Nivele de automatizare în domeniul maşinilor unelte şi sistemelor flexibile.

Transcription

1 3.7. Noţiuni generale privind maşinile unelte în contextul actual Maşina unealtă beneficiază în prezent de cele mai avansate soluţii tehnice, de tehnică de calcul de ultim nivel, de organe de maşini de tip nou performante, de componente mecanice şi hidraulice avansate, astfel că este mult diferită de cea similară din urmă cu doar câţiva ani, 7. Se prezintă în continuare o clasificare a nivelelor de automatizare specifice, astfel ca să creeze o imagine de ansamblu a spectrului actual de maşini din ultima generaţie. Caracteristic stadiului actual al dezvoltării maşinilor unelte este tendinţa spre domeniul producţiei automatizate şi flexibile, asistată de calculatoare şi reţele evoluate de tehnică de calcul, 12. Maşinile unelte şi modulele flexibile, pe diferitele nivele de automatizare sunt modulare, acoperind o gamă de necesităţi tehnologice opţionale din ce în ce mai evoluate, mergând pe scara evolutivă, începând cu maşina unealtă cu comanda numerică (MUCN), până la sistemele de producţie integrate cu calculatorul (CIM). Această organizare modulară permite ca, în funcţie de scopul investiţiei şi de fondurile disponibile, să se poată realiza o adaptare a dotării cu maşini unelte după cerinţele clienţilor, eşalonabilă, evolutivă şi flexibilă. Factorul hotărâtor în evoluţia acestora este competitivitatea exprimată prin următorii parametrii: 1 raportul performanţe / preţ; 2 nivelul calitativ impus (precizat în setul de specificaţii însoţitoare ale produsului); 3 termenul de livrare; 4 servicii însoţitoare (punere în funcţiune, durata garanţiei, service în termen de garanţie şi post garanţie, piese de schimbgratis în garanţie şi contra cost în post garanţie, şcolarizarea personalului beneficiarului, asistenţa tehnică contra cost, piese de schimb contra cost pentru 2 ani de funcţionare); 5 facilităţi de plată (plata eşalonată, plata în rate, plata la termene fixe, etc.). Variaţia aleatoare a cerinţelor pieţei şi dorinţa respectării factorilor de mai sus, în condiţiile unei calităţi impuse şi constante, a dus la dezvoltarea conceptului de flexibilitate în domeniul construcţiei de maşini, dar şi în multe alte domenii. Nivele de automatizare în domeniul maşinilor unelte şi sistemelor flexibile. Nivelele de automatizare în domeniul flexibil sunt următoarele: 1.- MUCN Maşina Unealtă cu Comandă Numerică - limbaj internaţional CNC MT CNC Machine Tools - realizează automatizarea operaţiei de prelucrat raportată la o sculă de prelucrat; - automatizează mişcările de avansuri pe axele de coordonate, mişcarea principală, funcţii auxiliare (game de viteze, prindere eliberare sculă, blocaje deblocaje, răcire sculă, etc). - este condusă de unitatea CNC (Computer Numerical Control) şi interfaţă aferentă. 2.- CP Centru de prelucrare - limbaj internaţional MC Machining Center - realizează automatizare prelucrării piesei de prelucrat cu toate sculele şi ci încărcarea-descărcarea automată a piesei pe masa maşinii; - are în plus faţă de nivelul 1. următoarele: - schimbarea automată a sculei (ATC Automatic Tool Changer), preluată din magazinul de scule al maşinii cu ajutorul manipulatorului schimbător de scule; - schimbarea automată a piesei (AWPC - Automatic Work Piece Changer), sau a paletei tehnologice împreună cu piesa (APC 231

