1. Introducere

1.1. Scurt istoric al apariţiei şi dezvoltării sistemelor de fabricaţie flexibilă (SFF)

În analiza evoluţiei modelului dominant aplicat fabricaţiei în diferite perioade de timp [http://www.uky.edu/~dsianita/611/fms.html], ne raportăm la interacţiunea dintre:

- evoluţia pieţei de desfacere a produselor (dezvoltarea cerinţelor clienţilor);

- nivelul de dezvoltare al tehnicii şi tehnologiei fabricaţiei;

- nivelul de evoluţie şi perfecţionare a tehnicii informatice.

La mijlocul anilor '60 competiţia pe piaţă a produselor a devenit mai intensă.

Între anii 1960 şi 1970 costul produselor a fost prioritatea numărul unu a managerilor. Scăderea costului produselor s-a produs printr-o creştere a productivităţii mijloacelor de producţie, generată de automatizare. Modelul dominant în acea vreme era producţia obţinută în liniile de transfer automate, caracteristice unei producţii de masă. În figura 1.1 se prezintă ciclul evoluţiei economiei pentru producţia de serie.

Figura 1.1. Ciclul evoluţiei economiei de serie

Mai târziu, calitatea produselor a constituit o preocupare intensă. Pe măsură ce schimburile comerciale s-au intensificat şi au devenit mai complexe, viteza mare de livrare a comenzilor a devenit o caracteristică importantă a societăţilor comerciale.

Astfel, s-a definit o nouă strategie, aceea de personalizare a produselor, în funcţie de dorinţele clienţilor. Companiile şi-au adaptat mediul de operare pentru a deveni mai flexibile în fabricaţie şi a satisface aşteptările diferitelor segmente de piaţă. Introducerea SFF a devenit rentabilă în competiţia de pe piaţă.

SFF este, în primul rând o tehnologie de fabricaţie. În al doilea rând, SFF este un model sistemic transpus fizic.

"Sistem" este un cuvânt cheie. "Agilitate" este caracteristica SFF introdusă în ultimii ani, ceea ce măreşte viteza de livrare pe piaţă, operează cu cele mai scăzute costuri de producţie şi are cea mai mare abilitate de a satisface clienţii. SFF este o cale prin care fabricanţii sunt capabili de a obţine această agilitate.

1.2. Producţie. Fabricaţie. Fluxuri

Producţia cuprinde etape din viaţa unui produs care însumează activitǎţile/sectoarele/serviciile de marketing, aprovizionare, concepţie constructivǎ şi tehnologicǎ, fabricaţie (prelucrare, asamblare),

1

StandardizareTipizareAutomatizare

Scăderea costurilor de producţie

Scăderea costurilor în piaţă

Extinderea pieţei

Creşterea volumului producţiei

control al calitǎţii, vânzare şi service al produsului. Fiecare reper al produsului înglobeazǎ caracteristici şi calitǎţi rezultate din funcţiile de bazǎ ale intreprinderii: cercetare şi dezvoltare, prelucrare şi montaj, logisticǎ, asigurarea calitǎţii, marketing şi organizare.

Procesul de producţie (conform DIN 66201) este ansamblul intrǎrilor într-un sistem de producţie, sub formǎ de materie, energie sau informaţii, intrǎri succesive şi dependente reciproc, care sunt transformate, transferate şi înmagazinate în produsul finit.

Produs: este ansamblul ieşirilor dintr-un sistem de producţie, care cuprind transformǎri ale materiei, energiei şi informaţiilor. Produsele se pot prezenta sub formǎ concretǎ, materialǎ sau imaterialǎ (servicii).

Procesul de fabricaţie este acea parte a procesului de producţie în care materia, sub formă de semifabricat, este supusă unor transformǎri de formǎ, dimensiuni, poziţii reciproce ale suprafeţelor, caracteristici fizico-chimice ale materialului, calitate/aspect a suprafeţelor sau sunt realizate situǎri reciproce a mai multor repere şi fixǎri prin asamblare demontabilǎ sau nedemontabilǎ. Procesul de fabricaţie se desfǎşoarǎ prin execuţia operaţiilor de prelucrare/asamblare sau de manipulare.

