(Tiểu luận) báo cáo bài tập lớn học phần hệ thống sản xuất tích hợp máy

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝ - - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Học phần HỆ THỐNG SẢN XUẤT TÍCH HỢP MÁY GVHD: Thầy Đỗ Tiến Minh Họ tên sinh viên MSSV Trần Thị Hồng Mến 20202938 Nguyễn Hoàng Mai Phương 20202955 Tạ Thị Như Quỳnh 20202956 Trương Thị Bích Ngọc 20202950 Đặng Thị Thanh 20202984 Lê Thanh Phú 20202954 Nguyễn Thị Ngọc 20202947 Hà Nội, tháng năm 2023 MỤC LỤC I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các khái niệm CIM 1.2 Cấu trúc hệ thống sản xuất tích hợp máy tính 1.3 Các chức CIM 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng dụng CIM II THIẾT KẾ HỆ THỐNG CIM III 10 2.1 Xác định yêu cầu chức hệ thống CIM 10 2.2 Thiết kế cấu trúc hệ thống 10 2.3 Phát triển sở liệu 24 KẾT LUẬN 26 3.1 Điểm mạnh điểm yếu hệ thống thiết kế 26 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD: Computer-Aided Design Thiết kế có hỗ trợ máy tính CAE: Computer-Aided Engineering Kỹ thuật hỗ trợ máy tính CAQ: Computer Aided Quality Đảm bảo chất lượng có hỗ trợ máy tính IOT: internet of things Internet vạn vật AGV: Automation Guided Vehicle Xe có hướng dẫn tự động Al: Artificial Intelligent Trí tuệ nhân tạo CIM Hệ thống sản xuất tích hợp máy tính CAM Sản xuất có trợ giúp máy tính CAPP Hoạch định quy trình có trợ giúp máy tính PPC Lập kế hoạch kiểm sốt sản xuất ERR Hoạch định nguồn lực doanh nghiệp CNC Máy công cụ điều khiển số DNC Máy công cụ điều khiển số trực tiếp PLC Bộ điều khiển logic lập trình AS/RS Hệ thống tìm kiếm lưu trữ tự động I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.1 Các khái niệm CIM a CIM - Computer Integrated Manufacturing System (Hệ thống sản xuất tích hợp máy tính) C (Computer) Là máy điện tử kỹ thuật số lập trình để thực chuỗi tính toán số học logic cách tự động, sử dụng để xử lý, lưu trữ, trình bày, xếp chia sẻ thông tin dạng điện tử kiểm sốt thiết bị khác, có khả tuân theo tập hợp hoạt động khái quát hố gọi chương trình cho phép máy tính thực loạt nhiệm vụ I (Integrated) Tích hợp vật lý: Liên hệ thống truyền thông/ mạng, Trao đổi liệu- quy tắc, Tích hợp hệ thống vật lý Tích hợp kinh doanh: Hỗ trợ định dựa tri thức, Kiểm soát kinh doanh, Xử lý kinh doanh tự động, Mơ quy trình sản xuất M (Manufacturing system): System (Hệ thống): nhóm phần tử tương tác liên quan với hoạt động theo tập hợp quy tắc tạo thành thể thống Manufacturing (Sản xuất): Quá trình chuyển đổi nguyên liệu thô, linh kiện phận thành hàng hố hồn chỉnh đáp ứng u cầu kỹ thuật mong đợi khách hàng Manufacturing system (Hệ thống sản xuất): Là kết hợp hoạt động quy trình sử dụng trình sản xuất hàng hoá b Định nghĩa hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CIM) CIM đề cập đến công nghệ, công cụ phương pháp sử dụng để cải thiện hồn tồn q trình thiết kế sản xuất, đồng thời tăng suất, giúp người máy móc giao tiếp Bao gồm CAD ( Thiết kế