CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ROBOT CễNG NGHIỆP
2.8. Vai trũ của robot trong sản xuất
Robot đúng vai trũ vụ cựng quan trọng trong việc đẩy mạnh hiệu quả và tốc
độ sản xu t, b o v người lao ấ ả ệ động, t ng s n lượng và gi m chi phớ ho t ă ả ả ạ động.
Robot là cơ sở thi t l p c a ngành cụng nghi p ch động, giỳp đảm b o tiờu chuẩn ế ậ ủ ệ ủ ả
an toàn đỏp ng yờu cầu tốc độ ngày càng cao, tập quỏn sản xuất và độ chớnh xỏc ứ
kỹ thuật. Việc hợp nhất cỏc tớnh năng và đổi mới cụng nghệ robot sẽ mang lại cho cỏc nhà sản xuất nhiều lợi thế, đặc biệt là cỏc tớnh năng an toàn tiờu chuẩn.
Vào những năm 1960, khi robot cụng nghiệp đầu tiờn được đưa vào đõy
nguy hiểm cho người sử dụng. Robot cú kớch c khỏ c ng k nh, cụng su t l n, ỡ ồ ề ấ ớ
khụng đỏp ứng yờu cầu sản xuất của cỏc nhà ứng dụng, và thường được sử dụng để
hỗ trợ mỏy thuỷ lực. Năm 1980, robot được cải tiến để tr thành thi t b i u khi n ở ế ị đ ề ể đ ệ ửi n t cú độ chớnh xỏc cao và hi u su t l n h n. Đến nh ng th p k gầ đệ ấ ớ ơ ữ ậ ỷ n õy, l ch ị
sử ngành cụng nghiệp robot đó cú nhiều ý tưởng khoa học kỹ thuật th c dụự ng h n. ơ
Cỏc ứng dụng robot cú nhiều đột phỏ trong cỏc lĩnh vực y tế, sản xuất, dõn dụng và kinh doanh. Những cụng nghệ robot như kỹ thu t vi xửậ lý, k thu t trớ tu nhõn ỹ ậ ệ
tạo, hệ thống đ ều khiển và kiểm soỏt trong cỏc dõy chuỳền sản xuất… i đó mở ra một thời đại mới trong ngành cụng nghi p robot núi riờng và ngành cụng nghi p ệ ệ
hi n ệ đại hoỏ núi chung. Theo cỏc chuyờn gia, sự tăng trưởng cụng ngh tớch h p ệ ợ
trong cỏc bộ vi x lý và nh ng bước tiế ớử ữ n l n trong cụng ngh i u khi n t động ệ đ ề ể ự
hoỏ đó giỳp robot thực hiện được những nhiệm vụ quan trọng trong cụng nghiệp
sản xuất và đời sống xó hội. Chỳng khụng chỉ thực hiện được những cụng việc tại cỏc bệnh viện, nhà kho, phũng thớ nghiệm mà cũn tham gia vào những mụi trường nguy hiểm, độc hại.
2.9. Hi u quệ ả ủ c a tập hợp cỏc mỏy CNC thành hệ th ng FMS. ố
Ứng d ng cỏc h th ng FMS cho phộp: ụ ệ ố
- Tăng thời gian mỏy (thời gian cơ ả b n) của cỏc mỏy. - Tăng hệ ố ả s s n xuất theo ca.
- Giảm vốn lưu thụng nhờ giảm được chu kỳ ả s n xu t. ấ
- Giảm số cụng nhõn trong sản xuất.
Dưới đõy chỳng ta sẽ nghiờn cứu từng vấn đề trờn.
2.9.1. Tăng thời gian mỏy (thời gian cơ ả b n) của cỏc mỏy.
Thời gian mỏy (thời gian c bảơ n) c a cỏc mỏy ph thuộủ ụ c vào m c ứ độ tự động húa của h th ng FMS và phứ ạệ ố độ c t p c a chi ti t gia cụng. Để tăng thời gian ủ ế
mỏy cũn phải giảm thời gian gỏ và thỏo chi tiết gia cụng, giảm thời gian thay dao
bị mũn v.v…. Bảng II.1 cho ta thấy sự khỏc nhau giữa chi tiết gia cụng đơn giản và chi tiết gia cụng phức tạp.