2 Automatic Pallet Changer), conţinând manipulator / robot schimbător de piese / palete şi stocatoare de palete; - luarea automată de off-set pentru piese şi scule; - durabilitatea programată a sculelor; - diagnoză automată; - funcţii auxiliare ca: protecţia spaţiului de lucru prin carenaj, instalaţii de răcire, instalaţii de spălare a piesei, evacuare aşchii, etc; - este condus de unitatea CNC şi interfaţa aferentă/unitate PLC (Programmable Logic Controller). 3.- CFP Celula flexibilă de producţie - limbaj internaţional FMC Flexibile Manufacturing Cell - realizează automatizarea prelucrării unui program de fabricaţie la nivel de o unitate prelucrătoare; - are în plus de nivele 1. şi 2. următoarele: - ATR Automatic Tool Readjustment, sau reactualizarea automată a sculelor, respectiv a conţinutului magazinului de scule ATC; - APR sau AWPR Automatic Pallet / Work Piece Readjustment, sau reactualizare automată a paletei / piesei de prelucrat pe masa maşinii; - transportul şi stocarea pieselor / paletelor; - transportul şi stocarea sculelor; - supravegherea automată a procesului, detecţia avariilor de scule şi luarea automată a dublurii sculei; - sistem ierarhic de conducere DNC (Direct Numerical Control), sau CNC cu rol de Master şi reţea pe minim 2 nivele ierarhice. 4. SFP Sistem Flexibil de Producţie - limbaj internaţional FMS Flexibile Manufacturing System - realizează automatizare prelucrării unui program de fabricaţie la nivelul unei linii tehnologice; - are în plus faţă de nivele 1., 2. şi 3. următoarele: - n x CFP; - sistem de transport intern de palete / piese; - stocatoare de palete / piese; - sistem de transport intern a sculelor; - stocatoare de scule; - PID punct de încărcare / descărcare piese; - PIDS punct de încărcare / descărcare scule; - sector de pregătire piese la PID, în exteriorul SFP; - sector de pregătire scule la PIDS, în exteriorul SFP; - calculator ierarhic DNC (Direct Numerical Control); - reţea de conducere ARCNET pe minim 3 nivele ierarhice. 5.- CIM Producţie integrată cu calculatorul - limbaj internaţional Comuter Integrated Manufacturing - realizează automatizarea fabricaţiei la nivel de sector de fabricaţie (incluzând montajul); - are în plus faţă de nivele 1., 2., 3. şi 4. următoarele: - n x SFP; - sistem de transport uzinal automat pentru piese; - magazie centrală de tip Regal pentru piese, dispozitive etc. 232

3 - sistem de transport uzinal automat a sculelor; - magazie centrală automată de scule (conveior vertical); - reţea ierarhică de conducere şi interconectare de tip ETHERNET cuprinzând calculatoare ierarhice pe 4 nivele de conducere şi organizare: - nivelul 1 - de conducere MASTER; - nivelul 2 - de concepţie: CAD, CAM, CAP, CAQ, CAO; - nivelul 3 - de distribuţie: DISPECER (workstation); - nivelul 4 - de producţie SFP; 6.- CIE întreprindere integrată cu calculatorul - limbaj internaţional: Computer Integrated Enterprise - realizează automatizarea întregii producţii a întreprinderii - conţine n x CIM;; - are în plus fată de nivele 1., 2., 3., 4. şi 5. următoarele: - mijloace de transport pe distanţe mari, intercontinentale; - mijloace de comunicare prin satelit; - mijloace economice (bănci, filiale de vânzări, etc.); - reţea de conducere centrală. În cazul CIM structura ierarhică este următoarea (figura 3.109) Nivel 1 MASTER Nivel 2 CAD CAM CAP CAO CAQ Reţea ETHERNET Nivel 3 DISPECER SFP1 SFP2 SFPI Nivel 4 DNC1 CNC CNC Reţea APCNET PLC PLC PLC PLC Fig CIM structura ierarhică Noţiunile întâlnite aici sunt următoarele şi se referă la nivelele reţelei: - MASTER calculator sau subreţea pentru funcţia de conducere (Nivel 1), care realizează stabilirea sarcinilor de producţie pe fiecare perioadă de timp, inclusiv pe orizontul se timp dat; - Nivelul 2 de concepţie, cu subreţele CAD, CAM, CAP, CAO, CAQ, din care: - CAD (Computer Aided Design) proiectare constructivă în spaţiul 3D, utilizând programe ca: PROENGINEER, CATIA, I-DEAS, AUTOCAD etc. - CAM (Computer Aided Manufacturing) proiectarea tehnologică, modelarea şi simularea fabricaţiei pe maşina dată, cu sculele şi regimurile de aşchiere prescrise, cu SDV-uri alocate şi cu post procesorul adecvat tipului de CNC, rezultând programul piesa CNC. Exemple de programe: MASTERCAM şi altele; 233

