Hệ thống này lúc đầu được gọi là Hệ thống 24, vì lúc đó nó đượcthành lập để hoạt động 24h/ngày dưới sự điều khiển của máy tính.Sản xuất công nghiệp đã trải qua các giai đoạn:+ sản xuất t
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BTCN_Blended1 - Giới thiệu hệ thống FMS & CIM Nhóm lớp L01 HỌC KÌ 232 NĂM HỌC 2023-2024 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Thành Sinh viên thực hiện: Lê Trung Hòa MSSV: 2113430 Mục Lục I HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 3 1 Lịch sử phát triển của các hệ thống sản xuất 3 2 Nhu cầu áp dụng sản xuất linh hoạt .5 3 Mô tả và định nghĩa về FMS 8 4 Phân loại hệ thống FMS 12 5 Sự cần thiết của hệ thống FMS .12 6 Phạm vi ứng dụng 14 II HỆ THỐNG SẢN XUẤT TÍCH HỢP CIM .15 1 Khái niệm .15 2 Cấu trúc của hệ thống CIM 16 3 Ưu điểm của hệ thống CIM 16 4 Các thành phần của CIM, Ưu và Nhược Điểm 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 2 I HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 1 Lịch sử phát triển của các hệ thống sản xuất Khái niệm về sản xuất linh hoạt FMS được đưa ra bởi Williamson tại London năm 1960s Hệ thống này lúc đầu được gọi là Hệ thống 24, vì lúc đó nó được thành lập để hoạt động 24h/ngày dưới sự điều khiển của máy tính Sản xuất công nghiệp đã trải qua các giai đoạn: + sản xuất thủ công + cơ khí hóa + tự động hóa + và tiếp theo là giai đoạn của sự tích hợp các quá trình sản xuất tự động Sự tích hợp của công nghệ tự động được biết đến với tên gọi sản xuất tích hợp máy tính (Computer Integrated Manufacturing-CIM) Cho phép tổ chức dòng thông tin và vật liệu tốt hơn mục đích chính là để loại bỏ bottle-necks khai thác tốt hơn khả năng của nhà máy và dây chuyền sản xuất Một phần khái niệm CIM là ứng dụng của công nghệ sản xuất linh hoạt FMS 3 Năm 1970 cơ cấu FMS đầu tiên được sử dụng Tuy nhiên chỉ sau khi công nhận kết quả nghiên cứu của hãng Koman về ba trung tâm gia công được sử dụng ở nhà máy “General Motor” để chế tạo bánh răng và trục ô tô với hàng loạt hệ thống của các hãng Nhật Bản chế tạo thì hệ thống FMS mới được sử dụng rộng rãi 4 2 Nhu cầu áp dụng sản xuất linh hoạt Dây chuyền cứng tuy đảm bảo chất lượng tốt và giá thành thấp nhưng không đáp ứng được nhu cầu của thị trường Do thị hiếu của người tiêu dùng thay đổi nhanh, khiến cho chu kỳ tồn tại của sản phẩm ngắn đi Nghĩa là số loại sản phẩm tăng và số lượng mỗi loại giảm Do đó, nhu cầu về dạng sản xuất linh hoạt ngày càng tăng Tính kinh tế: + Giảm thời gian chuẩn bị mỗi khi chuyển sang loại sản phẩm mới + Năng suất gia công cao nhờ giảm thiểu thời gian máy + Giảm chi phí lương công nhân do không đòi hỏi tay nghề cao Chất lượng sản phẩm được đảm bảo bởi: + Công nghệ ổn định + Tự động hóa gia công và lắp ráp 5 + Tự động hóa vận chuyển và cung cấp vật liệu + Tự động hóa kiểm tra chất lượng giữa các giai đoạn + Sử dụng dụng cụ, đồ gá tiêu chuẩn + Hạn chế các công việc đòi hỏi sự can thiệp trực tiếp của con người Tính linh hoạt + Hệ thống có thể đáp ứng các đơn hàng nhanh với số lượng khác nhau + Hệ thống dễ dàng thích ứng với sự thay đổi phương án sản phẩm và những yêu cầu của khác hàng mà đòi hỏi ít sự thay đổi đồ gá, dụng cụ, chương trình + Hệ thống dễ dàng nâng cấp đáp ứng sự tăng sản phẩm hoặc thay đổi công nghệ Cuộc khủng hoảng kinh tế - xã hội do đại dịch COVID-19 đang diễn ra trên toàn cầu, ngay cả ở những quốc gia dẫn đầu nền kinh tế toàn cầu Các chuyên gia cảnh báo về nguy cơ suy thoái ngày càng gia tăng ở Mỹ, châu Âu và cũng như các quốc gia khác