Складирование с помощью гибких автоматизированных систем

1. Определение числа гибких производственных модулей

 

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

Средний такт выпуска деталей определяется по формуле:

 

                                                                                                      (1)

 

где - фонд времени работы оборудования, ;

       - коэффициент использования оборудования;

       - годовая программа выпуска деталей.

 

.

 

Число гибких производственных модулей определяется по формуле:

 

,                                                                                                       (2)

 

где - расчетное штучное время обработки деталей на одном модуле.

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 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 перерабатываемых 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, т. е. 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 конвейерной перевозкой грузов.                              

В зависимости  от типов и размеров изготовляемых  изделий, а также условий транспортирования  и складирования размеры тары в плане выбирают из следующего стандартного ряда: 150×200, 200×300, 300×400, 400×600, 600×800, 800×800, 800×1200, 1000×1200, 1600×1000, 1600×1200 мм.

Доставка  скомплектованных деталей для механической обработки, а также их хранение могут  быть осуществлены с помощью магазинов  типа кассет для деталей типа тел  вращения или на столах спутниках  для корпусных деталей.

В соответствии с габаритами заготовок и деталей  задается размер кассеты в плане  и . Укладку деталей в кассеты принимаем в один ряд . Так как деталь является деталью типа диск, то выбираем вертикальный способ укладки. Определяем число заготовок или деталей в кассете по формуле:

 

,                                                                                       (3)

 

где - диаметр заготовки.

 

.

 

Потребная грузоподъемность кассеты определяется по формуле:

 

,                                                                                                  (4)

 

 

 

 

где - максимальная масса заготовки или детали.

 

Потребная грузоподъемность кассеты при загрузке заготовками:

 

;

 

при загрузке деталями:

 

.

 

Принимаем грузоподъемность поддонов .

 

               

Рисунок 1. Транспортная тара (кассеты), сохраняющая ориентированное положение транспортируемых деталей при сборке: а – детали, б – установочные элементы, в – корпус, г – транспортная тара в сборе

 

 

 

 

 

 

 

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 определения 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 определяется по формуле:

 

,                                                                                        (5)

 

где - величина транспортной партии прибытия и отправления заготовок и готовых деталей;

       – процент бракованных деталей, ;

       - коэффициент неравномерности грузопотока;

       - фонд работы транспорта;

       - количество смен, ;

       - длительность смены, ;

       - коэффициент использования рабочего времени, .

 

.

 

Расчетная интенсивность выдачи готовых деталей  из ГПС определяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

,                                                                                             (6)

 

где - коэффициент неравномерности выдачи готовых деталей, .

 

.

 

Расчетная интенсивность выдачи заготовок  со склада на ГПМ определяется по формуле:

 

;                                                                                                      (7)

 

.

 

Расчетная интенсивность поступления готовых  деталей с ГПМ определяется по формуле:

 

;                                                                                                       (8)

 

.

 

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

 

,                                                             (9)

 

где - среднее число операций обработки детали на станке, .

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет емкости и габаритов склада

 

Основные  расчетные параметры при проектировании автоматизированного склада следующие:

1. геометрические размеры ячеек;
2. число ярусов по высоте;
3. высота подъема грузозахвата штабелера;
4. занимаемая площадь.

Расчет  вместимости склада ведем с учетом времени нахождения заготовок и  деталей на складе в ходе обработки  партии запуска. Вместимость склада определяется по формуле:

 

,                                                                                                (10)

 

где - штучное время обработки деталей;

      - размер транспортной партии заготовок, ;

       – количество операций на станке;

       - коэффициент использования оборудования в ГПС, ;

       - количество обрабатывающих модулей.

 

.

 

Для простоты решения принимаем величину транспортной партии заготовок за размер партии запуска деталей для обработки  в ГПС.

Определяем  количество поддонов, хранящихся в  складе, по формуле:

 

,                                                                                   (11)

 

где - размер транспортной партии заготовок;

         - размер партии запуска деталей.

 

.

 

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

Расчетная схема автоматического склада приведена  на рисунке 2.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Расчетная схема автоматического  склада

 

Высоту  яруса стеллажа можно определить, зная высоту или толщину тары (для  плоского поддона) ∆ или сумму  высоты ножек поддона и толщины  его настила (для стоечных и ящичных  поддонов), собственную высоту груза  c, зазор e 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 по формуле:

 

,                                                                                               (12)

 

где - высота кассеты, ;

      – высота груза;

      – зазор между кассетами.

