NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật với đề tài Nghiên cứu và xây dựng hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất trình bày nội dung gồm những chương sau: chương 1 tổng quan về tự động hóa dây chuyền sản xuất, chương 2 nghiên cứu và xây dựng hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất, chương 3 xây dựng phần mềm cho hệ thống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN VĂN NHÂN NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, tháng 08 năm 2012 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Cán bộ hướng dẫn chính: Phạm Văn Nguyên Học hàm, học vị: Đại uý, Tiến sỹ Chữ ký: ………………………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 1: ……………………………………………… Học hàm, học vị: ……………………………………………………… Chữ ký: ………………………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 2: ……………………………………………… Học hàm, học vị: ……………………………………………………… Chữ ký: ………………………………………………………………… Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Ngày tháng năm 2012 HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨ VIỆT NAM PHÒNG SAU ĐẠI HỌC Độc lập - Tự do -Hạnh phúc Hà Nội, ngày tháng năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Văn Nhân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/04/1980 Nơi sinh: Nghệ An Chuyên ngành: Tự động hoá MSHV: I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu và xây dựng hệ thống tự động hoá dây chuyền sản xuất II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xây dựng mô hình tự động hoá dây chuyền phân loại sản phẩm; dây chuyền gồm ba khâu đó là phân loại sản phẩm, phân phối sản phẩm và đóng gói sản phẩm . Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu thực nghiệm: Nội dung nghiên cứu III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 12/03/2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/08/2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Cán bộ hướng dẫn chính: Phạm Văn Nguyên Học hàm, học vị: Đại uý, Tiến sỹ Chữ ký: ………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN Đại uý, Tiến sỹ QL CHUYÊN NGÀNH Phạm Văn Nguyên Nội dung và đề cương luận văn thạc sỹ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua. Ngày tháng năm 2012 TRƯỞNG PHÒNG SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ và tên học viên: Nguyễn Văn Nhân Chuyên ngành: Tự động hóa Khoá: 22 Cán bộ hướng dẫn: Đại uý – TS Phạm Văn Nguyên Tên đề tài: Nghiên cứu và xây dựng hệ thống tự động hoá dây chuyền sản xuất. Luận văn gồm những nội dung sau: Cấu trúc của luận văn gồm: Lời nói đầu; 3 chương 1, 2, 3; phần kết luận; tài liệu tham khảo. Nội dung chính của luận văn: Chương 1 chủ yếu Nghiên cứu lý thuyết điều khiển cho hệ MIMO (multi-input multi output) bao gồm: Xem xét các hệ thống điều khiển quá trình, quá trình, biến quá trình để hình thành khái niệm điều khiển cho hệ MIMO nhằm đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, hiệu quả và kinh tế nhất.Các nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển hệ MIMO. Thiết lập bài toán rồi đưa ra cấu trúc cho bộ điều khiển hệ MIMO và rút ra các giai đoạn cơ bản tổng hợp hệ MIMO Chương 2 nghiên cứu hệ thống điều hoà không khí với lưu lượng thay đổi VAV bao gồm: Tổng quan về hệ thống, các dạng hệ thống điều hoà không khí lưu lượng thay đổi, cách kiểm soát, điều khiển và hệ thống kiểm soát, điều khiển tự động nhiệt độ-độ ẩm Chương 3 đi sâu nghiên cứu để xây dựng thuật toán điều khiển MIMO ứng dụng cho VAV bào gồm: Xây dựng hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống, tổng hợp bộ điều khiển, tổng hợp hàm truyền bộ điều khiển và chạy mô phỏng trên Simulink 1 Lời nói đầu Ngày nay, việc sử dụng các dây chuyền, hệ thống để chế tạo sản phẩm không còn là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới. Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết kế, trang bị đầy đủ và vô cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác, các robot trong dây chuyền hết sức linh hoạt. Và đặc biệt, công việc điều khiển hệ thống dây chuyền rất đơn giản, dễ dàng, thuận tiện cho người sử dụng và có thể dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển hoạt động của dây chuyền để chế tạo các chi tiết máy, các sản phẩm khác theo yêu cầu thực tế của thị trường. Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liên tục khép kín, từ nguyên công cấp phôi cho đến nguyên công đóng gói sản phẩm đưa vào kho dự trữ hay đưa ra thị trường đều được tự động hóa. Với Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang cố gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới. Hiện nay, ở Việt Nam với điều kiện kinh tế, cơ sở vật chất, trình độ con người còn thấp nên hệ thống dây chuyền sản xuất tự động được sử dụng chưa mang tính chất đồng bộ, cũng như tính tự động hóa chưa cao, chưa được sử dụng rộng rãi. Vì vậy việc nghiên cứu tìm hiểu, thiết kế, xây dựng hệ thống sản xuất tự động hóa đã và đang là những hướng quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế, cũng như phát triển kỹ thuật và công nghệ Việt Nam. Xuất phát từ điều đó, được sự giúp đỡ, định hướng của thầy giáo hướng dẫn, cũng như nhu cầu của cá nhân tôi đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu và xây dựng hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất”. Với mục đích bổ sung vào nhu cầu tìm hiểu của đọc giả về việc nghiên cứu, xây dựng các công đoạn sản xuất tự động trong dây chuyền nói riêng cũng như xây dựng hệ thống dây chuyền sản xuất tự động nói chung và cũng có thể ứng dụng vào trong thực tiễn. 2 + Nội dung trình bày trong luận văn gồm những phần sau: Chương 1: Tổng quan về tự động hóa dây chuyền sản xuất. Chương 2: Nghiên cứu và xây dựng hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất. Chương 3: Xây dựng phần mềm cho hệ thống. Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù được sự chỉ bảo tận tình giúp đỡ của thầy giáo Đại úy – TS. Phạm Văn Nguyên và các thầy giáo trong khoa kỹ thuật điều khiển…bản thân đã rất cố gắng, tuy nhiên do hạn hẹp về thời gian, cũng như kiến thức còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo và các đọc giả để luận văn này được hoàn thiện hơn nữa. 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 1.1. Tóm tắt lịch sử phát triển tự động hoá quá trình sản xuất: Từ xa xưa, con người luôn mơ ước về các loại máy có khả năng thay thế cho mình trong các quá trình sản xuất và các công việc thường nhật. Vì thế, mặc dù tự động hoá các quá trình sản xuất là một lĩnh vực đặc trưng của các khoa học kỹ thuật hiện đại trong thế kỷ 20, nhưng những thông tin về các cơ cấu tự động làm việc không cần có sự trợ giúp của con người đã tồn tại từ trước Công Nguyên. Các máy tự động cơ học đã được sử dụng ở Ai Cập cổ và Hy Lạp khi thực hiện các màn múa rối để lôi kéo những người theo đạo. Trong trời kỳ Trung cổ, người ta đã biết đến các máy tự động cơ khí thực hiện chức năng người gác cổng của Albert. Một đặc điểm chung của các máy tự động kể trên là chúng hầu như không có ảnh hưởng gì tới các quá trình sản xuất của xã hội thời đó. Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp do Ponzunov, thợ cơ khí người Nga, chế tạo vào năm 1765. Nhờ đó mà mức nước trong nồi hơi được giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước. Để đo mức nước trong nồi, Ponzunov dùng một cái phao. Khi mức nước thay đổi phao sẽ tác động lên cửa van, thực hiện điều chỉnh lượng nước vào nồi. Nguyên tắc điều chỉnh của cơ cấu này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, sau này được gọi là nguyên tắc điều chỉnh theo sai lệch hay nguyên tắc Ponzunov-Watt. Đầu thế kỷ 19, nhiều công trình có mục đích hoàn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động của máy hơi nước đã được thực hiện. Cuối thế kỷ 19 các cơ cấu điều chỉnh tự động cho các tuabin hơi nước bắt đầu xuất hiện. Năm 1712 ông Nartov, thợ cơ khí người Nga, đã chế tạo máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu được thực hiện tự động. Chuyển động dọc của bàn dao do cơ 4 cấu bánh răng – thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 ông Nandsley người Anh mới thay thế chuyển động này bằng chuyển động theo cơ cấu vít me – đai ốc. Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng. Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludnig Lowe (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh. Năm 1887 D.G.Stoleov đã chế tạo được phần tử cảm quang đầu tiên, quan trọng nhất của kỹ thuật tự động hoá. Cũng trong giai đoạn này, các cơ sở của lý thuyết điều chỉnh và điều khiển hệ thống tự động bắt đầu được nghiên cứu, phát triển. Một trong những công trình đầu tiên của lĩnh vực này thuộc về nhà toán học nổi tiếng P.M.Cherbysev. Có thể nói, ông tổ các phương pháp tính toán kỹ thuật của lý thuyết điều chỉnh hệ thống tự động là I.A.Vysnegrat-xki, giáo sư toán học nổi tiếng của trường đại học công nghệ thực nghiệm Saint Peterburg. Năm 1876 và 1877 ông đã cho đăng ký các công trình “lý thuyết cơ sở của các cơ cấu điều chỉnh” và “Các cơ cấu điều chỉnh tác động trực tiếp”. Các phương pháp đánh giá ổn định và chất lượng của các quá trình quá độ do ông đề xuất vẫn được dùng cho tới ngày nay. Không thể không kể tới đóng góp to lớn trong sự nghiệp phát triển lý thuyết điều khiển hệ thống tự động của các nhà bác học A.Stodo người Séc, A.Gurvis người Mỹ, A.K.Maxwell và D.Paux người Anh, A.K.Lapunov người Nga và nhiều nhà bác học khác. Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã cho pháp chế tạo, trong những thập kỷ đầu của thê kỷ 20, các loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp và các đường dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Cũng trong khoảng thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, ngành khoa học về các quy luật chung của quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống có tổ chức đã góp phần 5 đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hoá các quá trình sản xuất vào công nghiệp. Trong những năm gần đây, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành rộng rãi tự động hoá trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của nền kinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ và hàng khối thay đổi. Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối của thế kỷ 20 đã có các thay đổi sâu sắc. Sự xuất hiện của một loạt các công nghệ mũi nhọn như kỹ thuật linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình (Visual Manufacturing Systems), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) và công nghệ Nanô toàn phần không chỉ trong sản xuất hàng khối mà cả trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc. Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ thống điều khiển theo chương trình logic PLC (Programmable Logic Control), các hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing Systems), các hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Integrated Manufaturing) cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít nhất, rút ngắn chu kỳ chế tạo sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại. Những thành công ban đầu của quá trình liên kết một công nghệ hiện đại trong khoảng 10, 15, năm vừa qua đã khẳng định xu thế phát triển của nền sản xuất trí tuệ trong thế kỷ 21 trên cơ sở của thiết bị thông minh. Để có thể tiếp cận và ứng dụng dạng sản xuất tiên tiến này, ngay từ hôm nay, chúng ta phải nghiên cứu, học hỏi và chuẩn bị cơ sở vật chất cũng như đội ngũ cán bộ kỹ thuật cho nó. Việc bổ xung, cải tiến nội dung và chương trình đào tạo [...]... 16 Chương 2 NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1 Nghiên cứu hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất Tự động hoá quá trình sản xuất có nhiều bước và mức độ khác nhau Lúc đầu là tự động hoá một bộ phận hay chuyển động nào đó của máy, sau đó là tự động hoá chu kỳ gia công để thành máy tự động, kế đến là tự động hoá cấp phôi để chuyển máy bán tự động thành máy tự động Bước... các máy tự động thành một hệ thống, vận chuyển phôi liệu và bán thành phẩm giữa các máy, kiểm tra sản phẩm, thải phôi, v.v được tự động hoá Và như vậy, hệ thống sản xuất tự động ra đời Hệ thống thiết bị này được điều khiển tự động và thống nhất, có cơ cấu bảo vệ, hiệu chỉnh tự động Hệ thống sản xuất tự động phải