Optimizarea unei linii de fabricatie a rotilor dintate

Optimizarea sistemului de fabricatie a carcaselor reductoarelor si a rotilor dintate sudate

CUPRINS

Pag.

I. NECESITATEA MECANIZĂRII ŞI AUTOMATIZĂRII PROCESELOR TEHNOLOGICE DE SUDARE

3

1.1. Generalităţi 3

1.2. Funcţiile şi structura sistemului tehnologic (ST) 4

1.2.1. Abordarea sistemică 4

1.2.2. Funcţiile ST 6

1.2.3. Structura ST 7

1.3. Indicatorii tehnico-economici ai mecanizării şi automatizării ST 9

1.4. Căi de introducere a mecanizării şi automatizării ST 11

1.5. Compararea soluţiilor de mecanizare-automatizare prin efectele economice,

sociale şi de mediu ambiant13

II. CARACTERISTICILE ROBOŢILOR DE SUDARE CU ARC ELECTRIC 15

2.1. Roboţi industriali pentru sudare 15

2.2. Clasificarea roboţilor industriali 16

2.3. Criterii de apreciere a roboţilor industriali 18

2.4. Aprecierea posibilităţilor de robotizare 19

2.5. Caracteristicile roboţilor de sudare cu arc electric 21

2.3.1. Utilizarea inteligenţei artificiale la comanda proceselor de sudare 23

2.5.2. Procedee de sudare cu mare productivitate 26

III. SOLUŢII DE OPTIMIZARE A PROCESULUI TEHNOLOGIC DE FABRICARE A CARCASELOR SUDATE PENTRU REDUCTOARE

30

3.1. Aplicaţii ale sudării robotizate în sudarea carcaselor 30

3.2. Particularităţi şi cerinţe ale sistemelor de sudare complex robotizate 30

3.3. Sudarea robotizată a carcaselor cu pereţi groşi 31

3.4. Aspecte tehnico-economice ale implementării roboţilor pentru sudare 32

3.5. Avantaje şi dezavantaje ale tehnologiilor complex robotizate 34

IV. SOLUŢII DE OPTIMIZARE A PROCESULUI TEHNOLOGIC DE FABRICARE A ROŢILOR DINŢATE UTILIZATE ÎN CARCASELE SUDATE PENTRU REDUCTOARE

35

CONCLUZII ŞI RECOMANDĂRI PENTRU ALEGEREA UNUI ROBOT DE SUDARE

41

BIBLIOGRAFIE 45

2009


NECESITATEA MECANIZĂRII ŞI AUTOMATIZĂRII PROCESELOR TEHNOLOGICENECESITATEA MECANIZĂRII ŞI AUTOMATIZĂRII PROCESELOR TEHNOLOGICE

DE SUDAREDE SUDARE

1.1 Generalităţi

Extinderea mecanizării şi automatizării proceselor de producţie reprezintă unul din aspectele

cele mai importante ale dezvoltării forţelor de producţie atât pe plan mondial, cât mai ales pe plan

naţional.

În cazul particular al proceselor de sudare, extinderea mecanizării şi automatizării reprezintă

sarcina cea mai stringentă ce se află în faţa întreprinderilor constructoare de maşini în viitorul

apropiat. În sens larg prin mecanizare şi automatizare se înţelege reducerea sau înlocuirea completă

a muncii fizice respectiv psihice a omului în procesul de producţie. În formele sale cele mai simple,

acest proces a însoţit dezvoltarea omului de la primele faze şi a societăţilor umane, până la formele

cele mai complexe atinse de dezvoltarea actuală.

Introducerea mecanizării şi automatizării este cerută de cantitatea tot mai mare de muncă

necesară satisfacerii nevoilor sociale, ce cresc mult mai repede decât populaţia activă. Acest

fenomen se datorează unor tendinţe care marchează dezvoltarea actuală a societăţii, dar care au fost

prezente pe parcursul întregii istorii omeneşti:

- creşterea şi diversificarea nevoilor sociale ce implică un volum sporit de bunuri şi

servicii;

- creşterea raportului între populaţia totală şi populaţia activă datorat creşterii numărului

de persoane inactive pe seama creşterii demografice, a lungirii perioadei de şcolarizare

şi a creşterii duratei medii de viaţă;

- reducerea accesibilităţii resurselor actuale (energetice, minerale şi agricole) care

implică o cantitate mai mare de muncă pentru aceeaşi cantitate de resurse naturale.

Singura cale de rezolvare a acestor probleme o constituie creşterea productivităţii forţei de

muncă. Întrucât creşterea extensivă (mărirea timpului de lucru) este limitată de consideraţii

fiziologice şi sociale, se recurge la creşterea intensivă, adică la creşterea productivităţii muncii. În

prezent această creştere se realizează în principal pe seama mecanizării şi a automatizării. Acestea

2009


permit simplificarea remarcabilă a performantelor fizice şi psihice omeneşti, care limitează

creşterea directă a productivităţii muncii.

Astfel, omul poate să dezvolte în medie pe un schimb de 8 ore o putere de 0,10 - 0,15 KW, cu

maxime de până la 0,25 KW. În comparaţie cu acestea, maşinile unelte moderne pot dezvolta puteri

cuprinse între 10 - 200 KW. În acelaşi mod energia, forţa, viteza, precizia, volumul de lucru şi

durata lucrului prestate de om sunt cu mult depăşite de performanţele actuale ale diferitelor

echipamente tehnologice şi auxiliare. În cadrul performanţelor psihice se poate cita timpul de

reacţie al omului de 0,12 - 0,15 secunde la stimuli auditivi (0,15 - 0,20 s. la stimuli vizuali) faţă de

0,01 - 0,001 s. ca timp de răspuns al unui servomotor electric.

Echipamentele actuale de calcul şi perifericele lor realizează performanţe mult superioare

omului în ceea ce priveşte viteza de citire, scriere, calcul şi puterea de calcul.

Omul este de asemenea limitat de caracteristicile mediului în care poate acţiona: compoziţia şi

presiunea atmosferică, temperatura şi umiditatea, zgomotul şi prezenţa unor câmpuri

electromagnetice intense etc.

Faţă de acestea, maşinile pot fi făcute să funcţioneze într-un domeniu mult mai larg de

caracteristici ale mediului.

În acelaşi timp trebuie subliniate însă şi aspecte ale superiorităţii omului asupra maşinilor în

mai multe privinţe. Astfel, dacă în cazul unei comparaţii datele referitoare la om se refera la un

acelaşi om, performantele superioare ale utilajelor, sunt realizate de utilaje diferite aproape pentru

fiecare caracteristică. Acest lucru scoate în evidenţă universalitatea omului în faţa unor maşini

specializate fiecare pe una sau câteva caracteristici. Alte caracteristici ale omului sunt posibilităţile

practic nelimitate de adaptare, învăţare, perfecţionare.

În afara creşterii productivităţii muncii, care este principalul scop urmărit al acestui contract

de cercetare, mecanizarea şi automatizarea are şi alte consecinţe.

O primă consecinţă se materializează prin creşterea calităţii produselor obţinute datorită

reducerii ponderii factorilor subiectivi. Reducerea sau eliminarea oboselii fizice şi psihice,

automatizarea operaţiilor de control, corectarea automată a parametrilor tehnologici etc. sunt

mijloacele prin care automatizarea conduce la îmbunătăţirea calităţii.

O alta consecinţă este îmbunătăţirea condiţiilor de lucru. Reducerea efortului fizic şi

psihic, eliminarea operaţiilor în mediile nocive, reducerea contactului direct al omului cu procesul

2009


tehnologic fac ca pe de o parte să se reducă riscurile unor accidente de muncă, pe de altă parte

uşurează în general munca omului.

În fine, o consecinţă foarte importantă o constituie mărirea eficienţei procesului de

producţie, prin

- scăderea cheltuielilor directe de muncă (costurile materiale şi cu manopera);

- utilizarea intensivă a utilajelor tehnologice;

- reducerea imobilizării fondurilor circulante;

- reducerea producţiei neterminate;

- scurtarea ciclului de fabricaţie;

- reducerea neconformităţilor (în special al rebuturilor).

În multe cazuri, criteriul economic este cel care determină decizia de mecanizare sau

automatizare a procesului tehnologic şi determină stabilirea variantei optime din mai multe variante

tehnico-economice posibile. Pentru decizii pe termen mediu şi lung, pe lângă acest criteriu, se mai

iau în considerare şi parametrii tehnici, tehnologici, sociali şi de mediu. Ordinea de prioritate a

criteriilor se poate stabili utilizând o analiză SWOT.

1.2. Funcţiile şi structura (ST)

1.2.1. Abordarea sistemică

Pentru analiza modului în care se poate realiza mecanizarea şi automatizarea proceselor

tehnologice în general şi a celor de sudare în special, este necesară o abordare sistemică a

procesului tehnologic.

Sistemul tehnologic se poate defini ca fiind ansamblul elementelor ce concură la realizarea

unuia sau mai multor produse.

Sistemul tehnologic elementar (ST) este compus din:

- locul de muncă, conţinând echipamentul tehnologic şi auxiliar;

- materialele necesare aflate în diferite faze ale procesului tehnologic (semifabricate,

piese finite, materiale auxiliare etc.);

- documentaţia tehnologică;

2009


- operatorul / operatorii din cadrul locului de muncă respectiv.

ST mai complexe sunt reprezentate de liniile tehnologice, atelierele şi secţiile de producţie.

Întreprinderea, datorită unor funcţii extra-tehnologice importante (economice, sociale, etc.)

constituie un sistem mai complex, sistemul de producţie.

Ca orice sistem fizic real, în opoziţie cu sistemele abstracte, virtuale sau modele, un sistem

tehnologic este caracterizat printr-o serie de fluxuri. Aceste fluxuri sunt de trei tipuri: fluxul

material, fluxul energetic şi informaţional, direcţionate şi caracterizate de mărimile de intrare M i, Ei

respectiv Ii şi de mărimile de ieşire Me, Ee şi respectiv Ie (Fig.1).

In general, fluxul material are la intrare materia primă (semifabricatul) pentru procesul

tehnologic, precum şi alte materiale auxiliare (în cazul proceselor de sudare materialul de adaos).

La ieşire, fluxul material are pe de o parte piesa prelucrată, iar pe de o altă parte deşeurile

materiale provenite din procesul de prelucrare.

Fig.1. - Sistem tehnologic

Fluxul energetic are la intrare energia primită de sistem din afară, energie din care o parte

este folosită în procesul tehnologic şi se regăseşte în produs sub formă potenţială, iar o parte a

energiei este disipată sub forma de deşeuri energetice (căldură).

Fig.2 - Sistem tehnologic de sudare

În cazul fluxului informaţional, informaţia primită de sistem se compune din: informaţia de

transfer, informaţie referitoare la geometria, structura şi compoziţia chimică a piesei,

subansamblului sau ansamblului, cuprinsă în documentaţia de execuţie (desenul) şi care se regăseşte

în produs la ieşirea din sistemul tehnologic şi informaţia de operare, informaţia referitoare la modul

2009FEED

BACK

FEED

BACK

MATEMATE

RIALERIALE

ENERENER

GIEGIE

INFORINFOR

MAŢIIMAŢII

S.T.S.T.S.T.S.T.DEŞEUDEŞEU

RIRIENERGIE ENERGIE

DISIPATĂDISIPATĂ

PIESE FINITEPIESE FINITE

INFORMAŢII INFORMAŢII

NOINOIFLUXURI DE FLUXURI DE

INTRAREINTRARE

FLUXURI DE FLUXURI DE

INTRAREINTRAREFLUXURI DE

IEŞIRE

FLUXURI DE

IEŞIREFEED

BACK

FEED

BACK


de transfer al informaţiei de pe documentaţie (desen) pe produs, cuprinsă în documentaţia

tehnologică (plan de operaţii, fişe tehnologice) sau în memoria sistemului (experienţa şi calificarea

operatorului, programe).

Privit din punct de vedere informaţional, procesul tehnologic este un proces de transfer al

informaţiei de pe un purtător specific (documentaţia sau purtători de program) pe un purtător

nespecificat (materialul piesei).

Interacţiunea fluxurilor este prezentată în Fig.2.

1.2.2. Funcţiile ST

Pentru îndeplinirea scopurilor impuse în cadrul sistemului tehnologic este necesară

îndeplinirea unor funcţiuni. Aceste funcţiuni pot fi clasificate după mai multe criterii.

Astfel, după natura lor funcţiunile pot fi: de execuţie, caracterizate printr-un flux energetic

important şi de conducere funcţii cu caracter predominant informaţional. Un alt criteriu se referă la

momentul în care este îndeplinită funcţia în cadrul etapelor procesului tehnologic: funcţiile care se

îndeplinesc pe durata timpului de baza Tb se numesc funcţii de baza sau de lucru, iar cele ce se

îndeplinesc pe durata timpului auxiliar Ta şi/sau pe durata timpului de pregătire - încheiere Tpi se

numesc funcţii auxiliare sau ajutătoare.

Pentru îndeplinirea fiecărei funcţii, sistemul tehnologic este prevăzut cu un sistem specific

funcţiei respective (lanţ cinematic, mecanism, etc.).

Funcţiile de execuţie îndeplinite în cadrul unui sistem tehnologic sunt:

• funcţia principală, care constă în asigurarea desfăşurării procesului prin furnizarea

energiei necesare prelucrării în forma şi la locul cerute de proces. În cazul proceselor de

sudare prin topire, funcţia principală este realizată de sursa de curent la sudarea cu arc.

• funcţiile de instalare - au scopul de a asigura poziţia piesei sau pieselor şi uneori ale

elementelor active ale echipamentului tehnologic în timpul procesului tehnologic.

Funcţiile de instalare sunt:

- orientarea care constă în realizarea poziţiei piesei şi

- fixarea care constă în asigurarea menţinerii acestei poziţii în timpul procesării.

Funcţiile de instalare sunt îndeplinite prin intermediul dispozitivelor de orientare - fixare.

• funcţiile cinematice - care au scopul de a realiza deplasările relative între piesa sau

piese şi elementele active ale echipamentului tehnologic. Funcţiile cinematice sunt:

2009


- avansul care constă în deplasarea relativă a locului de sudare pe suprafeţele piesei în

cazul când prelucrarea are caracter local;

- deplasarea rapidă care constă în deplasarea relativă în afara procesului în cadrul curselor

în gol necesare de exemplu reîntoarcerii în poziţie iniţială după terminarea unei procesări;

- poziţionarea care constă în deplasările care asigură poziţia relativă iniţială între piesă şi

elementul activ înaintea fiecărei faze a procesului tehnologic.

Deplasările de avans se efectuează cu viteza tehnologică care depinde în cazul sudării de

procedeu, de natura şi grosimea materialului. Deplasările rapide şi poziţionarea se desfăşoară pe

durata timpului auxiliar şi deci trebuie să se execute cu cea mai mare viteză permisă de

mecanismele respective. De asemenea, trebuie subliniat că la procesele tehnologice la care

prelucrarea se face discontinuu sau pe întreaga suprafaţă simultan nu există mişcări de avans.