có trợ giúp máy tính), CAM ( Sản xuất có trợ giúp máy tính), CAPP (Lập kế hoạch có trợ giúp máy tính), CNC (Máy công cụ điều khiển số), DNC (Máy công cụ điều khiển số trực tiếp), FMS (Hệ thống sản xuất linh hoạt), ASRS (Hệ thống tìm kiếm lưu trữ tự động), AGV ( Xe tự hành), sử dụng robot băng tải tự động, điều độ kiểm sốt sản xuất máy tính hệ thống kinh doanh tích hợp sở liệu chung Hệ thống sản xuất tích hợp máy tính kết hợp tự động hố cơng nghệ thơng tin hoạt động sản xuất trợ giúp sản xuất công ty/ doanh nghiệp I.2 Cấu trúc hệ thống sản xuất tích hợp máy tính a Các quy trình liên quan Máy tính hỗ trợ thiết kế Sản xuất thử nghiệm Xác định phương pháp sản xuất hiệu cách tính tốn chi phí xem xét phương pháp sản xuất, khối lượng sản phẩm, bảo quản phân phối Đặt hàng vật liệu cần thiết cho trình sản xuất Sản xuất sản phẩm có hỗ trợ máy tính với trợ giúp điều khiển số Kiểm soát chất lượng giai đoạn phát triển Lắp ráp sản phẩm với hỗ trợ robot Kiểm tra chất lượng lưu trữ tự động Tự động phân phối sản phẩm từ khu vực kho đến xe chuyên chở tính b - Tự động cập nhật sổ cái, liệu tài hố đơn hệ thống máy Hệ thống Các hệ thống kỹ thuật có trợ giúp máy tính CAD: Thiết kế có trợ giúp máy tính CAM: Sản xuất có trợ giúp máy tính CAE: Kỹ thuật mơ có trợ giúp máy tính CAQ: Đảm bảo chất lượng có trợ giúp máy tính CAPP: Hoạch định quy trình có trợ giúp máy tính PPC: Lập kế hoạch kiểm soát sản xuất ERP: Hoạch định nguồn lực doanh nghiệp Các thiết bị công cụ cần thiết Máy công cụ điều khiển số CNC, Máy tính Máy cơng cụ điều khiển số trực tiếp DNC Bộ điều khiển logic lập trình PLC Robot Phần mềm Bộ điều khiển Mạng Giao diện Thiết bị giám sát Công nghệ Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS: Cụm máy sử dụng cơng nghệ nhóm có mức độ tự động cao, bao gồm nhóm máy trạm gia cơng (thường máy công cụ CNC), kết nối với hệ thống tìm kiếm lưu trữ vật tư tự động điều khiển hệ thống máy tính phân tán - Hệ thống tìm kiếm lưu trữ tự động AS/RS - Xe tự hành AGV - Hệ thống băng tải tự động I.3 Các chức CIM a Giam lôi Loai bo lôi cua nguơi nhiêu nhiẹm vu va bao cao vê cac hoat đọng cua nha may giup giam kê tỷ lẹ lôi Giảm tham gia người → giảm q trình liên quan b Tơc đọ, vạn tôc Hẹ thông san xuât tich hơp may tinh giup giam thơi gian gia cong chê tao va lăp rap cho phep san phâm đên tay khach hang nhanh hon va nang cao cong suât c Linh hoat Vơi hẹ thông san xuat tich hơp may tinh, cac cong ty nhanh chong phan ưng vơi cac điêu kiẹn thi truơng thay đôi d Sư tich hơp Hẹ thông san xuât tich hơp may tinh cung câp mọt mưc đọ tich hơp cho phep tinh linh hoat, tôc đọ va giam lôi cân thiêt đê canh tranh va dân đâu thi truơng Tich hơp cac hoat đọng cua san nha may vơi phân mêm doanh nghiẹp cho phep nhan vien thưc hiẹn cac chưc nang co gia tri cao hon cho cong ty cua ho I.