Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT LINH HOẠT VÀ DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG TRONG CÔNG NGHIỆP 1. Sản xuất tự động linh hoạt từng phần 1. Tự động hóa từng phần Tự động hóa từng phần có nghĩa là tự động hóa từng nguồn công riêng biệt.
Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tư 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. Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems) là một loạt các hệ thống khác nhau ở mức độ cơ giới hoá, di chuyển tự động, và điều khiển bằng máy. Một FMS là một hệ thống được thể hiện với sự gia tăng máy móc và sự tự động: Modul sản xuất linh hoạt, theo ụ, nhúm, hệ thống sản xuất, và dây chuyền.1: Mô phỏng hệ thống sản xuất linh hoạt - Nhìn chung, chủng loại sản phẩm sẽ tăng lên từ sản xuất theo modul đến hệ thống sản xuất linh hoạt. Hệ thống sản xuất linh hoạt là sự chọn lựa tốt nhất cho loại hình sản xuất đa chủng loại nhưng sản lượng thấp.
Hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) là hệ thống sản xuất tự động hoàn chỉnh có sự trợ giúp của máy tính. Trong hệ thống CIM các chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, cho phép tạo ra những sản phẩm nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả [1]. 6 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 hóa 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.
Khi nói về dự báo, thì tỉ lệ này cũng được giữ trong tương lai. Một nguyên nhân khác mà tại hội nghị quốc tế “Prolamat- 82” (Lơfningrad, Nga, tháng 5- 1982) cũng đã thừa nhận đó là sự thuyên chuyển cán bộ từ khu vực sản xuất công nghiệp (đặc biệt là công nghiệp chế tạo máy vạn năng) sang khu vực dịch vụ. Tuy nhiên, nguyên nhân “linh hoạt” chủ yếu là “Thiết lập hệ thống sản xuất linh hoạt FMS để tạo ra lực lượng sản xuất mới” có khả năng làm thay đổi bối cảnh xã hội, tạo ra một yếu tố chiến lược trong cạnh tranh kinh tế và quốc phòng giữa các nước. Các cơ cấu chính của FMS cũng đã được thiết kế từ lâu.
Một số cơ cấu này cũng đã được chế tạo và sử dụng vào đầu những năm 1970 (đương nhiên là trình độ phát triển công nghiệp thời kì đó). Tuy nhiên, chỉ vào tháng 11 năm 1978 trong tạp chí “IRON AGE” đã đăng bài báo đầu tiên về “tính linh hoạt cuả 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 Motos” để chế tạo bánh răng 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 [1].
Tháng 10 năm 1982 tại hội nghị quốc tế về hệ thống sản xuất linh hoạt còn đề cập đến sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM. CIM cũng có thể được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing). Trong CIM chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, cho phép tạo ra sản phẩm nhanh chóng bằng các quy 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 [1].
Hội nghị quốc tế lần thứ hai về FMS và CIM được tổ chức vào tháng 10 năm 1983 tại Luân Đôn (Anh). Tại hội nghị này đã có nhiều báo cáo về vốn đầu tư là một vấn đề chiến lược đối với các hãng sản xuất trong cuộc đấu tranh giành thị trường. Các báo cáo này đều kết luận thiết lập một hệ thống sản xuất linh hoạt và hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính là một vấn đề không đơn giản. Tuy 7 nhiên, cho đến ngày nay hệ thống sản xuất tự động hóa linh hoạt FMS và sản xuất tích hợp CIM đã và đang được phát triển ở trình độ cao.
Khái niệm về CIM tuy chưa xuất hiện lâu (vào đầu những năm 70) nhưng ngày nay đã trở thành quen thuộc trong sản xuất hiện đại, cùng với sự phát triển của sản xuất, khoa học công nghệ đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hoá và phần mềm máy tính thì một hệ thống CIM được triển khai ở một cơ sở sản xuất công nghiệp ngày càng trở nên quen thuộc và trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hoặc các bộ vi xử lí. 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 của hệ thống được xác định theo công thức sau: (1.1) Ở đây: – tính linh hoạt đạt đạt được. – tính linh hoạt yêu cầu.
Nếu thì tính yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn. Nếu thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt (có tính linh hoạt dư thừa), có nghĩa là đối với các nhiệm vụ cụ thể, tính linh hoạt được sử dụng không hết. Nếu 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 chế tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố đó là yếu tố kỹ thuật và yếu tố tổ chức.
