sisteme de fabricatie

17
Introducere Sistemele flexibile de fabricaţie sunt reprezentate de o mare necesitate a tuturor producătorilor pentru a garanta calitatea produsului fabricat. Această calitate este obţinută prin utilizarea unor maşini- unelte automatizate, care impune un cost mare de investiţie, calculându-se potenţialul de profit cu cheltuielile de fabricaţie. Aceste SFF-uri au în componenţă un sistem automat de transport, manipulare şi depozitare a semifabricatelor, pieselor finite şi a sculelor, care au sisteme automate de control, măsurare şi testare, capabile să prelucreze piese diferite. Aceste SFF-uri asigură calitatea produsului, eroarea de calcul uman care duce la rebutul produsului. Sistemele flexibile de fabiricaţie au următoarele caracteristici:flexibilitatea de a se adapta rapid la schimbările aduse pieselor; capacitatea de a accepta şi în altă ordine piesele de fabricat; capacitatea de a prelucra mai multe piese simultan; utilizarea în producţia de unicate, serii mici şi mijlocii; posibilitatea de integrare etopizată; autonomie de funcţionare pentru trei schimburi fără interventie umană; utilizează maşini-unelte cu comandă numerică, roboţi industriali, sisteme automatizate de transport, calculatoare electronice de proces şi realizează încărcarea maşinilor. Introducerea acestor sisteme flexibile de fabricaţie are ca rezultat producţia mai rapidă şi mai complexă a pieselor, precum şi autonomia de lucru mai mare fără pause de producţie.

Upload: florij

Post on 12-Jul-2016

116 views

Category:

Documents


12 download

DESCRIPTION

sisteme de fabricatie

TRANSCRIPT

Page 1: Sisteme de Fabricatie

Introducere

Sistemele flexibile de fabricaţie sunt reprezentate de o mare necesitate a tuturor producătorilor pentru a garanta calitatea produsului fabricat.

Această calitate este obţinută prin utilizarea unor maşini-unelte automatizate, care impune un cost mare de investiţie, calculându-se potenţialul de profit cu cheltuielile de fabricaţie.

Aceste SFF-uri au în componenţă un sistem automat de transport, manipulare şi depozitare a semifabricatelor, pieselor finite şi a sculelor, care au sisteme automate de control, măsurare şi testare, capabile să prelucreze piese diferite.

Aceste SFF-uri asigură calitatea produsului, eroarea de calcul uman care duce la rebutul produsului.

Sistemele flexibile de fabiricaţie au următoarele caracteristici:flexibilitatea de a se adapta rapid la schimbările aduse pieselor; capacitatea de a accepta şi în altă ordine piesele de fabricat; capacitatea de a prelucra mai multe piese simultan; utilizarea în producţia de unicate, serii mici şi mijlocii; posibilitatea de integrare etopizată; autonomie de funcţionare pentru trei schimburi fără interventie umană; utilizează maşini-unelte cu comandă numerică, roboţi industriali, sisteme automatizate de transport, calculatoare electronice de proces şi realizează încărcarea maşinilor.

Introducerea acestor sisteme flexibile de fabricaţie are ca rezultat producţia mai rapidă şi mai complexă a pieselor, precum şi autonomia de lucru mai mare fără pause de producţie.

Page 2: Sisteme de Fabricatie

Conţinutul lucrări

Definirea sistemului flexibil de fabricaţie(SFF)SFF-ul reprezintă un ansamblu de maşini-unelte reunite într-un sistem comun de

transport, manipulare şi depozitare a semifabricatelor, pieselor finite şi sculelor prevăzute cu echipamente automatizate de măsurare şi testare, capabile să realizeze, sub comanda calculatorului, prelucrarea simultană sau succesiva a unor piese diferite aparţinând unei famili de piese cu minimum de intervenţie umană şi timp de reglare reduşi.