Intreprinderea industrială este un sistem care urmăreşte armonizarea sistemului de fabricaţie cu cerinţele mediului extern. Performanţa unei intreprinderi industriale se evaluează prin numărul diversificat de produse de calitate, prin costurile minime ale acestora, livrări de comenzi la momente prestabilite cu utilizarea cât mai eficientă a resurselor disponibile (mijloace de producţie şi resurse umane). Asupra intreprinderilor industriale acţionează permanent un sistem de forţe din mediul acestora:

- forţa pieţei comerciale de produse (concurenţa, clienţii, mediul de afaceri şi cel politic)

- forţa pieţei muncii (dezvoltarea resursei umane, educaţia, mediul politic)

- forţa cerinţelor ecologice (protecţia mediului, dezvoltarea de tehnologii nepoluante)

- forţa dezvoltării tehnicii şi tehnologiei (tehnologii noi, produse performante)

- forţa dezvoltării tehnologiei informatice (produse hard şi soft noi, sisteme de comunicare).

Sistemul de fabricaţie este mulţimea instalaţiilor tehnice (mijloace de producţie) şi a relaţiilor dintre acestea constituite pentru rezolvarea unui sarcini de fabricaţie. Sarcina de fabricaţie este diferenţa de eliminat între starea iniţialǎ a materiei şi cea finalǎ, propusǎ ca şi scop a desfǎşurǎrii procesului de producţie. Instalaţiile tehnice prelucreazǎ în timp intrǎrile materiei, energiei şi informaţiilor în ieşiri de aceeaşi naturǎ. Sistemul de fabricaţie este un ansamblu de maşini unelte, utilaje, instalaţii, dispozitive grupate în spaţiu pentru efectuarea unor operaţii ale procesului tehnologic. Sistemul de fabricaţie, în funcţie de gradul de implicare al operatorului uman în cadrul procesului de fabricaţie, poate fi:

- sistem de fabricaţie clasic (în care operatorul uman executǎ manual toate mişcǎrile necesare desfǎşurǎrii procesului de fabricaţie);

- sistem de fabricaţie mecanizat (în care operatorul uman comandǎ realizarea mişcǎrilor relative sculǎ-piesǎ şi a mişcǎrilor necesare aducerii/evacuǎrii pieselor la/de la maşinǎ, mişcǎrile sunt executate de sisteme de acţionare);

- sistem de fabricaţie automat (în care operatorul supravegheazǎ/monitorizează, programeazǎ şi iniţializeazǎ sistemul de fabricaţie, sistem care executǎ mişcǎrile necesare procesului de fabricaţie fǎrǎ intervenţia nemijlocitǎ sau ritmicǎ a operatorului uman).

- sistem de fabricaţie automat rigid (în care schimbarea sarcinii de fabricaţie necesitǎ transformǎri radicale ale sistemului de fabricaţie);

2

- sistem de fabricaţie automat flexibil (SFF) (în care sarcinile de fabricaţie care se pot executa în sistem sunt diverse, variabilitatea din sistemul flexibil vizând dimensiuni şi materiale ale pieselor, regimuri şi precizii de prelucrare, tipuri de operaţii de prelucrare/asamblare, costuri de producţie, termene de livrare şi cantitǎţi de piese). În figura 1.2 se prezintă un grafic al variaţiei flexibilităţii şi productivităţii în sisteme de fabricaţie.

Figura 1.2. Variaţia flexibilităţii şi a productivităţii sistemelor de fabricaţie

Fluxul de intrare într-un sistem de fabricaţie este variaţia în timp a cantitǎţii de material, consumului de energie, cuantumului de informaţii. Fluxul de ieşire dintr-un sistem de fabricaţie este de naturǎ materialǎ (cu informaţii de formǎ) şi informaţionalǎ. Produsul final înmagazineazǎ materialul, energia şi informaţiile necesare transformǎrii semifabricatului în cadrul procesului desfǎşurat în sistemul de fabricaţie.

Un sistem este definit ca mulţimea componentelor sistemului şi a relaţiilor dintre acestea, organizate astfel încât sǎ se realizeze un "tot" unitar. Prin structura unui sistem se înţelege mulţimea elementelor componente şi mulţimea relaţiilor stabilite între acestea.

Un SFF poate fi caracterizat din punctul de vedere al teoriei sistemelor ca un sistem:

- deschis (are relaţii orientate cu mediul sistemului şi cu sistemul ierarhic superior)

- complex (numǎrul de componente este mare)

- concret (spre deosebire de sistemul abstract, de idei)

- artificial (creat de om)

- determinat (are un comportament predictibil)

- realizat cu un scop predefinit.

3

ProductivitateFlexibi-litate

Fabricatie clasicã

Automatizare flexibilã

Automatizare rigidã

Numãr de piese

Figura 1.3. Structura unui SFF

Se pot identifica într-un SFF subsisteme de rang inferior (de exemplu subsistemul de prelucrare care este ansamblul mijloacelor de producţie din sistem, subsistemul de manipulare care este ansamblul echipamentelor şi dispozitivelor automate cu funcţii de manipulare ale obiectelor de lucru). Un SFF este un subsistem component al unui sistem de rang superior (de exemplu, metasistemul de producţie CIM). Un SFF este ierarhizat, ceea ce înseamnǎ cǎ se identificǎ în structura acestuia subsistemele componente prezentate în figura 1.3.

