Trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại, xu thế thiết lập các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) là tất yếu.Đặc điểm nổi bật của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị trong hệ thống để chế tạo ra các sản phẩm mới, thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn mà còn cho sản xuất loạt vừa, loạt nhỏ, thậm chí cả sản xuất đơn chiếc.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA : CƠ KHÍ
BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC : FMS & CIM
SVTH : NGUYỄN KHẮC SÁNG Lớp : CK1 – K7
MSV : 0741010035
GVHD : NGUYỄN HOÀI SƠN
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU
Trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại, xu thế thiết lập các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) là tất yếu.Đặc điểm nổi bật của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị trong hệ thống để chế tạo ra các sản phẩm mới, thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn mà còn cho sản xuất loạt vừa, loạt nhỏ, thậm chí cả sản xuất đơn chiếc
Trên thế giới, sản xuất linh hoạt FMS đã được nghiên cứu và phát triển ở trình
độ cao để chế tạo ô tô, tàu vũ trụ và các thiết bị công nghệ cao khác Môn học “Hệ
thống sản xuất linh hoạt & sản xuất tích hợp (FMS & CIM)” cung cấp các kiến
thức cơ bản về hệ thống sản xuất linh hoạt & sản xuất tích hợp (FMS & CIM), các thành phần cũng như công dụng của chúng cho sinh viên Sinh viên được tìm hiểu các hệ thống sản xuất tiên tiến trên thế giới đã được ứng dụng trong sản xuất và bắt đầu được ứng dụng ở Việt Nam Hơn nữa, sinh viên có thể vận dụng kiến thức đã học, tính toán và thiết kế một hệ thống sản xuất linh hoạt như việc tính toán số máy gia công, cách bố trí các máy,… Tuy nhiên thiết bị thực tập, thực hành của môn học này rất đắt đỏ vì chủ yếu nhập ở nước ngoài nên sinh viên còn hạn chế tron khâu thực tiễn mà chỉ nghiên cứu sơ bộ thông qua tài liệu, giáo trình và hướng dẫn của giảng viên
Qua môn học này, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Hoài Sơn, em đã được củng cố, mở rộng các kiến thức về các hệ thống sản xuất linh hoạt và tích hợp, khả năng ứng dụng chúng trên thế giới và Việt Nam Tổng hợp các kiến thức đã học, em xin trình bày trong phạm vi một tiểu luận ngắn với các yêu cầu đặt ra:
- Tổng quan về hệ thống FMS & CIM
- Thuyết minh bài tập lớn ( tính toán 1 hệ thống FMS & CIM )
- Vẽ sơ đồ hệ thống FMS trên cơ sở đã tính toán
- Kết quả nhận được sau khi nghiên cứu môn học
Cơ sở lý thuyết này được em trình bày dưới sự giúp đỡ của thầy Nguyễn Hoài Sơn, do còn có sự hạn chế về thời gian và kinh nghiệm, nên bản viết này không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô trong bộ môn này
Xin chân thành cảm ơn !
Trang 3CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ FMS & CIM.
I Lịch sử của FMS.
