KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 1 Tóm tắt lịch sử phát triển tự động hố q trình sản xuất - Năm 1765 Chiếc máy tự động đấu tiên sử dụng cơng nghiệp thợ khí người Nga ơng Pơnzunơp chế tạo Nhờ mà mức nước nồi giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao nứơc  nguyên tắc điều chỉnh theo sai lệch theo nguyên tắc PônzunôpGiôn Oat - Năm 1873 Spender chế tạo máy tiện tự động có ổ cấp phơi trục phân phối mang cam đĩa thùng  Năm 1880 nhiều hãng giới Pittler Ludnig Lowe (Đức), RSK (Anh) chế tạo máy tiện rơvônve dùng phôi thép - Năm 1887 Đ G Xtôleôp chế tạo phần tử cảm quang đầu tiên, phần tử đaị quan trọng kỹ thuật tự động hoá - Đầu kỷ 20 loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp đường dây tự động lien kết cứng mềm dùng sản xuất hàng loạt lớn hàng khối - Cuối kỷ 20, xuất cơng nghệ mũi nhọn  tự động hố tồn phần khơng sản xuất hàng khối mà sản xuất loạt nhỏ đơn  xuất loạt thiết bị hệ thống tự động hố hồn tồn máy điều khiển số, trung tâm gia công, hệ thống điều khiển theo chương trình logic PLC, hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, hệ thống sản xuất tích hợp CIM cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia cơng với thời gian chuẩn bị sản xuất nhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh sản xuất đại - Khoảng 10, 15 năm gần xu phát triển sản xuất trí tuệ kỷ 21 sở thiết bị thông minh Một số khái niệm định nghĩa Cơ khí hố Cơ khí hóa q trình thay tác động bắp người thực q trình cơng nghệ chuyển động máy Sử dụng khí hóa cho phép nâng cao xuất lao động không thay người chức nămg điều khiển, theo dõi diễn tiến trình thực loạt chuyển động phụ trợ khác Để tạo sản phẩm yêu cầu, trình sản xuất thực việc biến đổi vật chất thường bao gồm hai dạng sau: Các q trình (hoặc chuyển động chính) Các q trình phụ (hoặc chuyển động phụ) Ví dụ: Để thực trình biến đổi tất thiết bị sản xuất khí phải thực dạng chuyển động chuyển động chuyển động phụ hình 1 tph1 tc Tck Hình1.1: Chu kỳ gia cơng máy - tph1,tph2-Các chuyển động phụ tph2 - tc- chuyển động - Tck-chuyển động chu kỳ Khi áp dụng khí hóa q trình sản xuất, việc điều khiển q trình người thợ thực gồm nội dung sau: - Thu thập lưu giữ thông tin trình cơng nghệ u cầu - Nghiên cứu thơng tin ban đầu nhiệm vụ đặc điểm trình điều khiển đối tượng - Thu thập thơng tin khả khơng tương thích thông số cho trước với thông số thực q trình - Phân tích biến đổi thơng tin có để định lệnh điều khiển phù hợp - Tác động đến cấu điều khiển đối tượng để đạt kết mong muốn  Như điều khiển q trình gia cơng sử dụng thông tin để tạo tác động cần thiết tới có cấu chấp hành, đảm bảo q trình vật lý thơng tin xảy theo mục đích cho trước 2 Tự động hóa q trình sản xuất Là giai đoạn phát triển nên sản xuất khí hóa Nó thực phần cơng việc mà khí hóa khơng thể đảm đương điều khiển q trình Trên thiết bị tự động hóa máy tự động tồn q trình làm việc (kể tác động diều khiển) thực tự động nhờ cấu hệ thống điều khiển tự động, không cần đến tham gia trực tiếp người Các chuyển động phụ máy thực tự động theo chương trình sẵn Con người lúc cịn nhiệm vụ chuẩn bị cấu theo dõi trình làm việc chúng Tự động hóa q trình sản xuất ln gắn liền với q trình hồn thiện đổi cơng nghệ Trong q trình cơng nghệ tự động hóa thiết bị cấu tự động đơi có ảnh hưởng ngược trở lại thân q trình cơng nghệ ngun công riêng biệt làm thay đổi nội dung số chức điều khiển ban đầu Vớ d: quỏ trỡnh tin chuơng trình máy tính dẫn chuơng trình phản hồi phản hồi chuơng trình máy tính dẫn chuơng trình điều khiển chạy dao huớng