bảo đảm có ba dòng vận động tự động: - Dòng vận động vật liệu (material) - Dòng vận động. .. tin (information) - Dòng vận động năng lượng (energy) Trong nội dung phần này giới thiệu hai loại hình tự động: dây chuyền tự động và hệ thống sản xuất linh hoạt 2.1.1 Dây chuyền sản xuất tự động 2.1.1.1 Khái niệm Dây chuyền sản xuất tự động có các đặc điểm sau đây: - Hệ thống thiết bị sản xuất một hay vài loại sản phẩm nhất định với sản lượng lớn - Hệ thống thiết bị này tự động thực hiện các nhiệm vụ... trên dây chuyền tự động Trong những năm gần đây, nhiều loại dây chuyền tự động có thêm máy chuốt mặt phẳng và máy cán lỗ cho các chi tiết đặc thù Theo lịch sử phát triển tự động hoá, các dây chuyền sản xuất tự động đã có trong thực tế bao gồm: + Dây chuyền gồm các máy vạn năng cải tiến + Dây chuyền gồm các máy chuyên dùng + Dây chuyền gồm các máy tổ hợp + Dây chuyền gồm các máy chuyên môn hoá + Dây chuyền. .. thiết bị và công nghệ để đào tạo cán bộ kỹ thuật, công nhân, tiến tới làm chủ các thiết bị đó tạo tiền đề cho quá trình chế tạo máy sau này 15 1.4.3 Tiếp tục nghiên cứu chế tạo các module sản xuất linh hoạt, hệ thống sản xuất linh hoạt Cần từng bước tự động hoá khâu chuẩn bị sản xuất như: thiết kế sản phẩm, thiết kế qui trình công nghệ, lập kế hoạch v.v… để tạo ra hệ thống tự động hoá sản xuất từ thiết... mền CAD và CAM để tạo điều kiện cho cán bộ kỹ thuật nâng cao trình độ 1.5 Kết luận chương 1 Trong chương này trình bày khái quát về tự động hoá quá trình sản xuất Nội dung của chương trình bày sơ lược về sự hình thành và phát triển tự động hoá quá trình sản xuất, đưa ra một số khái niệm về tự động hoá, vai trò và ý nghĩa của tự động hoá quá trình sản xuất, cũng như định hướng phát triển tự động hoá ở... tạo sản phẩm chất lượng thấp, giá thành cao Cạnh tranh bắt buộc các nhà sản xuất phải cải tiến công nghệ, áp dụng tự động hoá quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm tốt hơn với giá rẻ hơn Có rất nhiều ví dụ về các nhà sản xuất không có khả năng hoặc không cải tiến công nghệ và áp dụng tự động hoá sản xuất nên dẫn đến thất bại trong thị trường 1.4 Phương hướng phát triển tự động hoá ở Việt Nam Nghiên cứu. .. nối hệ CAM với hệ CAM Hệ thống tích hợp CAD/CAM còn được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính (CIM) Các quá trình sản xuất thực hiện bằng hệ thống này được gọi là quá trình sản xuất tích hợp Trong các hệ thống sản xuất tích hợp, chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, hỗ trợ lẫn nhau, cho phép tạo ra sản phẩm nhanh 10 chóng bằng các qui trình sản xuất linh hoạt và. .. động chạy dao và kẹp chặt - Lựa chọn những máy bán tự động sản xuất hàng loạt để trang bị thêm phần cấp phôi tự động, từng bước chuyển đổi thành máy tự động - Nghiên cứu cải tiến một số máy điều khiển chương trình số làm cơ sở cho việc thiết kế và chế tạo sau này 1.4.2 Thiết kế, chế tạo các loại máy bán tự động, máy tự động Tiến hành nghiên cứu thiết kế, chế tạo các máy bán tự động và tự động song song... tự động dùng trong sản xuất hàng khối và nhóm máy CNC Nó cho phép chuyển đổi nhanh sản xuất khi thay đổi sản phẩm với chi phí thời gian và tiền bạc ở mức thấp nhất Theo cấu trúc và quy mô, có thể phân chia hệ thống sản xuất linh hoạt theo các cấp độ từ thấp đến cao: máy linh hoạt, module sản xuất linh hoạt, dây chuyền sản xuất linh hoạt, phân xưởng sản xuất linh hoạt, và nhà máy sản xuất linh hoạt 1.2.8 . động hoá MSHV: I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu và xây dựng hệ thống tự động hoá dây chuyền sản xuất II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xây dựng mô hình tự động hoá dây chuyền phân loại sản phẩm; dây chuyền. 1: Tổng quan về tự động hóa dây chuyền sản xuất. Chương 2: Nghiên cứu và xây dựng hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất. Chương 3: Xây dựng phần mềm cho hệ thống. Trong quá trình thực hiện. tự động hóa dây chuyền sản xuất . Với mục đích bổ sung vào nhu cầu tìm hiểu của đọc giả về việc nghiên cứu, xây dựng các công đoạn sản xuất tự động trong dây chuyền nói riêng cũng như xây dựng