FABRICAȚIA ȘI MONTAJUL ÎN MECATRONICĂ CU SISTEME FLEXIBILE

7/28/2019 FABRICAIA I MONTAJUL N MECATRONIC CU SISTEME FLEXIBILE

1/57

FABRICAIAI MONTAJUL N MECATRONIC CU SISTEME FLEXIBILE Prof. dr. ing. Simona LACHE

1. INTRODUCERE N SISTEMELE FLEXIBILE DE FABRICAIE

1.1 Modelul unei ntreprinderi


2/57

O comand din partea beneficiarului poate fi pentru un produs standard al ntreprinderii sau pentru unprodus modificat la cerere. n cel de-al doilea caz, descrierea caracteristicilor produsului dorit esteprezentat compartimentului de PROIECTARE. Cu ajutorul metodelor i algoritmilor specifici sistemelorCAD se realizeaz modelul produsului. Ieirile activitii de proiectare constau n desenele de execuie iprogramele pentru realizarea reperelor pe mainile unelte cu comand numeric. Urmtoarea activitate o reprezint PLANIFICAREA proceselor de fabricaie. n aceast etap seconsult baza de date cu mijloacele de fabricaie i procedeele de prelucrare, n scopul elaborriiprocesului tehnologic de prelucrare (pentru repere), respectiv de asamblare (pentru ntregul produs). Dup obinerea planurilor de operaii, se activeaz funcia de ORDONANARE, prin care se urmreteelaborarea unui program de fabricaie astfel nct s poat fi respectate datele de livrare impuse prin

contractul cu beneficiarul. Programul de fabricaie constituie element de intrare n procesul de lansare n fabricaie a produsului,respectiv FABRICAIA propriu zis. n aceast etap sunt lansate n fabricaie toate reperele ce trebuierealizate pentru obinerea produsului finit. Materiile prime / semifabricatele, suntorientate i fixate n mainile-unelte cu comand numeric, fiind prelucrate secvenial, conform planuluide operaii, n vederea obinerii formei, preciziei dimensionale i calitii suprafeelor prevzute ndocumentaia tehnologic. Asamblarea reperelor astfel obinute se realizeaz cu ajutorul roboilorindustriali. Programele de comand numeric pentru obinerea traiectoriilor cerute sunt introduse n


3/57

mainileunelte iar prelucrarea reperelor este simulat pe ecranul mainii. Pentru obinerea condiiilorde calitate impuse, se stabilesc i se transmit mainii anumii parametri de CONTROL. Activitatea de VERIFICARE const n compararea calitii obinute cu cea impus prin documentaiatehnologic i cu cerinele beneficiarului, propunndu-se, dac este necesar, unele corecii. Mai mult,prin aceast activitate se verific i performanele echipamentului tehnologic (main unealt,dispozitiv,scul) utilizat, indicndu-se eventualele surse de erori i propunndu-se, de asemenea, corecii. Informaiile de tip feedback despre utilizarea resurselor i despre calitatea produselor sunt reorientatectre toate activitile de la nivelele ierarhic superioare. Aceste informaii pot fi utilizate dup cum urmeaz:apariia unui defect n produs se poate datora unei proiectri necorespunztoare, ceea ce nseamnca trebuie mbuntitactivitatea de proiectare.utilizarea ineficient a echipamentului de fabricaie poate fi din cauza alegerii unei variante incorectede proces tehnologic, ceea ce necesit reconsiderarea activitii de planificare.se poate ntmpla ca programul de fabricaie s nu poat fi respectat din cauza apariiei de defeciunila mainile unelte care realizeaz unele repere, ceea ce implic apelarea la furnizori externi. se poate ntmpla ca procesul de prelucrare s nu se desfoare n condiiile de calitate iproductivitate stabilite, situaie n care estenecesar reglarea mainii-unelte sau stabilirea unor noi

parametrii decontrol pentru aceasta.

Exemplu 1: Procesul informaional pe care l presupune ordonanarea reperelor nvederea fabricaiei

Elementele de intrare sunt, n aceast situaie, categoria de repere care trebuie fabricate i mainile-

unelte disponibile. Respectivele informaii sunt stocate n buffer-ul de intrare din memoria sistemului

de calcul. Activitatea este declanat prin trimiterea unui semnal de pornire ctre punctul de decizie 1,

semnal care atest prezena informaiilor necesare (elementele de intrare menionate mai sus) n

sistem. Dup realizarea activitii curente i obinerea rezultatelor, acestea sunt stocate n buffer-ul de

ieire din memoria calculatorului. Concomitent, se emite un semnal n punctul de decizie 2,

semnificnd terminarea activitii curente, semnal ce poate declana, n continuare, o alt activitate.


4/57

Exemplu 2:Activitile de prelucrare a materialelor

Fie o activitate reprezentat de operaia de strunjire pentru care material prim/ semifabricatul este

stocat n buffer-ul de intrare. Sistemul de comand i control trimite un semnal n punctul de decizie 1,

care atest prezena semifabricatului n magazia de materiale. Punctul de decizie 1 primete i un

semnal de feedback de la mainaunealt (strung) care este pregtit pentru execuia operaiei. naceste condiii, semifabricatul este transportat din magazie ctre maina-unealt, n vederea prelucrrii.

Dup execuia reperului se genereaz un semnal n punctul de decizie 2 pentru a informa sistemul de

comand i control asupra ncheierii activitii de prelucrare a piesei. Aceast informaie este utilizat

pentru a transfera reperul executat ctre magazia de piese finite.

a. Mainile-unelte cu comand numeric (MUCN)

realizeaz operaii specializate n vederea prelucrrii unei piese, se stabilete tipul semifabricatului i

al sculei (sau sculelor) utilizate i se introduce programul de comand numeric. Acesta selecteaz i

comand traiectoria sculei pentru prelucrarea suprafeei dorite. Flexibilitatea acestui tip de main-

unealt este foarteridicat: sculele pot fi schimbate cu uurin iar prelucrarea unui tip nou de piese se

realizeaz prin simpla introducere a unui nou program n controller. Utilizarea acestui concept trebuie

s aib n vedere costurile relativ ridicate de pregtire a fabricaiei.

b. Celula flexibil de fabricaie (CFF)

Reprezint un alt concept modern de fabricaie. Poate fi constituit din mai multe maini cu

comand numeric sau dintr-o singur main-unealt multifuncional. In cadrul unei celule de

fabricaie se pot executa mai multe operaii asupra aceleiai piese de prelucrat. Manipularea piesei se

poate face cu un dispozitiv special sau un robot. Programarea sistemului estesimilar programrii


5/57

mainilor cu comand numeric, cu observaia c trebuie inclus n program i partea de manipulare a

piesei. Un astfel de sistem duce la creterea productivitii pe seama micorrii flexibilitii, avnd n

vedere c dispozitivele special pot fi proiectate numai pentru un spectru limitat de piese.

c. Sistem flexibil de fabricaie (SFF)

Sistemul flexibil de fabricaie const ntr-un numr de maini-unelte cu comand numeric legate

ntre ele printr-un sistem de transport comun pentru piese i un sistem de comand central. Mainile-

unelte din cadrul sistemului flexibil de fabricaie prelucreaz reperele n mod integral. Piesa de

prelucrat este direcionat spre maina-unealt selectat, n vederea prelucrrii. Programarea se

realizeaz ca i n cazul mainilor cu comand numeric, cu observaia c trebuie incluse n program att

traseul urmat de pies ct i modul de manipulare a acesteia. Avnd n vedere c aceast metod

ncearc s aproximeze principiul fabricaiei n flux,utilizarea sa duce la creterea ntr-o mare msur a

productivitii.

d. Fabricaia pe loturi de repere sau pieseeste utilizat n cadrul unui sistem flexibil de fabricaie.

Piesele sunt grupate n loturi n vedere diminurii timpilor de reglare a mainii-unelte i de schimbare a

sculelor n cadrul procesului de prelucrare.

e. Fabricaia pe linii de transfer sau n fluxutilizeaz vechiul principiu al produciei de serie mare i

mas. Posturile de lucru sunt, n general, specializate i rigide, iar odat instalate rmn neschimbate.

Modificarea fluxului tehnologic de prelucrare se realizeaz numai n cazul n care s-au efectuat

transformri n proiectul produsului ce trebuie obinut. Acest principiu conduce la productiviti ridicate,

realizate cu un cost minim al prelucrrii. In timp ce n primele patru cazuri prezena calculatorului este

indispensabil pentru programarea i comanda mainilor-unelte, acesta nu este neaprat necesar

pentru funcionarea unei linii de transfer. Totui, n ultimul timp calculatorul i-a gsit locul n

monitorizarea acestor linii, n vederea identificrii rapide a eventualelor disfuncionaliti ale mainilor-

unelte i n reducerea timpului de reparare.


6/57

Productivitate

O productivitate ridicat se obine, de regul, cu investiii relativ mici i o eficien mare a produciei.

n cazul sistemelor flexibile de fabricaie, investiiile sunt mari, ceea ce impune un grad nalt de

disponibilitate i utilizare a mainilor, alturi de scurtarea ciclurilor de producie. O atenie deosebit

se cere asupra fluxurilor de materiale i distribuirii elementelor de lucru ntre modulele de prelucrare.

Calitate

Pentru a obine o calitate corespunztoare a produselor este necesar ndeplinirea urmtoarelor

condiii: alegerea varianteide procedeu tehnologic ce poate fi aplicat n condiii de siguran; sistem

de identificare unic a reperelor i sculelor; automatizarea proceselor de prelucrare i asamblare; automatizarea sistemului de transport i manipulare a materialelor; limitarea numrului

echipamentelor tehnologice, de exemplu prin standardizarea sculelor i dispozitivelor de orientare /

fixare; control automat al prelucrrii dup fiecare etap.

Flexibilitate

Flexibilitate cu privire la comenzi: sistemele flexibile de fabricaie s fie capabile a realiza eficient

comenzi pe loturi de dimensiuni diverse, fr o schimbare a echipamentului tehnologic. Flexibilitate cu

privire la produs: sistemul flexibil de fabricaie trebuie proiectat astfel nct s fie posibil realizarea mai

multor variante ale aceluiai produs. De asemenea este necesar o reacie rapid la modificrile n

cererea beneficiarului, n condiiile n care schimbrile de echipament tehnologic sau n programele decomand numeric s fie minime. Flexibilitate cu privire la sistem: este necesar cnd se are n vedere

reproiectarea sistemului n vederea obinerii de productiviti mai ridicate sau cnd sunt necesare

completarea, respective schimbarea metodelor i procedeelor de fabricaie curente.

2.

ELEMENTE DE CONDUCERE NUMERIC2.1 Definiii i caracteristici


7/57

Comanda numeric:Metod automat de comand, utilizat pentru conducerea unor maini-unelte i a unor echipamentede prelucrare, pe baza unor instruciuni codificate pe suport de informaii adecvat;Permite poziionarea sau ghidarea unui organ mobil,n orice moment al micrii, n funcie decoordonatele acestuia; aceste coordonate definesc gradele de libertate ale organului mobil.OBSERVAIE: Dei termenul ncetenit este cel de comand numeric, dac se ine cont de faptul cprogramul prezint o multitudine de funciuni (pornire/oprire micare scul/ masa main/ lichid rcire-ungere, schimbare scul, reglareregim achiere, etc.), n present se utilizeaz termenul de conducerenumeric care include comanda unei deplasri i verificarea ei.

