Trong một nhà máy hiện ñại, mọi quá trình, mọi bộphận ñược tích hợp thành một hệthống dưới sự ñiều khiển - Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm phếliệu 20-25% - Nâng cao chất lượng thiết k
Trang 15 Xu hướng linh hoạt hóa QTSX
Trang 2TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
1 Khái niệm cơ bản về quá trình SX
Quá trình sx là quá trình mà con người, bằng trí lực và vật lực
của mình, thông qua các công cụsx, tác ñộng lên ñối tượng
sx, thay ñổi các thuộc tính của nó ñể biến nó thành sản phẩm,
thỏa mãn yêu cầu tiêu dùng của xã hội
- Hoạt ñộng sản xuất chỉduy nhất có ở con người
- Trong hoạt ñộng sx, con người phải vận dụng trí lực và vật lực
- Công cụsx là khâu trung gian truyền tác ñộng của con người
lên ñối tượng Trình ñộcủa công cụsx phản ánh trình ñộcủa
sx: lao ñộng thủ công, cơ giới hóa hay tự ñộng hóa
- Hiệu quảcủa sx ñược gọi là cao nếu như với một chi phí nhấ
ñịnh cho sx mà nhận ñược sản phẩm có giá trịcao, hay nhận
ñược sản phẩm có giá trịnhấ ñịnh với chi phí sx thấp
Vai trò của công cụ sản xuất, trình ñộvà tính chất của công cụ
sản xuất quyết ñịnh trình ñộvà tính chất của quá trình sản
xuất, căn cứvào ñó người ta phân biệt các dạng sản xuất
Dạng sản xuất tiên tiến hiện nay: FMS (Flexible Manufacturing
Systems), CIM (Computer Integrated Manufacturing)
Trang 3- và tiếp theo là giai ñoạn của sựtích hợp các quá trình sx tự ñộng
Sựtích hợp của công nghệtự ñộng ñược biế ñến với tên gọi SX
tích hợp máy tính (Computer Integrated Manufacturing-CIM)
Sựtích hợp cho phép tổchức dòng thông tin và vật liệu tốt hơn
Mục ñích chính là ñểloại bỏbottle-necks, bằng việc khai thác tố
hơn khả năng của nhà máy Một phần của khái niệm CIM làứng
dụng của công nghệsản xuất linh hoạt FMS
Khái niệm về FMS ñược ñưa ra bởi Williamson tại London năm
1960s Hệthống này lúc ñầu ñược gọi là Hệthống 24, vì nó ñược
lập ñểhoạt ñộng 24h/ngày dưới sự ñiều khiển của máy tính
Các máy CNC, robot, máy tính ñộ c l ậ p
Networks
S tích h ợ p c ủ a các phân x ưở ng
2000s
Các t ế bào SX
Trang 4TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Sự phát triển của công nghệ sx
S ứ c lao ñộ ng c ủ a con ng ườ i và ñộ ng v ậ t
Ngh ề th ủ công
C ơ khí hóa các nhà máy ñầ u tiên
S ả n xu ấ t hàng kh ố i (s ố lượ ng trung bình)
S ả n xu ấ t hàng kh ố i (s ố lượ ng l ớ n)
B ắ ñầ u phát tri ể n NC (Numerical Control) ñể t ự ñộ ng hóa
B ắ ñầ u phát tri ể n CAD trong NC nh ư : CNC, DNC
Phát tri ể n CAD, CAM, khái ni ệ m v ề CIM
Các h ệ th ố ng CIM tiên ti ế n: CAD, CAPP, FMS,
Khái ni ệ m v ề CIM liên k ế t toàn c ầ
SX toàn c ầ u trên c ơ s ở CIM liên k ế t toàn c ầ
3 Vai trò của máy tính trong sản xuất
Máy tính cóảnh hưởng rất lớn ñến tất cảcác hoạt ñộng của
một nhà máy Trong một nhà máy hiện ñại, mọi quá trình, mọi
bộphận ñược tích hợp thành một hệthống dưới sự ñiều khiển
- Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm phếliệu 20-25%
- Nâng cao chất lượng thiết kế
Cùng dựa vào sựtích hợp máy tính vào HTSX, quan niệm về
