EVOLU Modulul 1 - aurelianvisan.roaurelianvisan.ro/attachments/116_PIC 2_Rez_Cap. 03_Evol...

Un ive rs i ta tea PO L I TE H N I C A d i n B u c u r eş t i

Prof. Dr. Ing. Aurelian VIŞAN, Conf. Dr. Ing. Nicolae IONESCU

P R O C E S E I N D U S T R I A L E C O M P L E X E 2

Modulu l 1 – Procese Avansate de Fabr icare

♦ Pentru uzul studenţilor ♦

Partea a doua

BAZELE TEORETICE ALE SISTEMELOR FLEXIBILE DE FABRICAŢIE

Capi to lu l 3

EVOLUŢ IA SISTEMELOR FLEXIBILE DE FABRICAŢ IE

♦ Rezumat ♦

Bucureşti, UPB, Catedra TCM

Prof. Dr. Ing. A. VIŞAN , Conf. Dr. Ing. N. IONESCU – Procese Industriale Complexe 2 Modulul 1 – Procese Avansate de Fabricare

Capitolul 3 . Evolu ţ ia Sistemelor Flexibi le de Fabrica ţ ie - Rezumat

© Fiecare student poate realiza o singură copie a acestui material, numai pentru uzul personal. Orice altă multiplicare / utilizare fără acordul autorului contravine legilor dreptului de autor / copyright şi poate fi pedepsită în baza acestora.

2

Capi to lu l 3 EVOLUŢ IA SISTEMELOR FLEXIBILE DE FABRICAŢ IE

3 .1 . CARACTERISTICILE PRINCIPALELOR ETAPE ALE DEZVOLTĂRII Ş I ORGANIZĂRI I FABRICAŢ I E I

3.1.1. ETAPA MANUFACTURIERĂ DE FABRICAŢIE, cca. 1700 - 1900 1. Operatorul realizează produse unicate , având o calificare foarte înaltă . 2. Toate activităţile de producţie - proiectare, aprovizionare, fabricare, desfacere -

sunt realizate de aceeaşi persoană , care cunoaşte toate etapele procesului. 3. Recondiţionarea si întreţinerea se realizează de către producător. 4. Utilajele si SDV - urile sunt simple. 5. Productivitatea este scăzută . 6. Flexibilitatea fabricaţiei este mare. 7. Creşterea cererii de produse impune începerea lucrului simultan la mai multe

produse , prefigurând producţia de serie .

3 . 1 . 2 . ETA PA MAŞ IN ISTĂ D E F A B R I C AŢ I E , c c a . 1 9 0 0 - 1 9 5 0 1. Producţia se structurează în compartimente specializate, cu sarcini precise. 2. Procesul de fabricaţie este împărţit în procese parţiale, operaţii si faze. 3. Se introduce lucrul la bandă, care permite defalcarea operaţiilor până la fazele cele mai

simple. 4. Operatorul este specializat în realizarea unei singure operaţii, sau a unei faze, având o

calificare scăzută. 5. Rolul utilajelor şi SDV - urilor este predominant, iar cel al operatorului se reduce foarte

mult, acestuia revenindu-i numai sarcini de execuţie. 6. Productivitatea este mare, iar producţia uniformă de serie mare. 7. Compartimentele cu atribuţii specializate funcţionează separat. 8. Schimbarea structurii producţiei impune înlocuirea parţială sau totală a utilajelor şi

SDV - urilor, care sunt strict specializate pentru un produs sau o operaţie tehnologică. 9. Flexibilitatea fabricaţiei este scăzută, realizându-se, doar, produse uniforme în serii mari.

3 . 1 . 3 . E T A P A S I S T E M E L O R A V A N S A T E D E F A B R I C AŢ I E 1. Realizarea unor produse foarte diversificate într-un număr mic de exemplare,

individualizate, în condiţii de eficientă maximă si timp de răspuns minim. 2. Factorul uman are rolul esenţial, valorificându-şi din plin creativitatea si inteligenta. 3. Maşinile şi utilajele sunt flexibile, permiţând realizarea unor produse unicate cu costuri

comparabile cu cele obţinute în producţia de serie mare sau de masă. 4. Calculatoarele sunt componente de bază ale sistemelor, asigurând conducerea

centralizată a proceselor de producţie. 5. Activitatea productivă este considerată sistemic, toate compartimentele producţiei fiind

integrate si subordonate producţiei.




