Tăng hệ số sản xuất theo ca khi tập hợp cỏc mỏy CNC thành hệ thống FMS đạt được nhờ tăng khả năng phục vụ nhiều mỏy, đồng thời nhờ vào việc thực hiện cỏc cụng việc chuẩn bị chớnh ở ca thứ nhừ́t và khả năng làm việc hai, ba ca với số ớt cụng nhõn. Cần lưu ý rằng, sử dụng hệ thống thay dao tự động cú thể tăng hệ số sản xuất theo ca lờn hai lần, cũn khi sử dụng thờm cả hệ thống cấp phụi và vận chuyển tự động thỡ hệ số sản xuất theo ca tăng lờn 3 lần.
2.9.3. Giảm vốn lưu thụng nhờ giảm được chu kỳ sản xuất
Vốn lưu thụng khi tập hợp cỏc mỏy CNC thành hệ thụng FMS giảm là nhờ rỳt ngắn được chu kỳ sản xuất.
Bảng II.2 cho thừ́y quan hệ giữa cỏc chỉ tiờu: Km (hệ số thời gian mỏy), Kc (hệ số sản xuất theo ca), Ktc (hệ số tăng ca), Kgv (hệ số giảm vốn lưu thụng), Ktgt (hệ số tăng giỏ thành cho phộp) của cỏc mỏy CNC độc lập và mỏy CNC trong hệ thống FMS.
Bảng II.2. cỏc chỉ tiờu Km, Kc, Ktc, Kgv, Ktgt
Hệ số Cỏc mỏy CNC độc lập Cỏc mỏy CNC trong FMS Cấp phụi tự động Thay dao tự động Cấp phụi và thay dao tự động Km khi gia cụng chi
tiết Đơn giản Phức tạp 0,41/0,69 0,39/0,70 0,49/0,74 0,44/0,73 0,65/0,72 0,70/0,74 0,83/0,82 0,84/0,82 Kc 1,6 2-3 2 2 - 3 Ktc 1 1,3 – 1,9 1,3 1,3 – 1,9 Kgv 1 0,95 0,9 0,85
Ktgt khi gia cụng chi tiết Đơn giản Phức tạp 1/1 1/1 1,8/1,6 1,7/1,5 2,2/1,4 2,5/1,5 3,3/2,2 3,5/2,2
Tử số là trường hợp gia cụng loạt nhỏ cũn mõ̃u số là trường hợp gia cụng loat lớn.
Bằng cỏch tăng hệ số thời gian mỏy (Km) , tăng hệ số sản xuất theo ca (Ktc ) và giảm hệ số vốn lưu thụng (K gv) cú thể đạt được giỏ trị cao của hệ số tăng giỏ thành cho phộp (Ktgt) của hệ thống FMS so với cỏc mỏy CNC độc lập:
Ktgt =
Kgv Ktc
Km.
(II.2)
Khi gia cụng loạt nhỏ cỏc chi tiết cho phộp tăng giỏ thành của hệ thống FMS lờn tới 3 lần so với cỏc mỏy CNC độc lập (khi sản xuỏt 2 ca) và lờn tới 4ữ5 lần (khi sản xuất 3 ca). Khi gia cụng loạt lớn chi tiết hiệu quả tập hợp cỏc mỏy CNC thành hệ thống FMS giảm xuống gần 2 lần (1,4ữ2,2 lần trong sản xuất 2; 3 ca).
Kinh nghiệm thành lập hệ thống FMS cho thấy giỏ thành của nú tăng 30 ữ 40% (do phải trang bị mỏy tớnh và cơ cấu vận chuyển tự động) so với cỏc mỏy CNC độc lập.
2.9.4. Giảm số cụng nhõn trong sản xuất
Giảm số cụng nhõn trong sản xuất là yếu tố kớch thớch để tập hợp cỏc mỏy CNC thanh hệ thống FMS. Tự động húa toàn phần cỏc khõu vận chuyển và điều khiển cỏc thiết bịcho phộp cụng nhõn cú thể phục vụ nhiều mỏy và tiến tới sản xuất khụng cú sự tham gia của con người ở ca 2 và ca 3.
Tập hợp cỏc mỏy CNC thành hệ thống FMS cho phộp tăng năng suất lao động lờn 2; 3 lần. Trong hệ thống FMS số thiết bị giảm, khả năng phục vụ nhiều mỏy tăng, do đú cú thể giải phúng được nhiều cụng nhõn sản xuất trực tiếp (bởi vỡ mỗi cụng nhõn cú thể đứng được 6ữ8 tiếng mỏy trong hệ thống FMS mà số mỏy này cú thể thay thế cho 50 ữ 90 mỏy vạn năng với mỗi mỏy vạn năng cừ̀n cú một cụng nhõn phục vụ).