2.1 Definiii i caracteristici Echipamentul de conducere numeric ECN, la fel ca toate sistemele tehnologice, se caracterizeazprin existena a 3 fluxuri: Flux de energie Flux de materiale Flux de informaii n prelucrarea informaiilor se remarc 2 etape:

Prelucrare extern: se realizeaz n afara ECN, avnd ca scop obinerea programului de conducerenumeric a m.u.Prelucrare intern: se realizeaz de ctre ECN, prin decodificarea datelor din program i transmitereacomenzilor de execuie ctre organele m.u. Informaiile generate de ECN pot fi:Informaii de deplasare: se refer la deplasarea organelor mobile ale m.u. de-a lungul axelor de lucru iconcur n mod direct la realizarea geometriei piesei;Informaii de comutaie: au caracter preponderant tehnologic selectarea turaiei i avansului,alegerea sculei de lucru, pornirea motoarelor/ sistemului de rcire-ungere.Pe lng informaiile preluate din program, ECN exploateaz io serie de informaii speciale, care nu potfi programate, ci se introduc manual prin intermediul panoului de comand al m.u.

Exemplu: Localizarea punctului de origine asociat piesei;Corecii de raz/ lungime asociate sculelor.n general, ECN sunt constituite din urmtoarele ansambluri:1. Consola operator (panou de comand)2. Seciunea de comand convenional3. Dispozitivele de introducere a datelor4. Blocul de calcul5. Sistemul de msurare a poziiei organelor mobile6. Blocul de alimentare si comanda2.2 ECN - interpolatoare

Calitatea i performanele prelucrrii pe ECN este datorat, n mare msur, interpolatoarelor utilizate:

INTERPOLATOR: unitate din cadrul ECN care efectueaz interpolrile, respectiv operaiile de stabilireprin calcula a punctelor care definesc traiectoriile organelor mobile comandate ntre puncte diferite,definite prin programul de aplicaii.n funcie de traiectoria parcurs ntre punctele de capt ale curbelor, se deosebesc urmtoarele tipuride interpolri: Liniar;Circular;Eliptic/ parabolic;


8/57


9/57

b) ECN pentru prelucrri liniare Deplasarea organelor mobile comandate numeric se poate face numai paralel cu axele de coordonate;n timpul deplasrii, scula poate lua contact cu piesa( poate avea loc procesul de achiere); Echipamentele sunt mai complexe dect a)este necesar prelucrarea i transmiterea att ainformaiilor de deplasare ct i a celor de comutaie (pt. reglarea turaiei i avansului broei port-scul).OBS. Se mai ntlnesc sub denumirea de Echipamente cu conducere paraxial.Tipuri de m.u.: frezat/ gurit/ alezat/ filetat/ strunguri

c) ECN pentru conturare

Deplasrile dup ambele axe ale sistemului de coordonaten plan sunt controlate => micarea rezultat va fi orientat dup o direcie oarecare, variabil n timp =>este posibil prelucrarea oricrui contur plan;Necesitatea corelrii micrilor dup diferite axe impune interpolatorului o complexitate sporit, astfelnct s poat lansa comenzi cvasi-simultan ctre dou lanuri cinematice;Pentru meninerea constant a valorii absolute a vitezei de avans, trebuie calculate n permaneninformaiile de comutaie pentru fiecare ax.


10/57

2.3 ECNrolul calculatorului n procesul de conducere numeric1. Sisteme CNCConducere Numeric cu Calculatorul2. Sisteme CNDConducere Numeric Direct3. Sisteme CAComand Adaptiv

1. Sisteme CNC ECN dotate cu microcalculatoare; avantaje:Posibilitatea funcionrii din memorie (AUTOMEMORY);Posibilitatea programrii conturului piesei prelucrate; Posibilitatea intercalrii de faze suplimentare pentru corectarea programului (la ECN convenionaleera necesar refacerea programului);Posibilitatea efecturii coreciilor de scul, a.. se pot folosi sculele din dotarea mainii (uneori diferitefa de cele avute n vedere de programator);Posibilitatea interpolrii pe raze foarte mari, cu puncte de plecare/ sosite (STARTPOINT/ ENDPOINT)

situate n cadrane diferite, cu programarea coordonatelor centrului arcului de cercca i parametri deinterpolare; Evitarea avansurilor (F) i a turaiilor (S) exagerate, datorit erorilor de citire sau manevrelor greite,prin programarea limitelor admisibile pentru regimul de prelucrare.2. Sisteme CND avantaje:Gestionarea centralizat a programelor de aplicaii; Coordonarea lansrii n execuie a acestora;Sistemele CND devin rentabile dac se conecteaz la calculator 8-10 m.u., numrul programelor estemare iar lungimea acestora prea mare pentru a fi stocat n memoriile CNC;Exemplu: linie de fabricaie coninnd MUCN i roboi industriali.3. Sisteme CAsunt realizate n bucl nchis n raport cu procesul de achiere, avnd rolul de a stabili i

menine un regim optim de prelucrare pe baza reglrii valorii tuturor parametrilor sau numai a o partedin acetia.Achiziia datelor i interpretarea valorilor msurate n sistemul tehnologic i de control se realizeaz dectre microcontroller-ul integrat n MUCN;MUCN sunt dotate cu variatoare continue de turaie i avans, ceea ce permite reglarea parametrilor nmod permanent i la nivel fin.DEF: Sisteme tehnologice adaptive sisteme automate cu capacitatea de a adapta n timp parametriiregimului de prelucrare la condiiile concrete (numite factori perturbatori)


11/57

Sisteme CA - schema bloc:

Orice sistem CA necesit culegerea de informaii despre starea real (curent) a procesului de prelucrare

=> este necesar introducerea unui element de urmrire (traductor) n sistemul tehnologic.Valoarea msurat, Xm, este trimis blocului de calcul BC. n urma prelucrrii datelor n BC (a mrimiiXm alturi de alte informaii fixe Xf), rezult o mrime de corecie Xc, destinat sistemului de comandSC.Blocul de calcul trebuie informat inclusiv cu privire la modelul mathematic dup care are loc optimizarea(M). Pe baza mrimii corectate Xc, sistemul de comand va lansa n sistemul de prelucrare incrementulinc, cu care se va ajusta valoarea mrimii urmrite, obinndu-se astfel adaptarea sistemului la noilecondiii de funcionare introduse de mrimea perturbatoare Xp


12/57

Limbajul conducerii numerice Frazele de prelucrare: definesc toate secvenele de prelucrare necesare pentru realizarea operaiilorprogramate. Adresa cuvntului (caracter alfanumeric): definete memoria sau circuitul de execuie dinunitatea de comand creia i se adreseaz comanda. Coninutul cuvntului: grup de cifre careformeaz o valoare numeric Codul de programare: totalitatea caracterelor ce pot fi utilizate pentruscrierea unui program de conducere numeric

Formate de structurare a frazelor

standard asigur interschimbabilitatea suportului programului pentru diferite sisteme de conducere numeric tipuri de formate:tabelar: pentru ECN de poziionare

cu cuvinte de comand: pentru ECN de conturare

Formate de structurare tabelare

informaiile codificate apar n tabelul program-pies, scrise sub form de coloan; fiecrei coloane icorespunde o anumit adres, iar pe suportul programului se va codifica doar coninutul comenzii; structura fiecrei fraze trebuie s fie invariabil - pentru a nu denatura semnificaia informaiilorcodificate pe suport; adresele care nu se regsesc ntr-o fraz vor fi nlocuite cu caractere speciale(TAB, HT).TOATE FRAZELE PROGRAMULUI AU ACEEAI LUNGIME


13/57


14/57

Transmiterea ctre MU a datelor referitoare la:Parametrii regimului de achiere: turaie (S) i avans (F);Scule achietoare (T); Adresa T: programarea sculelor Selectarea sculei din magazia de scule a MU;Specificarea coreciei de scul (dac este cazul); Rotirea capului revolver port-scule (aducerea sculein poziia de lucru);Semnalizarea necesitii de schimbare a sculei.Coninutul adresei T este ntotdeauna o valoare numeric ntreag.Informaii tehnologice Adresele S i F: comand selectarea turaiei (S) i avansului (F); Modul de codificare depinde de tipul mecanismului de antrenare a arborelui principal (cutie de vitezesau variatoare continue); Coninutul adresei reprezint chiar valoarea programat n cazul utilizrii variatoarelor continue (celmai frecvent)Informaii pregtitoare i auxiliare Pornirea / oprirea micrii arborelui principal;

Pornirea /oprirea sistemului de rcire-ungere; Stabilirea sensului de rotaie; Stabilirea ciclului de prelucrare (ex. gurire, filetare); Codificarea modului de descriere a deplasrilor (absolut sau incremental); Stabilirea tipului interpolrii; Controlulconturrii, etc. Se folosesc adresele G i M; Adresa G: pregtirea MU n vederea executrii:unui anumit tip de operaie; ntr-un anumit mod;dup anumite axe.

Adresa M: programarea MU pr-ziseProgramarea asistat decalculator a ECN Limbaj de programare: 1955, la MIT (Massachusetts Institute of Technology)APT (Automatically Programmed Tools)


15/57

3. Comanda i controlul fluxurilor de materiale n cadrul SFFACerine n manipularea materialelor n cadrul SFF abordare a capacitilor de producie prin prisma ctorva condiii de limit:producie n fluxflexibilitate ridicat, eliminarea stocurilor, respectarea termenelor de livrare,

grad ridicat de utilizare a echipamentelorComponentele sistemului de manipulare a materialelor depozite i magazii; depozite tampon (intermediare) necesare n timpul procesului de fabricaie; benzi rulante; vehicule de transport; sortatoare i alimentatoare de piese; manipulatoare, roboi.Caracteristici ale sistemului de manipulare a materialelor

n vederea automatizrii este necesar:identificarea materialelor i semifabricatelor cu ajutorul calculatoruluighidarea i urmrirea traiectoriilor acestora n cadrul procesului de producie.

Calculatorul determin parametrii de funcionare pentru comanda i controlul fluxului de materiale,prin urmare el trebuie s constituie parte integrant a procesului global de planificare i control aproduciei. Algoritmii de control sunt stabilii n funcie de condiiile la limit menionate mai sus. Un grad nalt de integrare a fluxurilor de materiale se poate obine prin dezvoltarea unor module deplanificare dinamic i a sistemelor de simulare. Un sistem de manipulare a materialelor bine conceput constituie un element crucial pentru bunafuncionare a unui sistem de producie integrat. Se cunoate faptul c din timpul total de prelucrare a


16/57

unei piese, 85% se pierde n timpi intermediari; cu alte cuvinte, un procent considerabil din capital esteblocat n stocuri fr s produc, n acest timp, nimic. Scopul principal al implementrii unui sistem demanipulare a materialelor asistat de calculator este de a reduce timpii intermediari pe pies i de afluidiza fluxul de materiale n cadrul ntregului sistem de producie (reducnd, prin aceasta, stocurile). Acest obiectiv poate fi atins printr-o integrare sistematic a:procesului de fabricaie,metodelor de fabricaie,echipamentelor de manipulare a materialelor ifluxului de informaii.

