Bài giảng Hệ thống sản xuất linh hoạt & Sản xuất tích hợp - Chương 1: Quá trình phát triển của sản xuất cơ khí

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống sản xuất linh hoạt & Sản xuất tích hợp - Chương 1: Quá trình phát triển của sản xuất cơ khí

1. 2. Xu h•ớng sản xuất hiện nay trên thế giới Xu h•ớng sản xuất: Sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc Nguyên nhân: Có các nguyên nhân sau: - Từ phía ng•ời tiêu dùng: (Điều kiện xã hội) - Điều kiện kinh tế: (Điều kiện kinh tế) - Năng lực sản xuất: (Điều kiện kỹ thuật)
2. 3. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)
3. Tổng quan về sự ra đời của Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)
4. Sự phát triển của các quá trình sản xuất Batch production -since the Egyptians? (Sản xuất đơn lẻ- Phải chăng từ thời kỳ Ai cập cổ đại?) Mass production: 1880-1960 (Sản xuất hàng loạt lớn, khối: Từ 1880-1960) Flexible production -? (Sản xuất linh hoạt- ?) Lean production -since 1970? (Sản xuất theo khuynh h•ớng: Bắt đầu từ 1970?) (Ford thiết kế khách hàng Thiết kế xe)
5. Quá trình phát triển của sản xuất công nghiệp • Manually operated machine tools since 1700s (Roger Woodbury “History of the Milling Machine,” 1960) (Máy công cụ thao tác bằng tay bắt đầu từ những năm 1700) • Steam and electric powered machines since 1820s (Máy công cụ chạy bằng hơi n•ớc và điện năng bắt đầu từ những năm 1820) • Computer-controlled machines since 1960s (Máy điều khiển bằng máy tính bắt đầu từ những năm 1960) • Manufacturing systems awareness since Henry Ford or arguably much earlier (Hệ thống sản xuất đ•ợc tranh cãi là đến bắt đầu từ Heny Ford hay sớm hơn)
6. Computers and Manufacturing (Mỏy tớnh và sản xuất) • Numerical control of machine tools R&D at MIT, 1950s -see photo gallery along ∞ corridor – From WW II gun servos – Early 1950s Air Force SAGE system • Computer-aided design R&D at MIT in the 1960s – “If the computer can guide the tool, then it can hold part shape in its memory” Bộ điều khiển số cho máy công cụ đ•ợc nghiên cứu và phát triển tại MIT vào đầu những năm 1950. Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính đ•ợc nghiên cứu và phát triển tại MIT vào những năm 1960. “Nếu máy tính có thể h•ớng dẫn cho dụng cụ cắt, thì nó có thể giữ biên dạng của chi tiết trong bộ nhớ của nó”
7. Numerical Control Technology (Công nghệ điều khiển số) • Initially one computer for each machine (Một máy tính điều khiển một máy công cụ) • Computer programmed in APT (Automatically Programmed Tool), a language like LOGO (Lập trình máy tính trong APT (Công cụ lập trình tự động) • By the 1970s, a central computer controlled many machines - DNC (direct numerical control) (Một máy tính trung tâm điều khiển nhiều máy công cụ-DNC) • By the 1980s each machine had its own computer, possibly loaded with instructions from a central computer -CNC (Những năm 1980, mỗi máy công cụ có máy tính riêng có khả năng tải các h•ớng dẫn từ máy tính trung tâm)
8. Job Shops and Flow Lines (X•ởng và dây chuyền sản xuất) • Ford style flow lines utilize equipment at a high level but are inflexible and costly (Các dây chuyền sản xuất kiểu Ford khai thác các thiết bị một cách hiệu quả nh•ng khôg linh hoạt và giá thành cao) – Big initial investment requires years to pay back (Vốn đầu t• ban đầu lớn đòi hỏi nhiều năm để hoàn vốn) – Dedicated to one part or a very limited family (Đ•ợc thiết kế cho một chi tiết hoặc một nhóm rất hạn chế) – At risk if the part is no longer needed (Chịu rủi ro nếu số l•ợg chi tiết ít hơn cần thiêt) – One failure stops the whole line (Một máy hỏng sẽ làm dừng toàn dây chuyền)