kính động servo 1.chạy dao nhanh nạp du liệu ban đầu tay 2.chay dọc dao 3.lùi dao nhanh 4.trở vị trí ban đầu 5.chờ lập lại chu kỳ dẫn máy tính 6.bắt đầu lại buớc hình1 3:máy tiện có chu kỳ làm việc theo chuơng trình tự động hoá Nh vy: T ng húa trình sản xuất tổng hợp biện pháp sử dụng thiết kế trình sản xuất công nghệ mới, tiên tiến Trên sở q trình sản xuất cơng nghệ đó, tiến hành thiết lập hệ thống thiết bị có suất cao, tự động thực trình phụ cấu thiết bị tự động, mà không cần đến tham gia người Tự động hóa q trình sản xuất ln gắn liền với việc ứng dụng cấu hệ thống tự động vào q trình cơng nghệ cụ thể Chỉ có sở trình cơng nghệ cụ thể thiết lập ứng dụng cấu hệ thống điều khiển tự động Cấu trúc hệ thống sản xuất tự động hóa mơ tả hình Quá trình tự động Hệ thống Hệ thống Cảm biến Điều khiển Hệ thống phản hồi Hình 1.4: Cấu trúc hệ thống ĐKTĐ Áp dụng: - Giai đoạn đầu sản xuất tự động hoá, nhu cầu điều kiện sản xuất, khả thiết bị, trình sản xuất thường thực theo phương pháp tự động hoá phần Đặc điểm chung thiết bị tự động hố giai đoạn chúng có hệ thống điều khiển cứng (cam, mẫu, trục phân phối v v ) với dung lượng thơng tin chương trình bé - Trong sản xuất tích hợp, tự động hố tồn phần, tồn cơng đoạn ngun cơng qua trình sản xuất, từ cơng đoạn ban đầu công đoạn kết thúc kiểm tra đóng gói v v tự động hố Khoa học tự động hoá Khoa học tự động hoá lĩnh vực khoa học kỹ thuật Nó bao gồm: sở lý thuyết, nguyên tắc sử dụng thiết lập hệ thống điều khiển kiểm tra tự động q trình khác để đạt mục đích cuối mà không cần tới tham gia trực tiếp người Khoa học tự động hoá cấu thành từ nhiều môn học khác như: lý thuyết điều khiển hệ thống tự động Lý thuyết mơ hình hố;mơ phân tích hệ thống; Điều khiển học; Lý thuyết tối ưu; Lý thuyết truyền tin; Kỹ thuật lập trình v v  Tự động hố q trình sản xuất hướng phát triển khoa học tự động hố Sự phát triển gắn liền với phát triển khoa học liên quan Hệ thống thiết kế chế tạo có trợ giúp máy tính (CADCAM) CAD: Nhờ trang thiết bị tính tián thiết kế máy tính, hình đồ hoạ, bút vẽ, máy vẽ, phần mềm chuyên dụng(Matlab, Catia), CAD cho phép tạo mơ hình sản phẩm khơng gian ba chiều, thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá, sửa đổi nhanh chóng trực tiếp hình Các vẽ Cad lưu giữ, nhân gọi lúc Điều cho phép tiết kiệm nhiều thời gian, vật liệu chi phí khác giai đoạn thiết kế ban đầu trước đưa vào sản xuất CAM: CAM thiết lập sở sử dụng máy tính cơng nghệ máy tính để thực hiên tất cơng đoạn q trình sản xuất, chế tạo sản phẩm lập kế hoạch sản xuất, thiêt kế quy trình cơng nghệ gia cơng, quản lý điều hành quy trình chế tạo kiểm tra chất lượng sản phẩm v v CAM lĩnh vực cần bổ trợ nhiều công nghệ kỹ thuật liên quan kỹ thuật CAPP, cơng nghệ nhóm GT, kỹ thuật gia công lien lết LAN v v Do CAM cho phép thực tự động việc lập kế hoạch điền khiển, hiệu chỉnh kiểm tra nguyên công tồn q trình gia cơng chế tạo sản phẩm, nên dễ dàng kết hợp với hệ thông CAD, tạo phương thức sản xuất tiên tiến, hệ thống thíêt kế chế tao tự động có trợ giúp của máy tính CIM Hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính (CIM) Hai cơng nghệ tiên tiến CAD/CAM có kiên quan chặt chẽ tới hình thành hệ thống thiết kế chế tạo tự động có trợ giúp máy tính(CAD/CAM)khi nối kết hệ CAD với hệ CAM Hệ thống kết hợp cad cam gọi hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính(CIM) Các q trình sản xuất thực hệ thống gọi trình sản xuất tích hợp Trong hệ thống sản xuất tích hợp, chức thiết kế chế tạo đượcgắn kết với nhau, hỗ trợ nhau, cho phép tạo sản phẩm nhanh