Hệ thống sản xuất tích hợp cim

HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS1.Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Flexible Manufacturing System là một hệ thống sản xuất được điều khiể

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

CAD/CAM

Nhóm lớp L01

HỌC KÌ 232

NĂM HỌC 2023-2024

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Thành Sinh viên thực hiện: Lê Minh Vương

MSSV: 2115333

MỤC LỤC

I HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 1

1.Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 1

2.Cấu tạo và hoạt động 1

2.1 Cấu tạo 1

2.2 Các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 1

2.3 Phân loại hệ thống FMS 3

3.Phạm vi ứng dụng và các ưu nhược điểm của hệ thống 4

3.1 Phạm vi ứng dụng 4

3.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 5

II Hệ thống sản xuất tích hợp CIM 5

1 Các định nghĩa về CIM 5

2 Các thành phần của CIM 6

3 Ưu điểm và phạm vi ứng dụng của CIM 8

3.1 Ưu điểm của CIM 8

3.2 Phạm vi ứng dụng của CIM 8

III TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

I HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

1.Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ thống sản xuất được điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chương trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất

Một hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung gồm có các phần sau:

+, Thiết bị xử lý như các trung tâm gia công, các trạm lắp ráp, và robot

+ ,Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ như robot, băng truyền,

+ , Một hệ thống truyền thông

+ , Một hệ thống điều khiển bằng máy tính

Trong sản xuất linh hoạt, các máy gia công tự động như tiện, phay, khoan, và hệ thống vận chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với nhau thông qua mạng máy tính

2.Cấu tạo và hoạt động

2.1 Cấu tạo

Trong hệ thống sản xuất linh hoạt ta có hệ thống điều khiển và giám sát Dựa vào thực tếsử

dụng, sự phân bố vị trí của các máy tính mà các hệ thống điều khiển và giám sát đã cósự phân hoá và dẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển và giám sát khác nhau là:

+ Hệ điều khiển và giám sát tập trung

+ Hệ điều khiển và giám sát phân quyền

+ Hệ điều khiển và giám sát phân tán

2.2 Các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.

Các máy CNC là những máy cắt kim loại có hiệu quả cao và đang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí Sử dụng các máy này cho phép không chỉ đạt mức độ tự động hóa gia công cao mà còn tạo khả năng điều chỉnh nhanh để gia công bất kỳ chi tiết nào trong phạm vi đặc tính kỹ thuật của máy, có nghĩa là tạo khả năng điều chỉnh linh hoạt

quy trình công nghệ Vì vậy, các máy CNC được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt nhỏ (loại sản xuất đặc trưng cho nhiều ngành chế tạo máy)

Vào những năm 1970 – 1980 để nâng cao năng suất của các máy CNC người ta nhóm các máy thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, có năng suất gần bằng năng suất của dây chuyền tự động sản xuất lớn nhưng lại loại trừ được nhược điểm của dây chuyền tự động

là chế tạo một chủng loại sản phẩm Trên cơ sở của các hệ thống tự động hóa đó người ta

đã xây dựng công nghệ điều chỉnh linh hoạt Theo công nghệ này thì bất kỳ chi tiết nào (trong phạm vi đặc tính kỹ thuật của máy) cũng có thể đưa vào hệ thống FMS theo bất kỳ tuần tự nào và được gia công với bất kỳ sản lượng nào

Khi làm việc trên các máy CNC người công nhân thực hiện chức năng cấp phôi cho máy, tháo chi tiết sau khi đã gia công, gá dụng cụ, thay đồ gá, mở máy, kiểm tra chi tiết và quan sát chung hoạt động của máy Nếu các chức năng trên đây của người công nhân được tự động hóa thì tỷ lệ thời gian máy tăng lên, có nghĩa là tăng được năng suất của thiết bị Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là hệ thống sản xuất có mức độ tự động hóa cao, được dùng để chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng nhỏ và vừa Hệ thống FMS bao gồm các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi, hệ thống vận chuyển phôi, các máy tính, hệ thống cung cấp chương trình để điều khiển toàn bộ công việc Công nghệ điều chỉnh linh hoạt trên các máy CNC được thực hiện theo các hướng chính sau:

+ Trang bị cho máy ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ):