Caracteristici ale sistemului de manipulare a materialelor

Cerinele din punct de vedere software necesare realizrii acestor operaii:1. Localizarea materiei prime n magazie, identificarea i pregtirea pentru preluare. Aceastanecesitcitirea numrului semifabricatului, localizarea lui pe raft i determinarea modului n care va fi prins.2. Pregtirea unui dispozitiv de manipulare, de exemplu un robot, i a unui mijloc de transport caretrebuie adus n zona de ncrcare. Robotul trebuie s recunoasc semifabricatul, s l ia de pe raft i s l

plaseze n container sau stiv. n vederea ndeplinirii acestor operaii, se presupune c sistemele demanipulare sunt dotate cu vedere artificial.3. Conducerea vehiculului ctre zona de prelucrare i aducerea sa n poziia corespunztoare descrcrii.n continuare, un al doilea dispozitiv de manipulare trebuie s recunoascsemifabricatul, s l ridice i sl ncarce pe maina-unealt, n vederea prelucrrii. De cele maimulte ori, ncrcarea nu se face n moddirect, semifabricatul fiind plasat ntr-un sistem de depozitare tampon. Procesul de ncrcare asemifabricatului pe maina-unealt necesit, de asemenea, dotarea manipulatorului cu vedereartificial. Dup finalizarea prelucrrii, piesa estepreluat de pe maina-unealt i plasat fie ntr-un


17/57

container tampon, fie ntr-un vehicul de transport. Vehiculul este condus ctre magazia de piese finite iadus n poziia corespunztoaredescrcrii.4. n final, se activeaz un dispozitiv de manipulare iar piesa este depozitat, n mod ordonat, nmagazie.OBS. n realitate, tot acest lan de operaii este mult mai complex i complicat dect apare descris aici: oserie de senzori trebuie activai i trebuie asigurat o sincronizare perfecta aciunilor. Pentru a urmrisemifabricatul/ piesa, pe tot parcursul ciclului, este necesarun sistem computerizat care s monitorizezeoperaiile fiecrei componente din sistemulde manipulare a materialelor i s verifice dacsemifabricatul/ piesa a intrat, respectiv a ieit din fiecare staie de lucru.

Arhitecturi de comanda si control

Aceast reea este alctuit din dou nivele (structuri ierarhice):structura de planificare i sincronizare istructura de operare.Comanda pentru o anumit operaie privind fluxul de materiale este trimis structurii de planificare fiede la calculatorul central, fie de la atelierele de producie ale ntreprinderii. La primirea comenzii se

apeleaz la algoritmii de planificare i execuie pentru a pregti circulaia materialelor.n acest scop, calculatorul utilizat pentru planificare trebuie s aib acces la o baz de date care sconin:descrierea configuraiei sistemului pentru circulaia materialelor;descrierea echipamentelor utilizate pentru circulaia materialelor, a controllere-lor i senzorilor; algoritmi pentru planificarea cilor de circulaie i optimizarea lor;programe de execuie i sincronizare a operaiilor;


18/57

informaii privind starea, la orice moment (on line), a echipamentelor i proceselor de manipulare amaterialelor; subprograme (rutine) de recunoatere a erorilor i corectarea acestora;programe de operare pentru echipamentele de manipulare a materialelor (ncrcare/descrcare);programe statistice pentru evaluarea datelor de fabricaie;informaii privind stocurile de produse finite;informaii privind stocurile pariale de semifabricate.Componentele sistemului de comand i control pentru structura operaional pot avea diferitecaracteristici, n funcie de dimensiunile sistemului de producie. Astfel, pentru sistemele de dimensiunimici, interfeele vor asigura conectarea direct la echipamentele de manipulare a materialelor. Pentrusisteme mai complexe, trebuie utilizate controllere programabile i calculatoare de proces pentrufiecare funcie mai important.n cazul fabricaiei flexibile, este necesar ca programele de comand i control i parametrii s poat fischimbai on line, n funcie de tipulproduciei curente. Programele sunt trimise de la calculatorulcentral ctre calculatoarele operaionale (de proces). n acest caz, fiecare calculator operaional trebuies fie capabil s comande i s supravegheze, n mod independent, echipamentele de manipulare amaterialelor corespunztoare operaiilor a cror realizare o asigur.

Datele operaionale, culese n timpul procesului, sunt trimise ctre calculatorul responsabil cuplanificarea.Calculatoarele operaionale conin, de regul, urmtoarele timpuri de date: algoritmi de control;programe pentru achiziii de date; programe de operare a senzorilor; drivere pentru periferice;programe de operare a dispozitivelor de intrare /ieire;proceduri pentru recunoaterea i corectarea erorilor.Pentru asigurarea sincronizrii calculatoarelor de comand i control din structura de operare, datele cu parametrii actualizai on line sunt communicate calculatorului de planificare, care apeleaz

algoritmii de divizare i ordonare a fluxului de materiale n etape bine stabilite. Circulaia materialelorprezint un rol esenial n desfurarea fabricaiei: nealimentarea la timp cu materiale a unui post delucru poate afecta ntreaga producie, aa cum ntregul sistem de producie poate pierde timpsemnificativ dac sistemul de manipulare a materialelor este incomplet. Acestea sunt motivele pentrucare comanda i controlul computerizat trebuie dublate cu sisteme de protecie, n cazul cderii reelei.Una dintre metode o constituie posibilitatea fiecrui calculator operaional de a asigura, n modindividual, funcionarea echipamentelor pentru fluxurile de materiale aferente lui, independent decderea calculatoarelor din structura de planificare. n acest caz este foarte important (mai ales n cazulproduciei n flux) asigurarea sincronizrii cu celelalte calculatoare aparinnd aceleiai structuri, datfiind faptul c sincronizarea era asigurat de calculatorul din structura ierarhic superioar (deplanificare). Pentru operaiile deosebit de importante se recomand utilizarea unui calculator de rezervn cadrul structurii de planificare, pe care s se comute n mod automat n momentul apariiei unei

defeciuni n sistemDispozitive de intrare/ ieireUna din problemele fundamentale o constituie recunoaterea i urmrirea materialelor de-a lungulfluxului, indiferent de modul n care se realizeaz manipularea i transportul lor: manual, cu bandrulant sau vehicule. n acest sens, exist date de natur administrativ i fizic ce trebuie introduse,prelucrate i difuzate n sistem.Datele administrative descriu comanda beneficiarului i se refer la informaii privind identificareapieselor, timpul de realizare i ritmul fabricaiei


19/57

Datele fizice sunt utilizate pentru recunoaterea i urmrirea unei pieseDispozitivele de introducere i prelucrare automat a datelor asigur independena fluxului de materialede potenialele erori datorate manipulrii manuale

Dispozitive de intrare/ ieire Cu ajutorul unui sistem convenional de prelucrare a datelor, intrarea unei comenzi este nregistratmanual, prin intermediul unui terminal de calculator, iar eliberarea unei comenzi se face cu ajutorulunei imprimante. nregistrarea comenzii se poate simplifica i mai mult, prin utilizarea etichetrii cu barede cod, coduri magnetice sau mecanice. De cele mai multe ori, aceste elemente ajut laidentificarea i urmrirea pieselor de-a lungul fluxului de fabricaie, fiind posibil o eviden on line astadiului de prelucrare pentru fiecare reper. Un alt tip de echipament deosebit de util n manipularea materialelor l constituie terminalul portabil.Se poate plasa n imediata vecintate a postului de prelucrare sau de manipulare a materialelor, datelefiind introduse de la tastatur sau printr-un cititor de coduri. Pentru transmisii de date fr fir (wireless)se utilizeaz sistemul de comunicaii cu unde radio sau infraroii. Perifericele de ieire pot fiasemntoare sau identice cu cele de intrare, dar n majoritatea cazurilor printre acestea se gsescimprimantele, necesare pentru eliberarea etichetelor scrise sau codificate. Terminalele de calculator utilizate n cadrul atelierelor i seciilor de producie trebuie s fie rezistente,insensibile la praf i ocuri, prevzute cu interfee prietenoase pentru operatori. Deoarece ele suntfolosite ntr-un mediu de producie dinamic, codurile i datele de intrare trebuie s fie ct mai simple,


20/57


21/57

n procesul de producie poziionarea reperelor constituie o problem deosebit de serioas; mai mult,nu este permis supunerea reperelor la tratamente termice sau splare, deoarece imprimatele se potdeteriora.Avantaj: informaiile imprimate pot fi identificare uor de operatorul uman.3. Codurile de bare

Metoda este deosebit de rspndit i const n convertirea informaiilor despre produs ntr-un cod debare. Etichetarea produsului se poate face direct, cu ajutorul unei imprimante, sau prin intermediul uneietichete speciale ataate produsului. Citirea se face printr-un sistem laser, pentru care nu este necesar o poziionare foarte precis aprodusului.Codul poate fi citit i cu ajutorul unui dispozitiv tip creion.4. Codificri speciale.Se pot utiliza codificri speciale, de tipul profilelor tanate direct n suprafaa reperului, a gurilorperforate sau a altor tipuri de marcaje.Metoda prezint avantajul c piesele marcate astfel pot fi supuse tratamentelor termice sauoperaiilor de splare fr s existe riscul deteriorrii codului.

B. Metode de identificare cu ajutorul echipamentelor de depozitare i transportDe multe ori nu este practic sau nu este posibil ca informaiile despre produs s se ataeze direct deacesta.n astfel de cazuri, codul va fi ataat echipamentului care asigur depozitarea i transportul reperelor ncadrul ciclului de fabricaie.Cele mai cunoscute tipuri de echipamente sunt: containerele, courile sau echipamentele suspendate.1.Cartela mobileste ataat la containerul cu repere, conine toate informaiile relative la produs i nsoete pieselepe tot parcursul etapelor de fabricaie;la fiecare post de prelucrare cartela este plasat ntr-un dispozitiv de citire (citirea poate fi fcut imanual, cu ajutorul unui creion magnetic), astfel nct se pot obine toate datele cu privire la

prelucrarea care urmeaz s aib loc;la ora actual se folosesc cartele magnetice.B. Metode de identificare cu ajutorul echipamentelor de depozitare i transport2. Buffer de cod. ntr-un buffer mecanic, informaia poate fi stocat prin poziionarea pinilor care pot lua poziia pornitsau oprit.Codul este identificat cu ajutorul unei antene sau a unui sistem de iluminare, n staia de citire.n cazul codului magnetic, exist nite magnei setai pe poziia pornit, respectiv oprit, iar codul esteidentificat, n staia de citire, prin intermediul unor senzori inductivi (de exemplu, un magnet situat ntr-o poziie apropiat de staia de citire indic unu, n timp de un magnet mai ndeprtat indic zero).3. Dispozitive de identificare programabile

Aceste dispozitive conin un microprocesor, memorie, un emitor i un receptor, i sunt ataate la

containerul cu repere (n unele cazuri se pot ataa direct de reper).Transferul date, n cadrul staiei de citire, are loc prin unde ultrasonice, infraroii sau radio.Principiul de comunicaie ales depinde de aplicaie i de mediul specific al ntreprinderii. Memoria poate conine un set complet de informaii despre produs, care poate fi actualizat latrecerea de la o etap de fabricaie la alta.n prezent exist dispozitive cu memorie suficient pentru a stoca i date despre proces i desprecontrolul calitii, date utilizate apoi pentru monitorizarea prelucrrilor pe o main-unealtindividual sau a procesului de testare ntr-o staie pentru controlul calitii.


