第六章 物流系统设计
习题与思考题（参考答案）
1. 试述物流系统设计的重要意义。
生产活动可主要概括为四个基本环节，即加工、搬运、停滞、检验，其中机床作业时间占5%左右，95%左右的时间处于储存、装卸、等待或出运状态。要缩短生产周期，必须同时改善这四个环节，尤其是搬运和停滞。虽然加工是制造生产价值的主作业，然而它对缩短整个系统生产周期的作用并不显著。企业物流不合理现象普遍存在，运用现代科学技术方法，合理进行物流系统的设计，可以在不增加或少增加投资的条件下，取得明显的经济效益。
2. 物流系统的组成环节有哪些？物流系统设计时应满足哪些要求？
（1）物流系统的结构一般分为水平式和垂直式。水平式生产企业物流系统由供应物流子系统、生产物流子系统和销售物流子系统组成；垂直式生产企业物流系统一般由管理层、控制层和执行层组成。
（2）a．连续性和流畅性；b. 平行性与交叉性；c. 比例性和协调性；d. 均衡性与节奏性；e. 准时性；f. 柔性和适应性。
3. 料仓式和料斗式上料装置、上下料机械手各适用于什么场合？
（1）料仓式上料装置适用于工件尺寸较大，且形状复杂难以自动定向的场合，主要应用于大批量及加工时间较长的工件的生产；
（2）料斗式上料装置主要适用于形状简单、尺寸较小的毛坯件的上料，广泛应用于各种标准件厂、工具厂、钟表厂等大批量生产厂家；
（3）上下料机械手适用于形状、尺寸特殊的工件，广泛应用于对柔性要求较高的企业。
4. 料仓式和料斗式上料装置的基本组成及其主要区别是什么？
（1）料仓式上料装置主要由料仓、隔料器、上料器、上料杆、下料杆等部分组成；料斗式上料装置主要由装料机构、储料机构组成，装料机构由料斗、搅拌器、定向器、剔除器、分路器、送料槽、减速器等组成，储料机构由隔离器、上料器等组成。 （2）料斗式上料装置与料仓式上料装置的主要不同点在于，后者只是将已定向整理好的工件由储料器向机床供料，而前者则可对储料器中杂乱的工件进行自动定向整理再送给机床。
5. 振动式上料装置的工作原理是什么？
圆筒形料斗由内壁带螺旋送料槽的圆筒和底部呈倒锥形的筒底组成，筒底呈倒锥形以便工件向四周移动，进而进入筒壁上的螺旋送料槽。料斗底部通过三个联接块与三个板弹簧相连。当电磁振动器通电时，其铁芯线圈吸引筒底中央的衔铁，使得板弹簧产生弯曲变形，使得料斗产生上下和扭转振动。当整个圆筒做扭转振动时，工件将沿着螺旋形的送料槽逐渐上升，并在上升过程中进行定向，自动剔除位置不正确的工件。上升的工件最后从料斗上部出口进入送料槽。
6. 目前机床间工件传输装置有哪几种？各适用于哪些场合？
（1）托盘及托盘交换器，多用于柔性化自动生产线，也可起到小型中间储料库的作用，以补偿随机、非同步生产的节拍差异；
（2）随行夹具，适用于结构形状较复杂而缺少可靠运输基面的工件或质地较软的有色金属工件的传输；
（3）各种传送装置，常见的有滚道式、带式、悬挂式等多种，多用于物料的暂存和缓冲；
（4）有轨运输小车，适用于运送尺寸和质量均较大的托盘或随行夹具，且运输路线固定不变的生产系统；
（5）无轨运输小车，适用于沿既定的引导路径行驶，并在准确位置进行自动装卸的全自动生产系统；
（6）随行工作台站，用于生产中的过渡和缓冲。
7. 为什么要采用随行夹具？随行夹具的三种返回方式各有什么特点？
（1）对于结构形状比较复杂而缺少可靠运输基面的工件或质地较软的有色金属工件，常将工件先定位夹紧在随行夹具上，和随行夹具一起传送、定位和夹紧在机床上进行加工。
（2）随行夹具的返回方式有上方返回、下方返回、水平返回三种。
上方返回方式结构紧凑、占地面积小，但不宜布置立式机床，调整维修机床不便，较长自动线不宜采用；
下方返回方式结构紧凑，占地面积小，但维修调整不便，同时会影响机床底座的刚性和排屑装置的布置。多用于工位数少，精度不高的小型组合机床的自动线上；
水平返回方式占地面积大，但结构简单，敞开性好，适用于工件及随行夹具比较重、比较大的情况。
8. 常见的滚道式输送装置有哪些？其特点是什么？
（1）无动力式滚子传送机、动力式滚子传送机
（2）滚道式传送机可以单独使用，也可在流水线上与其他输送机或工作机配合使用，具有结构简单、工作可靠、安装拆卸方便、易于维修、线路布置灵活等优点。
9. 试述自动导引小车的工作原理、基本构成、导航方式和适用场合。