9. • Job shops are flexible but utilization is low (X•ởng sản xuất linh hoạt hơn nh•ng hiệu quả sử dụng thấp) – Some asserted that utilization is as low as 5% (Một số xác nhận hiệu quả thấp hơn 5%) – Machine’s time is lost due to setups made on the machine (Thời gian gia công tăng do việc sắp xếp công việc trên máy) – Part’s time is lost due to complex routing and queuing–Big WIP (Thời gian từng chi tiết tăng do dẫn h•ớng ph•c tạp) • Flexibility can be defined several ways, including (Tính linh hoạt có thể đ•ợc xác định theo một vài cách, bao gồm) – Different part mix (Sự khác nhau về chủng loại chi tiết) – Different production rate of existing parts (Sự khác nhau về năng suất gia công các chi tiết) – Different machines or routing if one breaks (Sự khác nhau về gia công hay sự làm việc bình th•ờng nếu một máy bị hỏng)
10. The Flexible Manufacturing System Idea (ý t•ởng về FMS) • This idea sprang up in several places at once in the mid 1960s (ý t•ởng này xuất hiện ở lần đầu vào những năm giữa 1960 tại một số nơi) • The basic idea was a computer-controlled job shop with flow line characteristics (ý t•ởng cơ bản là một x•ởng sản xuất điều khiển bằng máy tính có các đặc tính của dây chuyền sản xuất) • Group technology still important -system aimed at one kind of part, such as prismatic < 2 ft sq, or rotational < 6” diameter (Công nghệ nhóm vẫ quan trong, hệ thống nhắm vào một loại chi tiết, bí dụ nh• hình lăng trụ <2ft sq, hay hình trụ đ•ờng kính < 6inc) • Computers perform scheduling, routing, and detailed cutter path control (Các máy tính thực hiện kế hoạch SX, dòng sản phẩm và điều khiển đ•ờng chạy dao chi tiết)
11. • Pioneering developments by Molins (UK), Cincinnati Milacron and Kearney&Trecker (US), Gildemeister in W. Germany, Fritz Heckert Werkzeugmachinenkombinat in E. Germany (Các hệ FMS đầu tiên đ•ợc phát triển bởi Molins (UK), vvv • Dueling patents between Molins and Milacron (Molins won) (Sự tranh chấp bằng sáng chế giữa Molins và Milacron (Molins thắng)
12. Các hình thức tiếp cận khác nhau về FMS Approach Flexibility meaning The capability of producing different parts without major retooling (hiệu chỉnh lại mỏy cụng cụ) Manufacturing A measure of how fast the company converts (thay đổi) its process (es) from making an old line of products to produce a new product The ability to change a production schedule, to modify a part, or to handle (quản lý, điều khiển) multiple parts Operational (hành động) The ability to efficiently produce highly customized (theo yờu cầu khỏch hàng) and unique products Customer The ability to exploit (khai thỏc, lợi dụng) various dimension of speed of delivery (sự phõn phối hàng hoỏ) Strategic (tớnh chiến lược) The ability of a company to offer a wide variety of products to its customers Capacity (Khả năng) The ability to rapidly increase or decrease production levels or to shift capacity quickly from one product or service to another
13. 1. Các thiết bị chính trong FMS Bao gồm Máy công cụ, thiết bị cấp phôi và thiết bị vận chuyển 1.1 Máy công cụ: Là các máy NC, CNC Trung tâm gia công (MC) Máy tiện CNC
14. 1.2 Các thiết bị vận chuyển và tháo lắp chi tiết: Băng tải+ Rô bốt+ Xe rùa Băng tải Rô bốt
15. 1.3 Đồ gá: Các đồ gá tự động. Lực kẹp đ•ợc tạo ra bởi thuỷ lực hay khí nén. Hoạt động của đồ gá đ•ợc điều khiển bởi hệ thống điều khiển của FMS. Đồ gá dùng trong FMS
16. 1.4 Dụng cụ cắt: Dụng cụ cắt chuyên dùng do các hãng chế tạo hay đ•ợc mài lại đúng yêu cầu kỹ thuật. Dụng cụ cắt do hãng Mitsubishi chế tạo
17. 1.5 Thiết bị điều khiển Gồm: - Máy tính - Các hệ PLC
18. Sơ đồ điều khiển trong sản xuất linh hoạt và tích hợp
19. FMSの例 コンピュータ NC工作機械 工作物 Điều khiển các máy công cụ trong FMS
20. 仕様 FMS、CIM 機械設計 加工・組立 検査 製品
