Embed Size (px)
Citation preview
HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS
I.Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ thống sản xuất được điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chương trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất. Vì vậy hệ thống FMS có thể tự động đặt lại cấu hình để sản xuất các chủng loại sản phẩm khác nhau. Đó là lý do tại sao nó được biết là hệ thống sản xuất linh hoạt. Khái niệm sản xuất linh hoạt được biết đến lần đầu tiên vào năm 1965 khi công ty British firm Molins, Ltd đưa ra sản phẩm với tên gọi là System 24. System 24 là một hệ thống FMS thật sự. Tuy nhiên hệ thống này không thể phát triển thêm được nữa bởi khi đó công nghệ tự động hoá và công nghệ thông tin còn chưa phát triển nên không thể hỗ trợ cho sự phát triển của hệ thống này được. Khái niệm sản xuất linh hoạt vì vậy bị quên lãng. Tuy nhiên vào những năm 70 và đầu thập kỷ 80, cùng với sự phát triển nhảy vọt của công nghệ thông tin và ưng dụng của công nghệ thông tin trong sản xuất mà sản xuất linh hoạt đã phát triển trở lại với tốc độ đáng kinh ngạc. Hệ thống sản xuất linh hoạt được sử dụng lần đầu tiên ở Mỹ để sản xuất ra ôtô và máy kéo. Như vậy, một hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung gồm có các phần sau:
Thiết bị xử lý như các trung tâm gia công, các trạm lắp ráp, và robot. Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ như robot, băng truyền,… Một hệ thống truyền thông Một hệ thống điều khiển bằng máy tính
Trong sản xuất linh hoạt, các máy gia công tự động như tiện, phay, khoan,…và hệ thống vận chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với nhau thông qua mạng máy tính.
II.Cấu tạo và hoạt động
1.Cấu tạo
Trong hệ thống sản xuất linh hoạt ta có hệ thống điều khiển và giám sát. Dựa vào thực tế sử dụng, sự phân bố vị trí của các máy tính mà các hệ thống điều khiển và giám sát đã có sự phân hoá và dẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển và giám sát khác nhau là: + Hệ điều khiển và giám sát tập trung
+ hệ điều khiển và giám sát phân quyền
+ hệ điều khiển và giám sát phân tán
Cấu tạo về một hệ thống FMS-50
a.Trạm phân phối phôi
Trạm phân phối phôi
Hệ thống FMS-50
Với nhiệm vụ phân phối và vận chuyển phôi đến trạm kiểm tra, các thiết bị được bố trí gồm có:- Ống tích phôi- Cảm biến quang- Xylanh điều khiển hai phía- Cảm biến ứng điện từ xác định vị trí của trục piston- Xylanh quay- Công tắc hành trình- Bộ lọc khí và điều áp- Cụm van điều khiển- Bộ phân phối điện- Van tiết lưu
b.Trạm kiểm tra phôi
Với nhiệm vụ kiểm tra chất lượng của phôi ( vật liệu và kích thước của phôi) để loại bỏ những phôi không đủ yêu cầu kỹ thuật và chỉ vận chuyển những phôi đạt yêu cầu đến trạm băng tải để mang đi lắp ráp thì trên trạm kiểm tra cũng có các thiết bị như của trạm phân phối là: bộ lọc khí và điều áp, bộ phân phối điện, cụm van phân phối.Ngoài ra trên trạm còn có các thiết bị sau:
Bộ lọc khí và điều áp
Bộ phân phối điệnCụm van điều khiển
- Cảm biến tiếp cận điện dung- Cảm biến cảm ứng điện từ xác định vị trí của trục piston- Cảm biến tiếp cận điện cảm
- Cảm biến tiếp cận quang học- Bộ kiểm tra chiều cao phôi - Xylanh đẩy phôi
- Xylanh nâng phôi- Máng chứa phôi không đạt tiêu chuẩn- Máng dẫn phôi sang trạm băng tải
c.trạm băng tải