Definiţii ale SFF:

National Institute of Standards and Technology-NIST: Un SFF este un aranjament de maşini unelte (centre de prelucrare cu comandă numerică), dotate cu dispozitive automate de schimbare a sculelor, interconectate printr-un sistem de transport. Sistemul de transport asigură piesele necesare pentru maşinile unelte pe palete sau alte elemente de interfaţă, pentru o servire automată, rapidă şi precisă. Un calculator central comandă maşinile şi sistemul de transport. SFF poate prelucra simultan diferite tipuri de piese.

Economic Commision of Europe: Un SFF este un complex integrat, condus de calculator, compus din maşini unelte cu comandă numerică, dispozitive automate de manipulare a pieselor şi sculelor şi echipamente automate de măsură şi control care, cu un minim de intervenţie umană şi timp de modificare scurt, poate să fabrice produse aparţinând unei familii de piese, conform unei planificări anterioare a producţiei.

O altă schemă de structură a unui SFF, în conformitate cu definiţiile de mai sus, este prezentată în figura 1.4.

4

SFF

Subsistem de manipulare

Subsistem de prelucrare

Instalaţii de aducere/evacuare (IA/E)

Instalaţii pentru operaţii humanoide de manipulare (RI

m)

Maşini de lucru Instalaţii pentru operaţii humanoide de prelucrare

IA/E material

IA/E scule

IE deşeuri

Dispozi-tive de mǎsurǎ şi control

Dispozi-tive de lucru

Figura 1.4. Structura unui SFF cu evidenţierea fluxurilor din sistem

1.3. Cerinţe de flexibilitate ale pieţei şi posibilitǎţi de realizare a acestora

În figura 1.5 sunt prezentate cerinţele de flexibilitatea ale pieţei de desfacere a produselor.

Figura 1.5. Cerinţe de flexibilitatea ale pieţei

În figura 1.6. se prezintă ciclul evoluţiei economiei orientate spre client.

În figura 1.7. sunt prezentate sintetic posibilitǎţile de realizare a cerinţelor de flexibilitate ale pieţei.

5

Cerinţe de flexibilitate ale pieţei

Flexibilitatea produsului

variante de produsemodularizarea repereloroferte de produse personalizate

Flexibilitatea cantitǎţii de produse/termene de

livrareloturi micionorarea rapidǎ a comenzilor de producţie

Flexibilitatea a preţului produselor

produse de calitate şi preţuri diferiteoferte de lansare pe piaţǎ

Informaţii

Sistem de comandã

Depozit Sistem de transport Sistem de

manipulareSistem de prelucrare

Material

Energie de alimentare cu energie

EnergieFlux de informatiiFlux de energieFlux material

Figura 1.6. Ciclul evoluţiei economiei orientate spre client

Figura 1.7. Posibilitǎţi de realizare a cerinţelor de flexibilitate a pieţei

Figura 1.8. Dependenţa dintre tipul de organizare al producţiei, volumul producţiei anuale şi mărimea spectrului de tipuri de piese

În figura 1.8 este prezentat graficul dependenţei dintre tipul de organizare al producţiei (în linii de transfer, SFF, celule de fabricaţie flexibilǎ şi sisteme de fabricaţie mecanizate), producţia anualǎ şi numǎrul de tipuri de piese diferite prelucrate în aceste sisteme.

6

Posibilitǎţi de realizare ale cerinţelor de flexibilitate ale pieţei

Concepţieaplicarea principiilor tehnologiei de grup;arhivarea sistematicǎ a documentelor;îmbunǎtǎţirea continuǎ a concepţiei produselor.

FabricaţieSFF;simularea fabricaţiei;timpi minimi de fabricare a produselor;aplicarea principiilor Just-in-Time.

Marketing oferte de produse la segmente de piaţǎ;oferte de produse în funcţie de evoluţia pieţei;analizǎ criticǎ a situaţiei curente a pieţei.