CIM và quan ñiểm ứng dụng CIM ởcác nước có sựkhác
nhau:
Trang 5TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Các nước châu Âu có kinh nghiệm về công nghệtruyền thống
và SXLH, có ñội ngũk thuật ñược ñào tạo tốt,…Do vậy, các
nước châu Âu nhấn mạnh vai trò của các hệthống SXLH, tích
hợp kinh nghiệm quản lý, kỹthuật, thợlành nghềvào CIM
- Các công ty Nhật nhấn mạnh sản lượng, quan tâm nhiều ñếsx
sản lượng sản phẩm lớn trong thời gian ngắn Vì vậy ưu tiên
sửdụng các thiết bịkhả trình, các trung tâm gia công linh
hoạt,…
- Các c.ty Mỹquan tâm nhiều ñến tính ổn ñịnh của sx, quan tâm
ñến vốn của các c.ty ñể ñầu tư vào thiết bị, hạn chếsửdụng
lao ñộng rẻtiền Chính sách của Mỹlà cung cấp thiết bịvà
dụng cụ thay cho con người trong hệthống CIM
4 Mô hình, cấu trúc của HTSX
4.1 Mô hình sản xuất hiện ñại
- ðặc trưng cơ bản của một nhà máy hiện ñại là sửdụng máy tính
trong mọi hoạt ñộng kỹthuật, sx và kinh doanh: thiết kế, lập kế
hoạch, ñiều hành, giám sát, ñiều khiển thiết bị,…
Trang 6- Hệ ñược tích hợp với một hệthống máy tính ñược nối mạng,
giúp các công việc từ k thuật, kếhoạch, ñiều ñộ, giám sát ñến
Trang 7gửi tín hiệu phản hồi vềtrung tâm báo thiết bị ñã sãn sàng
- Khi thực hiện xong, thông tin ñược gửi ñến ñiểm quyết ñịnh 2
ñểkích hoạt chức năng tiếp theo
- Thông tin ñã ñược xử lý ñược chứa trong bộ ñệm ra
- Quá trình xửlý vật liệu cũng xảy ra theo cách tương tự
Ví dụ:
- Giảsử ởmột quy trình gia công tiện
và vật liệu thô ñã ñược ñưa ñến ñầu
vào buffer
- Hệthống gửi một tín hiệu start tới
ñiểm quyết ñịnh 1
- Một tín hiệu phản hồi từ máy công cụbáo máy ñã sẵn sàng
cho gia công
- Phôi ñược gửi sang máy ñểgia công
- Khi gia công hoàn tất, một tín hiệu ñược tạo ở ñiểm quyết ñịnh
2 ñểbáo cho hệthống là chi tiết ñã ñược gia công xong
- Thông tin này ñược sửdụng ñểchuyển chi tiết ra buffer ñầu
ra
Trang 8vi ệ c thi ế t k ế quá trình công
ngh ệ ch ế t ạ o s ả n ph ẩ m (chu ẩ n
b ị công ngh ệ )
trong quá trình sx: t ạ o ch ươ ng
trình gia công, ñiề u khi ể n h ệ
CIM, nh ư k ế ho ạ ch hóa ngu ồ n l ự c (MRPI), k ế ho ạ ch hóa cung ứ ng v ậ t t ư
Nhận, lập kếhoạch thực hiện và ñiều khiển sx theo ñơn hàng Một
CSDL trung tâm chứa dữliệu vềsử lý ñơn hàng, các know-how
công nghệ
- Nhóm kỹthuật và sản xuất, có các chức năng: phát triển sản
phẩm, thiết kế, công nghệ, v.v…
- Hai nhóm này có liên hệmật thiết với nhau ñể ñảm bảo các chỉtiêu
kinh tế, kỹthuật của cảquá trình
- Vùng logistics biểu diễn hướng dịch chuyển của luồng thông tin và
vật liệu trong sx theo khía cạnh kinh tế-tổchức sx (theo phương
ngang) và kỹthuật-sx (theo phương dọc)
- Vùng kiểm soát chất lượng biểu diễn chức năng kiểm soát chất
lượng trong quá trình thiết kếvà sx
Trang 9TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Cấu trúc theo chức năng của HTSX
4.4 Cấu trúc theo thứ bậc của HTSX
Trang 10- Kinh doanh (hạch toán, tiêu thụsản phẩm,…)
- Ở cấp này máy tính sử lý lượng thông tin lớn trong các CSDL
trung tâm Mạng máy tính ñược tổchức theo diện rộng (Wide
