TEHNOLOGIJA_MONTAZE

lekcija 5

Projektovanje proizvoda za montažuKatedra za proizvodno mašinstvo, Mašinski fakultet u Beogradu Kurs: Tehnologija montaže, prof. P.B. Petrović

02.2009Mašinski fakultet u Beogradu, Katedra za proizvodno mašinstvo

Kurs: Tehnologija montaže, prof. P.B. Petrović 2



Uvod

U okviru ove lekcije razmatra se problem sprege konstrukcije proizvoda i tehnologije montaže. Pitanja koja se u ovom kontekstu razmatraju su sledeća:

Kako i koliko utiče konstruktivno rešenje proizvoda na kompleksnost procesa njegove montaže?

Kako utiče konstruktivno rešenje na izbor varijantnih oblika tehnologije montaže, posebno sa aspekta automatizacije procesa montaže?

Kako utiče konstruktivno rešenje proizvoda na produktivnost i troškove montaže?

Kako utiče konstruktivno rešenje proizvoda na životni ciklus proizvoda? Kroz koncept životnog ciklusa uzima se u obzir jedan širi aspekt upotrebne vrednosti proizvoda u koji se uključuje i njegova interakcija sa životnim okruženjem. Od posebnog značaja je finalna faza životnog ciklusa koja se odnosi na reciklažu, odnosno vraćanje preostalih materijalnih sadržaja u novi ciklus stvaranja novih proizvoda. Ovde se kao napredno rešenje pojavljuje tehnologija demontaže. Dakle, pitanje koje se u ovom kontekstu razmatra je kako utiče konstruktivno rešenje proizvoda na kompleksnost procesa njegove demontaže?

02.2009 Mašinski fakultet u Beogradu, Katedra za proizvodno mašinstvo Kurs: Tehnologija montaže, prof. P.B. Petrović 4

Sa aspekta racionalne industrijske proizvodnje od suštinskog značaja je da se proces projektovanja proizvoda spregne sa tehnološkim procesima neophodnim za njegovu proizvodnju.

Ovakav pristup projektovanja se razmatra kroz različite DFx tehnike. Naziv ovih tehnika došao je iz terminologije engleskog jezika, gde su ove tehnike projektovanja svrstane u grupu Design For x , odnosno: Projektovanje proizvoda za x, pri čemu je sa x označena neka od ciljnih tehnologija,karakteristika ili procesa. U kontekstu tematskih okvira ovog kursa razmatra se sprega izmedju procesa projektovanja proizvoda i tehnologije montaže odnosno, projektovanje proizvoda pogodnih za montažu ili kraće, projektovanje proizvoda za montažu, odnosno u engleskoj terminologiji Design For Assembly (DFA).


Projektovanje

Izrada delova

Montaža

Ispitivanje

Transport

Prodaja

Instalacija

Eksploatacija

Deponovanje

Recikliranje

Ispitivanje

Kvalite

t

Vrme

Troškovi

Efikasno

st

Fleksibilnost

Okružen

je

Univerzum DFx tehnika

Projektovanje za montažu

Projektovanje za fleksibilnost


Proces projektovanja proizvoda i proces projektovanja tehnologije su uvek dva simultana procesa izmedju kojih postoji manja ili veća interakcija ‐ konstruktivno rešenje proizvoda utiče na tehnologiju i tehnologija utiče na konstrukciju. Kod tehnologije montaže ova činjenica je posebno izražena.

Projektant u fazi projektovanja proizvoda ima zadatak da kroz odgovarajuća konstruktivna rešenja zadovolji postavljeni skup funkcionalnih zahteva. Interakcija procesa projektovanja proizvoda i procesa projektovanja tehnologije znači da projektant pored zadovoljenja projektnih zahteva za proizvod ima zadatak da zadovolji i projektne zahteve za tehnologiju. Ovim zadatak projektovanja postaje značajno složeniji, ali istovremeno, proizvod postaje značajno pogodniji za montažu, čime se zahtevi tehnološke prirode u istoj meri redukuju.

Interakcija projektovanja proizvoda i projektovanja tehnologije je iterativne prirode. Prvo se formira inicijalo konstruktivno rešenje, a zatim se proverava njegova tehnologičnost i prepoznaju problematični sadržaji. Zatim se vrše korekcije konstruktivnog rešenja i ponovo proverava tehnologičnost. Taj proces se sukcesivno ponavlja sve dotle dok se inicijalno konstruktivno rešenje ne transformiše u neko novo rešenje koje u sebi ne sadrži konflikte ili kontradikcije tehnološke prirode.

Ključni zahtev je da do interakcije projektovanja proizvoda i projektovanja tehnologije dodje što ranije, već u konceptualnoj fazi razvoja proizvoda.