• funcţiile logistice - au scopul de a asigura desfăşurarea fluxului material. Aceste

funcţii implică activităţi de manipulare, transport şi stocare ale componentelor fluxului material.

În cazul proceselor de sudare acestea sunt:

- alimentarea cu piese, consta în aducerea şi scoaterea pieselor din utilajul de sudare,

precum şi transportul între mai multe locuri de muncă;

- alimentarea cu materiale auxiliare, asigură materialele necesare procesului de sudare

(gaze protectoare, flux, lichidele de răcire). Prin extensie asigurarea vidului necesar unora din

procese de sudare poate fi încadrată în aceasta funcţie.

Funcţiile de conducere caracteristice tuturor sistemelor tehnologice indiferent de natura

procesului tehnologic, sunt:

• funcţia de comanda care asigura declanşarea şi oprirea diverselor acţiuni care concură la

desfăşurarea procesului tehnologic;

• funcţia de coordonare - asigură corelarea în timp şi/sau spaţiu a acţiunilor respective;

• funcţia de reglare - asigură stabilirea valorilor necesare ale parametrilor diferitelor acţiuni;

• funcţia de control - asigură menţinerea parametrilor reglaţi la valorile stabilite (reglate) în

timpul procesului tehnologic;

• funcţia de verificare - constă în identificarea parametrilor de ieşire ai procesul tehnologic (piesă

finită) şi/sau a stării sistemului tehnologic.

Clasificarea funcţiilor după criteriile prezentate este prezentată în tabelul următor.

FEL FUNCŢIA MOMENTUL

2009


UL

FUN

CŢIEI

ÎNDEPLINIRII

FUNCŢIEI

TOP

T

PIT

B

T

A

DE

EXE

CUŢIE

PRINCIPALA P 11 00 00

DE

INSTALARE

ORIENTARE I1 22 11 00

FIXARE I2 22 11 00

CINEM

ATICE

AVANS C1 11 00 00

DEPLASARE RAPIDĂ C2 00 11 00

POZITIONARE C3 22 11 11

LOGIS

TICE

ALIMENTARE CU PIESE L1 22 11 11

ALIMENTARE CU MAT.DE ADAOS L2 11 22 22

ALIMENTARE CU MAT.AUXILIARE L3 11 22 22

DE

CON

DU-

CER

E

COMANDĂ 11 11 00

COORDONARE 11 11 00

REGLARE 22 11 11

CONTROL 22 00 00

VERIFICARE 22 11 22

Nota: 1 - funcţia se îndeplineşte în mod obişnuit; 2 - funcţia se îndeplineşte în mod

excepţional; 0 -

funcţia nu se îndeplineşte

1.2.3. Structura ST

Îndeplinirea oricărei funcţii de execuţie şi uneori şi de comandă implică desfăşurarea uneia

sau mai multor acţiuni fizice. Sistemul care asigură executarea unei astfel de acţiuni, se numeşte

sistem efector. Un sistem efector care execută o acţiune în cadrul unui proces tehnologic, are o

structura compusă din mai multe blocuri funcţionale. (Fig.3.)

2009


Fig.3. Schema bloc a unui sistem tehnologic automatizat cu comandă adaptivă

Elementul sau ansamblul de elemente care asigură executarea acţiunii în cadrul procesului

tehnologic P.T. îl reprezintă elementul comandat E.C.

Blocul de execuţie B.E. asigură elementului comandat energia necesară în forma, la

parametrii şi cu evoluţia în timp impuse de procesul tehnologic, permiţând astfel procesarea şi

executarea comenzilor. Sursa de energie S.E. preia energia din afara sistemului şi o transformă în

forma necesară procesului. De multe ori, sursa de energie poate fi inclusă constructiv în blocul de

execuţie (un servomotor electric asigură în acelaşi timp transformarea energiei electrice în energie

mecanică, dar poate asigura şi variaţia parametrilor caracteristici ai acestei energii (momentul şi

viteza unghiulară).

Ansamblul format din sursa de energie S.E., blocul de execuţie B.E. şi elementul comandat

E.C. constituie subsistemul de execuţie - Ss.E. Interacţiunile dintre aceste blocuri şi interacţiunea

lor cu procesul tehnologic sunt interacţiuni energetice.

Blocul de comandă B.C. emite comenzi către blocul de execuţie care determină valorile

parametrilor acţiunii şi evoluţia lor în timp. Blocul de comandă primeşte informaţii pe care le

prelucrează din afară, de la programul PR şi care, reprezintă informaţia apriorică necesară

desfăşurării acţiunii şi de la blocul de reacţie B.R. care preia informaţii de la subsistemul de

2009

P

R

P

R

B

C

B

C

B

E

B

E

S

E

S

E

E

C

E

C

P

T

P

T

B

R

B

RS

sC

S

sC

S

sE

S

sE


execuţie şi/sau de la procesul tehnologic privind modul de desfăşurare a acţiunii comandate în cazul

procesului tehnologic. Reacţia de la subsistemul de execuţie se numeşte reacţie internă (indirectă de

la blocul de execuţie, directă de la elementul comandat), iar cea de la procesul tehnologic se

numeşte reacţie externă sau adaptivă. În cazul când nu există reacţie, sistemul se numeşte deschis,

iar când există reacţie sistemul este închis cu reacţie inversă sau "feed - back". Ansamblul blocului

de comenzi B.C., a blocului de reacţie B.R. şi a programului PR. formează subsistemul de

conducere Ss.C.

Structura prezentată în paragraful anterior corespunde unui sistem efector automatizat cu

reacţie adaptivă, sistem care se găseşte în componenţa unor echipamente de sudare perfecţionate

reprezentând soluţia optimizată a procedeului de sudare a carcaselor pentru reductoare.

În sistemele tehnologice de sudare se pot întâlni sisteme efectoare mai simple decât cel

prezentat iar în unele cazuri, unele mai complexe şi perfecţionate. În general, în sistemele cele mai

simple lipsesc unele dintre blocuri, funcţiile lor fiind preluate de om. În sistemele mai complexe

unele funcţii ale omului externe structurii prezentate sunt preluate de calculator.

1.3. Indicatorii tehnico-economici ai mecanizării şi automatizării

Introducerea mecanizării şi automatizării unor operaţii sau procese tehnologice implică o

analiză detaliată a acestora din punct de vedere tehnico-economic. Decizia de a mecaniza şi

automatiza necesită o serie de cheltuieli materiale, o redistribuire a forţei de muncă disponibile, o

reorganizare a fondului de timp, etc. deci, trebuie în prealabil justificată economic, acesta fiind

scopul acestui contract de cercetare.

Pentru acesta, este necesară determinarea cantitativă a gradului de mecanizare şi/sau

automatizare, deoarece nivelurile reprezentate prin tipul de sisteme nu dau decât o apreciere

calitativă. O determinare riguroasă a gradului de mecanizare respectiv de automatizare se poate

face conform definiţiei acestora. Astfel gradul de mecanizare este:

unde E este energia necesară în procesul tehnologic iar Eo energia furnizată de om (sub

forma de lucru mecanic).

2009


Când Eo = E, αM = 0 procesul este manual, iar când Eo= 0, αM = 1 procesul este complet

mecanizat.

Pentru gradul de automatizare se foloseşte expresia:

unde I este cantitatea de informaţie necesară desfăşurării procesului tehnologic (sub forma

de comenzi) iar Io informaţia furnizată de om în timpul procesului.

Când Io = I, αA = 0 procesul este în întregime comandat de om deci neautomatizat, iar când

Io = 0, αA = 1 iar procesul este complet automatizat.

În prezent însă, determinarea mărimilor E, Eo şi mai ales I şi Io este dificilă dacă nu practic

imposibilă, ceea ce face ca αM şi αA să prezinte deocamdată decât interes pur teoretic.

Stabilirea unor indicatori utilizabili trebuie să pornească de la elementele ce se găsesc în

documentaţia tehnologică sau care pot fi determinate pe baza datelor respective.

Ca element de bază, se ia durata operaţiei sau procesul considerat.

unde To este durata etapelor sau operaţiilor executate manual iar Tm durata celor executate

mecanizat şi/sau automat. Pentru aceleaşi operaţii sau procese se determină durata în caz când el ar

fi în întregime executat manual.

unde Tmo este durata operaţiilor mecanizate în cazul când ar fi executate manual. Această

durată se poate defini astfel:

sau

unde p0 este creşterea netă de productivitate care arată de câte ori se scurtează durata

operaţiilor prin mecanizare. Cu ajutorul elementelor de mai sus se poate defini un indicator al

mecanizării, α1:

Acest indicator dă o expresie cantitativă factorului extensiv al mecanizării, adică determină

ponderea etapelor sau operaţiilor mecanizate în întreaga operaţie sau întreg procesul tehnologic

2009


indiferent de nivelul de mecanizare. Acest indicator nu poate să deosebească doua variante distincte

de mecanizare a aceleaşi părţi din procesul tehnologic.

Pentru a aprecia şi factorul intensiv, definit de creşterea netă de productivitate p0 se foloseşte

un alt indicator, câştigul relativ de timp datorat mecanizării:

Pentru operaţia sau procesul mecanizat se poate determina şi creşterea aparentă de

productivitate:

Expresiile lui α2 şi p pot fi considerate ca funcţii de α1 şi p0, aceştia fiind măsura factorului

extensiv respectiv a factorului intensiv al mecanizării.

În figura 4 sunt reprezentate graficele indicatorilor α2 respectiv p în funcţie de valorile α1 şi

p0. Se observă că α1 şi α2 iau valori cuprinse între 0 şi 1 în timp ce p0 şi p sunt aproximativi. Valorile

lui α2 sunt întotdeauna mai mici decât α1, tinzând pentru valorile foarte mari ale lui p0 către α1. În

acelaşi mod p este întotdeauna mai mic decât p0 cu excepţia valorii extreme a lui α1 = 1 când p = p0.

2009


Fig.4. Graficele indicatorilor α2 respectiv p în funcţie de valorile α1 şi p0

În cazul când se consideră procese tehnologice formate dintr-un număr mai mare de

operaţii, indicatorii se pot calcula pentru fiecare operaţie în parte şi pentru întreg procesul

tehnologic (cu excepţia lui p0 care nu are sens decât pentru fiecare operaţie sau fază în parte) Astfel

indicatorii devin:

Pentru indicatori definiţi, mecanizarea şi automatizarea au fost considerate în bloc (s-a

folosit numai termenul mecanizare). Se pot defini indicatori mai analitici care să separe

2009


automatizarea de mecanizare (sau chiar diferitele nivele de automatizare), dar folosirea lor este

greoaie. Astfel se poate pleca de la durata operaţiei sau a procesului

unde: Ta este durata operaţiilor sau etapelor automatizate, obţinându-se de exemplu în locul

lui α1 o pereche de indicatori, respectiv α1m şi α1a definiţi în mod similar.

1.4. Căi de introducere a mecanizării şi automatizării

Mecanizarea şi automatizarea procesului tehnologic de sudare se poate realiza pe două căi:

• În cazul echipamentului tehnologic nou, posibilităţile de mecanizare şi

automatizare ale diferitelor funcţii sunt înglobate în construcţia sa.

• La echipamentul existent introducerea şi automatizarea se face cu ajutorul

dispozitivelor. Acestea reprezintă elemente de sine stătătoare ale echipamentului tehnologic ce pot

fi ataşate echipamentelor existente, lărgind posibilităţile tehnologice, mărind productivitatea etc.

După destinaţie, dispozitivele pot fi:

• dispozitive de instalare;

• dispozitive de deplasare a pieselor sau a capetelor de sudare;

• dispozitive de alimentare etc.

După domeniul de utilizare, dispozitivele pot fi:

• speciale - destinate unui singur tip de operaţie pentru un singur tip de piesa

• specializate - destinate unui singur tip de operaţie pentru mai multe piese asemănătoare ca

forma şi dimensiuni.

• universale - destinate mai multor tipuri de operaţii, pentru o largă varietate de forme şi

dimensiuni de piese.

După construcţie, dispozitivele pot fi:

• integrale - când ele sunt compuse în majoritate din repere destinate în mod special

dispozitivului respectiv

• modulare - când sunt compuse din piese sau subansamble standardizate sau tipizate.

Acestea din urma pot fi:

• nedemontabile - când odată montate piesele sau subansamblele rămân astfel până la

casarea dispozitivului;

2009


• demontabile - când piesele şi subansamblele se desfac după fiecare utilizare, ele putând

intra după aceea în componenţa altor dispozitive.

Pentru o anumită operaţie şi o anumită piesă, alegerea timpului de dispozitiv după domeniul

de utilizare şi după construcţie se face pe baza criteriului cheltuielilor minime, ţinând seama de

faptul că practic, pentru orice situaţie dată se poate găsi un dispozitiv adecvat din punct tehnologic

din fiecare tip. În figura 5.a este prezentată variaţia costului relativ pentru un dispozitiv universal

raportat la un dispozitiv special în funcţie de complexitatea dispozitivului şi de numărul de utilizări

diferite ale dispozitivului universal, iar în figura 5.b variaţia costului relativ pentru un dispozitiv

integral în funcţie tot de complexitatea dispozitivului şi de durata utilizării dispozitivului modular.

În cazul proceselor de sudare, complexitatea este determinată de forma şi numărul

componentelor ce se sudează, de numărul, dispunerea şi forma coordonatelor de sudare, de

gradul mai ridicat de mecanizare şi automatizare.

a. b.

Fig. 5 - a) variaţia costului relativ dispozitiv universal/dispozitiv integral;

b) variaţia costului relativ dispozitiv universal/dispozitiv integral

O altă problemă legată de decizia de mecanizare şi automatizare este aceea a funcţiilor

asupra cărora se va aplica mecanizarea şi automatizarea. Decizia este influenţată de dispunerea în

timp a funcţiilor respective. Structura duratei ciclului de fabricaţie al unui produs (piesă) TC în timp

interoperaţional TIOP şi timp operaţional TOP (compus la rândul său din timp de bază TB şi timp

auxiliar TA, este prezentată în Fig. 6. Această repartiţie este valabilă în medie pentru producţia

individuală şi de serie mică şi mijlocie care reprezintă la ora actuală pe plan mondial cca. 75% din

volumul producţiei industriei constructoare de maşini şi de prelucrare al metalelor (Fig. 7.)

2009


Fig. 6. Repartiţia duratei ciclului de fabricaţie al unui produs

Se observă că datorită ponderii mari a timpilor interoperaţionali, din punctul de vedere al

reducerii duratei ciclului de fabricaţie este mult mai eficientă mecanizarea şi automatizarea

funcţiilor care se desfăşoară în special între operaţii decât a funcţiilor de bază.