2.10. Kho chứa tự động trong hệ thống FMS
2.10.1. Chức năng của kho chứa tự động
Kho chứa tự động là nơi tiếp nhận, luư trữ cỏc vật liệu đầu vào (phụi), cỏc thiết bị phụ trợ, cỏc chi tiết thành phẩm, phế phẩm và chất thải của quỏ trỡnh sản xuất. Qua đú ta cú thể quản lý được số lượng của phụi ban đầu, thành phẩm và phế phẩm, từ đú đỏnh giỏ được năng suất sản xuất, chất lượng sản phẩm. Đồng thời đ- ưa ra sự hiệu chỉnh về thụng số kỹ thuật của quỏ trỡnh gia cụng để đảm bảo hiệu quả của hệ thống CIM.
2.10.2. Thành phần của kho chứa tự động
Kho chứa tự động bao gồm cỏc thành phần sau: Khu lưu giữ hàng hoỏ; Khu tiếp nhận và chuyển hàng hoỏ tới hệ thống vận chuyển; Khu xếp đặt cỏc chi tiết hoặc sản phẩm trong thựng chứa; Khu tiếp nhận và chuyển hàng hoỏ từ khu lưu giữ.
Vỡ đa số cỏc kho chứa tự động được chế tạo theo kiểu giỏ đỡ, nờn chỳng cú kết cấu gồm cỏc thành phần sau:Cỏc cơ cấu giỏ đỡ (nơi chứa hàng hoỏ); Cỏc mỏy xếp đống tự động; Cỏc thựng chứa; Cỏc cơ cấu để cấp và thỏo cỏc thựng chứa; Cỏc cơ cấu để vận chuyển thựng chứa từ ổ tớch tới hệ thống vận chuyển và ngược lại; Cỏc thiết bị điều khiển tự động kho chứa để điều khiển cỏc mỏy xếp dỡ hàng hoỏ 1 cỏch chớnh xỏc từ thựng chứa tới ụ chứa đang trống (cú thể chứa hàng trờn giỏ đỡ).
2.10.3. Cỏc loại kho chứa tự động
2.10.3.1. Dạng giỏ cần cẩu
Với kết cấu gồm 1 mỏy cần cẩu để nõng hạ hàng hoỏ từ cỏc giỏ chứa tới cỏc ổ tớch và ngược lại rất linh hoạt. Tuy nhiờn cú hạn chế là dung lượng ổ chứa khụng lớn. Song do cú khả năng tự động hoỏ cao, với lại diện tớch nhỏ gọn nờn được sử dụng phổ biến trong hệ thống FMS.
2.10.3.2. Dạng cần cẩu cầu
Với 1 mỏy cần cẩu dạng cầu cú thể di chuyển ngang, dọc, lờn xuống và cú thể quay quanh 1 trục nờn rất linh hoạt khi xếp dỡ hàng hoỏ. Dạng kho chứa cần cẩu cầu khắc phục được nhược điểm của dạng giỏ cần cẩu đú là dung lượng lớn hơn nhiều. Dạng cần cẩu cầu cú đến 3 giỏ, 4 giỏ hoặc 6 giỏ chứa hàng trong khi dạng giỏ cần cẩu chỉ cú 1 hoặc 2 giỏ chứa là cựng. Nhưng do cú nhiều giỏ chứa nờn diện tớch mặt bằng lớn, và năng suất của mỏy cần cẩu cầu khụng cao nờn chỉ sử dụng cho sản xuất hàng loạt nhỏ.
2.10.3.3. Dạng giỏ trọng lực
Với kết cấu giỏ nghiờng lợi dụng trọng lực để cấp và thoỏt phụi từ đầu cao này sang đầu thấp kia. Tại 2 đầu của giỏ nghiờng cỳ cỏc bộ trượt tự động để tiếp nhận phụi. Dạng kho chứa này chỉ dựng cho 1 số loại chi tiết nhất định, do đú tớnh linh hoạt khụng cao.
2.10.4. Bố trớ cỏc kho chứa tự động trong hệ thống FMS
Cỏc kho chứa tự động được đặt gần cỏc thiết bị cụng nghệ (cỏc mỏy CNC). Khi ấy cỏc mỏy cần cẩu tự động (của kho chứa tự động) khụng chỉ thực hiện việc xếp đặt mà cũn cấp phỏt vật tư, phụi và sản phẩm hoàn thiện. Do đú tiết kiệm được diện tớch sản xuất, nõng cao độ ổn định của cả hệ thống vận chuyển - kho chứa, năng suất và hạ giỏ thành sản phẩm.
