Tự động hóa - Chương 6: Tự động hoá quá trình lắp ráp và bao gói sản phẩm

CHƯƠNG 6 TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH LẮP RÁP VÀ BAO GĨI SẢN PHẨM NỘI DUNG • 6.1 Vai trò của quá trình lắp ráp trong hệ thống sản xuất tự động • 6.2 Cấu trúc dây chuyền lắp ráp bằng tay • 6.3 Cân đối dây chuyền lắp ráp bằng tay • 6.4 Cấu trúc dây chuyền lắp ráp tự động • 6.5 Thiết kế sản phẩm cho quá trình lắp ráp tự động • 6.6 Các phương pháp bao gói sản phẩm QUÁ TRÌNH LẮP RẮP Lắp rắp 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 gọi nào đó tương tự. Các qúa trình lắp ráp có thể chia ra làm ba loại chính: • .Lắp ráp bằng cách kẹp chặt cơ khí. • .Lắp ráp bằng cách hàn • .Lắp ráp bằng cách dán Kẹp chặt cơ khí • Kẹp chặt bằng ốc, vít: Đinh vít, bu lông, đai ốc v.v • Kẹp chặt bằng đinh tán • Lắp rắp bộ đôi bằng cách ép • Lắp bằng cách bắt vừa khít • Lắp ghép bằng khâu vá • Lắp ráp bằng cách hàn (hàn bằng que hàn, hàn đồng, hàn gió đá) • Phương pháp ghép chi tiết bằng chất dính kết CÁC HỆ THỐNG LẮP RẮP • 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. – áp dụng đối với sản phẩm phức tạp số lượng ít – Vị trí làm việc cần một hay nhiều công nhân phụ thuộc vào kích cỡ sản phẩm và năng suất yêu cầu – Các sản phẩm được thiết kế theo đơn đặt hàng (máy công cu,ï trang thiết bị công nghiệp, máy bay, tàu thuyền ) 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. DÂY CHUYỀN LẮP RÁP BẰNG TAY • Thường được dùng trong sản xuất hàng khối, trong đó công việc được chia ra thành những nhiệm vụ nhỏ • Một trong những thuận lợi phương pháp này là sự chuyên môn hóa lao động bằng cách giao cho mỗi công nhân một số nhiệm vụ cụ thể có tính lặp lại, nhờ vậy họ làm việc với tốc độ nhanh hơn và chất lượng hơn. Cấu trúc 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 tạo mỗi vị trí Sta 1 Sta 2 Sta 3 Sta 4 Sta 5 Assembly Line by Ransom E. Olds in 1901. Hendry Ford • Olds phải là cha đẻ của dây chuyền lắp ráp chứ không phải Hendry Ford như nhiều người nghĩ. • Điều Hendry Ford làm là cải tiến ý tưởng của Olds bằng cách thay bằng băng tải. Việc này làm giảm thới gian lằp ráp tư một ngày rưỡi xuống còn gần 9 phút. Ford lắp đặt dây chuyền lắp ráp đầu tiên vào năm 1913. • Henry Ford phải được gọi là “Cha đẻ của sản xuất oto hàng khối”. Dây chuyền lắp ráp của Hendry Ford năm 1913 Vận chuyển phôi giữa các vị trí lắp ráp • 1. Dây chuyền lắp ráp không có chuyển động cơ khí • Dây chuyền này không có băng tải hoặc cơ cấu chuyển tiếp giữa các vị trí làm việc. Sản phẩm đang lắp ráp được chuyển bằng tay giữa các vị trí • Nhược điểm của cách này là người công nhân sau khi hòan thành công việc của mình phải chờ sản phẩm từ vị trí kế trước. Khi sự ứ đọng xảy ra, công nhân phải chờ đợi vị trí kế sau hoàn tất công việc mới chuyển sản phẩm của mình tới • Tóm lại, dòng sản phẩm thường không đều đặn. Chu kỳ biến động làm mất tính điều hòa tổng thể. Nên có ổ trữ phôi trung gian giữa các vị trí làm việc để điều hòa sản phẩm của dây chuyền 2. Dây chuyền lắp ráp có băng tải di chuyển • Theo cách này cần có bộ phận làm nhiệm vụ di chuyển sản phẩm (đai chuyền, băng tải, xích