Tổng quan về tự động hóa

Định nghĩa1.1 Lịch sử phát triển của ngànhTự động hóa1.2 Mục tiêu của Tự động hóa sản xuất1.3 Các vấn đề liên quan trước khi tiến hành tự động hóa1.4 Xu hướng phát triển của Tự động hóa sản xuất1.5 Các dạng tự động hóa sản xuất1.6 Các bước tiến hành khi Tự động hóa SX1.7 Thời điểm nên Tự động hóa1.8 Vấn đề đảm bảo an toàn1.9 Vấn đề hoàn vốn đầu tư cho TĐH1.10 Các vấn đề kinh tế xã hội liên quan đến TĐH sản xuất

TỰ ĐỘNG HĨA SẢN XUẤT Mục đích mơn học: Trạng bị cho sinh kiến thức hệ thống tự động Các bước thiết kế hệ thống tự động Đánh giá tiêu chất lượng hệ thống tự động TLTK: GT: 1.TĐH SX xuất 2001 NXB KHKT Automated Manufacturing Systems, Brian Moriss, McGRAW-HILL International Edition, 1995 Control System Engineering, Norman S Nise, 1995 GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN Chương TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT 1.0 Định nghĩa 1.1 Lịch sử phát triển ngànhTự động hóa 1.2 Mục tiêu Tự động hóa sản xuất 1.3 Các vấn đề liên quan trước tiến hành tự động hóa 1.4 Xu hướng phát triển Tự động hóa sản xuất 1.5 Các dạng tự động hóa sản xuất 1.6 Các bước tiến hành Tự động hóa SX 1.7 Thời điểm nên Tự động hóa 1.8 Vấn đề đảm bảo an toàn 1.9 Vấn đề hoàn vốn đầu tư cho TĐH 1.10 Các vấn đề kinh tế - xã hội liên quan đến TĐH sản xuất GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.0 ĐỊNH NGHĨA TỰ ĐỘNG HĨA  Về phương diện ngơn ngữ học, tự động hóa động từ danh từ  Theo nghĩa động từ ta định nghĩa sau: Tự đơng hóa thiết kế máy móc, trang thiết bị kỹ thuật cơng nghệ cao nhằm thay cho hoạt động người hệ thống sản xuất, hệ thống kỹ thuật hệ thống dịch vụ nhằm đạt hiệu cao Như ta hiểu cách đơn giản tự động hóa gồm hai phần tự động hóa lao động người hệ thống kỹ thuật tự động hóa lao động trí tuệ  Tự động hóa hệ thống kỹ thuật  Cơ điện tử (Mechatronics) = Tổ hợp Cơ khí, Điện - điện tử, Điều khiển Công nghệ thông tin nhằm tạo hệ thống, thiết bị công nghệ cao, điều khiển máy tính, nâng cao hiệu hoạt động hệ thống hay thiết bị  Tự động hóa sản xuất phần Tự động hóa hệ thống kỹ thuật Trong phức tạp Tự động hóa sản xuất Cơ khí GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.1 Lịch sử phát triển ngànhTự động hóa                         1500-1600: Máy nước dùng cho gia công kim loai, cán mỏng 1600-1700: Máy tiện thủ công, máy tính 1700-1800: Máy khoan, khoét, tiện, tiện ren máy đột dập 1800-1900: Máy tiện chép hình, máy tiện đứng, máy phay vạn năng, máy tính tiên tiến 1808: Thẻ kim loại đục lỗ dùng điều khiển tự động 1863: Đàn Piano tự động 1900-1920: Máy tiện răng, trục vít tự động; máy đóng chai tự động; 1920: Lần từ rô bốt đời 1920-1940: Máy nâng chuyển, sản xuất hàng loạt lớn 1940: Máy tính điện tử 1943: Máy tính điện tử số 1945: Từ tự động hóa (Automation) đời 1947: Phát minh Transistor 1952: Máy công cụ điều khiển số đời 1954: Phát triên ngôn ngữ APT ( Automatic Prorammabne 1957: Thương mái hóa máy NC 1959: Mạch tích hợp ; Cơng nghệ nhóm 1960: Robot cơng nghiệp 1965: Mạch tích hợp cỡ lớn 1968: Thiết bị điều khiển lơ gics khả lập trình 1970: Hệ thống sản xuất tích hợp đươc đầu tiên; Hàn điểm robot, vi xử lý, Điềukhiển robot máy vi tính, FMS cơng nghệ nhóm 1980: Trí tuệ nhân đạo; robot