Bài giảng Tự động hóa sản xuất

Giảng viên:Th.s. Nguyễn Minh Tuấn Bộ Môn: Cơ điện tử- Khoa cơ khí Đại học bách khoa Tp.HCM Email: minhtuandavi@yahoo.com (Manufacturing Automation) Chương 6: tự động hóa các quá trình lắp ráp Kẹp chặt cơ khí Kẹp chặt bằng ốc, vít: Đinh vít, bu lông, đai ốc v.v Phương pháp này rất phổ biến trong công nghiệp. Tiện lợi của nó là dễ dàng tháo rời ra từng chi tiết khi cần thiết như: Sửa chữa, bảo dưỡng, điều chỉnh. Cách ghép chi tiết bằng ren vít như vậy thường được thực hiện bởi người công nhân còn đối với người máy hoặc hệ thống tự động thì khó thực hiện hơn. Kẹp chặt bằng đinh tán. Lắp rắp bộ đôi bằng cách ép. Ví dụ: Như mối ghép giữa trục vàø lỗ mà trục có đường kính lớn hơn đường kính lỗ một ít, khi lắp chúng ta phải dùng lực ép. Do vậy với lần lắp đầu tiên, thì việc tháo mối ghép ra là rất khó. Kẹp chặt cơ khí (tt) Lắp ráp bằng cách bắt vừa khít Vd: Lắp ghép bằng khâu vá Chi tiết thường mềm, mỏng Kẹp chặt cơ khí (tt) Lắp ráp bằng cách hàn Các phương pháp này là hàn bằng que hàn, hàn đồng, hàn gió đá (bằng khí axêtilen). Kỹ thuật hàn thường rất đa dạng. Trong một số trường hợp, người ta thêm các kim loại phụ vào nhằm tăng thêm tính dính kết của mối hàn. Một số phương pháp hàn được dùng trong công nghiệp như hàn dùng điện trở, hàn hồ quang, hàn bằng ma sát, hàn bằng tia laser, hàn bằng tia điện tử. Kẹp chặt cơ khí (tt) Phương pháp ghép chi tiết bằng chất dính kết là dùng chất dính kết để nối các chi tiết với nhau. Ngày nay phương pháp này khá phổ biến trong công nghiệp. Những phương pháp mới về hàn dùng chất dính kết đang được phát triển và ứng dụng trong công nghiệp. Chất kết dính có thể được chia làm 2 loại: nhiệt dẻo và chất dẻo phản ứng nhiệt. Chất nhiệt dẻo được dùng rất đơn giản nhưng không chịu được ở nhiệt độ cao. Chất dẻo phản ứng nhiệt (ví dụ như nhựa epoxi) thì có phản ứng với nhiệt độ. Tuy vậy qúa trình hàn dùng chất dẻo phản ứng nhiệt phức tạp hơn so với hàn bằng chất nhiệt dẻo, nhưng mối ghép được chắc hơn và khả năng chịu nhiệt cao hơn. 6.2. CÁC HỆ THỐNG LẮP RẮP Các phương pháp tổ chức qúa trình lắp ráp được phân loại như sau: 1. Lắp ráp bằng tay chỉ có một vị trí 2. Dây chuyền lắp ráp tay 3. Hệ thống lắp ráp tự động Lắp ráp bằng tay tại một vị trí là phương pháp trong đó chỉ có một vị trí làm việc mà tại đó công việc lắp ráp được hoàn tất, cho cả chi tiết hoặc hoàn tất một cụm nào đó của sản phẩm. PP này áp dụng đối với các sản phẩm phức tạp, số lượng ít. Vị trí làm cần 1 hay nhiều công nhân Dây chuyền lắp ráp bằng tay gồm nhiều vị trí làm việc, trong đó toàn bộ sản phẩm hoặc các cụm chính được hoàn tất theo dây chuyền từ vị trí này đến vị trí kia trong hệ thống. Tại mỗi vị trí làm việc một hoặc nhiều công nhân cùng tham gia lắp ráp để hoàn thành sản phẩm. Khi sản phẩm tới vị trí làm việc cuối cùng thì nó được hoàn chỉnh. Các hệ thống lắp ráp tự động sử dụng các phương pháp lắp ráp tự động ở các vị trí làm việc thay vì lắp ráp bằng tay. 6.3 DÂY CHUYỀN LẮP RÁP BẰNG TAY Dây chuyền sản xuất bằng tay thường được dùng trong sản xuất hàng khối. Chuyên môn hóa công nhân cao, năng saất cao . 