Projektovanje proizvoda

Projektovanje tehnologije

t

Funkcionalni zahtevi za proizvod

Fizički domen konstruktivnih rešenja

proizvoda

Funkcionalni zahtevi za tehnologiju

Fizički domen konstruktivnih rešenja opreme i procesa

DFA


DFA koncept na konkretnom primeru

Značaj sprege projektovanja proizvoda i projektovanja tehnologije biće ilustrovan kroz jednostavan primer. Zadatak je da se konstruiše reduktor koji će na svom ulazu imati kaišni prenosnik, a naredni stepeni redukcije broja obrtaja ostvaruju se primenom zupčastog prenosa. Polazno rešenje je formirano sa zadatkom zadovoljenja osnovnih funkcionalnih zahteva proizvoda. Mada je u funkcionalnom smislu ovo rešenje korektno, ono poseduje značajne nedostatke. Procesni aspekti vezani za tehnologiju montaže nisu razmatrani sa dovoljnom pažnjom.


Osnova konstrukcije je kućište reduktora 632171 koje obezbedjuje integritet sklopa u geometrijskom i mehaničkom smislu. Pogon se ostvaruje preko vratila 632190 koje je uležišteno parom radijalnih ležajeva 6206 2RSH na strani kaišnika i ležajem 6205 2RSH na strani zupčanika. Oba ležaja su podmazana mašću za čitav radni vek.

Aksijalno fiksiranje ležaja 6206 ostvaruje se prstenom 632168 i imbus zavrtnjevima M5x12. Lažaj 6205 se fiksira u aksijalnom pravcu pomoću poklopca 632172 i imbus zavrtnjevima M5x20. U oba slučaja je ostavljen zazor od 0.2 mm da bi se ugradnjom zavrtenjeva ostvarila odgovarajuća sila pritezanja i time precizno odredila pozicija spoljašnjeg prstena ležajeva.

Klinasti Poly V kaišnik 632167 se ugradjuje sa preklopom na rukavac vratilo (spoj j7/H8) aksijalno fiksira podloškom 632169 i imbus zavrtnjem M8x20. Obrtni moment se prenosi preko pravougaonog klina A8x20.

Zupčanik modula m=2 ugradjuje se sa preklopom na vratilo (k6/H7). Obrtni moment se prenosi pomoću pravougaonog klina A8x30. Aksijalno fiksiranje zupčanika ostvaruje se indirektno preko specijalne navrtke SKF LMK 5 koja deluje preko unutrašnjeg prstena ležaja 6205 i distantnog prstena 632173 koji u dimenzionom smislu igra vrlo značajnu ulogu koja se odnosi na kompenzaciju greške mernog lanca geometrijski spregnutih mera kućišta i delova koji se ugradjuju na vratilo. Ugradnja zupčanika je moguća samo kroz bočni otvor na kućištu koji se zatvara poklopcem 632189 i imbus zavrtnjevima M6x15.


Sa aspekta tehnologije montaže inicijalno rešenje se odlikuje monotonom sekvencijalnom strukturom. Bazni deo sa kojim počinje proces montaže je kućište 632171 na koje se postepeno ugradjuju ostali delovi po dva ortogonalna pravca.

Konstruktivno rešenje ne dozvoljava formiranje ugradbenih modula, odnosno podsklopova, što je značajan tehnološki nedostatak, pogotovo ukoliko je u pitanju masovna proizvodnja.

Kritična je ugradnja zupčanika. Njegov spoljašnji prečnik je veći od prečnika uležištenja, tako da je neophodno prisustvo bočnog otvora za ubacivanje zupčanika u unutrašnjost kućišta. Insertovanje vratil u otvor zupčanika se iz tog razloga mora da ostvari unutar kućišta što je vrlo delikatan tehnički zadatak, jer je spoj otvor osovina u ovom slučaju spoj sa preklopom i zanjegovo ostvarivanje neophodna je značajna aksijalna sila. Problem se dodatno usložnjava prisustvom klina za prenos obrtnog momenta koji se takodje uparuje u preklopu sa odgovarajućim žlebom u zupčaniku. U tehnološkom smislu ovo je vrlo kompleksna operacija koja zahteva odgovarajući pomoćni pribor i nosi rizik od oštećenja osetljivih funkcionalnih površina kućišta i vratila od nekontrolisanih udara (kolizija).

Pored prethodno navedenih problematičnih detalja, postoji još jedan problem koji je se može prepoznati pažljivom analizom mernog lanca uležištenja osovine. Montaža ovog sklopa je moguća samo u slučaju uskih tolerancijskih polja svih delova koji se nalaze u medjusobnoj geometrijskoj sprezi ili kroz uvodjenje funkcije podešavanja mernog lanca preko pozicije 632173, što dodatno usložnjava proces montaže. Podešavanje je u ovom slučaju iterativni postupak koji se sastoji iz montaže i demontaže, sa medjuoperacijama obrade distantnog prstena 632173 na zahtevanu meru.