21. •u và nh•ợc điểm của FMS Advantages (•u điểm) Faster, lower- cost changes from one part to another which will improve capital utilization (Thay đổi nhanh, giá thành thấp khi chuyển từ sả phẩm này sang sản phẩm khác sẽ làm tăng sự tận dụng vốn đầu t•) Lower direct labor cost, due to the reduction in number of workers (Giảm chi phí l•ơng lao động trực tiếp do giảm đ•ợc số công nhân) Reduced inventory, due to the planning and programming precision (Giảm l•ợng hàng tồn kho do việc lập kế hoạch và lập trình chính xác) Consistent and better quality, due to the automated control (Chất l•ợng tốt hơn và ổn định do điều khiển tự động) Lower cost/unit of output, due to the greater productivity using the same number of workers (Giá thành trên một đơn vị đầu ra thấp hơn do hiệu quả sản xuất lớn hơn bằng việc sử dụng cùg số l•ợng công nhân) Savings from the indirect labor, from reduced errors, rework, repairs and rejects (hàng bị lo (Tiết kiệm nhân công lao động do việc giảm đ•ợc việc làm lại, sửa chữa và phế phẩm)
22. Disadvantages (Nh•ợc điểm) - Limited ability to adapt to changes in product or product mix (ex. machines are of limited capacity and the tooling necessary for products, even of the same family, is not always feasible in a given FMS) (Hạn chế khả năng đáp ứng đ•ợc sự thay đổi trong sản xuất hoặc hài hoà giữa các sản phẩm, chẳng hạn nh• máy móc có khả năng hạn chế và cần hiệu chỉnh máy cho các sản phẩm, thậm chí trong cùng một chủng loại là luôn không khả thi trong các FMS) - Substantial pre-planning activity (Có các hoạt động lập kết hoạch tr•ớc đáng kể) - Expensive, costing millions of dollars (Đắt, trị giá hàng triệu đô-la) - Technological problems of exact component positioning and precise timing necessary to process a component (Các vấn đề công nghệ về việc định vị các thành phần và sự tính toán thời gian chính xác cần đ•ợc xử lý) - Sophisticated manufacturing systems (Là các hệ thống sản xuất phức tạp)
23. 2. Các dạng FMS 2.1 Tế bào linh hoạt (FMC: Flexible Manufacturing Cell) Đặc điểm: -Tính linh hoạt cao, chủng loại sản phẩm đa dạng - Sản l•ợng gia công ít Tế bào gia công do hãng Mori Seiki (Nhật Bản) chế tạo
24. 2.2 Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) FMS Configuration by FSP Series •Machining center model FSP-100V 5- Axis •Full-scale FMS provides 5-axis machining of curved surfaces. (5 units) •Complete management system can be achieved with an extensive range of •Transfer system software. •Automated storage system •Automatic operation is provided by a unique scheduling function. •Measuring machine •Quality is maintained by the centrally controlled tool supply system. •Tool management system •Setup station •Centralized computer system
25. System configuration DC-4AS high- speed milling machines (3 units) HF-4M multi- center with a swivelling head (1 unit) MM2500 3-D coordinate measuring machine (1 unit) Transfer system Setup station Pallet stocker Manipulator System control Sơ đồ mặt bằng một FMS để gia công các chi tiết dạng trục (ch•a qua nhiệt luyện) trong động cơ của hãng SHIN NIPPON KIKO (Nhật Bản) DC-4: Máy phay tốc độ cao; HF-4M: Trung tâm gia công có đầu xoay đ•ợc (máy phay 4, 5 trục); MM250: Máy đo toạ độ 3 chiều
26. Một dạng FMS đơn giản
27. 2.3 Dây chuyền linh hoạt (FML)
28. Máy CNC có trang bị rô bốt
29. Các dạng FMS ATC: Automatic Tool Change APC: Automatic Pallet Change AAC: Automatic Attachment Change
30. Chủng loại sản phẩm sản loại Chủng Sản l•ợng Sản l•ợng và chủng loại sản phẩm đ•ợc gia công trên các FMS
31. 3. Sản xuất tích hợp (CIM) CIM 計算 CAE CAD 設計 生産 CAM FMS 加工 組立て 検査 製品
32. Sơ đồ hệ thống gia công các chi tiết máy bằng hệ CIM của hãng SHIN NIPPON KIKO