Bảng II.1: Đặc tớnh của độ phức tạp gia cụng
Dạng chi tiết gia cụng
Thời gian gia cụng (giờ) Số lần gỏ đặt Số dụng cụ Dao phức tạp Đơn giản 1 1 10 Khụng Phức tạp 6 4 60 Cú
Chi tiết đơn giản được hiểu là chi tiết được gia cụng trong mộ ầt l n gỏ đặt
với thời gian gia cụng trong một lần gỏ đặt với thời gian gia cụng là 1 gi và s ờ ử
dụng 10 dao đơn giản, cũn chi tiết phức tạp là chi tiết được gia cụng trong 4 lần gỏ
đặt với th i gian gia cụng là 6 gi và s dụờ ờ ử ng 60 dao (ba l n gỏ v i m i l n gỏ cú ầ ớ ỗ ầ
10 dao và một lần gỏ cú 30 dao, trong ú cú 2 lần gỏ dựng dao phức tạp) đ
Tập h p cỏc mỏy CNC thành h th ng FMS cho phộp tăng hệ số ợ ệ ố
tăng thời gian cơ ả b n lờn 50 ữ 70%
2.9.2. Tăng hệ ố ả s s n xuất theo ca
Tăng hệ số sản xu t theo ca khi t p h p cỏc mỏy CNC thành h th ng FMS ấ ậ ợ ệ ố đạt được nhờ tăng kh năả ng ph c v nhi u mỏy, đồng th i nhờ vào việc thực hiện ụ ụ ề ờ
cỏc cụng việc chuẩn bị chớnh ở ca thứ nhất và khả ă n ng làm việc hai, ba ca với số ớt cụng nhõn. Cần lưu ý rằng, sử dụng h th ng thay dao t động cú th tăệ ố ự ể ng h số ệ
sản xuất theo ca lờn hai lần, cũn khi s dụử ng thờm c hệả th ng c p phụi và v n ố ấ ậ
chuyển tự động thỡ hệ ố ả s s n 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 thấy quan h gi a cỏc ch tiờu: Kmệ ữ ỉ (hệ số ờ th i gian mỏy), Kc
(hệ số sản xu t theo ca), Ktcấ (hệ số tăng ca), Kgv (hệ số ả gi m v n l u thụng), Ktgt ố ư
(hệ số tăng giỏ thành cho phộp) c a cỏc mỏy CNC độc l p và mỏy CNC trong h ủ ậ ệ
Bảng II.2. cỏc chỉ tiờu Km, Kc, Ktc, Kgv, Ktgt Cỏc mỏy CNC trong FMS Hệ số Cỏc mỏy CNC độc lập Cấp phụi t ự động Thay dao t ự 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 mẫu số là trường hợp gia cụng loat lớn.
Bằng cỏch tăng hệ số thời gian mỏy (Km) , tăng hệ ố s sản xu t theo ca (Ktc ấ ) và giảm hệ số vốn l u thụng (K gv) cú thể ư 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 l n trong sản xuất 2; 3 ca). ầ
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 v n chuy n t động) so với cỏc mỏy ậ ể ự
2.9.4. Giảm số cụng nhõn trong sản xuất
Giảm số cụng nhõn trong sản xuất là yếu tố kớch thớch để tập h p cỏc mỏy ợ
CNC thanh hệ thống FMS. Tự động húa toàn phần cỏc khõu vận chuyển và i u đ ề
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 h thốệ ng FMS s thi t b gi m, kh năố ế ị ả ả ng ph c v nhi u ụ ụ ề
mỏy tăng, do đú cú th giể ải 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 n ng c n cú m t ă ầ ộ
cụng nhõn phục vụ).
2.10. Kho chứa tự động trong hệ th ng FMS ố
2.10.1. Chức n ng c a kho ch a t động ă ủ ứ ự
Kho chứa tự động là nơi tiếp nhận, luư trữ cỏc vật liệu đầu vào (phụi), cỏc thiết bị ph tr , cỏc chi ti t thành phẩm, phế phẩm và chất thải của quỏ trỡnh sản ụ ợ ế
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 s n phả ẩm. Đồng th i -ờ đ ưa ra s hi u ch nh v thụng s k thuậ ủự ệ ỉ ề ố ỹ t c a quỏ trỡnh gia cụng để đảm bảo hiệu quả của hệ thống CIM.