2.11. Hệ thống vận chuyển - tớch trữ tự động
2.11.1. Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tớch trữ
Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tớch trữ chia làm 2 nhỳm: nhỳm thiết bị chớnh, nhỳm thiết vị phụ.
2.11.1.1. Nhúm thiết bị chớnh
Nhỳm chớnh gồm: Cỏc loại băng tải; Cỏc robot vận chuyển; Cỏc cơ cấu vận chuyển bằng khớ nộn; Cỏc cơ cấu vận chuyển bằng thuỷ lực; Cỏc kho chứa
Cỏc giỏ đỡ; Cỏc mỏy xếp đống; Cỏc robot cụng nghệ; Cỏc mỏy tớnh; Cỏc bộ vi xử lý
Cỏc đattric; Cỏc trạm điều khiển.
2.11.1.2. Nhúm thiết bị phụ
Nhúm phụ gồm: Cỏc cơ cấu định hướng; Cỏc cơ cấu xỏc định địa chỉ (xỏc định vị trớ); Cỏc thanh đẩy; Cỏc cơ cấu thỏo, gạt; Cỏc ổ tớch; Cỏc bàn nõng hạ; Cỏc bàn quay; Cỏc mỏy nừng hạ; Cỏc phễu rung; Cỏc xe tời vận chuyển; Cỏc cơ cấu (mỏy) tiếp liệu; Cỏc thựng chứa.
2.11.2. Hệ thống vận chuyển - tớch trữ chi tiết gia cụng
2.11.2.1. Chức năng của hệ thống vận chuyển - tớch trữ chi tiết gia cụng
Hệ thống vận chuyển-tớch trữ chi tiết gia cụng của CIM thực hiện cỏc chức năng sau đõy:
Vận chuyển cỏc chi tiết gia cụng (phụi) trong thựng chứa hoặc trờn cỏc vệ tinh tới cỏc vị trớ tiếp nhận để bổ xung vào ổ tớch cỳ dung lượng nhỏ đặt cạnh cỏc mỏy.
Lưu trữ trong cỏc ổ tớch cỳ dung lượng lớn cỏc chi tiết dự trữ giữa cỏc nguyờn cụng trờn cỏc vệ tinh hoặc trờn thựng chứa và theo lệnh của mỏy tớnh vận chuyển chỳng tới vị trớ tiếp nhận để tiếp tục gia cụng.
Vận chuyển cỏc chi tiết đó được gia cụng trờn cỏc mỏy tới vị trớ thỏo chi tiết và chuyển cỏc vệ tinh tự do về vị trớ cấp phụi hoặc ổ tớch trữ.
Vận chuyển cỏc chi tiết đó được gia cụng tới vị trớ kiểm tra (kiểm tra giữa cỏc nguyờn cụng) và chuyển chỳng về vị trớ tiếp nhận để gia cụng tiếp.
2.11.2.2. Phõn loại hệ thống vận chuyển - tớch trữ chi tiết
Hệ thống vận chuyển - tớch trữ chi tiết được thiết kế chủ yếu theo 3 phương ỏn: Loại giỏ tớch trữ với mỏy xếp đống, loại băng tải tớch trữ và phương ỏn tổ hợp (gồm băng tải tớch trữ và giỏ tớch trữ với mỏy xếp đống được treo thờm giỏ hoặc cỏc xe tời di chuyển trờn đường ray).
2.11.3. Hệ thống vận chuyển - tớch trữ dụng cụ
Hiệu quả gia cụng trờn mỏy CNC của hệ thống FMS phụ thuộc rất nhiều vào sự thay đổi cỏc dụng cụ mà cỏc chỉ tiờu cụng nghệ của chỳng là: Tuổi bền, chủng loại chi tiết gia cụng. Tổ chức vận hành dụng cụ cắt trong hệ thống bao gồm:
Tiếp nhận dụng cụ cắt và dụng cụ phụ; Theo dừi trạng thỏi của dụng cụ khi gia cụng chi tiết và thay đổi dụng cụ kịp thời; Giữ gỡn và bảo quản dụng cụ 1 cỏch cú hệ thống .
2.11.3.1. Chức năng của hệ thống vận chuyển - tớch trữ dụng cụ
- Tự động vận chuyển và phõn phỏt dụng cụ cho cỏc mỏy gia cụng.
