TPSEM - CURS 7 1

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICATIE

1. Notiuni introductive

2. Conceptul de sistem flexibil de fabricatie

TPSEM - CURS 7 2

Sisteme de fabricatie specializate:

grad inalt de rigiditate

foarte putin rentabile in cazul unor modificari substantiale ale produsului de baza

nu raspund noilor cerinte de orientare spre loturi mici de fabricatie

Presupun o mai mare flexibilitate si versatilitate a sistemelor de fabricatie

TPSEM - CURS 7 3

Versatilitate – capacitate sporita de adaptare si raspuns la variatii fundamentale ale cerintelor de productie

Flexibilitate – conceptul trebuie definit numai prin raportare la eficienta economica

TPSEM - CURS 7 4

Flexibilitate

Eficienta economica

Productie manufacturiera

Sisteme flexibile de fabricatie

Productie de masa

Posturi independente

Celule de fabricatie

Linii specializate de fabricatie

Serie mica Serie medie Serie mare

TPSEM - CURS 7 5

Sistem flexibil de fabricatie (SFF)

Se refera la un grup de masini-unelte cu comanda numerica si de statii de lucru conectate prin sisteme de manipulare si controlate printr-un

calculator.

Zona de incarcare – descarcare, manipulare

Zona masinilor de lucru (celule de fabricatie)

TPSEM - CURS 7 6

• Componente de baza ale unui SFF

– Masini-unelte

• Reprezinta coloana verticala a sistemului

• Se pot utiliza masini-unelte de diferite tipuri, centre de prelucrare, verticale sau orizontale

• Trebuie sa fie cu comanda numerica

– Statii de lucru

• Se utilizeaza pentru incarcare, descarcare, stocare si inspectie

– Subsistem de transport

• Asigura transportul intre statiile de lucru

• Include: benzi transportoare, vehicule cu remorca, vehicule pe sine, vehicule cu ghidare automata (AGV -automated guided vehicle)

– Sisteme de manipulare/prelucrare• roboti industriali

– Controlerul de sistem

• Un computer ce controleaza intreg sistemul

TPSEM - CURS 7 7

• Tipuri de procesari in SFF

– Procesare materiala

O inlantuire logica a mai multor ateliere flexibile de fabricatie, fiecare din acestea fiind constituit din una sau mai multe celule flexibile de fabricatie.

• Utilizarea MU cu comanda numerica

• Utilizarea MU DNC – Direct numerical control: un singur calculator este destinat conducerii unui grup de MU

• Utilizarea MU CNC – computer numerical control: fiecare masina are incorporat un mini sau microcalculator

• Introducerea robotilor care au preluat din functiile tehnologice ce ridica probleme deosebite dpdv al conditiilor de lucru

• Dispozitivele conexe (auxiliare)

TPSEM - CURS 7 8

– Procesare informationala

• Se obtine prin integrarea tuturor sistemelor de conducere (automate programabile, calculatoare de proces, calculatoare personale) intr-o structura ierarhizata, destinata optimizarii functiei productive

• CIM (Computer Integrated Manufacturing) – utilizarea tehnicii numerice in diverse faze ale productiei:

– CAD (Computer Aided Design) – utilizarea calculatorului pentru proiectarea integrala a produselor si obtinerea directa a programelor de conducere necesare SF

– CAM (Computer Aided Manufacturing) - utilizarea calculatorului ca echipament de conducere a diverselor masini si utilaje

– CAP (Computer Aided Planning) - utilizarea calculatorului pentru rezolvarea aspectelor economice ale productiei

– CAQ (Computer Aided Quality) - utilizarea calculatorului in controlul calitativ interfazic si final al fiecarui produs

– CAS (Computer Aided Service) - utilizarea calculatorului pentru crearea unor facilitati speciale de depanare intr-un sistem de fabricatie prin functii specifice (autotest, autodiagnoza, etc)

TPSEM - CURS 7 9

Statie de lucru (centru de prelucrare)

