Báo cáo bài tập lớn thiết kế và bố trí mặt bằng hệ thống sản xuất chi tiết trục trong nhà máy cơ khí

Trang 1 0BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA: CƠ KHÍBÁO CÁO BÀI TẬP LỚNHỌC PHẦN: THIẾT KẾ MẶT BẰNG HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆPThiết kế và bố trí mặt bằng hệ thống sản xuất chi t

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA: CƠ KHÍ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

HỌC PHẦN: THIẾT KẾ MẶT BẰNG HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP

Thiết kế và bố trí mặt bằng hệ thống sản xuất chi tiết trục trong nhà máy cơ khí

Hà NộiNăm 2022

LỜI NÓI ĐẦU

Hoạt động về sản xuất chưa bao giờ phát triển nhanh và mạnh như hiện nay Kéo theo đó là sự phát triển của các nhà máy xí nghiệp sản xuất mọc lên để đáp ứng được yêu cầu về lực lượng và lượng hàng hóa sản xuất nhiều như vậy Nhà máy và xí nghiệp luôn tìm cách để hiện đại hóa và tạo ra các hệ thống sản xuất mới nhằm mục đích cạnh tranh và tối ưu hóa Và để cải tiến một dây chuyền sản xuất hay tạo mới đó

là chuyện không phải đơn giản đối với các doanh nghiệp Mục đích của những công việc này nhằm phá bỏ được những nút thắt trong sản xuất của doanh nghiệp tối ưu hóa thời gian làm việc của máy sao cho thời gian sản xuất là ngắn nhất, cải thiện môi trường làm việc, tăng năng suất lao động Tưởng trừng như nó chỉ là một hoạt động nhỏ nhưng thực tế để làm được thì phải mất rất nhiều thời gian và nghiên cứu mới cởi

bỏ được nút thắt đó Thiết kế hệ thống không chỉ tối ưu hóa công việc mà bên cạnh đó

nó còn giúp sản phẩm của doanh nghiệp sau khi thiết kế xong có giá thành rẻ nhất và cạnh tranh với thị trường nhất Nhưng thực trạng hiện nay các doanh nghiệp của chúng

ta đang không chú tâm đến vấn đề này cho lắm Có những dây chuyền đã hoạt động từ 5-10 năm nhưng chưa 1 lần được đổi mới và đánh giá lại Đó chính là sai sót trongviệcthiết kế hệ thống mà cần phải khắc phục

Chính vì vậy đồ án lần này sẽ là một bài học cho sinh viên chúng em để tích lũynhững kinh nghiệm về thiết kế hệ thống và lắm bắt được thực tế sản xuất của các doanh nghiệp Từ đó sẽ làm nền tảng cho chúng em nghiên cứu và vận dụng những kiến thức chuyên nghành đã được học vào trong công việc sau này

Do vẫn còn hạn chế và lượng kiến thức và kinh nghiệm về nhiều mặt, nên việc thực hiện đồ án lần này rất mong được sự chỉ dẫn và góp ý của hội đồng Những đóng góp này sẽ giúp chúng em hoàn thiện đồ án và có kinh nghiệm khắc phục cho đồ án tốtnghiệp sắp tới

1.7 Các nguyên công, gia công cho các dạng chi tiết dạng trục 11

1.7.3 Nguyên công gia công bề mặt chuẩn của chi tiết trục 13

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỐ TRÍ MẶT BẰNG HỆ THỐNG

2.1 Tính toán các thiết bị phục vụ cho hệ thóng sản xuất chi tiết trục 162.1.1 Xác định và phân tích các nguyên công gia công chi tết trục 16

2.1.4 Tính số sản phẩm yêu cầu sản xuất tại mỗi trạm làm việc 18

2.2.1 Mặt bằng hiện tại và dòng dịch chuyển của các ca làm việc 212.3 Thiết lập ma trận tần suất di chuyển và bố trí mặt bằng qua phương

2.3.2 Áp dụng giải thuật sắp xếp theo trọng số nhị phân để bố trí mặt

CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ QUI TRÌNH

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ MẶT BẰNG CẢI

4.1.1 Cách để xây dựng quy trình sản xuất trong doanh nghiệp 43

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Bảng thể hiện số sản phẩm yêu cầu tại mỗi công đoạn 19

Bảng 2.2 Số máy cần thiết cho mỗi nguyên công 20

Bảng 2.3 kích thước và diện tích các cụm máy 22

Bảng 2.4 Giản đồ FROM – TO 24

Bảng 2.5 Khoảng cách di chuyển vùng vuông góc 26

Bảng 2.6 Chi phí vận chuyển 26

Bảng 2.7 Ký hiệu các cụm máy 27

Bảng 2.8 Thông tin về các chi tiết gia công, và quy trình gia công 28

Bảng 2.9 Gán số nhị phân, và tính toán số thập phân cho mỗi hàng 29

Bảng 2.10 Giá trị số thập phân của hàng theo thứ tự giảm dần 30

Bảng 2.11 Gán số nhị phân và tính giá trị số thập phân mỗi cột 31

Bảng 2.12 Giá trị số thập phân của cột theo giá trị giảm dần 32

Bảng 2.13 Các loại máy trong mỗi ô nhóm (ô ngăn) 33

Bảng 2.14 Thành lập các ô ngăn 34

Bảng 3.1 So sánh giữa mặt bằng trước và sau khi tái thiết kế 42

DANH SÁCH Ả

Hình 1.1 Trục răng 2

Hình 1.2 Hình ảnh máy tiện CNC Hision 2

Hình 1.3 Máy khoan phay và taro CNC FANUC D21MiB 3

Hình 1.4 Lò muối nhiệt luyện điện NE140 4

Hình 1.5 Máy đột dập cơ khí J23-40T 5

Hình 1.6 Hệ thống X-Ray kiểm tra cắt lớp (CT) chi tiết cơ khí vừa & lớnModel NDT | analyzer 5