Linii de transfer

Linii de fabricaţie flexibilǎ SFF

Celule de

fabricaţie flexibilǎ Maşini unelte

convenţionale

2000

500

25

1, 2 5 100 500

Producţie anualǎBuc/an

Numǎr de tipuri de piese

Creşterea integrării

componentelor SFF

Scăderea costurilor de producţie, creşterea

calităţii produselor şi a flexibilităţii SFF

Cucerirea de noi segmente de piaţă,

creşterea cerinţelor clienţilor

Scăderea loturilor de producţie, îmbunătăţirea

produselor

Creşterea inteligenţei

sistemului de comandă

1.4. Caracteristici ale SFF

Un SFF poate avea urmǎtoarele componente tipice: maşini unelte (de lucru) universale cu comandă numerică cu calculatorul (CNC) sau comandă numerică distribuită (DNC), echipamente de schimbare automatǎ a sculelor şi magazii de scule, posturi de încǎrcare/descǎrcare, echipamente de manipulare automatǎ (roboţi sau dispozitive automate de transfer), depozit central sau depozite intermediare, palete cu/fǎrǎ dispozitive de fixare ale pieselor, sistem de comandǎ/conducere programabil, adaptiv sau inteligent, reţele de calculatoare, magistrale de câmp, interfeţe şi echipamente de monitorizare.

Pentru a evidenţia caracteristicile unui SFF, în cele ce urmează se vor compara un sistem automat rigid (LT) cu un sistem automat flexibil de fabricaţie.

Figura 1.9. Schema de principiu a unei linii de transfer

Figura 1.10. Schemǎ de principiu a unei linii de fabricaţie flexibilǎ

Linia de transfer este denumirea uzuală a unui sistem automat rigid cu o dispunere liniarǎ în spaţiu a mijloacelor de producţie (maşini unelte agregat, capete de gǎurit multiax, capete de forţǎ de frezat, etc) grupate în posturi de lucru. Transportul obiectelor de lucru este realizat dintr-un post de lucru în altul de un conveior cu funcţionare intermitentǎ. Semifabricatul intrǎ la un capǎt al liniei de transfer şi este prelucrat până la evacuare la celǎlalt capǎt al conveiorului. Capacitatea productivă a liniei este foarte mare, dar schimbarea sarcinii de fabricaţie este dificilǎ din cauza necesitǎţii realizǎrii

7

Depozit central

Conveior

Centru de prelucrare

Masa maşinii

Posturi de aşteptare

Cǎrucior Paletǎ cu piesǎ

Magazie de scule

Post de lucru 1 Post de lucru 2 Post de lucru 3

Paletǎ cu piesǎ

Conveior

unui numǎr mare de reglaje la schimbarea curselor de lucru sau la schimbarea sculelor. În figura 1.9. este prezentatǎ o schema de principiul a unei linii de transfer.

Linia de fabricaţie flexibilǎ are, de asemenea, o dispunere în linie a mijloacelor de producţie, dar maşinile de lucru sunt cu CNC sau DNC (sistem de comandǎ numericǎ distribuită mai multor maşini de lucru). Schema de principiu a unei linii de fabricaţie flexibilǎ este prezentatǎ în figura 1.10.

În tabelul 1.1 este prezentatǎ comparaţia performanţelor liniilor de transfer şi liniilor de fabricaţie flexibilǎ.

Tabelul 1.1. Comparaţie între linii de transfer şi linii de fabricaţie flexibilǎ

Caracteristici Linii de transfer Linii de fabricaţie flexibilǎ

Tipul producţiei Serie mare şi masǎ Serie mijlocie şi micǎ

Capacitatea productivǎ (cantitatea de obiecte de lucru realizată de către un post de lucru/sistem în unitatea de timp)

Foarte mare Mare

Spectrul de tipuri de piese 1 tip de piesǎ <10 tipuri de piese

Complexitatea operaţiei tehnologice (la un post de lucru, centru de prelucrare)

Micǎ, maşinile unelte agregat sunt specializate pentru un tip de operaţie tehnologicǎ

Mare, maşinile de lucru au un numǎr mare de axe comandate şi pot executa mai multe tipuri de operaţii tehnologice

Timpul operativ Mic, egal la toate posturile de lucru

Mare, poate fi inegal la posturile de lucru

Costul sistemului Relativ mic, în funcţie de complexitate

Mare

Funcţionarea sistemului Continuǎ Organizatǎ pe schimburi (2 sau 3)

Schimbarea tipului de piesǎ Dificilǎ, necesitǎ reglaje şi instalǎri de noi componente

Uşoarǎ, necesitǎ reprogramǎri care se pot realiza „off-line”

Scule de prelucrat Instalate la posturile de lucru manual, neschimbabile în timpul funcţionǎrii sistemului

In magazii de scule, schimbabile automat

Celula de fabricaţie flexibilǎ are în componenţǎ 1, 2, 3 maşini de lucru cu comandǎ numericǎ şi sistem propriu automat de manipulare, cu rol de servire al maşinilor. In cazul în care sistemul conţine numai o maşinǎ de lucru, atunci acesta se numeşte modul de fabricaţie flexibilǎ.