Sistem de manipulare (robot)

CELULA FLEXIBILA DE FABRICATIE (CFF) – element de baza, constitutiv intr-un SFF

Masina-unealta

TPSEM - CURS 7 10

CELULA FLEXIBILA DE FABRICATIE – dpdv al procesarii materiale -

Una sau mai multe MU-CNC pentru diferite categorii de operatii

(strunjire, frezare, gaurire, etc)

Unul sau mai multi roboti (pentru operatii de tip incarcare/descarcare,

transfer,paletizare/depaletizare, sudura, vopsitorie, etc)

Utilaje specifice clasei de operatii efectuate in celula (tratamente

chimice si/sau termice, prelucrari prin electroeroziune, magazii

tampon, etc)

TPSEM - CURS 7 11

CELULA FLEXIBILA DE FABRICATIE – dpdv al procesarii informationale -

Planificarea si coordonarea tuturor programelor de comanda pentru

intreaga dotare tehnica

Planificarea si gestionarea miscarii sculelor, a obiectelor prelucrate,a

subansamblurilor,etc

Supervizarea intregii functionari in vederea optimizarii,autodiagnoza si

autoservice

TPSEM - CURS 7 12

CFF 1 CFF 2 CFF N…

ATELIER FLEXIBIL DE FABRICATIE

Magazii automate

Functii pregatitoare si finale automate

Functiile de planificare sunt realizate de un

calculator

Modificarea tipului de produs realizat la

nivelul AFF presupune numai activitatea de

reprogramare

TPSEM - CURS 7 13

SISTEME AUTOMATE DE FABRICATIE

TPSEM - CURS 7 14

Cuprind un ansamblu de statii automate de procesare, interconectate prin unul sau mai multe dispozitive automate de transfer, intre care, uneori sunt intercalate si posturi manuale

Pentru operatii dificil de realizat in varianta automata si nu justifica investitia in echipamente specializate

Nu exista posibilitati financiare momentane pentru completarea investitiei (asamblari speciale, reglaje finale sau intermediare, inspectie, ambalare finala, etc);

TPSEM - CURS 7 15

SIMBOLURI FOLOSITE:

XXXX

YYY

Cap de prelucrare

Masina, echipament, dispozitiv, etc

Statia de procesare

Simbolul procesului

PROC – statie de prelucrare

ASBY – statie de asamblare

INSP – statie de inspectie

SORT – statie de sortare Modul de functionare a statiei

AUT – statie automata

MAN – statie manuala

TPSEM - CURS 7 16

Faza procesarii

Materie prima sau semifabricat de baza

Procesare intermediara (semifabricat in timpul procesarii)

Produs finit

Magaziile tampon de stocare (buffere)

TPSEM - CURS 7 17

Sistemul de transfer dintre statii

Sensul sagetii indica sensul normal al transferului in timpul procesarii

Functiile de control in procesarea informationala

Sensul sagetii indica sensul transferului principal de date

TPSEM - CURS 7 18

Semifabricat de baza

PROC

AUT

ASBY

MAN

PROC

AUT

INSP

MAN

Produs finit

Statia 1 Statia 2 Statia 3 Statia n

Flux de transfer

Buffer

Reprezentarea simbolica a unui sistem automat de fabricatie

TPSEM - CURS 7 19

Dupa modul de organizare a fluxurilor de procesare se pot distinge:

Cu flux serial

Cu flux paralel

Cu flux mixt

TIPURI DE SISTEME AUTOMATE DE FABRICATIE:

TPSEM - CURS 7 20

Sisteme automate de fabricatie cu flux serial - cel mai uzual mod de organizare a fabricatiei, in situatia in care productia are un caracter stabil sau cvasistabil, comenzi mari si relativ constante in timp, volum mare de procesare.

