物料运输

2024-08-22

物料运输（精选四篇）

物料运输篇1

生产加工车间的自动化对提高生产效率有着十分重要的意义。自动化技术充分的利用了机器自动加工的优势, 能实现人工操作难以达到的快速和准确, 摒除人为因素的操作失误, 同时方便对车间的运转进行管理和规划。

生产加工车间的自动化包括两部分:物料规划运输的自动化;加工操作的自动化。后者主要是通过数控机床来实现, 尤其是随着加工中心的出现, 自动化加工达到了一个新的高度。而物料运输的自动化, 也随着自动引导运输车 (AGV) 的出现和发展得到了实现。不管是物料运输自动化还是加工操作自动化, 都还是需要我们预先进行设计与优化, 才能最大限度地发挥自动化机械的优势, 使得生产可以按照预定的模式准确而高效地进行。

近年来, 数控机床的发展突飞猛进, 对数控加工的编程控制与实现跟产品本身有极大的关系, 相关算法设计与设备更新也非常专业。因此, 本文关注于在已经实现自动加工的车间里进行自动物料运输的研究。

二、AGV路线优化问题

自动引导运输车, 顾名思义, 是指由计算机控制的用来实现物料运输的无人驾驶车辆。AGV与计算机一样由软件和硬件两个部分组成:硬件是指AGV的物理元件, 如车体、路径、传感器与导向设施、控制器等;而软件则是用来控制与管理硬件设施使其可以高效而和谐地运行的算法。AGV越来越广泛地应用于自动物料处理系统、柔性制造系统以及集装箱装卸操作等。近年来, AGV系统技术日益成熟, 研究者们对AGV系统进行了大量的研究, AGV的硬件技术已经发展成熟, 对于AGV的软件算法方面也已有了大量的研究与发表论文, 大部分研究都是关于AGV的路径规划。但是因为AGV在工业中的不同应用环境与目的, 对于AGV的路线优化问题目前为止也没有统一的算法。

当我们考虑自动加工车间的物料运输时, AGV便成为了极好的载体。在自动加工车间中, AGV会根据程序中的生产计划读取各个加工机床的物料需求, 随后根据已知的需求从将所需物料从仓库送往各个机床。在这个过程中, 首先, 我们需要考虑AGV的容量限制;其次, 因为生产计划规定了各个加工机床的任务的开始与完成时间, 我们也需要考虑物料到达机床的时间限制;最后, 我们还要考虑每个机床的物料需求尽量让一辆AGV来满足, 不要对物料需求进行分割。

我们根据AGV的道路是否固定可以将AGV的路径规划问题分为两类, 固定道路的路径规划与灵活道路的路径规划。在固定道路的路径规划问题中, AGV是在固定的轨道上运行, 我们首先需要设定固定的轨道, 然后在此轨道基础上对其进行路径优化。这类问题往往比较复杂, 因为AGV占用了固定轨道, 我们在设定运行路径时需要避免三种情况 (见图1) :碰撞:多辆AGV同时出现在某处轨道上, 便会出现碰撞;拥堵:当某处轨道对AGV的到达需求大于其实际容量时, 便会产生拥堵;僵持:在各个轨道接口处, 当所有的AGV在相互等待其他AGV离开以空出轨道, 这时没有AGV可以离开。当拥堵很严重时, 会发生僵持。

对于灵活道路的路径规划问题, 我们不需要考虑上述情况。AGV可以沿着车间内任意空处行驶。这种问题可以利用车辆路径规划问题 (VRP) 进行建模与求解域分析。VRP是20世纪50年代由美国数学家丹茨格 (George Bernard Dantzig) 提出来的, 这个问题是在经典的旅行商问题 (TSP) 基础上发展出来的。该问题的研究目标是对一系列的顾客需求点设计适当的路线, 使车辆有序地通过它们, 在满足一定的约束条件 (如货物需求量、发送量、交发货时间、车辆容量限制、行驶里程限制、时间限制等) 下, 达到一定的优化目标 (如里程最短、费用最少、时间尽量少、车队规模尽量小、车辆利用率尽量高等) 。

我们将物料仓库作为配送中心, 各个加工机床作为需求点, 按照给定的物料需求计划对各个需求点的需求量以及需求时间, 建立VRP数学模型。

三、数学模型

首先, 我们设定物料仓库的编号为0, 各个加工机床的编号为1, ......, n, 令这些编号的集合为N={1, ......, n}, 并且记N0=N∪{0}。我们一共有m辆AGV, 并且编号分别为1, ..., m, 令这些编号的集合为M={1, ..., m}。每辆车的容量分别为Qk。机床i的物料需求的重量为qi, 车从机床i行驶到机床j的成本为cij, 所需时间为tij, 在机床i处将物料卸下需要时间Si, 机床i处最早可以接受物料的时间为ei, 而物料必须在时间μi前送到。车如果到达时间遭遇最早时间, 则需要在机床处等待到时间ei为止;但是车必须在最晚时间μi前到达机床i。

