CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ROBOT CễNG NGHIỆP
2.4. Sự tớch hợp của FMS với cỏc hệ thống tự động hoỏ
Sự tớch hợp của hệ thống thi t k tựế ế động và h th ng chu n b cụng ngh ệ ố ẩ ị ệ
sản xuất tự động với FMS là rấ ầt c n thi t, b i vỡ h th ng tớch h p cho phộp gi i ế ở ệ ố ợ ả
phúng con người khỏi sự tham gia trực tiếp trong quy trỡnh cụng nghệ và như ậ v y, con người chỉ cú chức năng kiểm tra và giỏm sỏt.
Tớch hợp chỉ cú thể tạo ra hi u qu sử dụng FMS trong sảệ ả n xu t d n chi c ấ ơ ế
và hàng loạt nhỏ, vớ dụ gia cụng 100.000 chi tiết với 2 - 3 l n cầ ần xử lý 30.000 -
50.000 chương trỡnh cho mỏy CNC và robot. Chỉ cú mỏy tớnh mới tạo ra được khối lượng thụng tin đ ều khiển khổng lồ như vậy. i
Như vậy, FMS c n ph i làm việc trong thành phần hệ thống tớch hợp toàn ầ ả
phần (hệ thống đ ềi u khiển tự động, hệ thống thiết kế tự động, hệ th ng chu n b ố ẩ ị
cụng nghệ ả s n xuất tự động, hệ thống FMS).
2.5. Nguyờn tắc thiế ật l p FMS
Thiết lập hệ thống FMS được b t đầu t vi c xỏc định cho h chi ti t được ắ ừ ệ ọ ế
chế tạo trong FMS. K t qu củế ả a cụng vi c này (nh n được nh mỏy tớnh) được ệ ậ ờ
dựng để xỏc định thiết bị cụng nghệ của FMS (cỏc t bào gia cụng t độnghay cỏc ế ự
Tiếp theo đú là thiết lập cỏc cấu trỳc chức năng, cấu trỳc cụng nghệ và cấu trỳc thụng tin của FMS, đồng thời thiết lập mạng mỏy tớnh nội bộ. Sau giai đ ạo n này cú thể giải quyết vấn đề thuật toỏn và lập trỡnh cú tớnh đến tỏc ng qua lạ ủđộ i c a cỏc hệ thống i u khiển của FMS với cỏc hệ thống tựđ ề động khỏc trong hệ thống
tớch hợp toàn phần. Song song với hệ thống này c n thi t l p cỏc h th ng cung ầ ế ậ ệ ố
cấp đ ện, nước, khớ nộn, thụng tin… i
Vấn đề tiờu chuẩn hoỏ của FMS phải được chỳ ý ngay từ đầu và phải được đặt trờn cơ sở sử dụng r ng rói nguyờn t c modul. Vớ dụộ ắ , cú th chọể n cỏc m u tiờu ẫ
chuẩn của kho chứa tự động, cỏc thiết bị cụng nghệ tiờu chuẩn và cỏc robot… Sau đõy là vớ dụ về nguyờn t c hỡnh thành h th ng s n xu t linh ho t FMS ắ ệ ố ả ấ ạ
từ cỏc mỏy CNC
Nguyờn tắc 1: Trang bị cho mỏy ổ tớch dụng cụ (magazin dụng cụ)
Ổ dụng c vớ ơụ i c cấu thay dao t động cho phộp gia cụng nhi u b mặ ủự ề ề t c a chi tiết trong một hoặc mộ ố lầt s n gỏ và do ú gi m được th i gian gia cụng, giảm đ ả ờ được khối lượng cụng việc c a con ng i. Đủ ườ õy là m t b c phỏt triển trong cụng ộ ướ
nghệ đ ề i u chỉnh hàng loạt.
Nguyờn tắc 2: Trang bị cho mỏy cơ ấ c u vệ tinh thay đổi
Cơ cấu v tinh thay đổi là c cấệ ơ u c p phụi t động và ấ ự đẩy chi ti t ó gia ế đ
cụng ra vị trớ xỏc định. Cơ cấu v tinh cho phộp làm trựng th i gian phụ (thời gian ệ ờ
thỏo chi tiết gia cụng và th i gian gỏ đặt phụi trong ờ đồ gỏ). Thực tế cho thấy số lượng cơ cấu vệ tinh thay đổi từ 2 ữ 3 là kinh tế nhất
Nguyờn tắc 3: Chế ạ t o mỏy nhiều trục chớnh
Mỏy nhiều tr c chớnh thụng d ng là cỏc mỏy phay chuyờn dựng, mỏy này ụ ụ được sử dụng để gia cụng đồng th i nhi u chi ti t gi ng nhau ho c gia cụng đồng ờ ề ế ố ặ
thời nhiều b mặ ủề t c a m t chi tiết bằng nhiộ ều dao nhằm tăng năng suất gia cụng.
Thực tế cho thấy số lượng trục chớnh thay đổi từ 2 ữ 4 trong i u ki n gia cụng nh đ ề ệ ẹ
và trung bỡnh.
Nguyờn tắc 4: Gia cụng đồng thời bằng nhiều dao
Tức là chi tiết trong cựng một thời gian được gia cụng bằng nhi u dao khỏc ề
năng suất của mỏy và cho phộp thực hiện cụng nghệ điều chỉnh linh hoạt giống
như cỏc mỏy CNC một trục chớnh.