tải, ...) nhằm di chuyển các cụm lắp ráp giữa các vị trí làm việc. • Hệ thống chuyển động có thể liên tục, gián đoạn (đồng bộ), hoặc không đồng bộ • Hệ thống chuyển động liên tục là thông dụng nhất trong các dây chuyền lắp ráp bằng tay, tuy nhiên hệ thống chuyển động không đồng bộ thì đang trở nên thông dụng hơn 2. Dây chuyền lắp ráp có băng tải di chuyển • Nhược điểm khi dùng hệ thống băng tải chuyển động liên tục: – Sự chờ đợi có thể xảy ra giống như dây chuyền không có chuyển động cơ khí. – Khi sản phẩm không được hoàn tất tại một vị trí nào đó do người công nhân không làm kịp trong khi băng tải hoạt động, sự ứ đọng sẽ xảy ra – Nếu có các ổ trữ phôi trung gianï, sự ứ động đôi khi có thể được giải quyết, Có thể thiết kế sao cho người công nhân duy chuyển vượt quá gới hạn vị trí của mình để tiếp tục hoàn tất công việc – trong đó Vc - Tốc độ băng tải (ft/min hoặc m/s) – Sp - Khoảng cách giữa hai cụm lắp ráp (feet hay m/cụm). năng suất của dây chuyền fp.. p c p s Vf  Thời gian chu kỳ lắp • Ls - chiều dài của khoảng cách của hai vị trí làm việc • Vc - tốc độ băng tải c s t V LT  Ví dụ: • Giả sử năng suất mong muốn là 60 cụm/giờ. Tức là cần lắp một cụm trong một phút. Tốc độ băng tải là 0.5m/ph. Giữa khoảng cách giữa hai cụm lắp là 0.5m . Nếu khoảng cách giữa 2 vị trí lắp là 1,5m. khoảng thời gian Tt sẽ là 3 phút. Các kiểu dây chuyền lắp ráp bằng tay • 1. Dây chuyền lắp ráp kiểu đơn (hàng khối): • 2. Dây chuyền lắp ráp kiểu loạt: • 3. Dây chuyền lắp ráp kiểu hỗn hợp: CÂN ĐỐI DÂY CHUYỀN LẮP RÁP • 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 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 Baûng 6.1 Soá thöù töï coâng vieäc Teân goïi caùc phaàn töû Tej (phuùt) Coâng vieäc phaûi thöïc hieän tröôùc 1 Ñònh vò khung leân ñoà gaù vaø keïp chaët 0 ,2 - 2 Laép phích caém, oáng daãn daây ñieän 0,4 3 Laép giaù ñôõ khung 0,7 1 4 Quaán daây motor 0,1 1, 2 5 Quaán daây rô le 0,3 2 6 Laép keát caáu maâm ñóa cuûa khung 0,11 3 7 Laép löôõi dao caét cho khung 0,32 3 8 Laép raùp motor vaøo khung 0,6 3, 4 9 Caên dao caét vaø gaù vaøo motor 0,27 6, 7, 8 10 Laép coâng taéc vaøo khung motor 0,38 5, 8 11 Boïc voû, kieåm tra, chaïy thöû 0,5 9, 10 12 Ñaët leân giaù ñeå ñoùng goùi 0,12 11 Các thuật ngữ: • - Phần tử công việc hợp lý nhỏ nhất • - Thời gian hoàn thành toàn bộ công việc (Total Work Content • Trong ví dụ trên (bảng 6.1), ta tính được Twc = 4,00 phút.    n j ejwc TT 1 Thời gian cần thiết để thực hiện công việc tại vị trí thứ i – Công việc thực hiện tại mỗi vị trí sẽ gồm 1 hoặc nhiều thành phần công việc, và thời gian cần thiết chính là tổng thời gian thực hiện các công việc thành phần. Chúng ta dùng Tsi để chỉ thời gian thực hiện tại vị trí thứ i và rõ ràng là tổng thời gian của tất cả của các vị trí sẽ bằng với thời gian hoàn thành toàn bộ công việc      n i n j ejsi e TT 1 1 Nhịp xuất xưởng: (Tc) – Thời gian này có tính chất lý thuyết là khoảng thời gian giữa 2 lần hoàn thành sản phẩm. Giá trị thiết kế của Tc được xác định tùy theo năng suất đạt được ứng với dây chuyền. Giá trị Tc phải thỏa mãn điều kiện: – trong đó E = Hiệu quả (Efficiency) (đã