定义以下变量:

ti=机床i处的需求被车送到的时间

t0ek=车k离开物料仓库的时间

t0μk=车k到达物料仓库的时间

Ti=车到达机床i的时间

fi (Ti) 是车到时间Ti才到达机床i的惩罚成本

我们建立数学模型如下:

在这个模型中:目标函数 (1) 表示我们要最小化系统运行的成本包括两个部分, 运送任务成本和没有按时完成运送任务的惩罚成本;约束 (2) 是一个平衡约束, 表示车到达机床i后必须离开;约束 (3) 表示所有的车都必须从物料仓库出发, 最后也必须回到物料仓库;约束 (4) 表示车辆到达机床i后, 必须至少经过卸货时间si和行驶时间si之后才能到达机床j;约束 (5) 和 (6) 有类似的解释, 分别表示从物料仓库出发的车必须至少经过t0j之后才能到达机床j以及从机床i出发的车必须在经过卸货时间si和行驶时间ti0后才能返回物料仓库;约束 (7) 表示车必须在指定的时间区间到达机床i;约束 (8) 表示车辆必须在物料仓库开放后才能开始进行物料运输;而约束 (9) 则表示车辆必须在物料仓库关闭前返回;约束 (10) 表示车辆运输物料的总重量不能超过车辆的容量;约束 (11) 、 (12) 和 (14) 为符号约束;约束 (13) 表示每个机床的物料需求只需要一辆AGV进行运输;而约束 (15) 则保证到达机床的AGV一定会离开机床。

四、算法

对于经典的VRP模型, 一般的算法分为两类:精确算法和启发式算法。精确算法就是对所建立的数学模型利用线性规划的精确解法求解。这类算法包括单纯形法、分支定界法、割平面法等, 但是这些算法效率低下, 也只能对小规模问题进行求解。本文所研究的AGV路径优化问题是一类带有时间限制的VRP问题, 一般只能用启发式算法求解。而启发式算法也有很多种。传统的构造性启发式算法有扫描算法、节约算法等, 近年来越来越多的开始使用的是亚启发式算法, 如禁忌搜索算法、模拟退火算法、遗传算法等。

遗传算法 (GA) 是基于达尔文的进化论和孟德尔的遗传变异学说, 模拟自然选择、优胜劣汰、适者生存和遗传变异等生物进化过程的一种随机搜索与全局优化算法。遗传算法的基本思想是将待优化问题的目标函数转换为对环境的适应度, 将优化解对应与生物种群的个体, 将算法的求解过程与生物进化过程类比。

在利用遗传算法求解本文建立的数学模型时, 首先将所有的节点按照01编码并形成基因组, 随后我们设定初始种群数、杂交概率、变异概率等参数, 并随机生成初始解, 计算相应的目标函数, 随后从生成的种群中按某一概率成对选择个体参与下一代的繁殖。被选中的个体按照设定的交叉概率随机交叉, 生成两个新的个体, 新的个体再按照一定的变异概率进行变异并得到最终新的个体。计算新的种群中每个染色体的适应度, 选择适应度更好的个体形成新的种群, 淘汰适应度低的个体, 随后检查是否满足设定的停止条件, 如果满足则终止算法, 并得到最优路径;否则, 继续按照以上步骤生成新的个体。遗传算法的主要流程如图2所示。

变异过程是在选择两段基因组, 并随机指定其上两个节点交换编码, 随后验证变异后的解是否满足约束条件, 如果满足, 则变异成功, 得到新的个体;如果不满足, 则变异失败并返回原来的基因编码。

遗传算法根据达尔文的进化论, 模拟自然界的优胜劣汰法则, 经过计算机的快速搜索与计算, 可以得到相对较好的结果。

五、结论

自动引导运输车的路线规划问题十分复杂, 在不同的环境中需要进行不同的调整。本文所提出的模型与算法, 只是我们对自动加工车间物料运输的设计, 将很多参数与环境进行了理想化。在AGV的实际路线规划问题中, 我们更多地需要考虑问题所面临的现实约束, 如车间的设施布局, AGV的运行限制等情况。但是, 本文给出的模型与算法可以较好地规划AGV的路径, 相对于决策者随意的选择AGV运行规则, 所得到的路径将更加高效, 并能大量节约运行成本。