thông minh, cảm biến thông minh; 1990-2000: Hệ thống sản xuất tích hợp; hệ thống thơng minh, viễn thơng, hệ thống sản xuất tồn cầu, thiết bị lơ gics mờ Mạng trí tuệ nhân tao, thiết bị lô gics mờ, Mạng Internet; Môi trường ảo, Hệ thống thông tin tốc độ cao GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.2 Mục tiêu Tự động hóa sản xuất Tăng suất lao động Nâng cao chất lượng sản phẩm  Tốc độ  Vị trí GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.3 Các vấn đề trước tiến hành tự động hóa  Tự động hóa giúp cho sản xuất ?  Tăng suất, tiết kiệm vật tư, giảm cố, tiết kiệm lượng  Nâng cao chất lượng  Nâng sức cạnh tranh toàn cầu  Hệ thống cần cho tương lai ?  Đây vấn đề khó đốn trước  Hệ thống đưa vào sử dụng hôm nay, sử dụng cho năm tới (“hy vọng”)  Công nghệ thay đổi nhanh vấn đề định cho việc lựa chọn hệ thống tự động  Phải tính đến khả tích hợp tương lai, lưa chọn mức độ tự động trang thiết bị tương thích cho việc tích hợp tương lai  Giá đầu tư thực thời gian hoàn vốn ?  Giá mua thiết bị + Chi phí đào tạo + Chi phí bảo dưỡng  Thời gian khấu hao xong thiết bị  Nhà cung cấp hỗ trợ mặt kỹ thuật mua thiết bị ?  Hướng dẫn, hỗ trợ kỹ thuật vận hành, bảo hành  Điểm bán hàng ?  Số lượng sản phẩn bán thời điểm chưa đầu tư cho Công nghệ tự động GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.4 Xu hướng phát triển Tự động hóa sản xuất  Tự động hóa phần:  Ưu điểm:     Đầu tư không lớn Làm chủ kỹ thuật, sa thải nhiều Có thời gian hồn vốn nhanh Dễ xác định hiệu đầu tư  Nhược điểm:   Ưu điểm:     Trong sản xuất loạt vừa, nhỏ, đơn   Chi phí đào tạo lớn phải đào tạo Chi phí đầu tư lớn  Ứng dụng:   GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh Đồng Đảm bảo chất lượng suất Giảm số người vận hành Đảm bảo an toàn  Nhược điểm: Hệ thống không đồng  Ứng dụng:   Tự động hóa tồn bộ: Thích hợp cho sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối Sản xuất dạng dây chuyền ĐHBK HN 1.5 Các dạng tự động hóa sản xuất Tự động hóa “cứng”: Tự động hóa “mềm”:  Đây dạng tự động hóa  Đây dạng tự động hóa máy thiết bị tự động cứng, hoạt động theo dây chuyền  Sản phẩm thay đổi  Phải thay đổi máy thiết bị thay đổi sản phẩm  Phù hợp với sản xuất loạt lớn, hàng khối GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh thiết bị điều khiển số, sản phẩm không thiết phải di chuyển theo dây chuyền  Sản phẩm phức tạp, thay đổi nhanh  Chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển  Phù hợp với sản xuất loạt vừa, nhỏ đơn ĐHBK HN 1.6 Các bước tiến hành Tự động hóa SX  Đơn giản hóa  Q trình SX chưa tối ưu nên cần đơn giản hóa để nâng cao hiệu  Sử dụng triết lý JIT để đơn giản hóa:     Khơng sản xuất thứ chưa có yêu cầu Các chi tiết yêu cầu đáp ứng Loại bỏ chi phí khơng cần thiết Chất lượng sản phẩm phải cải thiện  Sự dụng điều khiển trình thống kê SPC (Statistic Process Control)  SPC sử dụng để giám sát chất lượng sản phẩm Ta phát xác suất phế phẩm tạo ra, trước sản xuất  Sản phẩm phải tuân thủ ISO 9000 để đảm bảo chất lượng  SPC yêu cầu giám sát ghi toàn liệu như: kích thước, tiêu chất lượng khác  Các đo lường thể đồ thị, dễ dàng nhận thấy q trình sản xuất tầm kiểm soát, hay hướng tới tạo nhiều phế phẩm, hay trở thành thất thường  Đồ thị SPC sử dụng