6.3 DÂY CHUYỀN LẮP RÁP BẰNG TAY + Lắp ráp bằng tay nhiều vị trí: chi tiết được di chuyển thành dòng. Tại mỗi vị trí trên đường di chuyển ta bố trí 1 cách hợp lý các vị trí lắp ráp dựa vào kết cấu của chi tiết. DÂY CHUYỀN LẮP RÁP BẰNG TAY ASBY MAN ASBY MAN ASBY MAN ASBY MAN ASBY MAN Chi tiết cơ sở vào Sản phẩm lắp xong đi ra Các thành phần được thêm vào tại mỗi vị trí Sta 1 Sta 2 Sta 3 Sta 4 Sta 5 VẬN CHUYỂN PHÔI GIỮA CÁC VỊ TRÍ LẮP RÁP 1. Dây chuyền lắp ráp không có vận chuyển cơ khí 2. Dây chuyền lắp ráp có băng tải di chuyển Dây chuyền lắp ráp tự động: là dây chuyền lắp trong đó không có sự tham gia 1 cách trực tiếp của con người. Tại mỗi vị trí lắp ráp ta bố trí một, hay nhiều tay máy lắp ráp tự động chuyên dùng hay robot. Cả hệ thống này được điều khiển bằng máy tính 1 cách tôí ưu. Độ chính xác lắp ráp sản phẩm của dây chuyền rất cao. Dây chuyền được giám sát thường xuyên nhờ hệ thống SCADA-VISION. DÂY CHUYỀN LẮP RÁP TỰ ĐỘNG Robot hàn điểm trong nhà máy sản xuất xe hơi. Robot sơn. Hệ thống robot hàn đường của hãng FANUC Đầu hàn có trang bị cảm biến dò tìm đường đi bằng laser theo không gian ba chiều Ứng dụng robot trong quá trình lắp ráp sản phẩm Robot tham gia vào quá trình lắp ráp sẽ làm tăng độ chính xác, giảm lao động đặc biệt là những nơi cần vô trùng hoặc sự tích điện của lao động như những nơí lắp ráp board mạch điện tử. Robot được trang bị hệ thống nhận dạng sản phẩm hoặc mỗi robot được bố trí tại mỗi vị trí và được setup tuỳ thuộc vào sản phẩm. Khi lắp ráp sản phẩm mới ta chỉ cần cài đặt lại chương trình Robot lắp ráp mạch in có hệ thống Camera quan sát được dùng để xác định vị trí chân trên bản mạch in. Pneumatics Sensors Mechanical Electrical PLC Programming Computer Science in combination Commissioning MaintenanceFault-finding Mechatronic Definition acc. Kevin Craig UNY Mechatronics Mechanisms Sensors Actuators Microcomputer Micro-electronics Smart Materials Pneumatic Electric Hydraulic PLC Control Technology MPS , PCS, Robotic Electro- pneumatic Electro- hydraulic Electro-Hydraulic controled by PLC Electro-Pneumatic control ed by PLC Electric + MPS MPS & PCS controled by PLC, IPC Integrated and multi-functional Learning System Băng tải: là thành phần không thể thiếu trong hệ thống lắp ráp bằng tay cũng như tự động. Băng tải cong 1. Dây chuyền lắp ráp kiểu đơn (hàng khối) 2. Dây chuyền lắp ráp kiểu loạt 3. Dây chuyền lắp ráp kiểu hỗn hợp 6.4. CÂN ĐỐI