22/57

Sisteme de urmrire a obiectelor n cadrul fluxului de materiale, urmrirea obiectelor reprezint un proces deopotriv important icomplex. De exemplu, un obiect trebuie adus dintr-o poziie iniial, prin intermediul a diferite posturi de lucru,ntr-o poziie final. n timpul ntregului traseu tehnologic, obiectul poate fi identificat cu ajutorul unui sistem de vedereartificial sau a unui sistem de codificare ataat lui. n timpul procesului de comand i control, obiectul este, n primul rnd, localizat i identificat. n continuare se ia o decizie n privina controlului circulaiei obiectului, de exemplu prin activarea unuicomutator. n momentul n care obiectul intr ntr-un post de lucru, este posibil ca s fie necesar schimbul deinformaii privind prelucrarea i controlul calitii, ceea ce se poate realiza prin intermediul unordispozitive de identificare programabile. n principiu, se disting dou metode de urmrire a obiectelor:urmrire direct iurmrire indirect.

Sisteme de urmrire a obiectelora.Urmrire direct sistemul de identificare include caracteristici optice, coduri ataate, caracteristici de culoare igreutate;adresa de destinaie a reperului poate fi citit:direct - de pe sistemul de identificare,

indirect - prin citirea codului i interogarea calculatorului cu privire la traiectoria reperului.b. Urmrire indirectsistemul de identificare este ataat dispozitivului de transport al reperelor (de exemplu unuicontainer); containerul de repere este identificat cu ajutorul unui sistem de citire a codului;adresa de destinaie este determinat cu ajutorul calculatorului, care are n memorie modelulsistemului de transport i cunoate poziia fiecrui reper n container.


23/57

I. Cea mai simpl metod de urmrire a dispozitivului de transport al unui reper: utilizarea posturilor deurmrire optic, plasate de-a lungul traseului tehnologic.n acest fel se poate nregistra ori de cte ori un reper trece prin dreptul unui post de urmrire.Deoarece calculatorul cunoate numrul containerelor dintre dou posturi de urmrire succesive, el vanumra containerele ce trec prin dreptul fiecrui post.Din acest numr se poate determina intervalul de timp n care un container strbate distana ntrepostul de lucru din aval i postul de lucru din amonte.Cu alte cuvinte, calculatorul are n memorie modelul on line al sistemului de transport al materialelorn cadrul procesului de producie.Acest model este prevzut, n interiorul calculatorului, cu un buffer care conine descrierea tuturortipurilor de repere pe care le transport dispozitivul de transport.Micarea sistemului de transport este divizat datorit ntreruperilor generate de trecerea dispozitivelorde transport prin dreptul barierei de lumin.Aceast ntrerupere determin rotaia fie a unui indicator (software), fie a buffer-ului a crui micare seva sincroniza cu cea a sistemului de transport.n acest fel, modelul este actualizat n mod continuu, la fiecare trecere prin dreptul unei bariere delumin.

Dezavantaje n cazul n care dispozitivele de transport (mai ales cele suspendate) baleiaz i ntrerupraza luminoas de mai multe ori n cadrul unui post.II. O alt metod const n divizarea sistemului de transport n seciuni de identificare succesive.n fiecare seciune exist dou elemente de urmrire (de exemplu, senzori optici), plasate la intrare i,respectiv, la ieire.La un moment dat, n fiecare seciune poate exista un singur container (dispozitiv de transport).Cnd containerul intr ntr-o seciune, senzorul de intrare nregistreaz micarea i o transmitecalculatorului, acesta din urm lund cunotin cu locul n care se afl reperele din container.La prsirea seciunii curente, calculatorul primete un semnal de la senzorul de ieire i nregistreazimediat respectiva micare.n continuare, la intrarea n seciunea de identificare urmtoare, procesul se repet.

Avantaj: metoda rezolv problemele de sincronizare care pot aprea n cazul primei metode discutate(I).Dezavantaj: necesitatea unui mare numr de senzori i capacitate mare a calculatorului, care este npermanen solicitat.III. O metod mai complex o constituie utilizarea unui system echivalent.Sistemul echivalent (modelul fizic) al sistemului de transport current va urmri micarea dispozitivului detransport al reperelor.Acesta este conectat, printr-un sistem mecanic, cu elementul de acionare a sistemului de transport, nscopul asigurrii sincronizrii micrilor.n momentul n care un container cu repere intr n sistem, este identificat prin intermediul coduluiataat.Calculatorul este astfel capabil s urmreasc containerul n cadrul procesului de producie prin

urmrirea sistemului echivalent.Exemplul unui sistem de monitorizare a controlului calitii i urmrire a traseului unei componente ncadrul procesului de producien Figura 4.23 se prezint un sistem de comand i control al fluxului de materiale pe baza comunicaieicu unde infraroii, ntr-un atelier de vopsire a caroseriilor de autovehicule. Sistemul prezentat realizeazdou funciuni i anume urmrirea produsului i monitorizarea controlului calitii. n cadrul traseuluitehnologic, caroseriile sunt direcionate la diversele posturi de grunduire, de vopsire i retu (dac estecazul). La finalul procesului tehnologic, caroseriile sunt depozitate ntr-o magazine special.


24/57

Cnd se elibereaz o comand, o caroserie este preluat din depozitul de semifabricate i adus n zonade vopsire. Comenzile sunt grupate n loturi de aceeai culoare, pentru a se evitatimpii de pregtire ncheiere necesari lansrii unui nou lot.La intrarea unei caroseriin zona destinat procesului tehnologic de vopsire, se ataeaz acesteia unsenzor cu infraroii, avnd un cod unic. Un operator introduce numrul comenzii i datele relative lacomand n calculator prin intermediul terminalului de introducere a datelor A.n interiorul calculatorului, codul este asociat cu numrul comenzii, astfel nct caroseria poate fiidentificat n mod unic n cadrul fiecrui post de lucru. La fiecare post de identificare o raz de lumininfraroie este orientat ctre sensor prinintermediul unui senzor de citire cu infraroii, plasat n poziiade citire prestabilit.Raza de lumin este apoi reflectat ctre senzorul de citire, n forma unui cod pe ase bii, identificndastfel codul ataat caroseriei.n acest fel, calculatorul poate localiza comanda n fiecare seciune din procesul tehnologic, avnd iposibilitatea de monitorizare a diferitelor operaii de prelucrare.n finalul procesului tehnologic (de vopsire, n exemplul de fa), se detaeaz senzorul de pe caroserieiar aceasta se depoziteaz n magazia special amenajat n acest sens.Terminalele de introducere a datelor B i C sunt utilizate pentru monitorizarea controlului calitii.

n momentul n care o caroserie trece prin dreptul unui post de control al calitii, aceasta esteidentificat prin intermediul unui senzor, staia de retransmitere cu infraroii transmite un semnal ctreun terminal portabil aflat n dotarea unui operator de control al calitii.Fiecare terminal are o adres unic.Operatorul verific caroseria i introduce n terminalul portabil, prin intermediul tastaturii, eventualeledefecte.Aceste informaii sunt semnalate staiei de retransmitere, cu ajutorul creia ele se transfer sistemuluide comand i control (calculatorului). Calculatorul evalueaz datele i trimite un mesaj terminaluluiportabil care semnalizeaz procesarea informaiilor primite.Apoi, terminalul portabil este eliberat din operaia curent, fiind gata s recepioneze o nou operaiede control al calitii.


25/57

Comanda i controlul vehiculelor pentru transportul materialelorFlexibilitatea sistemului de manipulare i transport a materialelor n cadrul procesului de produciepoate fi mult sporit prin asigurarea transportului al acestora cu ajutorul vehiculelor comandate i

controlate de calculator.n cazul n care sistemul este dotat cu un numr mic de vehicule, controlul lor se realizeaz n modcentralizat.n caz contrar, cnd exist un sistem de distribuie a materialelor cu un grad nalt de automatizare iartopologia ntreprinderii este complex, se recomand controlul descentralizat, la nivelul fiecrei secii deproducie.n aceast din urm situaie trebuie realizat o planificare atent a traiectoriilor i sincronizrilor dintrevehicule, n scopul asigurrii desfurrii fr ntreruperi a operaiilor i evitrii coliziunilor.


26/57

n contextul unui sistem de producie inteligent, vehiculele pentru transportul materialelor sencadreaz n categoria roboilor mobili, avnd dou nivele de evoluie: Vehiculele ghidate automat Vehiculele autonome.1. Vehicule ghidate automat AGV (Automated Guided Vehicle)

Un vehicul ghidat automat reprezint o platform alimentat la baterie, avnd trei sau patru roi carese deplaseaz de-a lungul spaiului de producie pe o traiectorie ghidat. Vehiculul poate fi folosit ca:element de traciune, element de transport a materialelor saubaz mobil pentru echipamentul de manipulare. Traiectoria poate fi:line vopsit pe podeaua spaiului de producie cu o vopsea pasiv fluorescent sau magnetic;un fir conductor (de ghidare) activ nglobat n podea1.a Linie indicatoare pasiv Aceast metod folosete, n general, linii vopsite pe podea, pe care vehiculele trebuie s le urmeze. Controllerul, plasat n interiorul vehiculului, urmrete n permanen, cu ajutorul senzorilor,

traiectoria pe care circul vehiculul. Dac acesta deraiaz de la traiectoria dorit, se determin o micare de corecie i se transmite ctreroile conductoare un semnal de control n buclnchis, pentru ca acestea s modifice sensuldeplasrii. n cazul aplicrii acestei metode de control, una dintre principalele probleme ce trebuie rezolvate estedeterminarea poziiei vehiculului. n acest scop se utilizeaz diferite principii:Marcaje de control sau semnalizatoare vizuale plasate pe podeaua/ tavanul spaiului de producie.Urmrirea fluxului de materiale prin camere video, transmitoare radio, marcaje sau raze laser.Marcaje de control sau semnalizatoare vizuale plasate pe podeaua/ tavanul spaiului de producie

Sistem de urmrire a fluxului de materiale utiliznd unde infraroii (Fig. 4.23). Principiul poate fi utilizat, de asemenea, pentru ghidarea unui vehicul.