Prikaz rastavljenog sklopa reduktora


Prikaz rastavljenog sklopa reduktora sa formiranim podsklopom

Pravac 2

Pravac 1Smer 1

Pravac 1Smer 2


Modifikacija 1U cilju pojednostavljenja procesa montaže sprovedene su odredjene konstruktivne modifikacije inicijalne varijante. Ključna promena je uvodjenje novog dela u obliku čaure 632170 koja se ugradjuje u otvor na kućištu čiji je prečnik veći od spoljašnjeg prečnika zupčanika. Ova konstruktivna izmena dovodi do drastične promene procesa montaže. Strukturno monotona sekvencijalna konstrukcija pretvara se u hijerarhijsku sa jasno izdvojenim podsklopom. Istovremeno se eliminiše otvor na kućištu, poklopac i zavrtenjvi za njegovo fiksiranje. Montaža se u ovom slučaju izvodi samo duž jedne ose.


Prikaz rastavljenog sklopa reduktora



Pravac 1Smer 1

Pravac 1Smer 2


Modifikacija 2Dalje tehnološko unapredjenje ostvaruje se jednostavnom modifikacijom kaišnika 632167. Po obodu kaišnika izvode se otvori koji omogućavaju pristup alata za uvrtanje zavrtnja M6x15 pomoću koga se fiksira podsklop vratila za kućište reduktora. Ovom modifikacijom omogućena je ugradnja kaišnika i njemu pripadajućih komponenti u podsklop vratila.



Mada znatno unapredjen u odnosu na prethodne varijante, sklop reduktora poseduje još dva bitna nedostatka sa aspekta tehnologije montaže:

1.Uležištenje kraja vratila sa strane zupčanika se ne ugradjuje na podsklop vratila što zahteva pristup sklopu sa druge strane. Mada se montaža izvodi po istoj osi, pristup sa druge strane baznom delu stvara velike teškoće u izvodjenju radne stanice, posebno ukoliko se radi o automatskoj montaži.2.Problem mernog lanca vratila koji sadrži veliki broj elemenata koji se zatvaraju preko kućišta reduktora.


Modifikacija 3Dalje tehnološko unapredjenje ostvaruje modifikacijom sistema uležištenja. Umesto aksijalnog fiksiranja vratila raspodeljeog na oba ležaja, uvodi se rešenje kod koga je jedan ležaj aksijalno fiksiran u oba smera. Uležištenje drugog kraja vratila je aksijalno slobodno.


Alternativno, bez izmene tipa ležaja, varijanta 3 se svodi na sledeće rešenje:



Promena sistema uležištenja omogućila je formiranje kompletnog sklopa vratila sa svim ugradjenim elementima uz drastično redukovan merni lanac koji je u geometrijskom smislu potpuno raspregnut sa baznim delom sklopa (kućište reduktora). Ovom intervencijom elminisana je potreba za podešavanjem distantnog prstena, a montaža sklopa vratila ostvaruje se samo sa jedne strane. Sa druge strane ostaje samo poklopac koji zatvara otvor za ugradnju ležaja. Dalja modifikacija je takodje moguća, gde bi se integracijom poklopca i kućišta reduktora dodatno pojednostavio proces montaže – eliminacija dve komponente (632172 i M5x20) i montiranje samo sa jedne strane.


Modifikacija 4

Korekcijom kućišta 632171 dodatno se unapredjuje tehnologičnost sklopa reduktora. U poredjenju sa inicijalnom varijantom modifikacija 4 omogućava produktivniji proces montaže, primenu jednostavnije opreme i smanjenje troškova. Upravo prethodno navedeni efekti su prednosti koje donosi DFA pristup u projektovanju proizvoda.


Planiranje montaže

Planiranje montaže je odredjivanje aktivnosti procesa montaže i njihovog redosleda kojima se inicijalni skup delova prevodi u unapred definisani sklop. Osnovni cilj je pronalaženje optimalnog plana montaže u unapred poznatom kontekstu ograničenja.

U svojoj osnovi, planiranje montaže je topološki problem koji se sastoji u medjusobnom uparivanju geometrijskih formi delova koji čine sklop. Redosled izvodjenja u opštem slučaju nije jednoznačno definisan. Planiranje montaže je kombinatorni problem čiji je broj varijanti uslovljen brojem delova koji čine sklop. Već za sklop koji čine samo nekoliko delova broj varijanti postaje vrlo veliki, tako da dolazi do pojave kombinatorne eksplozije mogućih planova od kojih svaki kao svoj finalni ishod ima formiran sklop u skladu sa njegovim konstruktivnim rešenjem.

Plan montaže se sastoji iz niza tehnoloških sekvenci i zato se problem planiranja montaže često naziva i sekvenciranje.

Tehnološka sekvenca je elementarna tehnološka operacija koja se sastoji iz konačnog skupa tehnoloških zahvata koji predstavljaju dalje nedeljive aktivnosti procesa montaže

Prethodna definicija plana montaže je formulisana kao čisto matematička apstrakcija. U inženjerskom kontekstu, mnoge tehnološke sekvence nisu prihvatljive iz nekog odredjenog razloga, tako da se broj prihvatljivih varijanti značajno smanjuje, ali i pored toga, za sklop umerene složenosti taj broj ostaje i dalje veliki.