DÂY CHUYỀN LẮP RÁP Vấn đề cân đối dây chuyền là xắp xếp qúa trình gia công riêng biệt và các công việc lắp ráp tại nơi làm việc sao cho khoảng thời gian làm việc tại mỗi vị trí trên dây chuyền là xấp xỉ bằng nhau. Ví dụ 6.1 Có một thiết bị điện nhỏ được lắp ráp trên một dây chuyền sản xuất. Toàn bộ công việc được chia thành các nguyên công một cách hợp lý. Bộ phận công nghệ đã lập ra chuẩn thời gian dựa vào những công việc tương tự từ trước. Thông tin này được cho ở bảng 6.1. Sản lượng yêu cầu:120.000 thiết bị/ năm. Với chế độ làm việc 50 tuần/năm và 40 giờ/tuần, lượng xuất xưởng sẽ giảm xuống còn 60 ch/h hay 1ch/ph. Số thứ tự công việc Tên gọi các phần tử Tej (phút) Công việc phải thực hiện trước 1 Định vị khung lên đồ gá và kẹp chặt 0 ,2 - 2 Lắp phích cắm, ống dẫn dây điện 0,4 3 Lắp giá đỡ khung 0,7 1 4 Quấn dây motor 0,1 1, 2 5 Quấn dây rơ le 0,3 2 6 Lắp kết cấu mâm đĩa của khung 0,11 3 7 Lắp lưỡi dao cắt cho khung 0,32 3 8 Lắp ráp motor vào khung 0,6 3, 4 9 Căn dao cắt và gá vào motor 0,27 6, 7, 8 10 Lắp công tắc vào khung motor 0,38 5, 8 11 Bọc vỏ, kiểm tra, chạy thử 0,5 9, 10 12 Đặt lên giá để đóng gói 0,12 11 6.4. CÂN ĐỐI DÂY CHUYỀN LẮP RÁP(tt) Các thuật ngữ: Phần tử công việc hợp lý nhất: những phần tử công việc không thể chia nhỏ hơn được nữa. Ký hiệu Tej , j: để chỉ một trong số ne phần tử công việc Vd: khoan 1 lỗ, bắt ốc vít. 1. Thời gian hoàn thành toàn bộ công việc Twc 2. Nhiệp xuất xưởng Tc    n j TejTwc 1 pR ETc  Sơ đồ ưu tiên. Đây là sơ đồ đặc trưng cho trình tự các phần tử công việc được xác định bởi các ràng buộc ưu tiên. Chúng ta dùng các điểm nút để ký hiệu cho các nguyên công. Mũi tên giữa hai nút chỉ thứ tự thực hiện công việc. Những nguyên công thực hiện trước tiên ứng với những nút bên trái của sơ đồ tiến trình từ trái sang phải. Sơ đồ 6.3 là biểu diễn cho ví dụ 6.1. Thời gian thực hiện mỗi nguyên công được ghi trên mỗi nút tương ứng. 12 3 4 5 6 8 9 10 7 11 12 0,2 0,7 0,11 0,27 0,5 0,12 0,39 0,32 0,6 0,1 0,3 0,4 Sự mất cân đối nTc TwcnTcd  6.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN ĐỐI DÂY CHUYỀN Các phương pháp đó là: 1/ Qui tắc ứng viên lớn nhất 2/ Phương pháp Kilbridge và Wester 3/ Phương pháp phân chia theo trọng lượng a) Quy tắc ứng viên lớn nhất (Largest Candidate Rule) Quy tắc này rất dễ hiểu. Chọn các thành phần công việc để phân phối cho các vị trí làm việc đơn giản là dựa vào mức giá trị của Te . Các bước giải bài toán cân đối được liệt kê dưới đây, tiếp theo là thí dụ 6.2 dùng để giải bài toán của ví dụ 6.1. Bước 1: Liệt kê các thành phần theo thứ tự giảm dần của giá trị Te . Giá trị lớn nhất của Te nằm ở đỉnh của bảng liệt kê. Bước 2: Để gán các thành phần cho vị trí làm việc đầu tiên, hãy bắt đầu từ trên xuống dưới của danh sách bằng cách chọn phần