(1)工作原理：运行过程中，AGV首先必须获得任务指令，即目的工位的导向板标号，作为终点位置，同时还需得到当前位置，作为起始位置。随后，车载机调用路径规划算法计算出最佳的行走路径，并存储路径上所要依次经过的站点位置。完成路径规划后，AGV不断查询已存入车载计算机的工作路线信息，确定参考位置，再与传感器检验到的实际位置相比较，实现运行导引。最后，由运动控制运算器给出驱动电动机或导向电动机的调节量，实现闭环控制。运行中，AGV每经过一个工位，地址导向板都给出相应的信息，到达终点后调用定位程序，实现准确停车定位。
(2)AGV主要由车体、电源和充电系统、驱动装置、转向装置、控制系统、通信装置、安全装置等组成。
（3）AGV按导航方式的不同可分为直接坐标导引、信标导引、惯性导引、电磁导引、光/化学/磁感应式导引、红外线导引、激光导引、视觉导引等方式。
（4）适用于沿既定的引导路径行驶，并在准确位置进行自动装卸的全自动生产系统。
10. AGV的自动转向方式有哪几种？特点是什么？
（1）铰轴转向式。方向轮装在转向铰轴上，转向电动机通过减速器和机械连杆机构控制铰轴，从而控制方向轮的转向，需要有转向限位开关；
（2）差动转向式。在AGV的左、右轮上分别装上两个独立驱动电动机，通过控制左右两轮的速度比实现车体的转向，此时非驱动轮是自由轮。
11. 自动化仓库的基本类型有哪些？其应用特点是什么？
（1）基本类型：
1）按建筑形式可分为整体式和分离式；
2）按货架构造可分为单元货格式仓库、贯通式仓库（重力式货架仓库、梭式小车货架仓库）、水平循环式仓库、垂直循环式仓库。 （2）应用特点：
1）采用高层货架存储，并结合计算机管理，充分提高了空间利用率；
2）采用先进的自动化物料搬运设备，不仅能使货物在仓库内按需要自动存取，而且可以与仓库以外的生产环节进行有机连接；
3）具有快速的入出库能力，加快货物的存取节奏，减轻劳动强度，提高生产效率；
4）减少库存资金积压。
12. 堆垛机货叉的工作原理是什么？
堆垛机采用相对寻址的操作方式寻找货格，当堆垛机沿巷道轨道或装卸托盘沿框架轨道行走时，每经过仓库的一列或一层，将货格地址的当前值加1或减1。当前值与设定值快接近时，控制堆垛机或装卸托盘自动减速，当前值与设定值完全相符时，发出停车指令，装卸托盘便准确地停在设定的货格前，存入或取出货格内的货物。
13. 自动化仓库的工作原理是什么？
（1）堆垛机停在巷道起始位置，待入库货物放置在出入库装卸站上，堆垛机的货叉将其取到装卸托盘上，将该货物存入的仓位号及调出货物的仓位号一并从控制台输入计算机。（2）计算机控制堆垛机在巷道行走，装卸托盘沿堆垛机铅直导轨升降，自动寻址向存入仓位行进。（3）当装卸托盘到达存入仓位前，装卸托盘上的货叉将托盘上的货物送进存入仓位。（4）堆垛机行进到调出仓位，将货物取出，放在装卸托盘上，并带着取出的货物返回到起始位置，货叉将货物从装卸托盘送到出入库装卸站。（5）重复上述动作，直至暂无货物调入调出指令。
14. 工厂总体物流系统设计的基本步骤是什么？应注意哪些设计原则？
（1）基本步骤：
1）资料的收集与分析，主要包括工厂的产品分析与物料分类；
2）工厂总体布局设计，首先是调研、收集数据，其次分析所收集资料的相互关系，提出设计方案，最后对若干设计方案进行比较选择，并组织实施；
3）车间布局设计，主要包括工艺设计与物流系统设计； 4）物料搬运设备的选择。 （2）设计原则：
1）工厂平面布置合理化；2）工厂物流活动与生产工艺流程同步化；3）物料搬运路线简捷、直线化；4）物料搬运机械化、省力化、自动化；5）单元化容器标准化、通用化；6）库存合理化；7）采用看板运输管理，保证生产物流活动准时化；8）提倡储、运、包一体化，集装单元化；9）主要收、发、运、送流程环节尽量目视化，以便与管理。
15. 车间物流设计的原则是什么？
（1）以车间生产纲领和生产类型为依据，确定车间的生产组织形式和设备布局的形式；
（2）要求工艺流程通顺，物料搬运简捷方便，避免往返交叉；
（3）根据工艺流程，选择适当的建筑形式，采用适当的高度、跨度等，充分利用建筑的空间；
（4）对车间所有的组成部分：设备、通道、作业区域、物料存放区域等进行合理的区划及协调配置；
（5）为员工创造良好的工作环境，将工位器具设置在合适的部位，便于操作工完成作业；
（6）具备适当的适应生产变化的能力。
16. 物流搬运装备的选择原则是什么？
搬运距离较短的物料，其主要工作量在装卸，应选用装卸费用较低的传送设备；搬运距离较长的物料，其主要工作量在运输，应选用单位里程运输费用较低的运输设备，其装卸费用可以允许高些。物流量低的物料应选用简单的搬运设备，以降低搬运的成本；物流量高的物料应选用复杂的搬运设备，以提高搬运的效率。
机械制造装备设计第六章习题答案（关慧贞）
