполнения различных схем расположения стеллажей относительно штабелирующих устройств.

При проектировании автоматизированного склада возможны следующие схемы планировок стеллажей совместно со штабелирующим оборудованием:

) с одним стеллажом и одним штабелером;

) с одним стеллажом и двумя штабелерами, расположенными по обе его стороны;

) с одним стеллажом и двумя штабелерами, расположенными с одной его стороны;

) с двумя стеллажами и одним штабелером, перемещающимся между стеллажами.

Рисунок 3 - Схема автоматического склада

В качестве стеллажа принимаем СТ-0,5; его технические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики стеллажа СТ-0,5

 Модель     Грузоподъемность одной ячейки, кг           Габаритные размеры тары, мм     Высота ,

. Определение времени транспортного цикла робота-штабелера и длины накопителя АТСС

Выбор штабелирующего оборудования производят с учетом: величины рабочего хода стеллажных и мостовых кранов-штабелеров

(5.1)

и высоты подъема грузозахвата

(5.2)

для электрогрузчиков, массы и габаритов тары.

В качестве робота-штабелера принимаем СА-ТСС-0,5; его технические характеристики приведены ниже.

Таблица 2 - Технические характеристики крана-штабелера СА-ТСС-0,5

Время цикла стеллажного робота-штабелера

мин. (5.3)

где  - число ячеек в стеллаже, которые обслуживаются по горизонтали и вертикали;

м - длина поддона (размер вдоль стеллажа);

м - ширина поддона (размер вдоль ширины стеллажа);

м/мин; м/мин; м/мин - скорость движения робота-штабелера соответственно вдоль стеллажа, по вертикали (подъем и опускание каретки) и выдвижение телескопического грузозахвата;

м - высота яруса стеллажа;

м; м - зазоры вдоль и по ширине стеллажа между тарой и конструкциями стеллажа.

Минимальное время цикла (при  и )

Максимальное время цикла

Потребное число роботов-штабелеров  при коэффициенте использования рабочего времени  и среднем времени цикла

Определяется по формуле

Максимальная загрузка робота-штабелера по времени

Функции приема грузов на склад, а также выдачи их со склада на транспортную систему рядом с автоматизированным складом выполняет приемо-сдаточную секцию. Она является составной частью складской системы. Планировочное решение этой секции должно обеспечить удобство подъезда или стыковки с транспортными средствами, доставляющими грузы на склад и оправляющими грузы на производственные участки. Для осуществления приемки и отправки грузов приемо-сдаточные секции оснащаются следующими устройствами: стационарными столами с толкателями, передвижными консольными секциями, гравитационными роликовыми конвейерами, накопителями, встроенными в конструкцию стеллажей, подъемными столами.

В качестве приемо-сдаточной секции стеллажа принимаем ПСС-0,5; ее технические характеристики приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические характеристики приемо-сдаточной секции стеллажа ПСС-0,5

Длина накопителя приемо-сдаточной секции стеллажа автоматического склада и выдачи поддонов из ГПС

Вместимость накопителя

 кассета,

где  - число заготовок в транспортной партии;

 - число заготовок в кассете.

В качестве накопителя приемо-сдаточной секции стеллажа автоматического склада принимаем ПУ-0,5; его технические характеристики приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Технические характеристики накопителя приемо-сдаточной секции стеллажа ПУ-0,5

В качестве устройства для контроля массы груза принимаем УКМ-0,5; его технические характеристики приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Технические характеристики устройства для контроля массы груза УКМ-0,5

6. Определение капитальных затрат на АТСС и годовых эксплуатационных расходов

Капитальные затраты определяем по формуле

(6.1)

где м - высота помещения, необходимая для размещения АТСС;

м; м - ширина и длина склада АТСС,

у.е./м³ - стоимость 1м³ производственного корпуса;

т - металлоемкость стеллажа в расчете на один хранящийся поддон;

у.е./т - стоимость 1т металлоконструкций с монтажом и окраской;

у.е. - стоимость одного паддона-кассеты;

т - металлоемкость подкрановых путей робота-штабелера;

 - число модулей ГПС на производственном участке;

у.е. - стоимость одного устройства приема-выдачи груза (позиционера ГПМ);

м - длина конвейера накопителя;

у.е. - стоимость 1м длины конвейера накопителя;

тыс. у.е. - стоимость робота-штабелера;

тыс. у.е. - стоимость системы управления ГПС.