Area Network-WAN)
Cấp sản xuất: thực hiện mọi công việc trực tiếp tạo ra sản
phẩm
- Các nhu cầu về thiết bịchính (máy công cụ, tế bào sx,…); thiế
bịvận chuyển và dụng cụ ñược xác ñịnh và giám sát
- Các máy tính ñảm bảo chức năng quản lý ởkhu vực và ñiều
khiển toàn bộcác hệ thống thiết bịsx và là máy chủtrong các
mạng cục bộ của các phân xưởng
- QTSX ñược chia nhỏ, thực hiện nối tiếp hoặc song song và
phân phối cho các phân xưởng
- Có chức năng giám sát và ñiều khiển các thiết bịriêng lẻ
- Các máy tính là các microcomputer, cung cấp chương trình
hoặc các thông số công nghệ
Trang 11- Là thiết bịlinh hoạt nhất Khi cần thay ñổi sản phẩm chỉcần
ñặt các tham sốcủa phôi, thay dao và nạp chương trình mới
- Với các tiện ích lập trình ngày càng phong phú, các công cụ
trợgiúp lập trình CAD/CAM,… tạo cho máy CNC có khả năng
thích ứng rất linh hoạt với sự thay ñổi sản phẩm
Tếbào sx
- Là một nhóm thiết bị, gồm vài máy CNC hoặc một vài trung
tâm gia công CNC, có nhiệm vụ gia công một nhóm sản phẩm
nhất ñịnh
- Các trung tâm gia công thường có nhiều trục, có các hệ thống
cấp phôi và thay dao tự ñộng nên có thểgia công các chi tiết
phức tạp, năng suất cao, ít ñòi hỏi sựcan thiệp của con người
Trang 12TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Ví dụ: trung tâm gia công CNC 5-trục
Hệthống sản xuất linh hoạt
- Gồm có một sốmáy CNC ñược bốtrí theo trình tựcông nghệ
và liên kết với nhau bằng các thiết bịvận chuyển
- Ngoài các thiết bịgiống như tếbào sx, trong FMS còn có máy
tính trung tâm ñể ñiều phối hoạt ñộng của toàn hệthống
- Nếu một FMS có khả năng ñồng thời gia công một nhóm
(batch) sản phẩm thì nó còn ñược gọi là dây chuyền nhóm
Dây chuyền sx
- Là dạng tổ chức sx cứng nhất
- Gồm các thiết bị(chủyếu là chuyên dùng), ñược bốtrí chặt
chẽtheo tiến trình công nghệ, liên kết với nhau bằng 1 hệ
thống thiết bịvận chuyển liên hoàn
Trang 13TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Các nguyên công công nghệ ñược thiết kếchặt chẽkhông chỉ
theo nội dung mà cảtheo thời gian, ñảm bảo nhịp sx
- Dây chuyền sx cho năng xuất cao, chất lượng sản phẩm ổn
ñịnh
- Tuy nhiên nó không có khả năng thích ứng với sự thay ñổi của
sản phẩm Khi thay ñổi sản phẩm thì phải thiết kế, lắp ñặt lại
dây chuyền
5.2 Nhu cầu áp dụng SXLH
- Dây chuyền cứng tuy ñảm bảo chất lượng tốt và giá thành
thấp nhưng không ñáp ứng ñược nhu cầu của thị trường Do
thịhiếu của người tiêu dùng thay ñổi nhanh, khiến cho chu kỳ
- Năng suất gia công cao nhờgiảm thiểu thời gian máy
- Giảm chi phí lương công nhân do không ñòi hỏi tay nghềcao
Chất lượng sản phẩm ñược ñảm bảo bởi
- Công nghệ ổn ñịnh
- Tự ñộng hóa gia công và lắp ráp
Trang 14TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Tự ñộng hóa vận chuyển và cung cấp vật liệu
- Tự ñộng hóa kiểm tra chất lượng giữa các giai ñoạn
ðịnh nghĩa về FMS tương ñối phong phú và trong nhiều khía
cạnh nó phụthuộc vào quan ñiểm của người sửdụng, như:
FMS bao gồm cái gì và nó sẽ ñược sửdụng như thế nào?