 

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

Высота  яруса в стеллаже .

Здесь принято, что зазор между кассетами .

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

Число ярусов рассчитывают по формуле:

 

,                                                                                                (13)

 

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 определяется по формуле:

 

,                                                                                 (14)

 

где – число модулей;

      - габаритная длина модуля с учетом прохода, ;

      - габаритная длина электрошкафов управления ГПМ, .

 

.

 

Принимаем длину стеллажа равной длине производственного  участка

 

.

 

Число ячеек  по длине склада определяется по формуле:

 

,                                                                                                    (15)

 

где - зазор между стенками стеллажа и поддона.

 

.

 

Находим число ярусов в однорядном стеллаже по высоте:

 

.

 

Высота  стеллажей рассчитывается по формуле:

 

,                                                                           (16)

 

где - высота над полом нижнего яруса;

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

 

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:

 

,                                                                                           (17)

 

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

       – зазор между низом тары и верхней поверхностью грузозахвата;

       – высота ножек тары.

 

Находим высоту стеллажей:

 

.

 

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

 

,                                                                                              (18)

 

где - ширина грузовой складской единицы, т.е. размер, в направлении которого ее устанавливают в глубь стеллажа, м;

       – зазор между грузом  и краем стеллажа  или между грузами, ;

       - количество тары по глубине ячейки.

 

Ширину  продольного проезда для штабелирующей машины рассчитывают в зависимости от типа машины: для электроштабелеров и электропогрузчиков с поворотным грузозахватом ; для стеллажного крана-штабелера ; для мостового крана-штабелера без кабины .

Находим ширину стеллажей:

 

.

 

Длину склада определяем по формуле:

 

;                                                                                             (19)

 

.

 

Площадь склада определяется по формуле:

 

;                                                                                     (20)

.

 

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:

1. с одним стеллажом и одним штабелером;
2. с одним стеллажом и двумя штабелерами, расположенными по обе его стороны;
3. с одним стеллажом и двумя штабелерами, расположенными с одной его стороны;
4. с двумя стеллажами и одном штабелером, перемещающимся между стеллажами.

В качестве стеллажа принимаем СТ-0,25 с грузоподъемностью  одной ячейки 250 кг, длиной тары , шириной тары , высотой стеллажа .

 

 

 

Рисунок 3. Габаритная схема автоматического  склада

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

Выбор штабелирующего оборудования производят с учетом величины рабочего хода стеллажных и мостовых кранов-штабелеров и высоты подъема грузозахвата для электропогрузчиков, массы и габаритов тары.

В качестве робота-штабелера принимаем СА-ТСС-0,25 с грузоподъемностью 250 кг, высотой стеллажей , длиной тары , шириной тары , расстоянием от рельсового пути до нижнего рабочего положения грузозахватного органа 450 мм, скоростью передвижения крана-штабелера 1,25 м/с, скоростью подъема грузозахватного органа 0,3 м/с, скоростью выдвижения грузозахватного органа 0,25 м/с, суммарной мощностью электродвигателей 5,0 кВт.

Время цикла  стеллажного робота-штабелера определяется по формуле:

 

,                                                     (21)

 

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

       - длина поддона (размер вдоль стеллажа), ;

       - ширина поддона (размер вдоль ширины стеллажа), ;

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

       - высота яруса стеллажа, ;

       - зазоры вдоль и по ширине стеллажа между тарой и конструкциями стеллажа, .

 

Минимальное время цикла (при ):

 

.

 

Максимальное  время цикла:

 

.

 

 

 

 

 

 

Потребное число роботов-штабелеров при коэффициенте использования рабочего времени и среднем времени цикла определяется по формуле:

 

,                                                                                                        (22)

где .                                                                                              (23)

 

;

 

.

 

Максимальная  загрузка робота-штабелера по времени находим по формуле:

 

;                                                                                                    (24)

 

.

 

Функция приема грузов на складе, а также  выдачи их со склада на транспортную систему  рядом с автоматизированным складом  выполняет приемно-сдаточная секция. Она является составной частью складской  системы. Планировочное решение  этой секции должно обеспечить удобство подъезда или стыковки с транспортными  средствами, доставляющими грузы  на склад и отправляющими грузы  на производственные участки. Для осуществления  приемки и отправки грузов приемо-сдаточные  секции оснащаются накопителями и устройствами для контроля массы груза.