Hình 1.7 Hình ảnh mặt bằng nhà máy và siêu thị 6

Hình 1.8 Hình ảnh từ dự án Tàu tuần tra xa bờ lớp Harry DeWolf 9

Hình 1.9 Dây truyền lắp ráp điện thoiaj trong Samsung 10

HÌnh 1.10 Hình ảnh dây chuyền sản xuất giấy vệ sinh của tập đoàn cao su Việt Nam 11

Hình 1.11 Cấp cao nhất của mô hình IDEF kỹ thuật hệ thống sản xuất 15

Hình 2.1 Sơ đồ hóa các nguyên công 17

Hình 2.2 Sơ đồ dòng di chuyển theo nguyên công 18

Hình 2.3 Mặt bằng hiện tại cả phân xưởng 22

Hình 2.4 Giản đồ quan hệ giữa các bộ phận 24

HÌnh 2.5 Mặt bằng và dòng di chuyển sau khi tái bố trí mặt bằng 33

Hình 3.1 Giao diện Plant Simulation 37

Hình 3.2 Các module máy 37

Hình 3.3 Mặt bằng mô phỏng 38

Hình 3.4 Phân tích dây chuyền 38

Hình 3.5 Thông số hoạt động và số liệu tại các máy 39

Hình 3.6 Mặt bằng ban đầu khi chưa tái thiết kế 39

Hình 3.7 Mặt bằng sau khi tái thiết kế 40

Hình 3.8 Thông số hoạt động và số liệu tại các máy tại mặt bằng ban đầu 40

Hình 3.9 Thông số hoạt động và số liệu tại các máy tại mặt bằng cải tiến 41

Hình 4.1 Mặt bằng cải tiến xưởng gia công 45

Y

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG SẢN XUẤT CHI TIẾT TRỤC TRONG

NHÀ MÁY 1.1 Khái quát về thiết kế mặt bằng

1.1.1 Tổng quan

Xây dựng bài toán mặt bằng là quá trình tối ưu hóa vị trí: Thiết bị, Vật tư, con người, cơ sở hạ tằng nhằm tối thiếu hóa khoảng cách nâng chuyển vật tư hay khoảng cách di chuyển của vật tư và nhân lực, đồng thời nâng cao năng suất Ngoài ra việc công nghê hay kỹ thuật sản xuất đổi mới, thiết bị nâng chuyển vật tư mới cũng ảnh hưởng rất lớn đến việc thiết kế mặt bằng

1.1.2 Mục tiêu của việc thiết kế mặt bằng

 Hiệu quả nhân lực

 Sử dụng hiệu quả không gian

 Giảm thời gian chu kỳ sản suất/ thời gian phục vụ khách hàng

 Thuận tiện trong di chuyển/sắp đặt nguyên vật liệu

 Thuận lợi cho hoạt động bảo trì

 Dễ dàng kiểm soát các hoạt động của hệ thống

 Linh hoạt và thích ứng với thay đổi, yêu cầu mới

 Tăng năng lực sản suất

1.1.3 Ý nghĩa của việc thiết kế mặt bằng

Xác định vị trí các thiết bị trên mặt bằng là rất quan trọng trong sản xuất công nghiệp Thiết kế mặt bằng phù hợp sẽ giúp giảm chi phí sản xuất, tăng năng suất và chất lượng

Do vậy, bài toán bố trí mặt bằng sẽ hỗ trợ cho các nhà nghiên cứu, hoạch định

và ra quyết định

1.1.4 Phân cấp cho một bài toán mặt bằng

Bài toán mặt bằng gồm có hai dạng:

- Bài toán xác định vị trí thiết bị - nhà máy

- Bài toán thiết kế mặt bằng

 Rãnh then: Dùng để lắp then với truyền chuyển động cùng với các chi tiết khác thông qua then Do đó, khi gia công cần đảm bảo độ song song của 2 bề mặt.

 Ren: Dùng để lắp kẹp chặt lắp với rãnh then không cho bị trôi ra ngoài

và cần tới phương pháp tiện ren

 Răng: Dùng để truyền chuyển động quay tới các chi tiết khác, nên khi gia công cần phải đảm bảo độ chính xác về hình dáng hình học, độ đồng tâm cũng như bề mặt

Hình ảnh minh họa [7]:

Hình 1.1 Trục răng [7]

1.3 Các loại thiết bị cần thiết cho việc sản xuất chi tiết trục

a Máy tiện CNC Hision

 Thông số kỹ thuật bao gồm TC25 / 30A / 35A / 40A

 Độ cứng cao và độ ổn định cao

 Duy trì độ chính xác cao

 Cân bằng nhiệt của trục chính

 Hệu quả cao và đặc tính cắt nặng

 Loại trục chính: Belt spindle

b Máy khoan phay và taro CNC FANUC D21MiB

Hiện nay trong hầu hết các lyĩnh vực tự động hóa nói chung và ngành công nghiệp ngành cơ khí nói riêng phần lớn 90% đều có sự trợ giúp của máy phay CNC Fanuc Nhằm mục đích đảm bảo độ chính xác, tối ưu thời gia gia công, tăng năng suất sản phẩm