Trạm băng tải chịu trách nhiệm vận chuyển các phôi và sản phẩm trong hệ thống. Trạm băng tải được truyền chuyển động bằng 4 động cơ một chiều có thể thay đổi được tốc độ vận chuyển phôi và sản phẩm. Trên trạm băng tải 6 giá mang phôi để chứa phôi. Nhiệm vụ đặt ra là điều khiển băng tải để 6 giá mang phôi này luân chuyển phôi một cách liên tục và đều đặn mà không bị ùn tắc. Vấn đề này được giải quyết nhờ bố trí trên băng tải một hệ thống các cảm biến, xylanh chặn và một số cơ cấu chấp hành khác được kết nối thành mạng theo cấu trúc
Trạm kiểm tra phôi
Máng chứa phôi không đạt tiêu chuẩn
Máng dẫn phôi sang trạm băng tải
Bộ kiểm tra chiều cao phôi
Trạm kiểm tra phôi
Cảm biến quang học
mạng ASi và được đưa về bộ điệu khiển PLC để xử lý. Bộ điều khiển PLC thực hiện các chức năng sau: đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ để điều chỉnh tốc độ vận chuyển của băng tải; thu nhập số liệu từ các cảm biến tiếp cận điện cảm có tác dụng nhận biết vị trí của chúng. Trong hệ thống FMS, trạm băng tải đóng vai trò trung tâm và có chức năng liên kết các trạm với nhau thông qua các tín hiệu vào/ra trực tiếp giữa các trạm với nhau và giữa các trạm vơi băng tải
d.Trạm robot lắp ráp sản phẩm
Trạm Robot có nhiệm vụ lắp ráp các chi tiết thành sản phẩm hoàn chỉnh. Quá trình lắp ráp sản phẩm mà trạm robot thực hiện mô phỏng cho một quá trình lắp ráp động cơ điện trong công nghiệp.Để có thể lắp ráp chính xác các chi tiết, ngoài các thiểt bị như bộ lọc khí và điều áp, bộ phân phối điện thì trạm robot còn sử dụng các thiết bị cảm biến, điều khiển và chấp hành sau:
Cơ cấu chấp hành chính là một Robot 6 bậc tự do của hãng Mitsubisi. Ngoài ra còn có các cụm xylanh-piston làm nhiệm vụ cung cấp chi tiết từ các máng chứa
Bộ điều khiển chính của các trạm là bộ điều khiển robot như hinh bên dưới đây. Ngoài ra còn có các van khí nén điện từ để điều khiển các cụm xylanh-piston
Các bộ cảm biến được sử dụng trên trạm gồm có: cảm biến tiếp cận quang
học để phân biệt màu sắc của phôi và xác định có còn các chi tiết trong máng chứa hay không; cảm biến tiếp cận điện cảm để xác định chủng loại vật liệu làm phôi; cảm biến cảm ứng điện từ để xác định vị trí của các trục piston
Trạm băng tải
e.trạm lấy sản phẩm
trạm lấy sản phẩm có nhiệm vụ chuyển các sản phẩm đã được lắp ráp hoàn thiện từ các giá mang phôi trên băng tải đến phân loại sản phẩm. Trên trạm lấy sản phẩm cũng có các thiết bị như của các trạm khác là: bộ lọc khí và điều áp,… Ngoài ra có thêm thiết bị đo lường, điều khiển chấp hành sau:- Tay kẹp sản phẩm- Xylanh piston gắp sản phẩm- Cảm biến cảm ứng điện từ xác định vị trí của trục piston- Xylanh – piston chuyển sản phẩm- Cảm biến tiếp cận quang học
Bộ điều khiển robotTrạm Robot lắp ráp
Trạm lấy sản phẩm
f.trạm phân loại sản phẩm
Trạm phân loại sản phẩm là trạm cuối cùng trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS. Trạm này thực hiện nhiệm vụ phân loại sản phẩm dựa vào sự khác biệt về màu sắc và vật liệu của sản phẩm. Trên các trạm còn có các thiết bị đo lường, điều khiển và chấp hành sau:- máng chứa sản phẩm- cảm biến tiếp cận điện cảm- cảm biến tiếp cận quang học- chốt chặn- băng tải- Hệ xylanh-piston liên kết với cần gạt dẫn hướng
Trạm phân loại sản phẩm
Tay kẹp
Xylanh – piston chuyển sản phẩm
Máng chứa phôi
Máng chứa phôi
2.Phạm vi ứng dụng và các ưu nhược điểm của hệ thống
a.Phạm vi ứng dụng
Trong nền sản xuất hiện đại việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạt đóng một vai trò hết sức quan trọng. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) cho phép tự động hoá ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, các rôbốt công nghiệp để điều khiển các đối tượng lao động, các đồ gá và các dụng cụ, các hệ thống vận chuyển - tích trữ phôi với mục đích tối ưu hoá quá trình công nghệ và quá trình sản xuất.