Tự động hoá sản xuất linh hoạt Tự động hoá sản xuất linh hoạt được dùng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ (nhiều chủng loại chi tiết), nó dựa trên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình với sử dụng các máy CNC, các modul sản xuất linh hoạt, các hệ thống kho chứa và vận chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị với điều khiển bằng máy vi tính (ở mức độ thấp dựng các bộ vi xử lý, còn ở mức độ cao dùng các thiết bị máy tính lớn). Tự động hoá sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quy trình sản xuất để chế 8 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) [1]. Thao tác lắp ráp tự động linh hoạt Lý do sử dụng robot công nghiệp - Con người hóa cho công việc (Nóng, tiếng ồn, độc hại, nặng nhọc…) - Giảm chi phí (Giảm giá sản phẩm mặc dù tăng giá cố định) - Cải thiện chất lượng (Nâng cao chất lượng, tái sản xuất, khả năng dây chuyền) - Tăng năng suất (Yêu cầu cao, thị trường lớn, chi phí cố định) - Kéo dài thời gian chạy máy (Nghỉ, 2/3 ca, vận hành ít phải để ý) Tay máy trung tâm Phun chất ngăn cách Tháo lấy thiết bị máy tiện trong máy dập Hình 1.2: Robot trong các thiết bị gia công Một số loại robot lắp ráp Hình 1.3: Một số loại robot lắp ráp 9 1. Cung cấp vật liệu tự động linh hoạt Tiến trình biến đổi của dòng nguyên liệu Thiết bị cung cấp nguyên liệu, thiết bị cung cấp thông tin, thiết bị sản xuất, cơ sở hạ tầng, con người, năng lượng Đối tượng 1 Quá trình biến đổi Đối tượng 2 Hàng hóa, năng Sự thay đổi về thời gian, địa Hàng hóa, năng lượng, thông tin, điểm, khối lượng, chất lượng lượng, thông tin, con người.
trong hệ thống vận tải, cung con người. cấp nguyên liệu.4: Cung cấp vật liệu linh hoạt 1. Cung cấp tự động linh hoạt liên tục Cung cấp dạng băng tải mắt xích - Hệ thống băng chuyền dạng mắt xích theo cơ chế đoàn tàu - Thích hợp với quá trình vận chuyển thẳng hoặc đường cong vật phẳng, nhẹ Hình 1.5: Cung cấp dạng băng tải mắt xích 10 Dạng ống con lắn - Các con lắn nối tiếp quay tự do và được gắn chặt bởi hai giá - Thích hợp với việc vận chuyển phôi Hình 1.6: Bộ cung cấp dạng ống con lăn Bộ cung cấp dạng quay - Cung cấp liên tục bằng dao động quay - Động cơ mất cân bằng hoặc bộ tạo rung bằng điện từ gây dao động dạng xung - Thích hợp với chi tiết nhỏ hoặc phôi liệu dạng đống Hình 1.7: Phễu rung cấp phôi tự động 11 1. Cung cấp tự động linh hoạt không liên tục Hệ thống giá đỡ - Dùng lưu chứa phôi liệu - Có thể di chuyển trên ray Dạng ống lăn - Di chuyển trên hệ thống mạng lưới thanh ray - Được phối hợp với các hệ thống cung cấp và lưu hóa treo Cần trục - Di chuyển phôi liệu theo 3 trục - Được dung trong xưởng gia công, lắp ráp hay xếp dỡ toa hang hay xe tải 1.
Dây chuyền sản xuất tự động Nội dung của quy trình công nghệ lắp ráp máy là xác định được trình tự và phương pháp lắp ráp các chi tiết máy để tạo thành sản phẩm thỏa mã các điều kiện kỹ thuật đề ra một cách kinh tế nhất.8: Dây chuyền lắp ráp màn hình điện thoại Vsmart Nguyên công lắp ráp là một phần của quá trình lắp ráp được hoàn thành đối với một bộ phận hay sản phẩm tại một chỗ làm việc nhất định do một nhóm công nhân thực hiện một cách liên tục. 12 Dây chuyền tự động hóa sản xuất hiểu đơn giản là công nghệ trong đó một quy trình hoặc công đoạn được thực hiện nhờ sự tham gia tối đa của máy tự động, robot và sự xuất hiện cũng như can thiệp tối thiểu của con người. Được sử dụng trong gia công cơ khí, dây chuyền lắp ráp ô tô, lắp ráp xe máy tự động cũng như các ứng dụng kiểm tra, QC. Tự động hóa và điều khiển được tích hợp các hệ thống điều khiển(PLC, mạch điện tử, G code.)cho các thiết bị trong dây chuyền theo ý đồ của người thiết kế.
Các thông số trước, trong và sau mỗi công đoạn đều được lên kịch bản thực hiện và kiểm soát các rủi ro.