 Hệ điều hành: FANUC 31i-B

c Lò muối nhiệt luyện điện cực NE140

Loại lò này được sử dụng trong ngành nhiệt luyện để làm nóng bộ phận kim loại tan trong chất lỏng mặn hoặc các chất dịch muối phức hợp, để carriy vào từng loại

xử lý nhiệt

Hình 1.3 Máy khoan phay và taro CNC FANUC D21MiB [7]

Ví dụ: làm nguội nhanh, ủ, bình thường hóa, nonoxidation sưởi ấm và gắn kết Tắm muối loạt điện cực này phân chia thành các nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao 3 nhiệt độ tương ứng với 3 mức cao – trung- thấp lần lượt là: 150-550 , 550-1000 , 1000- 1350

Điê ̣n cực lò muối thường được chế tạo bằng thép CT3 rèn vuông 50 x 50 hoă ̣c

60 x 60 Để tâ ̣n dụng tối đa, đơn vị sử dụng thường để điê ̣n cực dài hơn chiều sâu lò

~2.2 lần (thanh dẫn hàn chính giữa), khi đầu này mòn thì trở ngược đầu điê ̣n cực kia làm tiếp

Lưu ý mối hàn giữa thanh dẫn và điê ̣n cực phải kín khít và đảm bảo tiếp xúc tốt, tránh trường hợp thanh dẫn nóng đỏ trong khi điê ̣n cực bình thường dẫn đến tổn hao, lãng phí điện

 Kích thước lỗ bàn máy x chiều sâu lỗ: 50/70 mm

 Công suất chính chính của động cơ: 5.5 kW

Thông số kỹ thuật:

 Hệ thống kiểm tra Xray 2D phù hợp cho các ứng dụng nghiên cứu vật liệu, mẫu quặng, kiểm tra khuôn mẫu, chi tiết điện tử - bán dẫn, chi tiết

cơ khí kim loại, lắp ráp phức tạp

 Kết hợp chụp ảnh X-ray kỹ thuật số 2D (có thể nâng cấp thêm chức năng3D CT)

 Ống phát tia X-ray lưỡng cực 160kV/240 kV (320W)

 Độ phóng đại 2D: 1.66 => 180 lần

 Kích thước nhỏ có thể phát hiện: 200nm; Độ phân giải 3D: < 500 nm

 Kích thước mẫu kiểm tra tối đa (H x D): 400mm x 300 mm; Điều khiển trên 5 trục

 Khối lượng mẫu kiểm tra tối đa: 10 kg

 Chức năng tái tạo hình ảnh có kích thước và so sánh với bản vẽ CAD (Tùy chọn)

 Kích thước máy (D x R x C): 2000 x 700 x 1000mm

1.4 Qui trình thiết kế mặt bằng và các cách thức thiết kế mặt bằng

 Qui tình thiết kế mặt bằng phải đảm bảo:

- Hoạch định mặt bằng theo hệ thống

- Có tính Logic, cấu trúc cao, được chấp nhận và ứng dụng rộng rãi

 Các phương pháp, cách tiếp cận và cách thức thiết kế mặt bằng tiêu

biểu

- Tiếp cận hệ thống lý tưởng theo phương pháp Nadler

- Tiếp cận Cơ bản của Immer

- Cách thức thiết kế mặt bằng nhà máy Apple

- Cách thức thiết kế mặt bằng nhà máy của Reed

- Cách thức hoạch định mặt bằng theo hệ thống của Muther

1.4.1 Ứng dụng và phân loại

Bài toán mặt bằng được ứng dụng rộng trong snar suất, dịch vụ như: Nhà hàng, sân bay, ngân hàng, siêu thị, khu vui chơi – giải trí, hệ thống logistic và phân phối hàng hóa hay cả trong giáo dục

Trong sản xuất, khi xây dựng nhà máy mới hay di chuyển nhà máy sang vị trí mới hoặc xây mới toàn bộ trên vị trí cũ gọi là thiết kế mới

Ngoài ra bài toán mặt bằng còn được phân loại theo tái bố trí mặt bằng

Một số hình ảnh ví dụ của thiết kế mặt bằng:

6Hình 1.7 Hình ảnh mặt bằng nhà máy và siêu thị [7]

1.5 Các loại mặt bằng thiết kế trong các xưởng cơ khí

1.5.1 Các loại mặt bằng

Mặt bằng theo sản phẩm cố định: được dùng khi sản phẩm quá lớn, khó di

chuyển qua từng bước xử lý Vì vậy thay vì di chuyển sản phẩm cho từng quá trình, quá trình được di chuyển theo sản phẩm Ví dụ như ngành đóng tàu, hàng không, xây dựng

Mặt bằng theo sản phẩm: hay còn gọi là mặt bằng dây chuyền sản xuất dùng

khi các quá trình được tự xử lý sản phẩm Nguyên vật liệu được di chuyển trực tiếp từ trạm làm việc này đến trạm làm việc bên cạnh Mô hình này dùng khi sản lượng sản xuất lớn Trong mặt bằng sản phẩm không dùng chung máy móc cho các loại sản phẩm khác, sản lượng sản xuất phải đủ lớn để tận dụng máy móc