Đặc điểm của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo sản phẩm mới. Như vậy, nó rất thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn mà còn cho sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ, thậm chí cả sản xuất đơn chiếc.
Tuy nhiên phân tích FMS trong điều kiện sản xuất đơn chiếc cho thấy sự không ăn khớp giữa năng suất của FMS và phương pháp chuẩn bị sản xuất bằng tay. Cũng do việc sử dụng không đồng bộ các hệ thống tự động hoá mà quá trình chuẩn bị sản xuất bị kéo dài.
Sự nối kết các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất với sự trợ giúp của mạng máy tính nội bộ cho phép tăng năng suất lao động của các nhà thiết kế, các nhà công nghệ và các nhà tổ chức sản xuất và do đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Các hệ thống sản xuất như vậy được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính; CIM bao gồm: thiết kế trợ giúp của máy tính; lập quy trình có trợ giúp của máy tính; lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra; kiểm tra chất lượng có trợ giúp của máy tính; và sản xuất có trợ giúp của máy tính.
Hiện nay ở nước ta nghiên cứu về FMS và CIM mới chỉ được bắt đầu. Tài liệu về lĩnh vực này bằng tiếng Việt hầu như chưa có. Các hệ thống FMS và CIM mô hình mới được trang bị ở một số trường đại học. Trong tương lai các hệ thống này tiếp tục được đầu tư ở nhiều cơ sở đào tạo khác nhau trên cả nước. Song song với những thiết bị hiện đại là việc rất cần có giáo trình để giảng dạy. Chính vì vậy cuốn sách này được biên soạn nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản cho sinh viên các trường ĐH, CĐ thuộc chuyên ngành cơ khí
Băng tải trên trạmHệ piston – xylanh dẫn hướng
chế tạo. Đồng thời nó cũng được dùng làm tài liệu cho các cán bộ giảng dạy, các học viên cao học và nghiên cứu sinh trong công tác đào tạo và nghiên cứu của mìnhb.Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống sản xuất linh hoạt FMSb1.Ưu điểm
Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất Sản xuất đồng thời được nhiều loại sản phẩm khác nhau Giảm thời gian thiết lập và thời gian chờ đợi trong sản xuất Sử dụng thiết bị máy móc hiệu quả Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động Có khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu khác nhau Khi một máy bị sự cố, các máy khác vẫn có thể làm việc được.
b2.Nhược điểmGiá thành đầu tư xây dựng ban đầu thường rất lớn
3.Kết luận
Hiện nay ở các nước phát triển, hệ thống sản xuất linh hoạt đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất ra sản phẩm hàng hoá có chất lượng cao với giá thành hạ. Các hệ thống sản xuất linh hoạt hiện đại sử dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật mà cụ thể là của bốn lĩnh vực tự động hoá, cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử viễn thông. Sự kết hợp của bốn lĩnh vực đã hình thành nên một lĩnh vực mới, đó là Cơ điện tử (mechatronics). Ứng dụng được hệ thống sản xuất linh hoạt trong sản xuất sẽ làm cho đơn giản hoá hoạt động của con người nhưng đồng thời vẫn nâng cao được hiệu quả sản xuất. Trong một hệ thống sản xuất linh hoạt, phạm vi điều khiển hoạt động của hệ thống không chỉ giới hạn ở các thao tác hay vận hành hệ thống trực tiếp tại xưởng máy hay dây chuyền mà được mở rộng để có thể điều hành và giám sát mọi hoạt động của nhà máy tại một địa điểm duy nhất gọi là trung tâm điều khiển. Điều này được thực hiện nhờ sử dụng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp. Việc sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt FMS sẽ thúc đẩy nền sản xuất phát triển theo xu hướng công nghệ cao, giảm bớt thời gian lao động của con người xuống.