Капитальные затраты на создание АТСС составляют

Годовые эксплуатационные расходы на создание АТСС ГПС определяем по формуле

, (6.2)

где чел часть трудозатрат наладчиков АТСС;

 тыс. у.е. - стоимость части производственного здания, занимаемого АТСС;

 тыс. у.е. - стеллажей с кассетами спутниками;

 тыс. у.е. - подкрановых путей робота-штабелера;

 тыс. у.е. - конвейера накопителя;

 тыс. у.е. - устройств приема-выдачи;

 - годовая доля отчислений на содержание, амортизацию и ремонт производственных зданий;

 - годовая доля отчислений на содержание, амортизацию и ремонт зданий стеллажей, подкрановых путей робота-штабелера, конвейеров;

- годовая доля отчислений на содержание, амортизацию и ремонт перегрузочных устройств;

 - годовая доля отчислений на содержание, амортизацию и ремонт робота-штабелера;

- годовая доля отчислений на содержание, амортизацию и ремонт системы автоматического управления.

Приведенные затраты по АТСС ГПС

Себестоимость переработки грузов в АТСС ГПС

где  кг - средняя масса одной детали.

/ Компоновочно-планировочные решения транспортно-складской системы

Критерием выполнения компоновочно-планировочных решений является мощность грузопотока, минимальное значение которого позволит сократить затраты на транспортирование полуфабрикатов, повысить коэффициент использования технологического оборудования и мобильность всей производственной системы.

Принятые компоновочно-планировочные решения складской системы зависят от типа и характера производства, производственной программы выпуска продукции, типов транспортных средств, строительной части производственного корпуса и других факторов.

Компоновка линейной транспортно-складской системы в соответствии с выбранным складом приведена на рисунке 4. Перемещение грузов вдоль линии станков и их загрузка в ГПС для изготовления деталей типа тел вращения осуществляется роботом-штабелером, который также производит обмен полуфабрикатов между складом 5 и накопителем 4.

Рисунок 4 - Автоматизированный участок для изготовления деталей типа тел вращения линейной планировки 1 - производственные модули, 2 - перегрузочные устройства модулей, 3 - подкрановые пути стеллажного робота-штабелера, 4 - конвейер-накопитель, 5 - стеллаж, 6 - робот-штабеллер.

Заключение

В данной курсовой работе был произведен расчет транспортно-складской системы автоматизированного участка групповой механической обработки деталей типа тел вращения. При этом были рассмотрены следующие вопросы: определение основных параметров тары, расчет интенсивности внешнего грузопотока, определение производительности складского робота-штабелера, определение вместимости и габаритов склада, определение времени транспортного цикла робота-штабелера и длины накопителя АТСС, компоновочно-планировочное решения транспортно-складской системы.

Список литературы

1.       Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "Автоматизация производственных процессов в машиностроении"/ М.В. Кангин; АПИ НГТУ Арзамас, 2005. - 75с.

2.           Особенности технологического проектирования гибких производственных систем механической обработки. Учеб. пособие/ А.А. Симонов, М.В. Сорокин, С.Б. Бобрынин; Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород. 1993. - 86 с.

3.       Склады гибких автоматизированных производств. Маликов О.Б./ Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1986. - 187 с. ил.

.        Технологические расчеты при проектировании гибкого автоматизированного производства. Учеб. Пособие по курсу "Технологические основы ГАП"/Сорокин М.В. Нижегород. гос. тех. ун-т. Н. Новгород. 1990. - 66 с. ил.

.        Транспортно-накопительная система. Методические указания к выполнению индивидуальных работ по курсу "Основы технологии ГАП"/ НГТУ; Сост.: В.И. Котельников, Д.С. Пахомов и др. Н. Новгород, 1995. - 14 с. ил.