được định nghiã ở chương 2) Rp = Năng suất cần thiết (The riquired production rate): p c R ET  Các ràng buộc ưu tiên • Điều này liên quan tới các yêu cầu công nghệ trong ví dụ 6.1. Rờ le phải được gắn vào sườn motor trước khi bọc vỏ cho thiết bị. Cột bên phải cho biết công việc nào đi trước công việc nào. Sự ưu tiên này tạo nên sự ràng buộc trong việc lắp ráp. • Ngoài các sự ưu tiên bắt buộc trên có thể có nhiều loại ưu tiên bắt buộc khác trong các giải pháp cân đối dây chuyền Sơ đồ ưu tiên 1 2 3 4 5 6 8 9 10 7 11 12 0,2 0,7 0,11 0,27 0,5 0,12 0,39 0,32 0,6 0,1 0,3 0,4 Sự mất cân đối (Balance Delay) c wcc nT TnTd  CÁC PHƯƠNG PHÁP CÂN ĐỐI DÂY CHUYỀN • 1/ Qui tắc ứng viên lớn nhất • 2/ Phương pháp Kilbridge và Wester • 3/ Phương pháp phân chia theo trọng lượng Quy tắc ứng viên lớn nhất (Largest Candidate Rule • 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. Bảng kết quả sắp xếp theo phương pháp ứng viên lớn nhất Kết qủa cho ở bảng 6.3 có 5 vị trí và ta tính được độ mất cân đối cho sự phân bố này là: %2020,0 )1(5 4)1(5   d 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 Kết quả cân đối dây chuyền theo phương pháp ứng viên lớn nhất 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 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 chức năng của nó trong biểu đồ. Cách làm này khắc phục được một trong những khó khăn của quy tắc ứng viên lớn nhất, trong đó các thành phần cuối biểu đồ có thể là các ứng viên đầu tiên, đơn giản chỉ vì giá trị Te của chúng lớn. 12 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 Các thành phần công việc trong ví dụ 6.3 được phân bố vào các cột theo phương pháp Kilbridge - Wester 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. Bảng 6.4. Các phần tử công việc được phân bố theo cột trong phương pháp Kilbridge và Wester Bước 3: Phân bố các phẩn 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 thời gian chu kỳ đạt mức chuẩn. Tc trong ví dụ là 1 phút. Giá trị Tc của mỗi cột rất quan trọng vì chúng ta có thể thấy được thời gian chu kỳ trong mỗi cột là bao nhiêu. Phân bố nguyên công theo phương pháp Kilbridgc - Werter Phương pháp xếp hạng vị trí theo trọng lượng (Ranked positional weights method - RPW • Phương pháp này được Helgeson và Birnie giới thiệu vào năm 1961. Nó kết hợp chiến thuật của quy tắc so sánh cực đại và phương pháp Kilbridge - Wester. Phương pháp còn được gọi tắt là RPW. Nó tính toán cho 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. Các bước thực hiện • Bước 1: Tính toán RPW cho từng thành phần bằng cách lấy tổng Te của thành phần đó và Te của tất cả các thành phần kế tiếp trên 1 chuỗi mũi tên của sơ đồ ưu tiên. • Bước 2: Liệt kê các thành phần theo thứ tự RPW. Giá trị RPW lớn nhất là đầu của bảng liệt kê. Để thuận tiện, ghi thêm giá trị Te của các thành phần vào một cột bên cạnh và một cột ghi các nguyên công sát trước. • Bước 3: Phân bố các thành phần vào vị trí tùy theo RPW, nhớ đừng vi phạm sự “ưu tiên bắt buộc” và thời gian chu kỳ. Nguyên công được sắp xếp theo thứ tự của giá trị RPW Nguyên công phân bố theo phương pháp RPW • Trong sự cân đối dây