2009

ΣΣ

TTA

ΣΣ

TTA

ΣΣ

TTB

ΣΣ

TTB

TTCCTTCC

ΣΣ

TTIOP

ΣΣ

TTIOP

ΣΣ

TTOP

ΣΣ

TTOP

99

5 %5 %

99

5 %5 %

55

% %

55

% %

77

0 %0 %

77

0 %0 %33

0 %0 %

33

0 %0 %


INDIVIDUALĂINDIVIDUALĂS

ER

IES

ER

IE

MICĂMICĂ

MIJLOCIEMIJLOCIE

MAREMARE

DE MASĂDE MASĂ

Fig. 7. Repartiţia la ora actuală pe plan mondial a producţiei industriei constructoare de

maşini şi de prelucrare al metalelor

Flexibilitatea reprezintă uşurinţa adaptării echipamentului tehnologic la schimbarea

programului de fabricaţie. Aprecierea flexibilităţii se poate face în două moduri:

• prin costuri - în acest caz o variantă tehnologică este cu atât mai flexibilă cu cât

cheltuielile fixe ocazionale de schimbarea produsului sunt mai mici.

• prin timpi - în acest caz o variantă tehnologică este cu atât mai flexibilă cu cât timpii de

pregătire - încheiere pentru produsele sunt mai mici.

1.5. Compararea soluţiilor de mecanizare-automatizare prin efectele economice, sociale

şi de mediu ambiant

Introducerea unei soluţii de mecanizare sau de automatizare a proceselor tehnologice de

sudare trebuie efectuată prin luarea în considerare a tuturor factorilor economici şi sociali ce

influenţează o astfel de decizie. Comparând o situaţie existentă cu viitoarea soluţie se iau în

considerare următoarele:

Q = timpul necesar realizării unui număr de piese q

L0 = costul iniţial al instalaţiei (cheltuieli cu munca trecută)

L = costuri curente de exploatare a instalaţiei respective (cheltuieli cu munca vie)

I = cost de exploatare pe o bucată piesă

2009

44

8 %8 %

44

8 %8 %

22

7 %7 %

22

7 %7 %

22

5 %5 %

22

5 %5 %


Productivitatea ce se realizează se exprimă prin următoarea relaţie :

Două variante de mecanizare - automatizare se caracterizează prin:

şi

Când punerea în funcţiune se face în acelaşi timp la t = t0 rezultă w este egal după o anumită

perioada de timp (critic).

2009


Deoarece aplicarea celor două soluţii nu se face în acelaşi timp, rezultă următoarea

concluzie:

Cu toate că productivitatea celui de al doilea utilaj e mai bună, ea se manifestă după un t cr

de la punerea în funcţiune a celui de al doilea utilaj şi trebuie acordată o mare atenţie duratei t cr

ce poate fi foarte mare; (în cazul b) t0 = tcr)

2009


II. II. CARACTERISTICILE ROBOŢILOR DE SUDARE CU ARC ELECTRICCARACTERISTICILE ROBOŢILOR DE SUDARE CU ARC ELECTRIC

2.1. Roboţi industriali pentru sudare

Robotul industrial poate fi definit ca o unitate automată programabilă de manipulare

a obiectelor muncii sau a mijloacelor de muncă.

Roboţii industriali sunt destinaţi automatizării flexibile a proceselor de producţie, înlocuirii

operatorului uman în operaţiile ce se desfăşoară în medii nocive sau periculoase, în activităţi

dificile, obositoare prin efort fizic şi intelectual (monotonie) sau în sectoarele deficitare în forţă de

muncă calificată şi specializată.

La ora actuală în lume sunt “activi” sute de mii de roboţi în Japonia, SUA, Marea Britanie,

Franţa, Suedia, Italia etc. În România sunt în serviciu câţiva roboţi datorită preţului foarte scăzut al

forţei de muncă (salariul mediu net al unui operator uman din domeniul industrial variază între 60 şi

120 de USD comparativ cu 1000 la 3000 USD în ţările occidentale).

Avantajele utilizării roboţilor industriali şi a implementării lor în procesele tehnologice

industriale:

a) o mare parte din componentele RI sunt comune şi deci pot fi fabricate în serii mari, cu o

reducere considerabilă a costurilor şi îmbunătăţirea fiabilităţii;

b) investiţiile nu mai sunt legate de o anumită aplicaţie, roboţii putând fi utilizaţi în diferite

scopuri prin simpla programare a acestora;

c) timpii de pregătirea fabricaţiei sunt mai reduşi (de multe ori robotul trebuie doar reinstruit);

d) este posibilă şi automatizarea completă a operaţiilor tehnologice la fabricarea unor piese sau

subansamble în grup sau în serii mici;

e) prin utilizarea unor sisteme modulare se pot executa mai multe operaţii cu acelaşi braţ prin

simpla schimbare a sculelor sau a unor dispozitive.

Robotii industriali sunt elemente complet noi, independente de utilajele tehnologice

existente şi sunt înlocuitori parţiali sau totali ai operatorilor umani în unele activităţi fizice sau

intelectuale.

2009


Se poate spune că robotul industrial este un manipulator programabil şi multifuncţional

capabil să manevreze scule, piese, materiale şi dispozitive speciale în cursul mişcărilor variabile

şi programate pentru executarea unei varietăţi de operaţii.

Cronologic robotii industriali s-au dezvoltat conform schemei de mai jos:

Un robot industrial este compus din mai multe părţi:

- manipulator (parte mecanică) ce reprezintă o înşiruire de mecanisme;

- un sistem de acţionare (electric, pneumatic, hidraulic sau mixt) ce furnizează energia

necesară acţionării;

- un sistem de comandă (conducere) ierarhizat pe nivele ce asigură realizarea unor operaţii

repetitive conform ciclului înscris în program pe baza informaţiilor stocate în memoria sa şi preluate

de la senzori din mediul ambiant. Totodată, acest sistem asigură şi corelarea mişcărilor conform

cerinţelor tehnologice;

- interfeţe cu celelalte utilaje tehnologice.

2.2. Clasificarea roboţilor industriali

Actualmente sunt sute de tipuri de roboţi industriali. Utilizatorul întâmpină adesea greutăţi

în alegerea tipului de robot adecvat sau a efectuării unor comparaţii între mai mulţi roboţi industriali

potrivit unei anumite aplicaţii tehnologice, în cazul nostru a sudării.

GeneraţiaGeneraţia 11 22 33

MişcăriMişcări PP P+CP+C CC

ControlulControlul LimitatorLimitator Traductor deTraductor de Traductor şiTraductor şi

2009


deplasăriideplasării poziţiepoziţiesisteme de comandăsisteme de comandă

adaptiveadaptive

MemoriaMemoria < 100 secvenţe< 100 secvenţe <1000 secvenţe<1000 secvenţe ∞∞

Relaţiile cuRelaţiile cu

mediulmediul--

Inter+blocăriInter+blocări

externe (evitareaexterne (evitarea

coliziunii)coliziunii)

SenzoriSenzori

complecşicomplecşi

Capacitatea deCapacitatea de

adaptareadaptare-- Decizii simpleDecizii simple

InteligenţăInteligenţă

artificială (învăţare)artificială (învăţare)

P- Poziţionare; C - Conturare

După numărul mişcărilor independente (grade de libertate)

<2 3 4 5 6 >7

9,7% 17,3% 33,1% 30% 8,4% 1,5%

Volumul de lucru (m3)

<0,01 0,01 - 0,1 0,1 - 1 1 - 10 >10

4% 9% 30% 45% 12%

Sarcina utilă (pe care o poate transporta robotul)

<1 1 - 5 5 - 10 10 - 50 >50

5% 15% 13% 45% 22%

După precizia roboţilor

<0,1 0,1 - 0,5 0,5 - 1 1 - 3 >3

14% 33% 25% 26% 2%

Manipularea unui corp în spaţiu constă în modificarea poziţiei acestuia. Făcând referire la un

sistem de coordonate cartezian se pot separa mişcările în două categorii:

- deplasarea centrului de greutate (se realizează din rotaţii şi translaţii simple);

- poziţionări în jurul centrului de greutate (numai rotaţii)

RI se clasifică astfel după sistemul de coordonate în care aceştia lucrează :

- Carteziene;

- Polare;

2009


- Cilindrice;

- Sferice;

SCHEMA BLOC A UNUI ROBOT INDUSTRIAL

TIPURI DE ROBOTI INDUSTRIALI

Dispunerea mişcărilor de orientare este prezentată în figura următoare.

2009


2.3. Criterii de apreciere a roboţilor industriali

Aprecierea roboţilor industriali se poate efectua cu ajutorul :

Indicatorul k1 caracterizează robotul din punct de vedere al eficienţei sale de intervenţie în

mediul industrial;

Indicele k2 reprezintă capacitatea specifică de manipulare;

Indicatorul k3 caracterizează calităţile tehnice ale robotului.

BLOCUL TEHNOLOGIC AL ROBOTULUI

Este reprezentat de ansamblul elementelor tehnologice cu care el participă la procesul

tehnologic. Astfel, RI se clasifică în:

- Roboti logistici ce realizează numai mişcări de manipulare a pieselor în sistemul tehnologic;

- Roboti tehnologici ce realizează o serie de operaţii tehnologice îndeplinind funcţii active (de

manipulare a “sculei”) sau pasivi (de manipulare a pieselor). RI activi şi pasivi conţin practic

aceleaşi elemente.

2009


Sistemele de manipulare a pieselor pot fi:

- de apucare (prehensiune) cu elemente mobile sau cu elemente elastice;

- de susţinere (cu vacuum sau magnetice)

După gradul de specializare a blocurile tehnologice pot fi:

- universale;

- multifuncţionale;

- specializate;

- speciale

După numărul posibilităţilor de lucru:

- unipoziţionale;

- multipoziţionale (paralele, succesive sau mixte);

După natura dispozitivului montat pe robot:

- fixă;

- cu elemente schimbabile;

- cu schimbare totală a blocului tehnologic.

După modul de comandă:

- necomandat

- comandat (rigid sau adaptiv)

După funcţia pe care o îndeplineşte:

- manipulare, apucare cu elemente elastice sau rigide;

- prelucrare: sudare, tăiere, aşchiere, asamblare, control.

2.4. Aprecierea posibilităţilor de robotizare

2009


Aprecierea posibilităţilor de robotizare se bazează pe opt coeficienţi. Valorile acestor

coeficienţi se determina astfel:

1. Productivitatea

2. Masă şi gabarit

3. Complexitatea sudurii

Apreciată prin capacitatea de lucru a robotului

4. Complexitatea sudurii

5. Tipul îmbinării

2009


6. Tipul îmbinării

7. Accesibilitatea

8. Precizia

Se poate calcula un coeficient total pe baza indicatorilor de mai sus:

Pe baza rezultatelor obţinute la calcularea acestor indicatori se poate lua decizia de

introducere sau modificare a soluţiei de robotizare.

2.5. Caracteristicile roboţilor de sudare cu arc electric

2009


Sudarea cu arc electric reprezintă actualmente cel mai răspândit procedeu de îmbinare prin

sudare a metalelor, deoarece se poate aplica indiferent de natura, forma şi starea materialului.

Procesul necesită uneori mediu protector, atât pentru a feri de oxidare electrodul şi baia topită, cât şi

pentru a ameliora condiţiile de ardere ale arcului electric.

În marea majoritate a cazurilor, pentru a asigura formarea unei îmbinări corespunzătoare, se

aduce din exterior o cantitate suplimentară de metal de adaos sub forma unei sârme sau benzi.

Robotizarea sudării cu arc electric necesită cunoaşterea condiţiilor tehnice ale procesului şi

realizarea corelării parametrilor care concură la obţinerea unei îmbinări sudate de calitate.

Performanţele roboţilor de sudare cu arc electric sunt mult mai ridicate decât ale roboţilor de

sudare prin presiune în puncte. Acestea constau în :

- controlul comenzilor de mişcare pe traiectorie (pe contur sau CP - continous path);

- precizia ridicată a poziţionării capului de sudare faţă de linia îmbinării (rostului);.

Au fost realizate primele aplicaţii industriale de robotizare a sudării cu arc electric după

1975, iar la începutul anilor 80 aceste aplicaţii nu depăşeau 6 - 8 %. Realizarea unor roboţi de mare

precizie şi controlul mişcării pe traiectorie a crescut ponderea acestor aplicaţii, atingându-se în

prezent o cotă de peste 22% din totalul aplicaţiilor.

În cadrul robotizării cu arc electric se disting două concepte de bază în ceea ce priveşte

controlul procesului:

- procesul este controlat cu ajutorul unui controler special cuplat cu sistemul de comandă

al robotului;

- procesul este controlat chiar de către sistemul de comandă al robotului. Sistemele

moderne de comandă au capacitatea şi puterea de calcul pentru a trata un număr mare de

parametri şi a reţine suficiente subprograme aplicative.

Cerinţe şi recomandări

Apariţia relativ târzie a roboţilor utilizaţi la sudarea cu arc electric s-a datorat în principal

exigenţelor în ceea ce priveşte performanţele robotului. Dacă la sudarea prin presiune în puncte

mişcarea pe care trebuie să o asigure robotul este discontinuă, sacadată, roboţii pentru sudarea cu

arcul electric trebuie să asigure o deplasare continuă, cu viteza variabilă în limite largi precum şi o

poziţionare precisă a capului de sudare faţă de linia îmbinării (rostului).

2009


Sudarea cu arcul electric necesită deci comanda mişcării pe traiectorie continuă (comanda

CP), care presupune controlul permanent ( în sensul reglării automate) şi evitarea discontinuităţii în

sens analitic a următoarelor funcţii:

- spaţiul s(t);

- viteza v(t);

- acceleraţia a(t);

- derivata în raport cu timpul a acceleraţiei a(t).

Realizarea unor roboţi cu precizie ridicată, cu controlul CP al mişcării traiectoriei a făcut să

crească ponderea aplicaţiilor de sudare cu arcul electric, astfel ca la sfârşitul anului 1986 acesta era

de 19% în RFG, de 12% în Marea Britanie, şi de 11% în Franţa.

În cazul sudării robotizate cu arcul electric, pentru a controla forma, poziţia şi adâncimea

băii de sudare este necesară dezvoltarea unor sisteme care să urmărească rostul, să măsoare

pătrunderea sudurii şi să asigure controlul formei băii de sudare. Altfel spus, este necesară

înzestrarea robotului cu percepţie senzorială şi inteligenţă (simţ tactil, vedere, etc.)

Una din cerinţele sudării robotizate cu arc electric constă în precizia de poziţionare a

vârfului sârmei electrod şi depinde de următorii factori:

- repetitivitatea poziţionării piesei de către manipulator sau dispozitivul de fixare;

- eventualele jocuri ale prinderii capului de sudare pe flanşa ultimei axe a robotului;

- eventualele deformaţii ale capului de sudare şi îndoiri ale vârfului sârmei electrod (la

procedeele cu material de adaos).

În general eroarea globală maximă a poziţionării vârfului sârmei electrod trebuie să fie cel

mult jumătatea diametrului acesteia.