3

3.2. SCURT ISTORIC PRIVIND APARIŢIA ŞI DEZVOLTAREA SISTEMELOR FLEXIBILE DE FABRICAŢIE

3.2.1. Realizări care au contribuit la apariţia şi dezvoltarea sistemelor flexibile de fabricaţie

Tabelul 3.1 DENUMIREA

Anul Maşini - Unelte Ansambluri Componente şi Elemente de Control

Echipamente şi Elemente de Comandă

1751 Maşină de rabotat 1765 Maş ină de alezat 1800 Strung normal 1812 Raboteză 1835 Strung carusel 1837 Variator cu fricţiune 1843 Şeping 1845 Cap revolver 1849 Sanie multicuţ it 1860 Strung revolver 1862 Strung automat 1872 Maş ină de rectificat

Strung automat longitudinal

1873 Ax cu came 1879 Bloc port-axe pentru strunguri

multiaxe

1880 Strung automat monoax 1886 Strung automat multiax cu

came

1890 Acţionare electrică indiv. Ax auxiliar al camelor

1900 Micrometru 1909 Arbore principal cu rulmenţ i 1925 Acţionare hidraulică 1930 Regulator electric automat

pentru turaţii

1938 Ghidaje metalice aplicate 1940 Comparator 1942 COMANDĂ NUMERICĂ - NC 1945 Comparator electric 1949 MAŞINĂ-UNEALTĂ CU CN 1950 Talyrand CIRCUIT INTEGRAT 1958 CENTRU DE PRELUCRARE 1960 Talystep 1961 LIMBAJ DE PROGRAMARE APT 1965 Programare structurată 1967 SISTEM FLEXIBIL DE

PRELUCRARE Comandă numerică directă - DNC

1968 ROBOT Ingineria programării 1970 Interferometru laser 1971 MICROPROCESOR 1972 COMANDĂ NUMERICĂ CU CALC. - CNC

Circuit MSI (103) 1973 AUTOMAT PROGRAMABIL 1975 CALCULATOR DE PROCES cu softw-

are specializat 1978 MICROCALCULATOR SPECIALIZAT

tip bit-slice, microprogramabil 1979 ROBOT DE CONTROL STRUCTURI MICROPROCESOR, cu

memorie nevolatilă, pentru programe 1980 Circuit LSI (105) ş i CNC interactiv 1985 Circuit VLSI (106)




4

3.2.2. EVOLUŢIA SISTEMELOR FLEXIBILE DE FABRICAŢIE

1 . MAŞ INA UNIVERSALĂ Prima maş ină - unealtă cu caracteristici de flexibilitate.

2 . MAŞ INA CU COMANDĂ NUMERICĂ • Def in i ţ i e

“Maş ină – unealtă, cu caracteristici de flexibil itate, dotată cu echipamente cu comandă numerică, care permit schimbarea rapidă a programului de prelucrare”.

Figura 3.1. Maşină de găurit adânc cu CN [ 9 ] Figura 3.2. Maşină de alezat şi frezat cu CN [ 9 ]

• Caracter is t ic i - avanta je 1. Permite trecerea uşoară ş i rapidă de la o piesă la alta, cu configuraţ ie

diferită, indiferent de gradul său de complexitate. 2. Determină creşterea preciziei pieselor fabricate. 3. Conduce la creşterea gradului de securitate a operatorului. 4. Determină creşterea productivităţ i i muncii.

5. Are o însuş ire deosebită denumită FLEXIBILITATE.




5

3 . CENTRUL DE PRELUCRARE

• Def in i ţ i e “Maş ină-unealtă, cu comandă numerică, dotată cu o magazie de scule ş i cu mecanism de transfer, care poate efectua, în ciclu automat, schimbarea sculelor între postul de schimb al magaziei ş i arborele principal”.

• Avanta je

Fig. 3.3. Centru de prelucrare cu ax orizontal, cu masă deplasabilă [30 ]

1. Eliminarea interven-ţiei operatorului în alimentarea maşinii - unelte cu sculele necesare.

2. Depăşirea unora din-tre dificultăţile legate de posibilitatea exe-cutării unui număr foarte mare de operaţii dintr-o sin-gură prindere.

