Transcript SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE 1. Notiuni introductive TPSEM - CURS 7

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE
1. Notiuni introductive
2. Conceptul de sistem flexibil de fabricatie
TPSEM - CURS 7
1
Sisteme de fabricatie specializate:
grad inalt de rigiditate
foarte putin rentabile in cazul unor modificari substantiale ale
produsului de baza
nu raspund noilor cerinte de orientare spre loturi mici de
fabricatie
Presupun o mai mare flexibilitate si
versatilitate a sistemelor de fabricatie
TPSEM - CURS 7
2
Versatilitate – capacitate sporita de adaptare si raspuns la variatii
fundamentale ale cerintelor de productie
Flexibilitate – conceptul trebuie definit numai prin raportare la eficienta
economica
TPSEM - CURS 7
3
Flexibilitate
Posturi
independente
Productie
manufacturiera
Sisteme flexibile
de fabricatie
Celule de
fabricatie
Productie de
masa
Linii specializate
de fabricatie
Serie mica
Serie medie
TPSEM - CURS 7
Serie mare
Eficienta
economica
4
Sistem flexibil de fabricatie (SFF)
Se refera la un grup de masini-unelte cu comanda numerica si de statii
de lucru conectate prin sisteme de manipulare si controlate printr-un
calculator.
Zona de incarcare – descarcare,
manipulare
Zona masinilor de lucru (celule de
fabricatie)
TPSEM - CURS 7
5
•
Componente de baza ale unui SFF
– Masini-unelte
• Reprezinta coloana verticala a sistemului
• Se pot utiliza masini-unelte de diferite tipuri, centre de prelucrare,
verticale sau orizontale
• Trebuie sa fie cu comanda numerica
– Statii de lucru
• Se utilizeaza pentru incarcare, descarcare, stocare si inspectie
– Subsistem de transport
• Asigura transportul intre statiile de lucru
• Include: benzi transportoare, vehicule cu remorca, vehicule pe sine,
vehicule cu ghidare automata (AGV -automated guided vehicle)
– Sisteme de manipulare/prelucrare
• roboti industriali
– Controlerul de sistem
• Un computer ce controleaza intreg sistemul
TPSEM - CURS 7
6
•
Tipuri de procesari in SFF
– Procesare materiala
O inlantuire logica a mai multor ateliere flexibile de fabricatie, fiecare din acestea
fiind constituit din una sau mai multe celule flexibile de fabricatie.
• Utilizarea MU cu comanda numerica
• Utilizarea MU DNC – Direct numerical control: un singur calculator
este destinat conducerii unui grup de MU
• Utilizarea MU CNC – computer numerical control: fiecare masina
are incorporat un mini sau microcalculator
• Introducerea robotilor care au preluat din functiile tehnologice ce
ridica probleme deosebite dpdv al conditiilor de lucru
• Dispozitivele conexe (auxiliare)
TPSEM - CURS 7
7
– Procesare informationala
• Se obtine prin integrarea tuturor sistemelor de conducere (automate
programabile, calculatoare de proces, calculatoare personale) intr-o
structura ierarhizata, destinata optimizarii functiei productive
• CIM (Computer Integrated Manufacturing) – utilizarea tehnicii
numerice in diverse faze ale productiei:
– CAD (Computer Aided Design) – utilizarea calculatorului pentru proiectarea
integrala a produselor si obtinerea directa a programelor de conducere
necesare SF
– CAM (Computer Aided Manufacturing) - utilizarea calculatorului ca
echipament de conducere a diverselor masini si utilaje
– CAP (Computer Aided Planning) - utilizarea calculatorului pentru rezolvarea
aspectelor economice ale productiei
– CAQ (Computer Aided Quality) - utilizarea calculatorului in controlul calitativ