- Thực hiện cấp và thỏo dụng cụ từ cỏc magazin của cỏc mỏy khi chuyển đổi đối tượng gia cụng và lưu giữ chỳng ở cỏc ổ tớch trung tõm.
- Đưa cỏc dụng cụ ra ngoài từ cỏc mỏy để hiệu chỉnh và mài sắc. - Đưa vào cỏc mỏy cỏc dụng cụ mới.
2.11.3.2. Một số loại hệ thống vận chuyển - tớch trữ dụng cụ
Cỏc mỏy CNC nhiều nguyờn cụng đều cỳ cỏc magazin dụng cụ (ổ tớch dụng cụ) để sắp đặt dụng cụ và cỏc cơ cấu để tự động thay đổi dụng cụ theo 1 trỡnh tự đó định là từ magazin tới trục chớnh của mỏy và ngược lại. Cỏc magazin dụng cụ cú dung lợng từ 12 - 60 dụng cụ. Khi số dụng cụ < 12 người ta dựng đầu revonve. Magazin cú dung lợng từ 12 - 30 chiếc đợng từ 12 - 30 chiếc được thiết kế theo kết cấu dạng trống (đĩa), cũn magazin cú số lợng >50 đợc thiết kế theo kết cấu dạng xớch.
2.12. Hệ thống kiểm tra tự động
2.12.1. Chức năng của hệ thống kiểm tra tự động
Hệ thống kiểm tra tự động thể hiện khả năng tự động hoỏ cao vỡ khụng cú sự tham gia của con người. Nú cỳ cỏc chức năng sau:
- Nhận và trỡnh thụng tin về cỏc tớnh chất, trạng thỏi kỹ thuật và cỏch bố trớ khụng gian của cỏc đối tượng được kiểm tra, đồng thời kiểm tra trạng thỏi của mụi trường cụng nghệ và điều kiện sản xuất.
- Truyền thụng tin về sự khụng tương thớch với cỏc mụ hỡnh của quỏ trỡnh sản xuất để kịp thời hiệu chỉnh trờn cỏc cấp điều khiển khỏc nhau của hệ thống.
- Nhận và trỡnh thụng tin về thực hiện chức năng.
Hệ thống kiểm tra tự động cần đảm bảo:
- Khả năng điều chỉnh tự động cỏc thiết bị kiểm tra trong phạm vi 1 chủng loại của đối tượng được kiểm tra.
- Phối hợp cỏc đặc tớnh động lực học của hệ thống kiểm tra tự động với cỏc tớnh chất động lực học của cac đối tượng cần được kiểm tra.
- Độ tin cậy của kiểm tra, kể cả kiểm tra việc chuyển đổi và truyền thụng tin. - Độ ổn định của cỏc thiết bị kiểm tra.
Hệ thống kiểm tra tự động phải đảm bảo chất lượng sản phẩm bằng cỏch kiểm tra vật liệu, phụi, dụng cụ, đồ gỏ, chế độ cắt, thử sản phẩm, cỏc thụng số của thiết bị cụng nghệ và sản phẩm trờn tất cả cỏc giai đoạn của quỏ trỡnh chế tạo. Ngoài ra phải đảm bảo hiệu quả cao nhất của FMS bằng cỏch kiểm tra và chuẩn đoỏn cỏc robot cụng nghệ, cỏc thiết bị gia cụng tự động, kỹ thuật tớnh toỏn và kỹ thuật lập trỡnh.
2.12.2. Cấu trỳc của hệ thống kiểm tra tự động
Cú 3 mức: mức cao, trung bỡnh, thấp. Hệ thống kiểm tra tự động cho phộp xỏc định đối tượng và thiết bị kiểm tra đối tượng với từng mức (cao, trung bỡnh, thấp).
2.12.3. Nguyờn tắc xõy dựng hệ thống kiểm tra tự động
Cú 2 nguyờn tắc là: “khụng tin cậy” (kiểm tra lại) và “tin cậy”. Kiểm tra “khụng tin cậy” cú 3 phương ỏn:
- Kiểm tra đầu vào của nguyờn cụng tiếp theo (mỏy tiếp theo) tất cả cỏc yếu tố của nguyờn cụng trước đú.
- Kiểm tra đầu vào của nguyờn cụng tiếp theo 1 phần cỏc thụng số đó được kiểm tra ở nguyờn cụng trước (những thụng số này cú khả năng ảnh hưởng đến chất lượng của nguyờn cụng tiếp theo).