3. Reducerea timpilor auxiliari, referitori la schimbarea sculelor.

4. Creşterea gradului de încărcare a maşinii, prin posibilităţile sale tehnologice.

• Dezavantaje

Fig. 3.4. Centru de prelucrare cu ax orizontal, cu coloană deplasabilă [30]

1. Timpul mare necesar prinderii – poziţio-nării, orientării şi fixării - pieselor.

2. Necesitatea opririi maşinii pentru prin-derea sculelor, piese-lor şi dispozitivelor de lucru.

3. Productivitatea încă nesatisfăcătoare.




6

SISTEMUL DE PALETIZARE

“PALETA este un echipament care realizează prinderea - poziţionarea, orientarea şi fixarea - pieselor de către operatorul uman chiar în timpul funcţionării maşinii”.

PALETA este preluată în mod automat de către sistem şi pusă la dispoziţia centrului de prelucrare într–un timp foarte scurt (cca. 12….15 sec.).

Figura 3.5. Paletă cu dispozitiv modular de fixare Figura 3.6. Paletă cu elemente modulare

Figura 3.7. Centru de frezare deservit de un sistem carusel cu palete




7

4 . CELULA FLEXIBILĂ DE PRELUCRARE • Def in i ţ i e

“Este veriga de bază a sistemului flexibil de prelucrare, unitate de prelucrare autonomă, având din structura centrului de prelucrare mecanisme pentru înmagazinarea şi manipularea-transferul sculelor şi echipamente pentru comandă numerică şi care a rezultat în urma completării centrului de prelucrare cu

Mecanisme pentru înmagazinarea, manipularea-transferul şi încărcarea-descărcarea pieselor,

Mecanisme pentru prereglarea şi măsurarea sculelor, Echipamente pentru curăţirea - spălarea pieselor, Echipamente pentru conducerea şi programarea sistemului cu calculatorul”.

• Subs is teme componente I. CENTRU DE PRELUCRARE, constituit din:

1 Maşină cu comandă numerică, MUCN; 2 Echipament pentru răcire şi ungere; 3 Instalaţie pentru evacuarea şi depozitarea aşchiilor.

II. MECANISM PENTRU ÎNMAGAZINAREA, MANIPULAREA - TRANSFERUL, PREREGLAREA ŞI MĂSURAREA SCULELOR, format din: 4 Magazie modulară pentru scule; 5 Manipulator de scule; 6 Mână mecanică - ROBOT, pentru transferul sculelor.

Figura 3.8. Schema bloc - funcţională a unei celule flexibile de prelucrare




8

III. INSTALAŢIE PENTRU ÎNCĂRCAREA, TRANSFERUL, DESCĂRCAREA ŞI DEPOZITAREA PIESELOR, alcătuită din: 7 Post de încărcare; 8 Mecanism pentru transferul pieselor; 9 Posturi de depozitare; 10 Post de descărcare.

IV. MODUL ECHIPAMENTE PENTRU COMANDĂ NUMERICĂ, CONDUCERE ŞI PROGRAMARE, constituit din: 11 Echipament pentru programarea mâinii mecanice, comanda mecanismului de transfer

şi a întregului modul; 12 Echipament pentru comanda numerică a maşinii-unelte; 13 Echipament pentru conducerea şi comanda mecanismului de transfer a pieselor; 14 Minicalculator, care împreună cu operatorul conduce celula de prelucrare.

• Caracter is t ica fundamenta lă Celula flexibilă de prelucrare permite executarea automată sau dirijată de

operator a prelucrării unor loturi de piese diferite, cu număr diferit, oricât de mic.

Fig. 3.9. Celulă flexibilă pentru ştanţarea tolelor motoarelor electrice [29]

1 Magazin palete. 2 Post pentru distribui-

rea paletelor libere. 3 Cărucior suveică. 4 Post intrare/ieşire palete. 5 Post de încărcare/des-

cărcare. 6 Post de poziţionare şi

orientare. 7 Post pentru marcarea

şi măsurarea grosimii semifabricatelor.