trên toàn thế giới, giữa lúc các biện pháp ngăn chặn virus corona đang làm đóng băng nhiều lĩnh vực của nền kinh tế Trong tình trạng kinh tế bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi dịch bệnh, nhiều doanh nghiệp đã tìm ra được lối đi cho mình, thắp lên những hy vọng cho việc phục hồi kinh tế của doanh nghiệp nói riêng và của quốc gia nói chung Sản xuất linh hoạt đang là đích nhắm của các doanh nghiệp Đặc tính linh hoạt cũng rất hiệu quả đổi với ngành sản xuất Khái niệm sản xuất linh hoạt là một khái niệm không mới trong thời đại Chuyển đổi số đã cho phép các công ty đẩy nhanh tốc độ đổi mới và biến tốc độ và sự linh hoạt trong sản xuất thành lợi thế cạnh tranh Đây là thời đại mà các nhà máy được kết nối thông minh với các giải pháp công 6 nghệ cao để lên kế hoạch và quản lý tốt hơn các nguồn lực và quy trình Về cơ bản, đây là một cách tiếp cận hoặc chiến lược hiện đại được các nhà sản xuất sử dụng để đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thay đổi của khách hàng và nhu cầu thị trường Có nhiều yếu tố cho phép bạn trở thành một nhà Sản xuất linh hoạt – thiết kế sản phẩm theo mô đun và tập trung vào khách hàng, công nghệ thông tin, đối tác của công ty và văn hóa tri thức Sản xuất linh hoạt là khả năng tồn tại và phát triển trong một môi trường cạnh tranh đang thay đổi liên tục bằng cách phản ứng nhanh chóng và hiệu quả theo sự biến động của thị trường được điều chỉnh bởi những nhu cầu sản phẩm và dịch vụ được thiết kế bởi khách hàng Điều này có nghĩa là sản xuất linh hoạt có thể đáp ứng sự đa dạng của thị trường và nhanh chóng giới thiệu những sản phẩm mới Sản phẩm có độ tương thích với nhu cầu cao của thị trường cũng được xem như yếu tố khoảng cách trong hệ thống sản xuất linh hoạt Một số ví dụ chúng ta có thể thấy thực tế : -3M đang sản xuất tối đa mặt nạ N95, tăng gấp đôi sản lượng toàn cầu lên mức 1,1 tỷ mỗi năm, tương đương 100 triệu mỗi tháng Con số này bao gồm 35 triệu mỗi tháng tại Hoa Kỳ và chỉ trong thời gian bảy ngày 3M đã giao 10 triệu khẩu trang N95 cho các cơ sở chăm sóc sức khỏe ở các bang trên toàn quốc Công ty đã đưa ra các khoản đầu tư và hành động bổ sung sẽ cho phép công ty tăng gấp đôi công suất một lần nữa, lên 2 tỷ trên toàn cầu trong vòng 12 tháng tới -Chuỗi cửa hàng tiện lợi 7-Eleven tuyên bố đã bổ sung tới 20.000 nhân viên tại các cửa hàng của mình để theo kịp nhu cầu gia tăng và giữ cho các cửa hàng sạch sẽ để đối phó với sự bùng phát của coronavirus Công ty dự đoán một số công việc mới sẽ tập trung vào các đơn đặt hàng giao hàng, và công ty đang tăng khả năng tiếp cận các dịch vụ giao hàng cho các nhu yếu phẩm, như tạp hóa hoặc thuốc, cũng như đồ ăn nhẹ và đồ uống -Các hãng ô tô lớn trên thế giới đã chuyển sang sản xuất khẩu trang, mặt nạ và thiết bị y tế chỉ trong thời gian ngắn để đáp ứng với thị trường Một trong số đó là công ty Ford đã dừng lắp ráp ô tô để hỗ trợ sản xuất thiết bị y tế Ford đã phác thảo kế hoạch giao lại một số dây chuyền sản xuất của mình theo hướng sản xuất các thiết bị y tế rất cần thiết bao gồm khẩu trang bảo vệ, thiết bị lọc không khí cá nhân và hệ thống 7 máy thở cho các đơn vị chăm sóc đặc biệt Nhà sản xuất ô tô cho biết họ sẽ hợp tác với 3M để tăng quy mô lắp ráp mặt nạ làm sạch không khí được cung cấp năng lượng, các gói gắn ở eo lưng để chuyển không khí sạch vào một chiếc mũ kín và mặt nạ cho nhân viên y tế cần bảo vệ trong thời gian dài Ford cũng sẽ hợp tác với GE Health để chế tạo các phiên bản đơn giản hóa của máy thở oxi -Mới đây, Tập đoàn Vingroup cũng công bố quyết định triển khai việc sản xuất máy thở các loại (Xâm nhập và Không Xâm nhập) và máy đo thân nhiệt nhằm cung ứng cho thị trường Việt Nam Tập đoàn Vingroup đã ký kết hợp đồng license với hãng Medtronic của Mỹ để được sử dụng thiết kế Máy thở Xâm nhập nhãn hiệu P560, đồng thời bắt tay vào nghiên cứu Máy thở Không Xâm nhập dựa theo thiết kế do trường Đại học MIT (Mỹ) chia sẻ cho cộng đồng 3 Mô tả và định nghĩa về FMS FMS là một hệ thống bao gồm các máy công cụ tự động hay các thiết bị sản xuất kết nối với nhau cùng một hệ thống vận chuyển vật liệu, hệ thống máy tính điều khiển 8 Hình 1.22: Hệ thống Robot hàn điểm FMS bao gồm một nhóm máy NC có thể sản xuất một nhóm sản phẩm, có hệ thống cấp vật liệu tự động và máy tính điều khiển trung tâm cân bằng việc khai thác nguồn lực, giúp hệ thống có thể thích nghi tự động với sự thay đổi các chi tiết sản xuất và khối lượng sản phẩm 9 Hình 1.23: Hệ thống máy CNC FMS là một hệ thống tự động dựa trên công nghệ nhóm, liên kết với điều khiển tích hợp máy tính và một nhóm máy để sản xuất Là một công nghệ giúp các nhà máy đạt được thời gian yêu cầu của khách hàng tốt hơn, giá thành sản phẩm thấp hơn và chất lượng sản phẩm cao hơn do sự phát triển quản lý và điều khiển nguồn lực Theo quan điểm tự động hóa: Một hệ thống sản xuất linh hoạt là một dạng của tự động hóa linh hoạt trong đó một số máy công cụ được liên kết cùng nhau bởi hệ 10 thống vận chuyển vật liệu, và tất cả các bộ phận của hệ thống được điều khiển bởi một máy tính trung tâm Dựa trên quan điểm về máy công cụ: Một nhóm tế bào sản xuất liên kết bởi một hệ thống vận chuyển vật liệu và một máy tính trung tâm được gọi là một hệ thống sản xuất linh hoạt Việc kết hợp và điều khiển máy tính làm cho các sản phẩm được sản xuất với giá thành thấp ngay cả khi sản suất với số lượng nhỏ Một hệ thống FMS thật sự có khả năng xử lý với nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau, khi cần thiết có thể sản xuất bất kỳ một sản phẩm nào trong số chúng, không theo thứ tự Để đáp ứng nhu cầu trên, FMS cần một số kiểu linh hoạt: Đáp ứng sự thay đổi về khối lượng sản xuất và sự thay đổi sản phẩm, nhận các sản phẩm mới và thích ứng với sự thay đổi về công nghệ và thiết kế FMS cũng đòi hỏi sự linh hoạt trong việc xử lý các tình huống không được dự báo trước như vấn đề thời gian hỏng máy, thay đổi kế hoạch đột xuất, khả năng phát triển khi mở rộng hệ thống Hình 1.24: Hệ thống FMS với cánh tay Robot 11 Hình 1.25: Robot gia công cơ khí 12 Hình 1.26: Robot bốc, xếp sản phẩm 4 Phân loại hệ thống FMS Dựa vào kinh nghiệm áp dụng FMS ở các nước, người ta phân loại các hệ thống FMS ra làm 3 loại -Loại 1: Không phụ thuộc vào dòng vật liệu của tế bào gia công tự động (đồng nghĩa với mô đun tự động) Loại này được cấu tạo từ các máy vạn năng điều khiển theo chương trình số, cho phép liên kết với máy tính để điều khiển FMS loại này được sử dụng trong những trường hợp mà chi tiết có thời gian gia công lớn (quá trình gia công được tập trung trên một máy) -Loại 2: Gồm các tế bào gia công tự động vạn năng được điều khiển từ mạng máy tính và hệ thống vận chuyển phôi tự động Trong FMS loại 2 các chi tiết cùng loại có thể được gia công theo nhiều tiến trình công nghệ khác nhau trên một tế bào gia công tự động (mô đun sản xuất tự động) FMS loại 2 được sử dụng rộng rãi trong những trường hợp khi chi tiết có thời gian gia công không lớn -Loại 3: Là dây chuyền tự động linh hoạt Trong FMS loại này mỗi nguyên