Sistemul de fabricaţie flexibilǎ are în componenţǎ mai multe celule de fabricaţie flexibilǎ legate între ele prin flux de material. Un sistem de transport (transfer lung) automat are rolul de transport ale obiectelor de lucru de la o celulǎ la alta, în funcţie de itinerarul tehnologic al tipurilor de piese. SFF are sistem de comandǎ şi de conducere automat şi reprogramabil.

În tabelul 1.2 sunt prezentate caracteristicile principale ale unui SFF.

8

Tabelul 1.2. Caracteristicile principale ale unui SFF

Nr. crt. Caracteristicile unui SFF

1 Gradul de automatizare al funcţiilor principale necesare desfǎşurǎrii procesului tehnologic este mare. Existǎ sisteme complet automate sau sisteme cu posturi sau staţii de lucru

manuale. Operatorul uman are rolul de: încǎrcare/descǎrcare a obiectelor de lucru în/din depozitul central, supraveghere/monitorizare a funcţionǎrii sistemului, reinstalare de

componente noi şi programare „on-line” sau „off-line” a sistemului, programare, reparare şi întreţinere a sistemului.

2 Numǎrul de maşini de lucru este mai mic decât la sistemele de fabricaţie clasice. Maşinile de lucru sunt în general maşini unelte universale (de exemplu centre de prelucrare), mai

rar sunt utilizate maşini de lucru specializate.

3 Amplasamentul mijloacelor de producţie depinde de construcţia dispozitivelor instalaţiei de aducere/evacuare, de forma spaţiului de lucru al roboţilor.

Amplasamentul poate sǎ fie în linie, în cerc, în plan (de exemplu cu robot montat suspendat pe o construcţie portalǎ).

4 Numǎrul de situǎri şi fixǎri ale pieselor în SFF este minim. Suprafaţa de aşezare a semifabricatului este prelucratǎ în afara sistemului. Semifabricatul, la intrarea în sistem, este instalat şi fixat pe paletǎ. Piesa fixatǎ pe paletǎ este prelucratǎ pe cele 5 suprafeţe

accesibile ale obiectului de lucru, cu reinstalarea piesei pe paletă.

5 Timpul operativ al unei operaţii tehnologice este foarte mare, forma suprafeţelor de prelucrat poate fi foarte complexǎ. Maşinile de lucru pot schimba automat sculele de

prelucrat şi au mai mult de 3 axe comandate cu comandǎ numericǎ.

6 Informaţiile sub formǎ de date despre producţie sau programe pot fi transferate între diferitele echipamente de comandǎ ale sistemului sau în afara SFF, prin reţele de

calculatoare.

7 SFF realizeazǎ o producţie de serie micǎ, mijlocie, cu un spectru larg de tipuri de piese. Se pot prelucra simultan în sistem mai multe tipuri de piese (part mix).

1.5. Avantajele şi dezavantajele exploatării SFF

Avantajele exploatării SFF sunt:

� schimbări rapide, cu cost scăzut, a tipului de piesă de fabricat, ceea ce îmbunătăţeşte utilizarea capitalului investit în acest sistem

� costuri de fabricaţie scăzute, prin capacitate de producţie crescută şi reducerea manoperei

� inventar curent redus (număr de piese aflate simultan în fabricaţie), datorită planificării tactice a producţiei şi a ordonanţării precise

� o calitate crescută a producţiei, prin programare şi controlul automat/semiautomat al calităţii produselor

� costuri de manoperă/unitate de produs finit scăzute, datorită productivităţii muncii crescute la acelaşi număr de operatori umani

9

� economii la costuri indirecte din reducerea erorilor, remedierilor, reparaţiilor, rebuturilor nerecuperabile.

Dezavantajele exploatării SFF sunt:

� abilitate limitată de adaptare la schimbările produsului sau la amestecul de tipuri de piese aflate în fabricaţie (maşinile unelte au o flexibilitate limitată de a îndeplini operaţiile tehnologice şi capacitate limitată a magaziei de scule)

� activitate laborioasă de pregătire a fabricaţiei

� investiţie necesară mare şi foarte mare

� complexitate ridicată a SFF.

Complexitatea şi costul ridicat al SFF este motivul pentru care s-a manifestat reticenţă în acceptarea acestora în industrie. In cele mai multe cazuri s-a acceptat implementarea mai întâi a unor sisteme sau celule simple, acestea urmând a fi integrate într-un sistem mai complex, după o perioadă de exploatare de succes.