Se caracterizeaza prin existenta simultana a (m) sau (m-2) semifabricate aflate in diverse faze de procesare, numarul lor fiind egal cu cel al statiilor

Pentru cele cu dispunere liniara

Pentru cele cu dispunere circulara (sunt prevazute 2 statii suplimentare pentru incarcarea semifabricatului de baza si extragerea produsului finit)

OBS. m este numarul de statii

O buna eficienta se obtine pentru un numar de statii cuprins intre 8-16 cu un optim pentru 12.

TPSEM - CURS 7 21

Varianta liniara

Cea mai raspandita solutie de amplasare

Statiile de procesare sunt repartizate in lungimea unui sistem de transfer clasic, de tip conveior sau banda transportoare

Dispunere rectangulara Dispunere poligonala

TPSEM - CURS 7 22

Varianta circulara

Statiile de procesare sunt repartizate pe o circumferinta

Transferul interfazic este realizat cu ajutorul masinilor de indexare

Este specifica fabricatiei produselor de dimensiuni mici si foarte mici (in industria electronica, electrotehnica, de orologie, etc)

Ocupa o suprafata redusa in mediul uzinal si se reduc distantele de transfer interfazic de la o statie la alta

Masina de indexare introduce totusi un anumit grad de rigiditate, nepermitand, de exemplu, modificarea succesiunii statiilor de procesare sau introducerea cu usurinta a magaziilor tampon.

TPSEM - CURS 7 23

PROC

AUT

PROC

AUT

Statia 1

Statia 2

Statia 3

PROC

AUT

PROCAUT

PROC

AUT

Statia 4

Statia 5

INPUT

OUTPUT

Masina de indexare

TPSEM - CURS 7 24

Sisteme automate de fabricatie cu fluxuri paralele – se utilizeaza in situatia in care produsul finit necesita un numar mic de operatii, ce pot fi realizate intr-o singura statie de procesare, dar volumul productiei este mare.

Se caracterizeaza prin existenta a (m) semifabricate aflate in aceeasi faza de procesare, numarul lor fiind egal cu cel al statiilor

OBS. m este numarul de statii

Timpul de fabricatie este aparent de (m) ori mai mic decat cel real, iar productivitatea este de (m) ori mai mare decat a unei singure statii.

Necesita multiplicarea punctelor de introducere a semifabricatului si a celor de preluare a produsului finit.

Exemple de utilizare: productia reperelor universale( suruburi, piulite, roti dintate, curele de transmisie, etc)

TPSEM - CURS 7 25

PROC

AUT

Statia 1

PROC

AUT

Statia 2

PROC

AUT

Statia 3

PROC

AUT

Statia n

Varianta liniara

TPSEM - CURS 7 26

PROC

AUT

Statia 1

PROC

AUT

Statia 3

PROC

AUT

Statia 2

PROC

AUT

Statia 4

Varianta circulara

TPSEM - CURS 7 27

Sisteme automate de fabricatie cu fluxuri mixte – imbina principiile discutate anterior, in cazul general existand un numar de (n) fluxuri paralele identice, fiecare organizat serial din (m) statii de procesare.

Se caracterizeaza prin existenta a (nxm) semifabricate aflate in diverse faze de procesare.

Variantele cu dispunere circulara sunt mult mai rare datorita complicarii gestiunii intersectiilor dintre fluxurile de transfer.

Acest tip de sistem asigura o reconfigurare dinamica, si anume, defectarea accidentala a unei statii poate fi suplinita in mod dinamic de sistemul de control general prin redistribuirea sarcinilor sale catre celelalte statii de acelasi tip.

Productivitatea este in cazul general de (n) ori mai mare decat cele seriale.

TPSEM - CURS 7 28

TRANSFERUL IN SISTEMELE AUTOMATE DE FABRICATIE

Este realizat cu dispozitive speciale ce asigura :

Deplasarea semifabricatelor intre statiile de procesare

Alte functii auxiliare: fixarea, schimbarea orientarii, etc.