chóng quy trình sản xuất linh hoạt hiệu Các thiết bị sản xuất tự động máy riêng biệt kết nhập với máy truyền tải thông tin tạo thành hệ thống thồng cho phép khép kín chu trình gia công, chế tạo sản phẩm Hệ thống sản xuất linh hoạt(FMS) Hệ thống sản xuất linh hoạt hệ thống bao gồm thiết bị gia cơng máy điều khiển só, trung tâm gia công, thiết bị gá lắp, tháo dỡ chi tiết dụng cụ tự đông, hệ thống cấu định hiướng chi tiết tự động q trình gia cơng, cấu kiểm tra tự động v v thiết kế theo nguyên tắc môđun điều khiển máy tính hệ thống máy tính FMS cho phép chuyển đổi nhanh sản xuất thay đổi sản phẩm với chi phí thời gian tiền bạc nhỏ Theo cấu trúc, hệ thống sản xuất kinh hoạt chia thành cấp độ như:máy linh hoạt, môđun sản xuất linh hoạt, đường dây sản xuất linh hoạt, phân xưởng sản xuất linh hoạt nhà máy sản xuất linh hoạt Sản xuất trí tuệ Việc áp dụng phát triển sản xuất công nghệ tiên tiến thiết bị thông minh năm gần cho phép dự đốn xuất hình thức sản xuất hồn tồn tương lai-Sản xuất trí tuệ Sản xuất trí tuệ khơng chỏ địi hỏi mơ tả kiến thức phương pháp mô hình ngơn ngữ logic, mơ hình logic trí tuệ, yêu cầu phải xem xét lại số luận điểm thói quen sẵn có hình thành kỹ thuật Để đáp ứng đòi hỏi sản xuất trí tuệ tính linh hoạt, tính tối ưu, vận tốc xử lý tình huống, thiết bị tự động hoá tương lai phải giải loạt vấ đề lien quan tới cấu trúc dẫn động chính, độ tin cậy, khả tiếp nhận xử lý thông tin hệ thống cảm biến, tính vạn ngơn ngữ lập trình kiểu mới, tính linh hoạt kết cấu nhiều vấn đề khác Hệ thống sản xuất linh hoạt(FMS) Hệ thống sản xuất linh hoạt hệ thống bao gồm thiết bị gia cơng máy điều khiển só, trung tâm gia cơng, thiết bị gá lắp, tháo dỡ chi tiết dụng cụ tự đông, hệ thống cấu định hiướng chi tiết tự động q trình gia cơng, cấu kiểm tra tự động v v thiết kế theo ngun tắc mơđun điều khiển máy tính hệ thống máy tính Trong chừng mực FMS coi CIM nhỏ, cho phép chuyển đổi nhanh sản xuất thay đổi sản phẩm với chi phí thời gian tiền bạc nhỏ Theo cấu trúc, hệ thống sản xuất kinh hoạt chia thành cấp độ như:máy linh hoạt, môđun sản xuất linh hoạt, đường dây sản xuất linh hoạt, phân xưởng sản xuất linh hoạt nhà máy sản xuất linh hoạt Rôbôt công nghiệp Một lĩnh vực quan trọng sản xuất trí tuệ cơng nghệ robot Rơ bốt thiết bị tự động đa chức lập trình cho nhiều cơng việc điều khiển máy tính Chúng sử dụng thiết bị độc lập, có khả thay đổi nhanh dễ hiệu chỉnh Hệ thống điều khiển robot có nhiệm vụ xử lý thơng tin nhận để tạo chuỗi lệnh cần thiết, coi kho chứa trung chuyển liệu sử dụng cho công việc khác Robot ứng dụng: y tế, dịch vụ, gia cơng, lắp ráp lĩnh vực khac mà máy tự động thông thương thực Đặc biệt u cầu xử lý tình nhanh, xác, lựa chọn tìm kiếm giải pháp nhiều phương án, yêu cầu khả suy nghĩ logic phán đốn tình theo bối cảnh, sử dụng rôbốt cho hiệu cao  Rôbốt thiết bị đáp ứng đặc tính thay đổi sản xuất đại, mở rộng đáng kể khả thiết bị trình sản xuất với hiệu cao Vai trò ý nghĩa tự động hố q trình sản xuất Tự động hố q trình sản xuất cho phép giảm giá thành nâng cao suất lao động Tự động hoá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiên sản xuất Tự động hố q trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ cao sản xuất đại Tự động hố q trình sản xuất cho phép thực chun mơn hố hốn đổi sản xuất Tự động hố q trình sản xuất cho phép thực cạnh tranh đáp ứng điều kiện sản xuất Các nguyên tắc ứng dụng tự động hố q trình sản xuất Tự động hố q trình sản xuất vấn đề khoa học kỹ thuật phức tạp Việc phát triển ứng dụng cơng đoạn q trình sản suất phải dựa