În afara cerinţelor legate de poziţionare, există o serie de condiţii cu privire la controlul

tehnologic.

Experienţa a arătat că introducerea în practica industrială a roboţilor pentru sudat este mult

simplificată atunci când prin programul sistemului de comandă sunt implementate o serie de funcţii

cum sunt:

- interpolare liniară (operatorul introduce doar coordonatele a două puncte spaţiale şi

viteza cu care robotul trebuie să se deplaseze între ele);

- interpolare circulară traiectoria circulară este generată de către robot pe baza a trei

puncte date);

2009


- pendularea de-a lungul traiectoriei cu amplitudine, frecvenţă şi intervale programabile de

staţionare la capătul cursei;

- căutarea rostului îmbinării (sau în general, funcţionarea după semnale primite de la

senzori);

- deplasarea (translaţie sau rotaţie) tridimensională a întregii traiectorii memorate pentru

corecturi de poziţionare/aliniere;

- generarea automată a imaginii în oglindă a unei traiectorii spaţiale;

- posibilitatea corectării on-line (în timpul sudării) a regimului de sudare.

Roboţii industriali cu controlul coordonatelor pe 5 respectiv 6 axe reprezintă mijloace

indispensabile sudării robotizate cu arc electric. Ei nu traduc în realitate o etapă parţială izolată a

procesului de fabricaţie ci preiau real o parte a procesului de fabricaţie şi anume ghidarea capului de

sudare. Componenta mecanică a robotului industrial realizează traiectoria dată individual sau în

colaborare cu dispozitivele de poziţionare.

Printr-o dimensionare corespunzătoare, sistemul de comandă al robotului poate să devină

comanda centrală a întregului proces.

În acest din urmă caz, sistemul de comandă trebuie să controleze pe lângă cele 5 până la 6

axe ale robotului şi cele 1 până la 6 axe care definesc traiectoria de deplasare a dispozitivului de

poziţionare, precum şi parametrii procesului de sudare.

Aceste probleme pot fi preluate de sistemul de comandă al robotului în cazul în care acesta

poate comanda 6 până la 12 axe şi posedă cel puţin 5 până la 8 semnale de comandă (I/O) pentru

sursa de sudare.

2.5.1. Utilizarea inteligenţei artificiale la comanda proceselor de sudare.

Din cele mai vechi timpuri omul a fost preocupat de ideea realizării unor echipamente

artificiale care să execute anumite operaţii în locul său. Automatizarea proceselor de producţie

precum şi integrarea roboţilor industriali în cadrul proceselor de fabricaţie au dus la creşterea

productivităţii muncii şi calităţii producţiei.

Roboţii industriali au schimbat procesele de producţie aşa cum calculatoarele au schimbat

munca de birou. Întreprinderea viitorului presupune celule de fabricaţie şi sisteme flexibile conduse

de calculatoare, maşini-unelte programabile şi roboţi industriali rigizi şi mobili care pot realiza

autonom şi cu precizie diverse sarcini de producţie. Una dintre caracteristicile principale ce se

impun unui robot autonom este existenţa capacităţii lui de învăţare şi procesare a informaţiilor din

2009


mediul în care evoluează. Asupra capacităţii unui robot de a procesa informaţii s-au făcut studii şi

cercetări diverse plecând de la tot atâtea teorii.

Datorită complexităţii proceselor de sudare, a mulţimii de factori şi a interacţiunii complexe

dintre aceştia, rareori se pot studia procesele de sudare în absenţa unor ipoteze simplificatoare.

Întrucât potenţialul tehnicilor de programare convenţionale este destul de limitat, singura soluţie

rămâne practic folosirea Inteligenţei Artificiale (AI). Actualmente, metodele AI acoperă un spectru

larg de subiecte, de la cercetare-dezvoltare până la planificarea producţiei şi asigurarea calităţii. În

domeniul măsurării şi controlului, o serie de exemple interesante arată că metodele de AI pot fi

aplicate cu succes pe scară industrială şi folosite de exemplu la monitorizarea proceselor tehnice.

Nu numai procesoarele au înregistrat o dezvoltare excepţională – puterea lor a crescut de 56

de ori în ultimii 16 ani – dar tot atât de puternic au crescut elementele aferente procesoarelor:

memoriile RAM, Magistralele, mediile de stocare, etc.

Abordările iniţiale ale AI se bazează pe metode pe care însăşi natura le-a creat de-a lungul

timpului, cum ar fi:

- algoritmi genetici;

- strategiile evolutive cu autoperfecţionare;

- automatele celulare;

- sistemele neuronale.

Adeseori, aceste metode se combină, în cadrul metodelor de control inteligent. Cu toate că

sunt oarecum asemănătoare sistemelor adaptive, sistemele inteligente de control pot lucra şi la

variaţii mult mai mari ale incertitudinii. Datorită vitezelor mari de lucru impuse actualelor tehnici

de Inteligenţă Artificială şi Calcul Cognitiv, s-au impus trei abordări pentru a realiza controlul

inteligent:

- sistemele expert;

- sistemele bazate pe logica fuzzy;

- reţele neuronale artificiale.

Sistemele expert şi cele bazate pe logica fuzzy modelează cunoştinţele experţilor şi oferă

soluţii bazate pe experienţa acestora, pe când reţelele neuronale practică o autoinstruire, stabilind

corelaţii între diversele lor sarcini în urma analizei datelor experimentale şi a exemplelor, fără ca

expertul să mai fie nevoit să intervină.

Când analizăm sistemele de control inteligent, ne gândim la ele ca la sisteme ce dispun de

mecanisme de raţionament cu baze de cunoştinţe, aşa cum sunt sistemele expert şi regulatoarele

2009


adaptive evoluate. În sistemele expert, experţii umani sunt cei care trebuie să decidă care sunt

regulile, folosind pentru aceasta cunoaşterea domeniului lor de expertiză.

Sistemele expert utilizate în actualul stadiu al tehnicii sudării au ca scop instruirea

calculatorului care comandă procesul de sudare şi supervizează cunoştinţele experţilor în domeniu.

1. Sistemele expert permit procesarea cunoştinţelor expertului de către de către

calculator. Concluziile acestuia pot fi solicitate şi, pe baza aceasta, înţelese. Dificultăţile se

întâlnesc însă frecvent în practică, în special la achiziţionarea cunoştinţelor. Cea mai importantă

dificultate în practica folosirii sistemelor expert rezidă însă în metoda de operare binară („totul sau

nimic”) la care limitele validării variabilelor sunt strict definite prin DA sau NU. În opoziţie,

cunoştinţele umane sunt mai degrabă vagi, incomplete şi / sau nesigure. Pentru a îmbunătăţi

sistemele expert, s-a încercat mai întâi modelarea conceptelor de vag, nesigur sau incomplet.

2. Sisteme bazate pe logica „fuzzy” reprezintă o extindere a logicii binare, care permite

reprezentarea cunoştinţelor „fuzzy” (oarecum difuze, vagi) prin alocarea unor valori de membru

valorilor lingvistice ale variabilelor lingvistice.

În general, o variabilă „normală” formează baza unei variabile lingvistice. Variabilelor

lingvistice le pot fi alocate diverse valori: pe lângă „normale” ele pot fi „mici”, „mari”, „extrem de

mici” sau „foarte mari”, etc.

Valorile de membru reprezintă adevărul încadrării variabilelor de bază în termenii

variabilelor lingvistice. Prin intermediul valorilor de membru ale valorilor individuale lingvistice, se

poate reprezenta valorile variabilelor de bază. De exemplu, în limbajul uzual al sudorilor, o tablă

este „subţire” sau „groasă”, dar în practică se menţionează mai rar valori exacte. Considerăm din

acest punct de vedere termenii „subţire” sau „groasă” ca şi valori lingvistice, asociate variabilei

„grosimea tablei”. Determinarea valorilor de membru ale valorilor lingvistice individuale se

realizează prin intermediul funcţiilor de membru, care pot fi reprezentate prin trapeze sau

triunghiuri (N.A. triunghiul este de fapt un caz particular de trapez, având baza mică nulă). Conform

unei reprezentări grafice, rezultă că o tablă cu grosimea de 80 mm este alocată într-un grad de 0,50

valorii lingvistice „tablă foarte groasă” şi de 0,25 celei de „tablă groasă”.

Odată definite valorile de membru ale variabilelor de intrare şi de ieşire ale unui sistem, fie

acesta şi unul de sudare, urmează o serie de etape în vederea determinării rezultatelor într-o formă

numerică. În cele ce urmează se exemplifică acest lucru printr-un calcul simplificat.

Pentru a răspunde la întrebarea: „Ce valoare trebuie să aibă viteza de avans a sârmei, dacă

deschiderea rostului este de b = 1,3 mm, iar viteza de sudare are 0,25 m/min?” este necesară

2009


construirea unor baze de reguli de tipul celor ce sunt prezentate în continuare:

În primă fază se determină gradele de membru pentru funcţiile de membru.

F1 = A: Baza de reguli

o dacă lăţimea îmbinării = „mică” şi viteza de sudare = „medie” atunci viteza de

avans a sârmei = „medie”;

o dacă lăţimea îmbinării = „medie” şi viteza de sudare = „medie” atunci viteza avans

sârmă = „mare”.

Din cele două reguli date, se deduc zonele în care acestea sunt respectate.

Calcularea gradului global de conformitate se bazează pe regulile existente şi combinarea

gradelor individuale de membru.

În acest scop se utilizează operatori similari cu cei din algebra booleană.

În etapele următoare se pot folosi două metode:

o analiza MINI – MAX, la care termenii variabilei lingvistice de ieşire „ viteza de

avans a sârmei-electrod” sunt determinaţi de constrângerea iniţială, adică MIN

(„tăierea „ îmbinării în cazul vitezei minime);

o analiza MAX – PROD, la care termenii variabilei lingvistice de ieşire „viteza de

avans a sârmei-electrod” nu sunt precizaţi, dar din setul de reguli vagi şi din gradul

de conformitate al constrângerilor adecvate se stabileşte produsul lor.

Folosind diverşi operatori, din aceste două concluzii parţiale prezentate se poate găsi o

concluzie globală.

Ultima etapă constă în aflarea unei valori precise pentru variabila de ieşire, prin

„defuzificare” : prin metoda centroidă, de exemplu, se stabileşte valoarea ariei şi a abscisei centrului

de greutate al acesteia. Soluţia oferită de metoda FUZZY pentru determinarea valorii vitezei de

avans a sârmei este chiar valoarea acestei abscise, 4,2 m/min.

Prin mulţimile fuzzy (MF) gradul în care un anumit element x aparţine conceptului descris

de mulţimea {A} poate fi caracterizat într-un mod nuanţat, spre deosebire de cazul mulţimilor

booleene, la care gradul de apartenenţă poate fi doar 0 sau 1. O mulţime fuzzy {A}definită pe un

domeniu X se caracterizează prin funcţia de apartenenţă:

;

Prin fuzzyficare este esenţială alegerea variabilelor. Controlul Fuzzy tipic, de tip PD,

2009


foloseşte eroarea de reglare , derivata erorii respectiv variabila de comandă u, cu domeniile de

definiţie E, DE şi U. Fuzzyficarea produce pentru fiecare variabilă fermă (numerică) câte o

variabilă lingvistică (VL) alcătuită din mai mulţi termeni lingvistici (TL) modelaţi prin MF:

Variabila lingvistică L(a):

formează un cadru cognitiv CC dacă îndeplineşte următoarele două condiţii:

L(a) acoperă tot domeniul de definiţie al mulţimii{A}. Fiecare element al domeniului de

definiţie poate fi atribuit cu un grad de apartenenţă diferit de zero cel puţin unei mulţimi fuzzy din

A:

c > 0 fiind nivelul de acoperire al lui A.

Dacă pe lângă proprietăţile de mai sus gradul de acoperire al domeniului este egal cu 1 în

orice punct, se obţine o partiţie fuzzy (PF) de tipul:

Toţi termenii lingvistici sunt unimodali, având un înţeles semantic clar (nu se pot

defini mai multe regiuni distincte de definiţie ale aceleiaşi trepte logice TL).

În vederea aprecierii fuzzy a regulatoarelor clasice, se demonstrează echivalenţele

fundamentale între regulatoarele Mamdani şi cele clasice. Astfel pentru o comportare de tip PID

descrisă de ecuaţia:

Regula de conducere echivalentă de tip Mamdani este:

„Dacă eroarea este şi variaţia ei este iar variaţia variaţiei ei este atunci

variaţia comenzii este , unde şi sunt etichetele lingvistice ataşate lui

şi .

Demonstraţia consideră pentru PF triunghiulare o interfaţă min-max şi subliniază

2009


echivalenţa regulatorului cu un interpolator neliniar. Dacă PF a ieşirii este realizată cu MF

dreptunghiulare, regulatorul este echivalent cu un interpolator liniar.

Întrucât Controlerele Fuzzy de tip Sugeno sunt cazuri particulare ale CF Mamdani ele se

bucură de aceleaşi proprietăţi. În continuare se consideră însă formula în timp continuu a ecuaţiei,

mai adecvată circuitelor analogice şi în acelaşi timp mai generală, întrucât nu depinde de

eşantionare.

Se remarcă rolul de supervizare şi adaptare al controlerelor fuzzy. Cele două moduri de

acţiune ale sale sunt corecţia aditivă, efectuată asupra ieşirii regulatorului PID şi corecţia efectului I

prin coeficientul C. Rolul corecţiilor este de a întări răspunsul la perturbaţii respectiv de a se opune

suprareglajelor şi întârzierilor produse de efectul I. CF este de tip Sugeno iar partiţiile triunghiulare

de intrare pot avea un număr minim (trei) de trepte logice (TL).

Au fost elaborate o serie de sisteme expert pentru sudare, bazate pe logica fuzzy, ca de

exemplu MAGWIN. Acesta poate asista utilizatorul la optimizarea unui proces de sudare

MIG/MAG deja existent. Componentele sistemului sunt: interfaţa cu utilizatorul, modulul de

comandă, baza de cunoştinţe, baza de date şi programul de calcul.

Un sistem expert, care permite utilizatorului să comande procesul de sudare on-line, este

sistemul AIXpert. Utilizând un scanner transversal (cu rază laser), rezultatele sudării sunt măsurate

în timp real şi transmise unui modul de inferenţă. Pe baza mărimilor din baza de date, parametrii

geometrici ai sudării (lăţime, penetraţie, supraînălţare, etc.) sunt clasificaţi prin metodele logicii

fuzzy. Sistemul expert acţionează direct asupra variabilelor de ieşire: viteza de avans a sârmei,

viteza de sudare – valori optime.

2.5.2. Procedee de sudare cu mare productivitate

În sudarea robotizată cu arc electric sunt folosite o serie de procedee de sudare cu mare

productivitate.