để nhận dạng trình sản xuất cần hồn thiện  Giải vấn đề sản xuất làm đơn giản hơn, để sản xuất chi tiết chất lượng GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.6 Các bước tiến hành Tự động hóa SX Bước 2: Tự động hóa  Tự động hóa thiết kế phần tử, hệ thống tự động  Trình tự tiến hành Tự động hóa:       Xác định hệ thống vật lý thông số kỹ thuật yêu cầu Vẽ sơ đồ khối chức Biến đổi hệ thống vật lý thành sơ đồ Từ sơ đồ xá định sơ đồ khối, Graph tín hiệu hay phương trình trạng thái Đơn giản hóa thành khối đơn giản hệ phản hồi Phân tích, thiết kế kiểm nghiệm yêu cầu đặc điểm kỹ thuật có đáp ứng ?  Tự động hóa hệ thống sản xuất:    Tự động hóa vị trí sản xuất (Work cell automation) Tự động hóa phân xưởng (FMS) Tích hợp tồn hệ thống (CIM) GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.6 Các bước tiến hành Tự động hóa SX Bước 3: Tích hợp hệ thống  Các thiết bị, máy tự động phải có khả tích hợp máy tính  Máy CNC tích hợp đồ gá tự động, hệ thống kiểm tra chủ động  Rơ bốt CN tích hợp dụng cụ để thực nhiệm vụ yêu cầu thay cho người hệ thống sản xuất  Tích hợp Máy CNC, Rơ bốt CN, hệ thống băng tải tự động hệ thống AGV thành FMS  Tích hợp hệ thống FMS thành hệ thống sản xuất tự động hóa linh hoạt  Tích hợp hệ thống sản xuất linh hoạt với phận phi SX: T.kế, C nghệ, Marketing, Nhân sự, Tài chính, K hoạch vv thành hệ thống sảm xuất tích hợp máy tính CIM GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.7 Thời điểm nên Tự động hóa  Tự động hóa có phải giải pháp kỳ diệu ?  Đây phương tiện kỹ thuật có giá trị để nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng suất lao động  Giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh tiêu thụ nhiều  Giải vấn đề khó khăn kinh tế  Khi ?  Khi giúp Cơng ty trở nên có lãi mà đáp ứng triết lý sản xuất Công ty:  Các công ty tự động hóa thường thành cơng nhanh hơn, làm chủ kỹ thuật tốt Mặc có nhiều sai lầm, tổng thể có lãi Ngược lại nhiều cơng ty tự động hóa tồn hệ thống sản xuất ngay, không cần quan tâm đến hệ thống SX cũ lực lượng lao động cũ, nên nguy thất bại nhiều  Vấn đề người lao động hệ thống cũ  Vấn đề đào tạo  Tăng cường thử nghiệm GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.8 Vấn đề đảm bảo an toàn  An toàn sản xuất vấn đề hàng đầu sản xuất  Con người sáng tạo nhiều thứ: Làm tăng tính an tồn  Làm tính an tồn  T/C an tồn có  An tồn nhiều lại gây khóa cho người lao động trực tiếp Sự dụng khóa an tồn liên kết:  Các tình làm hỏng máy, gây tai nạn đảm bảo khóa thiết bị khóa liên kết  Máy CNC có buồng làm việc đóng kín, trừ cửa để cấp phơi Các cửa đóng bị mở ra, máy dừng hoạt động  Rơ bốt CN có vùng làm việc giới hạn vách ngăn cố định vách ngăn vơ hình khơng chế cảm biến hồng ngoại, siêu âm, cảm biến quan học vv Khi vách ngăn bị mở bị chạm vào, ro bốt bị dừng hoạt động  Các nút dừng khẩn cấp Sự dụng phanh an tồn Sự dụng khí nén Đào tạo an toàn      GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.9 Vấn đề hoàn vốn đầu tư cho TĐH  Đầu tư cho công nghệ cao tốn  Chỉ đầu tư TĐH đem lại hiệu kinh tế:  Tiết kiệm chi phí sản xuất: Thời gian mà hệ thống SX hoàn vốn đầu tư  Thời gian hoàn vốn ngắn tuổi thọ hệ thống Tuy nhiên có thứ mà     tuổi thọ ngắn thời gian hoàn vốn: máy tính, hàng