1.6. Metasistemul CIM

Dacǎ fluxul informaţiilor dintr-o întreprindere este în totalitate sau parţial automat şi asistat de programe în reţele de calculatoare, sistemul de producţie este un sistem CIM (Computer Integrated Manufacturing). În metasistemul CIM se realizează integrarea cu calculatorul pe platformele funcţionale a activitătilor departamentelor (serviciilor) de marketing, de concepţie, de planificare a producţiei, de fabricaţie, de management financiar.

În figura 1.11 sunt prezentate principalele platforme şi facilitǎţi ale unui sistem CIM, considerat sistem ierarhic superior unui SFF.

Sistemul CIM este structurat ierarhic, este compus din mai multe aplicaţii complexe, dedicate, interdependente între ele. Aplicaţiile prelucrează un număr mare de date şi rulează pe echipamente de calcul diferite, care necesită interfeţe specializate, iar procedurile de tratare a erorilor sunt complexe şi inconsistente [Curaj].

Platformele CIM de integrare a activităţilor şi de transmitere de informaţii trebuie să prezinte următoarele caracteristici:

- să permită un acces transparent la resurse

- să fie deschise pentru dezvoltarea produsului de către terţi

- să fie aplicaţii distribuite pe mai multe calculatoare

- să fie modularizate şi extersibile pentru adăugarea de noi blocuri funcţionale

- să permită o configurare dinamică a aplicaţiei

- să asigure consistenţa datelor şi siguranţa transmisiei

- să asigure refacerea stării sistemului după un restart

- să-şi optimizeze viteza de rulare a aplicaţiilor pentru a deveni compatibile cu cerinţele de comandă în timp real

- să prezinte mecanisme de securitate pe diferite niveluri de acces la date.

10

Figura 1.11. Facilitǎţile sistemului CIM (CAO= Computer Aided Office, CAQ= Computer Aided Quality, CAD= Computer Aided Design, CAPP= Computer Aided Process Planning, CAPS=

Computer Aided Programming and Scheduling)

1.7. Sisteme de producţie Post CIM

După extensia în întrega lume a Internetului s-au dezvoltat noi concepţii de fabricaţie denumite în literatura de specialitate: Next Generation Manufacturing, Advanced Manufacturing System, Intelligent Manufacturing System sau Concurent Enterprise. Toate aceste noi sisteme de fabricaţie încă în faza de concepţie şi experimentare se bazează pe modelele dezvoltate în ultimii ani: holonic, fractal, bionic sau virtual.

Modelul holonic

Denumirea provine de la grecescul holon ce înseamnă parte dintr-un întreg. Holon (d.p.d.v. al teoriei sistemului) este ceva simultan şi întreg şi parte a unui sistem. Holonul este un întreg în sine şi parte a unui sistem mai mare. Un holon se poate observa ca o sumă de sisteme integrate unul în

11

CAO Arhivǎ Personal Financiar

Planificare strategicǎplan de investiţii;plan financiar;strategie de personal;planificarea strategicǎ a producţiei;strategia produselor.

CADproiectare;calcule;desenare;listǎ piese;simulare.

CAPPproiecte tehnologice;programarea mijloacelor de producţie CNC, DNC.

CAQplanificarea activitǎţilor de mǎsurare/control;planificarea activitǎţilor de asigurare a calitǎţii produselor.

Vânzǎri - oferte- comenzi ale clienţilor.

CAPSplanificarea disponibilitǎţilor mijloacelor de producţie şi a materialului;planificarea tacticǎ a producţiei.

Aprovizionarecomenzi de aprovizionare;intrǎri de marfǎ.

Logisticǎ -programarea fluxului de material;-comanda transportului;-comanda depozitului central;- comanda depozitelor intermediare.

Comanda fabricaţiei

- gestionarea comenzilor de fabricaţie;-prelucrarea datelor din producţie;-ordonanţarea fabricaţiei.

Întreţinere

- supraveghere, monitorizare;diagnozǎ;reparaţii;întreţinerea utilajelor.

Intrǎri de material ASRS semifabricare prelucrare montaj control ambalare vânzareieşiri de produse service

altul. O ierarhie de holoni formează o holarhie. Informaţia este integrată bidirecţional de la mai mic (holon) la mai mare (holarhie) şi invers. Conceptul de bază al unui sistem holonic (holarhiei) este un sistem format din blocuri autonome şi cooperative şi a fost promovat de către Köstler. Principiul sistemelor de fabricaţie holonice se bazează pe observaţie că un sistem complex este format din subsisteme simple care există şi depind de coorperarea cu sistemele superioare.

Sistemul holonic de fabricaţie (figura 1.12) prezintă următoarele caracteristici:

- stabilitate la perturbaţii interne şi externe ale sistemului

- adaptabilitate rapidă la schimbările pieţei

- flexibilitate ridicată prin reconfigurare internă a sistemului

- eficienţă în exploatarea resurselor holonilor.

