VÝROBNÍ SYSTÉMY V ELEKTROTECHNICE A JEJICH USPOŘÁDÁNÍ

- VS a jeho složky

- technologický systém a jeho uspořádání

- konstrukční a technologická příprava výroby

- systémy řízení jakosti, enviromentální managenent

- mechanizace a automatizace VP

Výrobní systém ( VS – obecně )

ohraničené uspořádání vzájemně působících útvarů – prostředí (lidé a zařízení) - vznik předem definovaného výrobku – parametry technické, ekonomické, ekologické –

úroveň výrobku

VS – toky materiálu, energie, informace

rozdělení VS dle toku informací – subsystém vnitřní ( A ) – výrobní proces ( VP )

tvoří základ VS

– subsystém vnější ( B ) – příprava a řízení VP

informace

B

Amateriál

energie

výrobky

odpad (mater., teplo)

subsystém A ( VP ) – průběh činností dle instrukcí a záměrů z B složky VP ( jeho podsystémy) : • hlavní složka VP - technologický systém ( TS složený z TP ) – zařízení ( ovl.ručně, automat. ) - materiál, postup – probíhá TEP vznik výrobku • kontrolní ( KS ) - vstupní, mezioperační, výstupní kontrola• dopravně manipulační ( DMS ) - materiál, součástky, výr.pomůcky, odpad…• skladovací ( S ) – vstup. mater., polotovary, hotové výrobky – snaha minimalizovat• řídicí a informační ( ŘS ) – integrace počítačem • energetický ( ES ) – zdroje a rozvody (el.,teplo, plyn…)

- rozdělení a uspořádání VP

• charakter výroby (výrobků) – elektrotechnika, strojírenství, hutnictví, chemie… • kontinuita hmot. toku ( např. elektrotechnika )

- spojitý VP (vodiče, kabely, izolační mat. ..) - přerušovaný – vel. výrobní dávky ( počet ks stejných výrobků) výroba kusová . …… dávka 101 ….. velké výrobky maloseriová ……. 102 velkoseriová ……. 103 hromadná ……. 104 a více …. menší

a) technologické uspořádání TS– TP - univerzální stroje– sdružov. podle tech.operace

(lisovna, navijárna …)

- vysoká kvalifikace pracovníků- pružnost systému- optim. umístění TP- komplikovaný DMS– automatizace – kusová, malosériová výroba

technologický systém ( TS ) - uspořádání

– soubor TP ( stroj, výrobní zařízení) – přeměna mater. na výrobek (TEP) - energie

– specifické prostorové uspořádání (určující pro celý VP) , rozdělení dle funkce :

b) předmětové uspořádání TS

– TP - jednoúčelové stroje– sériové řazení dle toku materiálu– výrobní linka (domácí spotřebič ..)– jednoduchý DMS ( pás, závěs …)– nižší kvalifikace pracovníků– problémy se zastupitelností – automatizace – pružnost – velkosériová, hromadná výroba

c) kombinované uspořádání TS - výhody , nevýhody předchozích

současný stav v elektrotechnické výrobě VP – trend (ve zdůvod. případech)

– ATS složené z ATP (např. výroba malých točivých strojů …)

– počítačem integ. VP – adaptibilita

( předpoklad automatizace všech složek VP )

Př. TEP - asynchronní motor P ~ 500 kW, n= 2800 ot/min, rotor nakrátko (klec), malosériová výroba

stator rotor

vinutí mg.obvod kostra hřídel mg.obvod vinutí

výroba cívek lisování plechů obrábění obrábění lisování plechů výroba tyčí

izolování skládání povrch.úpravy skládání

zkoušení

vkládání cívek montáž rotoru

impregnace

zkoušení vkládání tyčí svaření spoj. kruhů

zkoušení

vyvažování montáž statoru

celková montáž stroje

výstupní zkoušky

konečná povrchová úprava - expedice

Točivé MP, 3 fáz. vinutí

MG obvod statoru a rotoru s vinutím v drážkách

Asynchronní motor před expedicíí

Cívka dvouvrstvého šablonového vinutí a řez drážkou statoru

subsystém B – organizační a řídicí struktura VS (podniku), soubor útvarů propojených informacemi, specifické uspořádání - určující (instrukce) pro VP – hlavní složky : - řídicí, plánovací, obchodní útvary - HM, ŘJ, PRP, PV, marketing, …