Scopul SFF-ului este să îmbine gradul înalt de automatizare cu flexibilitatea.SFF-ul sa format prin:▪ aplicarea comenzi numerice la maşini-unelte in general şi la centrele de prelucrare in

particular;▪ dezvoltarea unor tehnologii auxiliare variate, necesare automatizării sistemului de

transfer automat al sculelor, compus din magazii de scule, mână mecanică, mecanism de indexare arbore principal, transportul automat al pieselor şi sculelor în sistem, paletizare, depozite automate de piese etc;

▪ introducerea calculatorului pentru comanda sistemului;Sistemul flexibil reprezintă o soluţie complexă, de automatizare flexibilă a fabricaţiei,

care se desfaşoară pe principiul de modernizare, tipizare, ierarhizare în structură multinivel, integrare în sistemul de conducere, de adaptabilitate si scăderea fluxului de operaţii.

Clasificarea sistemelor flexibile de fabricaţieSFF-urile se pot clasifica după diverse criterii:▪ după tipul procesului tehnologic de baza;▪ după forma geometrică dominantă a fabricatelor şi semifabricatelor;▪ după dimensiunile de gabarit a pieselor fabricate;▪ după numărul posturilor de lucru incluse in sistem;▪ după traseul sistemului de transfer;

SFF-urile după procesul tehnologic de bază:▪ Pentru turnare;▪ Pentru forjare;▪ Pentru deformare plastică la rece;▪ Pentru prelucrarea prin aşchiere;▪ Pentru vopsire;▪ Pentru acoperiri galvanice;▪ Pentru asamblare şi montaj;

SFF-urile după forma geometrică dominantă a semifabricatelor şi pieselor: ▪ Pentru piese prismatice;

▪ Pentru piese de rotaţie;▪ Pentru piese plane;▪ Pentru piese complexe;

Page 3: Sisteme de Fabricatie

SFF-urile după dimensiunile de gabarit a pieselor:

▪ Pentru mecanica fină (piese mici, usoare:200-250 mm);▪ Pentru piese medii (800-1000 mm);▪ Pentru piese mari (peste 1000 mm);

SFF-urile după numărul posturilor de lucru incluse în sistem:▪ mici (cu maxim 4 posturi de lucru);▪ medii (cu până la 10 posturi de lucru);▪ mari (cu mai mult de 10 posturi de lucru);

SFF-urile după traseul sistemului de transfer:▪ liniar;▪ circular;▪ mixt;

Unităţile de lucru Este un sistem format din reunirea subsistemelor semifabricat, dispozitiv, maşinii-unelte

care formează un sistem de fabricaţie.În figura 2.3.1 este prezentat un proces de prelucrare prin aşchiere;

Page 4: Sisteme de Fabricatie

Fig2.3.1 Unitati de lucru ale procesului de prelucrare prin aşchiere; 1

Simbolurile figurii 2.3.1 se vor citi astfel:Unitatea de prelucrare 1, 1Mp, pe care se va prelucra semifabricatul 1, 1Sep, montat in

dispozitivul de prelucrare 1,1Dp, de tip paletă.Ansamblul 1Sp+1Dp reprezintă subsistemul semifabricat 1SFm, in unităţile de

manipulare piese care efectuează transportul Umr de manipulare şi rotaţie Umr. Pentru unitatea de lucru 2, 2Up acest ansamblu redevine subsistem semifabricat 1SFp şi dispozitiv 1Dp.

Unitatea de manipulare şi transport, Umr va prelua paleta cu semifabricat 1SFm cu ajutorul braţelor cu role, de exemplu, care reprezintă scula unităţii de manipulare Smr, pe care îl va aşeza pe dispozitivul acesteia Dmr. Mecanismele manipulatoare de piese care alcătuiesc maşina de manipulare va transporta paleta cu semifabricat, fie la unitatea de manipulare şi rotaţie, Umr, care roteşte paleta cu 180º, fie unitatea de prelucrare 2,2Up.

1Botezat Emil, Maşini-unelte, Ed Tehnica , Bucureşti 1980

Page 5: Sisteme de Fabricatie

Unitatea de manipulare şi rotire, Umr, are ca subsisteme, scula Smr, care poate fi un mechanism cu role, sau un teren cu role fixe, un dispozitiv Dmr şi mecanismele propri-zise care alcătuiesc maşina Mmr, pe lânga paleta cu semifabricat 1SEm, acelaşi ca la 1Up, Mmr şi 2Up.