Încă de la dezvoltarea surselor de putere tranzistorizate, sudarea cu arc electric pulsat a

devenit un proces de îmbinare multilateral, în care parametrii pot fi reglaţi asigurând o bună calitate

şi reproductibilitate a sudurii. Unul din avantaje constă în transferul de material, practic fără stropi

şi posibilitatea de a utiliza sârmă electrod cu grosime mai mare la un curent dat.

Dezvoltarea surselor tranzistorizate de sudare la sfârşitul anilor 70 a reprezentat stadiul final

al evoluţiei din acea perioadă.

2009


Pasul hotărâtor în tehnica sudării cu arc MIG în curent pulsat s-a efectuat în ultimii ani odată

cu dezvoltarea surselor tranzistorizate. Sudarea cu arc pulsat se deosebeşte de tehnologia clasică

prin transferul de material controlat sub forma unor picături fine generând foarte puţini stropi.

Aceste caracteristici pot fi utilizate chiar şi la arcuri electrice de mică putere utilizând sârme de

sudare electrod relativ groase.

Calea de curent constă dintr-o fază de curent de bază şi una de puls. Curentul de bază trebuie

să fie menţinut la un anumit nivel astfel încât arcul să rămână stabil. Curentul de puls cauzează

separarea unei picături de pe vârful sârmei topită de curentul de bază.

Sursa cu arc pulsat oferă posibilitatea unei reglări libere şi independente a lăţimii, înălţimii

şi frecvenţei pulsului, precum şi un număr suficient de alternative pentru o reglare optimă a

transferului controlat de material.

Sudarea în curent pulsat prezintă următoarele avantaje:

- sudarea se desfăşoară cu foarte puţini stropi, ceea ce reduce costurile curăţirii precum şi

costurile unor materiale adiţionale;

- duza de gaz este mult mai puţin contaminată, asigurând un flux mai bun de gaz

protector. Intervalele de curăţare cresc considerabil;

- arcul poate fi mai scurt, ceea ce îi conferă o mai mare stabilitate;

- pătrunderea este mai bună;

- scade influenţabilitatea arcului la suflajul magnetic şi defectele de îmbinare. Lungimea

arcului poate fi menţinută independent de distanţa electrodului faţă de piesă şi poate

varia în funcţie de lăţimea şi înălţimea pulsului;

- datorită faptului că fluctuaţiile de tensiune şi variaţiile parametrilor cauzate de

temperaturi ridicate sunt compensate, parametrii de sudare pot fi respectaţi exact, astfel

rezultând suduri de o calitate constanta în timp.

- Sursa poate fi utilizată atât pentru sudarea unor piese groase, cât şi pentru cele subţiri;

- O cantitate redusă de putere transferată electrodului permite prelungirea timpului de

ardere a electrozilor cu un diametru mai mare, chiar şi pentru piese mai subţiri.

Materialele ce pot fi sudate sunt: oţel nealiat şi slab aliat, oţel inoxidabil, aluminiu

precum şi bronz sau alte materiale neferoase.

Avantajele utilizării surselor în curent pulsat sunt:

- 1. Arcul pulsat poate fi modificat mult mai fin decât cel standard;

2009


- 2. Sursele moderne pentru alimentarea în curent pulsat permit şi editarea programelor de

sudare.

Sudarea T.I.M.E., Rapid Arc, Rapid Melt

Valoarea curentului de sudare pentru un anumit diametru de sârmă electrod este limitată

inferior de asigurarea stabilităţii arderii arcului electric, de obţinerea puterii de topire uniformă şi

stabilă a sârmei, respectiv de topirea metalului de bază pentru asigurarea pătrunderii şi evitării

defectelor din îmbinarea sudată (lipsă de pătrundere, lipsă de topire, pori).

Puterea de topire este o funcţie de diametrul sârmei. Condiţia de stabilitate a arcului electric

este determinată de asigurarea egalităţii matematice dintre viteza de topire şi viteza de avans a

sârmei.

Căldura latentă necesară topirii sârmei electrod se obţine preponderent din căldura dată de

arcul electric, iar pe de altă parte din efectul Joule-Lenz la trecerea curentului electric prin capătul

liber al sârmei electrod. În cazul sârmelor de diametru foarte mic (mai mic de 1,0 mm ) efectul

Joule-Lenz are o pondere mai mare ceea ce asigură o topire stabilă a sârmei la puteri reduse ale

arcului electric, deci curenţi de sudare mai mici. Altfel spus la curent de sudare dat, puterea de

topire a sârmei este mai mare la sârme subţiri decât la sârme groase.

În ceea ce priveşte limitarea superioară a curentului, aceasta este determinată la rândul ei de

asigurarea stabilităţii transferului de metal, respectiv a controlului procesului de sudare. Dacă

valoarea curentului de sudare pentru un diametru dat depăşeşte o anumită limită se produce

perturbarea fenomenului de transfer a picăturii (prin pulverizare ) cu degenerarea într-un proces

necontrolabil, aşa numitul transfer cu arc rotitor care se răsfrânge asupra dinamicii picăturii de

metal. Încălzirea puternică pe o lungime mai mare a capătului liber al sârmei electrod prin efect

Joule determinată de valoarea mare a curentului de sudare produce plastifierea acestuia, care sub

acţiunea forţelor din arcul electric antrenează capătul sârmei într-o mişcare de rotaţie

necontrolabilă, greu de stăpânit, însoţită de stropiri foarte puternice, respectiv de pericolul mare de

apariţie a defectelor de tipul lipsei de topire, făcând dificil controlul procesului de sudare.

În ultimul timp acest fenomen este stăpânit prin folosirea unor gaze de protecţie speciale sau

prin utilizarea unor tehnici de sudare diferite de cele din sudarea clasică. Este vorba de sudarea

T.I.M.E. (Transfer Ionized Molten Energy) care foloseşte un gaz special ternar, conţinând

26,5%He, 8%CO2, 0,5%O2, restul Ar, care permite sudarea cu viteze de avans a sârmei electrod de

până la 25-50 m/min şi valori ale curentului de sudare de 400-700 A, respectiv sudarea prin tehnici

de sudare cu curenţi de mare intensitate ca Rapid Arc (arc rapid) şi Rapid Melt (topire rapidă)

2009


folosind amestecuri de gaze Ar+4-8%CO2 la viteze de avans a sârmei de până la 25 m/min,

respectiv până la 40m/min (valorile sunt valabile pentru sârme de oţel cu diametrul de 1,2 mm).

Aceste tehnici de sudare necesită echipamente de sudare sofisticate, respectiv dispozitive de

avans a sârmei de mare performanţă, fiind limitate şi de costul ridicat al gazului de protecţie.

Limitarea superioară a curentului de sudare are şi o motivaţie economică.

Atingerea unor valori ridicate ale curentului de sudare presupune atingerea unor viteze de

avans ale sârmei foarte mari, ceea ce determină un consum foarte mare de sârmă. Din punct de

vedere economic, acest fapt este dezavantajos, deoarece sârma mai subţire este mai scumpă decât

sârma mai groasă. În plus vitezele mari de avans ale sârmei electrod ridică probleme cu antrenarea

ei datorită creşterii forţelor de frecare din tubul flexibil, producând instabilităţi ale vitezei de avans

ale sârmei care se răsfrâng direct asupra curentului şi asupra modului de transfer producând variaţii

ale curentului, respectiv stropiri, aspect deloc de neglijat la sudare, în special în cazul sârmelor moi

din Al, sau al sârmelor tubulare.

Dispozitivele de avans trebuie să fie mai performante, cu execuţie mai îngrijită, deoarece în

timp se produce o uzură permanentă a acestora.

Procedeul de sudare Tandem

Sudarea MIG/MAG este una dintre cele mai eficiente metode de îmbinare, fiind utilizată în

multe sectoare industriale, atât în aplicaţii manuale cât şi automate. Creşterea presiunii asupra

costurilor de producţie a determinat atât dezvoltări ale procedeului, în vederea creşterii eficienţei

acestuia, vizând în special creşterea productivităţii, cât şi dezvoltarea unor echipamente de sudare

performante.

Printre procedeele de sudare care au fost dezvoltate în ultimele două decenii în acest

context, se numără şi procedeul de sudare Tandem.

În varianta cea mai simplă, procedeul Tandem necesită două capete de sudare aşezate la

mică distanţă unul în spatele celuilalt. Fiecare sârmă este alimentată de câte o instalaţie de sudare.

Această separare conduce la un control optim al arcului comun. Pe lângă posibilităţile de

reglare îmbunătăţite ce măresc gama de aplicaţii, procedeul Tandem asigură o calitate excelentă a

cordonului de sudură, concomitent cu un grad de redus de stropire, un randament de depunere net

superior şi o creştere considerabilă a vitezei de sudare.

Iniţial separate, cele două capete s-au unit ulterior, realizându-se un cap special de sudare

pentru procedeul Tandem.

2009


În noua situaţie, sârmele, care au de această dată potenţiale diferite, se introduc sub anumite

unghiuri într-un cap de sudare special conceput. Acest fapt permite ca pe lângă viteza de avans să

poată fi variate independent toate mărimile relevante pentru proces, adaptând fiecare dintre cele

două arce la condiţiile topologice locale.

Tehnologia de sudare MIG/MAG prin procedeul Tandem se caracterizează deci prin faptul

că două sârme separate din punct de vedere electric, sunt topite într-o baie comună. Capul de sudare

este prevăzut cu două duze de contact alăturate, separate galvanic.

Sârmele de sudură sunt antrenate de două sisteme de avans separate, fiecare fiind conectată

la câte o sursă de sudare, realizându-se însă o baie comună.

Procedeul de sudare Tandem dezvoltat pentru sudarea automatizată sau mecanizată a avut

un răspuns excelent din partea industriei. Robotizarea ajută la creşterea considerabilă a eficienţei

noilor sisteme precum şi a sistemelor existente.

Compararea gradului de depunere al acestui procedeu cu alte procedee de sudare evidenţiază

eficienţa ridicată a sudării Tandem.

Astfel la sudarea Tandem rata depunerii poate depăşi 25 kg/h, după cum se precizează în

literatură, viteza de avans a sârmei poate ajunge la 30 m/min, iar viteza de sudare poate ajunge în

cazul tablelor subţiri (2-3 mm) la 6 m/min. La piese groase se ating uzual viteze de 1,2 m/min.

Chiar şi la aluminiu se poate obţine o creştere simţitoare a vitezei de sudare.

Trebuie menţionat şi faptul că – la aceeaşi rată de depunere – energia consumată în proces

este mult redusă faţă de varianta MIG/MAG clasică.

Echipamentul Tandem standard constă din:

- 2 instalaţii de sudare controlate de calculator;

- 1 modul de cuplare;

- 2 cabluri de conectare;

- 2 unităţi de avans sârmă;

- 2 pachete de furtunuri pentru capul de sudare;

- 1 cap de sudare care permite dirijarea a două sârme în baia de sudură.

Echipamentul suplimentar utilizat frecvent în cadrul procedeului cuprinde:

- un curăţitor mecanic specializat adaptat construcţiei capului de sudare;

- echipamente de derulare a sârmei, bobine clasice, sau tambure de mare capacitate de tip

butoi;

- echipament de avans sârmă adiţional montat pe capul de sudare:

2009


o 2 pachete Software pentru monitorizarea datelor de sudare pentru sursă;

o 1 pachet PC-Software pentru conectarea în reţea a surselor;

o 1 echipament pentru monitorizarea senzorilor de proces.

Echipamentele de sudare Tandem permit :

- utilizarea unor componente standard, ceea ce le conferă o siguranţă ridicată a operării cu

costuri de producţie minime;

- derularea procesului cu un cap de sudare compact, având o bună accesare a pieselor;

- integrarea completă şi disponibilitate totală datorită corespondenţei componentelor;

- modalităţi de comandă flexibile, oferind fie o legătură spre PLC (consolă), fie spre

dulapul de comandă al robotului;

- monitorizarea completă a parametrilor de sudare, respectiv editarea protocoalelor de

sudare;

- dispozitiv de avans sârmă suplimentar pentru capetele de sudare;

- extensia ariei de utilizare şi îmbunătăţirea calităţii procesului.

2009


III. III. SOLUŢII DE OPTIMIZARE A PROCESULUI TEHNOLOGIC DE FABRICARE ASOLUŢII DE OPTIMIZARE A PROCESULUI TEHNOLOGIC DE FABRICARE A

CARCASELOR SUDATE PENTRU REDUCTOARECARCASELOR SUDATE PENTRU REDUCTOARE

3.1. Aplicaţii ale sudării robotizate în sudarea carcaselor

O categorie frecvent întâlnită de piese în construcţia de maşini este reprezentată de batiuri,

suporturi şi carcase. Acestea sunt piese spaţiale de mari dimensiuni, de obicei cu întindere pe toate

cele trei coordonate, iar complexitatea lor structurală este considerabilă.

Necesarul de rezistenţă mecanică mare faţă de eforturile exterioare în condiţiile unor greutăţi

proprii cât mai reduse a dus la executarea cu preponderenţă în construcţie sudată din plăci cu multe

întărituri şi gusee faţă de soluţia turnată. Ca urmare, sunt necesare multe îmbinări sudate relativ

scurte, depărtate în spaţiu. Întrucât deformaţiile trebuie să fie cât mai reduse posibil, ordinea de

execuţie a acestor îmbinări este foarte strictă. Din practica industrială se constată că rar se respectă

ordinea de către operatorii sudori, aceştia preferând execuţia lor „la rând”.

Întrucât în construcţia carcaselor există atât îmbinări mai subţiri, cât şi îmbinări mai groase,

este de optat pentru soluţia folosirii variantei de sudare MIG/MAG. În acest caz sistemul este dotat

cu o instalaţie standard (cu o singură sârmă electrod) cât şi cu o instalaţie Tandem.

3.2. Particularităţi şi cerinţe ale sistemelor de sudare complex robotizate

În principal la sudarea cu arc electric trebuie controlaţi următorii parametri:

- valorile instantanee ale curentului şi tensiunii arcului;

- energia liniară;

- viteza de sudare;

- viteza de avans a sârmei electrod, lungimea liberă şi cantitatea de metal depus;

- starea şi caracteristicile cantitative şi calitative a sârmei şi a fluxului protector;

- presiunea, debitul şi compoziţia gazului sau amestecului protector de gaz;

- temperatura, presiunea şi debitul lichidului de răcire;

- uzura capului de sudare, a duzei şi starea contactului electric;

2009


- gradul de încărcare cu stropi a duzei;

- calitatea straturilor de metal depus.

Una din principalele performanţe ale sistemelor robotizate se referă la durata de funcţionare,

non-stop, în timpul unui schimb sau a unei zile de lucru fără intervenţia directă a operatorului.

Fiecare element component al sistemului robotizat îşi are rolul său determinant în proces

însă rolul coordonator îl deţine sistemul de comandă care trebuie să controleze permanent pe lângă

cele 5 sau 6 axe de lucru ale robotului încă 1 până la 6 axe de lucru ale manipulatorului şi să

gestioneze 5 … 8 semnale de proces, care caracterizează parametrii regimului de sudare.

