Lời nói đầu Khoa học máy tính ra đời từ những năm 70 của thế kỷ trước. Cho đến ngày nay, công nghệ khoa học máy tính phát triển như vũ bão đã kéo theo sự đổi thay đáng kể của rất nhiều lĩnh vực trong xã hội loài người. Máy vi tính được ứng dụng vào mọi mặt của đời sống xã hội, từ công sở, trường học, bệnh viện, sân bay đến nhà hát, sân vận động…. Nền kinh tế thế giới cũng nhờ đó mà phát triển nhanh chóng. Các nhà máy sản xuất theo phương pháp truyền thống trước đây cũng được nâng cấp phát triển dần dần thành hệ thống sản xuất tự động hoá 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 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 xuất và phân phối sản phẩm chất lượng ra thị trường hàng hoá một cách hiệu quả và kinh tế nhất. Trên thế giới hệ thống sản xuất CIM đang dần được triển khai tại một số nước. Việt Nam là nước đang phát triển, công nghệ sản xuất truyền thống còn nhiều. Vậy nên để thúc đẩy nền kinh tế Việt Nam đi lên, dần ngang bằng với các nước trên thế giới thì việc ứng dụng các hệ thống sản xuất CIM trong công nghiệp là một xu hướng tất yếu trong những năm tới và trong tương lai sau này. Chính vì vậy chúng toi chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM” là đúng hướng.
bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Nghiên cứu công nghệ sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính ( cim ) ( Đề tài khoa học cấp Bộ ) Chủ nhiệm đề tài : GS.TS Trần Văn Địch Hà Nội: 2004 ớc Cho đến ngày nay, công nghệ khoa học máy tính phát triển nh vũ bão kéo theo đổi thay đáng kể nhiều lĩnh vực xã hội loài ngời Máy vi tính đợc ứng dụng vào mặt đời sống xã hội, từ công sở, trờng học, bệnh viện, sân bay đến nhà hát, sân vận động Nền kinh tế giới nhờ mà phát triển nhanh chóng Các nhà máy sản xuất theo phơng pháp truyền thống trớc đợc nâng cấp phát triển thành hệ thống sản xuất tự động hoá phần, toàn phần, phát triển thành dây chuyền sản xuất tiên tiến, thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS cuối hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính CIM Những nhà máy CIM đời tạo suất, chất lợng sản phẩm cao Trong trình hoạt động nhà máy, máy vi tính tham gia vào quản lý từ khâu ban đầu thiết kế sản phẩm, gia công, kiểm tra chất lợng cuối tính giá thành sản phẩm, suất sản xuất phân phối sản phẩm chất lợng thị trờng hàng hoá cách hiệu kinh tế Trên giới hệ thống sản xuất CIM dần đợc triển khai số nớc Việt Nam nớc phát triển, công nghệ sản xuất truyền thống nhiều Vậy nên để thúc đẩy kinh tế Việt Nam lên, dần ngang với nớc giới việc ứng dụng hệ thống sản xuất CIM công nghiệp xu hớng Chơng Tổng quan sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính CIM Định nghĩa CIM CIM (Computer Integrated Manufacturing) hệ thống sản xuất tự động hoàn chỉnh có trợ giúp máy tính Trong hệ thống CIM chức thiết kế chế tạo đợc gắn kết với nhau, cho phép tạo sản phẩm nhanh chóng quy trình sản xuất linh hoạt hiệu Khái niệm CIM cha xuất lâu (vào đầu năm 70) nhng ngày trở thành quen thuộc sản xuất đại, với phát triển