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng dụng CIM Phát triển công nghệ mới: thiết kế thiết bị tự động hóa rơ-bốt, máy tính, máy CNC tuân theo tiêu chuẩn cao cấp giao thức truyền thông để phát triển ô sản xuất thông minh Các vấn đề việc phát triển triển khai CIM bao gồm số tiền đầu tư cần thiết, thiếu kỹ năng, khó triển khai hệ thống máy tính, hạn chế nhân lên sức mạnh tổng hợp, sở hạ tầng hỗ trợ khác thiếu tiêu chuẩn đáp ứng tất yêu cầu CIM Đầu tư tài chính: Các chi phí khác liên quan đến việc triển khai công nghệ hệ thống cần tích hợp với cơng ty cho quy trình chi phí bảo trì hỗ trợ kỹ thuật để đảm bảo tính liên tục cơng nghệ tích hợp vào doanh nghiệp chi phí đào tạo cơng nghệ tích hợp vào doanh nghiệp Lao động: Thiếu kiến thức CIM tiềm nó, ý nghĩa chiến lược việc lập kế hoạch dài hạn, ảnh hưởng việc trì hỗn triển khai CIM khả cạnh tranh công ty ảnh hưởng việc tích hợp hoạt động Những người lao động tri thức người vận hành máy tính kỹ sư phần mềm, lực lượng lao động đa chức cần thiết để cải thiện khả tích hợp thích ứng q trình triển khai CIM II THIẾT KẾ HỆ THỐNG CIM II.1 Xác định yêu cầu chức hệ thống CIM Giao tiếp phân phối liệu doanh nghiệp tới người, hệ thống thiết bị giúp người máy móc giao tiếp với Chức bao gồm: Định nghĩa quản lý mạng Thực gán thiết bị logic Quản lý thư viện chương trình Hàng đợi định tuyến tin nhắn Thiết lập thủ tục cảnh báo Giám sát trạng thái ô làm việc Quản lý liệu bao gồm cách liệu xác định, yếu tố liệu khác có liên quan nào, nơi lưu trữ liệu có quyền truy cập vào liệu Chuyển đổi liệu sang định dạng người dùng chọn Lưu trữ liệu CAD/CAM Thêm thuộc tính vào liệu CAD/CAM Cho phép người dùng truy vấn liệu thuộc tính Cung cấp liệu chấp nhận liệu từ người thiết bị Điều địi hỏi: Phân phối trình bày thông tin cách quán cho người thiết bị đầu cuối máy trạm, máy công cụ, rô bốt, cảm biến, đầu đọc mã vạch, phương tiện hướng dẫn tự động hệ thống lưu trữ truy xuất phụ tùng II.2 Thiết kế cấu trúc hệ thống II.2.1 Thiết kế a CAD Thiết kế có hỗ trợ máy tính (CAD): việc sử dụng máy tính (hoặc máy trạm) để hỗ trợ việc tạo, sửa đổi, phân tích tối ưu hóa thiết kế 10 Sơ đồ q trình phát triển cho thấy Mức độ chi tiết CAE liên kết mơ hình với giả định chương trình so với mơ hình thuộc tính CAE có sẵn c Lắp ráp Máy lắp ráp dây chuyền Một loạt máy trạm tự động đặt dọc theo hệ thống chuyển giao dây chuyền chuyển giao công việc đồng không đồng sử dụng d Robot cộng tác (Cobot) 13 Robot thiết kế để hoạt động an toàn với cơng nhân mà khơng có rào cản Chúng có cảm biến lực, cạnh trịn khơng có điểm chụm khiến chúng hồn tồn phù hợp để tương tác trực tiếp với người Kích thước nhỏ gọn khả chi trả chúng làm cho chúng trở thành bổ sung tuyệt vời cho người muốn tăng suất mà hy sinh không gian Cobot cung cấp hỗ trợ cho công nhân người, đảm nhận công việc lặp lặp lại, dơ bẩn tẻ nhạt để cơng nhân tập trung vào khía cạnh quan trọng sản xuất Tự động hóa Cobot lý tưởng cho quy trình địi hỏi linh hoạt khơng phù hợp với tự động hóa robot hồn toàn Cobot trở thành bổ sung đáng hoan