8 Presă şi ştanţă cu masă rotativă indexabilă.

9 Magazin de scule. 10 Post opţional pentru

operaţii suplimentare de ştanţare.

11 Post cu dispozitiv de ridicare pentru stoca-rea tolelor rotoarelor.

12 Post cu dispozitiv de ridicare pentru stoca-rea tolelor statoarelor.

13 Robot cu două braţe. 14 Electromagneţi. 15 Conveior. 16 Perete special pentru

atenuarea zgomotului.




9

5 . S ISTEMUL FLEXIBIL DE FABRICAŢ IE

• Def in i ţ i e - genera lă

“Un ansamblu integrat de maş ini - unelte de acelaş i t ip sau care se completează - de exemplu strunguri ş i maş ini de frezat,

De tip centre de prelucrare sau/ş i celule de fabrica ţ ie,

Deservite de către un sistem automat de transport, manipulare ş i depozitare a semifabricatelor, pieselor finite, sculelor ş i instrumentelor,

Prevăzut cu echipamente automatizate de măsurare ş i testare,

Capabil să realizeze, sub comanda unui calculator central, fabricaţ ia completă, simultană sau succesivă, a unor piese diferite aparţ inând unei anumite famili i de produse,

În condiţ i i de intervenţ ie minimă a operatorului uman ş i cu timpi de reglare reduş i” .

• Def in i ţ i e - d in punct de vedere a l complex i tăţ i i ş i a r ie i de cupr indere

“Un sistem de fabricaţ ie complex constituit

Din mai multe celule flexibile de fabricare

Conectate prin sisteme automate de transport, de tip vehicule ghidate automat ş i controlate de calculator,

Care deplasează paletele, piesele ş i sculele între maş ini”.

• Pr inc ipa le le caracter is t ic i a le unu i s is tem f lex ib i l de fabr ica ţ i e

1. Constituirea din centre de prelucrare sau/ş i celule de fabricaţ ie de acelaş i t ip sau care se completează - strunguri, freze etc.;

2. Transportul automat al semifabricatelor ş i pieselor finite de la depozitare la fixarea în dispozitivul de lucru;

3. Transportul, manipularea ş i depozitarea sculelor;

4. Automatizarea inspecţ iei caracteristicilor de precizie ale pieselor;

5. Efectuarea unei game largi de prelucrări sau procedee - strunjire, alezare, frezare, găurire etc.;

6. Prelucrarea unor loturi de piese care pot avea număr variabil; 7. Fabricaţ ia completă a unor famili i de piese - arbori, carcase etc.




10

Figura 3.10. Sistem flexibil de fabricaţie al firmei Kawasaki Unimate [ 31 ] 1…6 - Centre de prelucrare; 7 - Depozit automat pentru semifabricate şi piese finite; 8 - Conveier cu role;

9 - Cărucior robotizat pe şine; 10 - Sistem pentru evacuarea şpanului; 11 - Calculator electronic central

Figura 3.11. Sistem flexibil de fabricaţie al firmei Komatsu [ 31 ] 1 - Strung vertical; 2…4 - Centre de prelucrare; 5 - Strung vertical; 6 - Maşină de alezat;

7 - Strunguri; 8 - Cărucior; 9 - Depozit; 10 - Cărucior; 11 - Magazin de palete




11

6 . ATELIERUL FLEXIBIL SAU SECŢ IA FLEXIBILĂ

• Def in i ţ i e “Sisteme de fabricaţ ie compuse din una sau mai multe l inii f lexibile,

legate complex - în serie, în paralel sau mixt - care realizează unul sau mai multe produse”.

• Caracter is t ic i const ruct iv - func ţ i ona le Sunt constituite, în principal, din aceleaşi componente ca şi sistemele flexibile de

prelucrare, cu unele deosebiri, respectiv: Echipamentul de comandă este mult mai complex, corespunzător numărului mare

de maşini, dispozitive de manipulare şi operaţii tehnologice de controlat; Sunt organizate pe principiul inteligenţei distribuite, cuprinzând calculatoare,

structurate ierarhic la două până la patru nivele; Piesele, subansamblurile şi ansamblurile sunt identificate automat, de-a lungul

itinerariului tehnologic, cu un cod cu bare, citit de un traductor cu laser; Sistemul de manipulare este complex şi asigură parcursuri de sute de metri.