Khoa học máy tính ra đời từ những năm 70 của thế kỷ trước Cùng với sự phát triển không ngừng của nó, các hệ thống sản biến đổi ngày một hiện đại hơn Từ sản xuất tự động hóa từng phần, toàn phần, rồi phát triển thành các dây chuyền sản xuất tiên tiến, thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và cuối cùng là hệ thống sản xuất tích hợp có
sự trợ giúp của máy tính CIM Những nhà máy CIM ra đời đã tạo ra năng suất, chất lượng sản phẩm rất cao Trong quá trình hoạt động của nhà máy, máy vi tính tham gia vào quản lý từ khâu ban đầu là thiết kế sản phẩm cho tới gia công, kiểm tra chất lượng và cuối cùng là tính giá thành sản phẩm, năng suất sản phẩm và phân phối sản phẩm chất lượng ra thị trường hàng hóa một cách hiệu quả và kinh tế nhất.Trong nền sản xuất hiện đại việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạt FSM đóng 1 vai trò hết sức quan trọng ,nó thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối ,hàng loạt lớn mà còn cho sản xuất hang loạt vừa và hang loạt nhỏ thậm chí cả sản xuất đơn chiếc Hiện nay ở nước ta, các khu công nghiệp có rất nhiều các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS của các tập đoàn kinh tế lớn trên thế giới đã được đưa vào sản xuất như: nhà máy Honda, Toyota Việt Nam, công ty kính nổi (VGF)…
Một trong những hướng phát triển của nền công nghiệp là thiết lập các hệ thông sản xuất, nối kết năng suất của dây chuyền sản xuất tự động hóa cứng với tính linh hoạt mà trước đây chỉ được tạo ra bởi lao động của con người Một trong những vấn
đề nêu trên là sản xuất đơn chiếc và sản xuất loạt nhỏ chiếm tới 80% khối lượng của sản xuất công nghiệp Khi nói về dự báo thì tỉ lệ này cũng được giữ nguyên trong tương lai Một nguyên nhân khác mà tại hội nghị quốc tế ‘’ Prolamat – 82 ‘’
(Lêningrad, Nga, tháng 5 – 1982) cũng đã thừa nhận đó là sự thuyên chuyển cán bộ
từ khu vực sản xuất công nghiệp (đặc biệt là công nghiệp sản xuất máy vạn năng) sang khu vực dịch vụ Tuy nhiên, nguyên nhân ‘’ linh hoạt ‘’ chủ yếu là : thiết lập hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems ) để tạo ra lực lượng sản xuất mới , có khả năng làm thay đổi bối cảnh xã hội, tạo ra 1 yếu tố chiến lược trong cạnh tranh kinh tế và quốc phòng giữa các nước
Trang 4- Năm 1970 một số cơ cấu được chế tạo và sử dụng.
- Tháng 11 năm 1978 trong tạp chí ‘’ IRON AGE ‘’ đã đăng bài báo đầu tiên về
‘’tính linh hoạt sản xuất ’’, người ta mới có ý tưởng về triển vọng của gia công
cơ khí
- Sau khi công nhận kết quả nghiên cứu của hãng “Koman” (Italia) về 3 trung tâm gia gia công được sử dụng ở nhà máy “ General Motors “ để chế tạo bánh răng và trục oto và với hàng loạt hệ thống do các hãng của Nhật Bản chế tạo thì hệ thống sản xuất linh hoạt FMS mới được sử dụng rộng rãi
II Tổng quan về FMS & CIM.
1 Những khái niệm cơ bản.
1.1 Tự động hóa sản xuất.
Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong
đó con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn giải phóng từ quá trình điều khiển sản xuất Ở đây trách nhiệm của con người là theo dõi quá trình sản xuất
1.2 Tự động hóa từng phần.
Tự động hóa từng phần có nghĩa là tự động hóa từng nguyên công riêng biệt Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tự động hóa và nó được ứng dụng cả những nơi
mà sự tham gia trực tiếp của con người không thể thực hiện được (nguy hiểm đối với con người)
1.3 Tự động hóa toàn phần.
Trong tự động hóa toàn phần thì công đoạn sản xuất , phân xưởng sản xuất và nhà máy sản xuất hoạt động như một khối thông nhất Tự động hóa toàn phần có tính
ưu việt trong điều kiện sản xuất phát triển ở trình độ cao trên cơ sở của các
phương pháp công nghệ tiên tiến và các phương pháp điều khiển có sự trợ giúp của máy tính
1.4 Máy tự động công nghệ.
Máy tự động công nghệ là máy mà chu trình hoạt động của nó được thực hiện không có sự tham gia của con người, ví dụ như máy tự động dùng để thiết lập sơ
đồ tổng thể trả lương cho người lao động
Trang 51.5 Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất.
Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau 1 cách nối tiếp hoặc song song
Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức sau:
M L =
Ở đây : Ld – tính linh hoạt đạt được
Ly – tính linh hoạt yêu cầu
Nếu ML =1 thì yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn
Khi ML> 1 thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt
Nếu ML < 1 thì không phải tất cả các sản phẩm được chế tạo trong điều kiện tối ưu là chỉ có 1 số sản phẩm được chế tạo
Giá thành để tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào 2 yếu
tố là yếu tố kĩ thuật và yếu tố tổ chức
1. Yếu tố kĩ thuật bao gồm : Công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng
chạy dao, số lượng các đầu mang dụng cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và kho chứa các thiết bị điều khiển, dung lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và đồ gá , mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước của các thiết bị điều khiển và kỹ thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng
2. Yếu tố tổ chức: Chu kỳ chế tạo sản phẩm, chủng loại sản phẩm, chu kì
thay đổi sản phẩm, độ ổn định của hệ thống sản xuất
Ngoài ra còn có các tính linh hoạt khác như tính linh hoạt của máy, tính linh hoạt của quá trình, tính linh hoạt đối với sản phẩm, tính linh hoạt theo tiến trình, tính linh hoạt theo khối lượng sản phẩm được chế tạo, tính linh hoạt theo quy mô mở rộng sản xuất, tính linh hoạt theo chủng loại sản phẩm
2.6 Tự động hóa sản xuất linh hoạt.
Tự động hóa sản xuật linh hoạt được dùng trong sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ (nhiều chủng loại chi tiết ) nó dựa trên công nghệ nhốm và công nghệ điển hình với sử dụng các máy CNC, các moodul sản xuất linh hoạt các hệ thống kho chứa và vận chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị được điều khiển bằng máy vi tính
2.7 Hệ thống sản xuất linh hoạt
Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự động, các moodun sản xuất linh hoạt các thiết bị công nghệ sản xuất riêng lẻ và các hệ thống đảm bảo chức năng hoạt động với chức năng tự động trong khoảng thời gian đã
Trang 6định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kì trong 1 giới hạn nào đó
2.8 Môdun sản xuất linh hoạt.
Môdun sản xuất linh hoạt là một đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình để chế tạo các sản phẩm bất kì trong 1 giới hạn nào đó Thiết bị này thực hiện 1 cách tự động tất cả các chức năng có liên qua đến chế tạo sản phẩm và nó có khả năng hoạt động trong FMS
2.9 Rôbôt công nghiệp
Rôbôt công nghiệp là 1 mấy tự động đứng yên hoặc di động nó gồm 1 cơ cấu chấp hành dưới dạng tay máy có 1 số bậc tự do và 1 cơ cấu điều khiển để thực hiện các chức năng di chuyển trong quá trình sản xuất
2.10 Tổ hợp Rôbôt công nghệ.
Tổ hợp Rôbôt công nghệ là toàn bộ một thiết bị công nghệ và các thiết bị khác để thực hiện các chu kì lặp lại một cách tự động
Các tổ hợp Rôbôt công nghệ trong FMS phải có khả ngăng điều chỉnh tự động và khả năng thích ứng trong hệ thống FMS
2.11 Dây chuyền tự động linh hoạt.
Dây chuyền tự động linh hoạt là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ được lắp đặt theo trình tự các nguyên công đã được xác định
2.12 Công đoạn tự động hóa linh hoạt.
Công đoạn tự động hóa linh hoạt là FMS hoạt động theo tiến trình công nghệ mà trông đó có khả năng thay đổi trình tự sử dụng thiết bị công nghệ
2.13 Phân xưởng tự động hóa linh hoạt
Phân xưởng tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, công đoạn tự động hóa linh hoạt và tổ hợp Rôbôt công nghệ được kết nối với nhau theo phương án để chế tạo các sản phẩm của 1 chủng loại xác định
2.14 Nhà máy tự động hóa linh hoạt.
Trang 7Nhà máy tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, tổ hợp Rôbôt công nghệ và phân xưởng tự động hóa linh hoạt được kết nối với nhau theo phương án để chế tạo các sản phẩm của nhiều chủng loại sản phẩm