Pe tot parcursul circulaiei sale, vehiculul pstreaz contactul cu releele infraroii montate napropierea sa, i determin poziia n funcie de codul emis i de intensitatea acestuia.Metod necesit o procedur complex pentru localizarea, n primul rnd, a releelor cu infraroii. Un alt sistem, mai puin precis, const n realizarea legturii dintre vehicul i staia de relee numai npunctele strategice, numite i puncte de blocare logic.n acest caz, poziionarea exact a vehiculului ntre dou puncte strategice trebuie determinat decontrollerul vehiculului, prin monitorizarea micrii de rotaie a roilor.Traiectoria este mprit n seciuni de identificare succesive, n care releele cu infraroii servesc dreptmarcaje pentru nregistrarea intrrii i ieirii vehiculului n i, respectiv, din seciunea de identificare(numit i bloc logic).Urmrirea fluxului de materiale prin camere video, transmitoare radio, marcaje sau raze laserSe utilizeaz acelai principiu al blocurilor logice cu ajutorul punctelor strategice.

Utiliznd radiaia laser, la ora actual este posibil chiar ghidarea vehiculului prin deplasarea acesteia. Tehnicile i metodele de control pasiv Avantaje: instalare i extindere relativ uoar. Dezavantaje: necesitatea unei organizri bine structurate a echipamentelor de fabricaie n cadrulspaiului de producie. se impun condiii privind nivelul de zgomot sczut al sistemului de navigare (respectiv a vehicululuighidat automat).


27/57

Prin utilizarea unui sistem de comand i control avansat, este posibil monitorizarea micrilortuturor vehiculelor din spaiul de producie i, prin aceasta, controlul traiectoriilor. n acest scop, toate blocurile logice trebuie actualizate n permanen, pentru a se cunoate starea lor(liber/ ocupat) la orice moment. Traiectoria corect a unui vehicul se determin pe baza legilor de trafic i a prioritilor n legtur cuanumite comenzi. Sistemul trebuie s fie capabil s detecteze orice blocaj n circulaia materialelor i s ia msuri decorecie. n vederea supravegherii activitii de ctre un operator uman, harta traficului fluxului de materialepoate fi afiat pe un terminal grafic1.b Fire Conductoare (de ghidare) active Se utilizeaz fire nglobate n podeaua spaiului de producie care emit semnale pefrecvena undelorradio. Semnalele pot fi folosite i pentru comunicarea dintre vehiculul ghidat automat i calculator. Fiecare cale de transport din cadrul ntreprinderii emite pe o anumit frecven predefinit. Receptorul vehiculului ghidat automat poate fi reglat pentru una dintre aceste frecvene.Vehiculul urmeaz firul conductor, care emite semnale pe frecvena reglat de controller.

Dac, la un moment dat, un vehicul trebuie s urmeze o alt traiectorie, controllerul este reglat pefrecvena corespunztoare. La intersecia cilor de transport, direcia pe care vehiculul trebuie s o urmeze este dat de firulconductor care emite pe frecvena corespunztoare acestuia.


28/57

Const dintr-un manager de sistem care comand micarea vehiculelor i controleaz modul denavigare al acestora, pe baza comenzilor pe care le primete de la calculatorul central al ntreprinderii. Comunicarea cu vehiculul se realizeaz prin intermediul firelor conductoare nglobate n podeauaspaiului de producie. Managerul de sistem este, n orice moment, n legtur cu toatevehiculele aflate n trafic. Fiecare vehicul i are propria frecven de ghidare i urmrete firulconductor cu ajutorul senzorilor. Pentru transferul de date ntre managerul de sistem icalculatoarele de bord (ale vehiculelor) se utilizeaz o frecven mai ridicat (pentru evitareainterferenelor). n acest fel, managerul de sistem este informat, n orice moment, despre poziia istarea de ncrcare a fiecrui vehicul. Poziia vehiculelor poate fi, de asemenea, afiat pe un terminalgrafic. Materialul transportat de vehicul este identificat prin citirea barelor de cod iar informaia estetransferat, prin intermediul unui canal de date, ctre managerul de sistem. Identificarea unui vehiculcare circul prin spaiul de producie se face n punctele strategice, cu ajutorul unui emitor, plasat npodea, i a unui receptor, plasat pe vehicul. La fiecare punct de identificare, vehiculul primeteinstruciuni pentru urmarea unei anumite traiectorii.

Funciunile principale ale managerului de sistem sunt:alegerea vehiculelor i administrarea vehiculelor fr ncrcare;

controlul etapelor de lansare n trafic a vehiculelor;identificarea i urmrirea dispozitivelor de transport;controlul privind urmarea traiectoriilor corecte de ctre vehicule. Funciunile calculatorului de bordsunt urmtoarele:controlul direciei vehiculului; controlul sistemului de conducere al vehiculului; controlul mecanismului dencrcare/ descrcare.n situaia n care un dispozitiv de transport prsete calea indicat de firul conductor (pentruncrcare sau datorit deraierii n curb), calculatorul de bord are posibilitatea s preia comandatemporar a sistemului de navigare.comunicarea permanent cu managerul de sistem.

OBS. Metoda activ de comand i control s-a dovedit, n timp, deosebit de bun, fiind utilizat n multedintre ntreprinderile inteligente existente la aceast or. Totui, prezint un dezavantaj: orice modificare sau extindere a cilor de transport necesit cheltuielifoarte mari pentru instalarea noilor fire conductoare. De asemenea, rata de transfer a datelor ntre echipamentele de calcul este relativ mic n comparaiecu sistemele cu unde infraroii (aproximativ de 60-70 de ori). Acest lucru este datorat, pe de o parte,faptului c este necesar introducerea unor protocoale de siguran a traficului.2. Vehicule autonome

Utilizarea acestor tipuri de vehicule este de dat relativ recent i permite dezvoltarea unorntreprinderi cu flexibilitate foarte ridicat, deoarece orice conexiune de maini unelte poate fi realizatpractic, corespunztor conceptului de fabricaie virtual.

O cretere i mai mare a flexibilitii se poate obine prin utilizarea planificrii, execuiei i controluluicalitii prin metode bazate pe cunoatere (sisteme expert). Un sistem autonom este capabil s planifice i s execute o sarcin dat, pe baza unui plan de lucru. n momentul n care sistemul ncepe s funcioneze, este activat un sistem complex de senzori, cu rolulde a conduce i controla traiectoria vehiculului. n aceast situaie, n scopul rezolvrii eventualelor probleme care pot aprea (de exemplu,recunoaterea i ocolirea obstacolelor) vehiculul trebuie dotat cu un modul de procesare pe baz decunoatere.


29/57

Componentele fundamentale ale unui vehicul autonom sunt urmtoarele:Sistemul mecanic i de direcieSistemul senzorial: senzori interni i externiSistemul de planificare i navigare: modul de planificare a traiectoriilor, modul de navigare, systemexpert, baza de cunoatere.Modelul mediului: componenta static i component dinamicDezvoltarea bazei de cunoatere i a modelului mediuluiSistemul de comand i controlProiectarea i realizarea unui astfel de sistem complex trebuie s aib n vederea urmtoarele funciuni: planificarea i pregtirea independent (autonom) a unui set de aciuni n funcie de sarcina dat (deexemplu, transportul unei piese de la magazia de piese la maina-unealt); realizarea independent a planificrii, execuiei i controlului calitii pentru setul de aciuni; achiziia de informaii despre mediul nconjurtor prin intermediul senzorilor i interpretarearezultatelor:vehiculul trebuie s fie dotat cu o hart a spaiului de producie n care navigheaz itrebuie s recunoasc toate obiectele pe care le ntlnete de-a lungul traiectoriei sale; reacie independent la evenimente neprevzute: dac un obiect intr, n mod accidental,n raza deaciune al vehiculului, acesta trebuie s l recunoasc i s l ocoleasc;

nvare activ i pasiv: vehiculul trebuie s fie capabil s nvee din experiena sa, n scopulperfecionrii capacitilor sale de operare.2.1 Sistemul senzorial

Sistemul senzorial al unui vehicul autonom pentru transportul materialelor const dintr-o mulime desenzori conectai printr-un sistem ierarhic de control. Rolul senzorilor este acela de a furniza modulelor de planificare i control al operaiilor informaii cuprivire la starea spaiului deproducie la orice moment de timp. Sistemul senzorial trebuie s fie prezent n realizarea fiecruia din cele trei obiective majore ale unuivehicul: navigarea propriu-zis,ncrcarea/ descrcarea materialelor i

direcionarea (pilotarea) ctre posturile de ncrcare/ descrcare. Sistemul de senzori are urmtoarele funciuni principale:supravegherea ncrcrii/ descrcrii reperelor (materialelor);supravegherea navigrii vehiculului n cadrul spaiului de producie;controlul direcionrii manevrelor de ncrcare/ descrcare.n vederea dezvoltrii unui sistem de navigare corespunztor, vehiculul autonom are nevoie de maimulte categorii de senzori. n acest sens, se face distincia dintre senzorii pentru controlul vehiculul(interni i externi) i senzorii pentru controlul mediului.Senzorii internisunt, de obicei, din categoria traductoarelor incrementale, pentru controlul direciei(vitez, orientare, nclinare, etc).Senzorii externisunt, de obicei, din categoria camerelor video, a senzorilor de proximitate sau decontact.

Senzorii pentru controlul mediuluiutilizeaz principii de comunicaie cu unde sonore, infraroii, lasersau radio.Pentru navigarea propriu zis se utilizeaz diferite principii sau moduri de abordare, dintre care semenioneaz: determinare prin calcul a coordonatelor;navigare sub direcionarea sistemelor de orientare; utilizarea sistemului de senzori pentru controlul mediului; utilizarea marcajelor din podea;


30/57

navigare pe baza sistemului de senzori externi ai vehiculului;utilizarea combinat a diferite principii de navigare. Dac vehiculul navigheaz ntr-un spaiu fr obstacole, poate fi folosit oricare din primele patrumoduri de abordare. n situaia n care apar obstacole n traiectoria vehiculului, sau dac acesta deraiaz de la traiectorianormal, trebuie utilizat sistemul de senzori externi (de exemplu, vehiculul trebuie s-i urmreasc npermanen traiectoria prin intermediul unei camere video). Cele mai avansate vehicule combin diverse principii de navigare pentru a putea fi capabile sreacioneze la evenimente neprevzute. Recunoaterea const n extragerea, din cadrul unui scenariu cunoscut, a unor caracteristici specifice icompararea lor cu datele obinute de la senzorii care modeleaz mediul. Pentru evaluarea situaiilor n care apar mai multe obiecte n spaiul de producie, este necesarprezena sistemelor expert. Direcionarea manevrelor de ncrcare/ descrcare a materialelor se poate realiza cu ajutorulsenzorilor optici,magnetici sau de proximitate. De obicei, pentru poziionri brute se folosesc sisteme de vedere artificial, iar pentru poziionriprecise suntnecesari senzori mecanici.