công được thực hiện chỉ trên một máy Hệ thống vận chuyển phôi đảm bảo tiến trình cứng cho mỗi chi tiết và thông thường nó được thực hiện dưới dạng băng tải hay máy quay vòng Ngoài ra người ta còn phân kiểu FMS ra: FMS tuần tự: Sản xuất từng loạt chi tiết sau đó lập kế hoạch và chuẩn bị cho sản xuất loạt tiếp theo (giống như dây chuyền sản xuất linh hoạt loạt nhỏ) 13 FMS ngẫu nhiên: Sản xuất bất kì một chi tiết nào ở một thời gian FMS mô đun: Cho phép người sử dụng mở rộng ra các loại trên 5 Sự cần thiết của hệ thống FMS Sự cần thiết của FMS: - Mục tiêu chính trong sản xuất là máy nhận được vật liệu hoặc chi tiết đúng thời gian - Quá nhiều hoặc quá sớm tạo ra ứ đọng - Quá ít hoặc quá chậm gây ra sự chậm trễ tiến độ và máy không hoạt động Kết quả trong nhiều trường hợp là sử dụng không hết khả năng khai thác của thiết bị Giải pháp FMS: FMS giúp quản lý và điều khiển các nhân tố khó kiểm soát trong khi vẫn đáp ứng yêu cầu của khách hàng bằng cách: - Nâng cao điều khiển sản xuất qua: + Giảm số thay đổi khó kiểm soát + Trang bị các phương tiện để nhận biết và xử lý nhanh với những sai lệch trong kế hoạch sản xuất + Giảm sự phụ thuộc vào con người - Giảm lao động trực tiếp qua: + Giảm sự vận hành của công nhân + Loại bỏ sự phụ thuộc vào kỹ năng của thợ máy - Nâng cao việc xử lý với: + Những thay đổi về kỹ thuật + Thời gian dừng máy + Lỗi dụng cụ cắt + Vận chuyển vật liệu chậm 14 + Nâng cao sự thích nghi qua sự đồng bộ hóa nhanh và dễ dàng với khối lượng sản phẩm thay đổi và thêm sản phẩm mới + Tăng khả năng khai thác máy qua việc loại bỏ thời gian cài đặt máy, khai thác các tính năng tự động để thay thế sự can thiệp bằng tay 6 Phạm vi ứng dụng Ứng dụng của FMS: được áp dụng chính trong các lĩnh vực sản xuất sau: + Gia công cắt kim loại + Tạo hình kim loại + Lắp ráp + Hàn + Xử lý bề mặt + Kiểm tra + Kiểm nghiệm + Trong đó FMS được sử dụng phổ biến nhất trong gia công cắt kim loại 15 II HỆ THỐNG SẢN XUẤT TÍCH HỢP CIM 1 Khái niệm 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 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, sự phát triển của 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 CIM là giải pháp ứng dụng các máy tính và mạng liên kết để chuyển các công nghệ riêng lẻ thành các hệ thống sản xuất tích hợp ở trình độ cao Có nhiều định nghĩa về CIM, tùy thuộc vào mục đích ứng dụng của nó: Theo hiệp hội các nhà sản xuất – SME (Society of Manufacturing Engineers): CIM là một hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn hàng cho đến cung cấp các sản phẩm của một nhà máy sản xuất Theo từ điển công nghệ tiên tiến: CIM là một nhà máy tự động hóa toàn phần, nơi mà tất cả các quá trình sản xuất được tích hợp và được điều khiển của máy tính Theo định nghĩa của công ty máy tính IBM: CIM là một ứng dụng, có khả năng cung cấp cơ sở nhận thức cho việc tích hợp dòng thông tin của thiết kế sản phẩm, của kế hoạch sản xuất, của việc thiết lập và điều khiển các nguyên công Theo hãng SIEMENS: CIM không phải là một sản phẩm hoàn thiện mà là một chiến lược và là một khái niệm để đạt các mục đích thị trường của một nhà máy Mục đích của CIM là tăng lợi nhuận của nhà sản xuất Để tăng lợi nhuận các nhà 16 sản xuất phải không ngừng nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời phải tăng tính linh hoạt của hệ thống sản xuất nhờ công nghệ tiên tiến của CIM 2 Cấu trúc của hệ thống CIM Một hệ thống CIM có thể được xem tạo thành từ các phân hệ sau: + CAD, CAM, CAP, CAPP + Các tế bào gia công + Hệ thống