Posmatrano sa aspekta pojedinačne sekvence, inženjerski aspekti koji uvode ograničenja u proces sekvenciranja, odnosno formiranja plana montaže mogu se svrstati u četiri grupe:

Konstrukcioni razlozi: proces montaže se odvija u realnom svetu, tako da se odredjene sekvence dovodjenja delova u zahtevani medjusobni odnos ne mogu realizovati bez primene odgovarajućih alata. Primena alata zahteva odredjeni prostor, pa ukoliko taj zahtev ne može da bude ispunjen, samim tim je i ta sekvenca neprihvatljiva.

Razlozi kvaliteta: neki podsklopovi moraju da budu kontrolisani tako da sekvence koje to ne omogućavaju nisu prihvatljive; Isto važi i u slučaju ugradnje mehanički osetljivih delova koji se po pravilu ugradjuju na kraju kako bi se zaštitili i zato sve sekvence koje narušavaju ovaj zahtev su neprihvatljive.

Tehnološki razlozi: neke sekvence nisu prihvatljive zato što zahtevaju neproduktivna kretanja, složenu kinematiku, ili druge oblike intervencija koje iz razloga kompleksnosti tehnoekonomski nisu opravdane.

Produkcioni razlozi: mada po prethodnim kriterijumima sasvim prihvatljive, neke sekvence mogu da budu neprihvatljive iz logističkih razloga organizacije proizvodnje, planiranja dinamike nabavke standardnih komponenti, ....

I pored značajne relaksacije inicijalnog problema kroz uvodjenje četiri grupe inženjerskih ograničenja broj varijantinih oblika planova montaže je vrlo veliki i taj broj se drastično uvećava sa kompleksnošću sklopa koji se montira. Zato je izbor optimalnog plana delikatan zadatak a njegovo rešavanje zahteva uvodjenje novih ograničenja.


Pored prethodno navedenih ograničenja parcijalne prirode, mogu se uvesti dva dodatna ograničenja koja su po svojoj prirodi sistemskog karaktera:

Tehnološka ograničenja sistemske prirode su u osnovi odredjena optimizacijom konfiguracije sistema za montažu kao organizovane tehnološke forme. Sistem za montažu mora da bude izbalansirana, a to znači da sve radne stanice imaju približno slična ciklusna vremena i da transportni sistem koji ih povezuje bude uskladjen sa ciklusnim vremenima radnih stanica. Transportni sistem podrazumeva interni transport koji povezuje susedne radne stanice i eksterni transport koji se odnosi na uvodjenje delova u proces u jednom širem smislu. Zato je balansiranje linije jedan od vrlo restriktivnih mehanizama za prepoznavanje neprihvatljivih sekvenci.

Konstruktivna ograničenja sistemske prirode su uslovljena konstruktivnim konceptom sklopa. Bazni deo ima suštinski značaj za proces montaže. On je uvek granični uslov kojim započinje svaki prihvatljiv plan montaže, bez obzira da li se radi o podsklopu ili sklopu. Drugi ključni element suelementi veze. Elementi veze imaju funkciju stabilizacije prethodno formiranih sekvenci i zato oni predstavljaju punktualni element koji segmentira proces montaže na niz podsekvenci koje moraju da budu ispoštovane u cilju obezbedjenja praktične izvodljivosti usvojenog plana montaže.


Problem u primeni prethodno navedenih ograničenja je formalne prirode. Ograničenja se ne mogu direktno prevesti u neki univerzalni algoritam čija bi primena garantovala konvergenciju procesa generisanja plana montaže i kompletnost u simslu da je optimalni plan montaže rezultat dobijen nad kompletnim skupom njegovih varijanthih oblika.

Prvi formalno korektni algoritam postavio je fancuski naučnik Bourjault (Buržo). Ovaj metod je dalje unapredjivan i praktično razradjivan. Danas ovaj algoritam služi kao matematička osnova za generisanje planova montaže.


AB

D

Prelaz

Primer sklopa koji čine četiri dela i odgovarajući dijagram koji prikazuje varijantne sekvence montaže. Prvo se formira podsklop ABC a zatim se on ugradjuje u deo D.

C

Kod: 1 = A u B2 = A u D3 = C u D4 = C u B

1

A

B

D

C

4

32

Stanje 1 2 3 4

Dijagram topološki mogućih sekvenci (Liaison diagram)


Osnovne topologije

Postoje pet osnovnih topoloških formi sklopa proizvoda:

1. Sekvencijalna (lančasta) topologija2. Paralelna topologija3. Topologija aritmetičke progresije4. Topologija geometrijske progresije5. Kombinatorna topologija

U praksi topologija sklopova je najčešće kombinacija prethodno navedenih elementarnih formi.

Sekvnencijalne forme nisu pogodne jer nedozvoljavaju struktuiranje proizvodnih linija. Razgranate topološke forme su pogodne jer one predstavljaju prirodno formirane module koji se dalje mogu prostorno i vremenski nezavisno da montiraju kroz jednostavne i kompaktne tehnološke lnije.


Merni lanci

Tolerancija mera i oblika je od suštinskog značaja za tehnologiju montaže.