我们在今后的研究中还需要考虑, 如果AGV运行过程中, 加工车间的生产计划发生改变, 如发生紧急加急订单或者取消订单, 或者某机床出现故障停止加工而将生产任务转移到其他机床, AGV如何实时读取该信息并根据信息改变自己的路径。目前, 很多研究关注于动态车辆路径规划问题, 我们也可以考虑利用动态VRP对AGV实现及时调度。

摘要：现代生产方式的自动化趋势不仅要求车间内装备可以自动加工的数控机床与加工中心, 同时也更加强调生产前物料配给与运输的自动化。文章研究了全自动加工车间的物料运输问题, 并用经典的车辆路径规划问题 (VRP) 对以自动导引运输车 (AGV) 为运输载体的数控加工车间的物料运输路线规划问题进行建模与分析, 从而使得车间可以高效率低成本的运行。

关键词：路径规划,物料运输,厂内物流,自动加工车间,AGV

参考文献

[1]、周玉清, 刘伯莹, 周强.ERP与企业管理——理论、方法、系统[M].清华大学出版社, 2005.

物料运输篇2

井下超长物料装车、运输专项安全技术措施

根据“关于加强开掘工程技术及施工管理的有关要求”规定:井下使用的前探梁每根长度不得少于4m，我单位采用4.5mπ型梁作为前探梁，为保证π型梁装车、运输期间安全，特制定本专项安全措施。

一、要求1、4.5m长π型梁需求：11采区下山11根，其中掘进三队6根，综掘队3根，修护一队2根；11采区上山掘进一队3根；12采区掘进二队2根；14采区修护二队3根。

二、安全措施：

1、π型梁上车时，必须由一名工长以上管理人员现场指挥，尽量采用机械装车的方法，机械装车时，所有人员必须站在安全可靠的地点，避免意外事故发生，不能采用机械装车的再考虑人工抬运。

2、人员抬运π型梁上车时必须有足够的人员，平均承载力不得超过30Kg/人，操作人员动作协调一致，由专人喊号，做到同起、同落，轻起、轻落。

3、转运超长物料必须使用花车或平板车，严禁使用矿车装运超长物料。

4、装车时，长物料的重心必须与花车或平板车的中心位置重合，严禁出现偏载现象，装车的长物料不得超高（超出矿车的上平面）、超宽（超出矿车的宽度）、超重（超出矿车的承载能力）。

5、花车或平板车封车时，必须将物料与花车或平板车封成一体，并绑紧绑实、刹牢，每辆车的封车道数最低不少于2道，保证稳固可靠。

6、转运超长物料车前，必须检查长物料车的封装是否牢固可靠，重心是否合适，如出现封车不牢或有偏载现象，不得转运，待处理好后再进行转运。

7、运输大巷内，电机车牵引转运超长物料车时，必须提前与运输调度站联系好，经同意后方可转运。

8、运输大巷内，电机车牵引转运超长物料车时，必须使用专用牵引杠，不得使用钢丝绳扣或溜子大链连接，并且机车的运行速度不得超过2m/s。

9、运输大巷内，需人力转运超长物料车时，必须执行好专项安全技术措施。

10、采区上下山转运超长物料车时，不能正常联车的，一次只允许拉放一辆车。

11、采区上下山提升超长材料或设备用的花车、平板车，必须使用其它连接装置时，必须使用钢丝绳扣连接，绳扣必须使用不小于绞车提升主绳直径的钢丝绳，用至少3个M18.5的绳卡卡牢，卡子间距100mm，绳扣的直径不得大于0.5米，绳扣和绞车钩头的连接，用不少于M24的马镫连接。保险绳在长物料上缠绕适当的圈数后与车辆可靠连接。

12、采区上下山转运超长物料车时，绞车司机必须认真操作，严格按信号指令行车，把钩工严格检查检查连接固定情况，并严格执行好“行人不行车，行车不行人，不作业”制度。

13、采区上下山转运超长物料车，拉放车时钢丝绳必须绷紧，严禁余绳放车，绞车司机要精力集中，注意观察钢丝绳的拉力情况，发现异常立即停车，进行处理。

14、在拉放车过程中，出现车辆掉道时，原则上将长物料卸车，待空车复道后重新装车，并严格进行好采区上下山抬道安全技术措施。

运送其他特殊物料的车辆时，除执行上述规定外，必须根据现场实际情况，制定符合现场的特殊安全技术措施。

15、其他未尽事宜，严格按照《煤矿安全规程》、《操作规程》等有关规定执行。

河南能源义煤公司铁生沟煤业公司

井下超长物料装车、运输专项安全技术措施

编号：YMCS—YS—TSGK—2014—10

措施批准时间：年月日措施执行时间：年月日

审批单位及人员签字

编制人员：郑晓明2014-6-24

生产科：

机电科：

安检科：

机电副总：

安全副总经理：

机电副总经理：

总工程师：

物料运输篇3

斗轮机实际使用效果将直接反映机器各部件设计的优劣, 根据本人现场安装、调试多年的经验, 物料输送皮带机的正常运转及一个合适的料斗系统, 是保证斗轮机完成堆取料工作的重要环节。因此这一节, 着重分析胶带运输机的跑偏原因, 以及依据物料在胶带机端部的卸料轨迹来设计合适的卸料斗。

