Chương 1 Tổng quan về hệ thống sản xuất MPS 1. Giới thiệu về cảm biến trên MPS Hệ thống MPS là một hệ thống được cấu thành từ những thiết bị, linh kiện hiện đại bao gồm nhiều cơ cấu cơ khí, quá trình hoạt động rất quen thuộc trong quá trình hoạt động sản xuất. Khi tìm hiểu và vận hành hệ thống sẽ giúp người vận hành (sinh viên thực tập với hệ thống) có cái nhìn toàn diện và nâng cao hiểu biết về quá trình sản xuất, các khâu hoạt động của hệ thống bao gồm : điện- khí nén –điện tử -máy tính. Đủ tri thức cần thiết để thiết kế các hệ thống điều khiển tự đọng trong thực tế sản xuất tại các công ty, xí nghiệp.
Sau khi thực hành với mô hình người học sẽ có kiến thức sâu rộng hơn trong việc điều khiển và tích hợp hệ thống sau này. Các bộ cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển. Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường là các đại lượng không điện, chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện và truyền các thông tin về hệ thống đo lường điều khiển, giúp chúng ta nhận dạng đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của đối tượng. Giới thiệu về cơ cấu chấp hành trên MPS Để tạo ra sản phẩm, các quá trình sản xuất thực hiện việc biến đổi vật chất, năng lượng và thông tin từ dạng này sang dạng khác.
Các quá trình này bao gồm 2 dạng sau: các quá trình chính (các chuyển động chính) và các quá trình phụ (các chuyển động phụ). - Các quá trình chính là các quá trình trực tiếp làm thay đổi tính chất cơ lý hóa, hình dáng hình học ban đầu của phôi liệu để tạo ra sản phẩm yêu cầu. - Các quá trình phụ là các quá trình không làm thay đổi trạng thái của đối tượng, nhưng cần thiết kế cho các quá trình chính thực hiện được. Đặc điểm: nâng cao năng suất lao động, một số trường hợp không thay thế được con người (điều khiển, theo dõi.
Với quá trình sản xuất và công nghệ phức tạp khi mà số lượng các thông số tham gia vào quá trình lớn và có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian thì khả năng hoàn thành nhiệm vụ của người thợ thực hiện nhiệm vụ điều khiển sẽ bị suy giảm. Tự động hóa sản xuất (Manufacturing Automation) Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong đó con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn được giải phóng từ quá trình điều khiển sản xuất. Ở đây trách nhiệm của con người là theo dõi quá trình sản xuất. Con người thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp – tháo phôi theo chu kỳ cho máy (tùy thuộc vào mức độ tự động hóa).
Như vậy, tự động hóa QTSX là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiên tiến. Trên cơ sở của các quá trình sản xuất và công nghệ đó, tiến hành lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động 7 thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần sự tham gia của con người. Cấu trúc cơ bản của các hệ thống tự động Hệ thống cảm biến: có chức năng tiếp nhận và biến đổi thông tin các loại, làm cơ sở cho các quyết định điều khiển. - Hệ thống điều khiển: có chức năng đưa ra các quyết định điều khiển quá trình và các tác động tương ứng tới cơ cấu điều khiển trên cơ sở các thông tin nhận được từ hệ thống cảm biến.
- Hệ thống phản hồi: có chức năng theo dõi thông tin, so sánh các tín hiệu nhận được từ hệ thống cảm biến và điều khiển để tiến hành các tín hiệu bù tương ứng. QTSX cơ khí gồm: chuẩn bị sản xuất → tạo phôi → gia công cơ → lắp ráp. Hầu hết các thiết bị tham gia vào quá trình chính như: cấp phôi, gá đặt, định hướng chi tiết, vận chuyển, gia công, lắp ráp và kiểm tra. Có thể tự động hóa một số hoặc toàn bộ, từ đơn giản đến phức tạp.
Thực tế hiện nay QTSX thường thực hiện theo phương pháp tự động hóa từng phần. Tự động hóa từng phần là tự động hóa chỉ một số nguyên công riêng biệt của quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự động thông thường. Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tự động hóa và nó được ứng dụng ở những nơi mà sự tham gia trực tiếp của con người không thể thực hiện được (nguy hiểm đối với con người) hoặc đối với những công việc quá nặng nhọc và đơn điệu.1: Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất 8 Các giai đoạn Đặc điểm Ví dụ Xuất hiện Cơ khí hóa Thay thế lao động cơ bắp của con người bằng máy Động cơ máy tiện, băng tải. 1775 Tự động hóa từng phần Thay thế công việc điều khiển thiết bị của công nhân bằng máy NC, CNC, MRP 1956-1960 Tự động hóa ở mức độ cao Sản xuất tự động tích hợp có tính đến môi trường của từng thành phần riêng biệt FMS,CAD/CAM 1970-1975 Sản xuất tích hợp Trên cơ sở tự động hóa với sự trợ giúp của hệ thống máy tính để thực hiện các QTSX tích hợp CIM, nhà máy tương lai 1985-1990 1.
Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau một chách nối tiếp hoặc song song. Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức sau: Trong đó: Ld – là tính linh hoạt đạt được. Ly – là tính linh hoạt yêu cầu. Nếu ML = 1 thì yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn.
Khi ML > 1 thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt, có nghĩa là đối với các nhiệm vụ cụ thể tính linh hoạt sử dụng không hết. Nếu ML < 1 thì không phải tất cả các sản phẩm được chế tạo trong những điều kiện tối ưu hoặc là chỉ có một số sản phẩm được chế tạo. Giá thành để tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố: yếu tố kỹ thuật và yếu tố tổ chức. - Yếu tố kỹ thuật: bao gồm công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng chạy dao, số lượng các đầu mang dụng cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và kho chứa, các thiết bị điều khiển, dung lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và đồ gá, mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước của thiết bị công nghệ và kỹ thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng của các thiết bị điều khiển.
-Yếu tố tổ chức: bao gồm chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm, độ ổn định của hệ thống sản xuất. Tính linh hoạt hợp lý sẽ cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong một thời gian dài. Tính linh hoạt trong một chừng mực nào đó xác định hình thể của hệ thống sản xuất, xác định công nghệ, tổ chức và điều khiển chức năng của nó, đồng thời tính linh hoạt ảnh hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm 1. Tự động hóa sản xuất linh hoạt Tự động hóa sản xuất linh hoạt được dùng trong sản xuất loạt vừa và nhỏ (sản lượng ít, chủng loại nhiều), nó dựa trên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình với sử dụng các máy CNC, các môđun sản xuất linh hoạt, các hệ thống khoa chứa và vận chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị với điều khiển bằng máy 9 tính.
Tự động hóa sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để chế tạo sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm vi điều khiển (trong giới hạn khả năng của thiết bị công nghệ). Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible manufacturing system - FMS) Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự động, các môđun sản xuất linh hoạt, các thiết bị công nghệ riêng lẻ và các hệ thống đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảng thời gian đã định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó. Môđun sản xuất linh hoạt Môđun sản xuất linh hoạt là một đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó. Thiết bị này thực hiện một cách tự động tất cả các chức năng có liên quan đến chế tạo sản phẩm và nó có khả năng hoạt động trong FMS.
Rôbôt công nghiệp Rôbôt công nghiệp là một máy tự động đứng yên hoặc di động, nó gồm một cơ cấu chấp hành dưới dạng tay máy, có một số bậc tự do và một cơ cấu điều khiển để thực hiện các chức năng di chuyển trong quá trình sản xuất. Nó có thể sử dụng như một thiết bị độc lập, có khả năng thay đổi nhanh, dễ hiệu chỉnh. Các Rôbốt thường được trang bị các hệ thống điều khiển thích nghi, vòng kín (P,PI, PD, PID – Proprotional Integral Derivative), các hệ thống điều khiển theo chương trình lôgic (PLC – Programmable Logic Controllers), các hệ thống cảm biến thực hiện các chức năng như nghe, nhìn, sờ, ngửi, nói.vì vậy chúng được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực như y tế, dịch vụ, gia công, lắp ráp. Tổ hợp Rôbôt công nghệ Tổ hợp rôbôt công nghệ là toàn bộ một thiết bị công nghệ, một rôbôt công nghiệp và các thiết bị khác để thực hiện các chu kỳ lặp lại một cách tự động.
Dây chuyền tự động linh hoạt Dây chuyền tự động linh hoạt là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ được lắp đặt theo trình tự các nguyên công đã được xác định. Công đoạn tự động hóa linh hoạt Công đoạn tự động hóa linh hoạt là FMS hoạt động theo tiến trình công nghệ mà trong đó có khả năng thay đổi trình tự sử dụng thiết bị công nghệ. Phân xưởng tự động hóa linh hoạt Phân xưởng tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, công đoạn tự động hóa linh hoạt và tổ hợp rôbôt công nghệ được nối kết với nhau theo phương án để chế tạo các sản phẩm của một chủng loại xác định. Nhà máy tự động hóa linh hoạt.