2.10.2. Thành phần c a kho ch a t động ủ ứ ự
Kho chứa tự động bao gồm cỏc thành phần sau: Khu lưu giữ hàng hoỏ; Khu
tiếp nhận và chuyển hàng hoỏ tới hệ ố th ng vận chuy n; Khu xếp đặt cỏc chi tiết hoặc ể
sản phẩm trong thựng chứa; Khu tiếp nh n và chuyển hàng hoỏ từ khu lưu giữ. ậ
Vỡ đa s cỏc kho chứa tự động được chế tạo theo kiểu giỏ đỡ, nờn chỳng ố
cú kết cấu gồm cỏc thành phần sau:Cỏc cơ cấu giỏ đỡ (n i ch a hàng hoỏ); Cỏc ơ ứ
mỏy xếp đống tự động; Cỏc thựng chứa; Cỏc cơ cấu để c p và thỏo cỏc thựng ch a; ấ ứ
Cỏc cơ cấu để vận chuy n thựng ch a t tớch t i hệ thống vận chuyển và ngược ể ứ ừ ổ ớ
lại; Cỏc thiết bị đ ều khiển tự động kho chứa i để đ ều khiển cỏc mỏy xếp dỡ i hàng hoỏ 1 cỏch chớnh xỏc từ thựng chứa tới ụ chứ đa ang 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 ho t. Tuy nhiờn cú h n ch là dung lượng ch a khụng ạ ạ ế ổ ứ
lớn. Song do cú khả năng t ự động hoỏ cao, v i l i di n tớch nh gọớ ạ ệ ỏ n nờn được s ử
dụng phổ biến trong hệ thống FMS.
2.10.3.2. Dạng cần c ẩu c u ầ
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 x p d hàng hoỏ. D ng kho ch a c n ế ỡ ạ ứ ầ
cẩu cầu khắc phục được nhượ điểm của dạng giỏ cần cẩu c 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 ch a là cựng. Nh ng do cú nhi u giỏ ch a nờn ứ ư ề ứ
diện tớch mặt bằng lớn, và năng suất của mỏy cần c u cẩ ầu 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 t đầu cao ừ
này sang đầu thấp kia. Tại 2 đầu của giỏ nghiờng cú cỏc bộ trượt tự động để tiếp
nhận phụi. Dạng kho chứa này chỉ dựng cho 1 số loại chi ti t nhấế t định, do ú tớnh đ
linh hoạt khụng cao.
2.10.4. Bố trớ cỏc kho chứ ựa t động trong h th ng FMS ệ ố
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 th ng v n chuy n - kho ch a, ố ậ ể ứ
năng suất và hạ giỏ thành sản phẩm.
2.11. Hệ thống vận chuyển - tớch trữ ự t động
2.11.1. Thiế ị ỹt b k thu t c a h th ng v n chuy n - tớch tr ậ ủ ệ ố ậ ể ữ
Thiết bị kỹ thu t c a h th ng v n chuy n - tớch tr chia làm 2 nhúm: nhúm ậ ủ ệ ố ậ ể ữ
2.11.1.1. Nhúm thiế ịt b chớnh
Nhúm chớnh gồm: Cỏc lo i b ng t i; Cỏc robot v n chuy n; Cỏc c c u v n ạ ă ả ậ ể ơ ấ ậ
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 ngh ; Cỏc mỏy tớnh; Cỏc bộ ệ
vi xử lý
Cỏc đattric; Cỏc trạ đ ềm i u khiển.
2.11.1.2. Nhúm thiế ịt b ph ụ
Nhúm phụ gồm: Cỏc c cấơ u định hướng; Cỏc c cấu xỏc định địa chỉ (xỏc ơ định vị trớ); Cỏc thanh đẩy; Cỏc cơ cấu thỏo, g t; Cỏc tớch; Cỏc bàn nõng h ; Cỏc ạ ổ ạ
bàn quay; Cỏc mỏy nõng hạ; Cỏc phễu rung; Cỏc xe tời v n chuy n; Cỏc c cấu ậ ể ơ
(mỏy) tiếp li u; Cỏc thựng ch a. ệ ứ
2.11.2. Hệ ố th ng v n chuy n - tớch tr chi tiết gia cụng ậ ể ữ
2.11.2.1. Chức n ng c a h th ng v n chuy n - tớch tr chi ti t gia cụng ă ủ ệ ố ậ ể ữ ế
Hệ ố th ng v n chuy n-tớch tr chi ti t gia cụng c a CIM thực hiện cỏc chức ậ ể ữ ế ủ
năng sau đõy:
Vận chuyển cỏc chi tiết gia cụng (phụi) trong thựng chứa hoặc trờn cỏc vệ tinh tới cỏc vị trớ ti p nh n để b xung vào ổ tớch cú dung lượng nhỏ đặt cạnh cỏc mỏy. ế ậ ổ
Lưu tr trong cỏc tớch cú dung lượng l n cỏc chi ti t dự ữữ ổ ớ ế tr gi a cỏc ữ
nguyờn cụng trờn cỏc vệ tinh hoặc trờn thựng chứa và theo lệnh c a mỏy tớnh vận ủ
chuyển chỳng tới vị trớ tiếp nhận để tiếp tục gia cụng.
