Thiết kế sản phẩm cho lắp ráp tự động

Chương 3: Thiết kế sản phẩm cho lắp ráp tự động Lắp ráp là nối hai hoặc nhiều bộ phận với nhau để tạo nên một đối tượng mới. Đối tượng mới này gọi là cụm lắp ráp, đơn vị lắp ráp hay một tên nào đó tương tự 1.4.1 Tìm hiểu về quá trình lắp ráp sản phẩm Một trong những trở ngại trong lắp ráp tự động là đã có nhiều phương pháp lắp ráp truyền thống mô tả ở trên được phát triển khi mà con người là phương tiện duy nhất để lắp ráp một sản phẩm. Nhiều phương pháp kẹp chặt cơ khí thường dùng trong công nghiệp ngày nay yêu cầu phài có những khả năng cảm nhận và hoạt động như con người. Ví dụ, chúng ta hãy xem xét việc sử dụng một đinh vít, một vòng đệm và một đai ốc để siết chặt hai miếng kim loại trên phần lắp ráp vỏ máy. Thao tác kiểu này thường được làm bằng tay trong một tế bào lắp ráp hoặc dây chuyền lắp ráp. Việc lắp các phần tử trên và việc vặn bằng tay có thể dễ dàng thực hiện bằng tay, vì con người là một cái máy cực kỳ khéo léo và thông minh. Tuy nhiên nếu việc này mà tự động hoá thì thật không đơn giản chút nào. Cái khó nhất là cho đinh ốc vào lỗ ghép hai phần tử, mà đôi khi các lỗ trên mỗi phần tử chưa chắc đã trùng nhau. Khi lắp bằng tay người lắp có thể trông thấy được và canh lại vị trí cho khớp, còn khi lắp bằng máy thì việc này không thể làm được. Khó khăn nữa là sau khi lắp được đinh vít vào lỗ rồi thì phải lắp vòng đệm và đai ốc. Người thợ một tay giữ đinh ốc, một tay giữ con tán xoay nhẹ cho con tán ăn khớp với đinh ốc. Còn đối với máy tự động thì việc này rất khó thực hiện. Việc vặn chặt ren là việc cuối cùng thì máy có thể làm việc không khó khăn gì. Chính vì những khó khăn trên khâu lắp ráp các mối lắp ren là khó tự động hoá nhất. Khâu này thường phải dùng đến con người để lắp sơ bộ trước sau đó máy sẽ thực hiện việc kẹp chặt. Giá cao của lao động chân tay dẫn đến phải việc tìm kiếm các công nghệ thích hợp và thiết kế các thiết bị tự động lắp ráp hoàn hảo. Sau đây là những chỉ dẫn và những nguyên tắc có thể ứng dụng trong thiết kế sản phẩm để việc lắp ráp tự động thực hiện dễ dàng. 1.4.2 Nguyên tắc ứng dụng trong thiết kế sản phẩm  Giảm số lượng khâu lắp ráp: Nguyên tắc này có thể triển khai trong quá trình thiết kế bằng cách kết hợp nhiều chức năng trong cùng một chi tiết nào đó mà trước đây phải do nhiều chi tiết ghép lại. Việc sử dụng các chi tiết từ chất dẽo là một ví dụ về nguyên tắc này. Những hình dạng khá phức tạp của một miếng Plastic có thể thay thế cho một vài chi tiết kim loại, mặc dù vật liệu Plastic có thể đắt hơn nhưng thời gian tiết kiệm được trong quá trình lắp ráp đã chứngminh nó có thể thay thế được trong nhiều trường hợp  Sử dụng kết cấu tổ hợp: Trong lắp ráp tự động, sự gia tăng số lượng của những bước lắp ráp riêng lẻ đưa đến kết quả là gia tăng thời gian ngừng máy trong hệ thống. Reley cho rằng một thiết kế sản phẩm phải có tính tổ hợp, mỗi tổ hợp chỉ gồm cỡ 11, 12 chi tiết được lắp với nhau trên một hệ thống lắp ráp đơn. Tương tự, các cụm lắp phải được bố trí chi tiết xung quanh cơ sở để lắp những chi tiết khác vào.  Giảm mối ghép ren cần thiết. Thay vì sử dụng những đinh vít và vòng đệm, đai ốc riêng lẻ, và những mối ghép tương tự, thiết kế những cơ cấu kẹp chặt ngay trên chi tiết, và không chỉ kẹp từng cái một mà đồng thời nhiều cái.  Giảm sự cần thiết phải xử lý đồng thời nhiều linh kiện Thực tế sử dụng các máy lắp ráp tự động cho thấy là phân chia các nguyên công tại nhiều vị trí khác nhau thì tốt hơn là lắp chung tại một chỗ.  Hạn chế số phương lắp ráp cần thiết Nguyên lý đơn giản này có nghĩa là số phương lắp linh kiện mới phải giảm tới mức tối thiểu. Nếu tất cả những linh kiện mà được lắp ráp theo phương thẳng đứng từ trên xuống thì tuyệt vời nhất. Đương nhiên việc này chỉ có thể giải quyết khi thiết kế sản phẩm.  Đòi hỏi linh kiện có chất lượng tốt. Chất lương cao của hệ thống lăp ráp tự động đòi hỏi những linh kiện lắp ráp tại mỗi vị trí phải có chất lương tốt. Những linh kiện có chất lương kém là nguyên nhân gâyra ách tắc trong cơ cấu nạp phôi dẫn đến việc máy ngừng hoạt động trong hệ thống tự động .  