theo mốt vv Giá trị tiết kiệm tính cách so sánh hoạt động sản xuất với công nghệ cũ công nghệ Tuy nhiên so sánh hệ thống việc tinhd tốn khơng đơn giản Ví dụ: Một công ty chào hệ thống sản xuất mới, sau năm hoàn vốn Mất năm để chứng minh hài lòng khách hàng bất đắc dĩ Khi lắp đặt xong, hệ thống phải hoàn vốn năm, nửa thời gian dành để thuyết phục kế tốn cơng ty tính hiệu Thời gian hồn vốn nhanh chất lượng sản phẩm cải thiện sản lượng bán tăng Có cơng thức để tính thời gian hồn vốn: a = C/[N.s.(1+L)-S.i-C.(i+u+t)] Trong đó: a – Thời gian hoàn vốn; C – Giá hệ thống sản xuất mới; S – Giá trị tổn thất lý hệ thống sản xuất cũ; N – số lượng sản phẩm sản xuất năm hệ thống mới; s – Tiết kiệm chi phí sản xuất; L – Phần trăm chi phí chung tính sản phẩm; i – Lãi suất ngân hàng hàng năm; u – chi phí bảo dưỡng (%) C; t – Chi phí bảo hiểm, thuế loại (% C) GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN  Thông thường công thức biến đổi để tính từ chi phí nhân cơng chi phí vật tư với thời gian hồn vốn cố định để tìm lượng tiền tiết kiệm cho sản phẩm “s” Quản lý chất lượng sản phẩm cho thấy rằng, chất lượng sản phẩm cải thiện làm tăng tiết kiệm cho sản xuất Một số khoản chi phí liên quan đến chất lượng sản xuất chưa tốt, mà cơng ty giảm chất lượng sản phẩm nâng lên:  Chi phí hỏng hóc hệ thống sản xuất: Chi phí phế phẩm tạo q trình sản xuất, bao gồm tổn thất bán phế thải chi phí để sửa chữa phế phẩm, chi phí tìm ngun nhân gây phế phẩm chi phí hiệu chỉnh nguồn gây phế phẩm,  Chi phí hư hỏng ngồi hệ thống sản xuất: Chi phí liên quan đến chi tiết bị lỗi giao đến cho khách hàng Chi phí bao gồm: chi phí xuất xưởng cộng bảo hành hay chi phí thay cho khách hành, chi phí cho điều tra nguyên nhân khách hàng khiếu nại, kể chi phí giao tiếp với khách hàng Nhiều khách hàng không phàn nàn, họ mua nơi khác, công ty tiếp tục cung cấp sản phẩm lỗi Chi phí trường hợp khó đánh giá  Chi phí kiểm định: Chi phí tiến hành kiểm định, giả sử khuyết tật tồn cần phgair tìm ngun nhân Chi phí bao gồm chi phí nhân cơng kiểm định mời đến, chi phí q trình kiểm định chi phí cuối hoàn thành kiểm định; đồng thời gồm chi phí dụng cụ đo kiểm, chi phí mặt cho kiểm định viên làm việc  Chi phí phòng ngừa: Chi phí dùng để phòng ngừa khuyết tật xuất Chi phí bao gồm: chi phí đào tạo kiểm định viên, chi phí cho lập kế hoạch tìm khuyết tật, chi phí xác định xác suất vấn đề chất lượng vốn có sản phẩm Một số người cho chi phí cho chất lượng khơng đảm bảo chiếm tới 20% khách hàng phải trả cho sản phẩm Khi tất chi phí tính hay dự tính cho hệ thống sản xuất gộp cơng thức tính chi phí GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN Ví dụ  Một hệ thống sản xuất tự động có giá 2,500,000.00 US$ (C) Hệ thống sản xuất cũ giá trị 750,000.00 US$ (S); Giá thu hồi lý hệ thống sản xuất cũ: 50,000.00 US$ Hệ thống sản xuất hết cơng suất 10 giây sản phẩm Thời gian dừng giả thiết 20%, sản phẩm hết 12 giây, sản phẩm/ phút; hay 300 sản phẩm/ giờ; hay 2400 sản phẩm ca tiếng Như Cơng ty sản xuất 600,000 sản phẩm/ năm (250 ngày làm việc) Số sản phẩm bán theo tiếp thị 550,000 sản phẩm Số sản phẩm sản xuất đáp ứng đủ cho thi trường N = 550,000 sản phẩm Tự động hóa giảm lao động chân tay giảm hao tổn vật tư nên sản