Mặt bằng theo nhóm: được dùng khi sản lượng sản xuất từng sản phẩm riêng

rẽ không đủ để điều chỉnh mặt bằng sản xuất, nhưng bằng cách nhóm các sản phẩm lại theo họ sản phẩm, mặt bằng sản phẩm có thể điều chỉnh theo họ sản phẩm Các nhóm các quá trình được gọi là các phòng nhỏ, bởi vậy mô hình này còn được gọi là mặt bằng phòng đây là mô hình trung dung giữa mặt bằng sản phẩm và mặt bằng quá trình

Mặt bằng theo quá trình: gồm tập hợp các phòng ban xử lý Tất cả các máy

thực hiện những quá trình đặc biệt sẽ được nhóm vào một mặt bằng quá trình Mô hình này được dùng khi sản xuất với sản lương nhỏ, sản phẩm không giống nhau

1.5.2 Một số lưu ý khi thiết kế mặt bằng

Xác định địa điểm xây dựng xưởng cơ khí

Cơ khí thuộc ngành công nghiêp nặng, vì thế trong quá trình sản xuất thường gây ra tiếng ồn Trong các điều kiện mở xưởng cơ khí, vị trí xa khu dân cư là điều kiệnquan trọng Theo Mục 2.1 Thông tư 39/2010/TT-BTNMT quy định Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường thì giới hạn tối đa cho phép về tiếng ồn tại khu vực thôngthường (các nhà ở riêng lẻ nằm cách biệt hoặc liền kề, khu chung cư, cơ quan hành chính, khách sạn, nhà nghỉ) là:

Cấu trúc tổng quát khi xây dựng xưởng cơ khí

Trong thực tế, mỗi nhà xưởng cơ khí có quy mô sản xuất, mặt hàng và tổ chức khác nhau Về cơ bản, một nhà xưởng cơ khí có cấu trúc tổng quát bao gồm hệ thống thông gió tự nhiên nhà xưởng, hệ thống năng lượng và hệ thống vận chuyển Bên cạnh

đó còn có hệ thống vệ sinh kỹ thuật, an toàn lao động, điều hành sản xuất và các bộ phận khác Nắm được cấu trúc chung này, DN sẽ có bản thảo xây dựng xưởng cơ khí phù hợp

Vẽ sơ đồ cấu trúc tổng quát khi xây dựng xưởng cơ khí

Khi đã có cấu trúc tổng quát, doanh nghiệp cần phải thiết kế sơ đồ cấu trúc chi tiết hơn Việc vẽ ra một sơ đồ cấu trúc chi tiết biểu thị cụ thể từng hệ thống đã đặt ra, làm nền tảng cho quá trình thiết kế và thi công sau này Nếu thấy có gì bất cập, doanh nghiệp có thể điều chỉnh ngay Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xây dựngxưởng cơ khí cho các bước sau này.

Thiết kế tổng mặt bằng khi xây dựng xưởng cơ khí

Để đảm bảo quy chuẩn của bản thiết kế xây dựng xưởng cơ khí, doanh nghiệp cần chuẩn bị đầy đủ các tài liệu cần thiết Tài liệu này bao gồm tài liệu về địa điểm sảnxuất, chương trình sản xuất Thêm đó là về các dây chuyền sản xuất, thiết kế, nhu cầu lao động và văn hóa xã hội Ngoài ra, doanh nghiệp cần phải lưu ý đến nguyên tắc thiết kế một cách khoa học nhất Bố trí các bộ phận và khoảng cách các khu xưởng phù hợp với quá trình sản xuất Bên cạnh đó, cần quan tâm đến yêu cầu trước mắt và các dự kiến lâu dài

Các chủ đề khác được quan tâm: Giá cho thuê kho xưởng - thuê kho xưởng - cho thuê nhà xưởng tphcm - thuê nhà xưởng - nhà xưởng khu công nghiệp - cho thuê kho

Quy hoạch mặt bằng khi xây dựng xưởng cơ khí

Nhiều DN lựa chọn thuê nhà xưởng tại TPHCM, tuy nhiên DN cần tính toán kỹ giữa giá thành thuê và lợi nhuận của DN Bên cạnh đó, quy hoạch mặt bằng là sự sắp xếp các loại máy móc, vật dụng, khu vực sản xuất và các khu vực hoạt động khác Thông qua mặt bằng, người ta tiến hành sắp xếp các quy trình ở trong và xung quanh nhà xưởng cơ khí, không gian cho sự vận hành và các công việc phụ trợ khác Khi tiếnhành, doanh nghiệp cần lưu ý đến nguyên tắc bố trí công nghệ Việc bố trí máy phải theo mối quan hệ về công nghệ để đảm bảo dây chuyền sản xuất Ngoài ra các máy phải được đặt ở những khoảng cách thích hợp để vận chuyển dễ dàng Doanh nghiệp cũng cần áp dụng những kỹ thuật và quy định theo tiêu chuẩn để đạt kết quả tốt nhất trong quá trình xây dựng xưởng cơ khí

Kết cấu của xây dựng xưởng cơ khí

Tùy thuộc vào mục đích, công năng sử dụng, doanh nghiệp cần lưu ý về kết cấunhà xưởng cơ khí Thông thường sẽ có nhà xưởng cho thuê một tầng và nhiều tầng Nhà xưởng công nghiệp một tầng có thuận lợi trong việc bố trí thiết bị nâng Trong khi

đó nhà xưởng nhiều tầng thì tiết kiệm được diện tích và có thể kết hợp được các công năng khác như: văn phòng, phòng trưng bày,

Một câu hỏi đặt ra là "Với quy trình xây dựng xưởng cơ khí trên, liệu có phù hợp cho các DN SMEs, các DN nước ngoài mới vào VN hoặc các DN có quy mô sản xuất tăng - giảm theo mùa vụ?"