Recunoaterea, n vederea ncrcrii/ descrcrii, pentru reperele orientate la ntmplare se poateface cu sistemede vedere artificial, senzori de unde acustice, senzoritactili, sau combinaii aleacestora. Totui, n majoritatea cazurilor se ncearc n prealabil o aliniere a reperelor din punctul de vedere alpoziiei i orientrii, prin aceasta simplificndu-se i cerinele cu privire la performanele senzorilor. Un sistem multisenzorial poate fi proiectat pe baza urmtoarelor concepte:utilizarea unei combinaii variate de senzori;utilizarea aceluiai tip de senzori, plasai n locuri diferite;utilizarea unui singur senzor pentru achiziia a diveri parametri;utilizarea unui singur senzor pentru urmrirea micrii vehiculului de-a lungultraiectoriei.

Primele dou concepte sunt dependente de specificul aplicaiei pe care o are de realizat vehiculul. Ultimele dou concepte sunt mult mai dificil de implementat. Indiferent de principiul folosit, procesul de proiectare trebuie s in cont de capacitatea decomunicare a canalelor pe care se transmit datele i de algoritmii de evaluare a strii spaiului deproducie de la un anumit moment. De exemplu, dac un senzor acustic este folosit n combinaie cu un scanner laser, semnalele transmisede la ambii senzori trebuie combinate ntr-un singur parametru de comunicaie.

2.2 Planificarea global i monitorizarea aciunilor

n vederea transportului reperelor i materialelor, n general, n cadrul ntreprinderii, este necesardezvoltarea unui program n acest sens. Un modul de planificare global analizeaz programul i iniiaz procesul de planificare la nivel

strategic. Se determin:numrul pieselor ce trebuie manipulate, locul de unde acestea trebuie extrase i modul n care trebuie manipulate.n continuare, comanda pentru deplasarea reperelor este pus n ateptare i realizat numai nmomentul n care operaiile precedente au fost terminate. Strategia de realizare a unei comenzi n ateptare poate depinde de: termenul de livrare,


31/57

importana operaiei, timpii de prelucrare, etc. Deplasarea unui reper implic direcionarea manevrrii la ncrcare/descrcare, navigare, precum incrcare/descrcare propriu-zis. Pentru fiecare dinaceste funciuni, se dezvolt cte un modul decontrol separat.

Funciuni module:Modulul de navigare: asigur planificarea traiectoriei (brut i fin) precum i execuia isupravegherea procesului de navigare a vehiculului.Modulul de direcionare: este utilizat pentru planificarea manevrelor de direcionare pilotare (brutei fine) n vederea ncrcrii/ descrcrii reperelor.Modulul de ncrcare: asigur planificarea (brut i fin) etapelor de ncrcare/ descrcare a reperelor

(materialelor). n mod normal, cele trei funciuni sunt realizate n mod succesiv, ns exist situaii n care ele trebuiendeplinite n cadrul unor operaii paralele. Modulul de planificare are i rol executiv, fiind elementulcare iniiaz realizarea funciunilor i care controleaz evenimentele asincrone. Modulul de planificare - poate utiliza algoritmi de optimizare, innd cont de urmtoarele condiii lalimit:respectarea prioritilor cerinelor cu privire la fiecare aplicaie; asigurarea datelor de livrare i cerinelor de fabricaie;


32/57

nu se accept depirea capacitilor de ncrcare ale vehiculului autonom. realizeaz planificarea innd cont de consideraii globale, pe baza unui model deosebit de abstract. Un sistem de achiziie a datelor raporteaz, la intervale regulate de timp, starea mediului nconjurtor(densitatea traficului, eventuale aglomerri, blocri n trafic, timpi de staionare intermediari etc.).Cu ajutorul informaiilor on line, modulul de planificare poate selecta, n cazul unor variante alternative,vehiculele i traiectoriile cele mai potrivite. Modulul de execuie raporteaz, de asemenea, n mod periodic, stadiul etapelor de realizare aaplicaiei sau, eventual, unele probleme care pot aprea. Dac apare o problem neprevzut, serecomand continuarea aplicaiei cu ajutorul unui alt vehicul.n cazul n care acest lucru nu este posibil, aplicaia trebuie abandonat i eliminat din lista deateptare. Modulul de supraveghere rspunde de execuia corespunztoare a tuturor funciunilor pe care leimplic aplicaia curent. Cele trei submodule de navigare, direcionare a manevrelor (poziionare) i manipulare au sarciniprecise relativ la operaiile de planificare, execuie i control. Fiecare dintre modulele de planificare i control prezentate n Fig. 4.28 este prevzut cu funciuni deplanificare, execuie i supraveghere specifice aciunii pe care o realizeaz.

Modulul de planificare, de exemplu, const ntr-o activitate de ansamblu i una de detaliu. La fel sepoate spune despre poziionare: prin direcionarea manevrelor, vehiculul este adus n apropiereapoziiei finale, de unde el este poziionat exact printr-o micare cu vitez mic, aparinnd activitii depoziionare n detaliu.


33/57


34/57

2.4 Planificarea i supravegherea procesului de direcionare a manevrelor

De ndat ce vehiculul autonom i-a atins inta (poziia final), el trebuie fixat ntr-o poziie de lucrustabil, pentru se putea realize procesul de ncrcare/descrcare a reperelor. n principiu, exist doumanevre posibile de direcionare: Vehiculul ajunge ntr-o poziie apropiat de cea de destinaie i ncearc s ating poziia exact cuajutorul senzorilor. Astfel, vehiculul i identificpropriul sistem de coordonate cu sistemul de

coordonate al postului delucru. Robotul este fixat ntr-o poziie apropiat de cea exact i msoar, prin intermediul senzorilor, poziiasa exact n raport cu sistemul de referin al spaiului de lucru. Cu ajutorul matricei de transformri ncoordonate sepoate descrie poziia unui reper oarecare n cadrul suprafeei de lucru, nsistemul decoordonate al robotului mobil. n acest moment, robotul poatendeplini sarcinile date.2.5 Planificarea i supravegherea procesului de ncrcare/descrcare

n vedereadesfurrii operaiilor de ncrcare/descrcare, vehiculul trebuie plasat ntro poziie fix. Reperele pot fi manipulare direct, cu ajutorul unui robot (manipulator) sau


35/57

pot fi plasate n cutii sau containere. Dac reperele, sau containerele care le conin, sunt plasate i orientate la ntmplare, este nevoie deun sistem senzorial complex care s determine poziia de prehensiune a echipamentului de manipulare. Dac, dimpotriv, reperele se afl ntr-o poziie fix i cunoscut, este suficient prezena unor senzorisimpli, care s determine numai prezena, respectiv absena reperului n zona de manipulare. n ambele situaii ns, aciunile specifice echipamentului de manipulare sunt planificare i controlaten secvenele de lucru corespunztoare.De exemplu, n cazul unui echipament robotizat, programul de manipulare a reperului este introdus ncontroller-ul robotului iar sistemul senzorial este activat. n momentul n care senzorii au recunoscutreperul, este consultat baza de date cu ipotezele privind poziionarea i orientarea reperelor, n scopulidentificrii poziiei i orientrii acestuia. Se recomand supravegherea continu a procesului de manipulare, pentru a putea observaeventualele alunecri ale reperelor din echipament sau potenialele coliziuni cu obstacolele.2.6 Modelul mediului nconjurtor

ntr-o accepiune mai larg, modelul mediului nconjurtor poate fi considerat ca fiind totalitateainformaiilor furnizate calculatorului cu privire la echipamentele din cadrul ntreprinderii i piesele carese prelucreaz,

informaii descrise cu ajutorul datelor de natur geometric, fizic etc. Un vehicul pentru transportul i manipularea materialelor are nevoie de informaii culese din mediulnconjurtor relative la: 1- procesul de navigare, 2- direcionare a manevrelor i 3- manipulare a pieselor.Prin urmare, sunt necesare trei categorii de modele ale mediului nconjurtor, n cadrul crora suntstocate urmtoarele tipuri de informaii:descrierea geometric a obiectelori a relaiilor dintre acestea;funcii, parametrii de operare (funcionare) i capacitile obiectelor (de exemplu, pentru un vehicul semenioneaz roboii i echipamentele auxiliare);rutine de interpolare pentru micarea vehiculelor i pentru traiectoriile roboilor;parametrii pentru toate modulele n micare (viteze i acceleraii);ipotezele senzoriale n vederea planificrii i supravegherii etapelor de desfurare a procesului global;

traiectorii prefereniale i micri standard; reguli de comportare n scopul efecturii coreciilor i evitrii obstacolelor i coliziunilor. Deoarece, n timpul execuiei unei sarcini de lucru, mediul nconjurtor poate suferi modificri,modelul acestuia trebuie s fie dezvoltat pe principiile modelelor dinamice. Din acest motiv, mediulnconjurtor este monitorizat n permanen cu ajutorul senzorilor. De exemplu,dac un reper cade pe podeaua atelierului, aceast aciune trebuie sesizat i transmisn vederea actualizrii modelului mediului.n consecin, modelului dinamic al mediului nconjurtor i este necesar furnizarea urmtoarelorcategorii de informaii:rezultatele evalurilor sistemului senzorial online;raportarea oricror modificri ale mediului nconjurtor;actualizri ale modelului mediului.2.7 Achiziia informaiilor i modelarea mediului nconjurtor

n vederea planificrii, executrii i supravegherii aciunilor sale, un vehicul autonom trebuie s aibposibilitatea de a lua decizii la diferite nivele. Astfel, el trebuie dotat cu module i submodule ierarhizatebazate pe cunoatere. n principiu, un vehicul pentru transportul materialelor este prevzut cu urmtoarele tipuri de modulede cunoatere:modulul de planificare i supraveghere global, la nivelul ntreprinderii sau celulei de fabricaie;modulul de planificare a traiectoriei i supraveghere a navigaiei;


36/57

modulul de planificare i supraveghere a aciunilor de manipulare a pieselor;modulul de prelucrare a datelor primite de la senzori, n vederea asamblrii;modulul de recunoatere a erorilor i realizare a coreciilor la navigare;modulul de recunoatere a erorilor i realizare a coreciilor la manipularea pieselor;2.8 Sistemul computerizat

Pentru planificarea i controlul activitii unui vehiculautonom, sunt necesare, de regul, dousisteme computerizate: Activitatea de planificare are loc n modul offline, pe un calculator puternic (sistem de calculprincipal);Execuia i controlul reprezint o activitate online, prin utilizarea unui computer de bord. Sistemul de calcul principal conine:modulul de planificare global isistemele expert necesare n procesele de planificare i supraveghere a diverselor funciuni alevehiculului.De exemplu, calculatorul principal transmite programul de aciune spre execuie, calculatoruluide bord al vehiculului.Calculatorul de bord interpreteaz instruciunile pas cu pas i le execut.