Holonii sunt unităţi autonome de fabricaţie care cooperează între ei pentru a îndeplini sarcinile de fabricaţie. În baza autonomiei, ei pot să realizeze comanda locală a maşinilor, optimizarea internă a funcţionării componentelor, autoordonanţarea fabricaţiei, autoconfigurarea şi autodiagnoza prin învăţare.

Figura 1.12. Structura unui sistem holonic de fabricaţie

S-au identificat 3 clase de holoni informaţionali, ca subsisteme ale holonilor autonomi:- Holon de resursă care conţine informaţii cu privire la metode de organizare, exploatare şi comandă;- Holon de produs care conţine informaţii despre: realizarea pieselor, ciclul de viaţă al produselor, comenzi de producţie, asigurarea calităţii producţiei;- Holon de comandă care conţine informaţii despre: comanda fabricaţiei şi logistică.

În figura 1.13 se prezintă schimbul de informaţii între holonii informaţionali.Tab 1. 3. Comparaţie între CIM şi sistem de fabricaţie holonic

Computer Integrated Manufacturing (CIM) Holonic Manufacturing System (HMS)Sistem cu o structură ierarhizată cu sarcini comunicate de la nivel superior la un nivel inferior, cu scopuri cunoscute numai la nivelul superior.

Structura holarhică are scopurile cunoscute la nivel superior şi comunicate ca subsarcini la nivelul imediat inferior.

Coordonarea şi integrarea eforturilor de la nivelul N prin controlul ierarhic de la nivelul N+1.

Coordonarea şi integrarea eforturilor la nivelul N prin cooperarea şi însumarea sarcinilor de fabricaţie a holonilor

Relaţii de subordonare între nivelul N şi N-1. Relaţii de colaborare între clienţi (N) şi furnizori (N-1).

Topologie arborescentă de la N la mai mulţi N-1. Comunicare pe orizontală între mai mulţi holoni de pe acelaşi nivel, topologie de magistrală de la nivelul N la mai mulţi holoni de pe nivelul N+1, pentru comunicare pe

12

Holon autonom 1 Holon autonom 2 Holon autonom n….

Holarhie

Computer Integrated Manufacturing (CIM) Holonic Manufacturing System (HMS)verticală.

Arhitectură rigidă şi statică, cu capabilităţi atribuite numai pe anumite niveluri

Arhitectură flexibilă, programabilă şi dinamică

Structuri de mesaje fixe Structuri de mesaje flexibile, schemă universală de decodare pentru interpretarea mesajului

Toleranţă scăzută la defecţiuni (alte defecţiuni decât cele compensate prin concepţie)

Toleranţă crescută la defecţiuni prin reconfigurarea dinamică şi renegocierea sarcinii de fabricaţie

Inteligenţă concentrată în nivelurile superioare Inteligenţă distribuită după necesităţi prin încapsularea proceselor şi cunoştinţelor în holoni

Eficienţă prin specializare. Alocarea sarcinilor de fabricaţie standard la resurse specializate.

Eficienţă prin flexibilitate. Resurselor standardizate le sunt alocate sarcini de fabricaţie specializate (variate).

Eficienţă crescută la volum mare al producţiei/variabilitate scăzută a produselor.

Eficienţă crescută pentru volum mare-mic al producţiei/variabilitate medie-mare a produselor.

Manopera operatorilor umani este înlocuită prin automatizare.

Manopera este complementară automatizării (creşte importanţa inteligenţei şi capabilităţilor operatorilor umani din procesul de producţie).

Focusare în procesul de fabricaţie. Aplicabil în toate funcţiile unei intreprinderi de producţie.

Figura 1.13. Schimbul de informaţii între holoni

Modelul fractal

Modelul fabricii, companiei fractale (introdus de H. J. Warnecke) constă în entităţi productive cu acţiuni independente, care funcţionează pe baza unor obiective şi performanţe precise.

Fractalii (figura 1.14) au structuri similare, sunt auto-organizate şi -optimizate, au structuri dinamice, orientate pe scop. În tabelul 1.4 se prezintă o comparaţie între un segment de fabricaţie şi un fractal.

Figura 1.14. Model fractal.