chuyền theo phương pháp RPW, số vị trí cần thiết là 5 cũng như trước đây. Nhưng thời gian max tại vị trí 3 là 0,92 phút. Việc Tc = 0.92 phút chứ không phải là 1 phút dĩ nhiên là thuận lợi vì mức sản lượng sẽ tăng đến Rc = 1,075 chi tiết/phút. Hệ số mất cân đối sẽ là: Phương pháp RPW cho thấy sự phân bố nguyên công hiệu qủa hơn hai phương pháp trước. Tuy nhiên cần lưu ý là chúng ta chấp nhận thời gian chu kỳ khác so với điều đã chỉ ra ngay lúc đầu. 0 01313,0 )92,0(5 4)92,0.(5   d Các phương pháp cân đối dây chuyền nhờ máy tính • COMSOAL • Được viết tắt từ thuật ngữ Computer Method of Sequencing Operation For Assembly Line. Đây là phương pháp đã được Chrysler Corporation phát triển và được Areus viết vào năm 1966. Mặc dù đây không phải là chương trình máy tính cho việc cân đối dây chuyền đầu tiên nhưng dường như nó được nhiều người chú ý và sử dụng hơn so với các phương pháp trước Các phương pháp cân đối dây chuyền nhờ máy tính • CALB – Trong những năm 1970, chương trình về các phương pháp sản xuất tiến bộ (Advanced Manufacturing Methods - AMM) của cơ quan IIT Research Institute là trung tâm cốt lõi cho việc nghiên cứu quy trình công nghệ về việc cân đối dây chuyền sản xuất. Vào năm 1968 cơ quan này đã giới thiệu một bộ chương trình máy tính gọi là CALB (Computer-Assembly Line Balancing hay Computer-Aided Line Balancing và dù ít hay nhiều cũng đã trở thành tiêu chuẩn trong công nghiệp. Ưùng dụng của nó bao gồm nhiều sản phẩm lắp ráp khác nhau, như xe hơi, xe tải, thiết bị điện, máy điện, phần cứng đơn sơ và các loại khác Các phương pháp cân đối dây chuyền nhờ máy tính • ALPACA • Chương trình máy tính này được phát triển bởi một trong những nhà sử dụng dây chuyền lắp ráp chính, hãng General Motors. Tên gọi của chương trình là Assembly Line Planning and Control Activity – viết tắt là ALPACA. Nó được cài đặt lần đầu tiên vào năm 1967 nhưng sự phát triển về phần cứng máy tính thời đó giảm mức sử dụng chương trình 10% so với mức dự kiến CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC CẢI THIỆN CÂN ĐỐI DÂY CHUYỀN • Phân chia nguyên công • Thay đổi tốc độ làm việc • Phân tích phương pháp lao động • Lắp ráp trước các cấu thành • Bộ phận trữ phôi trung gian giữa các vị trí • Các vị trí song song ASBY MAN ASBY MAN ASBY MAN ASBY MAN Chỗ nốiChỗ nối Sta. 1 Sta. 2 Sta. 3 Sta. 4 Các phần tử 1, 2, 3, 4, 8 ( cả hai trạm) Các phần tử 5, 6, 7, 9 Các phần tử 10, 11, 12 Dây chuyền lắp ráp linh hoạt bằng tay • Thời gian làm việc tại một vị trí biến đổi tùy thuộc vào sự nỗ lực và tay nghề của người công nhân. Thay vì các cụm lắp ráp dịch chuyển về phía trước với tốc độ không đổi như trong dây chuyền truyền thống, người công nhân có thể sử dụng thời gian cần thiết để hoàn thành các phần tử công việc cho một model cụ thể hiện đang được xử lý. Khi hoàn thành xong, người công nhân giải phóng xe hàng đến công đoạn tiếp theo. • So với phương pháp cổ điển, phương pháp này có các lợi điểm như: người công nhân cảm thấy thoả mãn hơn, chất lượng sản phẩm cao hơn, điều hòa được sự biến động, khả năng giải quyết các vấn đề tốt hơn mà không phải ngưng máy. HẾT CHƯƠNG 6