Giải pháp thuê xưởng sản xuất xây sẵn là giải pháp tốt về chi phí và tính lâu dàicho DN

1.6 Tổng quan các dạng sản xuất trong cơ khí

1.6.1 Tổng quan về sản xuất trong cơ khí

8

Yêu cầu của nền kinh tế quốc dân đối với các loại máy móc không giống nhau

Có những loại sản phẩm yêu cầu sản xuất nhiều, nhưng có những loại lại chỉ yêu cầu sản xuất

Sản lượng (quy mô sản xuất) là sản phẩm của một chủng loại nhất định được chế tạo ra (hoặc sửa chữa) ớ một nhà máy hoặc một cơ sở nào đó trong một thời gian

đã định

Người ta phân biệt ba dạng sản xuất sau đây: sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và sản xuất hàng khối Mỗi dạng sản xuất có một hình thức tổ chức và mức độ trang bị công nghệ thích hợp, Phải nhớ rằng, trong cùng một nhà máy và ngay cả trongcùng một phân xưởng có thể có nhiều dạng sản xuất khác nhau Ví dụ ở các nhà máy chế tạo máy hạng nặng sản xuất sản phẩm đơn chiếc thì các chi tiết nhỏ nhưng yêu cầu

số lượng lớn lại được sản xuất theo nguyên tắc hàng loạt hoặc hàng khối

1.6.2 Tổng quan các dạng sản xuất trong cơ khí

a Sản xuất đơn chiếc (job production)

Là dạng sản xuất mà sản lượng hàng năm của mỗi loại sản phẩm (chế tạo hoặc sửa chữa) là rất nhỏ (một đến vài chục chiếc) Dạng sản xuất này có những đặc điểm công nghệ chủ yếu sau đây: sử dụng các máy vạn năng, đồ gá vạn năng, dao tiêu chuẩn, quy trình công nghệ đơn giản hơn, chỉ gọi là tiến trình công nghệ, bố trí máy thành nhóm theo loại và kích thước, cần phải sửa nguội khi lắp ráp; đòi hỏi thợ có tay nghề cao V v.,

Đặc điểm của dạng sản xuất đơn chiếc:

 Chủng loại sản phẩm đa dạng, qui trình sản xuất không giống nhau

 Số lượng đặt hàng mỗi lần ít, thời gian giao hàng không thống nhất

 Không có sự chế tạo thử nghiệm sản phẩm trước khi đưa vào sản xuất

 Yêu cầu về kĩ năng thao tác và trình độ nghề nghiệp của người công nhân cao vì họ phải làm nhiều loại công việc khác nhau

 Máy móc thiết bị chủ yếu là các thiết bị đa năng Các thiết bị này được sắp xếp theo từng loại máy có cùng tính năng tác dụng phù hợp với những công việc khác nhau và thay đổi liên tục

Ví dụ: đóng tàu thuyền,các công trình kiến trúc, khuôn dập,…

b Sản xuất hàng loạt (batch production):

Hình 1.8 Hình ảnh từ dự án Tàu tuần tra xa bờ lớp

Harry DeWolf [7]

Là loại sản xuất trong đó việc chế tạo hoặc sửa chữa sản phẩm với sản lượng nhất định được lặp lại theo chu kỳ (chủng loại sản phẩm được giới hạn và sản lượng lớn), tùy theo số sản phẩm trong loạt hoặc trong nhóm mà người ta chia ra: sản xuất hàng loạt nhỏ, hàng loạt vừa và hàng loạt lớn.

Dạng sản xuất này có đặc điểm công nghệ chủ yếu là tại một chỗ làm việc có thể thực hiện một hoặc một số nguyên công, gia công chi tiết theo quy trình công nghệ được chia ra thành từng nguyên công, sử dụng các máy vạn năng và chuyên môn hóa

để chế tạo các chi tiết chính, bố trí máy theo quy trình công nghệ, sử dụng nhiều đồ gá

và dao cắt chuyên dùng, trình độ công nhân khác nhau (cao, thấp, trung bình), có tính lắp lẫn nhau với công việc sửa nguội khi lắp ráp không nhiều lắm

Ví dụ: sản xuất trong ngành cơ khí, dệt may, điện dân dụng, đồ gỗ nội thất, sản phẩm cơ khí,điện tử chuyên dùng…

c Sản xuất hàng khối (mass production):

Là loại sản xuất trong đó các sản phẩm giống nhau được chế tạo hoặc sửa chữa với số lượng lớn trong khoảng thời gian dài, trong dạng sản xuất hàng khối và hàng loạt lớn thường sử dụng phương pháp sản xuất dây chuyền (mỗi chỗ làm việc chỉ thực hiện một nguyên công, các chi tiết gia công (hoặc lắp ráp) sau khi hoàn thành ở một nguyên công được chuyển sang địa điểm kế bên để thực hiện nguyên công tiếp theo)

Các đặc điểm công nghệ của phương pháp này là:

 Ở mỗi chỗ làm việc chỉ thực hiện một nguyên công

 Gia công chi tiết và lắp ráp máy theo phương pháp dày truyền liên tục

 Sử dụng rộng rãi các máy tổ hợp, máy tự động, máy chuyên dùng và dây chuyền tự động

 Máy được bố trí theo quy trình công nghệ

 Sử dụng nhiều đồ gá, dao và dụng cụ đo chuyên dùng

 Sử dụng nguyên tắc lắp lẫn hoàn toàn

 Trình độ công nhân thấp với sự tham gia của thợ điều chỉnh có trình độ cao

10Hình 1.9 Dây truyền lắp ráp điện thoiaj trong

Samsung [7]

Ví dụ điển hình của loại sản xuất này là: Sản xuất thép, sản xuất giấy, sản xuất điện, xi măng, báo, tạp chí.