cấp liệu + Hệ thống lắp ráp linh hoạt + Hệ thống mạng LAN nội bộ liên kết các thành phần trong hệ thống + Hệ thống kiểm tra và các thành phần khác 3 Ưu điểm của hệ thống CIM + Tính linh hoạt của sản phẩm và của sản lượng + Nâng cao năng suất và chất lượng gia công + Hoàn thiện giao diện gữa thiết kế và sản xuất + Giảm lao động trực tiếp và lao động gián tiếp + Thiết kế có năng suất và độ chính xác cao + Tiêu chuẩn hóa cao + Tiết kiệm thời gian và mặt bằng sản xuất + Tạo cơ sở dữ liệu chung để loại trừ các bộ phận chứa dữ liệu độc lập + Loại trừ các công việc lặp lại không cần thiết + Giảm thời gian giám sát sản xuất và số cán bộ trực tiếp thực hiện công việc này 4 Các thành phần của CIM, Ưu và Nhược Điểm 17 Phạm vi của CAD/CAM và CIM CIM bao gồm tất cả các chức năng công nghệ của CAD/CAM cũng như hoạt động kinh doanh của công ty Một hệ thống CIM lý tưởng thường áp dụng công nghệ máy tính vào tất cả các hoạt động sản xuất và xử lý thông tin trong sản xuất, từ nhận đơn hàng, thiết kế và sản xuất đến vận chuyển hàng hoad và hỗ trợ sau bán hàng Thiết lập một hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính CIM là một vấn đề không đơn giản nó không chỉ phụ thuộc vào khả năng tài chính của công ty mà còn phụ thuộc vào đội ngũ nhân lực của công ty do đó việc ứng dụng một hệ thống CIM vào sản xuất của một công ty phải được xem xét một cách cẩn thận Thực tế khi mà sản xuất phát triển, nhu cầu của khách hàng thay đổi thường xuyên và không ngừng nâng cao, sự cạnh tranh mạnh của nhiều công ty cần thiết Trong hệ thống CIM chức năng thiết kế và chế tạo đợc gắn kết với nhau cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm và tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả Với hệ thống CIM, nó có khả năng cung cấp sự trợ giúp máy tính cho tất cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp, phân phối sản phẩm của một nhà máy 18 CIM tham gia vào môi trường sản xuất công nghiệp: điều khiển robot, lắp ráp, gia công, sơn phủ đánh bóng, gia công hàn, kiểm soát chất lượng sản phẩm, đóng gói, vận chuyển và phân phát hàng hoá CIM tham gia vào các quá trình công nghệ: thiết kế và sản xuất có trợ giúp máy tính (CAD/CAM) Lập kế hoạch sản xuất và quy trình công nghệ có trợ giúp của máy tính (Computer Aided Process Planning/ Computer Aided Engineering (CAPP/CAE) CIM bao gồm mạng và các hệ thống: các phần cứng và phần mềm truyền thông trong nhà máy, quản lý thông tin dữ liệu bao gồm cả việc thu thập, luư trữ và truy xuất dữ liệu CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng các quá trình sản xuất: lập kế hoạch và kiểm soát nguyên liệu đầu vào, các hệ thống theo dõi và kiểm soát chất lượng, các kỹ thuật và phương pháp thanh tra giám sát như lập kế hoạch và quản lý nguồn lực sản xuất, lập kế hoạch và quản lý nguồn lực công ty, kiểm tra chất lợng toàn bộ và phương thức sản xuất đáp ứng kịp thời sự thay đổi nhanh chóng của các chủng loại sản phẩm 19 Hình 1.29: Các phần tử tự động hóa của hệ CIM Có hai hướng tiếp cận CIM Tiếp cận từ trên xuống: - Ưu điểm: + Cấu trúc hệ thống (các mô đun, quan hệ thứ bậc giữa các mô đun và dòng thông tin qua chúng có thể được xác định một cách chặt chẽ + Sử dụng tốt hơn các phần mềm tiêu chuẩn + Việc thiết lập các mô đun theo thứ bậc từ trên xuống làm cho việc kiểm tra từng cấp một dễ dàng (nhờ mô phỏng) trước khi chuyển xuống cấp sau - Nhược điểm: + Thường các mô đun được mua từ bên ngoài nên có thể không hoàn toàn phù hợp với trình độ quản lý và sản xuất hiện tại 20