Unitatea de manipulare scule preia cu mecanismul de prehensiune, care este scula unităţii, sculele care sunt semifabricatele unităţii din magazia de scule MgS în care acestea sunt poziţionate în dispozitivele 1Ds, 2Ds, 3Ds,….. şi le transportă în dispozitivele portscule ale maşinilor-unelte, în ordinea dată de calculatorul DNC al sistemului flexibil.

Unităţile de evacuare aşchii de la maşina la unitatea de evacuare din secţie au în aparenţă scule reprezentate de harpoane sau racleţi care sunt acţionaţi de maşină, pentru a transporta aşchiile.

Ierarhia unităţilor de lucruPrivite din punct de vedere al componenţei lor unităţile sunt sisteme formate prin

reuniune de subsisteme. În cazul uintăţilor de prelucrare prin aşchiere subsistemele sunt:▪ subsistemul suprafeţelor semifabricatului;▪ subsistemul dispozitivelor;▪ subsistemul sculelor;▪ subsistemul maşinilor-unelte;Privite numai sub aspectul maşinilor-unelte, sistemele de alimentare piese şi scule erau

considerate lanţuri cinematice auxiliare.Se crează astfel o ierarhie descendentă. (fig 2.4.1.)

PT

Proces tehnologic PT

Sisteme de fabricaţie SFF

Unităţi de lucru UL

Unităţi de lucru LC

Mecanisme MC

SFF1 SFF2 SFFj

UL1

UL2 ULm

LC1 LC2

LCi

MC1 MC2 MCp

Page 6: Sisteme de Fabricatie

Generalităţile SFF-ului privind integrarea maşinilor-unelte Integrarea şi funcţionarea maşinilor-unelte în sisteme flexibile impune ca acestea să

satisfacă unor cerinţe care se numai la sistemele de prelucrare automatizată rigidă sau la cele convenţionale. Ele se referă la caracteristicile tehnice şi tehnologice ale maşinii.

Page 7: Sisteme de Fabricatie

fig.2.4.2. cerinţe privind integritatea maşinilor-unelte în SFF

Sarcini de fabricareEa se caracterizează printr-o anumita gamă de forme şi dimensiuni a pieselor din

componenţa unei familii pentru a obţine forma piesei si calitatea cerută printr-un process tehnologic.

Forma şi dimensiunile pieselor determină parametrii geometrici ai maşinilor-unelte, respectiv spaţiul de lucru al acestora, in interiorul cărora se realizează piesa. În cazul maşinilor de tip strung spaţiul prelucrări este cilindric, iar în cazul pieselor prismatice spaţiul de lucru este de formă paralelipiped.

După numărul si direcţia axelor se poate determina forma spaţiului de lucru a maşinilor-unelte.

În al doilea rînd, diversitatea operaţiilor tehnologice ce trebuie executate pe o maşină-unealtă este necesitatea de a realiza o gamă largă de produse şi să poată lucra cu un număr mare de scule. Necesitatea de introducere in sff-uri a maşinilor-unelte au ca factori micşorarea timpului necesar pentru prelucrarea efectivă, micşorarea timpului auxiliar, flexibilitate şi fiabilitate. 2

Timpul de bază se poate micşora prin extindere prelucrării cu viteze mai mari de aşchiere, deci se diminuează încălzirea sculei şi a piesei, deformaţiile termice, uzura sculei aşchietoare rezultând o calitate mai ridicată a piesei. Prelucrarea la viteze mari necesită utilizarea unor scule performante de aşchiere cu o durabilitate mai mare. Exemple de astfel de scule sunt cele cu granule de diamante artificiale granule de nitrură cubică de bor. Prin folosirea acestor

2 D. Zetu, E.Carata, Sisteme flexibile de fabricaţie, Ed. Junimea Iaşi-1998

Page 8: Sisteme de Fabricatie

scule cu răcire intensivă ele împiedică trensferul căldurii de la piesă la sculă, iar aceasta se realizează prin difuzia unei pelicule termoizolatoare si rezistentă la uzură.

