Tự động hóa - Chương 8: Các hệ thống tự động sản xuất hiện đại

CHƯƠNG 8 CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẢN XUẤT HIỆN ĐẠI NỘI DUNG • 8.1 Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS. • 8.2 Hệ thống sản xuất tích hợp CIM. • 8.3 Hệ thống sản xuất biến hình RMS. 8.1. HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẢN XUẤT LINH HOẠT ĐỊNH NGHĨA • Hệ thống tự động sản xuất linh hoạt là một hệ thống tự động thực hiện những nguyên công khác nhau theo một trình tự khác nhau trên cùng một công cụ như nhau (phần chấp hành). • Sự ra đời của hệ thống sản xuất linh hoạt là nhờ những tiến bộ đạt được trong ngành tin học. Nhu cầu của sự linh hoạt • Tính linh hoạt của sản xuất • - đáp ứng một thị trường đa dạng • - lợi nhuận cao nhờ giảm tồn kho và thời hạn sản xuất. • Ứng dụng: Gia công cơ khí, đúc, lắp ráp, bao gói, sản xuất đồ hộp, Điều kiện của sự linh hoạt • - sự thích nghi của hệ thống điều khiển tự động (phần điều khiển), • - Sự đáp ứng của các cơ cấu chấp hành dùng biến đổi vật chất (phần chấp hành). • Hiện nay, các phương tiện thông tin cho phép điều khiển hết sức linh hoạt, và chỉ hạn chế bởi sự đáp ứng của các cơ cấu chấp hành. Các thành phần của FMS • Máy công cụ điều khiển số (NC) • Hệ thống vận chuyển vật liệu tự động - Automated material handling system (AMHS) – Xe tự hành - Automated guided vehicles (AGV) – Băng tải - Conveyors – Hệ thống xuất nhập tự động - Automated storage and retrieval systems (AS/RS) • Robots công nghiệp • Phần mêm điều khiển - Control Software Flexible Manufacturing System Parts Finishedgoods Load Unload Computer control room Terminal Machine Machine Tools Conveyor Pallet Flexible Manufacturing Systems Figure B.2 Out In Tool changer Tool changer Indexing tables Load/unload stations Temporary storage areas (33 pallet spaces) A G V 1 AGV 2 CNC 3 AS/RS C om pu te r c on tr ol L/U L/URaw material storage (roller conveyor) R aw m at er ia l s to ra ge (fl oo r s pa ce ) Tool changer CNC 1 CNC 2 Out In Out In Source: Courtesy of Vincent Mabert. Used by permission. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT • - Thích nghi nhanh chóng với tính đa dạng của sản xuất với sản lượng trung bình. • - Điều khiển tức thì (trong thời gian thực), cho phép tối ưu hóa thời gian chạy máy và dòng vật liệu. • - Sử dụng người máy ở trình độ cao để cấp phôi cho máy. ưu điểm của hệ thống SXLH • - Khả năng thay đổi nhịp sản xuất mà không làm ảnh hưởng đáng kể tới hiệu qủa của dòng vật chất. • - Có thể tự động sản xuất nhiều loại sản phẩm mà không cần phải thay đổi công cụ sản xuất. • - Nâng cao được chất lượng sản phẩm nhờ thực hiện những thay đổi cần thiết trong thiết kế sản phẩm. • - Giảm giá thành nghiên cứu và chế tạo dụng cụ, ưu điểm của hệ thống SXLH • - Nhịp sản xuất nhanh hơn. • - Điều khiển cả xí nghiệp tốt hơn, giảm được thời gian chết, lưu kho, ứ đọng trong sản xuất. • - Giảm được số lượïng người làm tại những nơi khó khăn, phức tạp vì một người có tay nghề có khả năng đảm trách cùng lúc nhiều chức năng. Ưu điểm của hệ thống SXLH • - Có thể thay đổi cấu hình sản xuất một cách nhanh chóng trong trường hợp xảy ra sự cố tại một số vị trí nào đó. • - Khấu hao thiết bị một cách nhanh chóng nhờ sử dụng 2 hoặc 3 kíp thợ trong một xí nghiệp áp dụng hệ thống sản xuất linh hoạt. PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT • -Tế bào sản xuất linh hoạt chỉ gồm một hoặc hai máy điều khiển chương trình số có robot phục vụ • Dây chuyền hoặc đơn vị sản xuất linh hoạt là tập hợp các máy được bố trí một cách tuần tự và được phục vụ bởi hệ thống vận tải và hệ thống điều khiển được nối mạng. • Các xưởng sản xuất linh hoạt bao gồm các tế bào linh hoạt và các dây chuyền linh hoạt được nối mạng LỢI ÍCH CỦA TẾ BÀO SẢN XUẤT LINH HOẠT • -Tăng được thời gian sử dụng máy nhờ các yếu tố sau: + Hoạt động không cần có người vận hành suốt đêm trong thời gian khoảng 6 giờ; + Hoạt động không cần trông coi trong thời gian nghỉ (khoảng nửa giờ mỗi ngày); + Loại bỏ được sai sót do tổ chức nhờ phân phối dụng cụ và các chi tiết kẹp chặt và kiểm tra sự hiện diện của chi tiết nhờ máy tính (200 giờ mỗi năm). + Thay đổi nhanh chóng sản xuất (130 giờ mỗi năm). Các thành phần cơ bản của hệ thống NC Chương trình Hệ thống điều khiển Máy công cụ Chương trình điều khiển. • Là những tập hợp những câu lệnh điều khiển máy phải làm gì. Các lệnh này được mã hóa ở dạng số và ký hiệu mà thiết bị điều khiển có thể nhận dạng được. Chương trình điều khiển có thể được lưu trữ trên phiếu đục lỗ băng đục lỗ, băng từ. Thí dụ chương trình gia công: % G90 G40 G80 T2M06S3000 G0 Z1. X2. Y2. Z.1 G1 Z-1. F10. X6. Y6. G1 X3. G3X2.Y5.R1. G1Y2. G0 Z1. X0. Y0. % Dụng cụ Đường chạy dao Lập trình bằng tay Người lập trình nhập từng lệnh trên máy CNC Lập trình nhờ hệ thống CAD/CAM CAD CAM CNC Đặc điểm của máy công cụ CNC Z Y X Máy tiện CNC có hai trục điều khiển được Máy phay CNC thường có ba trục điều khiển được 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC 1- Đai ốc bi 2- Vòng cách để điều chỉnh khe hở 3- Bi 4- Trục vít 4. Đặc điểm của máy công cụ CNC Hệ thống đo hành trình trực tiếp Y X 1 2 Hệ thống đo hành trình gián tiếp X 4 3 2 1 Ưu nhược đđiểm của điều khiển số - Ưu điểm của NC - Giảm thời gian chạy không - Giảm thời gian gá đặt - Giảm thời gian gia công - Sản xuất mềm dẻo hơn - Nâng cao chất lượng sản phẩm - Giảm tồn kho - Giảm diện tích mặt bằng • Nhược điểm của NC - Gía thành đầu tư cao - Giá thành bảo trì cao - Phải chọn và huấn luyện đội ngũ NC Phương tiện vận chuyển AS/RS Machines CÁC PHƯƠNG TIỆN TỰ ĐỘNG HOÁ SẢN XUẤT LINH HOẠT • Đồ gá vệ tinh • Robots Đồ gá vệ tinh • Trên các đồ gá vệ tinh có những phần tử gá đặt chuyên dùng để định vị và kẹp chi tiết gia công. Chúng có thể là chuyên dùng cho một chi tiết hoặc một nhóm các chi tiết. Đặc điểm của chúng là tháo lắp rất nhanh, thời gian thay chi tiết khi gá đặt rất ngắn: khoảng 10 đến 30 giây). Vận chuyển vệ tinh • - Baèng xe laên theo ñöôøng daãn höôùng coù daây daãn. • - Baèng baêng taûi dòch chuyeån thaúng. Robots • Từ Robot, xuất phát từ chữ Tiệp khắc do nhà bác học người Tiệp tên là Kapel Pachek