Hệ thống sản xuất biến hình (rms=reconfigurable manufacturring system)

HỆ THỐNG SẢN XUẤT BIẾN HÌNH (RMS=RECONFIGURABLE MANUFACTURRING SYSTEM) Lê Trung Thực Nội dung • Định nghĩa • Sơ đồ • Xuất xứ • Các thành phần của RMS • Tính hợp lý của RMS • Đặc điểm • Nguyên tắc của RMS • So sánh RMS và FMS • Cơ sở khoa học của RMS Khái niệm và Định nghĩa • Là một hệ thống được thiết kế để đáp ứng sự thay đổi nhanh chóng về cấu trúc phần cứng và phần mềm để dễ điều chỉnh khả năng sản xuất và chức năng bên trong một họ chi tiết, theo sự thay đổi đột ngột của thị trường hoặc bên trong hệ thống. Sơ đ ồ Reconfigurable Machining Systems Reconfigurable? Dedicated Flexible Reconfigurable • Reconfigurablity concept - wrenches • RMS: reconfigure capacity and functionality • Reconfigurable vs dedicated vs flexible is an economic decision Xuất xứ của RMS • RMS được sáng chế năm 1999 tại trung tâm nghiên cứu kỹ thuật về RMS ở trường Đại học Michigan, Hoa kỳ. Muc tiêu của RMS là “Chức năng và khả năng cần thiết mà chính xác, thì chính xác khi nào cần thiết” = Exactly the capacity and functionality needed, exactly when needed Một hệ thống RMS có 6 đặc điểm cốt lõi: • Modularity, • Integrability, • Customized flexibility, • Scalability, • Convertibility, and • Diagnosability Nhưng không phải tất cả là cần thiết. • RMS tăng tốc độ đáp ứng của hệ thống sản xuất đối với những sự kiện không lường trước được của thị trường, thí dụ nhu cầu thay đổi hay sự cố của máy móc. • RMS đảm bảo nhanh chóng sản xuất sản phẩm mới, điều chỉnh sản lượng nếu cần thiết một cách đột xuất. Một hệ thống RMS lý tưởng đảm bảo chính xác chức năng và khả năng sản xuất cần thiết, và có thể điều chỉnh chính xác một cách kinh tế khi cần thiết. • Những hệ thống này được thiết kế và hoạt động theo nguyên tắc RMS của Koren. Các thành phần của RMS: • Máy CNC • Máy công cụ có thể thay đổi cấu hình được • Máy kiểm tra có thể thay đổi cấu hình được • Hệ thống vận chuyển vật liệu liên kết các máy thành một hệ thống • Sự bố trí và cấu hình khác nhau của các máy này sẽ tạo nên hiệu quả của hệ thống. • Một tập hợp các công cụ toán học làm nền tảng khoa học cho RMS có thể được dùng để cực đại hoá năng suất của hệ thống với số lượng máy ít nhất có thể. Tính hợp lý của RMS • Sự toàn cầu hoá đã tạo ra triển vọng mới cho công nghiệp, cạnh tranh khốc liệt, Cơ hội thị trường nhỏ hẹp và nhu cần sản phẩm thay đổi thường xuyên. Sự thay đổi này là cơ hội và thách thức. • Để tận dụng cơ hội, công nghiệp phải có những hệ thống sản xuất sản xuất nhiều loại sản phẩm trong cùng một họ trong một phạm vi rộng. Phạm vi có thể thấy trong nhiều nước, trong nhiều nền văn hoá, chứ không phải trong một vùng thị trường. Việc thiết kế sản phẩm đa dạng có thể kèm theo khả năng kỹ thuật cho phép thay đổi nhanh chóng, ngay cả trong một tháng. Hệ thống RMS có những khả năng đó. Đặc điểm của RMS • Được Yoram Koren giới thiệu năm 1995: Modularity, Integrability, Customized flexibility, Scalability, Convertibility, and Diagnosability, ứng dụng cho thiết kế hệ thống sản xuất và các thành phần của nó - Máy biến bình, bộ điều khiển biến hình, phần mềm điều khiển hệ thống biến hình. Tính modul hoá = Modularity • Chế tạo các linh kiện máy móc theo modul để dễ dàng thay đổi cấu hình bằng cách lắp rắp lại hệ thống. • Máy công cụ biến hình với cấu trúc modul có trục chính có thể biến đổi cho những nguyên công khác. Hệ thống băng tải biến đổi