- konstrukční a technologická příprava výroby ( KPV, TPV ) - až 25 % výr. nákladů dle sériovosti a uspořádání VP – zásadní vliv na kvalitu výrobku - příprava materiálu, součástek, výrobních pomůcek (přípravky, formy …) - údržba TP ( TS )

požadavek – přístup k informacím – integrovaný datový systém ( vnitřní – v B, vnější tok – mezi B a A, mezi B a okolím )

KPV - aspekty - technologičnost konstrukce ekonomický efekt návrhu max. úspora materiálu, energie, času (pracnost) dosažení volba materiálu, výchozí zpracovat. stav, tvar, tolerance rozměrů, povrchová úprava, typizace, unifikace, dědičnost …

typizace – počet typů stejného výrobku ( typové řady, např. stykače, jističe …) unifikace – stejné součástky u různých výrobků ( např. spojovací prvky, ložiska …) dědičnost – prvky ze starší konstrukce uplatněny u nové

- uplatnění dílčích montážních celků ( u větších sestav z modulů )

- využití CAD ( konstruování pomocí počítače )

TPV - aspekty - materiál a součástky ( standardizace )

- výrobní postup, výběr polotovarů, pořadí operací

- výběr strojů ( TP ), nástrojů, přípravků, měřidel

- využití CAP ( aut. tvorba technol. postupů, programy pro NC stroje … )

KPV, TPV vliv na jakost

výrobku ( Q )

- konstrukce (provedení)- z čeho- jakým způsobem- s jakým zařízením

Jakost ( Q ) - dle ČSN EN ISO 9000:2000 - míra splnění požadavků (potřeb, očekávání)

zákazníka na výrobek nebo službu – Q je měřitelná vlastnost

požadavek stanoven obecně (bez konkrétních dat)

(techn., ekon., ekol.) závazně (norma, předpis, požadavek zákazníka)

systém jakosti (QS) – organizační struktura -

zodpovědnosti, postupy, zdroje pro

zajištění jakosti (QA) - úroveň

- reprodukovatelnost

QS nástroj řízení VS - realizace managementu jakosti – náplň útvaru ŘJ

- hlavní zodpovědnost (zavedení, udržování) má HM

- užitečný - výrobci (schopnost konkurence )

- odběrateli (zaručená kvalita ne zmetky )

prohlášení o shodě - povinnost výrobce (opora v zavedeném QS)

dokumentace QS – příručka jakosti (QM ) – základní dokument

dále směrnice, pracovní instrukce (plány jakosti) a manuály

certifikace zavedeného QS - audity (vstupní, kontrolní), nezávislá organizace

s akreditací (např. EZÚ Praha, LGA Norimberk … )

platnost zavedeného QS - časově omezená ( 5 let ) - nutnost obnovy

zavádění QS - normy řady ČSN EN ISO 9000 - technické, ekonomické, společenské, bezpečnostní aspekty (např. analýza rizika) výroby, výrobků, služeb - v ČR od zač. 90. let

od r. 1997 - systém enviromentálního managementu (EMS) - normy řady ČSN EN ISO 14000 uplatnění koncepce – zajištění životního cyklu výrobku (LCA) - ČSN EN ISO 14040, ČSN EN ISO 14044

stanovena metoda hodnocení vlivu výrobku na ŽP – význaky : - určení a minimalizace vlivů na ŽP - velký časový rozsah ( těžba surovin ….. likvidace po skončení života výrobku )

součástí EMS - ekodesign výrobku – směrnice EU 2005 / 32 / ES (závazná od 08. 2007) - proces návrhu a vývoje výrobku musí zohledňovat aspekty : - technické, ekonomické … - minimální ekologickou zátěž v celém ŽC výrobku

strategie ekodesignu

- výběr materiálu s malým dopadem na ŽP ( obnovitelné zdroje, recyklovatelnost …)

- snižování spotřeby materiálu ( nízká hmotnost, objem, mater. různorodost …)

- optimální výběr výrobního procesu s min. dopadem na ŽP ( stejný výrobek lze

vyrobit různým způsobem )

- optimalizace způsobu přepravy a distribuce výrobku ( min. ekologická zátěž )

- snižování negativních vlivů během využívání výrobku ( úspora energie – účinnost,

množství a toxicita odpadů …)

- optimalizace životnosti výrobku ( vyváženost životnosti komponent, soulad s dobou

celkového „morálního“ stárnutí konstrukce výrobku – dle povahy výrobku )