nghênh ngành cơng nghiệp tơ trở thành ngành công nghiệp hàng đầu cho robot cộng tác Robot cộng tác hỗ trợ nhiều khía cạnh q trình lắp ráp tơ Kích thước trọng tải chúng cho phép chúng tiếp cận không gian hạn chế xử lý phận ánh sáng Cobot lặp lặp lại tác vụ với độ xác khả lặp lại cao đảm bảo tất phận lắp ráp xác 14 e Kanban Nhà máy lắp ráp có nhu cầu cụ thể phận Trước hết hàng, nhà máy phát hành đơn đặt hàng cho nhà cung cấp với số lượng nhu cầu xác (rút Kanban) Mỗi nhà cung cấp (trong trường hợp nhà cung cấp cấp 2) sản xuất hàng hóa dựa yêu cầu nhận Nó làm thông qua đơn đặt hàng sản xuất (sản xuất Kanban) Các phận ô tô gửi đến nhà máy lắp ráp dựa nhu cầu nói (vận chuyển Kanban) Nhà máy lắp ráp nhận phận mà khơng làm gián đoạn q trình sản xuất Ưu điểm Hệ thống Kanban hấp thụ biến thể dòng nhu cầu chức mức cao mức thấp sản xuất Ngoài ra, Hệ thống Kanban coi toàn dây chuyền sản xuất 15 quy trình nhất, lắp ráp mảnh (một xe) tồn chu trình mà khơng bị gián đoạn lãng phí Tóm lại, có năm quy tắc Hệ thống Kanban, bao gồm: Khi nhà máy lắp ráp hết phận, Kanban rút tiền ban hành Các phận sản xuất với số lượng yêu cầu Kanban Không có sản xuất vận chuyển mà khơng có đơn đặt hàng Kanban Tất lơ phận liên kết với Kanban Quá trình hiệu quả, thẻ Kanban lưu hành II.2.2 Sự kiểm tra a CAQ Đảm bảo chất lượng có hỗ trợ máy tính (CAQ) ứng dụng kỹ thuật máy tính máy điều khiển máy tính để kiểm tra chất lượng sản phẩm Hệ thống CAQ cho phép phân tích dễ dàng nhanh chóng kết thống kê tạo báo cáo từ liệu sản xuất đăng ký trước cách cung cấp quyền truy cập vào liệu, công cụ liên quan để xử lý hiệu nhanh chóng khả trình bày phân phối kết rõ ràng Hệ thống CAQ điển hình cho phép người dùng chọn lúc phạm vi liệu chọn, dựa thời gian, dây chuyền sản xuất, thông số, thu kết đề cập đến khu vực sản xuất sản phẩm cụ thể b Thị giác máy 16 Thị giác máy (MV) giúp đáp ứng nhu cầu cách cung cấp phương pháp kiểm tra máy nội tự động Công nghệ hoạt động mắt q trình sản xuất tơ cách sử dụng quy trình hình ảnh bao gồm hình ảnh thơng thường, hình ảnh siêu phổ, hình ảnh hồng ngoại, hình ảnh qt dịng, hình ảnh 3D bề mặt hình ảnh X-quang Máy ảnh thơng minh cảm biến thơng minh với lấy khung hình sử dụng với giao diện Camera Link CoaXPress (hoặc giao diện tùy chỉnh) để ghi lại chụp ảnh bề mặt cần kiểm tra Máy ảnh kỹ thuật số có khả kết nối trực tiếp với máy tính thơng qua giao diện FireWire, USB Gigabit Ethernet sử dụng số công ty Những camera chụp ảnh bề mặt phận ô tô cần kiểm tra (ví dụ: thân vây động cơ) Và hình ảnh sau phân tích xử lý phần mềm phân tích chuyên dụng, chủ yếu sử dụng nguyên tắc Phân tích phần tử hữu hạn hoạt động chúng MV giúp nhà sản xuất ô tô tiết kiệm tiền, biện minh cho mức giá lên đối thủ cạnh tranh mạnh II.2.3 Bộ nhớ a Internet vạn vật Internet vạn vật (IoT) mạng lưới đối tượng vật lý kết nối với thay đổi từ máy tính đến đối tượng khơng phải máy tính nhúng với cảm biến Cùng nhau, chúng tạo thành