interfazic si final al fiecarui produs
– CAS (Computer Aided Service) - utilizarea calculatorului pentru crearea
unor facilitati speciale de depanare intr-un sistem de fabricatie prin functii
specifice (autotest, autodiagnoza, etc)
TPSEM - CURS 7
8
CELULA FLEXIBILA DE FABRICATIE (CFF) – element de baza, constitutiv intr-un
SFF
Statie de lucru (centru de prelucrare)
Masina-unealta
Sistem de manipulare (robot)
TPSEM - CURS 7
9
CELULA FLEXIBILA DE FABRICATIE
– dpdv al procesarii materiale -
Una sau mai multe MU-CNC pentru
diferite categorii de operatii
(strunjire, frezare, gaurire, etc)
Unul sau mai multi roboti (pentru
operatii de tip incarcare/descarcare,
transfer,paletizare/depaletizare,
sudura, vopsitorie, etc)
Utilaje specifice clasei de operatii
efectuate in celula (tratamente
chimice si/sau termice, prelucrari
prin electroeroziune, magazii
tampon, etc)
TPSEM - CURS 7
10
CELULA FLEXIBILA DE FABRICATIE
– dpdv al procesarii informationale -
Planificarea si coordonarea tuturor
programelor de comanda pentru
intreaga dotare tehnica
Planificarea si gestionarea miscarii
sculelor, a obiectelor prelucrate,a
subansamblurilor,etc
Supervizarea intregii functionari in
vederea optimizarii,autodiagnoza si
autoservice
TPSEM - CURS 7
11
CFF 1
CFF 2
…
CFF N
ATELIER FLEXIBIL DE
FABRICATIE
Magazii automate
Functii pregatitoare si
finale automate
Functiile de planificare
sunt realizate de un
calculator
TPSEM - CURS 7
Modificarea tipului de
produs realizat la
nivelul AFF presupune
numai activitatea de
reprogramare
12
SISTEME AUTOMATE DE FABRICATIE
TPSEM - CURS 7
13
Cuprind un ansamblu de statii automate de procesare,
interconectate prin unul sau mai multe dispozitive automate de
transfer, intre care, uneori sunt intercalate si posturi manuale
Pentru operatii dificil de realizat in varianta automata si
nu justifica investitia in echipamente specializate
Nu exista posibilitati financiare momentane pentru
completarea investitiei (asamblari speciale, reglaje
finale sau intermediare, inspectie, ambalare finala, etc);
TPSEM - CURS 7
14
SIMBOLURI FOLOSITE:
Statia de procesare
Cap de prelucrare
Simbolul procesului
PROC – statie de prelucrare
XXXX
YYY
ASBY – statie de asamblare
Masina, echipament,
dispozitiv, etc
INSP – statie de inspectie
SORT – statie de sortare
Modul de functionare a statiei
AUT – statie automata
MAN – statie manuala
TPSEM - CURS 7
15
Faza procesarii
Materie prima sau semifabricat de baza
Procesare intermediara (semifabricat in timpul procesarii)
Produs finit
Magaziile tampon de stocare (buffere)
TPSEM - CURS 7
16
Sistemul de transfer dintre statii
Sensul sagetii indica sensul normal al transferului in
timpul procesarii
Functiile de control in procesarea informationala
Sensul sagetii indica sensul transferului principal de date
TPSEM - CURS 7
17
Reprezentarea simbolica a unui
sistem automat de fabricatie
Semifabricat
de baza
Flux de
transfer
Buffer
Produs
finit
PROC
ASBY
PROC
INSP
AUT
MAN
AUT
MAN
Statia 1
Statia 3
Statia 2
TPSEM - CURS 7
Statia n
18
TIPURI DE SISTEME AUTOMATE DE FABRICATIE:
Dupa modul de organizare a fluxurilor de procesare se pot
distinge:
Cu flux serial
Cu flux paralel
Cu flux mixt
TPSEM - CURS 7
19
Sisteme automate de fabricatie cu flux serial - cel mai uzual mod de
organizare a fabricatiei, in situatia in care productia are un caracter stabil sau
cvasistabil, comenzi mari si relativ constante in timp, volum mare de procesare.