- optimalizace způsobu likvidace ( konec života - snadná demontáž, bezpečná

likvidace, recyklovatelnost )

Strategie ekodesignu pro nové a inovované elektrotechnické výrobky

( pořadí činností dle průběhu ŽC výrobku )

Úroveň výrobku úroveň složek VS ( A, B ) – tendence snížit : - materiál, energii, čas, lidskou práci mechanizace, automatizace - VP

MVP ( předstupeň AVP) – zejména v DMS (těžká břemena)

- technické prostředky – provádění operací (TEP) silou (energie) - systémy elektrické, mechanické, hydraulické, pneumatické - vzájemná vazba člověk (operátor) – výběr, zahájení, ukončení operací (IQ) - cíl - námaha člověka , produktivita , bezpečnost a hygiena práce

Model MTP (článek MTS)

TP technologické pracoviště (stroj…) 1… pracovní instrukce ( výkres, sled operací…) 2… operátor (člověk - obsluha zařízení) 3… ovládání, řízení TP (tlačítka,ovladače...)

materiál

energie

výrobky

odpad (mater., teplo)

3

TP

123

Automatizace VP současný stav v elektrotechnice ( podmínka MVP) – průvodní jev

tech. prostředky, vzájemná vazba (instrukce dle programu v paměti), bez zásahu člověka

přínos – ekonomický (produktivita), technický (jakost), společenský (humanizace)

stupně AVP - řízení dílčích činností TP (teplota, otáčky…)

- řízení celých TP (stroj, zařízení…)

- řízení součinnosti více TP (ATS – výroba komut. motorů …)

- řízení součinnosti všech složek VP – systémy CAM

Model ATP (článek ATS)

materiál

energieATP

S

AČ

ŘS

výrobky

odpad (mater., teplo)

nadřazený řídicí systém

ATP

ATP – automatické TP ( NC stroj, navíječka, osazovací automat…) AČ – soubor akčních členů - řízeně mechanicky, tepelně - provádí TEP (soustružení, žíhání, …)

mechanické AČ - tah, tlak, Mk , pohyby - lineární, rotační, spojité, nespojité … energie - el. pohony - asynchronní, krokové, lineární …. - hydromechanické AČ - pneumatické AČ

tepelné AČ - temperace materiálu ( T - většinou, T - výjimečně) energie - elektrická (nejčastěji) – odporový, indukční, infrač., oblouk … ohřev přímý, nepřímý - plyn (vodík, zemní plyn … ) - pára (voda, solventy ) S – soubor senzorů monitoring veličin TEP (měř. T, p, v, n …) - převod na el. signál (U, I) , - úprava signálu ( zesílení, A / D převodníky, chráněný transport dat )

- nejčastěji senzory – U, I, H, T, poloha, v, n, Mk … - různé principy

S – soubor senzorů – monitoring veličin TEP (měř. T, p, v, n …) - převod na el. signál (U, I) , úprava signálu - zesílení, A / D převodníky, chráněný transport dat

nejčastěji senzory – U, I, H, T, poloha, v, n, Mk … různé principy

ŘS - řídicí systém ATP – zpracov. informace o TEP - z S - z a do nadřazeného ŘS

vyhodnocení nastavení (ovládání) AČ

ŘS s programem pevným, omezeně volitelným , volným - pružným s vysokou adaptibilitou

- mechanické ( zarážky, vačky, dorazy …) - hydraulické, pneumatické - elektronické - analogové ( méně ) - číslicové - digitální vstupní a výstupní signály – současný stav

ukázka ATP Rychlý osazovací automat Speed Mounter 2 s rotující hlavicí belgické firmy IPTE

ukázka ATP pro navíjení malých statorů - DVD ( motory s vnějším rotorem – fa Aumann )

Výrobní systémy v elektrotechnice a elektronice - všeobecný pohled

v dalším vybrané TEP (realizované v VS) – podrobněji z hlediska: - použitého materiálu - postupu zpracování ( charakteristiky a sled operací ) - zařízení ( TP, TS ) TEP – využití a zpracování plastů, povrchové ochrany a úpravy součástek a dílců, výroba vinutí a vodičů pro vinutí, sušení a impregnační procesy, výroba silových kabelů tj. TEP zaměřené spíše do oblasti výkonové elektrotechniky ( návaznost na 1. část semestru – TEP zaměřené zejména na technologie v elektronické výrobě )