数控机床与机器人一体化及系统优化布局方法研究
发布时间：2024-07-04 22:04
数控机床与机器人集成应用,实现自动上下料、自动加工,可以加快生产节拍、提高效率;采取一体化的结构,有利于快速调整工位、快速投产,增加生产系统布局的灵活性;在生产车间内,设备的优化布局可以使物流更加高效顺畅,减少物料的运输和等待时间。本文基于Petri网理论分析了引入机器人的作业单元性能,研究了45°斜床身卧式数控车床与小型6轴机器人一体化结构的优化设计,以及生产车间设备多行直线布局的建模与优化,并通过实例仿真验证了机器人的使用和布局的优化,可以有效改善生产线的平衡性、生产节拍、产量和设备利用率等指标。在可行性分析中,阐述了生产线中引入机器人的原则,以及引入机器人后需要考虑的问题。建立了多设备多工序和多设备单工序两类机器人作业单元的Petri网模型,基于T不变量和可达性分析法研究Petri网模型的活性,论证了作业单元是否包含锁死。借助PIPE软件的仿真统计和稳态分析功能,计算Petri网的特定标识在其所有稳态标识中所占比率,从而求出作业单元中加工设备利用率。根据设备利用率改善情况,确定作业单元中机器人的数量,设计数控机床与机器人集成作业单元的布置形式。建立了45°斜床身卧式数控车床与小型...
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数控机床与机器人集成应用
1.2.2 机器人作业单元布局设计
1.2.3 生产车间设备布局优化
1.3 论文研究内容
第二章 数控机床与机器人集成作业单元性能分析
2.1 引言
2.2 生产车间中引入机器人方法
2.2.1 引入机器人工序分析
2.2.2 引入机器人后需要考虑的问题
2.3 Petri网及其分析方法
2.3.1 Petri网概述
2.3.2 Petri网特性及分析方法
2.4 基于PN的作业单元性能分析
2.4.1 多设备多工序作业单元性能分析
2.4.2 多设备单工序作业单元性能分析
2.4.3 引入机器人数量分析
2.5 数控机床与机器人布置形式
2.6 小结
第三章 数控车床与机器人一体化设计
3.1 一体化设计的问题描述
3.1.1 一体化结构空间模型
3.1.2 坐标系计算
3.2 一体化作业单元布局评估研究
3.2.1 基于运动距离的评估及其不足
3.2.2 基于运动时间的评估
3.3 一体化设计的约束条件
3.3.1 机器人工作空间约束
3.3.2 作业点干涉约束
3.3.3 插补点干涉约束
3.4 基于差分进化算法的优化问题求解
3.4.1 差分进化算法流程
3.4.2 优化结果分析
3.5 小结
第四章 一体化结构及车削单元自动化案例实现
4.1 数控车床与机器人一体化集成
4.1.1 数控车床设计
4.1.2 机器人与数控车床的联接
4.1.3 一体化作业单元工作流程
4.2 车削单元自动化案例实现
4.2.1 车削单元组成
4.2.2 控制系统功能需求分析
4.2.3 控制系统设计
4.3 小结
第五章 生产车间设备的多目标优化布局
5.1 引言
5.2 多行直线布局的优化问题模型
5.2.1 多行直线布局问题描述
5.2.2 多目标优化函数建立
5.2.3 约束条件
5.3 多目标优化问题求解
5.3.1 遗传算法设计
5.3.2 遗传算法控制参数改进
5.4 SGA与LOAGA优化结果比较
5.5 小结
第六章 曲轴生产车间的物流与加工过程仿真
6.1 曲轴工艺流程分析
6.2 建立仿真模型
6.2.1 仿真界面设计
6.2.2 对象参数设置
6.3 仿真结果对比
6.3.1 指标定义及计算
6.3.2 确定最快生产节拍
6.3.3 两种布局的性能指标对比
6.4 小结
总结与展望
全文总结
创新点
存在不足及未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：4000599
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数控机床与机器人集成应用
1.2.2 机器人作业单元布局设计
1.2.3 生产车间设备布局优化
1.3 论文研究内容
第二章 数控机床与机器人集成作业单元性能分析
2.1 引言
2.2 生产车间中引入机器人方法
2.2.1 引入机器人工序分析
2.2.2 引入机器人后需要考虑的问题
2.3 Petri网及其分析方法
2.3.1 Petri网概述
2.3.2 Petri网特性及分析方法
2.4 基于PN的作业单元性能分析
2.4.1 多设备多工序作业单元性能分析
2.4.2 多设备单工序作业单元性能分析
2.4.3 引入机器人数量分析
2.5 数控机床与机器人布置形式
2.6 小结
第三章 数控车床与机器人一体化设计
3.1 一体化设计的问题描述
3.1.1 一体化结构空间模型
3.1.2 坐标系计算
3.2 一体化作业单元布局评估研究
3.2.1 基于运动距离的评估及其不足
3.2.2 基于运动时间的评估
3.3 一体化设计的约束条件
3.3.1 机器人工作空间约束
3.3.2 作业点干涉约束
3.3.3 插补点干涉约束
3.4 基于差分进化算法的优化问题求解
3.4.1 差分进化算法流程
3.4.2 优化结果分析
3.5 小结
第四章 一体化结构及车削单元自动化案例实现
4.1 数控车床与机器人一体化集成
4.1.1 数控车床设计
4.1.2 机器人与数控车床的联接
4.1.3 一体化作业单元工作流程
4.2 车削单元自动化案例实现
4.2.1 车削单元组成
4.2.2 控制系统功能需求分析
4.2.3 控制系统设计
4.3 小结
第五章 生产车间设备的多目标优化布局
5.1 引言
5.2 多行直线布局的优化问题模型
5.2.1 多行直线布局问题描述
5.2.2 多目标优化函数建立
5.2.3 约束条件
5.3 多目标优化问题求解
5.3.1 遗传算法设计
5.3.2 遗传算法控制参数改进
5.4 SGA与LOAGA优化结果比较
5.5 小结
第六章 曲轴生产车间的物流与加工过程仿真
6.1 曲轴工艺流程分析
6.2 建立仿真模型
6.2.1 仿真界面设计
6.2.2 对象参数设置
6.3 仿真结果对比
6.3.1 指标定义及计算
6.3.2 确定最快生产节拍
6.3.3 两种布局的性能指标对比
6.4 小结
总结与展望
全文总结
创新点
存在不足及未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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