Istorijski gledano, tehnologija industrijske montaže se povezuje sa praktičnom primenom koncepta zamenljivosti delova. Koncept zamenljivosti delova omogućio je odvajanje tehnologije proizvodnje delova od tehnologije montaže. Ključni elemenat koncepta zamenljivosti delova je koncept tolerancija kojima se definišu granice dozvoljenih odstupanja nominalnih vrednosti svih funkcionalnih mera svakog dela nekog sklopa. Ovim se funkcionalne mere delova prevode u domen slučajnih veličina.


Svaka mera se definiše svojom nominalnom vrednošću i širinom tolerancijskog polja dozvoljenog odstupanja.

Sa aspekta praktične primenljivosti, koncept tolerancija je kategorički – svi delovi čije se stvarne mere nalaze unutar tolerancijskog polja, odnosno u intervalu koji je ograničen donjom granicom tolerancijskog polja (DGTP) i gornjom granicom tolerancijskog polja (GGTP), su prihvatljivi delovi, ostali se odbacuju.

Stvarne mere se nalaze u okviru nekog intervala koji je odredjen tehnološkim performansama proizvodnog procesa. U statističkom smislu stvarna mera se karakteriše srednjom vrednošću (μ) kao centralnom tendencijom posmatranog skupa delova i merom rasturanja stvarnih vrednosti u odnosu na srednju vrednost (σ). Najčešće se proizvodni procesi u statističkom smislu pokoravaju normalnoj ili Gausovoj raspodeli verovatnoća. Ova raspodela je definisana sa dva prethodno navedena parametra, odnosno N(μ, σ).

U okviru procesa montaže, uparivanje delova se prevodi u stohastičku interakciju njihovih mera, posebno mera njihovih geometrijski komplementarnih oblika preko kojih se ostvaruje zahtevana geometrijska sprega.

Sa aspekta tehnologije montaže bitan je odnos zadatog tolerancijskog polja i ostvarenih vrednosti iskazanih kroz konkretne vrednosti parametara normalne raspodele. Srednja vrednost se u terminološkom smislu povezuje sa tačnošću, dok se mera rasturanja oko srednje vrednosti povezuje sa preciznošću. Sinonim za preciznost je ponovljivost.


Netačan ali precizan Tačan ali neprecizan

Tačan i precizan


Interakcija dva ili više dela se u ovom kontekstu posmatra kao merni lanac u kome se superponiraju stohastičke vrednosti svih pojedinačnih mera.

Merni lanac se sastoji iz niza članova koji se nazivaju sastavni članovi mernog lanca. Pored sastavnih članova, merni lanac sadrži i jedan član koji se naziva završni član. Završni član se u kontekstu tehnologije montaže pojavljuje na kraju procesa formiranja grupe delova, podsklopa ili sklopa u celini.

Merni lanci mogu da budu linijski, ravanski i prostorni. Dalje se navodi primer linijskog mernog lanca.

A1, T1 A2, T2 AΔ, TΔ

A0, T0

Završni član mernog lanca

Deo 1 Deo 2 Deo 3 Strukturno nadredjeni deo (Deo 0) u koji se ugradjuju delovi 1:3 (najčešće neka vrsta kućišta)

A0 – A1 – A2 – AΔ = 0 Jednačina mernog lanca

AΔ = A0 – A1 – A2 Jednačina koja definiše meru završnog člana kao funkciju mera sastavnih članova

A – nominalna meraT – nominalna tolerancija


U zavisnosti od toga kako se odredjuju mere zavšnog člana, merni lanci se dele na četiri osnovne grupe:

Merni lanci sa potpunom zamenljivošću: Svaka proizvoljno izabrana kombinacija delova garantuje mogućnost montaže. Ovo je najpogodniji slučaj sa aspekta tehnologije montaže. Problem je u tome što njegova primena zahteva vrlo uska tolerancijska polja delova koji čine merni lanac da bi i završni član imao tolerancijsko polje prihvatljive širine (problem akumulacije greške).

Merni lanci sa nepotpunom zamenljivošću: Neke od proizvoljno izabranih kombinacija neće moći da budu montirane. Učestanost pojave ovih ekstremnih kombinacija je statistički mala. Ovim se relaksira zahtevana tačnost i preciznost delova koji ulaze u merni lanac.

Merni lanci sa grupnom zamenljivošću: Dodatno se relaksira zahtevan tačnost i preciznost delova čime se onemogućava montaža u velikom broju slučajeva. Montaža se izvodi selektivnim uparivanjem delova – koncept selektivne montaže (tipično se primenjuje kod ležajeva i drugih sklopova velike tačnosti).

Merni lanci ca podešavanjem: Završni član se pojavljuje kao kompenzacioni elemenat čije se mere odredjuju podešavanjem. Iterativni postupak podrazumeva sledeću proceduru: prvo se vrši predmontaža, zatim se za konkretan slučaj meri raspoloživi prostor, vrši dorada završnog člana i na kraju se sprovodi finalna montaža. Sa aspekta troškova izrade delova ovo je najpovljnija varijanta, ali je sa aspekta tehnologije montaže to daleko najnepovoljniji slučaj, koji se po pravilu izbegava. Kompromisno rešenje je ugradnja nekog mehanizma koji ima funkciju podešavanja preko elastičnosti završnog člana ili nekog kinematskog mehanizma (zavojni par ili clično) – regulacioni elemenat.