4 - CAP (Computer Aided Planing) sau CAPP (Computer Aided Production Planing) planificarea asistată pe calculator, modelarea şi simularea fabricaţiei pe grupul de maşini unelte, în timp real sau concentrat, rezultând ordonanţarea şi programul de conducere DNC; Progame folosit: Taylor - CAO (Computer Aided Organization) - logistica asistată de calculator, pe baza diagramelor Gantt sau Pert, pe principiul just in time, sau a stocurilor minime, rezultă datele de lucru pentru aprovizionare, colaboratori, vânzări, etc. - CAQ (C omputer Aided Quality) calitatea asistată de calculator, respectiv programul tehnologic de inspectare a piesei, în 2 variante: - parţială [e maşina unealtă, cu şpan de probă sau la urma fiecărei treceri, pentru activarea parametrilor din programul CAM, aceasta fiind asimilată în CAM; - totală pe maşina de măsurat, cu măsurare prin sondaj şi ridicarea diagramei de erori statistice. - Nivelul 3 Dispecer, sau workstation, cu transmiterea şi gestionarea programelor, supravegherea desfăşurării activităţii automate a procesului în orizontul de timp, fără operatori la alte nivele, având posibilitate de lucru în regim automat sau semiautomat (operaţiuni efectuate de către operator prin comenzi directe). Permite supravegherea, diagnoza, intervenţia, oprirea în caz de avarii a nivelelor de producţie. - Nivelul 4 de producţie pe SFP-uri, prin asigurarea resurselor SFP de către operatori la PID şi PIDS cu schimburile 1 şi eventual 2, şi cu funcţionare automată în celălate schimburi, cu supravegherea procesului de la dispecer. Resursele SFP-urilor şi modul de asigurare al lor. Tipuri de fluxuri de resurse şi informaţionale Resursele SFP se referă la tot ce concură la funcţionarea SFP: materiale (piese, scule etc.), informaţii (programe, etc.) şi auxiliare (lichid răcire, şpan, dispozitive, etc.). Fluxul de resurse se referă la fluxurile de intrare-ieşire a tutor resurselor care asigură funcţionarea SFP. Analiza acestor fluxuri se va face în funcţie de structura şi amplasarea SFP în cadrul uzinei. Astfel, se va analiza situaţia pentru SFP singular integrat într-o uzină cu fabricaţie convenţională şi respectiv situaţia pentru SFP-uri multiple integrate într-o uzină automatizată CIM. Fluxurile de resurse se împart pe următoarele categorii: - fluxul pieselor; - fluxul sculelor; - fluxul programelor; - fluxul materialelor ajutătoare: lichid de răcire, şpan etc. Fluxul pieselor Aceasta se ocupă de circularea pe ambele sensuri (intrare ieşire în SFP) a semifabricatelor şi pieselor finite, pieselor parţial prelucrate, paletele tehnologice însoţitoare, dispozitivelor portpiesă, a informaţiilor însoţitoare ale ansamblului paletă dispozitiv semifabricat (perechile de coduri paletă -piesă, off-seturile piesei dispozitiv, cotele de origine ale sistemului de coordonate ale piesei pe paletă, etc. Materialele vehiculate sunt pregătite în afara SFP la punctul de personalizare palete PPP şi respectiv punctul de încărcare descărcare al SFP (PID), care este ghişeul de intrare/ieşire ale SFP şi sunt stocate astfel: paletele tehnologice pe stocatoarele SFP (ele nu părăsesc SFP, decât până la PID), dispozitivele, piesele semifabricat şi finite de la o magazie Regal sau un sistem de alimentare al SFP. 234