Sử dụng các cụm cấp phôi. Đây là một thuật ngữ để gọi những thiết bị có khả năng định ví chi tiết, tách phôi và nạp phôi vào vị trí lắp ráp. Một trong những chi phí chủ yếu khi phát triển các hệ thống lắp ráp tự động là mất thời gian cho việc thiết kế các cụm cấp phôi tự động. Người thiết kế sản phẩm chịu trách nhiệm đảm hình dáng hình học và những phần tử của các phần tử lắp ráp để việc lắp ráp được dễ dàng hơn. Dây chuyền lắp ráp theo đường thẳng gồm một loạt những vị trí tự động được đặt dọc theo hệ thống vận chuyển theo đường thẳng. Đó là một biến thể tự động hoá của những dây chuyền lắp ráp bằng tay. Hệ thống vận chuyển gián đoạn, không đồng bộ. Nhận xét do đó nhu cầu tự động hoá là rất lớn. Nó góp phần năng cao nâng suất, giảm tải công việc cho người công nhân. 1.5 Sự cần thiết phải có tự động hoá. Các công ty hỡ trợ các dự án về vấn đề tự động hoá và CIM vì nhiều lý do khác nhau. Một số lý do quan trọng gồm:  Năng cao nâng suất: Tự động hoá các quá trình hoạt động sản xuất hứa hẹn việc tăng năng suất lao động. Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn ( đầu ra trên giờ ) so với hoạt động bằng tay tương ứng.  Chi phí nhân công cao: Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân không ngừng tăng lên. Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã trở nên kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay. Chi phí cao của lao động đang ép các nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc. Bởi vì máy móc có thể sản xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hoá đã làm cho chi phí trên một đơn vị sản phẩm thấp hơn.  Sự thiếu lao động: Trong nhiều quốc gia phát triển, có sự thiếu hụt lớn lực lượng lao động. Chẳng hạn như Tây Đức đã bị ép buộc phải nhập khẩu lao động để làm tăng nguồn cung cấp lao động của mình. Việc thiếu hụt lao động cũng kích thích sự phát triển của tự động hoá  Xu hướng dịch chuyển của lao động về thành phần dịch vụ: Xu hướng này đặc biệt thịnh hành ở Mỹ vào lúc 1986, tỷ lệ lao động được thuê trong sản xuất 20%. Năm 1947, nó vào khoảng 30%. Trước năm 2000, ước lượng làđạt con số khoảng 2%. Chắc chắn là tự động hoá sản xuất đã tạo ra sự dịch chuyển này. Tuy nhiên còn có nhiều sức ép xã hội, đoàn thể chịu trách nhiệm cho xu hướng này. Sự phát triển của lực lượng lao động văn phòng được thuê được chính phủ liên bang, tiểu bang và địa phương đã tiêu thụ một phần lao động mà đáng lẽ đã phải tiêu thụ ở khu vực sản xuất. Ngoài ra, còn có xu hướng xem công việc là tẻ nhạt, không có ý nghĩa là bẩn thỉu. Quan điểm này đã khiến cho mọi người tìm kiếm việc làm trong thành phần dịch vụ của nền kinh tế. ( Chính phủ, bảo hiểm, dịch vụ cá nhân, pháp luật bán hàng …)  Sự an toàn: Bằng việc tự động hoá các hoạt động và chuyển người vận hành máy từ vị trí tham gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn. Sư an toàn và thoải mái của công nhân đã trở thành mục tiêu quốc gia với sự ban hành đạo luật sức khoẻ và an toàn nghề nghiệp ( 1970). Nó cũng là sự tự động hoá.  Giá nguyên vật liệu cao: Giá cao của nguyên vật liệu tạo ra nhu cầu sử dụng các nguyên vật một cách hiệu quả hơn. Việc giảm phế liệu là một trong những lợi ích của tự động hoá.  Nâng cao chất lượng sản phẩm: Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với làm bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các tiêu chuẩn chất lượng.  Rút ngắn thời gian sản xuất: Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của khách hàng và thời gian giao sản phẩm. Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh tranh trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn.  Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất: Lượng hàng tồn kho khi đang sản xuất tạo ra một chi phí đáng kể cho nhà sản xuất vì nó giữ chặt vốn lại. Hàng tồn kho khi đang sản xuất không có giá trị. Nó không đóng vai trò như nguyên vật liệu hay sản phẩm. Tương tự như nhà sản xuất sẽ có lợi khi giảm tối thiểu lượng phôi tồn đọng trong sản xuất. Tự động hoá có xu hướng thực hiện mục đích này bởi việc rút ngắn thời gian gia công toàn bộ sản phẩm phân xưởng  Nếu không tự động hoá sẽ phải trả giá đắt: Tự động hoá nhà máy sản xuất sẽ có một ưu thế cạnh tranh quan trọng. Thuận lợi này không thể phơi bày được dưới hình thức uỷ thác của công ty. Ưu điểm của tự động hoá thường được thấy một cách bất ngờ và không lường trứơc, thí dụ như hàng chất lượng cao, bán hàng nhiều hơn quan hệ lao động tốt hơn. Công ty mà không tự động dễ thấy mình bị bất lợi với khách hàng, nhân viên của họ và xã hội công cộng. Tất cả những nhân tố trên hợp thành một bản đồng ca biến việc tự động hoá sản xuất thành một công cụ hấp dẫn thay cho phươngpháp sản xuất bằng tay. Nhận xét: ta thấy để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đồng thời tăng năng suất ta chọn hệ thống lắp ráp tự động đó là một quy luật tất yếu phải xảy ra.