Pentru cele cu dispunere liniara
Se caracterizeaza prin existenta simultana a (m) sau (m-2)
semifabricate aflate in diverse faze de procesare, numarul lor
fiind egal cu cel al statiilor
Pentru cele cu dispunere circulara (sunt prevazute 2
statii suplimentare pentru incarcarea semifabricatului
de baza si extragerea produsului finit)
OBS. m este numarul de statii
O buna eficienta se obtine pentru un numar de statii cuprins
intre 8-16 cu un optim pentru 12.
TPSEM - CURS 7
20
Varianta liniara
Cea mai raspandita solutie de amplasare
Statiile de procesare sunt repartizate in lungimea unui
sistem de transfer clasic, de tip conveior sau banda
transportoare
Dispunere rectangulara
Dispunere poligonala
TPSEM - CURS 7
21
Varianta circulara
Statiile de procesare sunt repartizate pe o circumferinta
Transferul interfazic este realizat cu ajutorul masinilor de
indexare
Este specifica fabricatiei produselor de dimensiuni mici si
foarte mici (in industria electronica, electrotehnica, de
orologie, etc)
Ocupa o suprafata redusa in mediul uzinal si se reduc
distantele de transfer interfazic de la o statie la alta
Masina de indexare introduce totusi un anumit grad de
rigiditate,
nepermitand,
de
exemplu,
modificarea
succesiunii statiilor de procesare sau introducerea cu
usurinta a magaziilor tampon.
TPSEM - CURS 7
22
Statia 3
PROC
Statia 2
AUT
Statia 4
Statia 5
Statia 1
Masina de
indexare
INPUT
OUTPUT
TPSEM - CURS 7
23
Sisteme automate de fabricatie cu fluxuri paralele – se utilizeaza in
situatia in care produsul finit necesita un numar mic de operatii, ce pot fi
realizate intr-o singura statie de procesare, dar volumul productiei este
mare.
Se caracterizeaza prin existenta a (m) semifabricate aflate in
aceeasi faza de procesare, numarul lor fiind egal cu cel al statiilor
OBS. m este numarul de statii
Timpul de fabricatie este aparent de (m) ori mai mic decat cel
real, iar productivitatea este de (m) ori mai mare decat a unei
singure statii.
Necesita
multiplicarea
punctelor
de
introducere
semifabricatului si a celor de preluare a produsului finit.
a
Exemple de utilizare: productia reperelor universale( suruburi,
piulite, roti dintate, curele de transmisie, etc)
TPSEM - CURS 7
24
Varianta liniara
PROC
PROC
PROC
PROC
AUT
AUT
AUT
AUT
Statia 1
Statia 2
Statia 3
TPSEM - CURS 7
Statia n
25
Varianta circulara
PROC
AUT
Statia 2
PROC
PROC
AUT
AUT
Statia 3
Statia 1
Statia 4
PROC
AUT
TPSEM - CURS 7
26
Sisteme automate de fabricatie cu fluxuri mixte – imbina principiile
discutate anterior, in cazul general existand un numar de (n) fluxuri
paralele identice, fiecare organizat serial din (m) statii de procesare.
Se caracterizeaza prin existenta a (nxm) semifabricate aflate in
diverse faze de procesare.
Variantele cu dispunere circulara sunt mult mai rare datorita
complicarii gestiunii intersectiilor dintre fluxurile de transfer.
Acest tip de sistem asigura o reconfigurare dinamica, si anume,
defectarea accidentala a unei statii poate fi suplinita in mod
dinamic de sistemul de control general prin redistribuirea
sarcinilor sale catre celelalte statii de acelasi tip.
Productivitatea este in cazul general de (n) ori mai mare decat
cele seriale.
TPSEM - CURS 7
27
TRANSFERUL IN SISTEMELE AUTOMATE DE FABRICATIE
Este realizat cu dispozitive speciale ce asigura :
Deplasarea semifabricatelor intre statiile de procesare
Alte functii auxiliare: fixarea, schimbarea orientarii, etc.