Fig. 3.12. Linie flexibilă de prelucrare formată din maşini cu comandă numerică şi centre de prelucrare 1 – Maşină de frezat; 2 – Strung; 3…8 – Centre de prelucrare; 9, 10 – Maşini de rectificat




12

Figura 3.13. Atelier flexibil al firmei Toshiba Ltd. [ 31 ] 1…5 - Centre de prelucrare de strunjire; 6…12 - Centre de prelucrare; 13 - Depozit automatizat; 14 - Macara manipulator tip portal; 15 - Staţie de încărcare; 16 - Staţie de pregătire a sculelor; 17 - Calculator electronic

Figura 3.14. Atelier flexibil de fabricaţie integrat de prelucrare şi montaj al firmei Fuji Denki [ 31 ] 1 - Linie flexibilă de prelucrare prin aşchiere; 2 - Linie flexibilă de montaj; 3 - Maşini-unelte;

4 - Roboţi-manipulatoare tip portal; 5 - Conveier; 6 - Robot de montaj; 7- Calculator electronic




13

S I S T E M U L F L E X I B I L D E P R O D U CŢ I E

7 . UZINA SAU FABRICA FLEXIBILĂ

• Def in i ţ i e

“Sisteme de producţ ie complexe în care întregul proces, de la intrarea materii lor prime ş i înmagazinarea lor, până la fabricarea ş i depozitarea acestora, se realizează în ateliere sau secţ i i f lexibile de fabricare”.

• Caracter is t ica fundamenta lă

SISTEMUL FLEXIBIL DE PRODUCŢIE este condus cu calculatorul, prezenţa operatorului f i ind necesară doar la supravegherea decizii lor ş i la controlul sistemului în caz de avarie.

Figura 3.15. Uzină flexibilă a firmei Fanuc Fanuc Ltd. [31]

1, 2 - Depozite automatizate; 3 - Atelier flexibil de prelucrare mecanică; 4 - Atelier flexibil de montaj; 5 - Secţie flexibilă de control; 6 - Secţie flexibilă de sudură; 7 - Cărucioare ghidate inductiv;

8 - Calculator electronic central




14

În figura 3.17 este reprezentată o fabrică flexibilă de îmbrăcăminte din Japonia, în care: 1. Sosirea materialului; 2. Depozit ; 3. Camera de conducere ş i control a calculatorului; 4. Sistem de tă iere cu laser controlat cu calculatorul; 5. Sistem pentru avans; 6. Conveier de transport; 7. Sistem de transport ; 8. Maş ină de tă iat cu CNC; 9. Maş ină programabilă de trasat după şablon; 10. Linie de procesare a păr ţ i lor principale, fa ţă-spate; 11. Maş ină programabilă de tă iat a păr ţ i lor principale, fa ţă-spate; 12. Linie de prelucrare a gulerului; 13. Centru de al imentare-avans a gulerului; 14. Centru de tă iere programabil ; 15. Linie de prelucrare a mânecii ; 16. Rejector pentru haine defecte; 17. Robot de tă iat t r idimensional; 18. Linie de asamblare; 19. Dispozitiv de încărcare-descărcare; 20. Sta ţ i i -posturi de finisare; 21. Linie de ambalare; 22. Livrarea produselor la distr ibuitor.

Figura 3.16. Uzină flexibilă a firmei Fuji Fanuc Ltd. pentru producţia de motoare [31]

1 - Depozit automatizat; 2 - Atelier flexibil de prelucrare mecanică; 3 - Atelier flexibil de montaj; 4 - Cărucioare ghidate inductiv




15

Figura 3.17. Fabrică flexibilă de îmbrăcăminte Conceptul de flexibilitate a industriei textile japoneze [ 34 ]

EVOLU Modulul 1 - aurelianvisan.roaurelianvisan.ro/attachments/116_PIC 2_Rez_Cap. 03_Evol...

Documents

Transcript of EVOLU Modulul 1 - aurelianvisan.roaurelianvisan.ro/attachments/116_PIC 2_Rez_Cap. 03_Evol...