LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible manufacturing systems) - viết tắt là FMS đóng một vai trò hết sức quan trọng trong nền sản xuất hiện đại. Sự kết nối các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất với sự trợ giúp của mạng máy tính nội bộ cho phép tăng năng suất lao động của các nhà máy thiết kế, các nhà máy công nghệ và các nhà tổ chức sản xuất và do đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Các hệ thống như vậy được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính (Computer Itergrated Manufacturing) - viết tắt là CIM. Trên thế giới hiện nay nhiều nước phát triển đang ứng dụng rộng rãi hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và sản xuất tích hợp CIM và cho ra đời nhiều sản phẩm có chất lượng và năng suất rất cao.
Tuy nhiên ở Việt Nam vì điều kiện kinh tế còn nghèo nên sản xuất tự động mới ở giai đoạn đầu của sự phát triển. Tuy vậy để hoàn thành sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước thì việc nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS đã và đang được quan tâm đặc biệt. Tập bài giảng gồm sáu chương với 100 trang đã trình bày tổng quan về hệ thống sản xuất linh hoạt, nguyên tắc thiết lập hệ thống sản xuất linh hoạt. Từ đó đi sâu vào nghiên cứu các thành phần cơ bản của FMS, xác định thành phần các thiết bị trong FMS.
Tuy nhiên vì đây là tập bài giảng được biên soạn lần đầu nên chắc hẳn không tránh khỏi có thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các đồng nghiệp để bài giảng hoàn thiện hơn. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN (Lý thuyết: 3; Thảo luận: 1; Kiểm tra:0;) A. Mục tiêu: - Kiến thức : Cung cấp cho người học các khái niệm cơ bản về hệ thống sản xuất hiện đại FMS như: cấu trúc của FMS; phân loại các FMS; nguyên tắc thiết lập hệ thống FMS và một số hệ thống FMS các nước trên thế giới.
- Kỹ năng : Sau khi học xong chương này người học có thể hiểu được cấu trúc của FMS và các thành phần cấu tạo nên hệ thống FMS, trên cơ sở kiến thức đó kết hợp với các môn học đã học như Rô bốt, Máy tự động CNC, PLC. người học có thể nghiên cứu thiết kế một số hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công các loại chi tiết điển hình. VỊ TRÍ CỦA FMS TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Xu thế phát triển của công nghệ cao trong ngành Chế tạo máy được biểu diễn theo sơ đồ sau: 4.0 (Trang bị công nghệ : Higt Tech, C Tech) Theo đồ thị trên trục hoành biểu diễn thời gian, có thể thấy phía trên trục hoành là sự ra đời của trang thiết bị còn phía dưới trục hoành là công cụ hỗ trợ như C-Tech, Hight-Tech tương ứng. Các hình thái tổ chức sản xuất tiên tiến ra đời thế kỷ XXI trên thế giới là Learn Production và Fractal Fabrication.
8 Learn Production (Nhật): Sản xuất ra của cải vật chất theo mô hình các xí nghiệp vừa và nhỏ. + Tổng số công nhân: 250 người. + Tổng số vốn cố định: 2,5 triệu USD. + Thiết bị công nghệ: High Tech + Doanh số hàng năm: 10 ÷ 100 triệu USD.
Fractal Fabrication (Đức): + Đầu ra của nhà máy này là đầu vào của nhà máy kia và phải đảm bảo chất lượng sản phẩm, thuận tiện cho việc đầu tư – tự động hóa, nâng cao chất lượng % năng suất. Từ đó tạo thành liên hiệp xí nghiệp trong hệ thống pháp lý khoa học. + Hình thức sử dụng lao động “Team work” là một tập hợp các đội chuyên môn nhuần nhuyễn, có tinh thần hợp tác xã hội cao. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA FMS Một trong những hướng phát triển của nền công nghiệp là thiết lập các hệ thống sản xuất, nối kết năng suất của dây chuyền tự động hoá cứng với tính linh hoạt mà trước đây chỉ được tạo ra bởi lao động của con người.
Một trong những nguyên nhân của vấn đề nêu trên là sản xuất đơn chiếc và sản xuất loạt nhỏ chiếm tới 80% khối lượng của sản xuất công nghiệp. Các cơ cấu chính của FMS cũng đã được thiết kế từ lâu. Một số cơ cấu này đã được chế tạo và sử dụng vào đầu những năm 70, (đương nhiên là ở trình độ phát triển công nghiệp thời kỳ đó). Tuy nhiên, chỉ vào tháng 11 năm 1978 trong tạp chí “IRON AGE” đã đăng bài báo đầu tiên về “tính linh hoạt của sản xuất”, người ta mới có ý tưởng về triển vọng của gia công cơ khí.