Bitan elemenat DFA tehnika su merni lanci. U zavisnosti od usvojenog konstruktivnog rešenja merni lanci mogu da budu manje ili veće složenosti. DFA tehnike teže ka jednostavnim mernim lancima i izbegavanju bilo kakve iterativne procedure.

A_0 – A_1 + A_2 – A3 – A4 – A_delta = 0

Ovakav merni lanac zahteva iterativne procedure kojima će biti obezbedjena mogućnost kompletiranja sklopa vratila ili eliminacija zazora. Problem postoji i u funkcionalnom smislu ukoliko se uzmu u obzir temperaturne dliatacije. Rekonstrukcija je u ovom slučaju opravdana.


Promena sistema uležištenja vratila drastično relaksira inicijalni merni lanac. Geometrijska sprega uležištenja krajeva vratila je u ovom slučaju raskinuta.

Aksijalno fiksirani oslonac (nema interakcije sa ostalim delovima, sve se ostvaruje unutar geometrijskih osobenosti čaure 632170)

Aksijalno slobodni oslonac (distantni prsten 632173 nema geometrijski uticaj na sklop vratila, on samo prenosi silu pritezanja zupčanika 632191)


Izbor tehnološke varijante

Tehnologija industrijske montaže proizvoda ima svoja dva osnovna varijantna oblika:

1. Manuelna montaža2. Automatska montaža

Izbor varijantnog oblika tehnologije montaže je trenutak kada razmatranje interakcije konstruktivnog rešenja proizvoda i tehnološkog procesa njegove montaže postaje moguće.

Mogu se uočiti dve karakteristične situacije:

Situacija 1: Ne postoji apriorni zahtev koji definiše varijantni oblik tehnologije montaže.Situacija 2: Varijantni oblik tehnologije montaže je apariorno definisan.


Prva situacija se odnosi na slučaj slobodnog izbora varijantnog oblika tehnologije montaže. Konstruktivno rešenje je dominantno uslovljeno funkcionalnim zahtevima proizvoda a zahtevi tehnologije su od sekundarnog značaja, odnosno, izbor tehnloške varijante je posledica usvojenog konstruktivnog rešenja.

Druga situacija za razliku od prve dovodi u istu ravan prioriteta funkcionalne zahteve proizvoda i zahteve nametnute tehnološkom varijantom procesa montaže. Tehnološka varijanta ovde ima status ograničenja koje ne sme da bude ugroženo konstruktivnim rešenjem proizvoda. Svaka operacija montaže se proverava i prepoznaje da li je ograničenje ugroženo, ukoliko jeste, onda se proizvod rekonstruiše. Projektovanje proizvoda za automatsku montažu čini proizvod pogodnijim i za manuelnu montažu. Ipak, ovo se ne može smatrati generalnim pravilom posebno kada se uzme širi DFx kontekst.

U oba slučaja projektant mora da za svaku konkretnu operaciju procesa montaže sprovede odgovarajuću analizu i identifikuje koji je od varijantnih oblika tehnologije montaže optimalno rešenje. Generalno, ova analiza može da bude bazirana na kvalitativnim ili knvantitativnim tehnikama.



Kvalitativne DFA tehnike

SINTEF metoda

Langmoen i Ramsli (1983) koncipirali su metodu za kvalitativnu ocenu pogodnosti proizvoda za automatsku montažu. Kvalitativna analiza sprovodi se za svaku operaciju posebno i a stepen kompleksnosti rangira se na pet nivoa. Rangiranje se ostvaruje na osnovu 19 kriterijuma.

Broj poena Deskripcija ranga

0 Vrlo jednostavna automatizacija

1 Jednostavna automatizacija

Moguća automatizacija

Problematična automatizacija

Najbolje ne automatizovati

2

4

8


0

Ulaganje Orijentisan

Kriterijum Poeni1 2 4 8

Mehanička osetljivost

Neorijentisan Paletiziran

Nije osetljivNeosetljiv na pad do 200mm

Neosetljiv na pad do 500mm

Defektnost < 0.1% 0.1 do 1.5% > 1.5%

Fiksiranje SamofiksiranjeZavrtanj, osigurač, lepak

Zavarivanje, lemljenje

Insertovanje

LinijskoLinijsko + rotacija

Složeno koaksijalno

Trajektorija insertovanja

Dva dela Tri delaČetiri i više delova

Tolerancija > 0.5 mm0.1 do 0.5mm ili napomena 1

< 0.1 mm ili napomena 2

napomena 3

SVOJSTVA DELOVA: Kriterijumi, rangiranje kompleksnosti i poeni za sve različite delove sklopa

Napomena 1: > 0.5 mm kada je H/D i L/B ili H/B > 10H = dubina insertovanja, D = prečnik otvora, L = Duža stranica pravougaonika i B = kraća stranica pravougaonikaNapomena 2: 0.1 do 0.5mm kada je H/D ili L/B > 10Napomena 3: < 0.1 mm kada je H/D ili L/B > 10

3

7

8

9

10

11

12


1

Težina

Kriterijum Deo

1Veličina2Ulaganje3Separacija4Orijentacija5Mehanička fleksibilnost6Mehanička osetljivost7Defektnost8Fiksiranje9Insertovanje1

0Trajektorija insertovanja1

1Tolerancije1

2Upravljanje1

3Sila insertovanja1

4Ukupno poena PD_i

Ukupno poena za sve različite delove PD

2 n...