sở nghiên cứu phân tích khoa học có tính hệ thống Một số nguyên tắc ứng dụng tự động hóa - Ngun tắc có mục đích kết cụ thể - Nguyên tắc toàn diện - Nguyên tắc có nhu cầu - Nguyên tắc hợp điêu kiện Ngun tắc có mục đích kết cụ thể Ap dụng tự động hố phải có mục đích rõ rang hiệu kinh tế dự tính định, thực cơng việc nhanh tốt hơn, hiệu Các thống kê thực cho thấy (60-70%)hiệu kinh tế trình áp dụng tự động hoá suất thiết bị tự động hoá, cao (15-20)% hiệu chất lượng sản phẩm nâng cao ổn định hơn, có(10-15)%hiệu kinh tế giảm chi phsi trả lương cho công nhân  ưu tiên hang đầu cho thông số xuất chất lượng q trình gia cơng Ứng dụng robot công nghiệp nguyên công hàn, sơn, phủ cho phép nâng cao suất, chất lượng gia công cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân Giảm khơng đáng kể chi phí lương cơng nhân lại kéo dài chu kỹ gia công công việc cần nhiều động tác thjời gian ngắn Nguyên tắc toàn diện Tất thành phần quan trọng trình sản xuất đối tượng sản cuất, công nghệ, thiết bị phụ, hệ thống điều khiển phục vụ, thải phôi phế liệu, đội ngũ kỹ thuật v…v phải xem xét giải triệt để, tồn diện trình độ cao Chỉ sở công nghệ tiến tiến, việc thiết kế ứng dụng hệ thống thiết bị tự đọng hoá mang lại hiệu mong muốn Để tuân thủ nguyên tắc phải bám sát mục tiêu biện pháp tự đọng hoá - Tự động hoá phải thực tất công đoạn sản xuất để biến đổi chúng với mục đích nâng cao xuất lao động chất lượng sản phẩm gia công - Nâng cao chất lượng tự động hoá tất tringh phụ ngun cơng đơn lẻ cách hiệ đại hoá, thay tổ hợp trang thiết bị tự động Giảm chi phí gia công tổng cộng cho đơn vị sản phẩm theo nguyên tắc giảm chi phí lao động sống, tăng tỷ lệ chi phí q khứ Giảm số cơng nhân phục vụ trực tiếp phân xưởng tăng số chuyên gia công nhân bậc cao lĩnh vực chuẩn bị sản xuất Thiết lập tổ hợp thiết bị tự động điều khiển tập trung để thực trình sản xuất Nguyên tắc có nhu cầu Các thiết bị tự động hóa, kể thiết bị tiên tiến sử dụng đạt hiệu nơi mà khơng có khơng được, khơng phải nơi sử dụng ý nghĩa cấu thiết bị tự động hóa đại khơng bó hẹp việc thay chức điều khiển công nhân phục vụ thiết bị sản xuất mà cho phép mở khả thiết lập loại thiết bị mà trước người khơng thể chế tạo khơng có chúng Nhờ chúng mà ngày người ta tạo thiết bị có khả vượt xa khả vật lý người bình thường, để sử dụng nơi với việc mà người tiếp cận thực Các thiết bị tự động hóa dễ dàng điều khiển nhiều thiết bị lúc Các thiết bị tự động hóa đại cho phép thực đồng thời nhiều dạng công việc khác nhiều loại dụng cụ với độ tập trung cao ngun cơng,  công việc cần suất cường độ gia công cao, người ganh đua với thiết bị tự động hóa 4 Nguyên tắc hợp điêu kiện Việc đưa vào ứng dụng giải pháp kĩ thuật chưa hồn thiện khơng thể chấp nhận được, điều dẫn đến việc tiêu tốn nhiều tiền công sức cách vô ích Đo dó phải định hướng tốt nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tự động hóa phù hợp với điều kiện cụ thể ... cao suất lao động Tự động hố q trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiên sản xuất Tự động hố q trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ cao sản xuất đại Tự động hố q trình sản xuất cho phép thực... mơn hố hốn đổi sản xuất Tự động hố q trình sản xuất cho phép thực cạnh tranh đáp ứng điều kiện sản xuất 1 Các nguyên tắc ứng dụng tự động hố q trình sản xuất Tự động hố q trình sản xuất vấn đề... đổi sản xuất đại, mở rộng đáng kể khả thiết bị trình sản xuất với hiệu cao 1 Vai trị ý nghĩa tự động hố q trình sản xuất Tự động hố q trình sản xuất cho phép giảm giá thành nâng cao suất lao động