1.7 Các nguyên công, gia công cho các dạng chi tiết dạng trục

1.7.1 Tổng quan về sản xuất chi tiết trục

Các chi tiết dạng trục là loại chi tiết thường được sản xuất hàng loạt, có yêu cầucao về độ chính xác kích thước, độ đồng tâm giữa các bề mặt trụ làm việc để đảm bảo các yêu cầu đó, chi tiết được gá đặt trên hai lỗ tâm, làm chuẩn tinh thống nhất để gia công các bề mặt Ở Việt Nam, việc gia công các bề mặt chuẩn của chi tiết trục hiện nay thường thực hiện thủ công nên năng suất thấp, có thể thiếu chính xác vì các yếu tố chủ quan, vì vậy cần tự động hoá nguyên công khoả mặt đầu và khoan hai lỗ tâm trong qui trình sản xuất chi tiết trục Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế,chế tạo thiết bị để tự động hóa nguyên công khỏa mặt đầu và khoan hai lỗ tâm trên chi tiết trục cần đạp xe máy

1.7.2 Tổng quan về nguyên công gia công trong cơ khí

Nguyên công là đơn vị cơ bản, chủ yếu của quá trình công nghệ Ảnh hưởng đến tính chính xác và năng suất của quá trình sản xuất, gia công kết cấu thép Do vậy,

Hình 1.10 Hình ảnh dây chuyền sản xuất giấy vệ sinh của tập đoàn cao su

Việt Nam [7]

nguyên công cũng là đơn vị cơ sở để tính toán chi phí sản xuất và giá thành của sản phẩm.

Ý nghĩa kỹ thuật của nguyên công: Mỗi một phương pháp cắt gọt có một khả năng công nghệ nhất định (khả năng về tạo hình bề mặt cũng như chất lượng đạt được) Vì vậy, xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật và dạng bề mặt cần tạo hình mà ta phải chọn phương pháp gia công tương ứng hay nói cách khác chọn nguyên công phù hợp

Ý nghĩa kinh tế của nguyên công: Khi thực hiện công việc, tùy thuộc mức độ phức tạp của hình dạng bề mặt, tùy thuộc số lượng chi tiết cần gia công, độ chính xác, chất lượng bề mặt yêu cầu mà ta phân tán hoặc tập trung nguyên công nhằm mục đích đảm bảo sự cân bằng cho nhịp sản xuất, đạt hiệu qủa kinh tế nhất

Nguyên công bao gồm các phần: bước, gá, vị trí, đường chuyển dao, động tác

b Các phần trong nguyên công

- Bước:

Bước là một phần của nguyên công được thực hiện trên một bề mặt hặc nhiều

bề mặt cùng lúc, sử dụng một dao hoặc nhóm deo ghép, và được chỉnh cùng một chế

độ cắt, nếu bạn không đảm bảo những điều này thì bạn sẽ chuyển sang bước mới

Bước có thể là bước đơn giản và bước phức tạp: Ví dụ, gia công tiện một trục theo bậc theo từng bậc với 1 dao ta sẽ thực hiện các bước đơn giản lần lượt từng bậc Nếu ta thực hiện đồng thời với nhiều dao cùng lúc sẽ là bước phức tạp

Tên của bước vừa được ghi theo thứ tự bằng chữ số thường vừa được ghi theo nội dung công việc

Khi lắp ráp bước được xem là một quá trình nối ghép các chi tiết lại với nhau đểđạt độ chính xác cần thiết hoặc các quá trình khác nhau như cạo sửa then để lắp nó vào

vị trí, lắp một vòng bi trên trục…

Một nguyên công có thể có một hoặc nhiều bước: Cũng là gia công hai đoạn trục nhưng nếu gia công đồng thời bằng hai dao là một bước; còn gia công bằng một dao trên từng đoạn trục là hai bước

Khi có sự trùng bước (như tiện bằng 3 dao cho 3 bề mặt cùng một lúc), thời gian gia công chỉ cần tính cho một bề mặt gia công có chiều dài lớn nhất

- Gá:

Trước khi gia công, ta phải xác định vị trí tương quan giữa chi tiết so với máy, dụng cụ cắt và tác dụng lên chi tiết một lực để chống lại sự xê dịch do lực cắt và các yếu tố khác gây ra khi gia công nhằm đảm bảo chính xác vị trí tương quan đó Quá trình nay ta gọi là quá trình gá đặt chi tiết

Gá là một phần của nguyên công, được hoàn thành trong một lần gá đặt chi tiết.Trong một nguyên công có thể có một hoặc nhiều lần gá

- Vị Trí:

Vị trí là một phần của nguyên công, được xác định bởi một vị trí tương quan giữa chi tiết với máy hoặc giữa chi tiết với dụng cụ cắt Một lần gá có thể có một hoặc nhiều vị trí

12

Khi thiết kế qui trình công nghệ cần lưu ý là giảm số lần gá đặt (trong khi vẩn giữ được vị trí cần thiết) bởi vì mỗi một lần gá đặt sẽ gây ra sai số gia công.