Mai mult, calculatorului de bord i sunt furnizate date de la sistemele expert, acesta urmnd sprelucreze informaiile primite de la senzori i s rezolve eventualele conflicte aprute n timpulproceselor de navigare, direcionare a manevrelor sau de manipulare a pieselor. Deoarece capacitateade memorie a vehiculului de bord este limitat, n general el poate rezolva numai probleme simple.n situaiile mai complexe, computerul principal va fi ntiinat iar acesta, la rndul su, va cutarezolvarea. n acelai timp, el va pregti i elibera ctre operatorul uman un raport al situaieiconflictuale.

4.REELE DE COMUNICAIE I STANDARDE DE PROTOCOL

Fluxuri manipulate n cadrul SFF:

materiale; energie;informaie. n cadrul procesului de producie, fluxul de informaii este ierarhizat pe trei nivele: Nivelul 1: Nivelul de cmp (field) Nivelul de conducere a proceselor pariale (celule flexibile, linii flexibile) Nivelul 2: Nivelul de conducere a procesului Nivelul 3: Nivelul de conducere a produciei Nivelul de conducere a companiei


37/57

Comunicaia dintre nivelele ierarhizate ale fluxului de informaii:REELE DE TIP LAN (Local Area Network) au o distan ntre staii de la 10m la 1km pot lucra la nivelul cldirilor sau grupurilor de cldiri se caracterizeaz prin:

mediu de transmisie;structura de comunicaie (topologia reelei); metode de acces.Reele de comunicaie Interconectarea modulelor n cadrul SFF =>costuri importante; Opiunea pentru o anumit variant a sistemului de comunicaie depinde de specificul SFF -cerine: Asigurarea transferului datelorn timp util (pentru sincronizarea operaiilor); Asigurarea transferului datelor fr erori. Optimizarea performanelor SFF d.p.v. al comunicaiei i eficienei => Reele decomunicaiestandardizate Funciunile implementate de ctre un sistem de comunicaie deschis - stabilite de ctre Organizaia

Internaional de Standarde (ISO International Strandards Organization), care a elaborat modelul dereferin pentru Comunicaia sistemelor deschise (OSI Open System Interconnection)MODELUL ISO/OSIStructuri de comunicaie Tipul conexiunilor i configuraia logic a tuturor elementelor care formeaz reeaua de comunicaie Tipuri de structuri: stea inel


38/57

magistrala arbore.

Structura tip stea

Alte dezavantaje:Cheltuieli ridicate datorit consumului de cabluri;ncrcarea foarte mare a UC;Dependena funcionrii reelei de funcionarea UC. Avantaje:Comunicaie rapidEventuala disfuncionalitate a unei UP nu afecteaz funcionarea reelei n ansamblu


39/57

Structura tip inel

Avantaje: Cheltuieli mai reduse cu conexiunile prin cabluri;Interfee de comunicaie - simple; Dezavantaje:Pentru transferuri de date care necesit rate de transfer ridicate exist pericolul de aglomerare areelei;O disfuncionalitate la una din UP sau unul din cabluri produce disfuncionalitatea ntregii reele;Structura nu poate fi extins prin introducerea unei noi UP, deoarece nu exist posibilitatearamificaiei inelului.


40/57

Metoda polling sau Master/slave este utilizat dince n ce mai rar pentru reelele locale; se are n vedere structura de tip stea, avnd n centru o unitate activ (master).Unitatea master controleaz drepturile de acces prin sondarea (ntr-o succesiune ciclic) a tuturorunitilor participante n vederea identificrii acelora care solicit accesul n reea. Schimbul acestui tip de informaii duce la diminuarea capacitii de transmisie a reelei.Metoda de multiplexare a intervalelor de divizare Capacitatea de transmisie a reelei este divizat n intervale de timp; aceste interval sunt alocate unitilor independente astfel nct fiecare participant n reea poate

transmite date n cadrul unui interval de timp bine stabilit; principalul dezavantaj - rigiditatea structurii timpului alocat: de exemplu, exist uniti autorizate sparticipe la transferul de date chiar dac acestea nu posed date n acest sens.Mai mult, la fiecare modificare a structurii reelei (prin introducerea sau retragerea unei unitiparticipante) se modific i intervalul de timp alocat transmisiilor individuale.

Metoda CSMACarrier Sense Multiple Access Este utilizat n cazul reelelor de tip magistral. Principial, mediul de transmisie este semnalizat nainte ca setul de date s fie transmis.O unitate participant poate accesa magistrala numai n momentul n care a primit confirmarea cmagistrala este liber. Dac mediul de transmisie este ocupat, unitatea participant poate reaciona ntrei moduri diferite:

Metoda CSMACarrier Sense Multiple Access Cererea de transmisie este amnat pentru o perioad relativ de timp. Acest aspect reducecapacitatea de transmisie deoarece magistrala se poate elibera n timp de unitatea participant este nperioada de ateptare. Mai mult, n momentul n care se resolicit accesul la magistral, aceastapoate fi din nou ocupat. Magistrala este ntiinat cu privire la solicitarea unei uniti participante iar transferul de date esteposibil de ndat ce magistrala este eliberat. nacest caz nu exist pierderi ale capacitii de transmisie


41/57

ns estenecesar programarea n vederea evitrii coliziunilor, n situaia n care sesolicit accesulsimultan din partea mai multor uniti. Magistrala este sondat n mod continuu, iar n momentul n care ea devine liber datele sunttransmise cu o probabilitate de accesp. n cazcontrar (probabilitatea 1-p) exist un interval relativ detimp pn larepetarea solicitrii de transmisie. Acest mod de comportare reprezint uncompromisntre primele dou variante.Metoda CSMACarrier Sense Multiple Access n cadrul metodei CSMA, seturile de date provenind de la uniti participante diferite, care sunt supusecoliziunilor de-a lungul magistralei, sunt transmise n ntregime ns nu pot fi utilizate ulterior.Aceasta duce la diminuarea capacitii de transmisie a datelor. n vederea evitrii diminurii capacitii de transmisie a datelor se aplic urmtoarele metode:Metoda CSMA/CD (Collision Detection)Metoda CSMA/CA (Collision Avoidance)Metoda CSMA/CD (Collision Detection) Unitatea participant este informat n permanen cu privire la starea magistralei i compar dateletrimise de ea cu cele existente pe magistral. Dac cele dou seturi de date nu sunt identice, rezult c esteposibil realizarea unei coliziuni iar

transferul este ntrerupt.n acest fel, diminuarea capacitii de transmisie este datorat numai timpului necesar identificriicoliziunii. Cnd apare o coliziune, unitatea care a detectat-o trimite un semnal de blocare ctre toate celelalteuniti participante, n scopul informrii lor cu privire la fenomenul aprut. Dup un interval relativ de timp se face o nou ncercare de transmisie a setului de date.

Metoda CSMA/CA (Collision Avoidance) Presupune alocarea, pentru fiecare unitate participant, a unor timpi de ntrziere diferii. Astfel, n urma unei coliziuni, unitile solicitante vor ncerca s acceseze din nou magistrala laintervale diferite de timp.

n ceea ce privete alocarea timpilor de ntrziere, unitile cu intervale mici de timp de ntrziere auprioritate n realizarea transmisiei. n cazul n care exist modificri ale reelei (prin introducerea sau retragerea de uniti participante)aceast metod este mai puin flexibil dect metoda CSMA/CD.Metoda Token Passing Aceast metod este una dintre cele mai cunoscute n cadrul reelelor locale. Un token reprezint unjeton cu dou stri posibile: liber i ocupat.El poate fi interpretat ca o cheie de acces n reea, care este transmis pe rnd, fiecrei unitiparticipante.O unitate care primete un jeton liber are dreptul de a transmite date n reea. n momentul n care o unitate solicit transmiterea de date n reea ea preschimb starea jetonului dinlibern ocupati i plaseaz mesajul pe magistral.

Acesta este transmis din unitate n unitate, fiind memorat de cele crora le este destinat.Cnd mesajul revine la unitatea de destinaie, aceasta deblocheaz jetonul (prin schimbarea strii dinocupatn liber) i l transmite urmtoarei uniti participante.Metoda Token Passing Metoda poate fi aplicat att pe structurile de tip inel (Token ring) ct i pe cele de tip magistral(Tokenbus).Token ring : jetonul este transmis unitii vecine corespunztoare din punct de vedere topologic (alpoziiei).


42/57

Token bus: jetonul este transmis urmtoarei uniti pe baza unei adrese care conine ordinea logicprestabilit de parcurgere a unitilor participante.Metoda Token bus presupune deci, ca fiecare unitate s-i cunoasc unitatea din aval.De asemenea, se atrage atenia asupra necesitii reproiectrii ordinii de succesiune la fiecaremodificare a structurii reelei.

Modelul de referin ISO/OSIBazele modelului ISO/OSI

Un sistem de comunicaie se caracterizeaz prin structura protocoalelor sale. Structura protocoalelor cuprinde date cu privire la: topologie, proceduri de acces,tipuri de mesaje care pot fi schimbate ntre unitile participante. Dac se dorete comunicarea ntre doi parteneri care au la baz arhitecturi diferite este nevoie deinterfee speciale care mresc costurile i diminueaz performanele comunicrii. n vederea eliminrii acestor dezavantaje s-a impus necesitatea elaborrii unor sisteme de comunicaiestandardizate. Un exemplu n acest sens l constituie modelul de referin ISO/OSI (Open System

Interconnection), care reprezint structura de baz pentru un sistem de comunicaie deschis.Bazele modelului ISO/OSI Modelul de referin ISO/OSI este un model general pentru comunicarea digital dintre doi sau maimuliparticipani n reea. Are rolul de a crea cadrul de elaborare a standardelorpentru sistemele de comunicaie deschise. Are la baz urmtoarele principii:1. Funciile de comunicaie sunt grupate pe nivele.2. Sunt stabilite categoriile de servicii care trebuie furnizate de fiecare nivel n parte.3. Nivelul N+1, care se afl deasupra nivelului N, utilizeaz serviciilecelui din urm pentruimplementarea propriilor funcii.4. Comunicaia dintre nivelul N i terminalele participante n reea este stabilit prin protocoale ISO

(standardizate).


43/57

Relaii ntre nivelele consecutive ale modelului de referin Nivelul N este al N-lea furnizor de servicii pentru nivelul N+1. Nivelul N+1 are acces la serviciile furnizate de nivelul N: prin intermediul punctului de acces la servicii de ordin N (SAPService Access Point),cu ajutorul protocolului de comunicaii de ordin N (care reprezint un nivel adiacent). Nivelul N al terminalului realizeaz comunicarea prin intermediul unui protocol (complementar),schimbul de date realizndu-se n forma unitilor de date de protocol de ordin N (PDUProtocol DataUnits). n vederea transmisiei datelor PDU de ordin N, nivelul N utilizeaz serviciile nivelului N-1. Fiecare unitate PDU de ordin N conine:unitile de date PDU de ordin N+1, ale nivelului N+1 care trebuie transmise,

informaiile de control ale protocolului (PCI Protocol Control Information) ale nivelului N. Aceast succesiune continu ctre nivelele inferioare, pn cnd datele sunt transmise terminalului dedestinaie, prin intermediul mediului fizic de transmisie. n terminalul de destinaie, datele urmeaz aceeai traiectorie dar n sens invers, ctre nivelul N+1 (Fig.5.4).Descrierea nivelelor modelului de referin:Nivelul 1 - nivelul fizic

Definete caracteristicile funcionale, electrice i mecanice ale mediului de transmisie.