Alegerea tipului de transfer depinde de:
Tipul operatiilor efectuate
Numarul statiilor de procesare
Greutatea si numarul
posturilor manuale
pieselor
transportate,
existenta
Viteza de transport impusa
TPSEM - CURS 7
28
Din punct de vedere al principiului de deplasare, transferul poate
fi :
Transfer continuu
Transfer sincron (intermitent)
Transfer asincron (la cerere)
Solutii speciale de transfer
TPSEM - CURS 7
29
Transfer continuu – semifabricatul este deplasat continuu, cu viteza
constanta, ceea ce necesita adaptarea permanenta a tuturor statiilor de
procesare la variabilitatea sa pozitionala.
Se utilizeaza
fie pentru fabricarea produselor de dimensiuni mici, ce pot fi blocate
temporar in dreptul statiilor automate de procesare fara a parasi sistemul
de transport
fie in cazul produselor cu inertie foarte mare ce suporta mai ales
prelucrari in posturi manuale (montaj general automobile)
TPSEM - CURS 7
30
Transfer sincron – semifabricatul este deplasat discontinuu si este
stabil la fiecare statie de procesare pe durata operatiilor efectuate,
aspect ce favorizeaza procesarea automata.
Se impune ca timpii de procesare ai tuturor statiilor sa fie
sensibili egali
Introduce rigoare in transport si este folosit in SAF cu statii
exclusiv automate ce realizeaza produse cu inertii mici si medii
(repere mecanice, caroserii auto).
TPSEM - CURS 7
31
Transfer asincron – semifabricatul paraseste statia curenta imediat ce
operatiile de procesare s-au incheiat si relativ independent de situatia
curenta din celelalte statii.
Se creaza avantajul unei anumite continuitati(in timp ce unele
semifabricate sunt in faza de procesare, altele sunt supuse
procesului de transfer.
Ofera o flexibilitate deosebita, permitand introducerea
magaziilor tampon, echilibrarea mai buna a timpilor neuniformi
de prelucrare ai statiilor, compensarea statiilor mai lente prin
multiplicare si functionare in paralel.
Se utilizeaza in cazul in care SAF include si statii automate si
posturi manuale.
TPSEM - CURS 7
32
Transfer paletizat – semifabricatul este asezat pe palete tipizate, special
proiectate pentru a crea facilitati de miscare, pozitionare, fixare,
prindere/eliberare, preluare a mai multor tipuri de semifabricate, etc.
Este specific SAF in care se realizeaza procese de asamblare
sau prelucrari succesive ale aceluiasi semifabricat de baza
(industria constructoare de masini)
Paletele purtatoare sunt realizate pe baza imaginii negative a
semifabricatului.
TPSEM - CURS 7
33
Solutii speciale de transfer – include un grup de tehnici moderne ce
sporesc substantial gradul de flexibilitate al SAF, tinzand spre
universalitatea transferului bazata exclusiv pe reprogramare.
Solutii pentru transferul local in SAF
In camp electromagnetic
Prin vibratii
Solutii pentru transferul global in SAF
Sisteme de roboti mobili cu cai de ghidare predefinite sau de roboti
mobili autonomi
TPSEM - CURS 7
34
ASPECTE MECANICE SI CONSTRUCTIVE ALE
TRANSFERULUI IN SAF
Se pot evidentia trei clase de mecanisme frecvent utilizate
Mecanisme specifice transferului liniar
Mecanisme specifice transferului circular
Mecanisme
transfer
specifice
TPSEM - CURS 7
solutiilor
speciale
de
35
Mecanisme specifice transferului liniar
Mecanism cu grinda oscilanta
Semifabricat
Paleta
Suport
rigid
Grinda
oscilanta
Tija de
comanda
Sistem de
actionare
Intr-un singur ciclu de miscare a grinzii se asigura deplasarea cu un pas
a tuturor paletelor cu semifabricate, rezultand deci un transfer sincron.
TPSEM - CURS 7
36
Mecanism conveior cu role
Role
Sunt posibile mai multe solutii constructive:
Cu toate rolele antrenate mecanic
Numai cu anumite role antrenate mecanic
Cu rolele libere la rotatie
Impune adoptarea unui transfer paletizat si a unor dispozitive de blocare
sau ridicare de pe conveior.