theo modul Khả năng tích hợp = Integrability • Khả năng tích hợp các modul một cách nhanh chóng và chính xác bởi một tập các giao diện cơ khí, thông tin, điều khiển cho phép tích hợp và truyền thông. • Ở cấp độ máy móc, các trục chuyển động và trục chính có thể tích hợp để tạo nên máy móc. Nguyên tắc tích hợp cho phép các nhà thiết kế máy liên hệ các phần tử trên chi tiết với các máy gia công, nhờ đó cho khả năng tích hợp quá trình-sản xuất. • Ở cấp độ hệ thống, các máy là các modul mà có thể tích hợp với hệ thống vận chuyển để tạo ra RMS. Tuỳ biến = Customization • Để thiết kế hệ thống máy mềm dẻo chỉ theo một họ chi tiết, nhờ đó đạt được tính mềm dẻo - tuỳ ý, ngược lại với sự linh hoạt thông thường của FMS/CNC. Đặc điểm này làm cho RMS khác hẵn với FMS, cho phép giảm giá thành. Nó cho phép sản xuất một họ chi tiết chứ không phải là một chi tiết hoặc bất cứ chi tiết nào (đặc trưng của FMS). Họ chi tiết • Họ chi tiết nghĩa là những chi tiết giống nhau về hình dạng, độ chính xác, quy trình chế tạo, thí dụ một số kiểu block cylindre hoặc một số kiểu Microprocessor, hoặc tất cả các kiểu máy bay Boing 747. • Việc xác định họ chi tiết phải chắc chắn là hệ thống được dùng để chế tạo mỗi chi tiết thành viên. RMS phải thay đổi cho hợp với đặc điểm chính của cả họ chi tiết, bằng cách sử dụng đặc tính linh hoạt theo nhu cầu (Customized flexibility). Nó cho phép sử dụng nhiều dụng cụ (thí dụ, trục chính trên máy phay hay vòi phun trên máy ép nhựa) trên cùng một máy, nhờ đó, tăng được năng suất, giá thành hạ mà không phải thoả hiệp về tính linh hoạt. Khả năng biến đổi = Convertibility • Khả năng dễ biến đổi chức năng của hệ thống máy và bộ điều khiển hiện tại cho thích hợp với yêu cầu của sản xuất. • Sự biến đổi hệ thống có thể có nhiều cấp độ. Sự biến đổi có thể yêu cầu trục chính thay đổi tốc độ từ thấp với momen lớn (khi gia công titan) sang tốc độ cao mà moment nhỏ (khi gia công nhôm), hoặc điều chỉnh bậc tự do khi gia công hai chi tiết khác nhau của cùng một họ trong một ngày cho trước. Khả năng biến đổi = Convertibility • Sự biến đổi hệ thống ở cấp độ ngày này phải cho phép thực hiện nhanh chóng và hiệu quả. Muốn vây, RMS phải sử dụng không chỉ phương pháp thông thường như cài đặt Off-Line nhưng cũng có thể có những cơ cấu cao cấp cho phép thay đổi nhanh chóng giữa các chi tiết, cũng như các phương pháp điều khiển và cảm biến cho phép tinh chỉnh nhanh chóng sau khi biến đổi Thay đổi quy mô = Scalability • Khả năng thay đổi quy mô sản xuất bằng cách bố trí lại hệ thống sản xuất hoặc thay đổi quy mô sản xuất của các vị trí máy có thể biến hình. Đặc điểm này giống với khả năng biến đổi. Tính thay đổi quy mô có thể yêu cầu ở cấp độ máy móc, thêm trục chính để tăng năng suất, còn ở cấp hệ thống, thay đổi đường đi của chi tiết, hoặc thêm máy để mở rộng khả năng của hệ thống khi thị trường có yêu cầu. Khả năng chẩn đoán = Diagnosability • Khả năng tự động đọc được tình trạng nhiện tại của hệ thống để phát hiện và chẩn đoán căn nguyên của sự cố và sau đó nhanh chóng sửa chữa lỗi • Tính chẩn đoán có hai khía cạnh: Phát hiện sự cố của máy và phát hiện chi tiết có chất lượng không chấp nhận được. Khía cạnh thứ hai là đặc biệt trong RMS. Khi hệ thống sản xuất càng dễ biến hình, thì khả năng tinh chỉnh càng quan trọng để tạo ra những chi tiết có chất lượng. Khả năng chẩn đoán = Diagnosability • Vì vậy, RMS phải được thiết kế với hệ thống đo kiểm chất lượng