Pregledna tabela delova

Ukoliko po bilo kom kriterijumu deo bude ocenjen sa 4 ili 8 poena onda prema SINTEF metodi on mora da bude rekonstruisan ili se njegova montaža ne izvodi automatski. Kod poredjenja konstruktivnih rešenja, deo sa manjim brojem bodova predstavlja bolje rešenje.Izdvajanjem delova koji imaju veliki broj poena identifikuje se problematični deo sklopa i ukazuje projektantu gde treba da interveniše.


Opis 0

Težina 0.1g do 2kg

Kriterijum Poeni

1 2 4 8

Veličina

Broj delova < 20 20 do 40 > 40

SVOJSTVA SKLOPA: Kriterijumi, rangiranje kompleksnosti i poeni za sklop.

0.01g do 0.1g2kg do 6kg

< 0.01g ili> 6 kg

5mm do 0.5m2mm do 5mm0.5m do 2m

< 2mm ili> 2m

Bazni deo Da Ne

Pravci montaže

1, 2 ili 3 64 ili 5

15

16

17

18

19


Težina

Kriterijum15

Veličina16

Broj različitih delova17

Bazni deo18

Pravci montaže19

Poeni PD/n

Ukupno poena

Pregledna tabela sklopa

Ocena pogodnosti za montažu sklopa u celini izvodi se na osnovu srednje vrednosti sume poena svih delova koji ulaze u sklop i broja poena po kriterijumima koji se odnose na sklop (K15:K19). Ukoliko je srednja vrednost jednaka ili manja od 2 onda se proces montaže proizvoda može jednostavno da automatizuje. Nasuprot tome, ukoliko je srednja vrednost jednaka 6 ili više, onda je automatizacija procesa montaže za ovakav proizvod kompleksan inženjerski zadatak, koji zahteva velike investicije.

Nedostatak SINTEF metode je u tome što se ne razmatra tehnološka sekvenca ugradnje nekog dela u celosti, što ne postoje pravila koja će projektanta voditi ka boljem konstruktivnom rešenju i što ne postoje elementi vrednovanja ekonomskih aspekata.


Kvantitativne DFA tehnike

DFA metoda prof Boothroyd‐a

Profesor G. Boothroyd je idejni tvorac koncepta DFx i posebno koncepta DFA. Ekstenzivna metodologija koju je on razvio bazirana je na kvatitativnim tehnikama utvrdjivanja vremena neophodnih za orijentaciju, pozicioniranje, baziranje, insertovanje, ... delova u kontekstu manuelnih sistema za montažu. Osnovu ovog pristupa čini MTM metoda analize vremena za manipulaciju delovima i tehnološka korelacija sa geometrijom, veličinom i ostalim fizičkom karakteristikama dela.

Daljim razvojem ove tehnike su proširene na sisteme za automatsku i robotizovanu montažu kroz uvodjenja niza specifičnosti koje razlikuju rad čoveka montera od njemu ekvivalentnih veštačkih tehnoloških enetiteta, odnosno različitih oblika automatske opreme za uvodjenje delova u proces i izvodjenje operacija spajanja deova, uključujući i robote za montažu.


Primer uticaja alfa i beta simetrije na vreme orijentacije dela u okviru manuelnih sistema za montažu:


Primer uticaja veličine dela na vreme potrebno za njegovu orijentaciju u okviru manuelnih sistema za montažu. Delovi su kategorizovani u četiri klase po veličini, a dodatno razlikovanje ostvaruje se preko oblika njihove envelope koja ih deli u dve velike klase cilindričnih i necilindričnih delova.


Debljina, kao psebna geometrijska veličine i njen uticaj na vreme potrebno za orijentaciju dela u okviru manuelnih sistema za montažu. Delovi su kategorizovani u dve klase po debljini, a dodatno razlikovanje ostvaruje se preko oblika njihove envelope koja ih kao i u prethodnom slučaju deli na dve velike klase cilindričnih i necilindričnih delova. Delovi čija je debljina manja od 2 mm smatraju se tankim delovima i tada se vreme orijentacije po ovoj osnovi drastično uvećava.