Chỉ sau khi công nhận kết quả nghiên cứu của hãng “Koman” (Italia) về ba trung tâm gia công được sử dụng ở nhà máy “General Motors” để chế tạo bánh răng và trục ô tô và với hàng loạt hệ thống do các hãng của Nhật Bản chế tạo thì hệ thống sản xuất linh hoạt FMS mới được sử dụng rộng rãi. Tháng 10 năm 1982 tại hội nghị quốc tế về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS ở thành phố Braitons (Anh) người ta không chỉ đề cập đến vấn đề thiết lập các hệ thống sản xuất linh hoạt mà còn đề cập đến sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM. Trong CIM chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, cho 9 phép tạo ra sản phẩm nhanh chóng bằng các qui trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả. Các thiết bị sản xuất tự động và các máy riêng biệt được nối kết với các thiết bị truyền tải thông tin tạo thành một hệ thống nhất, cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm.
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ FMS FMS - Flexible manufactruring systems- là hệ thống sản xuất linh hoạt. Thuật ngữ này chỉ những hệ thống sản xuất có tính linh hoạt cao. Để có tính linh hoạt cao, một hệ thống sản xuất phải được tự động hoá. Vì lẽ đó, muốn hiểu rõ về FMS ta cần nắm vững một số khái niệm cơ bản của FMS : - Tự động hoá sản xuất.
- Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất. - Các máy, thiết bị tự động của hệ thống. - Tổ chức sản xuất của hệ thống FMS. Tự động hóa quá trình sản xuất Tự động hoá sản xuất là sự thay thế sức lao động về cơ bắp và về trí tuệ trong điều khiển của con người trong quá trình sản xuất bằng những máy móc, thiết bị tự động.
Con người chỉ có nhiệm vụ theo dõi, giám sát hoặc thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp - tháo phôi theo chu kỳ cho máy. Tự động hoá sản xuất được chia thành: Tự động hoá từng phần và Tự động hoá toàn phần. Tự động hóa từng phần Tự động hoá từng phần là tự động hoá từng nguyên công riêng biệt. Thông thường nó được ứng dụng trong những nguyên công gây nguy hiểm cho con người hoặc trong điều kiện kinh tế của cơ sở chưa cho phép tự động toàn phần.
Tự động hóa toàn phần Tự động hoá toàn phần là tự động hoá mọi công đoạn của quá trình sản xuất trên cơ sở các phương pháp công nghệ tiên tiến và các phương pháp điều khiển có sự trợ giúp của máy tính. 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 cách nối tiếp hoặc song song. Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức: 10 Ld ML = Ly Trong đó: Lđ - tính linh hoạt đạt được; Ly - tính linh hoạt yêu cầu. Nếu ML = 1 thì tính linh hoạt hoàn toàn thoả mãn.
Nếu ML >1 thì hệ thống thừa tính linh hoạt. Nếu ML < 1 thì chỉ có một số sản phẩm của hệ thống được chế tạo trong điều kiện tối ưu. Tính linh hoạt của hệ thống phụ thuộc vào hai yếu tố: yếu tố kỹ thuật & yếu tố tổ chức. Tính linh hoạt của hệ thống bao gồm: - Tính linh hoạt của máy.
- Tính linh hoạt của quá trình. - Tính linh hoạt đối với sản phẩm. - Tính linh hoạt theo tiến trình. - Tính linh hoạt theo khối lượng sản phẩm.
- Tính linh hoạt theo qui mô mở rộng sản xuất. - Tính linh hoạt theo chủng loại sản phẩm. Đối với một hệ thống thì tính linh hoạt hợp lý là tốt nhất. Nó cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong thời gian dài.
Máy tự động công nghệ Máy tự động công nghệ là máy mà chu trình hoạt động của nó được thực hiện không có sự tham gia của con người. Mô đun sản xuất linh hoạt Mô đun sản xuất linh hoạt là đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một thời gian 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 có khả năng hoạt động trong FMS. Rôbôt công nghiệp Rôbôt công nghiệp là một máy tự động đứng yên hay di động, nó gồm một cơ cấu chấp hành dưới dạng tay máy.
Rôbôt công nghiệp có một số bậc tự do và một cơ cấu điều khiển để thực hiện chức năng di chuyển trong quá trình sản xuất. Tổ hợp rôbôt công nghệp 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. Tự động hóa sản xuất linh hoạt Tự động hoá sản xuất linh hoạt dựa trên công nghệ nhóm & công nghệ điển hình với việc sử dụng các máy và các thiết bị tự động trong hệ thống sản xuất nhằm điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật và phạm vi điều khiển của thiết bị công nghệ đó. Hệ thống sản xuất linh hoạt Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự động, các mô đun 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 nhất định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó.
Dây chuyền tự động linh hoạt Dây chuyền tự động linh hoạt là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ được lắp theo trình tự các nguyên công đã được xác định.