TPSEM - CURS 7
37
Mecanism cu cale conducatoare
Roata motoare
Roata pentru
tensionare
M
Calea conducatoare este de regula un lant sau un ansamblu de doua
lanturi cu viteze sincronizate
Paletele sunt antrenate de lant datorita prezentei unor gheare mecanice
ce realizeaza automat cuplarea mecanica in pozitiile de referinta ale
lantului.
TPSEM - CURS 7
38
Dispozitive auxiliare pe traseu:
Sisteme de sustinere si ghidare, ce asigura orizontalitatea anumitor
portiuni de traseu, modificari de nivel sau de directie
Sisteme de tensionare sau intindere a transportorului, destinate
prevenirii decuplarii mecanice de pe sistemul de antrenare
Sistemul de antrenare, ce poate fi unic sau multiplu, caz in care trebuie
rezolvata problema perfectei sincronizari intre vitezele dezvoltate
pemntru prevenirea ruperii transportorului.
TPSEM - CURS 7
39
Transferul liniar cu manipulatoare
PROC
PROC
PROC
AUT
AUT
AUT
O prima solutie este dotarea fiecarei statii cu un manipulator cu 2-3 grade de libertate
(mana mecanica)
Toate manipulatoarele incep sincron ciclul specific, preluand de la transportorul
principal semifabricatul aferent statiei si introducandu-l in zona de prelucrare
Dupa ce toate manipulatoarele au incheiat ciclul de deservire, transportorul principal
avanseaza cu un pas.
TPSEM - CURS 7
40
PROC
PROC
PROC
AUT
AUT
AUT
O a doua solutie elimina transportorul principal, utilizandu-se un singur manipulator
cu o structura cinematica arborescenta (mai multe brate si mai multe terminale)
Dispunerea uzuala este in varianta portal, dar este posibila si amplasarea plana
TPSEM - CURS 7
41
Mecanisme de transfer ce utilizeaza gravitatia
Semifabricate
Produse finite
Evacuare rebuturi
Tije ce efectueaza o miscare pe verticala cu trei pozitii
TPSEM - CURS 7
42
Mecanisme specifice transferului circular
Au la baza utilizarea masinilor de indexare
Masa circulara sectorizata, cu unghiuri la centru
egale, a carei rotatie se realizeaza discret , valoarea
unei deplasari elementare fiind pasul unghiular al
masinii
Numarul sectoarelor coincide cu numarul statiilor
de procesare, la care se adauga inca doua pentru
incarcare/descarcare.
Statia 1
Paleta
purtatoare
Statia 8
TPSEM - CURS 7
43
Cuplarea mai multor masini de indexare
TPSEM - CURS 7
44
Mecanisme specifice solutiilor speciale de transfer
Mecanism de transfer prin vibratii
L
Directie de avans
Arcuri
lamelare
Armatura rigida in
raport cu calea de
transfer
Electromagnet
TPSEM - CURS 7
45
Vibratiile se obtin prin comanda electromagnetului
Arcurile lamelare asigura suspensiile
Dimensionarea se realizeaza astfel incat sa se obtina o deplasare prin cuante de
marimea L a pieselor pe calea de transfer
Orientarea trebuie rezolvata la statia deservita
TPSEM - CURS 7
46
Mecanism de transfer cablat (se utilizeaza la robotii mobili
ghidati)
De tip mecanic cu sina conducatoare
Cablajul activ (filoghidarea)
Cablajul pasiv
videoghidarea)
(optoghidarea
si
Folosesc un ansamble de senzori
amplasati
pe
robot,
destinati
detectarii pozitiei si orientarii curente
in raport cu traseul marcat
TPSEM - CURS 7
47
Cablajul activ (filoghidarea)
Robotul mobil realizeaza o traiectorie ce reproduce amplasarea traseului
cablat prin supravegherea campului magnetic creat de acesta.
Senzori de cale
(Bobine)
ROBOT
MOBIL
15-20 mm
SOL
5-10 mm
TPSEM - CURS 7
Traseu
conductor
48
Traseul conductor este parcurs de un curent alternativ cu o frecventa de
ordinul kHz si o amplitudine de ordinul mA.