1.1胶带运输机胶带跑偏

胶带机会因许多因素发生跑偏, 无论在设计上和制造时怎样精确都不能“绝对消除”跑偏, 而只能把跑偏控制在一定范围之内, 这主要靠现场的安装和调整, 有以下几种情况的更容易使胶带跑偏:

1胶带机长度在三十米以内的;2胶带因拉不紧而较松的;3机架刚度较差而容易变形的;4机架刚度虽好, 但安装因扭斜或不水平的;5输送的物料粘性较大的;6带速较快的;7双向运行的胶带运输机比单向运行的胶带运输机更容易跑偏。

防止胶带跑偏措施。要使跑偏量保持在允许的范围内, 必须在设备的设计、安装、调整和使用上全面注意。

在设计上:尽量采用鼓形胶面滚筒, 胶带的缠绕方式应尽量避免胶带的承载面与传动滚筒接触, 对于单向运行的胶带机, 槽形上托辊的侧辊有前倾的可能, 尽量采用V形下托辊, 输送粘性物料时应采取有效的清扫措施, 以保持胶带承载面的清洁。

在安装调整上:要保证机架纵向轴线的直线度及各滚筒轴线的平行度;调整好卸料口位置, 避免物料在胶带上偏载;调整导料槽两侧橡胶拦板的位置, 使其产生的阻力近似相等。

在使用方面:要随时调整清扫器, 保持胶带清洁;随时除去粘结在滚筒或托辊表面的污物;均匀供料, 防止大块物料局部堵住卸料口而使物料在胶带上偏载;经常调整拉紧装置, 尤其是螺旋拉紧装置, 避免胶带过松。

1.2胶带跑偏调整

空载运转时调整跑偏, 主要调整各托辊和尾部滚筒, 尤其要注意调整下托辊, 调整时切忌很多人同时动手。每调整一次以后, 都要让胶带运行一圈以上才能决定是否需要再次调整。每次调整量不宜过大, 尾部滚筒一次只要调2~3毫米或螺杆转动1/3圈左右即可, 托辊每次只要前移或后移3~5毫米即可。注意不要把一组托辊的倾斜度调得过大, 应把这一组托辊前后的几组托辊都调成同向的某一较小的倾斜度。

满载运转时调整跑偏, 调整时应严格控制给料量, 其调整方法和顺序同空载, 应注意供料口的位置和供料的均匀性, 辟免使物料在胶带上偏载。

2胶带运输机的抛料轨迹与卸料斗的设计

物料落料点位置不准是引起皮带跑偏原因之一, 因而设计一套磨损小, 料流畅通, 使用效果好的转运卸料斗系统是防跑偏的一种有效的方式。料斗的设计很难用公式计算, 它需要精心巧妙的安排, 其结构形式首先取决于物料轨迹的形状。因此, 要尽可能精确的计算出抛料轨迹, 才能有针对性的设计合适的料斗形状。

抛料轨迹是物料从皮带机端部滚筒卸下的路径, 当胶带趋入滚筒时, 由于胶带变平, 原槽形截面的物料沿带面横向流动坍塌, 横截面成为了弓形面积, 重力和离心力都作用在弓形的重心上, 当物料随滚筒滚动时, 离心力为:

式中:W:物料作用在质量中心的重力;sv:物料重心的切向速度;r:滚筒中心到重心的半径;当F≥W的径向分力时, 物料开始作抛物线轨迹下落。物料离开滚筒的位置由切线γ确定:

皮带机有以下三种情况:

1水平状态。

2上仰状态 (角度α) 。

3下俯状态 (角度-α) 。

以民权电厂斗轮机为例计算数据:料容量0.9t/m3, 带速2.72m/s, Q=1500t/h, 尾车胶带倾斜角15°, 动堆积角20°, 滚筒转速63r/min, 物料弓形面积

卸料斗面对料流直接受冲击的挡料板部份, 应设计成与料流方向垂直, 同时要离滚筒中心一定的距离s, 经验告诉我们, 当θ≤30°时, 料斗板卸料效果较好, 防积料, 摩擦力较小, 落料基本对中, 根据以上假设, 就可以计算出滚筒中心到落料板s之间的尺寸:

很明显, 物料线速度越高, s越大, 而事实上s不可能设计那么大, 尾车料斗往往设计活动调整挡板, 以便降低速度, 改变角度, 调整落料点。