phẩm tiết kiệm 2,25 US$ chi phí sản xuất Chi phí chung cho sản phẩm( dự kiến) 35% hay L = 0.35 ; Chi phí vay vốn đầu tư 9%/ năm (I = 0.09) Chi phí bảo dưỡng dự kiến 500,000 US$ Chi phí bảo dưỡng u = 20%, chi phí bảo hiểm 6% (t = 0.06)  a = 2,500,000/[(550,000*2.25*(1+0.35)-(700,000*0,09) -2,500,000*(0.09+0.20+0.06)] = 3.41 năm  Như với 2.25 US$ tiết kiệm cho sản phẩm cần 3,41 năm để hồn vốn Sau 3.41 năm tiết kiệm chi phí làm tăng lợi nhuận cho Công ty GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN Ví dụ  Thị trường dự báo giảm hỏng hóc sản phẩm trường, lượng bán hàng tăng lên 5% Điều có nghĩa Cơng ty phải sản xuất 575,000 sản phẩm năm Số sản phẩm N tăng lên thành 575,000 sản phẩm Hệ thống đề xuất có suất 600,000 sản phẩm năm, nên khơng cần thay đổi thiết kế Để nâng cao chất lượng, Công ty phải trả thêm chi phí cho hệ thống từ 2,500,000 US$ lên 2,750,000 US$  Do chất lượng sản phẩm nâng lên, phí kiểm tra chất lượng, chi phí bảo hiểm, chi phí thay chi phí tìm ngun nhân gây phế phẩm giảm Cơng ty tiết kiệm 0.30 US$/sản phẩm Bởi số lượng sản phẩm tăng, phí chung cho sản xuất tăng, khoản tiết kiệm sản phẩm giảm 0.05 US$ Như Tiền tiết kiệm cho sản phẩm “s” tăng từ 2.25 US$ lên 2.50 US$  Chi tiết thay chất lượng cao, làm tăng khả sử dụng làm tăng chi phí bảo dưỡng lên 33,000.00 US$ năm thành 533,000.00 US$ Như “u” tăng thành 21.2%  Thời gian khấu hao hệ thống: a = 2,750,000/[(575,000*2.50*(1+0.35)700,000*0.09-2,750,000*(0.09+0.212+0.06) = 3,11 năm  Như lắp đặt hệ thống chất lượng cao hơn, cơng ty có lãi sau 3.11 năm thay 4,41 năm Phần lãi thu : 575,000*2.50*(3.41 – 3.11) = 431,250 US$ GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN 1.10 Các vấn đề kinh tế - xã hội liên quan đến TĐH sản xuất  Tự động hóa sản xuất thay người lao động trang thiết bị kỹ thuật cao, suất tin cậy Như người lao động hệ thống sản xuất cũ đâu ? Phần lớn cán quản lý, kỹ sư kỹ thuật viên lẫn khối văn phòng xếp vào dạng “ thừa” !!!  Tự động hóa cho phép số người mà sản xuất nhiều hàng hóa trước Như ngành cơng nghiệp phải đáp ứng với thay đổi ? Có bốn hướng giải sau:  Tìm thị trường để mở rộng sản xuất, không cần sa thải lực lượng lao động  Tìm đủ thị trường để trì mức nhân lực có  Tăng lợi nhuận từ việc giảm chi phí sản xuất, để trì mức nhân lực có, khơng thay đổi mức sản xuất đồng nghĩa với việc nguồn nhân lực bị thừa phải sa thải  Giảm nguồn nhân lực Điều có nghĩa người lao động phải tìm việc mới, phải học nghề chuyển sang lĩnh vực dịch vụ công nghiệp dịch vụ phục vụ đời sống Điều thật khó khăn với nhiều người GVCC TS Nguyễn Trọng Doanh ĐHBK HN ...Chương TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA SẢN XUẤT 1.0 Định nghĩa 1.1 Lịch sử phát triển ngànhTự động hóa 1.2 Mục tiêu Tự động hóa sản xuất 1.3 Các vấn đề liên quan trước tiến hành tự động hóa 1.4... Trọng Doanh ĐHBK HN 1.6 Các bước tiến hành Tự động hóa SX Bước 2: Tự động hóa  Tự động hóa thiết kế phần tử, hệ thống tự động  Trình tự tiến hành Tự động hóa:       Xác định hệ thống vật... Tự động hóa tồn bộ: Thích hợp cho sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối Sản xuất dạng dây chuyền ĐHBK HN 1.5 Các dạng tự động hóa sản xuất Tự động hóa “cứng”: Tự động hóa “mềm”:  Đây dạng tự động