hệ sinh thái gồm vật phẩm thơng minh thu thập trao đổi liệu thời gian thực 17 Làn sóng thiết bị kết nối cung cấp cho tổ chức mức độ hiển thị cao khía cạnh kho từ nhận hàng đến vận chuyển Ngoài ra, việc sử dụng IoT thay đổi từ việc theo dõi tình trạng máy móc / sở hạ tầng đến giám sát di chuyển sử dụng tài sản toàn sở cách sử dụng cảm biến b Nghiệp vụ thơng minh phân tích dự đốn Nghiệp vụ Thơng minh cơng nghệ thu thập, phân tích trình bày liệu lịch sử định dạng nhỏ gọn dễ đọc Điều giúp người định dễ dàng hiểu liệu kinh doanh đưa định kịp thời sáng suốt Mặt khác, Phân tích dự đốn cơng nghệ sử dụng nhiều kỹ thuật, chẳng hạn thống kê, khai thác liệu, mơ hình dự đốn, máy học trí tuệ nhân tạo, để xác định mẫu xu hướng liệu dự đoán kết xảy Khi kho tạo lượng lớn liệu, cơng nghệ giúp phân tích chuyển đổi liệu thu thập thành thông tin chi tiết Business Intelligence tạo báo cáo tổng hợp bảng điều khiển thời gian thực dựa liệu thu thập từ hoạt động kho hàng Mặt khác, Phân tích dự đốn có khả dự báo hiệu suất kho cách sử dụng liệu lịch sử mức độ dung sai định c Robot tự động hóa Robot nhánh liên ngành kỹ thuật khoa học liên quan đến thiết kế, xây dựng, vận hành sử dụng robot lập trình để thực quy trình thủ cơng nhà kho, Tự động hóa tập hợp hoạt động thực tự động với hỗ trợ tối thiểu khơng có hỗ trợ người 18 Vì nhà kho chứa đầy quy trình lặp lại, định hướng quy trình dễ xảy lỗi, robot tự động hóa cơng nghệ quan trọng giúp đơn giản hóa hoạt động Họ có khả đảm nhận nhiệm vụ lặp lặp lại từ người đạt hoạt động kho hàng quán, hiệu xác Hơn nữa, cải thiện tỷ̉ lệ gắn kết giữ chân nhân viên nhiệm vụ lặp lặp lại buồn tẻ chuyển sang robot, làm cho nhân viên kho hàng cảm thấy thỏa mãn hiệu giải vai trò hoạt động khác d Xe dẫn đường tự động (AGV) Xe có hướng dẫn tự động (AGV) máy cầm tay tự điều hướng qua miếng dán sàn, sóng vơ tuyến, camera quan sát, dây điện, nam châm laser Công nghệ thường sử dụng để vận chuyển nguyên liệu thô, công việc tiến hành hàng hóa thành phẩm xung quanh kho Ngồi ra, AGV trang bị GPS cho phép người vận hành điều khiển phương tiện với độ xác cao đến vị trí xác nơi cần lấy thả hàng hóa 19 Các nhà kho trang bị AGV hiệu nhiều so với nhà kho truyền thống chúng bán tự động hóa nhiệm vụ quy trình đơn điệu tốn thời gian Cùng với quy trình kho bán tự động, AGV hoạt động 24/7 theo yêu cầu với tốc độ độ xác qn, chúng khơng hồn tồn phụ thuộc vào người để vận hành e Công nghệ di động thiết bị đeo Cơng nghệ di động đeo đề cập đến thiết bị máy tính nhỏ người dùng đeo mang theo để gửi nhận thông tin đâu kho cách thuận tiện Một số quy trình kho hàng hưởng lợi từ việc sử dụng công nghệ chọn, đóng gói, tải, v.v… Việc sử dụng công nghệ di động thiết bị đeo nhà kho làm tăng hiệu hoạt động loại bỏ nhu cầu đến máy trạm, dẫn đến thời gian di chuyển thấp Ngoài ra, việc truy cập liệu thời gian thực vị trí cho phép nhân viên kho nhanh nhẹn nhanh nhẹn việc đưa định kinh doanh sáng suốt 20