Ở tích dụng cụ (magazin dụng cụ) với cơ cấu thay dao tự động cho phép gia công nhiều

bề mặt của chi tiết trong một hoặc một số lần gá và do đó giảm được thời gian gia công Như vậy, magazin dụng cụ giảm được chức năng của con người và nó là một bước phát triển trong công nghiệp điều chỉnh linh hoạt

+ Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi

Cơ cấu vệ tinh thay đổi là cơ cấu cấp phôi tự động và đẩy phôi đã gia công ra vị trí xác định Cơ cấu vệ tinh cho phép làm trùng thời gian phụ với thời gian máy khi gia công phối trên máy

+ Chế tạo máy nhiều trục chính

2

Máy nhiều trục chính thông dụng là các máy phay chuyên dùng Các máy này được sử dụng để gia công đồng thời nhiều chi tiết gióng nhau hoặc gia công đồng thời nhiều bề mặt của một chi tiết bằng nhiều dao Trong cả hai trường hợp trên năng suất gia công đều tăng lên rõ rệt

+ Gia cộng đồng thời bằng nhiều dao

+ Điều khiển các máy CNC bằng máy tính

Điều khiển các máy CNC bằng máy tính cho phép thực hiện công nghệ điều chỉnh linh hoạt và giảm được kích cỡ của máy đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng gia công + Tập hợp các máy CNC thành từng nhóm và điều khiển chúng bằng máy tính Điều khiển cả nhóm máy bằng máy tính cho phép hiệu chỉnh chương trình trực tiếp trên máy và điều chỉnh công việc của các máy Hiệu quả kinh tế kỹ thuật của nó được thể hiện qua những ưu điểm sau:

- Giảm chu kỳ lập trình

- Loại bỏ các băng từ

- Giảm số dụng cụ sử dụng

- Nâng cao năng suất (3 - 7 lần) và chất lượng gia công

+ Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS

Hệ thống FMS bao gồm cả hệ thống vận chuyển tự động và điều khiển trung tâm bằng máy tính, nhằm mục đích tự động hóa các nguyên công chính và phụ trong sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa

2.3 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)

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

3.Phạm vi ứng dụng và các ưu nhược điểm của hệ thống

3.1 Phạm vi ứng dụng

Trong nền sản xuất hiện đại việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạt đóng một vai trò hết sức quan trọng Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) cho phép tự động hoá ở mức

độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC,các rôbốt công nghiệp để điều khiển các đối tượng lao động, các đồ gá và các dụng cụ,các hệ thống vận chuyển - tích trữ phôi với mục đích tối ưu hoá quá trình công nghệ

và quá trình sản xuất

Đặc điểm của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo sản phẩm mới Như vậy, nó rất thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn mà còn cho sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ, thậm chí cả sản xuất đơn chiếc Ví dụ như một

số ứng dụng

được áp dụng chính trong các lĩnh vực sản xuất sau:

+ Gia công cắt kim loại

+ Tạo hình kim loại

+ Lắp ráp

4

+ Xử lý bề mặt

+ Kiểm tra

+ Kiểm nghiệm

Trong đó FMS được sử dụng phổ biến nhất trong gia công cắt kim loại

Tuy nhiên phân tích FMS trong điều kiện sản xuất đơn chiếc cho thấy sự không ăn khớp giữa năng suất của FMS và phương pháp chuẩn bị sản xuất bằng tay Cũng do việc sử dụng không đồng bộ các hệ thống tự động hoá mà quá trình chuẩn bị sản xuất bị kéo dài

Sự nối kết các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất với sự trợ giúp của mạng máy tính nội bộ cho phép tăng năng suất lao động của các nhà thiết kế, các nhà công nghệ và các nhà tổ chức sản xuất và do đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Các hệ thống sản xuất như vậy được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính; CIM bao gồm: thiết kế trợ giúp của máy tính; lập quy trình có trợ giúp của máy tính; lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra; kiểm tra chất lượng có trợ giúp của máy tính; và sản xuất có trợ giúp của máy tính

3.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

a Ưu điểm

+ Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất

+ Sản xuất đồng thời được nhiều loại sản phẩm khác nhau

+ Giảm thời gian thiết lập và thời gian chờ đợi trong sản xuất + Sử dụng thiết bị máy móc hiệu quả

+ Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động

+ Có khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu khác nhau

+ Khi một máy bị sự cố, các máy khác vẫn có thể làm việc được

b Nhược điểm

+ Giá thành đầu tư xây dựng ban đầu thường rất lớn

II Hệ thống sản xuất tích hợp CIM

1 Các định nghĩa về CIM

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 vi xử lí

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 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

6

2 Các thành phần của 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

Các thành phần của CIM:

Lập kế hoạch sản xuất:

Khi nhận được đơn đặt hàng trực tiếp hay qua các phương tiện giao tiếp (internet) cùng với chiến lược phát triển sản phẩm, CIM quản lý bằng phần mềm chuyên biệt (CIMSOFT) nó liên tục được truyền đi tới các phân hệ quản lý, điều khiển hệ thống Dựa trên kế hoạch này các phân hệ tự động cập nhật, xử lý thông tin để đảm bảo sự hoạt động nhịp nhàng, lưu loát cho toàn hệ thống Vì vậy, việc lập kế hoạch có ý nghĩa rất quan trọng, nó quản lý toàn bộ hệ thống trên tầng vĩ mô

Thiết kế sản phẩm:

Thiết kế sản phẩm là modul nhằm tạo ra các thông số về đối tượng cần sản xuất Khi nhận sản phẩm mới thì modul quản lý tự động dò tìm trong thư viện dữ liệu sản phẩm về sự tồn tại của sản phẩm, nếu đã có thì chuyển đến phân hệ gia công, nếu chưa có thì đưa ra dạng sản phẩm đã tồn tại với mức độ giống nhất và chuyển đến cho hệ thống thiết kế

Lập quy trình sản xuất:

Là phân hệ mất nhiều thời gian và tài chính CIM xử dụng các modul lập quy trình công nghệ tự động bằng giải pháp phần mềm lập trình Phân hệ CAPP (Computer Aided Process Planning) là một giải pháp hữu hiệu Với các thông tin đầy đủ phân hệ CAPP sẽ quyết định đưa ra một qui

Lập trình cho các trạm gia công:

Các trạm gia công bao gồm các trang thiết bị tham gia trong quá trình chế tạo sản phẩm: Các máy CNC, Robot… Lập trình cho các tế bào gia công CNC bao gồm các thông tin về hình học (CAD) và các thông tin công nghệ Quá trình được mô phỏng trên phân hệ CAD/CAM Lập trình cũng hoàn toàn tương tự với robot và các thiết bị khác và gửi lên mức xử lý thông tin cao hơn để phối hợp

Thiết bị sản xuất:

Quá trình sản xuất được thiết lập khi các yếu tố chuẩn bị về kỹ thuật và tổ chức được thực hiện Trong quá trình này chi tiết dần dần được hình thành Đây cũng là quá trình trực tiếp làm biến đổi phôi liệu thông thành chi tiết Trên các tế bào gia công chi tiết trực tiếp bị biến đổi về mặt hình học và cơ tính Các tế bào gia công mà chủ yếu là các máy điều khiển số CNC, DNC…

Vận chuyển, tích trữ:

Vận chuyển các chi tiết gia công (phôi) trong kho hoặc trên các vệ tinh tới các vị trí tiếp nhận hay chuyển tích trữ dụng cụ

Kiểm tra:

Kiểm tra các thông số về đối tượng sản xuất trong hệ thống CIM sử dụng nhiều máy kiểm tra tự động khả lập trình

Tiếp thị, phân phối sản phẩm:

Đây cũng là một modul quan trọng để phát triển chiến lược sản xuất Doanh nghiệp phải có phương thức marketing và phân phối sản phẩm phù hợp đáp ứng các tiêu chuẩn thị trường

Dữ liệu và quản lý thông tin

Việc thu thập và quản lý dữ liệu từ quá trình sản xuất là quan trọng để hiểu và cải thiện quá trình Dữ liệu này cung cấp thông tin cho phân tích, đánh giá hiệu suất và ra quyết định chi tiết về việc cải thiện quy trình sản xuất

Nhân lực và đào tạo

Nhân lực đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành và quản lý hệ thống CIM Họ cần được đào tạo để hiểu cách sử dụng các công cụ và phần mềm, và đảm bảo rằng hệ thống hoạt động một cách hiệu quả và an toàn

8

3 Ưu điểm và phạm vi ứng dụng của CIM.

3.1 Ưu điểm của 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

3.2 Phạm vi ứng dụng của 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

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