3. Cấu trúc của FMS.
Thành phần của FMS bao gồm :
- Các thiết bị công nghệ và các thiết bị kiểm tra được trang bị các tay máy tự động và các máy tính để tin toán và điều khiển
- Các bộ chương trình để điều khiển FMS …
- Các tế bào gia công tự động ( các modun sản xuất linh hoạt ) thông thường là các máy CNC có mối liên kết giữa các máy tính và hệ thống vận chuyển- tích trữ phôi tự động
4. Sự tích hợp của FMS với hệ thống tự động hóa
Sự tích hợp của hệ thống thiết kế tự động và hệ thống chuẩn bị công nghê sản xuất
tự động với FMS là rất cần thiết bởi vì hệ thống tích hợp cho phép giải phóng con người khỏi sự tham gia trực tiếp trong quy trình công nghệ và như vậy con người chỉ
có chức năng kiểm tra và giám sát
• Hệ thống sản xuất: là quá trình biến đổi nguyên vật liệu thành dạng có ích,
cuối cùng là tạo ra sản phẩm
•Tự động hóa sản xuất là 1 hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn cả quá trình điều khiển sản xuất
•Tính linh hoạt của 1 hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phảm khác nhau một cách nối tiếp hoặc song song
=> Hệ thống sản xuất tự động hóa linh hoạt FMS: (Flexible Manufacturing System)
là một hệ thống được điều khiển bằng máy tính, có khả năng thay đổi chương trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất
2.Nhu cầu và ứng dụng thực tế của FMS.
Trong nền sản xuất hiện đại dưới áp lực cạnh tranh giá thành, hiệu suất, năng suất giữa các nhà máy với nhau Nhu cầu cấp bách cần phải thay thế nhân công lao động ở các môi trường làm việc khắc nghiệt như dây chuyền sơn oto, hàn oto, đánh bong đá… và yêu cầu về độ chính xác tin cậy là một số nguyên nhân FMS ra đời và được ứng dụng rộng rãi Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS còn cho phép tự động hóa ở mức độ tự động hóa cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa trên cơ sở áp dụng các máy CNC,các robot công nghiệp để điều khiển, các đồ gá và các dụng cụ, các hệ
Trang 8thống vận chuyển - tích trữ phôi với mục đích tối ưu hóa quá trình công nghệ và quá trình sản xuất Đặc điểm của hệ thống sản xuất FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo sản phẩm mới với mọi quy mô, từ đơn chiếc đến hàng khối Trên thế giới và ở nước ta hiện nay, hệ thông FMS được ứng dụng rộng rãi vào các dây chuyền phun sơn điện tử của các hãng Honda, Toyota Các dây chuyền lắp ráp oto, dây chuyền hàn mui xe oto, dây chuyền mài đá của các công ty gạch men, dây chuyền sản xuất nước uống đóng chai lavia, pessi, coca-cola, các dây chuyền sản xuất linh kiện điện tử, bảng mạch máy tính, hay dây chuyền sản xuất xúc xích, sách vở
3 Cấu trúc của FMS.
Hệ thống FMS gồm 3 phần :
Các thiết bị công nghệ và các thiết bị kiểm tra được trang bị các tay máy
tự động và các máy tính để tính toán và điều khiển
Các bộ chương trình để điều khiển FMS
Các tế bào gia công tự động (các mô đun sản xuất linh hoạt), thông
thường là các máy CNC có mối liên kết với các máy tính và hệ thống vận
chuyển – tích trữ phôi tự động
Theo cấu trúc thì FMS là một tổ hợp của tế bào gia công tự động và tế bào
kiểm tra tự động được liên kết với nhau thành một hệ thống nhất theo dòng
vật liệu với sự giúp đỡ của hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi tự động và
điều khiển nhờ mạng máy tính
5.Nguyên tắc thiết lập FMS
Thiết lập hệ thống FMSđược bắt đầu từ việc xác định họ chi tiết được chế tạo để xác định thiết bị công nghệ của FMS.Tiếp đó là thiết lập cấu trúc về chức băng ,công nghệ và thông tin của FMS đồng thời thiết lập mạng máy tính nội bộ
Sau đó ta cần thiết lập hệ thống tích hợp toàn phần Vấn đề tiêu chuẩn hóa của FMS phải được chú ý ngay từ đầu và phải được sử dụng rộng rãi nguyên tắc môdun
6 Phân loại FMS
Có 3 loại FMS :
-Loại 1 không phụ thuộc vào dòng vật liệu của tế bào gia công tự động
-Loại 2 gồm các tế bào gia công tự động vạn năng được điều khiển từ mạng máy tính và hệ thống vận chuyển –tích trữ phôi tự động linh hoạt
-Loại 3 là dây truyền tự động linh hoạt
7 Ưu nhược điểm của hệ thống FMS.