- Kiểm tra phõn phối, tức là tất cả cỏc thụng số cần kiểm tra được chia ra 2 phần cho cỏc thiết bị kiểm tra đặt ở đầu ra của nguyờn cụng trước và ở đầu vào của nguyờn cụng tiếp theo.
Kiểm tra “tin cậy” thỡ khụng cần thiết phải kiểm tra ở đầu vào của nguyờn cụng tiếp theo.
Nguyờn tắc kiểm tra “tin cậy” là thớch hợp cho FMS nhất. Nguyờn tắc này được sử dụng để hoàn chỉnh quy trỡnh cụng nghệ, cũn hệ thống kiểm tra và chuẩn đoỏn phải đảm bảo giải quyết 1 nhiệm vụ phức tạp, đú là tối ưu hoỏ số nguyờn cụng cần kiểm tra.
2.12.4. Cỏc thụng số cần kiểm tra trong quỏ trỡnh gia cụng chi tiết
Khi kiểm tra vật liệu đầu vào người ta xỏc định kớch thước khuụn khổ, khối lượng và cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu. Khi kiểm tra phụi người ta xỏc định kớch thước hỡnh học như chiều dài, đường kớnh mặt chuẩn để cho robot cú thể túm được và để kẹp trong đồ gỏ, đồng thời người ta cũn quan sỏt cỏc khuyết tật bờn ngoài và bờn trong để đảm bảo chế độ gia cụng tự động. Kiểm tra ở vựng gia cụng là kiểm tra độ chớnh xỏc gỏ đặt và kẹp chặt chi tiết trong đồ gỏ.
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm cần kiểm tra khụng chỉ cỏc chi tiết mà cũn phải kiểm tra cỏc thụng số của dụng cụ cắt (độ mũn của dao, nhiệt độ lưỡi cắt), kiểm tra mỏy (định vị và kẹp chặt chi tiết, biến dạng của mỏy), kiểm tra chế độ gia cụng (lực cắt, tốc độ cắt, mụmen xoắn, lượng chạy dao và chiều sõu cắt), kiểm tra mụi trường cụng nghệ (nhiệt độ và tiờu hao dung dịch trơn nguội, cỏc yếu tố tỏc động khỏc như: Rung động, nhiệt độ, ỏp suất và độ ẩm của khụng khớ) và kiểm tra cỏc hệ thống phụ trợ.
2.13. Tổng quan về hệ thống CIM
CIM là một nhà mỏy sản xuất tự động húa toàn phần, nơi mà tất cả cỏc quỏ trỡnh sản xuất được tớch hợp và được điều khiển bởi mỏy tớnh. CIM quản lý tự động thụng qua sự tớch hợp cỏc phõn hệ: CAD, CAM, CAP, CAPP; Cỏc tế bào gia cụng (CN, CNC, DNC); Hệ thống cấp liệu; Hệ thống lắp rỏp linh hoạt; Hệ thống mạng LAN nội bộ liờn kết cỏcthành phần trong hệ thống và mạng Internet; Hệ thống kiểm tra và cỏc thành phần khỏc…
Hỡnh II.2: Hệ thống sản xuất CIM
Cỏc thành phần hệ thống CIM
Cỏc thành phần chớnh trong một hệ thống CIM bao gồm cỏc modul: Lập kế hoạch sản xuất; Thiết kế sản phẩm; Lập qui trỡnh sản xuất; Lập trỡnh cho cỏc trạm gia cụng; Thiết bị sản xuất; Vận chuyển, tớch trữ; Kiểm tra; Tiếp thị, phõn phối sản phẩm; Tài chớnh, cỏc vấn đề khỏc
Lập kế hoạch sản xuất: Khi nhận được đơn đặt hàng trực tiếp hay qua cỏc phương tiện giao tiếp (internet) cựng với chiến lược phỏt triển sản phẩm, CIM quản lý bằng phần mềm chuyờn biệt (CIMSOFT) nú liờn tục được truyền đi tới cỏc phõn hệ quản lý, điều khiển hệ thống. Dựa trờn kế hoạch này cỏc phõn hệ tự động cập nhật, xử lý thụng tin để đảm bảo sự hoạt động nhịp nhàng, lưu loỏt cho toàn hệ thống. Vỡ vậy, việc lập kế hoạch cú ý nghĩa rất quan trọng, nú quản lý toàn bộ hệ thống trờn tầng vĩ mụ.
Thiết kế sản phẩm: Thiết kế sản phẩm là modul nhằm tạo ra cỏc thụng số về