Utilizarea mai multor trasee presupune existenta unor alternative de
ghidare.
Traseul conductor poate constitui in subsidiar si un canal de
comunicatie intre robot si postul central de comanda. Variante:
Monofrecventa
Multifrecventa
Robotul urmareste o singura
bucla a traseului cablat
Robotul urmareste traseul ce-I
este destinat prin frecventa
afectata.
TPSEM - CURS 7
49
Cablajul pasiv - optoghidarea
ROBOT
MOBIL
Fotodetectori
TRASEU
MARCAT
SOL
Pret de cost mai mic
Usurinta modificarilor ulterioare
Securitatea utilizatorilor prin prezenta unui traseu vizibil
Eliminarea unei infrastructuri costisitoare
TPSEM - CURS 7
50
Cablajul pasiv - videoghidarea
Zona de
supraveghere
liniara
Traseu marcat
Asigura majorarea substantiala a informatiei senzoriale printr-un camp de supraveghere al
marcajului mai amplu.
Robotii mobili autonomi folosesc vederea artificiala si algoritmi sofisticati de inteligenta
artificiala ce ofera autonomie in decizie
Pret de cost ridicat.
TPSEM - CURS 7
51
Din punct de vedere al senzorului utilizat
Monocamera TV liniara
(rigleta cu senzori
optici)
Doua camere TV
bidimensionale
(strereo viziune)
Monocamera TV
bidimensionala
(monoviziune)
TPSEM - CURS 7
52
MAGAZIILE DE STOCARE
Sunt destinate sa asigure o rezerva tehnologica cu semifabricate
pentru o statie sau un grup de statii, mentinand o continuitate
functionala a sistemului de fabricatie
Sunt utile mai ales in transferul asincron , dar si la cuplarea mai
multor tipuri de sisteme de transfer
Amplasarea poate fi:
Zonala, pentru un grup de statii
Individuala, pentru fiecare statie sau post manual.
TPSEM - CURS 7
53
FUNCTIILE DE CONTROL
Exista trei cerinte fundamentale
Controlul procesului: aspectul de baza al functiilor de
control si consta in coordonarea logica si temporala a
functionarii tuturor statiilor de procesare, dispozitivelor
auxiliare si de transfer.
Siguranta
functionala:
asigura
deplina
securitate
functionala, supravegherea tuturor proceselor si a
parametrilor critici, prevenind eventualele pagube majore
Controlul calitatii productiei, identificarea produselor rebut
si a deficientelor functionakle ale utilajelor
TPSEM - CURS 7
54
Tehnici de realizare a controlului
Controlul instantaneu
Determina oprirea imediata a intregului SAF la aparitia unei
defectiuni si furnizarea unor mesaje referitoare la localizarea
defectului.
Asigura o buna protectie a SAF
Poate totusi contribui la pierderi importante de productie
Controlul cu memorie
Functiile de control cauta sa mentina in functiune tot restul SAF
cu exceptia statiei la care a aparut defectul
TPSEM - CURS 7
55
CLASIFICAREA SAF
Dupa numarul proceselor realizate
Specializate pentru un singur proces
Multiproces, in care se pot realiza uzual 2-3 procese relativ
asemanatoare
Dupa amplasarea statiilor in raport cu fluxul de transfer
SAF cu statii unilaterale
PROC
PROC
AUT
AUT
TPSEM - CURS 7
56
SAF cu statii alternante
PROC
PROC
AUT
AUT
PROC
PROC
AUT
AUT
SAF cu statii bilaterale
PROC
PROC
AUT
AUT
PROC
PROC
AUT
AUT
TPSEM - CURS 7
57
SAF cu statii intersectate de fluxul de transfer
PROC
PROC
AUT
AUT
Este indicata in situatia in care statiile de procesare sunt de
dimensiuni mari sau realizeaza prelucrari multiple pe mai multe
suprafete
Dezavantaj: reducerea spatiului de acces la capertele de
prelucrare pentru activitatea de service.
TPSEM - CURS 7
58