Alegerea tipului de transfer depinde de:

Tipul operatiilor efectuate

Numarul statiilor de procesare

Greutatea si numarul pieselor transportate, existenta posturilor manuale

Viteza de transport impusa

TPSEM - CURS 7 29

Din punct de vedere al principiului de deplasare, transferul poate fi :

Transfer continuu

Transfer sincron (intermitent)

Transfer asincron (la cerere)

Solutii speciale de transfer

TPSEM - CURS 7 30

Transfer continuu – semifabricatul este deplasat continuu, cu viteza constanta, ceea ce necesita adaptarea permanenta a tuturor statiilor de procesare la variabilitatea sa pozitionala.

Se utilizeaza

fie pentru fabricarea produselor de dimensiuni mici, ce pot fi blocate temporar in dreptul statiilor automate de procesare fara a parasi sistemul de transport

fie in cazul produselor cu inertie foarte mare ce suporta mai ales prelucrari in posturi manuale (montaj general automobile)

TPSEM - CURS 7 31

Transfer sincron – semifabricatul este deplasat discontinuu si este stabil la fiecare statie de procesare pe durata operatiilor efectuate, aspect ce favorizeaza procesarea automata.

Se impune ca timpii de procesare ai tuturor statiilor sa fie sensibili egali

Introduce rigoare in transport si este folosit in SAF cu statii exclusiv automate ce realizeaza produse cu inertii mici si medii (repere mecanice, caroserii auto).

TPSEM - CURS 7 32

Transfer asincron – semifabricatul paraseste statia curenta imediat ce operatiile de procesare s-au incheiat si relativ independent de situatia curenta din celelalte statii.

Se creaza avantajul unei anumite continuitati(in timp ce unele semifabricate sunt in faza de procesare, altele sunt supuse procesului de transfer.

Ofera o flexibilitate deosebita, permitand introducerea magaziilor tampon, echilibrarea mai buna a timpilor neuniformi de prelucrare ai statiilor, compensarea statiilor mai lente prin multiplicare si functionare in paralel.

Se utilizeaza in cazul in care SAF include si statii automate si posturi manuale.

TPSEM - CURS 7 33

Transfer paletizat – semifabricatul este asezat pe palete tipizate, special proiectate pentru a crea facilitati de miscare, pozitionare, fixare, prindere/eliberare, preluare a mai multor tipuri de semifabricate, etc.

Este specific SAF in care se realizeaza procese de asamblare sau prelucrari succesive ale aceluiasi semifabricat de baza (industria constructoare de masini)

Paletele purtatoare sunt realizate pe baza imaginii negative a semifabricatului.

TPSEM - CURS 7 34

Solutii speciale de transfer – include un grup de tehnici moderne ce sporesc substantial gradul de flexibilitate al SAF, tinzand spre universalitatea transferului bazata exclusiv pe reprogramare.

Solutii pentru transferul local in SAF

In camp electromagnetic

Prin vibratii

Solutii pentru transferul global in SAF

Sisteme de roboti mobili cu cai de ghidare predefinite sau de roboti mobili autonomi

TPSEM - CURS 7 35

ASPECTE MECANICE SI CONSTRUCTIVE ALE TRANSFERULUI IN SAF

Se pot evidentia trei clase de mecanisme frecvent utilizate

Mecanisme specifice transferului liniar

Mecanisme specifice transferului circular

Mecanisme specifice solutiilor speciale de transfer

TPSEM - CURS 7 36

Mecanisme specifice transferului liniar

Sistem de actionare

Grinda oscilanta

Tija de comanda

Suport rigid

Semifabricat

Paleta

Mecanism cu grinda oscilanta

Intr-un singur ciclu de miscare a grinzii se asigura deplasarea cu un pas a tuturor paletelor cu semifabricate, rezultand deci un transfer sincron.

TPSEM - CURS 7 37

Mecanism conveior cu role

Role

Sunt posibile mai multe solutii constructive:

Cu toate rolele antrenate mecanic

Numai cu anumite role antrenate mecanic

Cu rolele libere la rotatie

Impune adoptarea unui transfer paletizat si a unor dispozitive de blocare sau ridicare de pe conveior.