tử khả thi đầu tiên đặt vào vị trí đó. Yếu tố khả thi là yếu tố thỏa mãn sự ưu tiên bắt buộc và không tạo ra tổng các giá trị Te tại vị trí làm việc vượt qúa thời gian chu kỳ Tc. Bước 3: Tiếp tục qúa trình phân bố nguyên công vào vị trí như bước 2 cho tới khi không có thể thêm vào một thành phần nào để làm cho Ts vướt qúa giá trị Tc. Bước 4: Lặp lại bước 2 và 3 cho vị trí khác trong dây chuyền cho tới khi tất cả các thành phần đã được phân bố. Phần tử Công việc Te (phút) Công việc đi trước 3 0,7 1 8 0,6 3, 4 11 0,5 9,10 2 0,4 - 10 0,38 5, 8 7 0,32 3 5 0,3 2 9 0,27 6, 7, 8 1 0,2 - 12 0,12 11 6 0,11 3 4 0,1 1,2 Vò trí Phaàn töû coâng vieäc eT phuùt ∑Tc taïi vò trí 1 2 .0 4 5 .0 3 1 .0 2 4 .0 1 .1 00 2 3 .0 7 6 .0 11 .0 81 3 8 .0 6 10 .0 38 .0 98 4 7 .0 32 9 .0 27 .0 59 5 11 .0 5 12 .0 11 .0 61 b/ Phương pháp Kilbridge - Wester: Phương pháp này tạo được sự chú ý lớn kể từ khi nó được giới thiệu vào năm 1961, cho đến nay vẫn được dùng trong nhiều nước và có sự thành công rõ rệt. Đó là thủ tục phát hiện và chọn các phần tử công việc để phân bố vào các vị trí tùy theo 12 3 4 5 6 8 9 10 7 11 12 0,2 0,7 0,11 0,27 0,5 0,12 0,39 0,32 0,6 0,1 0,3 0,4 Vị trí 2 Vị trí 1 Vị trí 3 Vị trí 5 Vị trí 4 (a)Phần tử 2, 5, 1, 4 Phần tử 3, 6 Phần tử 8, 10 Phần tử 11, 12 Phần tử 7, 9 Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Vị trí 4 Vị trí 5 (b) Dòng sản phẩm Ví dụ 6.3 1 2 3 4 5 6 8 9 10 7 11 12 0,2 0.7 0,11 0,27 0,5 0,12 0,38 0,32 0,6 0,1 0,3 0,4 5 I II III IV V VI Bước 1: Xây dựng biểu đồ theo thứ tự ưu tiên. Công việc nhằm xác định các nút đại diện cho nguyên công có cùng ưu tiên và xếp vào cùng cột dọc, Ví dụ như hình 6.5 thành phần 1 và 2 được xếp cùng cột I, thành phần 3, 4 và 5 cùng cột II ..... chú ý rằng 5 có thể xếp vào cột II hoặc III mà không ảnh hưởng đến thứ tự công việc. Bước 2: Liệt kê các thành phần theo thứ tự cột của chúng. Cột I là cột đầu của bảng. Nếu có một thành phần nào đó có thể xếp vào nhiều cột thì phải liệt kê nó trong tất cả các cột có thể để chỉ ra khả năng có thể thay đổi của thành phần đó. Bước này được trình bày ở bảng 6.4. Bảng cho biết Te của từng thành phần và thời gian Tes cho mỗi cột. Bước 3:phân bố các phần tử công việc vào các vị trí làm việc, bắt đầu bằng cách thành lập cột I, tiếp tục theo thứ tự cột cho đến khi chu kỳ thời gian đạt mức chuẩn. Phân bố nguyên công theo phương pháp Kilbridge - Werter Thaønh phaàn coâng vieäc coät eT (phuùt) Toång eT cuûa coät 1 I .0 2 2 I .0 4 .0 6 3 II .0 7 4 II .0 1 5 ,II III .0 3 .1 1 6 III .0 11 7 III .0 32 8 III .0 6 .1 03 9 IV .0 27 10 IV .0 38 .0 65 11 V .0 5 .0 5 12 VI .0 12 .0 12 Phân bố nguyên công theo phương pháp Kilbridge - Werter Vị trí Thành phần Tc phút Tc tại vị trí. 1 1 0.2 2 0.4 4 0.1 5 0.3 1.00 2 3 0.7 6 0.11 0.81 3 7 