În baza exigenţelor impuse de procesului de sudare, un sistem complex robotizat trebuie să

îndeplinească următoarele performanţe:

A. Robotul se alege în funcţie de mărimea pieselor şi de locul de amplasare al

cusăturilor sudate. Reducerea capacităţii portante asigură o precizie mai ridicată. La sudarea

pieselor de dimensiuni mari se folosesc roboţi de tip portal. Se observă tot mai des tendinţa

suspendării roboţilor articulaţi de tip portal. Se asigură astfel pătrunderea capului de sudare în zone

greu accesibile şi economii importante de spaţii în hala industrială.

B. Dispozitivele de prindere şi sudare pot să fie de tip universal sau specializate.

Cele de tip universal pot realiza autocentrarea pieselor, folosindu-se în acest scop bacurile acţionate

electric sau pneumatic. Ele trebuie să aibă o construcţie solidă, fiabilă, comoditate în acţionare la

strângere şi desfacere, să asigure o forţă de strângere reglabilă, capabilă a preveni eventualele

deformaţii ce pot apărea în timpul sudării. Aceste dispozitive pot fi fixe, demontabile, orientabile

sau rotative. Performanţele acestor dispozitive mecanizate se apreciază în funcţie de forţa de

strângere, de tipul de acţiune şi de modul de comandă.

C. Manipulatorul se alege în funcţie de sarcina, forma şi dimensiunile piesei

construcţiei sudate şi în funcţie de necesarul de mişcări de poziţionare. Ele pot realiza şi viteza

tehnologică de sudare în caz de cerinţă. Funcţiile pe care opţional le poate îndeplini un manipulator

sunt: depozitare, numărare, dozare, interschimbare, livrare, poziţionare, fixare, eliberare, sortare şi

control.

D. Instalaţia de sudare trebuie să asigure stabilitatea regimului de sudare la

parametri prescrişi. Se folosesc tot mai multe surse de curent pulsat cu reglarea duratei şi frecvenţei

impulsurilor şi amplitudinii în scopul desprinderii unei picături la fiecare impuls. Sursele trebuie să

asigure: stabilizarea tensiunii de sudare la variaţiile de reţea; reglarea ritmică în funcţie de semnalul

2009


analog/numeric transmis de la sistemul robotizat; şuntarea bobinei de reactanţă la începerea

procesului de sudare şi şuntarea parţială la realizarea sudurilor verticale.

3.3. Sudarea robotizată a carcaselor cu pereţi groşi

Stabilirea tehnologiei şi optimizarea fluxului de fabricaţie se fac pornind de la produsul în

sine, de la cantitea (volumul de fabricaţie) ce trebuie realizată, precum şi funcţie de adaptarea

secţiei de producţie la produse similare în timpi cât mai scurţi şi cu costuri cât mai reduse.

Produsul îl constituie cele două carcase de reductoare (superioară şi inferioară) şi roţile

dinţate ale acestor reductoare, care se fac în construcţie sudata.

Structura carcaselor (superioară şi inferioară) cuprinde:

- corpurile de formă paralelipipedică din tablă groasă (15 – 40 mm);

- bosaje pentru diverse piese care se fixează pe carcase;

- orificiile pentru montarea rulmenţilor;

- orificiile filetate pentru prinderea capacelor;

- orificii de umplere şi de evacuare agent de ungere;

- orificii pentru control a sistemului de ungere.

Tehnologia de fabricaţie constă în următoarele etape:

A. Debitarea oxiacetilenică la cote a tablei groase şi a bosajelor, şanfrenarea pentru rosturile

de sudare;

B. Fixarea prin punctarea MAG manuală a componentelor de carcase sau roţi dinţate şi

amplasarea într-un dispozitiv auxiliar, dacă este cazul;

C. Sudarea propriu-zisă, care actualmente se efectuează manual şi care se propune a fi

robotizată;

D. Prelucrarea mecanică şi tratamentele termice aferente a carcaselor sau roţilor dinţate;

E. Montajul reductorului.

F. Verificarea, vopsirea ambalarea şi depozitarea reductorului.

Din toate aceste etape tehnologice, o manoperă foarte mare şi costuri foarte mari sunt

realizate la sudarea carcaselor şi a roţilor dinţate. Pentru reducerea acestor costuri, o modalitate care

ar avea şi efecte benefice asupra calităţii produsului ar fi sudarea robotizată.

Sudarea robotizată ar conferi un randament de producţie ridicat şi care se justifică şi

economic, deoarece este operaţia cea mai lentă alături de prelucrările mecanice, din fluxul

tehnologic.

2009


Sistemul robotizat de sudare se realizează într-o celulă flexibilă. Structura celulei flexibile

de sudare robotizată este următoarea:

- Poziţioner de tip masă rotativă;

- Robot de sudare de tip braţ articulat cu şase grade de mobilitate;

- Consola de comandă numerică a robotului;

- Sursa de sudare;

- Programarea robotului.

Programarea robotului constă de fapt în transmiterea către sistemul robotizat a principalilor

parametri de lucru, care sunt de două feluri:

- parametri de poziţionare (geometrici);

- parametri tehnologici de sudare.

Obţinerea parametrilor geometrici se poate face în două moduri de programare.

Metoda clasică de poziţionare manuală constă în deplasarea braţului robotului, prin

intermediul unei telecomenzi de la poziţia START, de-a lungul rosturilor de sudare, până la

revenirea în poziţia de pornire. Această metodă este mai complicată datorită geometriei complexe al

pieselor de sudat cu număr mare de rosturi.

Metoda modernă de poziţionare computerizată, cunoscută sub denumirea de programare off-

line, constă în simularea numerică a procesului tehnologic, generând un set de date ce pot fi

transferate spre consola de comandă a sistemului automatizat în vederea executării. În fapt,

coordonatele geometrice transmise consolei de comandă sunt traduse prin timpi de acţionare a

servomotoarelor cuplelor cinematice ale braţului robotului şi a dispozitivelor auxiliare ale acestuia.

Aplicarea metodei off-line se face în două etape:

- Prima etapă constă în realizarea unui model numeric al aplicaţiei robotizate format din

subansamble mecanice legate prin legi fizico-mecanice pentru a exprima realitatea (gradele de

mobilitate). Modelul realizat astfel a putut fi implementat şi pe alte aplicaţii de modelare

tridimensională (Solidworks, 3DS Max) cu respectarea cinematicii. Modelul cuprinde doar o formă

de principui a robotului, a poziţionerului, a suportului pentru carcasă sau roată. Cotele de gabarit ale

modelului fiind la scară faţă de cele reale, nu sunt cotate şi realizate la nivel de execuţie. Această

primă etapă se numeşte Proiectare asistată de calculator (PAC).

- A doua etapă numită şi Fabricaţie asistată de calculator (FAC) are la bază folosirea de

aplicaţii informatice speciale, dedicate simulării numerice a unor procese specifice care au ca

2009


rezultat datele numerice care servesc ca date de intrare pentru aplicaţia integrală în consola de

comandă a robotului.

3.4. Aspecte tehnico-economice ale implementării roboţilor pentru sudare

În cele ce urmează se prezintă câteva modalităţi şi exemple de apreciere a eficienţei

economice a robotizării. O posibilitate de a aprecia eficienţa economică a utilizării RI la nivelul

micro-economic este descrisă în literatura de specialitate. La baza acesteia stau consideraţiile făcute

de M. Benedetti, privind următoarea inecuaţie:

în care:

TM - timpul necesar muncitorului sudor pentru a suda manual o piesă;

- costul unităţii de manoperă a sudorului (inclusiv regiile);

TR - ciclul de lucru al RI pentru o piesă;

- costul aferent unităţilor robotului;

- timpul de intervenţie al operatorului;

- costul unităţii de manoperă a operatorului;

- costul reprogramării RI pentru noile serii, raportat la numărul de piese;

- costul planificat al mentenanţei, raportat la numărul de piese.

Atunci când inecuaţia este satisfăcută, introducerea RI este justificată din punct de vedere

economic. O analiză mai amănunţită se poate face tratând atât implicaţiile de la nivelul

microeconomic, cât şi cele de la nivelul macroeconomic, prin intermediul indicatorilor de eficienţă

corespunzători, şi respectiv :

în care:

P - valoarea producţiei anuale obţinute după introducerea RI;

- costurile anuale de producţie, după aplicarea RI;

2009


- cheltuielile de investiţii pentru componentele SR;

f - coeficientul de îngheţare;

r - dobânda;

Di - ratele deprecierii componentelor SR;

n - numărul mediu de schimburi;

T - profitul adiţional obţinut prin transferarea muncitorilor spre alte activităţi;

S - economiile la fondurile sociale, rezultate ca urmare a îmbunătăţirii condiţiilor de muncă;

i - indicele sistemului robotizat;

j - indicele întreprinderii.

Este evident că valorile şi cresc odată cu volumul producţiei şi odată cu scăderea

cheltuielilor de producţie şi de investiţii.

Pentru calcule mai rapide, cu aproximaţie, există relaţii mult mai simple:

- termenul de recuperare T [ani]:

în care:

- I - reprezintă investiţia totală;

- L - cheltuielile anuale eliminate o dată cu introducerea RI;

- E - costurile anuale ale mentenanţei, reprogramării, funcţionării.

- rata recuperării investiţiilor [%]:

în care S reprezintă economiile anuale aduse de instalarea RI, deci

S = L - C

iar C costurile anuale ocazionate de introducerea RI (mentenanţa, reviziile, reprogramarea,

şcolarizări, etc.)

În vederea unei evaluări corecte şi obiective şi stabilirii pe această bază a performanţelor

economice ale unui sistem robotizat, în particular destinat sudării cu arc electric, este necesară

efectuarea analizei, care să justifice achiziţionarea unui asemenea sistem.

2009


3.5. Avantaje şi dezavantaje ale tehnologiilor complex robotizate

A. Avantajele sudării robotizate sunt:

- extinderea domeniului de aplicare a tehnologiilor mecanizate de sudare;

- eliberarea operatorului uman de operaţii obositoare, caracterizate prin monotonie şi efort

fizic mare;

- protejarea operatorului uman de medii nocive;

- calitate superioară a îmbinărilor sudate constantă şi repetitivă;

- economii de materiale, energie şi manoperă;

- creşterea eficienţei economice prin mărirea producţiei şi micşorarea numărului de

operatori;

- posibilitatea efectuării operaţiilor de încărcare-descărcare, concomitent cu operaţii de

sudare;

- creşterea reală a timpului de lucru pe durata unui schimb;

- posibilitatea de adaptare a roboţilor la mişcări noi, în timp real;

- posibilitatea unei programări simple şi rapide într-un timp scurt;

- eliminarea aproape totală a rebuturilor;

- posibilitatea servirii a două linii de fabricaţie de către aceeaşi roboţi; În timp ce o linie de

fabricaţie este alimentată sau descărcată cu piese, pe cealaltă linie de fabricaţie roboţii

execută operaţiile de sudare;

- cheltuieli de investiţii mai reduse. Prin schimbarea produsului se poate utiliza acelaşi

robot, modificându-se setul de programe şi eventual capul de sudare. Un sistem de

comandă poate controla mai mulţi roboţi;

- nu necesită personal operator de înaltă calificare.

B. Dezavantajele sudării robotizate:

- exigenţele speciale impuse echipamentelor şi materialelor;

- necesitatea unor materiale de bază şi de adaos cu comportare bună la sudare;

- curăţare perfectă a pieselor care se sudează;

- respectarea dimensiunilor geometrice a pieselor şi a rostului;

- la sudarea pieselor de dimensiuni mari sunt necesare dispozitive speciale de asamblare

sau fixare a componentelor prin puncte de sudură;

2009


- poziţionarea corectă a reperelor de sudat faţă de centrul sistemului de coordonate al

robotului;

- protejarea sistemului de comandă la fluctuaţiile reţelei de alimentare şi la perturbaţiile

generate de instalaţiile de sudare;

- funcţionarea în regim aproape continuu a echipamentului de sudare;

- costul relativ ridicat al unui robot.

Analizând avantajele şi dezavantajele care apar în cadrul unei tehnologii complex

robotizate, se constată, că în multe situaţii utilizarea roboţilor industriali este uneori extrem

de eficientă. În motivaţia introducerii tehnologiilor complex robotizate se iau în calcul şi

condiţiile de muncă grele şi periculoase.

2009


IV. IV. SOLUŢII DE OPTIMIZARE A PROCESULUI TEHNOLOGIC DE FABRICARE ASOLUŢII DE OPTIMIZARE A PROCESULUI TEHNOLOGIC DE FABRICARE A

ROŢILOR DINŢATE UTILIZATE ÎN CARCASELE SUDATE PENTRU REDUCTOAREROŢILOR DINŢATE UTILIZATE ÎN CARCASELE SUDATE PENTRU REDUCTOARE

În continuare vor fi concretizate noţiunile prezentate anterior referitoare la funcţiile şi

structura ST pe baza exemplului sudării roţilor dinţate din angrenajele reductoarelor fabricate de

către beneficiarul acestei cercetări.

Fig. 8. Varianta cu un cap de sudare şi înclinare a mesei de lucru la 450

In figura 8 este prezentat un sistem tehnologic de sudare format dintr-o sursă de sudare S.,

un manipulator M. şi o coloană. Funcţia principală este realizată prin intermediul sursei. Energia

termică fiind obţinută pe cale electrică sistemul respectiv este tip. 5. sau 6., mai ales deoarece în

sistemele electrice circuitul comandă este întotdeauna separat de circuitul de putere şi la toate

sursele de sudare cu excepţia celor mai simple există aparate de măsură (ampermetru, voltmetru).

Funcţiile de instalare sunt prin intermediul dispozitivului de orientare şi fixare de pe platoul MPR-

ului. Acest dispozitiv poate fi acţionat manual (tip 3) sau mecanizat (tip 4). Funcţiile cinematice

sunt realizate de manipulator (rotaţie şi înclinaţia piesei) şi de coloană (deplasările orizontală şi

2009


verticală ale capului de sudare). Înclinarea piesei şi deplasarea verticală a capului de sudare sunt

mişcări care pot fi atât de deplasare rapide cât şi de poziţionare.

Sistemele de acţionare pot fi de tipul 4,5 sau 6 iar, în anumite cazuri chiar şi sisteme de nivel

superior (7 sau 8) realizând deplasări programate. Dintre funcţiile logistice, alimentarea cu material

auxiliar sunt realizate implicit de sursa de sudare (prin sisteme anexe). Considerând de exemplu

procedeul de sudare MIG-MAG, sistemele respective vor fi de tip 9 pentru sistemul de alimentare

cu material de adaos (avansul sârmei), având reacţie adaptivă pentru reglarea lungimii acului şi tip

5,6 sau 7 sistemul de alimentare cu material auxiliar (alimentare cu gaze) în funcţie de modul de

comandă al sistemului. Modul cum se face alimentarea cu piese nu rezultă din configuraţia

prezentata a sistemului tehnologic, ceea ce implică că aceasta se poate realiza cu sisteme de tip 1

(manual) până la tip 8 (comandă program) folosind mijloace exterioare a sistemului.