В качестве приемо-сдаточной секции стеллажа принимаем  ПСС-0,25 с массой тары 250 кг, длиной тары , шириной тары и расстоянием от пола до несущей плоскости механизма .

Длина накопителя приемо-сдаточной секции стеллажа автоматического  склада и выдачи поддонов из ГПС  находим по формуле:

 

;                                                                                       (25)

 

.

 

Вместимость накопителя находим по формуле:

 

 

;                                                                                                   (26)

 

.

 

В качестве накопителя приемо-сдаточной секции стеллажа автоматического склада принимаем  ПУ-0,25 с массой тары 250 кг, длиной тары , шириной тары , числом позиций накопления 2 шт. и расстоянием от пола до несущей плоскости механизма .

В качестве устройства для контроля массы груза  принимаем УКМ-0,25 с массой тары 250 кг, длиной тары , шириной тары и расстоянием от пола до несущей плоскости механизма .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Определение капитальных затрат на АТСС и годовых эксплуатационных расходов

 

 

Капитальные затраты определяются по формуле:

 

,                                                                                                      (27)

 

где   -  высота   помещения,   необходимая   для   размещения   АТСС,  ;

       – ширина и длина склада АТСС, ;

       - стоимость 1 м³ производственного корпуса, ;

       - число ячеек склада стеллажа, ;

       - металлоемкость стеллажа в расчете на один хранящийся поддон, ;

       – стоимость 1 т металлоконструкций с монтажом  и окраской, ;

       - стоимость одного поддона-кассеты, ;

       – металлоемкость подкрановых путей робота-штабелера, ;

       - стоимость 1 т металлоконструкций подкрановых путей робота-штабелера, ;

       - число модулей ГПС на производственном участке, ;

       - стоимость одного устройства приема-выдачи груза (позиционера ГПМ), ;

       - длина конвейера накопителя, ;

       - стоимость 1 м длины конвейера накопителя, ;

       - число роботов-штабелеров, ;

       – стоимость робота-штабелера, ;

       - стоимость системы управления ГПС,

 

Капитальные затраты на создание АТСС составляют:

 

.

 

Годовые эксплуатационные расходы на создание АТСС ГПС определяем по формуле:

 

 

 

 

 

 

,          (28)

 

где - часть трудозатрат наладчиков АТСС, ;

       - стоимость части производственного здания, занимаемого АТСС, ;

       - стоимость стеллажей с кассетами спутниками, ;

          -     стоимость     подкрановых   путей    робота-штабелера, ;

       - стоимость конвейера накопителя, ;

       - стоимость устройств приема-выдачи, ;

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

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

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

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

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

 

Годовые эксплуатационные расходы на создание АТСС ГПС:

 

.

 

Приведенные затраты по АТСС ГПС находим по формуле:

 

;                                                                                                  (29)

 

.

 

Себестоимость переработки грузов в АТСС ГПС  определяем по формуле:

 

,                                                                                                       (30)

 

где   - средняя масса одной детали, .

 

.

 

 

 

7. 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.

Принятие  компоновочно-планировочного решения  складской системы зависит 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-штабелер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 свою очередь, рассматривается  как система, т.е. как комплекс взаимосвязанных  элементов, созданный для достижения единой цели. С учетом этого АТСС ГПС проектируется как система, состоящая из следующих элементов:

1. загрузочного участка, через который в ГПС поступает все заготовки, инструмент, специальные приспособления и другие грузы, и материалы, необходимые для эффективного автономного функционирования гибкого автоматического производства;
2. комплекта транспортно-складской тары, кассет, спутников, которые обеспечивают укрупнение транспортных грузовых единиц;
3. 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;
4. накопительного участка (склада), который служит для временного хранения запасов заготовок, полуфабрикатов (не полностью обработанных деталей), инструмента, приспособлений, готовых деталей, пустой тары, кассет, спутников;
5. перегрузочного участка, который служит для передачи поддонов, кассет, спутников с грузами с накопительного участка на внутрисистемный транспорт ГПС и в обратном направлении;
6. 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;
7. приемоотправочных участков, расположенных у робототехнологических комплексов производственного участка и служащих для  передачи  заготовок и   полуфабрикатов  в таре с внутрисистемного