Khi lắp ráp, đối tượng lắp cùng với đồ gá( ví dụ, đồ gá vệ tinh) trên băng tải xích có thể dịch chuyển tới vị trí mới để thực hiện nguyên công lắp ráp

- Động tác:

Động tác là một hành động của công nhân để điều khiển máy thực hiện việc gia công hoặc lắp ráp Ví dụ: Bấm nút, quay ụ dao, đẩy chống tâm, thay dao

Động tác là đơn vị nhỏ nhất của quá trình công nghệ

Việc phân chia thành động tác rất cần thiết để định mức thời gian, nghiên cứu năng suất lao động và tự động hóa nguyên công

- Đường chuyển dao:

Đường chuyển dao là một phần của bước để hớt đi một lớp vật liệu có cùng chế

độ cắt và bằng cùng một dao

Mỗi bước có thể có một hoặc nhiều đường chuyển dao

1.7.3 Nguyên công gia công bề mặt chuẩn của chi tiết trục

Với chi tiết dạng trục, chuẩn định vị là hai lỗ tâm, được chọn làm chuẩn tinh phụ thống nhất, do đó nguyên công đầu tiên thường được thực hiện đối với chi tiết trục

là khoả hai mặt đầu và khoan hai lỗ tâm Công việc này có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau; trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ thường phay hai mặt đầu của trục, sau đó lấy dấu và khoan hai lỗ tâm, cũng có thể gá trục trên mâm cặp, tiện mặt đầu, khoan tâm, sau đó đổi đầu để gia công phía còn lại; trong sản xuất hàng loạt

và hàng khối, việc khỏa mặt đầu và khoan lỗ tâm được thực hiện trên các máy chuyên dùng hoặc sử dụng các thiết bị tự động

Để xây dựng mô hình thiết bị tự động hóa nguyên công này, chi tiết trục cần đạp xe máy được chọn làm chi tiết mẫu để nghiên cứu Thiết bị được thiết kế nhằm mục đích tăng năng suất gia công và đảm bảo độ chính xác

1.8 Mô hình thiết kế hệ thống sản phẩm

1.8.1 Khái quát

Dự án Sản xuất Tích hợp Hệ thống cho Ứng dụng Sản xuất (SIMA) tại Hoa Kỳ.Viện Tiêu chuẩn Quốc gia và công nghệ (NIST) đang nghiên cứu việc tích hợp môi trường công cụ phần mềm cho các hệ thống sản xuất kỹ thuật Bài báo này mô tả một

mô hình quy trình cho hệ thống sản xuất kỹ thuật và cách mô hình đó đang được sử dụng để tích hợp các công cụ phần mềm thương mại vào môi trường máy trạm Các công cụ được sử dụng để thực hiện môi trường là các sản phẩm phần mềm thương mạibán sẵn do một số nhà cung cấp khác nhau cung cấp Dự án đang được thực hiện như một nỗ lực hợp tác giữa các nhà nghiên cứu NIST, một số trường đại học và các nhà sản xuất Hoa Kỳ

1.8.2 Tổng quan về mô hình thiết kế hệ thống sản phẩm

Mô hình quy trình là một trong một số mô hình cần thiết để triển khai môi trường công cụ kỹ thuật tích hợp Mô hình quy trình xác định các chỉnh sửa mà các

công cụ phải thực hiện để thiết kế một hệ thống sản xuất Mô hình cũng xác định đầu vào, đầu ra, điều khiển và cơ chế để thực hiện các chức năng Mô hình quy trình là mộttài liệu tham khảo quan trọng để xác định các luồng dữ liệu và giao diện giữa các mô-đun trong môi trường tích hợp.

Mô hình quy trình cho kỹ thuật hệ thống sản xuất đã được phát triển bằng cách

sử dụng các kỹ thuật lập mô hình Phương pháp Định nghĩa Tích hợp (IDEFO) và công

cụ Thiết kế Phần mềm Meta / IDEF, xem Meta (1994) Mô hình xác định các chức năng của bộ công cụ và đầu vào dữ liệu cho ea & hction Các mô hình thông tin chi tiếtđang được phát triển trong đó xác định rõ hơn từng đầu vào và đầu ra dữ liệu được điền vào trong mô hình quy trình Các mô hình thông tin đang được sử dụng để triển khai cơ sở dữ liệu dùng chung, trao đổi tệp, tin nhắn và cuộc gọi chương trình để truyền thông tin giữa các công cụ phần mềm thương mại

Mức 0 của mô hình xác định chức năng kỹ thuật hệ thống sản xuất, đầu vào và đầu ra của nó Mức đầu tiên của mô hình phân tách quy trình kỹ thuật thành năm chức năng hoặc hoạt động chính: (1) xác định vấn đề kỹ thuật hệ thống sản xuất, (2) chỉ định các quy trình sản xuất cần thiết để sản xuất sản phẩm, (3) thiết kế hệ thống sản xuất, (4) mô hình hóa hệ thống bằng cách sử dụng mô phỏng và đánh giá hoạt động của nó trong các điều kiện vận hành dự kiến, và (5) chuẩn bị kế hoạch và chồi Đầu vào cho chức năng kỹ thuật hệ thống sản xuất bao gồm:

- Yêu cầu sản xuất,

14Hình 1.11 Cấp cao nhất của mô hình IDEF kỹ thuật hệ thống

sản xuất

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỐ TRÍ MẶT BẰNG HỆ THỐNG

SẢN XUẤT CHI TIẾT TRỤC 2.1 Tính toán các thiết bị phục vụ cho hệ thóng sản xuất chi tiết trục

2.1.1 Xác định và phân tích các nguyên công gia công chi tết trục

a Xác định các nguyên công

Để tạo ra sản phẩm chi tiết trục chúng ta phải trải qua các nguyên công sau:

Nguyên công 1: Dập phôi Nguyên công 2: Khoan mặt đầu và khoan tâm 2 lỗ (thực hiện tại máy tiện)

Nguyên công 3: Tiện thô Nguyên công 4: Tiện tinh Nguyên công 5: Cắt rãnh (sử dụng máy tiện) Nguyên công 6: Phay răng

Nguyên công 7: Nhiệt luyện Nguyên công 8: Mài bánh răng (thực hiện tại máy tiện)Nguyên công 9: Mài cổ trục (thực hiện tại máy tiện)Nguyên công 10: Tổng kiểm tra

b Sơ đồ hóa các nguyên công

16

Hình 2.1 Sơ đồ hóa các nguyên công

c Phân tích nguyên công

Nguyên công 1: Dập phôi: ta đi thực hiện dập hình dáng phôi

Nguyên công 2: Khoan mặt đầu và khoan lỗ tâm: Ta đi thực hiện tạo lỗ trục để xác định tâm trục

Nguyên công 3: Tiện thô: ta đi tiện thô bề mặt trục theo số đo với sai lệch cho phép

Nguyên công 4: Tiện tinh: ta đi tiện tinh bề mặt trục đã được tiện thô trước đó theo số đo với sai lệch cho phép

Nguyên công 5: Cắt rãnh: ta đi gia công cắt rãnh cả trục

Nguyên công 6: Phay răng: đi gia công bánh răng

Nguyên công 7: Nhiệt luyện: Là nung nóng trục đến một nhiệt độ xác định, giữ nhiệt độ tại đó trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ qui định

để làm thay đổi tổ chức tế vi từ đó thay đổi cơ tính của thép theo ý muốn

Nguyên công 8 + 9: Mài bánh răngvà mài cổ trục: ta gia công mài bánh răng và

cổ trục

Nguyên công 10: Tổng kiểm tra: Kiểm tra lại sản phẩm và soát lỗi để sửa (nếu có)

2.1.2 Dòng di chuyển của sản phẩm qua các nguyên công

Dòng di chuyển của sản phẩm qua các nguyên công sẽ được sắp xếp theo đúng thứ tự các nguyên công: từ 1-12

Sơ đồ dòng di chuyển theo nguyên công:

Hình 2.2 Sơ đồ dòng di chuyển theo nguyên công

2.1.3 Phân tích thời gian

Sản phẩm trung bình trên 1 ngày: 450 sản phẩm

Nhu cầu trung bình hàng tháng: 9000 sản phẩm

Si: Phần trăm các sản phẩm lỗi

Oi: Kết quả (năng suất) đầu ra

Pi: Đầu vào (năng suất) yêu cầu

i: Thứ tự trạm làm việc

Sản phẩm được ước tính đầu ra là 9000 sản phẩm và được yêu cầu qua 8 bước

xử lý (dập, khoan, tiện thô, tiện tinh, cắt rãnh, phay răng, nhiệt luyện, mài bánh răng, mài cổ trục, kiểm tra) và ước tính sản phẩm bị lỗi là: S1 = 1%, S2 = 1%, S3 = 2%, S4 = 2%, S5 = 4%, S6= 3%, S7 = 3%, S8=2%, S9=3%, S10=3%

18

Giả sử không có thiệt hại nào giữa các công đoạn, kết quả đầu ra của công đoạntrước có thể coi là đầu vào của công đoạn sau sau: => O10 = O9; O9 = O8; O8 = O7; O7 =

O6; O6 = O5; O5 = O4; O4 = O3; O3 = O2; O2 = O1

Bảng 2.1 Bảng thể hiện số sản phẩm yêu cầu tại mỗi công đoạn

 Pi: Năng suất yêu cầu tại nguyên công i

 Ti: Thời gian gia công một đơn vị (sản phẩm hay chi tiết) tại nguyên công i

 Ci: Thời gian làm việc của nguyên công thứ i

 Ei: Hiệu suất của thiết bị khi vận hành

 Ri: Độ tin cậy của thiết bị

 Mi: Số lượng máy tại nguyên công i cần thiết

Bảng 2.2 Số máy cần thiết cho mỗi nguyên công

Nguyên

công (i)

Pi

(Năng suất)

2.1.6 Giản đồ quan hệ giữa máy và chi tiết

2.2 Mặt bằng hiện tại của nhà máy sản xuất chi tiết trục

2.2.1 Mặt bằng hiện tại và dòng dịch chuyển của các ca làm việc

a Bảng kích thước và diện tích các cụm máy

Đơn vị

Dài x rộng (m)

Diện tích của

1 máy (m 2 )

Diện tích tổng số máy (m 2 )

Chú thích

20