Din punctul de vedere al comenzii, ţinând seama de numărul mare de acţiuni necesitate de

procesul tehnologic, cele trei componente majore ale sistemului, respectiv sursa, manipulatorul şi

coloana reprezintă fiecare în sine subsistem cu comandă centralizată, dar la nivelul întregului sistem

comanda este descentralizată prin cele trei panouri de comandă: al sursei PCS, al manipulatorului

PCM, coloanei PCC. În anumite cazuri, comanda întregului sistem poate fi realizată printr-un panou

de comanda control PC, realizându-se astfel o comandă ierarhică.

Funcţia principală la procedeele de evadare prin rezistenţă este realizat parţial termic prin

intermediul sistemului electric constând din transformatorul de sudare TE şi circuitele primar şi

secundar şi din rolele electrod R1 şi R2, şi parţial mecanic, prin intermediul sistemului pneumatic

MP şi distribuitorul DP, forţa transmiţându-se la piese tot prin intermediul rolelor electrod (R1, R2).

Rolele îndeplinesc în acelaşi timp şi funcţiile de instalare precum şi cele de avans. Pentru realizarea

funcţiei de avans se foloseşte un lanţ cinematic de antrenare compus din motorul electric ME şi o

serie de reductoare şi elemente de transmisie (cardanică). Funcţiile de poziţionare şi deplasările

rapide precum şi alimentarea cu material de adaos nu au sens pentru procedeul prezentat.

Pentru funcţiile de instalare în afara rolelor se pot folosi şi dispozitive auxiliare, care servesc

uneori şi la alimentarea cu piese. Funcţia de alimentare cu material auxiliar este reprezentată de

sistemul de răcire cu apă al circuitului secundar. Toate funcţiile prezentate sunt comandate de

dulapul de comandă, el asigurând corelaţia între ele şi desfăşurarea la timp, conform programului ce

se introduce manual pe panoul de comanda prin intermediul unor potenţiometre sau comutatoare,

sistemul fiind deci în întregime un sistem de comanda centralizat după program, deschis la tip 7.

2009


Fig. 9. Varianta cu două capete de sudare înclinate la 450 şi fără înclinarea mesei de lucru

Se prezintă în continuare foarte succint si prescurtat un itinerar tehnologic de sudare pentru

cele două roţi dinţate:

A) ROATĂ DINŢATĂ 1 , desen 39923491

FAZA 1

2009


Fig. 10. Sudarea butucului roţii cu discul – spiţă şi cu coroana roţii Faza 1

În fig. 10 se pot pune în evidenţă următoarele operaţii de sudare.

- Heftuire butuc- disc spiţă;

- Heftuire coroană – disc spiţă;

- Sudare de rezistenţă butuc – disc spiţă;

- Sudare de rezistenţă coroană – disc spiţă

- Sudare bosaje

2009


FAZA 2 (se întoarce piesa pe faţa cealaltă în dispozitiv)

Fig. 11 Sudare nervuri roată. (Faza 2)

În fig. 11 se pot pune în evidenţă următoarele operaţii:

- Heftuire nervuri 6 buc manual în dispozitiv

- Sudare de rezistenţă 6 nervuri, pe ambele feţe

B) ROATĂ DINŢATĂ 2, desen 39922201

2009


FAZA 1

Fig. 12. Sudare disc spiţă 1 de butuc şi de coroană

În fig. 12 se pot evidenţia următoarele operaţii:

- Fixarea butucului pe dornul dispozitivului şi a coroanei roţii;

- Poziţionare disc-spiţă 1 pe butucul şi coroana roţii;

- Heftuire disc-spiţă pe butuc;

- Heftuire coroană pe disc-spiţă;

- Sudare de rezistenţă disc-spiţă butuc;

- Sudare de rezistenţă disc-spiţă coroană.

- Rotire cu 180 grade şi pregătire pentru sudare partea cealaltă

FAZA 2 Sudarea pe partea cealaltă a discului spiţă şi nervurilor

2009


Fig. 13. Sudarea nervurilor şi a discului spiţă 2 pe butuc şi coroană

În fig. 13 se pot vedea următoarele operaţii de sudare:

- Montare cu dispozitiv de poziţionare a celor 6 nervuri;

- Heftuire nervuri in dispozitiv de poziţionare;

- Sudare de rezistenţă a nervurilor;

- Poziţionare disc-spiţă 2 pe butuc şi coroană;

- Heftuire disc-spiţă 2 pe butuc şi coroană;

- Sudare de rezistenţă a disc-spiţă 2 pe butuc şi coroană

FAZA 3 Sudare bosaje şi definitivare sudare nervuri de discul-spiţă opus.

2009


Fig. 14.Sudare nervuri pe disc-spiţă opus şi a bosajelor.

În fig. 14 se evidenţiază următoarele operaţii:

1. Aşezare disc-spiţă opus pe coroană şi butuc;

2. Sudare nervuri pe disc-spiţă opus;

3. Poziţionare 6 bosaje în dispozitiv

4. Sudare de rezistenţă 6 bosaje.

Din analiza aspectelor prezentate, inclusiv referitor la itinerariile tehnologice ale sudării

celor două roţi dinţate de reductoare ce se fabrică la RRR, se poate concluziona că pentru un

anumit volum de producţie de reductoare este imperios necesar să se achiziţioneze un sistem

robotizat de sudare. Acest sistem ar urma să sudeze atât roţile dinţate ale reductoarelor, cât şi

carcasele acestora.

2009


CONCLUZII ŞI RECOMANDĂRICONCLUZII ŞI RECOMANDĂRI

PENTRU ALEGEREA UNUI ROBOT DE SUDAREPENTRU ALEGEREA UNUI ROBOT DE SUDARE

A. CONCLUZII

În raportul de cercetare întocmit sunt prezentate o serie de soluţii de creştere a eficienţei

fabricării reductoarelor necesare pentru repararea navelor şi a altor utilaje grele, din domeniul

metalurgic, chimic, de fabricare a materialelor de construcţii, etc.

În principal s-a pus problema modernizării tehnologiilor de sudare a componentelor

reductoarelor de puteri mari, utilizate ca piese de schimb. Aceste reductoare constituie obiectul

de activitate al firmei REŞIŢA REDUCTOARE SA.

Din analiza soluţiilor constructive ale reductoarelor se poate constata că acestea sunt

confecţionate din componente realizate in construcţie sudată. Atât roţile dinţate cât şi carcasele au

un foarte mare număr de componente debitate din tablă groasă şi care sunt sudate pentru a constitui

piesele necesare montajului final de tip reductor. De obicei majoritatea reductoarelor sunt de tip de

fabricaţie unicat sau serie mică, fapt care impune soluţia de fabricare in construcţie sudată, drept

favorită, comparativ cu turnarea, de exemplu.

Sudarea componentelor atât pentru fabricarea roţilor dinţate, cât mai ales pentru fabricarea

carcaselor presupune o manoperă laborioasă şi scumpă, în special în varianta actuală de tehnologie

de sudare;aceasta deoarece lungimea cordoanelor de sudare atnge valori de ordinul sutelor de

metrii/ carcasă, depunerea făcându-se în 3...6 straturi succesive.

Varianta existentă se prezintă pe scurt astfel: componentele debitate din table groase pentru

confecţionarea roţilor dinţate şi a carcaselor sunt aşezate în dispozitive de sudare , sunt heftuite în

prealabil şi apoi sudate manual. Sudarea făcându-se manual, productivitatea este deosebit de

scăzută, fapt care impietează asupra eficienţei activităţii productive. În continuare se realizează

prelucrările mecanice necesare atât pentru roţile dinţate cât şi pentru carcase. Deoarece seria de

fabricare este de tip seria mică şi unicate, utilajele de prelucrări mecanice sunt adecvate acestui tip

de producţie, şi cu precizie corespunzătoare. Nu se pune problema creşterii capacităţii liniei de

prelucrare, deoarece linia de prelucrare actuală satisface necesarul de piese de schimb de tipul

2009


reductoarelor. Montajul final al reductoarelor nu este un motiv de loc îngust. Singura problemă

constatată a fost cea a sudării componentelor pentru carcase şi pentru roţi dinţate.

Problema care se pune este de a creşte productivitatea şi calitatea pieselor sudate necesare

pentru linia de prelucrări mecanice şi pentru linia de asamblare, concomitent cu scăderea costurilor

de fabricare a acestor piese.

Pentru găsirea soluţiilor tehnice adecvate s-au analizat proiectele constructive ale:

A Carcase reductoare de tipul:

1. SV-250-C 10 buc/ an desen RRR29520101

2. SV – 355-C 8 buc/ an desen RRR29517106-12;

3. SV – 450 C 30 buc/ an desen RRR29515101-1/2;

4. SV – 630-C 16 buc/ an desen RRR29512101-1/2;

TOTAL: 64 buc/ an

B Roţi dinţate de tipul:

1. Roată dinţată 1 , reper 39923491;

2. Roată dinţată 2 , reper 39922201;

Evaluarea aspectelor economice ale unei instalaţii de sudură robotizată

1. Chestionar privind starea actuală a societăţii privind tehnica de sudare aplicată.

INTREBARE DA NU

1 Sudarea cu arc electric este o componentă esenţială a procesului Dvs. de fabricaţie? X

2Vă confruntaţi cu presiuni concurenţiale de costuri din partea competitorilor Dvs. sau înregistraţi probleme de calitate?

X

3 Aveţi dificultăţi în angajarea sudorilor calificaţi? X

4 Cheltuiţi prea mult cu remunerarea sudorilor calificaţi? X

5 Costurile de şcolarizare ale acestora cresc considerabil? X

6Mărimea seriilor de fabricaţie şi/sau dimensiunile pieselor justifică abordarea tehnologiilor robotizate?

X

7 Componentele ansamblurilor sudate au o bună repetabilitate dimensională? X

8 Dispozitivele Dvs. de sudare sunt capabile să poziţioneze repetitiv şi exact piesele? X

9Reuşesc cu dificultate sudorii Dvs. să sudeze materialele subţiri fără să le străpungă?

10 Costurile Dvs. de fabricaţie cresc mai rapid decât rata inflaţiei? X

2009


Dacă aţi răspuns cu DA la cel puţin 8 dintre întrebările de mai sus, aveţi neapărată nevoie de

un sistem robotizat de sudare cu arc electric.

Cercetarea efectuată de noi a evidenţiat faptul că chestionarul are 8 întrebări la care

răspunsurile direcţionează activitatea de investiţii spre achiziţionare de echipamente

robotizate.

2. Aşteptările managementului societăţii în ce priveşte un sistem robotizat de sudare cu

arc electric

Aşteptările managementului societăţii trebuie să fie realiste şi este necesar să fie formulate

înainte de a achiziţiona robotul.

Un sistem robotizat de sudare cu arc electric nu poate rezolva aspecte de bază în ceea ce

priveşte proiectarea deficitară a pieselor, toleranţe variabile excesiv ale componentelor îmbinării sau

fixarea defectuoasă a acestora, care le permite să se mişte ori să prezinte rosturi excesiv de mari.

În schimb un sistem robotizat de sudare poate:

- îmbunătăţi productivitatea operaţiilor de sudare cu minimum 40 – 70% şi chiar până la

300% în anumite cazuri;

- reduce timpii de şcolarizare ai operatorilor sudori;

- reduce cheltuielile cu forţa de muncă;

- reduce consumul de material de adaos prin realizarea unor îmbinări superioare ca

performanţe la dimensiuni mai mici decât cele necesare la sudarea manuală;

- reduce costurile materialului de adaos prin folosirea unor role de sârmă mult mai mari,

comparativ cu sudarea manuală;

- reduce costurile de inspecţie – pentru toate îmbinările, o dată tehnologia pusă la punct şi

inspecţia este similară;

- energia indusă poate fi controlată mult mai bine în cazul sudării robotizate – reduce

pericolul de străpungere şi minimizează deformaţiile;

- îmbunătăţeşte calitatea sudurilor, asigură repetabilitate;

- reduce necesitatea curăţării îmbinărilor după sudură;

- reduce spaţiul necesar în hală pentru realizarea unui produs;

- necesită mai puţine sisteme de aspiraţia noxelor;

2009


- nu necesită atâtea scule şi SDV-uri ca la sudarea manuală.

Avînd în verede aşteptările prezentate cu referire la managementul societăţii vizând

achiziţionarea de echipament pentru sudare robotizată, cercetările noastre au evidenţiat că s-au

creeat premizele favorabile, din punctul de verede al volumului de producţie, al structurii

sortimentale şi al volumului de muncă, pentru achiziţionarea unui echipament robotizat de

sudare de tip TANDEM.

3. Procesul de alegere propriu zis

Dacă analiza a evidenţiat până aici rezultate în favoarea robotizării, se va trece la alegerea

tipului şi mărcii de sistem robotizat; următoarele puncte sunt importante în alegerea corectă:

A. Este necesară alegerea unui furnizor recunoscut în domeniu, care poate asigura

suportul tehnic necesar, atât la instalarea iniţială, cât şi în cazul unor schimbări ale profilului de

lucru;

B. Se recomandă alegerea unui robot care este conceput pentru sudarea cu arc electric şi

posedă un software adecvat pentru aplicaţia respectivă;

C. Furnizorul selecţionat trebuie să asigure instruire la nivelul întregului sistem

robotizat, atât la producător, cât şi în societatea beneficiară după montarea echipamentului.

D. Se impune alegerea unei tipodimensiuni de echipament care să corespundă atât

cerinţelor actuale, cât şi celor care vor fi prefigurate;

E. Se recomandă alegerea unui furnizor care va asigura realizarea deplină a proiectului

beneficiarului; este necesar ca întreaga activitate de implementare să se desfăşoare în ideea

îndeplinirii scopului urmărit – robotizarea producţiei de structuri sudate, în vederea asigurării unui

raport cât favorabil între calitatea sudurii şi cost.

F. Este necesară implicarea personalului departamentului de sudură în procesul alegere:

aceasta plus un program adecvat de instruire pot constitui factorii de succes ai aplicaţiei de sudare

robotizate;

G. Se va alege un furnizor care poate livra piese de schimb şi service la faţa locului;

H. Este indicată alegerea unui furnizor care poate asigura echipament şi proceduri

adecvate pentru protecţia muncii;

I. Se impune alegerea unui furnizor a cărui politică este bazată pe conceptul sistemic

total şi nu pe preţul competitiv.

2009


3. Calculaţia costurilor

Varianta I

Aceasta se întocmeşte împreună cu potenţialul furnizor, care trebuie să aibă în vedere în

primul rând interesele beneficiarului.

