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生產線設計

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飲料灌裝生產線設計支持技術與系統
作者:輸送機械設備網  發布于:2014-10-15 13:42:43  瀏覽量:
 
 [摘要]飲料灌裝生產線主要由輸送設備、輸瓶系統、輸箱系統等組成。本文以飲料灌裝生產線為對象,研究提出支持布局設計和結構設計的集成化產品模型,以及基于該模型的生產線設計支持技術和系統。

  飲料灌裝生產線主要由輸送設備、輸瓶系統、輸箱系統等組成,其設計過程主要包括布局設計、結構設計和運行設計等環節。由于組成生產線的零部件絕大多數是標準件和通用件,因此布局設計是飲料灌裝生產線設計的重點。然而在布局設計中,設計人員無法綜合考慮單機產能、整線產能、車間布局、生產線平衡等諸多約束,設計方案中的缺陷和問題只能在結構設計甚至在制造和使用過程中才能被發現,從而降低了生產線的性能和設計質量。充分利用數字化的手段,建立集成化產品模型有效地支持生產線的布局設計,是提高生產線設計效率和效益的關鍵。
  本文以飲料灌裝生產線為對象,研究提出支持布局設計和結構設計的集成化產品模型,以及基于該模型的生產線設計支持技術和系統。
  飲料灌裝生產線的設計過程大致可以分為布局設計、結構設計和運動設計3個階段。由于生產線的運動設計從內容上相對獨立,而布局設計和結構設計的關系較為緊密,因此本文面向設計的集成化生產線設備模型主要是指支持布局設計和結構設計的生產線模型,其重點是支持生產線的布局設計。
  1、生產線的布局設計與結構設計
  布局設計主要是指在針對特定產品、滿足產能需求的情況下,完成設備的定型、設備的定位、生產線的排布、車間大小的確定、成本估算等工作。產生的結果包括布局方案圖、粗略成本等。如果將生產線全生命周期各階段產生的關于生產線的描述結果看作針對輸送線的視圖,那么布局方案是其中的一個,也是生產線設計階段的第一個重要視圖。而從設計過程來看,生產線的進一步細化,跟結構設計是分不開的。由于布局方案圖對后續設計的重要性,因此要對布局方案進行運行仿真,以優化設計結果。
  2、生產線集成化產品模型框架

生產線集成化產品模型框架
圖1  生產線集成化產品模型框架

  生產線集成化模型框架如圖1 所示,分為對象層、過程層、模型層和工具層4個層次。該框架是一個以抽象或實際的生產線產品為對象,利用通用和專用工具,建立和應用相關模型,實現對生產線產品生命周期的數字化。在生產線的設計階段,其主要模型包括支持設計的布局模型、結構模型、部件模型、零件模型等,以及支持設計分析的布局仿真模型、裝配仿真模型、運動仿真模型等。
  本文重點對生產線產品設計中的布局設計和結構設計部分進行研究。
  3、生產線產品設計過程模型
  生產線是典型的面向訂單設計的產品,其設計過程的核心是布局設計。面向生產線的設計過程模型由3個層次組成,分別是布局設計層、結構設計層和詳細設計層,如圖2所示。

生產線設計過程模型
圖2  生產線設計過程模型

  (1)布局設計
  布局設計過程是以生產線設備位置、車間大小為空間約束,以設備連接為性能約束,對輸送單元進行選擇和排列的過程,屬于概念設計的范疇。通過在部件層建立模塊簡化的三維幾何模型,并應用布局設計工具來輔助生產線的布局設計,一方面由于簡化的三維幾何模型省略了模塊的具體結構從而提高布局設計處理的效率,另一方面每一個簡化的三維幾何模型對應著詳細的三維結構模型從而實現布局設計與結構設計的集成。
  模塊的布局模型主要包括基本信息和幾何信息,其中基本信息指輸送模塊的基本信息,如模塊的名稱、編碼、類型和模塊的組成等信息;幾何信息指與模塊布局的幾何構造相關的信息,反映了布局設計時重點關注模塊的幾何形狀和尺寸等。由模塊拼接而成的生產線布局模型包括模塊的組成、位姿信息、關系信息、序列信息、運動信息等,其中位姿信息指模塊在產品布局坐標系中的坐標位置和姿態;關系信息指模塊之間的裝配關系,可分為描述模塊間相對位置和配合的定位關系,以及描述模塊間直接連接關系;序列信息指模塊裝配順序。
  (2)結構設計
  產品結構是企業進行產品設計、生產組織的重要依據。產品結構樹反映了產品的各零部件之間的層次關系,而且能夠通過不同的過濾方式在同樣的結構樹基礎上生成不同的BOM視圖,這樣,企業的各個部門可以從不同BOM視圖中得到需要的產品信息。
  ①擴展的賦權結構模型的建立
  根據模塊化設計的最大凝聚性理論,輸送模塊可分為H型支撐組合、側板組合、底部接水盤組合、輸送鏈組合和其他輔件等,除輸送鏈與運動有關外,其它模塊不參與實際運行過程,其參數表主要是結構參數而不需要運動參數。
  ②基于結構模型的參數傳遞與計算
  首先要進行參數分析,參數分析是參數化產品變型設計的前提。參數分析包括產品總體參數分析、零件參數分析和參數間的關聯分析。本文以產品結構模型為依據,采取層次逐漸深入的參數傳遞機制,同時最大限度發限制參數在隸屬不同“父件”的“子件”之間橫向交叉傳遞,更不允許參數在無結構隸屬關系的零部件之間直接傳遞。
  (3)詳細設計(CAD軟件層)
  本文使用離線參數化方法,將輸送線單元的參數化過程與圖形生成過程相分離,用參數化尺寸驅動圖形生成。詳細設計層包括零件模型生成、輸送單元裝配、生產線總裝等過程。
  詳細設計層模型主要由零件模型和裝配模型組成。其中零件模型包括零件幾何模型和信息模型。裝配模型主要描述零部件間的連接關系、運動關系、配合關系和順序關系。裝配模型信息可擴展,以支持產品的裝配仿真和運動仿真。
  由于生產線的組成零部件通用性較好,結構組成規律性強,應用面向大批量定制的開發技術和成組技術,建立基于SML表的零部件族模型。由結構設計層最終計算得到的一組參數,指導零件族模型幾何圖形的變型生成和部件族模型配置設計,從而完成詳細設計的幾何造型和裝配部分。


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