• Ưu điểm: Một hệ thống sản xuất linh hoạt
Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất,
Sản xuất được đồng thời nhiều sản phẩm khác nhau,
Sử dụng thiết kế máy móc hiện đại,
Trang 9 Giảm chi phí sản xuất cho công nhân,
Xử lí được nhiều loại nguyên liệu,
Khi một máy bị sự cố các máy khác vẫn tiếp tục làm việc
• Nhược điểm của hệ thống sản xuất linh hoạt là giá thành đầu tư xây dựng
ban đầu là rất lớn
• Vai trò của con người trong hệ thống:
Sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị,
Lắp đặt và thay đổi dung cụ,
Nhập thông số khởi đầu cho hệ thống,
Vận hành hệ thống,
Thay đổi, phát triển, nâng cấp chương trình
III Sản xuất tích hợp CIM.
1. Các khái niệm cơ bản về CIM
• Khái niệm: CIM(computer intergrated manufacturing) là hệ thống sản xuất
tự động hoàn chỉnh có sự trợ giúp của máy tính và các 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 :
VD như :
- Theo hiệp hội các nhà sản xuất SEM: CIM là hệ thống tích hợp có khả
năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất cả các chức năng thương mại
của một nhà máy sản xuất, từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng, thiết kế, sản xuất,
cho đến khâu phân phối sản phẩm đến tay khách hàng
-Công ty máy tính Hoa Kì IBM cho rằng CIM là 1 ứng dụng có khả năng cung cấp cơ
sở nhận thức cho việc tích hợp dòng thong tin của thiết kế sản phẩm ,của kế hoạch sản xuất ,của việc thiết lập và điều khiển các nguyên công
2 Lịch sử phát triển.
Tháng 10 năm 1982 tại hội nghị quốc tế về hệ thống sản xuất linh hoạt
FMS ở thành phố Braitons (Anh) người ta không chỉ đề cập đến vấn đề thiết
lập các hệ thống sản xuất linh hoạt mà còn đề cập đến sản xuất tích hợp có
trợ giúp của máy tính CIM CIM cũng có thể gọi là hệ thống sản xuất tích
hợp CAD/CAM Trong CIM chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với
nhau, cho phép tạo ra sản phẩm nhanh chóng bằng các qui trình sản xuất
linh hoạt và hiệu quả Các thiết bị sản xuất tự động và các máy riêng biệt
được kế nối với các thiết bị truyền tải thông tin tạo thành một hệ thống nhất,
cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm
Hội nghị quốc tế lần thứ hai về FMS và CIM được tổ chức vào tháng
10 năm 1983 tại Luân Đôn Tại hội nghị này đã có nhiều báo cáo về vốn
Trang 10đầu tư cho FMS và CIM Đa số báo cáo đều cho rằng cần phải nhìn nhận
vốn đầu tư là một vấn đề chiến lược đối với các hãng sản xuất trong cuộc
đấu tranh giành thị trường Các báo cáo này đều kết luận: Thiết lập một hệ
thống sản xuất linh hoạt và một hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của
máy tính là không đơn giản Tuy nhiên, cho đến nay hệ thống sản xuất tự
động hoá linh hoạt FMS và sản xuất tích hợp có sự trợ giúp cuả máy tính đã
và đang được phát triển ở trình độ cao
3 Các phần tử của CIM.
Cấu trúc sản xuất tích hợp
Một hệ thống CIM có thể được tạo thành từ các phân hệ:
CAD, CAM, CAP, CAPP
Các tế bào gia công
Hệ thống cấp phôi liệu
Hệ thống lắp ráp linh hoạt
Hệ thống mạng LAN liên kết các thành phần trong hệ thống
Manu-facture
design
Các hệ thống sản xuất
CIM Planing
Proces-plant
Internet- intranet-lan Purchase