Prin cresterea vitezei de aşchiere se produce cantităţi mai mari de aşchii ce impune soluţii de colectare si evacuarea lor; si folosirea unor lichide de răcire-ungere cu calităţi mai superioare.

Reducerea timpilor de prelucrare se poate obţine prin prelucrarea cu mai multe scule şi prin proiectarea optimă a proceselor tehnologice pe maşini. Creşterea productivităţi se poate realiza prin reducerea timpilor auxiliari ciclici prin automatizarea operatiilor de alimentare şi de schimbare a sculelor, timpul consumat în acest schimb la maşinile moderne este de 3-5 secunde. Acest lucru se poate efectua prin utilizarea unor sisteme de schimbare automată cu acţiune rapidă cu caracteristici dinamice mai bune.

Flexibilitatea este un alt factor ce influenţează fabricaţia prin mărirea timpului de pregătire şi încheiere care i se atribuie unei piese.În strânsă legătură cu aceasta este şi fiabilitatea maşinilor-unelte care impun un sistem corespunzător de supraveghere şi diagnosticare a defecţiunilor prin instalarea senzorilor de detectare defecţiunilor şi uzurii atât cea a sculei cât si cea a piesei de fabricat.

Cerinţe privind calităţile maşinii-unelte

Cea mai importantă cerinţă este calitatea piesei finite şi prin asta inţelegem precizia dimensională, forma şi dispunerea suprafeţelor prelucrate.

Precizia de fabricare a unei piese este determinată de erorile cauzate de sistemul de comandă şi control, structuri maşinii-unelte şi piesei prelucrate prin deformaţiile sale elastice şi termice.Pentru o precizie cat mai ridicată de producţie maşinile-unelte trebuie să indeplineasca următoarele criterii:

▪ precizie geometrică şi cinematică ridicată;▪ rigiditate suficientă a sistemului tehnologic;▪ caracteristici dinamice ridicate;▪ deformaţii termice reduse;▪ uzura redusă a elementelor de ghidare şi transmitere a mişcării organelor sale de lucru;Precizia geometrică şi cinematica a maşinii-unelte determină precizia de realizare a

mişcării organelor sale mobile cât şi poziţia faţă de piesă în timpul procesului de fabricaţie.Astfel, în cazul strungurilor va trebui să realizăm o comandă numerică după cele două axe (y şi z) fig. 2.4.2.1

Page 9: Sisteme de Fabricatie

Fig.2.4.2.1 Spaţiul de lucru al maşinilor-unelte3

Rigiditatea sistemului este un factor de calitate a construcţiei maşinii-unelte.Sub forţa de aşchiere, subansamblele conduc la modificarea poziţiei dintre sculă şi piesă iar acestea influenţează dimensiunile şi forma piesei.

Caracteristicile dinamice ale sistemului influenţează asupra preciziei de prelucrare prin faptul că pot determina limitarea valorii parametrilor regimului de aşchiere.

Deformaţiile termice ca şi cele elastice influenţează precizia de prelucrare. Prin aceast motiv se folosesc soluţii care impiedică creşterea temperaturii organelor de lucru şi deformaţiile termice.

Alături de măsurile mai sus menţionate, precizia prelucrării pe maşinile-unelte integrate în SFF este asigurată si de limitarea sau inlaturarea uzurii elementelor în mişcare.Astfel se folosesc lagărele si ghidajele.

Avantajele sistemelor flexibile de prelucrare sunt:▪ asigură o productivitate de câteva ori mai mare decât maşinile izolante, pentru un număr

mic de piese identice din lot şi o mai mare diversitate de piese;▪ la acelaş volum de producţie anual, energie consumată este mai mică;▪ uşurinţa de a se adapta schimbarea tipului de piese prelucrate;▪ utilizează aproape exclusivscule şi dispozitive universale (standardizare) în loc de scule

specifice unei anumite piese;▪ creşterea sarcinilor tipic inginereşti de la cca. 8-10 % la 30-40% din fondul annual de

timp;▪ reducerea substanţială a efortului fizic al muncitorilor şi creşterea efortului intelectual;▪ au dependenţă tehnologică mai mare: 8-16-24 ore, rar 48 ore de funcţionare automată;Dezavantajele sistemelor flexibile de prelucrare sunt:▪ costul foarte mare al investiţiei;▪ creşte posibilitatea apariţiei defectelor (fiabilitate mai redusă decât la maşini

convenţionale);