sản xuất, phát triển khoa học công nghệ đặc biệt lĩnh vực tự động hoá phần mềm máy tính hệ thống CIM đợc triển khai sở sản xuất công nghiệp ngày trở nên quen thuộc trở thành chiến lợc tảng tích hợp thiết bị hệ thống sản xuất thông qua máy tính vi xử lí Có nhiều định nghĩa khác CIM tuỳ thuộc vào mục đích ứng dụng nó, sau số định nghĩa CIM tiêu biểu ngày đợc công nhận rộng rãi giới : Hiệp hội nhà sản xuất SME (Society of Manufacturing Engineers) định nghĩa CIM nh sau: CIM hệ thống tích hợp có khả cung cấp trợ giúp máy tính cho tất các chức thơng mại nhà máy sản xuất, từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng, thiết kế, sản xuất, Từ điển công nghệ sản xuất tiên tiến AMT (Advanced Manufacturing Technologies) định nghĩa CIM nh sau: CIM nhà máy sản xuất tự động hoá toàn phần, nơi mà tất trình sản xuất đợc tích hợp đợc điều khiển máy tính Công ty máy tính IBM Mỹ định nghĩa: CIM ứng dụng, có khả tích hợp nguồn thông tin thiết kế sản phẩm, kế hoạch sản xuất, thiết lập điều khiển nguyên công toàn trình sản xuất Một hệ thống CIM đợc xem tạo thành từ 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 liên kết thành phần hệ thống Hệ thống kiểm tra thành phần khác Hệ thống MiniCim phòng thí nghiệm trờng đại học Bách Khoa Hà Nội với mục tiêu phục vụ giảng dạy bao gồm phần tử sau: - Hai máy gia công CNC (1 máy phay - khoan máy tiện) - Hai robot thực chức lắp ráp cấp phôi - Máy tính chủ đợc nối mạng Ethernet phần mềm CIMSoft với máy tính cá nhân khác cho phép điều khiển quản lí toàn hệ thống - Băng tải dùng cho Pallet - Hệ thống chứa lấy phôi tự động - Bộ điều khiển logic khả lập trình PLC 1.2 ứng dụng CIM Thiết lập hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính CIM vấn đề không đơn giản không phụ thuộc vào khả tài công ty mà phụ thuộc vào đội ngũ nhân lực công ty việc ứng dụng hệ thống CIM vào sản xuất công ty phải đợc xem xét cách cẩn thận Thực tế mà sản xuất phát triển, nhu cầu khách hàng thay đổi thờng xuyên không ngừng nâng cao, cạnh tranh mạnh nhiều công ty cần thiết Trong hệ thống CIM chức thiết kế chế tạo đợc gắn kết với cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm tạo sản phẩm cách nhanh chóng quy trình sản xuất linh hoạt hiệu Với hệ thống CIM, có khả cung cấp trợ giúp máy tính cho tất chức thơng mại, bao gồm hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cung cấp, phân phối sản phẩm nhà máy CIM tham gia vào môi trờng sản xuất công nghiệp: điều khiển robot, lắp ráp, gia công, sơn phủ đánh bóng, gia công hàn, kiểm soát chất lợng sản phẩm, đóng gói, vận chuyển phân phát hàng hoá CIM tham gia vào trình công nghệ: thiết kế sản xuất có trợ giúp máy tính (CAD/CAM) Lập kế hoạch sản xuất quy trình công nghệ có trợ giúp máy tính (Computer Aided Process Planning/ Computer Aided Engineering (CAPP/CAE) CIM bao gồm mạng hệ thống: phần cứng phần mềm truyền thông nhà máy, quản lý thông tin liệu bao gồm việc thu thập, lu trữ truy xuất liệu CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng trình sản xuất: lập kế