sản phẩm như một phần tích hợp. Thí dụ Máy kiểm tra biến hình nhúng trong hệ thống RMS cho phép phát hiện nhanh chóng. Những hệ thống đo này giúp phát hiện nhanh chóng nguyên nhân của vấn đề chất lượng trong hệ thống sản xuất. Do đó chúng có thể được sửa chữa bằng cách sử dụng các phương pháp điều khiển, dữ liệu thống kê và kỹ thuật xử lý tín hiệu. Các nguyên tắc RMS • Các hệ thống RMS hoạt động theo các nguyên tắc căn bản mà giáo sư Yoram Koren xây dựng và gọi là nguyên tắc Koren. Chúng bao gồm: 1. RMS được thiết kế để điều chỉnh tài nguyên sản xuất để đáp ứng nhu cầu sắp tới. Khả năng của RMS là thay đổi quy mô trong từng số gia nhỏ và tối ưu. Chức năng của RMS là nhanh chóng thích nghi với việc sản xuất sản phẩm mới. Các nguyên tắc RMS • Để cải thiện tốc độ đáp ứng của hệ thống sản xuất, đặc điểm của RMS cốt lõi phải được nhúng trong toàn bộ hệ thống cũng như các thành phần (cơ khí, truyền thông và điều khiển). • RMS được thiết kế chỉ cho một họ chi tiết với sự linh hoạt tuỳ ý chỉ đủ cần cho việc sản xuất tất cả các chi tiết trong họ. • RMS chứa hỗn hợp các thiết bị kinh tế gồm các máy CNC, máy công cụ biến hình, máy kiểm tra biến hình và các máy lắp ráp biến hình. • RMS có phần cứng và phần mềm có khả năng đáp ứng các sự kiện bất ngờ của thị trường và máy móc một cách kinh tế. • Hai hệ thống có mục đích khác nhau: • FMS: tăng chủng loại chi tiết được sản xuất. Sản lượng nhỏ • RMS: tăng tốc độ đáp ứng nhu cầu của thị trường và khách hàng. Nó cũng linh hoạt nhưng sự linh hoạt chỉ hạn chế trong một họ chi tiết. Sản lượng có thể biến đổi từ nhỏ tới lớn. RMS và FMS Cơ sở khoa học của RMS • Công nghê RMS là dựa trên phương pháp hệ thống trong thiết kế và vận hành RMS. Phương pháp gồm các phần tử then chốt, mà sự phối hợp của chúng gọi là cơ sở khoa học RMS. Các phần tử này tóm lại như sau: Cơ sở khoa học của RMS  Cho trước một họ chi tiết, sản lượng yêu cầu và sự pha trộn,  Nhà lập kế hoạch xử lý cấp hệ thống đề nghị những cấu hình hệ thống khác nhau và so sánh chúng theo năng suất, chất lượng, khả năng biến đổi, tuỳ chọn quy mô,  Việc cân đối hệ thống có thể được thực hiện tự động bằng thuật toán thông thường và thống kê. Bộ phần mềm dùng để thực hiện các nhiệm vụ này là PAMS và SHARE. Cơ sở khoa học của RMS • Phương pháp mô hình hoá chu kỳ sống một cách kinh tế, sẽ đề nghị hệ thống thích ứng một cách tối ưu trong thời gian hoạt đông (sống) của nó. • Phương pháp thiết kế máy công cụ biến hình cho phép máy được thiết kế một cách hệ thống, xuất phát từ đặc điểm họ chi tiết cần chế tạo. Cơ sở khoa học của RMS  Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển logic để điều khiển tuần tự và toạ độ của hệ thống sản xuất lớn tạo ra những bộ điều khiển hợp chuẩn và biến hình được sử dụng trong PLC côngnghiệp. • Phương pháp Stream – of – Variations (SoV) dựa trên lý thuyết điều khiển không gian tĩnh và thống kê trong quá trình, tạo nên phương pháp lý thuyết mới để tinh chỉnh một cách hệ thống sau khi biến hình, làm giảm thời gian tung ra thị trường. • Thuật toán Machine Vision được tích hợp trong máy kiểm tra biến hình dùng để kiểm tra các khuyết tật do rỗ mặt (được cài đặt tại nhà máy General Motors Flint Engine Plant) Tóm lược • Trong bài học này, chúng ta đã tìm hiểu các vấn đề sau: – Định nghĩa – Sơ đồ – Xuất xứ – Các thành phần của RMS – Tính hợp lý của RMS – Đặc điểm – Nguyên tắc của RMS – So sánh RMS và FMS – Cơ sở khoa học của RMS