0.32 8 0.6 0.92 4 9 0.27 10 0.38 0.65 5 11 0.5 12 0.12 0.62 c/ Phương pháp xếp hạng vị trí theo trọng lượng (Ranked positional weights method - RPW) Phương pháp này được helgenson và birnie giới thiệu vào năm 1961. Nó kết hợp thuật giải của quy tắc so sánh cực đại và phương pháp Kilbridge - Werter . Phương pháp này còn gọi là RPW. Nó tính toán từng thành phần một, RPW tính cả giá trị Te của từng thành phần và vị trí của thành phần trong biểu đồ ưu tiên. Sau đó các thành phần được phân bố vào vị trí làm việc theo thứ tự tổng quát về giá trị RPW của chúng. Bước 1: tính toán RPW cho từng thành phần bằng cách lấy tổng Te của thành phần đó và tất cả các thành phần Te tiếp theo trên một chuỗi tiếp theo sơ đồ ưu tiên. Bước 2: liệt kê các thành phần ttheo thứ tự RPW, giá trị RPW lớn nhất đầu bảng liệt kê. Để thuận tiện ghi thêm các giá trị Te của các thành phần vào cột bên cạnh và một cột ghi nguyên công sát trước. c/ Phương pháp xếp hạng vị trí theo trọng lượng (Ranked positional weights method – RPW (TT)) Bước 3: phân bố các thành phần vào vị trí tùy theo RPW. Nhớ dừng quy phạm điều “ưu tiên bắc buột”, và thời gian chu kỳ. c/ Phương pháp xếp hạng vị trí theo trọng lượng (Ranked positional weights method – RPW (TT)) Thành phần RPW Te (phút) Công việc đi trước 1 3,30 0,2 - 3. 3,00 0,7 1 2 2,67 0,4 - 4 1,97 0,1 1, 2 8 1,87 0,6 3, 4 5 1,30 0,3 2 7 1,21 0,32 3 6 1,00 0,11 3 10 1,00 0,38 5, 8 9 0,89 0,27 6, 7, 8 11 0,62 0,5 9, 10 12 0,12 0,12 11 c/ Phương pháp xếp hạng vị trí theo trọng lượng (Ranked positional weights method – RPW (TT)) Vò trí Phaàn töû e (T Phuùt) ∑Te taïi vò trí 1 1 .0 2 3 .0 7 .0 9 2 2 .0 4 4 .0 1 5 .0 3 6 .0 11 .0 91 3 8 .0 6 7 .0 32 .0 92 4 10 .0 38 9 .0 27 .0 65 5 11 .0 5 12 .0 12 .0 62 6.6. Các phương pháp cân đối dây chuyền nhờ máy tính Ví trí Phần tử công việc Te (Phút) Tổng thời gian tại một vị trí Ts1 1 0,2 2 0,4 5 0,3 4 0,1 1,0 2 3 0,7 6 0,11 0,81 3 8 0,6 10 0,38 0,98 4 7 0,32 9 0,27 0,59 5 11 0,5 12 0,12 0,62 6.6. Các phương pháp cân đối dây chuyền nhờ máy tính Ví trí Phần tử công việc Te (Phút) Tổng thời gian tại một vị trí Ts 1 1 0,2 2 0,4 5 0,3 4 0,1 1,0 2 3 0,7 6 0,11 0,81 3 8 0,6 10 0,38 0,98 4 7 0,32 9 0,27 0,59 5 11 0,5 12 0,12 0,62 6.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC CẢI THIỆN CÂN ĐỐI DÂY CHUYỀN a/ Phân chia nguyên công. b/ Thay đổi tốc độ làm việc c/ Phân tích phương pháp lao động d/ Lắp ráp trước các cấu thành e/ Bộ phận trữ phôi trung gian giữa các vị trí f/ Các vị trí song song 6.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC CẢI THIỆN CÂN ĐỐI DÂY CHUYỀN a/ Phân chia nguyên công. b/ Thay đổi tốc độ làm việc c/ Phân tích phương pháp lao động d/ Lắp ráp trước các cấu thành e/ Bộ phận trữ phôi trung gian giữa các vị trí f/ Các vị trí song song