44/57

Caracteristicile electrice se refer la: nivelul tensiunilor i al curenilor, rezistena electric de intrare,modul de cuplareseparare galvanic, cuplare optic, comportare dinamic frecven limit, timpi dentrziere, logica utilizat pozitiv, negativ, etc. Caracteristicile mecanice au n vedere: tipul mediului de transmisie, tipul conectorului, numrul idispunerea tifturilor de contact, tipul cablului de legtur, etc. Principalele sarcini ale acestui nivel sunt urmtoarele:conversia serial i paralel, multiplexare;asigurarea interfeei cu mediul de transmisie (fibre optice, cabluri coaxiale etc.); sincronizare la nivel de bit;definirea semnalelor valide i a liniilor de legtur.Nivelul 2 - nivelul de legtur a datelor

Asigur accesul datelor la mediul de transmisie i sigurana transmisiei pentru blocurile individuale dedate. Implic urmtoarele sarcini: activarea/ dezactivarea accesului la mediul de transmisie; sincronizarea dintre blocurile de date;monitorizarea transmisiei secveniale a blocurilor de date;

controlul fluxurilor de date; detectarea erorilor i, eventual, corectarea lor. Din punct de vedere funcional, poate fi mprit n: nivelul 2a pentru accesul datelor la mediul de transmisie(MACMedium Access Control); nivelul 2b pentru asigurarea desfurrii corecte a transmisiei(LLCLogical Link Control).Nivelul 3 - nivelul de reea

Alege cea mai favorabil cale pentru transmisia datelor ctre terminal.Prin noiunea de terminal se nelege dispozitivul de emisie, respectiv de recepie a mesajului; nanumite situaii, acestea pot fi conectate fizic prin intermediul unui sistem de tranzit.

Controlul trecerii (conectare i transmisie) informaiilor prin reea presupune ndeplinireaurmtoarelor funcii: asamblarea/ dezasamblarea pachetelor de date; controlul schimburilor de date ntre terminale i reea;stabilirea, respectiv deconectarea legturilor virtuale dintre terminale;transportul pachetelor de date ntre dou terminale;asigurarea cilor de transport n interiorul reelei.Nivelul 4 - nivelul de transport

Asigur o legtur logic pentru transportul datelor. Serviciile furnizate de nivelul 4 permit utilizatorului s comunice cu terminalul de destinaie fr a luan considerare detaliile privind caracteristicile fizice ale mediului de transmisie. Prin urmare, acest nivel reprezint linia de demarcaientre cele dou componente ale modelului de

referin OSI: componenta orientat pe transportul datelor i cea orientat pe aplicaie (prelucrarea ievaluarea datelor). Cele mai importante funcii sunt:stabilirea, respectiv deconectarea legturilor pentru transportul datelor;multiplexarea legturilor de transport specifice nivelului 3 i a legturilor virtuale;controlul fluxurilor de date ntre cele dou terminale; fragmentarea pachetelor de date (asamblare/ dezasamblare).


45/57

Nivelul 5 - nivelul sesiunii de lucru

Asigur sincronizarean realizarea schimbului de mesaje ntre dou terminale. Acest nivel furnizeaz urmtoarele servicii: conversia adreselor simbolice n adrese reale n vederea realizrii legturilor de transport;stabilirea parametrilor sesiunii de lucru (regim simplex sau duplex, mrimi de control a fluxului dedate, etc.); controlul modului de acces (puncte de sincronizare, token passing etc.);restabilirea legturilor ntrerupte.Nivelul 6 - nivelul de descriere

Convertete sistemul intern de descriere a datelor ntr-o descriere uniform la nivel de reea, care sconstituie un limbaj comun pentru partenerii n comunicaie. Descrierea formal a datelor poart numele de sintax abstract. Standardul ISO a definit un limbaj formal de descriere a datelor la nivelul 6, numit ASN.1(Abstract Syntax Notation One).Nivelul 7 - nivelul aplicaiei

Cel mai important nivel din cadrul modelului de referin OSIdin punctul de vedere al utilizatorului.

Definirea protocoalelor de comunicaie uniforme la acest nivel este complicat, datorit multiplelorposibiliti n alegerea aplicaiilor. Din acest motiv, nivelul 7 este divizat dup cum urmeaz: subnivelul 7a - conine funciile generale utilizate de cele mai multe dintre protocoalele orientate peaplicaie ale subnivelului 7b;Un element important al subnivelului 7a l constituieACSE(Association Control Service Element), careconine servicii deconectare/ deconectare a utilizatorilor i de monitorizare a legturilorstabilite ntreacetia. subnivelului 7b - furnizeaz utilizatorului servicii specifice domeniului aplicaiei.Standarde la nivelul de aplicaie standardele pentru specificaiile MAP/TOP :

FTAM (File Transfer,Access andManagement);MMS (Manufacturing Message Specification)Standardul FTAM - File Transfer,

Access andManagement

asigur transferul, accesul i gestionarea fiierelor n cadrul unei reele eterogene de calculatoare. Este utilizat mai ales la schimbul de informaii dintre sisteme i echipamentele periferice. Un exemplu de aplicaie: schimbul de date ntre staiile (posturile) de lucru. Standardul se bazeaz pe definirea unui sistem virtual de nmagazinare a fiierelor (Fig. 5.6);implementarea sa presupune stabilirea unei corespondene dintre sistemul fiierelor fizice (reale,existente) i cel al fiierelor virtuale. Standardul FTAMfurnizeaz urmtoarele categorii de servicii:stabilirea, realizarea i ntreruperea conexiunilor logice;

selecia fiierelor;deschiderea i nchiderea fiierelor;citirea i scrierea fiierelor;generarea i tergerea fiierelor;citirea caracteristicilor fiierelor.


46/57


47/57


48/57


49/57


50/57


51/57

Interfee de dateDefiniie i caracteristici Interfeele de date asigur adaptarea:protocoalelor de comunicaie,a formatelor de date i a ratelor de transmisie,

n vederea asigurrii schimbului universal de date. n literatura de specialitate, interfaa este definit ca reprezentnd un sistem de condiii, reguli iconvenii, ce descrie schimbul de informaii ntre dou obiecte aflate n comunicare.n acest context,prin obiect se nelege fiina uman, software, module, hardware sau procese de fabricaie. Interfeele trebuie s asigure:compatibilitatea electric i fizic a datelorpstrarea intact a coninutului informaiei.Definiie i caracteristici Conversia de date se poate efectua direct n cadrul interfeei, utiliznd pre- i post-procesoare. Modulele software i hardware existente ntr-o ntreprindere, prevzute cu asemenea elementeauxiliare, se pot utiliza pentru diverse aplicaii.

Tipuri de interfee n cadrul sistemelor flexibile de fabricaie:ASI, CAN, PROFIBUS, INTERBUS, FIP, LON,RS-485 i RS-232. n scopul unei funcionri corespunztoare, se impugn cteva cerine pe care trebuie s le respecteorice interfa standardizat:Cerine impuse interfeelor standardizate s aib posibilitatea de a manipula toate datele necesare fabricaiei;nu trebuie s existe pierderi de informaie n timpul transferului de date ntre sistemele eterogene; cualte cuvinte, este necesar pstrarea intact a coninutului informaiei n timpul conversiei;


52/57

sistemul trebuie s fie eficient, n sensul de a fi capabil s ndeplineasc n timp real toate condiiile icerinele sistemului de fabricaie; sistemul trebuie s fie deschis, flexibil, pentru a permite orice tip de modificare, extindere saurestrngere; sistemul trebuie s fie adaptabil pentru alte standarde; sistemul trebuie s fie independent de calculatorul sau structura de comunicare utilizat; cantitatea de date manipulate trebuie s fie minim; este necesar o decuplare logic dintre structurile de date i formatul memoriei fizice, n scopulseparrii structurii informaiei specifice de unitile de date transmise; sistemul trebuie s aib posibilitatea de a achiziiona date din producie; interfaa trebuie s fie compatibil n aval, respectiv n amonte, n cadrul structurii ierarhice deconducere; este necesar aplicarea procedurilor de testare, n vederea verificrii eficienei i acurateei transmisieide date.Interfaa de tip ASI(Actuator Sensor Interface) InterfaaASI constituie cea mai simpl soluie n ceea ce privete reelele de comunicaie utilizate n

sistemele de fabricaie flexibile, relative la senzori i actuatori (elemente de acionare). Ea reprezint un standard internaional adoptat de o serie de ri, cum ar fi Belgia, Germania, Frana,Italia, Marea Britanie, Japonia, Olanda, Elveia i S.U.A. Acest tip de interfa este utilizat la nivelele inferioare de automatizare, constituind o alternativdigital la sistemul de cablare convenional (prin fire cabluri). Prin urmare,ASI este o interfa serialdigital, alctuit dintr-un cablu cu dou fire, care permite comunicaia dispozitivelor (sensori iactuatori) cu inteligen proprie. Tehnologia de realizare (n conformitate cu standardul IEC 62026-2)asigur compatibilitatea cu orice protocol de reea, inclusiv CAN, PROFIBUS, INTERBUS, FIP, LON, RS-485i RS-232. InterfaaASIpoate funciona n mod independent sau n combinaie cu un controller.


53/57

Interfaa de tip ASI (Actuator Sensor Interface) Principiul de funcionare al interfeei face parte din categoria master-slave, o unitate master putndavea pn la 31 de uniti slave, pe o linie. La rndul ei, fiecare unitate slave poate avea pn la patru intrri i patru ieiri. Ciclul de lucru al interfeei este mai mic de 5 ms. Fiecare mesaj trimis este verificat de ctre destinatar (receptor), n ceea ce privete potenialelegreeli. Aceast activitate este posibil prin verificarea paritii bitului de control i a altor valoriindependente. InterfaaASI poate fi utilizat chiar i n medii afectate de unde electromagnetice, cum ar fi instalaiilede sudur sau convertoarele de frecven.

Interfaa de tip ASI(Actuator Sensor Interface)Caracteristici ale interfeei:cele dou fire din alctuirea cabluluiASI asigur transmisia de date, respective alimentarea cu energieelectric, permind conexiunea direct a tuturor sistemele de tip slave (senzori, actuatori, moduleelectrice etc.) ntr-o larg varietate de structuri ale reelei de comunicaie (tip stea, linie, magistral,arbore).De asemenea, interfaaASI permite extinderea reelei prin simpla adugare a unei noi componenteslave.Avantaje ale interfeei: reducerea timpului de instalare; reducerea timpului de testare; reducerea timp

Documents

FABRICAȚIA ȘI MONTAJUL ÎN MECATRONICĂ CU SISTEME FLEXIBILE