13

Fractal

intrări ieşiri

Holon de comandă

Holon de produs

Holon de resursă

Cunoştinţe despre fabricaţie

Cunoştinţe despre proces

Cunoştinţe despre comanda procesului

Tabelul 1.4

Segmente de fabricaţie Fractali

Scop principal: prelucrare Scop principal: servicii în sens larg

Se structurează la intervale de timp Se structurează dinamic, continuu

Mediul lor este stabil Mediul lor este schimbător

Sarcinile de fabricaţie sunt specifice, predefinite Îşi stabilesc continuu obiectivele

Sunt auto-responsabile de performanţe lor Sunt auto-organizate şi -administrate

Evaluarea lor se bazează pe rezultate Navighează împreună cu alţi fractali spre îndeplinirea scopului comun

Modelul bionic (propus de Ueda-Universitatea Kobe, Okino-Universitatea Kyoto) s-a inspirat din organizarea organismelor vii şi a propus o structură similară pentru sistemele de fabricaţie. Fiecare parte a sistemului de producţie este comparat/transformat/asimilat cu entităţi din lumea biologică. În tabelul 1.5 este prezentată această structură în paralel cu structura unui organism viu.

Tabelul 1.5

Organism viu Sistem de fabricaţie

Organite Echipamente

Celule Celule de fabricaţie

Organe Ateliere de fabricaţie

Mediu chimic Informaţii, materiale

Flux chimic Flux de informaţii şi de materiale

Enzime Coordonatori

Sistemele de fabricaţie bionice conţin maşini unelte, scule, mijloace de măsurare şi control, echipamente de transfer lung, operatori umani care cooperează pe baza unor informaţii (asimilate cu informaţia ADN, conţinută în piesă) ce determină comanda producţiei şi autoreproducerea fabricaţiei. Un aspect important al programelor de comandă şi conducere este al sistemelor bionice este inteligenţa în luarea deciziilor.

Modelul fabricii virtuale

Se bazează pe implementarea controlului adaptiv, prin care se urmăreşte rezolvarea unor probleme ale fabricaţiei, de exemplu incertitudini ale mediului, uzuri ale componentelor, defecţiuni ale echipamentelor sau erori umane. O altă direcţie de dezvoltare este comanda inteligentă a sistemului de fabricaţie prin tehnici ale inteligenţei artificiale (neuro-fuzzy, algoritmi genetici). Fabrica virtuală are o structură bazată pe agenţi autonomi, pe care îi coordonează.

Tehnicile utilizate sunt programarea orientată pe obiecte şi modelarea solidelor, pentru care sunt utilizate aplicaţiile soft şi echipamentele specifice Virtual Reality.

Concepţia unei noi fabrici, implementarea unei linii de fabricaţie, exploatarea unui nou echipament, realizarea unui nou produs, implementarea unei noi stategii de comandă pentru un sistem de fabricaţie sunt asistate în procesul de modelare-simulare-validare de tehnici de realitate virtuală.

14

Modelele şi aplicaţiile soft ale realităţii virtuale descriu evoluţia dinamică a unui sistem de fabricaţie, sunt utilizate în decizii strategice în procesul de dezvoltare, de alocare a resurselor şi în managementul de procese tehnologice.

În mediul industrial, pe baza dezvoltării actuale a tehnicii (mai ales informatice), se concretizează următoarele direcţii principale de dezvoltare în viitorul apropiat a SFF:

- îmbunătăţirea răspunsului la comenzile personalizate ale clienţilor: exactitate, rapiditate şi preţ scăzut;

- activitatea de marketing se va reduce prin satisfacerea directă a cerinţelor clienţilor, nemaifiind nevoie de anticiparea prin cercetare a tendinţelor pieţei;

- inventarul de piese finite ale unei companii se va reduce, de vreme ce necesarul individual al consumatorului se va satisface direct ;

- coordonarea şi controlul internaţional al producţiei. Reţelele de comunicare globalizează producţia în companiile multinaţionale ;

- internaţionalizarea şi facilizarea prin reţele a aprovizionărilor minimizează inventarul de piese curente ;- dezvoltarea unor standarde care facilitează integrarea informaţională a tuturor echipamentelor ;

- SFF vor fi integrate în fabrici automate care livrează produsul finit direct în depozite, cu integrarea unui număr minimal de staţii de lucru cu servire manuală ;

- tehnologia de fabricaţie se va putea rapid adapta cerinţelor pieţei ;

- va creşte gradul de automatizare al planificării proceselor, ca urmare se va economisi timpul pierdut cu proiectări repetitive şi erori ;

- îmbunătaţirea echipamentelor şi a programelor de comandă a SFF, tehnicile mai bune de instalare a pieselor pe palete vor creşte coeficientul de utilizare al maşinilor spre 100% ;

- utilizarea în aplicaţii industriale a unor roboţi cu inteligenţă artificială, capabili să ia decizii ;

- diagnoza automată va îmbunătăţi disponibilitatea maşinilor şi va facilita mentenanţa SFF.

15