Download - SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE Notiuni introductive Conceptul de sistem flexibil de fabricatie
TPSEM - CURS 7 1
SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE
1. Notiuni introductive
2. Conceptul de sistem flexibil de fabricatie
TPSEM - CURS 7 2
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 3
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 4
Flexibilitate
Eficienta economica
Productie manufacturiera
Sisteme flexibile de fabricatie
Productie de masa
Posturi independente
Celule de fabricatie
Linii specializate de fabricatie
Serie mica Serie medie Serie mare
TPSEM - CURS 7 5
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 6
• 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 7
• 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 8
– 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 9
Statie de lucru (centru de prelucrare)
Sistem de manipulare (robot)
CELULA FLEXIBILA DE FABRICATIE (CFF) – element de baza, constitutiv intr-un SFF
Masina-unealta
TPSEM - CURS 7 10
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 11
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 12
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
Modificarea tipului de produs realizat la
nivelul AFF presupune numai activitatea de
reprogramare
TPSEM - CURS 7 13
SISTEME AUTOMATE DE FABRICATIE
TPSEM - CURS 7 14
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 15
SIMBOLURI FOLOSITE:
XXXX
YYY
Cap de prelucrare
Masina, echipament, dispozitiv, etc
Statia de procesare
Simbolul procesului
PROC – statie de prelucrare
ASBY – statie de asamblare
INSP – statie de inspectie
SORT – statie de sortare Modul de functionare a statiei
AUT – statie automata
MAN – statie manuala
TPSEM - CURS 7 16
Faza procesarii
Materie prima sau semifabricat de baza
Procesare intermediara (semifabricat in timpul procesarii)
Produs finit
Magaziile tampon de stocare (buffere)
TPSEM - CURS 7 17
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 18
Semifabricat de baza
PROC
AUT
ASBY
MAN
PROC
AUT
INSP
MAN
Produs finit
Statia 1 Statia 2 Statia 3 Statia n
Flux de transfer
Buffer
Reprezentarea simbolica a unui sistem automat de fabricatie
TPSEM - CURS 7 19
Dupa modul de organizare a fluxurilor de procesare se pot distinge:
Cu flux serial
Cu flux paralel
Cu flux mixt
TIPURI DE SISTEME AUTOMATE DE FABRICATIE:
TPSEM - CURS 7 20
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.
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 liniara
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 21
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 22
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 23
PROC
AUT
PROC
AUT
Statia 1
Statia 2
Statia 3
PROC
AUT
PROCAUT
PROC
AUT
Statia 4
Statia 5
INPUT
OUTPUT
Masina de indexare
TPSEM - CURS 7 24
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 a semifabricatului si a celor de preluare a produsului finit.
Exemple de utilizare: productia reperelor universale( suruburi, piulite, roti dintate, curele de transmisie, etc)
TPSEM - CURS 7 25
PROC
AUT
Statia 1
PROC
AUT
Statia 2
PROC
AUT
Statia 3
PROC
AUT
Statia n
Varianta liniara
TPSEM - CURS 7 26
PROC
AUT
Statia 1
PROC
AUT
Statia 3
PROC
AUT
Statia 2
PROC
AUT
Statia 4
Varianta circulara
TPSEM - CURS 7 27
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 28
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 pieselor transportate, existenta posturilor manuale
Viteza de transport impusa
TPSEM - CURS 7 29
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 30
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 31
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 32
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 33
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 34
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 35
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 specifice solutiilor speciale de transfer
TPSEM - CURS 7 36
Mecanisme specifice transferului liniar
Sistem de actionare
Grinda oscilanta
Tija de comanda
Suport rigid
Semifabricat
Paleta
Mecanism cu grinda oscilanta
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 37
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 38
Mecanism cu cale conducatoare
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.
M
Roata motoare Roata pentru tensionare
TPSEM - CURS 7 39
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 40
Transferul liniar cu manipulatoare
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.
PROC
AUT
PROC
AUT
PROC
AUT
TPSEM - CURS 7 41
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
PROC
AUT
PROC
AUT
PROC
AUT
TPSEM - CURS 7 42
Mecanisme de transfer ce utilizeaza gravitatia
Semifabricate
Produse finite
Evacuare rebuturi
Tije ce efectueaza o miscare pe verticala cu trei pozitii
TPSEM - CURS 7 43
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
Statia 8
Paleta purtatoare
TPSEM - CURS 7 44
Cuplarea mai multor masini de indexare
TPSEM - CURS 7 45
Mecanisme specifice solutiilor speciale de transfer
Mecanism de transfer prin vibratii
L
Directie de avans
Arcuri lamelare
Electromagnet
Armatura rigida in raport cu calea de transfer
TPSEM - CURS 7 46
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 47
Mecanism de transfer cablat (se utilizeaza la robotii mobili ghidati)
De tip mecanic cu sina conducatoare
Cablajul activ (filoghidarea)
Cablajul pasiv (optoghidarea si videoghidarea)
Folosesc un ansamble de senzori amplasati pe robot, destinati detectarii pozitiei si orientarii curente in raport cu traseul marcat
TPSEM - CURS 7 48
Cablajul activ (filoghidarea)
Robotul mobil realizeaza o traiectorie ce reproduce amplasarea traseului cablat prin supravegherea campului magnetic creat de acesta.
15-20 mm
5-10 mmSOL
ROBOT MOBIL
Traseu conductor
Senzori de cale (Bobine)
TPSEM - CURS 7 49
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
Robotul urmareste o singura bucla a traseului cablat
Multifrecventa
Robotul urmareste traseul ce-I este destinat prin frecventa
afectata.
TPSEM - CURS 7 50
Cablajul pasiv - optoghidarea
Fotodetectori
SOL
ROBOT MOBIL
TRASEU MARCAT
Pret de cost mai mic
Usurinta modificarilor ulterioare
Securitatea utilizatorilor prin prezenta unui traseu vizibil
Eliminarea unei infrastructuri costisitoare
TPSEM - CURS 7 51
Cablajul pasiv - videoghidarea
Traseu marcat
Zona de supraveghere liniara
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 52
Din punct de vedere al senzorului utilizat
Monocamera TV liniara (rigleta cu senzori
optici)
Monocamera TV bidimensionala (monoviziune)
Doua camere TV bidimensionale (strereo viziune)
TPSEM - CURS 7 53
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 54
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 55
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 56
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
AUT
PROC
AUT
TPSEM - CURS 7 57
SAF cu statii alternante
PROC
AUT
PROC
AUT
PROC
AUT
PROC
AUT
SAF cu statii bilaterale
PROC
AUT
PROC
AUT
PROC
AUT
PROC
AUT
TPSEM - CURS 7 58
SAF cu statii intersectate de fluxul de transfer
PROC
AUT
PROC
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.