Supravegherea, Diagnosticul şi Controlul Automat în SFF

Modificările din ultimii ani din logistica procesului de fabricaţie au dus la mari schimbări de fabricaţie.Schimbările au modificat costurile, calitatea, timpul precum şi tehnologia.Prin implementarea sistemelor senzoriale de supraveghere şi diagnostic au dus la scăderea costurilor de fabricaţie, reducerea seriilor de fabricaţie cu creşterea calităţii şi micşorarea timpului de fabricaţie.

3 D. Zedu, E. Carata, Sisteme flexibile de fabricaţie, Ed.Junimea Iaşi-1998

Page 10: Sisteme de Fabricatie

Prin realizarea unui sistem sensorial intelligent alături de un sistem de prelucrare a semnalelor,permite acumularea de informaţii despre procesul de prelucrere, despre uzura sau deteriorarea tăişului sculei, precum şi controlul calităţii în timpul procesului şi diagnosticul maşinii-unelte al întregului sistem de prelucrare.

Asigurarea calităţii pieselor astfel încât număru de piese rebutate să fie zero este introducerea sistemului de supraveghere, diagnostic şi control automat (Computer Aided Quality – CAQ), cu bucle de reacţie pentru nivelurile ierarhice ale planificării şi proiectării asistate (CAP; CAD).

CAD CAP 1 strategic

CAP 2 tactic

CAP3 operativ CAM

SFP

SDC 2 tactic

SDC 1

SDC 3 stretegic

s/pt/mân 24 ore ore minute s. (ms)

Supravegherea, diagnosticul şi controlul operativ (SDC 1), au rolul de intervenţie şi decizie în cazul detectări unei anormalităţi in procesul de fabricaţie(deteriorarea tăişului sculei, coliziunea ansamblelor, robocare etc.)

Supravegherea, diagnosticul şi controlul tactic(SDC 2), are rolul de a modifica programul de planificare operativă în cazul unei defecţiuni sau erori sistematice. Decizia luată de acest subsistem necesită corecţii a programului de prelucrare şi a celui de conducere operativă.

Supravegherea, diagnosticul şi controlul strategic (SDC 3), are rolul de a modifica programul de planificare pe termen lung datorită diagnozei subsistemelor existente şi măsurilor de mentenanţă corectivă.4

Funcţiile subsistemului de supraveghere, diagnostic şi control automat al SFF

Funcţionarea corectă a procesului de prelucrare şi a unei continuităţi şi autonomii în funcţionare se folosesc blocuri funcţionale speciale.

Luând de exemplu maşina-unealtă cu comandă numerică (MUCN) cu funcţionare asistată de un operator uman, sistemul acesteia este închis prin bucle de reacţie de poziţie şi viteză a

4 D. Zedu, E. Carata, Sisteme flexibile de fabricaţie, Ed. Junimea, Iaşi-1998

Page 11: Sisteme de Fabricatie

comenzii numerice dar este un sistem deschis dacă includem şi procesul de aşchiere.Supravegherea o va face operatorul cu ajutorul simţurilor şi experienţei iar orice defecţiune sau corectare a sistemului va fi remediată tot de el.La sesizarea unor defecţiuni operatorul va opri maşina-unealtă si va remedia defecţiunile iar aceste defecţiuni trebuie semnalate organului administrative.

În cazul maşinilor-unelte cu sistem flexibil de prelucrare prin aşchiere, sarcinile operatorului uman vor fi preluate de un sistem tehnic.Acest sistem prelucrează informaţia provenita de la diferite subansambluri ale maşinii-unelte prin comenzi numerice doar dacă aceasta are capacitatea de calcul şi viteză de reacţie.

