|
笔者提出了不限于目前常见的ＡＧＶ 或输送带等单一设备的系统模式，而代之以人、车辆、传送带、小车等各类输送设备为对象的混合型物流系统的设计思想。在物流系统及其设计中，强调人的作用、人—机的合理分工、良好的人—机界面及采用面向对象的设计方法。
１ 引 言
随着数控技术、制造技术和计算机技术的发展，机床单机的功能日趋完善，性能不断提高，机床数控化不断普及，为制造自动化奠定了基础；因此，实现单机或单元之间物料的输送，将它们联成一体的物流系统ＭＨＳ（material handing system）就显得尤为重要。
在企业生产活动中，从原材料到成品出厂，物料真正处于加工、检验状态的时间只占生产周期的５％～１０％，而其余９０％～９５％的时间处于储存、装卸、输送和待加工状态。在制造业中，总经营费的２０％～５０％是物料搬运费。此外，物流系统对整个制造系统的柔性也有至关重要的影响。从单机到ＦＭＣ（flexible manufacturing cell），再到ＦＭＳ（flexible manufacturing system），柔性逐步下降。其中的原因在于单机实现数控、自动化后，柔性很高，而单机之间的物流系统就决定了由单机构成的加工单元或系统的柔性。由此可以看出，物流系统直接影响着整个制造系统的性能。一个好的物流系统可以显著提高整个制造系统的效益，缩短产品的上市时间，提高企业市场应变能力和产品竞争力。物流系统成为ＦＭＳ的三大组成部分之一，是ＦＭＳ区别于一般自动化加工单元的重要特征之一。
２ 物流系统设计现状及存在的问题
２．１ 现状
物流系统设计包括整体的布局、调度控制及物料的装卸、输送、存储等方式及其相应设备的选择。经济、有效、灵活地满足制造系统的要求是物流系统设计追求的目标。
布局往往与加工设备的配置、零件的工艺及机床的性能有关，常见的有基于图论的方法、以koopmen的公式为基础的解析法及模拟仿真法。通常以物料搬运路径最短（或费用最低）为设计原则。解析法比较精确，但优化模型所需的数据往往不容易得到，且决策变量较多时，常得不到最优解；仿真方法可对方案进行综合评价，但编程复杂、工作量大，求解过程及最后结果受初始解的影响很大；图论的方法比较简单，但属静态分析且不够全面。
设备的选择是一项复杂、繁琐的工作，涉及的许多因素难以量化，目前大多为人—机结合方式，利用专家系统来帮助设计人员进行决策，如Ｊ．Ｏ．Matso等在整理前人工作的基础上，建立了知识库，并开发了用于物料处理设备选择的原型专家系统，用于帮助工程师选择合适、有效的物料处理设备。
以有轨小车ＲＧＶ（rail guided vebicle）和无轨小车ＡＧＶ（Automatic guided vebicle）为输送设备的物流系统，由于柔性高、实时性好、易于集成等特点，一直成为研究的热点。一般根据排队理论，把物料输送调度看作一个排队服务过程，各工位提出服务请求，调度系统根据一定的服务规则，如各工位等待时间最少或生产损失最少等等，对小车进行调度。许多学者已对小车数量、调度及路径优化、缓冲站设置、装卸点安排等诸多相关问题开展研究，提出了许多不同的策略及具体算法。这方面的资料很多，在此不再赘述。
在设计软件方面，J．S．NOBLE提出了物流系统设计的框架。即在设计的过程中，并行考虑经济性问题，根据可选择的设备，形成多种方案，再根据经济性、性能、工作要求等进行评价和选择。设计过程能自动产生离散事件的优化、生产能力、排队网络、仿真模型等。
AUTOMATIC８．５版三维仿真软件，可用于复杂制造系统及物流系统的建模，使建模更容易、精确。
为简化设计，在人机界面、前－后处理方面作了不少研究，如电子表格、ＡＵＴＯＣＡＤ等等，并开发了不少知识库，提供智能决策支持。
在设备开发方面，为满足ＦＭＳ对物流系统的要求，人们不断努力引进和开发装卸、输送、存储设备。已相继开发了ＲＧＶ、ＡＧＶ、机械人（手）、堆垛机等设备。目前，直线电机由于能实现高速、平稳输送，引起了人们的重视；开始进行全路径ＡＧＶ、多载荷ＡＧＶ的开发研究；出现了模块化输送机，用于各工序的柔性连接，输送机由铝型材作为基础件，以及简单的联结件、转向部件、驱动部件、动力部件等组装而成，易于重组和扩展。设备开发沿着柔性化、智能化，便于集成的方向发展。
自动化仓库ＡＳ／ＲＳ方面国外已作了深入的研究，从理论到实践都较为成熟。商用软件已能提供完整的仓库管理功能，如德国ＲＥＰＬＡＳ软件设计系统可根据用户的需要确定立体仓库的规模及出／入库能力。还可以根据设计出的各项参数，给出立体仓库的初始布局。此外，对堆垛机及其它辅助设备均开发了相应的ＣＡＤ软件。
２．２ 存在的问题
（１）现有的物流系统的研究往往是局部的，系统化、集成化的研究工作很少。而物流系统是为整个制造系统服务，同时也是ＦＭＳ有机整体的一部分，系统中各种设备的相互协调，是ＦＭＳ正常运行的前提。因此，设计物流系统时，应从整个制造系统的角度出发，明确物流系统的要求，协调好加工设备、工件上下料、装卸、输送、存储之间的关系，以发挥ＦＭＳ整体效益。
（２）ＦＭＳ中物流系统模式比较单一。通常以小车、机械手、立体仓库等为对象，布局大致为直线型、环型、Ｕ型等几种形式，对于多种输送设备为对象的物流系统很少研究，这些不同设备的相互协调未能得到很好解决。
（３）可供设计人员使用的综合设计软件几乎没有。研究工作以理论研究居多，应用研究少，尤其是以ＡＧＶＳ为对象的研究最多。可供选择的软件大多是局部的。
３ 面向对象的混合型物流系统设计
３．１ 设计思想的提出
这一思想的提出基于以下几点：
（１）ＦＭＳ应突破常见的模式，以各种可供选择的物流设备为选择对象，开发混合型物流系统，为更广泛意义的ＦＭＳ服务。
（２）物流系统设计涉及的因素很多，而且许多因素难以量化和预料，不同的ＦＭＳ对物流系统的要求不同，因此，不可能采用过去常用的面向过程的编程方法，而应重视人的作用，根据人机各自特点，合理分工，如直观信息由设计人员完成处理并作出决策，计算量大的过程由计算机完成。
（３）由于物流设计的各个方面都已取得了不少有效成果，且仍处于不断发展之中。因此，关键在于为设计人员提供一个集成的设计环境，方便地使用已取得的成果。
３．２ 设计思想及其框架
设计过程从总体上分为两个阶段：初始模型建立和模型的评价修改。设计采用面向对象的设计方法，将设计的每一个部分，如前－后处理、布局、设备选择、缓冲站配置、模型评价、修改等等，分别作为一个操作对象，做成模块，供设计人员调用，各个部分可随着研究的深入得到更新和拓展。各部分工具之间的数据交换采用公共数据库解决。设计系统通过采用人工智能技术（神经网络和专家系统等），提供充分的决策支持；通过宜人的人机界面，方便操作，充分发挥设计人员的作用，实现研究与实践得到的经验和知识获得集成。
设计框架如下：
（１）人机关系配置，如图１示。
（２）设计过程框图，如图２示。
机电工程 楼应侯,蒋亚南,金寿松
|