hoạch kiểm soát nguyên liệu đầu vào, hệ thống theo dõi kiểm soát chất lợng, kỹ thuật phơng pháp tra giám sát nh lập kế hoạch quản lý nguồn lực sản xuất, lập kế hoạch quản lý nguồn lực công ty, kiểm tra chất lợng toàn phơng thức sản xuất đáp ứng kịp thời thay đổi nhanh chóng chủng loại sản phẩm Hiệu CIM Hệ thống CIM tạo lợi nhuận vững cho ngời sử dụng hệ thống sản xuất thông thờng khác CIM cho phép nhà máy sản xuất thích ứng nhanh chóng với thay đổi thị trờng cung cấp hớng phát triển sản phẩm tơng lai Với trợ giúp máy tính CIM, hoạt động phân đoạn trình sản xuất đợc tích hợp thành hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi chảy với giảm thiểu thời gian chi phí sản xuất đồng thời nâng cao chất lợng sản phẩm Trong hệ thống CIM cho phép sử dụng tối u thiết bị, nâng cao xuất lao động, ứng dụng công nghệ tiên tiến giảm thiểu sai số gây ngời, kinh nghiệm sử dụng CIM cho thấy lợi ích điển hình sau đây: Nhanh chóng cho đời sản phẩm kể từ lúc nhận đơn đặt hàng: Giảm 15-30% giá thành thiết kế Giảm 30-60% thời gian chế tạo chi tiết Tăng suất lao động lên tới 40-70% Nâng cao chất lợng sản phẩm, giảm đợc 20-50% phế phẩm Quản lý vật t hàng hoá sát thực tế Tăng khả cạnh tranh sản phẩm đáp ứng nhu cầu thị trờng Hoàn thiện đợc phơng pháp thiết kế sản phẩm, ví dụ: sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn với máy tính cho phép thực phép tính nhanh 30 lần so với phơng pháp thông thờng khác cho nhiều phơng án thiết kế khác Hớng phát triển CIM Ngày nhiều, giới ngời ta đạt đợc thành tựu to lớn việc ứng dụng hệ thống CIM vào sản xuất công nghiệp Cùng với phát triển mạnh ngành khoa học liên quan phục vụ cho phát triển hoàn thiện CIM nhà khoa học nhà sản xuất nghiên cứu để nâng cao hiệu quả, kĩ thuật hoàn thiện CIM, trong hớng phát triển mẻ CIM khái niệm sản xuất thực (Virtual Manufactring) hay CIM thực (Virtual CIM) Khái niệm sản xuất thực xuất đơn vị sản xuất đợc liên kết với phạm vi toàn cầu để giải tất vấn đề trình sản xuất từ hoạch định sản xuất đến phân phối sản phẩm Trên giới ngày xuất nhiều liên kết nhà sản xuất nhiều lĩnh vực công nghiệp nhà máy thực (Virtual Firm) đợc định nghĩa nh mạng liên kết toàn cầu để phục vụ cho toàn trình sản xuất số sản phẩm định sản xuất phát triển có nhà máy thực đáp ứng đợc cạnh tranh thị trờng toàn cầu Với khái niệm nhà máy thực ngời ta đa khái niệm CIM thực việc nghiên cứu, ứng dụng CIM thực phạm vi toàn cầu ngày trở nên cần thiết Hình vẽ dới minh hoạ khái niệm hệ thống CIM thực thông qua vòng tròn CIM thực trung tâm nghiên cứu công nghệ sản xuất tiên tiến trờng đại học tổng hợp Nam Australia đa nh khái niệm mô tả điều kiện thị trờng toàn cầu Để thúc đẩy phát triển CIM nh thúc đẩy phát triển sản xuất số hớng nghiên cứu CIM đợc nhiều nhà khoa học tiến hành nh sau: Hợp lí hoá CIM chiến lợc quản lí CIM: Đảm bảo cho nhà quản lý nắm vững nguyên tắc ứng dụng CIM môi tr ờng sản xuất Nhà máy tích hợp CIM với ranh giới địa lí phạm vi toàn cầu: Cấu trúc mô hình hoá nhà máy tích hợp đợc nghiên cứu sở hợp tác liên kết