- FMS gồm một loạt các máy công cụtự ñộng hay các thiết bịsx
kết nối cùng nhau cùng với một hệthống vận chuyển vật liệu,
hệthống máy tính ñiều khiển
- FMS gồm một nhóm máy NC có thể sản xuất một nhóm sản
phẩm, có hệthống cấp vật liệu tự ñộng và máy tính ñiều khiển
trung tâm cân bằng việc khai thác nguồn lực, giúp hệthống có
thểthích nghi tự ñộng với sự thay ñổi các chi tiết sx và khối
lượng sản phẩm
Trang 15TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- FMS là một hệthống tự ñộng dựa trên công nghệnhóm, liên
kết với ñiều khiển tích hợp máy tính và một nhóm máy ñểsx
và vận chuyển các chi tiết tự ñộng cho việc gia công liên hoàn
- Một công nghệ giúp các nhà máy ñạt ñược thời gian yêu cầu
của khách hàng tốt hơn, giá thành sản phẩm thấp hơn, và chất
lượng cao hơn do sựphát triển quản lý và ñiều khiển nguồn
lực
- Theo quan ñiểm tự ñộng hóa: Một hệthống sx linh hoạt là một
dạng của tự ñộng hóa linh hoạt trong ñó một sốmáy công cụ
ñược liên kết cùng nhau bởi hệthống vận chuyển vật liệu, và
tất cảcác bộphận của hệthống ñược ñiều khiển bởi một máy
tính trung tâm
- Dựa trên quan ñiểm vềmáy công cụ: một nhóm tếbào sx liên
kết bởi một hệthống vận chuyển vật liệu và một máy tính trung
tâm ñược gọi là một hệthống sx linh hoạt Việc kết hợp và
ñiều khiển máy tính làm cho các sản phẩm ñược sx với giá
thành cảkhi chỉsx với khối lượng nhỏ
Một hệthống FMS thật sựcó khả năng xửlý với nhiều chủng
loại sản phẩm khác nhau, khi cần thiết có thểsản xuất bất kỳ
một sản phẩm nào ñó trong số chúng, không theo thứtự
Trang 16TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
ðể ñáp ứng yêu cầu trên, FMS cần có một số kiểu linh hoạt:
Nó cần linh hoạt ñể ñáp ứng sự thay ñổi vềkhối lượng sx và
sự thay ñổi sản phẩm, nhận các sản phâm mới, và thích ứng
với sự thay ñổi vềcông nghệvà thiết kế
FMS cũng ñòi hỏi sự linh hoạt trong việc xử lý các tình huống
không ñược dựbáo trước như vấn ñềthời gian hỏng máy,
thay ñổi kếhoạch ñột xuất, khả năng phát triển khi mởrộng hệ
thống
Trang 18như các máy CNC, thiết bịvận chuyển vật liệu (robot hay xe tự
hành), hệthống dao cụ, máy ño tọa ñộ, trạm làm sạch chi tiết,
thiết bịphần cứng máy tính…
- Các phần tửphần mềm không hiện hữu và sờ ñược, như các
chương trình NC, phần mềm quản lý vềsự lưu thông, thông tin
vềdao, file thứtự làm việc của máy CMM,…
Theo cấu trúc thì FMS là một tổhợp của tếbào gia công tự
ñộng và tế bào kiểm tra tự ñộng, ñược liên kết với nhau thành
- Loại này ñược cấu tạo từ các máy vạn năng với ñiều khiển
theo chương trình số, cho phép liên kết với máy tính ñể ñiều
khiển
- FMS loại 1 ñược sửdụng trong những trường hợp mà chi tiết
có thời gian gia công lớn (quá trình gia công ñược tập trung
trên một máy)
Trang 19TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Loại 2: Gồm các tếbào gia công tự ñộng vạn năng ñược ñiều
khiển từmạng máy tính và hệthống vận chuyển phôi tự ñộng
- Trong FMS loại 2 các chi tiết cùng loại có thể ñược gia công
theo nhiều tiến trình công nghệkhác nhau trên một tếbào gia
công tự ñộng (mô ñun sx tự ñộng)
- FMS loại 2 ñược sửdụng rộng rãi trong những trường hợp khi
chi tiết có thời gian gia công không lớn
Loại 3: là dây chuyền tự ñộng linh hoạt Trong FMS loại này
mỗi nguyên công ñược thực hiện chỉtrên một máy
- Hệthống vận chuyển phôi ñảm bảo tiến trình cứng cho mỗi chi
tiết và thông thương nó ñược thực hiện dưới dạng băng tải
hay máy qua vòng