Vận chuy n cỏc chi tiế để t ó được gia cụng trờn cỏc mỏy tới vị trớ thỏo chi tiết và chuy n cỏc v tinh t do v v trớ c p phụi ho c tớch tr . ể ệ ự ề ị ấ ặ ổ ữ
Vận chuy n cỏc chi ti t ó được gia cụng t i v trớ ki m tra (ki m tra gi a ể ế đ ớ ị ể ể ữ
cỏc nguyờn cụng) và chuyển chỳng v v trớ ti p nh n để gia cụng ti p. ề ị ế ậ ế
2.11.2.2. Phõn loạ ệ ối h th ng v n chuy n - tớch tr chi tiết ậ ể ữ
Hệ th ng v n chuy n - tớch tr chi tiết ố ậ ể ữ được thiết kế chủ yếu theo 3 phương ỏn: Loại giỏ tớch trữ với mỏy xếp đống, lo i băng tảạ i tớch tr và phương ỏn ữ
tổ hợp (g m b ng t i tớch tr và giỏ tớch trữ vớồ ă ả ữ i mỏy x p đống được treo thờm giỏ ế
2.11.3. Hệ thống vận chuyển - tớch trữ ụ d ng cụ
Hiệu quả gia cụng trờn mỏy CNC của hệ thống FMS ph thuộc rất nhiều vào ụ
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 ắ c t trong hệ thống bao gồm:
Tiếp nhận d ng cụ ụ cắt và d ng c ph ; Theo dừi tr ng thỏi c a d ng cụ ụ ụ ụ ạ ủ ụ
khi gia cụng chi tiết và thay đổi dụng cụ kịp th i; Gi gỡn và b o qu n d ng c 1 ờ ữ ả ả ụ ụ
cỏch cú hệ thống .
2.11.3.1. Chức n ng c a h th ng v n chuy n - tớch tr d ng c ă ủ ệ ố ậ ể ữ ụ ụ
- Tự động vận chuyển và phõn phỏt dụng cụ cho cỏc mỏy gia cụng.
- Thực hiện cấp và thỏo dụng cụ từ cỏc magazin c a cỏc mỏy khi chuy n ủ ể đổi đối tượng gia cụng và lưu gi chỳng cỏc tớch trung tõm. ữ ở ổ
- Đưa cỏc dụng cụ ra ngoài t cỏc mỏy để hi u ch nh và mài s c. ừ ệ ỉ ắ
- Đưa vào cỏc mỏy cỏc dụng cụ ớ m i.
2.11.3.2. Mộ ố ạt s lo i hệ ố th ng v n chuy n - tớch tr d ng c ậ ể ữ ụ ụ
Cỏc mỏy CNC nhiều nguyờn cụng đều cú 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
t ự 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 s dụố ng c < 12 người ta dựng đầu revonve. ụ
Magazin cú dung lợng từ 12 - 30 chiếc được thiết kế theo kết cấu dạng trống (đĩa),
cũn magazin cú số ợ l ng >50 đợc thiết kế theo kết cấu dạng xớch.
2.12. Hệ thống kiểm tra tự động
2.12.1. Chức n ng c a h th ng ki m tra t động ă ủ ệ ố ể ự
Hệ ố th ng ki m tra t ể ựđộng th hi n kh năể ệ ả ng t ựđộng hoỏ cao vỡ khụng cú
sự tham gia của con người. Nú cú 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 c a mụi ủ
trường cụng nghệ và đ ềi u kiện sản xuất.
- So sỏnh giỏ trị thực tế ớ v i giỏ tr danh nghĩị a c a thụng s . ủ ố