đặt, chỉ con người làm việc như một cái máy, như nô lệ, không biết đau thương. Industrial Robots Shoulder swivel Pitch Elbow extension Yaw RollArm sweep Figure B.1 Định nghĩa robot theo ISO và AFROR • Là một thiết bị lập trình được có nhiều bậc tự do dùng để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ và các vật chuyên biệt khác theo những quỹ đạo khác nhau và có thể lập trình để thực hiện nhiều công việc khác nhau. Các cấu hình cơ bản của robot • - toạ độ trụ, • - toạ độ vuông góc • - toạ độ cầu • - khớp tay toạ độ vuông góc toạ độ cầu toạ độ trụ khớp tay Scara Các dạng robot • A. Tay máy: Thiết bị được điều khiển trực tiếp bởi người vận hành • B. Robot tuần tự: tay máy hoạt động theo trình tự và điều kiện định trước • C. Robot dạy học: lập trình bằng cách dạy học bởi người vận hành; • D. Robot điều khiển số: Robot hoạt động theo trình tự và điều kiện làm việc theo chương trình số; • E. Robot thông minh: robot có thể tự mình thực hiện nhiều chức năng nhờ khả năng hành động và các giác quan. Helpmate Robot của tập đoàn PYXIS phục vụ trong bệnh viện để cung cấp vật liệu Máy tự hành, không cần hệ thống dẫn đường từ bên ngoài (dây dẫn hoặc vệt sơn trên nền nhà Có thể ra vào thang máy mà không cần sự giúp đỡ Hoạt động nhờ pin gắn bên trong Robot Cyberguard SR3 của hãng Cybermotion của tập đoàn PYXIS Có 6 bánh xe nhỏ điều khiển đông bộ và các cảm biến khác nhau Như cảm biến phát hiện lửa cháy, cảm biến tia hồng ngoại, thính giác và thị giác, cảm biến phát hiện sự xâm nhập của sóng viba (microwave) Robot Cyber ATV Có thể tự động lái, tăng giảm tốc độ, hãm phanh, dùng máy tính để điều khiển, tìm đường đi, cảm nhận và giao tiếp SpyCye Moving camera system Robot lau nhà, hút bụi Giá 2295 USD Robot Roomba hút bụi Đặc điểm của robot • Là một cấu trúc cơ khí có khả năng di chuyển vật thể trong không gian và định hướng tại vị trí gá đặt. • Tốc độ và gia tốc của robot bị hạn chế bởi lực quán tính của các cơ cấu • Độ chính xác của robot là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm mà nó di chuyển tới khi lặp lại việc mang dụng cụ với cùng một lệnh. Hai đặc điểm trên phụ thuộc vào chất lượng của các cơ cấu chấp hành và sự hoàn thiện của cơ cấu điều khiển Lập trình điều khiển robot • - anualM : baät taét coâng taéc – duøng cho Robot ñôn giaûn. • - Daïy hoïc cho robot. Trong tröôøng hôïp naøy caùc chuyeån ñoäng ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñieàu khieån baèng tay thoâng qua baûng nuùt nhaán hay boä celsin cho robot di chuyeån töø ñieåm naøy tôùi ñieåm kia, sau ñoù ñöôïc toái öu hoùa. • - Daïy hoïc baèng caùch daét muõi: ngöôøi vaän haønh caàm tay robot cho di chuyeån vaø noù seõ copy toaøn boä caùc chuyeån ñoäng vaøo trong boä nhôù. Nhö vaäy vieäc laäp trình coù theå hoaøn toaøn ñöôïc tin hoïc hoùa. • - Laäp trình ngoaøi maùy: gioáng nhö laäp trình NC baèng ngoân ngöõ laäp trình rieâng TÓM LƯỢC • Trong bài học này, chúng ta đã học những vấn đề sau: – FMS là gì? – Đặc điểm của FMS – Phân loại FMS – Các thành phần của FMS – Máy CNC – Hệ thống vần chuyển – Robot