Ngoài ra người ta còn phân kiểu FMS ra:
- FMS tuần tự: sx từng loạt chi tiết sau ñó lập kế hoạch và
chuẩn bịcho sx loạt tiếp theo (giống như dây chuyền sx linh
hoạt loạt nhỏ)
- FMS ngẫu nhiên: SX bất kỳmột chi tiết nào ởmột thời gian
- FMS mô ñun: cho phép người sửdụng mởrộng ra các loại
trên
Trang 20TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
6.4 Sự cần thiết của FMS
Mục tiêu chính trong sx là máy nhận ñược vật liệu hoặc chi tiết
ñúng thời gian Quá nhiều hoặc quá sớm tạo sự ứ ñọng Quá
ít hoặc quá chậm gây ra sự chậm trễtiến ñộvà máy không
hoạt ñộng Kết quả trong nhiều trường hợp là sửdụng không
hết khả năng khai thác của thiết bị
Trang 21TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
Giải pháp FMS
FMS giúp quản lý và ñiều khiển các nhân tốkhó kiểm soát
trong khi vẫn ñáp ứng yêu cầu của khách hàng bằng cách:
Nâng cao ñiều khiển sản xuất qua:
Nâng cao sự thích nghi qua sự ñồng bộhóa nhanh và dễdàng
với khối lượng sản phẩm thay ñổi, và thêm sản phẩm mới
Tăng khả năng khai thác máy qua việc loại bỏthời gian setup
máy, khai thác các tính năng tự ñộng ñể thay thếsựcan thiệp
bằng tay
Trang 22TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
6.4 Ứng dụng của FMS
FMS ñã ñược áp chính trong các lĩnh vực sản xuất sau:
- Gia công cắt kim loại
Trong ñó công nghệ FMS ñược sửdụng phổbiến nhất là
trong gia công cắt kim loại
- Theo hội của những nhà sx- SME (Society of Manufacturing
Engineers): CIM là một hệthống tích hợp có khả năng cung cấp sự
trợgiúp của máy tính cho tất cảcác chức năng thương mại, bao
gồm các hoạt ñộng từkhâu tiếp nhận ñơn hàng cho ñến cung cấp
sản phẩm của một nhà máy sx
- Theo từ ñiển công nghệtiên tiến: CIM là một nhà máy tự ñộng hóa
toàn phần, nơi mà tất cảcác quá trình sx ñược tích hợp và ñược
ñiều khiển của máy tính
Trang 23TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT
- Theo ñịnh nghĩa của công ty máy tính IBM: CIM là một ứng
dụng, có khả năng cung cấp cơ sởnhận thức cho việc tích
hợp dòng thông tin của thiết kếsản phẩm, của kếhoạch sx,
của việc thiết lập và ñiều khiển các nguyên công
- Theo hãng SEMENS: CIM không phải là một sản phẩm hoàn
thiện mà là một chiến lược và là một khái niệm ñể ñạt các mục
ñích thị trường của một nhà máy
Mục ñích của CIM là tăng lợi nhuận của nhà sx ðể tăng lợi
nhuận các nhà sx phải ko ngừng nâng cao năng suất và chất
lượng sản phẩm, ñồng thời phải tăng tính linh hoạt của HTSX
nhờcông nghệtiên tiến của CIM
CIM có ưu ñiểm:
- Tính linh hoạt của sản phẩm và của sản lượng
- Nâng cao năng suất và chất lượng gia công
- Hoàn thiện giao diện giữa thiết kếvà sx
- Giảm lao ñộng trực tiếp và lao ñộng gián tiếp
- Thiết kếcó năng suất và ñộchính xác cao
- Tiêu chuẩn hóa cao
- Tiết kiệm thời gian và mặt bằng sx
- Tạo cơ sởdữliệu chung ñểloại trừcác bộphận chứa dữliệu
ñộc lập
- Loại trừ các công việc lặp lại không cần thiết
- Giảm thời gian giám sát sx và sốcán bộthực hiện công việc
này
Trang 24TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT 7.2 Các thành phần của CIM
Phạm vi của CAD/CAM và CIM
Trang 25TS Trần ðức Tăng – Khoa HKVT Các phần tử tự ñộng hóa của hệ CIM
7.3 Xu hướng phát triển của CIM
Có 2 hướng tiếp cận CIM: tiếp cận trên xuống (top - down)
hoặc dưới lên (bottom-up)
Tiếp cận trên xuống
Ưu ñiểm:
- Cấu trúc hệthống (các loại mô ñun, quan hệthứbậc giữa các
mô ñun và dòng thông tin qua chúng) có thể ñược xác ñịnh