TPSEM - CURS 7 38

Mecanism cu cale conducatoare

Calea conducatoare este de regula un lant sau un ansamblu de doua lanturi cu viteze sincronizate

Paletele sunt antrenate de lant datorita prezentei unor gheare mecanice ce realizeaza automat cuplarea mecanica in pozitiile de referinta ale lantului.

M

Roata motoare Roata pentru tensionare

TPSEM - CURS 7 39

Dispozitive auxiliare pe traseu:

Sisteme de sustinere si ghidare, ce asigura orizontalitatea anumitor portiuni de traseu, modificari de nivel sau de directie

Sisteme de tensionare sau intindere a transportorului, destinate prevenirii decuplarii mecanice de pe sistemul de antrenare

Sistemul de antrenare, ce poate fi unic sau multiplu, caz in care trebuie rezolvata problema perfectei sincronizari intre vitezele dezvoltate pemntru prevenirea ruperii transportorului.

TPSEM - CURS 7 40

Transferul liniar cu manipulatoare

O prima solutie este dotarea fiecarei statii cu un manipulator cu 2-3 grade de libertate (mana mecanica)

Toate manipulatoarele incep sincron ciclul specific, preluand de la transportorul principal semifabricatul aferent statiei si introducandu-l in zona de prelucrare

Dupa ce toate manipulatoarele au incheiat ciclul de deservire, transportorul principal avanseaza cu un pas.

PROC

AUT

PROC

AUT

PROC

AUT

TPSEM - CURS 7 41

O a doua solutie elimina transportorul principal, utilizandu-se un singur manipulator cu o structura cinematica arborescenta (mai multe brate si mai multe terminale)

Dispunerea uzuala este in varianta portal, dar este posibila si amplasarea plana

PROC

AUT

PROC

AUT

PROC

AUT

TPSEM - CURS 7 42

Mecanisme de transfer ce utilizeaza gravitatia

Semifabricate

Produse finite

Evacuare rebuturi

Tije ce efectueaza o miscare pe verticala cu trei pozitii

TPSEM - CURS 7 43

Mecanisme specifice transferului circular

Au la baza utilizarea masinilor de indexare

Masa circulara sectorizata, cu unghiuri la centru egale, a carei rotatie se realizeaza discret , valoarea unei deplasari elementare fiind pasul unghiular al masinii

Numarul sectoarelor coincide cu numarul statiilor de procesare, la care se adauga inca doua pentru incarcare/descarcare.

Statia 1

Statia 8

Paleta purtatoare

TPSEM - CURS 7 44

Cuplarea mai multor masini de indexare

TPSEM - CURS 7 45

Mecanisme specifice solutiilor speciale de transfer

Mecanism de transfer prin vibratii

L

Directie de avans

Arcuri lamelare

Electromagnet

Armatura rigida in raport cu calea de transfer

TPSEM - CURS 7 46

Vibratiile se obtin prin comanda electromagnetului

Arcurile lamelare asigura suspensiile

Dimensionarea se realizeaza astfel incat sa se obtina o deplasare prin cuante de marimea L a pieselor pe calea de transfer

Orientarea trebuie rezolvata la statia deservita

TPSEM - CURS 7 47

Mecanism de transfer cablat (se utilizeaza la robotii mobili ghidati)

De tip mecanic cu sina conducatoare

Cablajul activ (filoghidarea)

Cablajul pasiv (optoghidarea si videoghidarea)

Folosesc un ansamble de senzori amplasati pe robot, destinati detectarii pozitiei si orientarii curente in raport cu traseul marcat

TPSEM - CURS 7 48

Cablajul activ (filoghidarea)

Robotul mobil realizeaza o traiectorie ce reproduce amplasarea traseului cablat prin supravegherea campului magnetic creat de acesta.

15-20 mm

5-10 mmSOL

ROBOT MOBIL

Traseu conductor

Senzori de cale (Bobine)

TPSEM - CURS 7 49

Traseul conductor este parcurs de un curent alternativ cu o frecventa de ordinul kHz si o amplitudine de ordinul mA.