O altă soluţie este utilizarea unor echipamente dedicate care comunică interactive cu echipamente de comandă numerică dar cu nivel superior ierarhic de a lua decizii printr-o magistrală de date la care este conectat.Funcţiile şi subfuncţiile sunt realizate automat intr-un SFF.Sistemul reacţionează la orice eroare, deteriorarea tăişului sculei, coliziuni ale subansamble a maşinii-unelte sau între sculă şi piesă, îndepărtând-o chiar din faza de simulare a prelucrării.

Măsurarea pe maşina-unealtă se efectuează în cicluri automate, fără pretenţii deosebite de precizie, având în vedere eroarea de poziţionare a organelor de lucru ale MUCN.Datele de măsură se folosesc pentru prelucrări statice, calculându-se corecţiile necesare care se introduce în program.

SUPRAVEGHEREA, CONTROLUL ŞI DIAGNOSTIC ÎN SFF

Supravegherea procesului de prelucrare şi

Supreveghere uzură sculă;

comanda adaptivă a acestuia Supraveghere deteriorare sculă;Supraveghere coliziune: sculă-piesă subansambluriComandă adaptivă:limitativă dimensională optimalăSupraveghere fragmentare aşchii;Controlul mediului tehnologic;

Controlul calităţii pieselor Control dimensional;Controlul formei şi poziţiei reciproce;

Supraveghere şi diagnostic subsisteme SFF

Starea unităţi de prelucrare şi control;

Page 12: Sisteme de Fabricatie

Starea unităţi de transport;Starea unităţi de depozitare;

Supraveghere desfăşurare fabricaţie Control îndeplinire sarcini;Corecţii programme de conducere;Reconfigurare sistem;Redistribuire funcţii;Elaborare protocoale;

Page 13: Sisteme de Fabricatie

Concluzii

Luând de exemplu sistemul de fabricaţie a tamburilor de frână de la uzina de Maşini Unelte din Bacău; are în componenţă 8 strunguri verticale şi o maşină de găurit şi filetat cu magazine de capete. Strungurile sunt dispuse pe laturi paralele ale unui dreptunghi, construită cu role de transport, având la ambele capete dispozitive de schimbare a direcţiei de deplasare a semifabricatelor. Productivitatea acestui sistem flexibil de fabricaţie este de 1 tambur de frână pe minut iar pentru a obţine acceaşi producţie ar trebui folosite 89 de strunguri, necesitând astfel şi 2×89 de strungari în două schimburi de lucru şi este necesar un spaţiu mai mare de lucru.

Strungurile verticale au un singur platou şi se folosesc la degrosarea pe cele două feţe ale semifabricatului, iar strungurile verticale care în proces au câte două platouri şi se folosesc la finisarea tamburilor de frână. La intrarea în sistemul de fabricaţie există un lift care duce semifabricatele la înălţimea de lucru a strungurilor. Fiecare maşină-unelta este alimentată cu semifabricate, preluate de pe transportatoarele cu role.

Precum şi în exemplu dat vedem că introducerea acestor sisteme flexibile de fabricaţie automatizate au ca rezultat producerea pieselor de fabricat într-un timp mult mai scurt şi mult mai exacte dimensional reducându-se astfel erorile de calcul şi numărul mare de rebuturi a pieselor. Un alt avantaj al acestor sisteme flexibile de fabricaţie reducerea riscului de defectare a sculelor folosite în procesul de fabricare, reducerea riscului uman de accidentare.

Cel mai mare dezavantaj al acestui sistem flexibil de fabricaţie este costul mare de implementare in sistemul de fabricaţie iar în cazul producătorilor mici şi mijlocii aceste costuri de investiţie sunt foarte mari iar aceste sisteme în România, în cazul acestor producători, rata de implementare este foarte mică. Acest lucru duce la folosirea sistemelor de fabricaţie izolate şi folosirea mâini de lucru umane care duce la scăderea calităţii produsului prezentat de aceşti producători, dar şi riscul foarte mare de accidentare a operatorilor umani şi riscul de defecţiune majoră a maşinilor-unelte sau a sculelor folosite de acestea.

Aceste implementări duc la reducerea forţei de muncă umane şi astfel la creşterea populaţiei care nu au un loc de muncă.