DFA: 9 baznih pravila

1. Minimiziraj broj delova (različitih i multipliciranih)2. Formiraj konstrukciju sa stabilnim baznim delom i minimiziraj broj kontaktnih površina3. Formiraj konstrukciju sa minimalnim brojem osa insertovanja i minimalnim borojem nivoa4.Eliminiši dodatne delove za fiksiranje uvek kada je to moguće 5.Optimiziraj manipulaciju delovima i podešavanja6.Obezbedi funkciju samofiksiranja/samopozicioniranja delova7.Formiraj konstrukciju po modularnom principu8.Obezbedi pristup za ugradnju delova (“Dobar pregled") 9.Koristi materijale sa posebnim osobinama i obezbedi popustljivost


Pravilo 1: Minimiziraj broj delova

Manji broj delova znači bržu, jednostavniju i tačniju montažu. Efekti su sledeći:

• Jednostavnija logistika (skladištenje, dobavljači, administracija)• Redukovanje vremena montaže• Jednostavnija linija za montažu• Manji troškovi montaže (oprema, ljudi, kontrola, ...)

Ključna tehnika u redukciji broja delova je integracija funkcija.


Pravilo 2: Formiraj konstrukciju sa stabilnim baznim delom i minimiziraj broj kontaktnih površina

Bazni deo je inicijalni elemenat sa kojim počinje proces montaže. Stabilna baza sa jasno definisanim geomterijskim detaljima za oslanjanje i pozicioniranje je osnova za gradjenje efikasnog proces montaže. Efekti su sledeći:

• Jednostavnija orijentacija i pozicioniranje• Jednostavnija automatizacija operacija ugradnje ostalih delova• Jednostavniji pribor• Manji rizik od nekorektno ugradjenih delova ili izostavljanja nekog od delova.

Primena 3‐2‐1 pravila oslanjanja i pozicioniranja


Pravilo 3: Formiraj konstrukciju sa stabilnim baznim delom i minimiziraj broj kontaktnih površina

Idealna konstrukcija je ona koja ima jednu osu i jedan smer insertovanja – insertovanje po z‐osi,“odzgo na dole“. Dalje treba minimizirati dužinu sekvencijalne strukture plana montaže kroz minimalni broj paralelizovanih nivoa. Efekti su sledeći:

• Jednostavnija konfiguracija radnih stanica• Jednostavnija konfiguracija linije za montažu


Pravilo 4: Eliminiši dodatne delove za fiksiranje uvek kada je to moguće

Idealna konstrukcija je ona koja poseduje funkciju samofiksiranja delova. To nije uvek praktično izvodljivo ali tome treba težiti. Efekti su sledeći:

• Manji broj delova• Jednostavnija konfiguracija radnih stanica• Jednostavnija konfiguracija linije za montažu


Pravilo 5: Optimiziraj manipulaciju delovima i podešavanja

Manji troškovi montažeJednostavne trajektorije, eliminisanje reorijentacije i posebno, eliminisanje potrebe za podešavanjima svake vrste su od velikog uticaja na efikasnost procesa montaže. Delovi koji se medjusobno zapliću se ekstremno teško insertuju primenom automatizacije. Efekti su sledeći:

• Jednostavnija pomoćna oprema• Jednostavnije radne stanice• Kraća ciklusna vremena za izvodjenje pojedinih operacija• Manji troškovi montaže


Pravilo 6: Obezbedi funkciju samofiksiranja/samopozicioniranja delova

Delovi koji imaju inherentnu osobinu samocentriranja ili samopozicioniranja kao i delovi koji imaju osobinu samofikciranja preko različitih elastičnih detalja jednostavnije se montiraju. Efekti su sledeći:

• Jednostavniji pribori i pomoćna oprema • Kod manuelne montaže nije potrebno posebno treniranje montera• Kraća ciklusna vremena• Bolji kvalitet sklopa


Pravilo 7: Formiraj konstrukciju po modularnom principu gradnje

Modularna gradnja omogućava jednostavnu particiju tehnoloogije montaže na manje tehnolooške celine, multiplikaciju opreme i jednostavno ostvarivanje fleksibilnosti po osnovu varijantnosti proizvoda. Efekti su sledeći:

• Jednostavnija logistika, nabavka, i administracija• Unificiranje opreme i jednostavnije održavanje• Mogućnost segmentiranje linije za montažu• Manji troškovi opreme• Jednostavnije servisiranje i održavanje proizvoda


Pravilo 8: Obezbedi pristup za ugradnju delova

Jedna od bitnih tehnoških karakteristika konstrukcije sa aspekta tehnologije montaže je raspoloživi prostor za pristupa alata kao i vidljivost dela sklopa koji formira. Ovi zahtevi su posebno kritični kod sklopova velike složenosti. Efekti su sledeći:

• Jednostavniji pomoćni pribor i alati• Mogućnost primene standardnog alata• Jednostavnija konstrukcija radne stanice i jednostavnije održavanje• Manji troškovi opreme


Pravilo 9: Koristi materijale sa posebnim osobinama i obezbedi popustljivost

Primena novih materijala sa specifičnim osobinama koje se ne mogu naći kod konvencionalnih materijala može da značajno unapredi konstruktivno rešenje proizvoda i tako eliminiše skupe ili kompleksne operacije montaže. Popustljivost delova ili podsklopova ostvarena kroz odgovarjuća konstuktivna rešenja može da drastično rekukuje zahtev tačnosti i preciznosti, kao i da pojednostavi proces montaže.

Documents

TEHNOLOGIJA_MONTAZE