Nguyờn tắc 5: Đ ềi u khiển cỏc mỏy CNC bằng mỏy tớnh
Đ ềi u khi n cỏc mỏy CNC b ng mỏy tớnh cho phộp th c hi n cụng ngh i u ể ằ ự ệ ệ đ ề
chỉnh linh hoạt (nhờ khả năng k t n i v i mỏy tớnh bậế ố ớ c cao, kh năả ng i u khi n đ ề ể
thớch nghi và khả năng i u khi n di chuy n củđ ề ể ể a cỏc v tinh thay ệ đổi) và gi m ả được kớch cỡ mỏy, đồng th i nõng cao ờ được năng su t và ch t lượng gia cụng ấ ấ
Nguyờn tắc 6: Tập hợp cỏc mỏy CNC thành t ng nhúm và i u khi n chỳng ừ đ ề ể
bằng mỏy tớnh
Đ ềi u khi n c nhúm b ng mỏy tớnh cho phộp hi u ch nh chương trỡnh tr c ể ả ằ ệ ỉ ự
tiếp trờn mỏy tớnh và đ ềi u chỉnh cụng việc của cỏc mỏy.
Hiệu quả kinh tế- kỹ thuật của phương phỏp đ ềi u khiển nhúm này bằng mỏy tớnh được thể ệ hi n qua cỏc u i m sau: Gi m chu k l p trỡnh, loạ ỏư đ ể ả ỳ ậ i b cỏc b ng t ă ừ
- Giảm số ụ d ng cụ ử ụ s d ng, nõng cao năng suất và chất lượng gia cụng.
Nguyờn tắc 7: Tập hợp cỏc mỏy CNC thành h thống FMS ệ
Hệ thống FMS bao gồm cả hệ th ng v n chuy n t ố ậ ể ự động và i u khi n đ ề ể
trung tõm bằng mỏy tớnh, nhằm mụ đc ớch tự động hoỏ cỏc nguyờn cụng chớnh và
phụ trong sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng lo t v a. Thành lập cỏc hệ thống như ậạ ừ v y
được tiến hành theo cỏc hướng sau õy: Dõy truy n t động i u ch nh, h th ng đ ề ự đ ề ỉ ệ ố
FMS với kho chứa phụi và dụng cụ, hệ ố th ng FMS cú kho ch a c cấứ ơ u v tinh v i ệ ớ
phụi, hệ thống FMS cú kho chứa cơ cấu v tinh v i chi ti t và cơ cấệ ớ ế u v tinh v i ệ ớ
magazin dụng cụ, hệ thống FMS cú kho chứa cơ cấu v tinh v i phụi và dụng cụ ệ ớ để cấp phỏt riờng bi t cho cỏc mỏy ệ
2.6. Phõn loại FMS
Dựa vào kinh nghiệm ứng dụng FMS ở cỏc nước trờn thế giới người ta phõn FMS ra cỏc loại chớnh sau đõy:
Loại 1: Khụng phụ thuộc vào dũng vật liệu của tế bào gia cụng tự động
(đồng nghĩa với modul sản xất linh hoạt). Lo i này được c u t o t mỏy v n n ng ạ ấ ạ ừ ạ ă
đ ềi u khi n. FMS lo i này được s d ng trong nh ng trường h p mà chi tiết cú thời ể ạ ử ụ ữ ợ
gian gia cụng lớn (quỏ trỡnh gia cụng được tập trung trờn một mỏy).
Loại 2: Gồm cỏc tế bào gia cụng tự động vạn năng được đ ềi u khiển từ mạng mỏy tớnh và hệ thống vận chuy n - tớch trữ phụi (chi tiết) tự động linh hoạt. Trong ể
FMS loại này cỏc chi tiết cựng loại cú thể được gia cụng theo nhiều tiến trỡnh cụng nghệ khỏc nhau trờn một số tế bào gia cụng t ự động (modul s n xu t linh ho t). ả ấ ạ
FMS loại 2 này được sử dụng r ng rói trong nh ng trường h p khi chi ti t cú th i ộ ữ ợ ế ờ
gian gia cụng khụng lớn.
Loại 3: Là dõy chuyền tự động linh hoạt, trong FMS loại này mỗi nguyờn
cụng được thực hiện chỉ trờn một mỏy. Hệ th ng v n chuy n - tớch tr phụi (chi ố ậ ể ữ
tiết) đảm bảo tiến trỡnh cứng cho mỗi chi tiết và thụng thường nú được thực hiện dưới dạng băng tải hay mỏy quay vũng.
2.7. í nghĩa của FMS.
Ứng d ng FMS trong cỏc xớ nghi p cụng nghi p cho phộp nõng cao hi u ụ ệ ệ ệ
quả kinh t , giải phúng sức lao động của con người và tăế ng kh n ng thay đổi cụng ả ă
việc của cỏc thiết bị cụng nghệ.
Ở Nh t B n và cỏc nước Tõy Âu, ứng dụng FMS cho phộp tăng khả năng ậ ả
hoàn vốn của cỏc mỏy lờn tới 80 ữ200%, giảm thời gian phục v mỏy t i 60 ữ70% ụ ớ
và như ậ v y giảm được thời gian sản xuất và giỏ thành lao động sống tới 80 %. Khi tớch hợp FMS với cỏc hệ thống thiết kế ự t động, ki m tra tự động và đ ềể i u khiển tự
động thỡ cỏc chỉ tiờu trờn cũn tăng cao hơn nữa.
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