toàn cầu quản lí chia sẻ liệu Mạng liên kết CIM: Nghiên cứu ứng dụng mạng phạm vi rộng Internet cho CIM, tăng cờng trao đổi thông tin liệu tích hợp, mối quan hệ khách hàng nhà cung cấp, liệu quản lí hệ thống CIM Công cụ công nghệ tiên tiến cho việc ứng dụng CIM: Nghiên cứu ứng dụng robot sản xuất, nâng cao tính tự động hoá sản xuất, ứng dụng trí tuệ nhân tạo Mô hình hệ thống sản xuất: Tích hợp mô hình thông tin với mô hình chức CIM, mô hình mô tích hợp CIM hệ thống thiết kế CIM ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI-Artificial Intelligence) nh Logic mờ, mạng Noron tích hợp vào hệ thống sản xuất Trạm định vị: (gồm đồ gá, trạm xoay tìm lỗ) Đồ gá đợc dùng để hạn chế bậc tự do, gồm có: mặt phẳng hạn chế bậc tự do, chốt trụ chốt trám hạn chế bậc lại Tại vị trí đồ gá thân hộp giảm tốc đợc định vị để lắp bánh răng, nắp hộp ốc vít vào Trạm xoay tìm lỗ thể hình vẽ Nó gồm có: động quay mà đầu động có lắp bánh cao su vát côn đầu để truyền momen quay cho chi tiết (thân nắp hộp giảm tốc), bánh côn thép có tác dụng nh khối V để định vị chi tiết quay, chốt bật có lò xo để xác định lỗ lắp bánh chi tiết (nắp thân hộp giảm tốc), dới chốt có đặt công tắc hành trình để bật, tắt động Hình 4.6 Trạm xoay tìm lỗ cho nắp hộp Hình 4.7 Trạm xoay tìm lỗ cho thân hộp Phơng pháp lắp ráp Sử dụng phơng pháp lắp lẫn hoàn toàn tức là, lấy chi tiết đem lắp vào vị trí saỷnphẩm lắp mà không phaỷi sửa chửừa, điều chỉnh ủaỷm baỷo theo yêu cầu kỹ thuật thiết kế cặp bánh raờng nắp, thân hộp giaỷm tốc lắp vừa với mà không cần phaỷi chỉnh Sơ đồ lắp sửa, ráp điều chỉnh mà ủaỷm baỷo yêu cầu thiết ởkế saỷnchi phẩm giaỷm tốc.hộp tiết hộp sở thân Thâ n hộp br lớ n br nhỏ giaỷm tốc, chi tiết khác nh cặp bánh raờng, nắp hộp, ốc vít M5 đợc lắp lên chi tiết sở Nắ p hộp Nhóm Quy trỡnh lắp ráp Trên sở sơ đồ lắp ta lập đợc quy trỡnh lắp nh sau: ủau tiên rôbốt ố c vít Cụm gắp thân hộp giaỷm tốc từ Pallet đặt lên trạm xoay tỡm lỗ Tiếp theo gắp Sản phẩm thân tới đồ gá để định vị cứng Tiếp theo rôbốt gắp bánh raờng từ Pallet tới lắp vào thân hộp giaỷm tốc đợc định vị đồ gá bánh Tiếp theo gắp ốc vít từ giá cấp ốc vít tự động đặt vào lỗ ren nắp hộp giảm tốc Sau gắp tôvít xoắn để vặn ốc vít cứng với thân hộp giảm tốc Cuối rôbốt gắp sản phẩm hoàn thành vào thùng chứa kết thúc trình lắp ráp sản phẩm Lập trình cho điều khiển tự động lắp ráp MiniCIM Trong trình lắp ráp sản phẩm hộp giảm tốc hệ thống MiniCIM, hệ thống băng tải có nhiệm vụ vận chuyển chi tiết cần lắp ráp đến trạm lắp ráp đợc điều khiển PLC chơng trình router phần mềm quản lý CIM; robot có chức thực tất khâu trình lắp ráp, đợc hoạt động theo chơng trình lập ngôn ngữ MCL; trạm định vị đợc điều khiển chơng trình robot cho phép định vị xác vị trí thành phần lắp ráp Các chơng trình lập trình với MCL PLC nh giới thiệu ngôn ngữ MCL PLC đợc trình bày chi tiết chơng Lập trình MCL điều khiển rôbốt Theo quy trình lắp ráp hộp giảm tốc chơng trình MCL điều khiển rôbốt gồm: Gắp thân hộp giảm tốc vào trạm định vị đa lên trạm lắp ráp Lắp ráp bánh