În principiu, această calculaţie prezintă comparativ costurile anuale ale fabricaţiei faţă de

varianta robotizată. Aceste costuri includ:

Nr.crt. Categoriile de costuri (euro/ an) Stadiul actual Robotizare Economii

1 Costuri reparaţii, rebuturi, refaceri

2 Costuri instruire sudori3 Costuri aferente manoperă 44500 20000 245004 Costuri cu gazul protector 6500 65005 Durata ciclului de fabricaţie6 Costuri totale cu manopera

(inclusiv impozite, taxe şi regie7 Costuri cu materialul de adaos 12700 127008 Costuri cu spaţiul de producţie 149000 75000 740009 Costuri cu materiale de protecţia

muncii 1000 1000

10 Costul evacuării noxelor11 Costurile cu inspecţia12 Alte costuri

ECONOMII ANUALE (EURO/ AN)

213700 115200 98500

Dacă se iau în considerare economiile anuale cu manopera (E), conform poziţiei 3 din

tabelul nr:.... durata de recuperare a investiţiei (T), este de:

Varianta II

Investiţia se referă la costurile de achiziţie a instalaţiei de sudare robotizată (350000 euro)

2009


Este necesar ca această analiză de costuri să fie efectuată pentru fiecare din componentele

principale aflate în programul de fabricaţie. În speţă programul analizat are două componente

esenţiale:

1.Grupa carcaselor

2.Grupa roţilor dinţate.

. Dacă ponderea costurilor de producţie este dată de grupa 1, se vor face calculele pentru

acestea, iar pentru piesele din grupa 2 calculul se realizează prin extrapolare. În acest mod se pot

determina cu o precizie mai ridicată economiile anuale:

Termenul de recuperare al investiţiei(T), în cazul unui calcul mai detaliat, are în vedere o

valoare a economiilor anuale, rezultate din echivalarea lungimilor cordoanelor de sudură aplicate

unei carcase de referinţă. În acest caz, economia/ carcasă realizată, prin utilizarea instalaţiei de

sudare, este de 485 ...500 euro/ carcasă, pentru un program anual de 64 carcase /an, rezultă o

economie anuală (E), de circa 38400 euro/ an..În aceste condiţii :

Gradul de recuperare al investiţiei(G) este:

Varianta III

Eficienţa economică anuală (EAN ) este rezultatul a trei efecte principale:

1. Efectul datorat reducerii normei de timp pentru sudarea componentelor

produsului. (EV )

2.Efectul datorat reducerii numărului de muncitori sudori. .(ES)

3.Efectul datorat sporirii volumului de producţie, ca urmare a fondului de timp

suplimentar.(EP )

1. Efectul datorat reducerii normei de timp pentru sudarea componentelor produsului.

(EV )

Ipoteze :

- Pentru sudarea manuală viteza de sudare a unui cordon A5 este de 20 -25 cm/ min.

Pentru sudarea robotizată viteza de sudare a unui cordon A5 este de 50 – 55 cm/ min,

cu un singur cap de sudare;

2009


Pentru sudarea robotizată, în sistem TANDEM, viteza de sudare a unui cordon A5 este

de 100 cm/ min.

Pentru poziţionarea la 45o a rostului de sudare, în condiţiile sudării robotizate, viteza

de sudare poate creşte cu încă 30 – 40%, ajungându-se practic la o viteză de sudare de 70

cm/min.

Numărul de treceri pentru realizarea unui cordon, în condiţiile sudării manuale: 3

treceri.

Date de calcul:

- S-a determinat prin studiu direct lungimea cordoanelor de sudare, pentru carcasa

din desenul nr:RRR 295 15 101 -1/2; am ales această carcasă, deoarece la aceasta lungimea

cordoanelor este minimă; lungimea finală care a rezultat: 270 m/ buc. carcasă.

- Sa considerat regimul de lucru de 2 schimburi a 8 ore fiecare, adică 16 ore/ zi.

- Valoarea investiţiei pentru achiziţionarea unei instalaţii de sudare robotizată este de

350.000 euro.

- Salariul orar mediu pentru un sudor:1,75 euro/ oră.

Numărul total de sudori, luaţi în calcul pentru sudarea manuală:12 muncitori.

Volmul anual de carcase sudate:64 buc/an.

Calcule efective:

Calculul eficienţei economice anuale datorate creşterii vitezei de sudare EV :

-lungimea totală a sudurii:270x3= 810 cm.

-Durata operaţiei de sudare manuală:

810 x 100: 20= 4050 min: 60 = 68 ore/ buc :16 =4,25 zile / buc.

-Durata operaţiei de sudare robotizată, cu un cap de sudare:

810x100:50= 1620min:60=27ore/buc:16=1,7 zile/ buc

Pentru sudarea manuală: 64x4,25= 272 zile / an

Pentru sudarea robotizată:64x1,7= 109 zile / an

Diferenţa care se constuie în creşterea productivităţi muncii 272-109= 63 zile.

EV = 63x12x16x1,75= 21168 euro/ an

2. Efectul datorat reducerii numărului de muncitori sudori.(ES)

Ipoteze:

- Ipotezele identice cu cele de la punctul 1.

-Se reduce numărul sudorilor cu 7 sudori (58%)

2009


- Costul unei instalaţii robotizate se estimează la 350.000 euro/ buc.

Calculul propriuzis:

ES = 109x7x16x1,75= 21.364 euro/ an.

3.Efectul datorat sporirii volumului de producţie,ca urmare a fondului de timp

suplimentar.(EP )

Ipoteze:

- Ipotezele identice cu cele de la punctul 1.

- Un kg, de carcasă sudată costă 1,2 euro / kg.

- Greutatea totală a unei carcase: 5000Kg / buc

- Beneficiul prezumat, pe o carcasă.20% din costul carcasei: 5000x 1,2x 0.2= 1200 euro/

buc.

Calculul propriuzis:

Determinarea numărului suplimentar de carcase datorate creşterii productivităţii prin

robotizare: 63: 1,7= 37 carcase suplimentare.

EP = 37x 1200= 44.400 euro/ an.

EAN = EV + ES + EP = 21.168 +21.364 +44.400 =86.932 euro/ an

Calculul duratei de recuperare a investiţiei (T):

T = 350.000: 86.932 = 4,03 ani

Varianta IV.

Eficienţa economică anuală (EAN ) este rezultatul a patru efecte principale:

1.Efectul datorat reducerii normei de timp pentru sudarea componentelor

produsului. (EV )

2.Efectul datorat reducerii numărului de muncitori sudori. .(ES)

3. Efectul datorat reducerii cantităţii de electrozi (EE )

4 Efectul datorat realizării procesului de şanfrenare robotizat(ESR )

1. Efectul datorat reducerii normei de timp pentru sudarea componentelor produsului.

(EV )

Ipoteze

2009


- Pentru sudarea manuală viteza de sudare a unui cordon A5 este de 20 - 25 cm / min, iar a

unui cordon A8 este de 12 -15 cm / min.

- Pentru sudarea manuală timpul normat pentr sudarea carcasei inferioare este de 5250

min/ buc, iar pentru sudarea carcasei superioare timpul normat este de 2520 min / buc.

- Pentru sudarea robotizată viteza de sudare a unui cordon A5 este de 50 – 55 cm / min, şi

pentru un cordon A8 este de 20 – 30 cm / min, cu un singur cap de sudare;

- Pentru sudarea robotizată, în sistem TANDEM, viteza de sudare a unui cordon A5 este

de 100 cm / min, iar a unui cordon A8 este de 40-60 cm / min.

- În calculele ce se vor efectua se va lua viteza minimă a acestor intervale, pentru a avea

valori acoperitoare :20 cm/ min un singur cap de sudare, şi 40 cm / min pentru sudarea în

TANDEM.

- Costurile de producţie normate: 993 Euro/ buc.

Date de calcul:

- S-a determinat de către beneficiar lungimea cordoanelor de sudare, pentru carcasa

inferioară din desenul nr:RRR 295 201 01 , în valoare de 200 m / buc. echivalentul cordonului de

sudare A8.

-Sa considerat regimul de lucru de 2 schimburi a 8 ore fiecare, adică 16 ore/ zi.

- Valoarea investiţiei pentru achiziţionarea unei instalaţii de sudare robotizată este de

350.000 euro.

-Salariul orar mediu pentru un sudor: 1,75 euro/ oră.

Numărul total de sudori, luaţi în calcul pentru sudarea manuală:12 muncitori.

Volmul anual de carcase sudate: 64 buc/an.

Calcule efective:

Calculul eficienţei economice anuale datorate creşterii vitezei de sudare EV :

-Lungimea totală a sudurii: 200 m/ buc.

-Durata operaţiei de sudare manuală, normată de beneficiar: 5250 min / buc.

-Durata operaţiei de sudare robotizată, cu un cap de sudare:

200 m : 0,1 m / min = 2000 min / buc

2009


Durata operaţiei de sudare s-a redus de 2,625 ori.

5250 : 2000 = 2,625

Valoarea manoperei de sudare, la sudarea manuală: 1,75 . 5250 / 60 = 153,125 euro / buc.

Costurile de fabricare la sudarea cu robot:

(993 - 153,125) / 2,65 = 317 euro / buc.

Efectul datorat reducerii normei de timp, pentru sudarea robotizată:EV = 993 - 317 = 676

euro / buc.

2.Efectul datorat reducerii numărului de muncitori sudori. .(ES), a fost calculat şi luat

în considerare la punctul 1.

3. Efectul datorat reducerii cantităţii de electrozi (EE )

La sudură manuală, consumul de electrozi normat :125 kg/buc.

La sudare robotizată, consumul de electrozi :107 kg.

Rezultă o economie de 18 kg./ buc, echivalent la preţl pieţei: 140 euro./ buc.

4 Efectul datorat realizării procesului de şanfrenare robotizat(ESR )

Ipoteze

Manopera de şanfrenare cu autogen 575 min/ buc; costul operaţiei:108 euro/ buc.

Manoperă polizare 575 min/ buc; costul producţiei: 53 euro/ buc.

Total manoperă 1150 min/buc Total cost 161 euro/buc.

Manoperă şanfrenare robotizată: 575 min/ buc. Costul operaţiei:70 euro/ buc.

(inclusiv energie electrică, gaz protector şi electrod de Wolfram)

Costul generatorului de plasmă pentru şanfrenare: 60 Euro/ buc.

I/ T/Qan = 30.000euro/ 8 ani/ 64 buc/ an= 60 euro/ buc.

ESR = 161-70 +60 = 151 euro/buc.

EAN = (676 +140 +151).64=967 .64 = 61888 euro/ an.

T=(350000 + 30000) : 61888 = 6,1 ani

B. RECOMANDĂRI

Analizând aceste proiecte constructive se constată că varietatea traseelor cordoanelor de

sudare este foarte mare, sub aspect poziţional, sub aspectul dimensional cât şi sub aspectul

2009


configuraţiei traseului Acest lucru are drept efect creşterea costurilor de sudare datorită unei

specializări deosebite, pe tipuri de procese de sudare, a sudorilor manuali care efectuează aceste

operaţii.

În plus apar probleme de calitate a lucrărilor executate manual, datorită diversităţii

caracteristicilor cordoanelor de sudare, executate de diverşi operatori. Prin introducerea robotizării

se crează premizele crşterii nivelului calităţii cordoanelor de sudură, ele fiind executate în condiţii

tehnice identice, stabile , normative.

În acest caz este necesară şi revizurea documentaţiei de către proiectant, în vederea

reducerii diversităţii tipurilor de cordoane de sudare, şi de revizuire a operaţiilor tehnologice

necesare. Trecerea la sudarea robotizată crează premisele creşterii volumului anual de producţie,

datorită diminuării efective a normelor de timp de sudare.

Opţiunea noastră către tehnologia de şanfrenare efectuată cu echipamentul robotizat, are în

vedere următoarele aspecte:

Calitatea suprafeţei şanfrenate cu jet de plasmă corespunde prevederilor proiectului,

fiind net superioară tehnologiei actuale de şanfrenare.

Timpii de lucru normaţi în noua variantă se reduc cel puţin la jumătate în raport cu

varianta actuală.

În noua tehnologie, şanfrenarea cu jet de plamă asigură csalitatea finală a suprafeţei,

fără utilizarea operaţiei de polzare după şanfrenare.

Noi propunem achiziţionarea unui generator de plasmă, care poate fi ataşat instalaţiei

robotizate.

În referat am prezentat:

O variantă de montaj pentru două tipuri de roţi dinţate, în vederea realizării sudurilor

cu echipamente robotizate.

O variantă de asmblare prin sudare a carcaselor reductoarelor de mare putere,

utilizând tehnologii de sudare robotizate; analiza din punctul de vedere al eficienţei

economice generale a avut în vedere patru variante distincte, care au orientat către durate

de recuperare a investiţiilor la nivele deosebit de avantajoase.

În urma analizei materialului prezentat în paragrafele anterioare se poate concluziona că este

necesară promovarea politicii de introducere pe linia de sudare a componentelor, a tehnologiei de

sudare robotizată. Mai ales dacă se are în vedere şi faptul că prin introducerea robotizării se crează

premisele utilizării sudării în TANDEM.

2009


Costurile aferente se vor putea analiza cu precizie, în urma stabilirii cu exactitate a tipurilor

de echipamente, cele mai potrivite pentru gama de dimensiuni care urmează sa fie fabricate, sau

care au fost fabricate în istoricul firmei. Într-o primă aproximare, evaluarea eficienţei economice s-a

realizat în variantele trei/ patru, conform acestor variante duratele de recuperare sunt de 4,03/ 6,1

ani, valori care seîncadrează în limitele normale de recuperare.

. Înainte de luarea deciziei finale de către beneficiar cu referire la achiziţionarea

echipamentelor robotizate, se recomandă vizionarea derulării proceselor de sudare robotizate

similare cu cele abordate în prezentul referat, la diverşi utilizatori.

În urma analizei materialului prezentat în paragrafele anterioare se poate concluziona că este

necesară promovarea politicii de introducere pe linia de sudare a componentelor, a tehnologiei de

sudare robotizată.

În ideea diminuării valorii investiţiei, se poate aborda sudarea robotizată a componentelor

carcasei, urmând ca sudarea finală să fie realizată, într-o primă fază, manual; sudarea manuală se

referă la efectuarea sudurilor de poziţionare / fixare (heftuirea) a componentelor carcaselor.;

structura echipamentelor robotizate permite abordarea acestei variante.

De asemenea se recomandă ca proiectul / realizarea poziţionerului pentru carcase, şi a altor

dispozitive necesare, să se facă în regie proprie.

Trecerea la sudarea robotizată crează premisele creşterii volumului anual de producţie,

datorită diminuării normelor de timp de sudare.

În final evidenţiem efectul social al introducerii robotizării, concretizat prin:

o Reducerea noxelor rezultate din procesul de sudare care au un efect negativ

asupra sănătăţii operatorilor,

o Reducerea noxelor/ zgomotului prin eliminarea polizărilor la şanfrenare.

o Redistribuirea personalului antrenat în procesul de sudare pentru operaţii

colaterale, cu grad redus de nocivitate.

2009

Documents

Optimizarea unei linii de fabricatie a rotilor dintate