Utilizarea mai multor trasee presupune existenta unor alternative de ghidare.

Traseul conductor poate constitui in subsidiar si un canal de comunicatie intre robot si postul central de comanda. Variante:

Monofrecventa

Robotul urmareste o singura bucla a traseului cablat

Multifrecventa

Robotul urmareste traseul ce-I este destinat prin frecventa

afectata.

TPSEM - CURS 7 50

Cablajul pasiv - optoghidarea

Fotodetectori

SOL

ROBOT MOBIL

TRASEU MARCAT

Pret de cost mai mic

Usurinta modificarilor ulterioare

Securitatea utilizatorilor prin prezenta unui traseu vizibil

Eliminarea unei infrastructuri costisitoare

TPSEM - CURS 7 51

Cablajul pasiv - videoghidarea

Traseu marcat

Zona de supraveghere liniara

Asigura majorarea substantiala a informatiei senzoriale printr-un camp de supraveghere al marcajului mai amplu.

Robotii mobili autonomi folosesc vederea artificiala si algoritmi sofisticati de inteligenta artificiala ce ofera autonomie in decizie

Pret de cost ridicat.

TPSEM - CURS 7 52

Din punct de vedere al senzorului utilizat

Monocamera TV liniara (rigleta cu senzori

optici)

Monocamera TV bidimensionala (monoviziune)

Doua camere TV bidimensionale (strereo viziune)

TPSEM - CURS 7 53

MAGAZIILE DE STOCARE

Sunt destinate sa asigure o rezerva tehnologica cu semifabricate pentru o statie sau un grup de statii, mentinand o continuitate functionala a sistemului de fabricatie

Sunt utile mai ales in transferul asincron , dar si la cuplarea mai multor tipuri de sisteme de transfer

Amplasarea poate fi:

Zonala, pentru un grup de statii

Individuala, pentru fiecare statie sau post manual.

TPSEM - CURS 7 54

FUNCTIILE DE CONTROL

Exista trei cerinte fundamentale

Controlul procesului: aspectul de baza al functiilor de control si consta in coordonarea logica si temporala a functionarii tuturor statiilor de procesare, dispozitivelor auxiliare si de transfer.

Siguranta functionala: asigura deplina securitate functionala, supravegherea tuturor proceselor si a parametrilor critici, prevenind eventualele pagube majore

Controlul calitatii productiei, identificarea produselor rebut si a deficientelor functionakle ale utilajelor

TPSEM - CURS 7 55

Tehnici de realizare a controlului

Controlul instantaneu

Determina oprirea imediata a intregului SAF la aparitia unei defectiuni si furnizarea unor mesaje referitoare la localizarea defectului.

Asigura o buna protectie a SAF

Poate totusi contribui la pierderi importante de productie

Controlul cu memorie

Functiile de control cauta sa mentina in functiune tot restul SAF cu exceptia statiei la care a aparut defectul

TPSEM - CURS 7 56

CLASIFICAREA SAF

Dupa numarul proceselor realizate

Specializate pentru un singur proces

Multiproces, in care se pot realiza uzual 2-3 procese relativ asemanatoare

Dupa amplasarea statiilor in raport cu fluxul de transfer

SAF cu statii unilaterale

PROC

AUT

PROC

AUT

TPSEM - CURS 7 57

SAF cu statii alternante

PROC

AUT

PROC

AUT

PROC

AUT

PROC

AUT

SAF cu statii bilaterale

PROC

AUT

PROC

AUT

PROC

AUT

PROC

AUT

TPSEM - CURS 7 58

SAF cu statii intersectate de fluxul de transfer

PROC

AUT

PROC

AUT

Este indicata in situatia in care statiile de procesare sunt de dimensiuni mari sau realizeaza prelucrari multiple pe mai multe suprafete

Dezavantaj: reducerea spatiului de acces la capertele de prelucrare pentru activitatea de service.