lấy từ Pallet dừng trạm Định vị nắp hộp giảm tốc thông qua trạm định vị lắp ráp vào thân hộp Lắp vít nhờ động riêng Gắp sản phẩm bỏ vào kho chứa Lập trình PLC điều khiển băng tải Hệ thống băng tải có nhiệm vụ lần lợt vận chuyển chi tiết cần lắp ráp: thân hộp giảm tốc, bắnh răng, nắp hộp giảm tốc đến trạm dừng lại để chờ robot thực trình lắp ráp Kết luận A ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Công nghệ sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính CIM công nghệ sản xuất tiên tiến có tính linh hoạt cao, lần đợc nghiên cứu Việt Nam Lập trình gia công số chi tiết hộp giảm tốc máy CNC mô hình phòng thí nghiệm CIM môn Công nghệ Chế tạo máy-Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Nghiên cứu phơng pháp lập trình cho Rôbốt để thực trình gia công lắp ráp Xây dựng đợc trạm lắp ráp tự động hộp giảm tốc cấp với tỷ số truyền u=2 B Sản phẩm khoa học đề tài: Xây dựng đợc môn học mới: Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS sản xuất tích hợp CIM Xây dựng đợc thí nghiệm cho môn học: Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS sản xuất tích hợp CIM Viết đợc sách giáo trình dùng cho Đại học Cao học: Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS sản xuất tích hợp CIM Đào tạo đợc kỹ s tài chuyên ngành Cơ điện tử đào tạo tiếp kỹ s tài chuyên ngành C Hớng nghiên cứu tiếp: Nghiên cứu chế tạo cụm chi tiết phức tạp Xây dựng thí nghiệm kiểm tra phân loại sản phẩm theo màu sắc Sẽ đào tạo nhiều kỹ s chuyên ngành Cơ điện tử Chế tạo máy phòng thí nghiệm CIM Mở lớp bồi dỡng chuyên đề công nghệ công nghệ sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính CIM Tài liệu tham khảo PGS.TS Trần Văn Địch Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS sản xuất tích hợp CIM Nhà xuất KHKT, Hà nội, 2001 PGS.TS Trần Văn Địch Công nghệ máy CNC Nhà xuất KHKT, Hà nội, 2000 Nguyễn Thiện Phúc Robot công nghiệp Nhà xuất GD, Hà nội, 2001 Mastering Programmable Controllers Learning Activity Packet 18, Allen Bradley SLC500, 1997 Amatro MiniCIM- Computer Integrated Manufacturing System Operation Guide, Amatrol Version 1.0, April 2002 6.Automated Material Handling Learning Activity Packet 18, Allen Bradley SLC500, 1997 Amatro MCLII Language Reference Guide Copyright 1995 by Amatrol, Inc Phần mềm lập trình PLC RSLogic 500 Phòng thí nghiệm C8/201 Phần mềm lập trình cho máy CNC MicroMill2000 MicroLathe2000 Phòng thí nghiệm CIM C8/201 ... C¶m biÕn ngo¹i tÝn hiƯu C¶m biÕn néi tÝn hiƯu HƯ thèng ®iỊu khiĨn Máy Tính HƯ thèng trun dÉn ®éng Dơng thao t¸c Phần tay máy Tay máy bao gồm tập thành phần liên kết học nối với khớp Các khớp thường... cụ vật tác động Các cấu chấp hành sử dụng để điều khiển chuyển động khớp tay máy, số khớp khớp chủ động (các khớp có gắn cấu chấp hành) số khác khớp bị động Nguồn cung cấp lượng * Cơ cấu chấp... chøc chđ u nh cÊp ph«i cho c¸c trung t©m gia c«ng, g¾p c¸c chi tiÕt sau ®· gia c«ng, thùc hiƯn qu¸ trình l¾p r¸p tù ®éng 1.Những kh¸i niƯm c¬ b¶n vỊ robot c«ng nghiƯp hƯ thèng CIM 1.C¸cchđ bé u phËn