5 Deservirea internă a fluxului pieselor în SFP se face de către robocar, sau alt mijloc de transport intern al SFP. Acesta este condus de către DNC, prin asamblarea de subprograme PLC de cicluri fixe şi subprograme de deplasare, care să asigure ciclurile de alimentare şi descărcare ale maşinilor de lucru ale maşinilor unelte din SFP cu palete tehnologice, la şi de la stocatoare. Subprogamele ciclurilor fixe ale robocarului, raportate la fiecare post al său (având unul sau două posturi) sunt următoarele: - încărcare paletă dreapta; - încărcare paletă stânga; - descărcare paletă dreapta; - descărcare paletă stânga. Combinate cu cicluri de deplasare rezultă următoarele cicluri: PID MU PID, PID STO- PID, STO MU- STO. ETHERNET FM S Interf. spre sist. pro NC şi sist. PPS staţie supraveghere staţie de lucru corecţii scule FM S FM S FM S FM S staţie de lucru ARCNET FT 200 MU1 MU1 Real scule FT 200 MU2 MU2 Real scule FT 200 FT 200 FT 200 termina l inteligent CNC 880 Prelucrare 1 Prelucrare 2 Fig Structura CIM (după SIEMENS) Fig Fluxul pieselor în cazul SFP singular şi multiplu 235

6 În cazul magaziei Regal şi robostivuitorului, ciclurile fixe sunt aceleaşi ca mai sus, privind paleta de transport din cadrul magaziei Regal. Combinate cu ciclurile de deplasare în 2 coordonate ale robostivuitorului, vor rezulta cicluri complexe de forma: -PPP MAG PPP pentru descărcare la PPP -PPP MAG PPP pentru încărcare în magazie Activităţile operatorului la PID şi PPP sunt următoarele privind încărcarea SFP: - listarea programului de fabricaţie; - listarea setului de dispozitive modulare; - apelarea robostivuitorului pentru aducerea la PPP a componentelor de dispozitive din containerele depuse în magazia Regal; - personalizarea dispozitivelor; - montajul dispozitivelor pe palete şi personalizarea paletelor; - montajul pieselor semifabricat în dispozitive; - luarea originilor pieselor; - informarea terminalului privind: cod paletă, cod piesă, origine piesă, cod stocator; - lansarea paletelor în sistem pe stocatoare; - validare OK resurse piese. În cazul descărcării pieselor finite activităţiile operatorului sunt: - apelare palete la PID; - desfacere piese finite din dispozitive; - demontare dispozitive (cele care nu se mai utilizează la ciclul următor); - depunerea în magazia Regal a componentelor dispozitivelor demonteate; - informare terminal. Fluxul sculelor Aceasta se ocupă de vehicularea în ambele sensuri de intrare-ieşire în SFP a sculelor utilizate în proces şi pregătite în sectorul de pregătire a sculelor, amplasat în vecinătatea exterioară a SFP prin ghişeul de intrare-ieşire PIDS (punct de încărcare descărcare scule). Aceasta se referă la următoarele aspecte: - alimentarea maşinilor cu seturi de scule pentru programul de fabricaţie pe orizontul de timp dat; - crearea seturilor de scule pentru toate reperele din programul de fabricaţie; - evidenţierea gestiunii seturilor de scule, a seturilor de corecţii L şi R, a durabilităţilor reziduale; - punerea seturilor de scule la dispoziţia manipulatorului cu posibilitatea intervenţiei manuale pentru extinderea ariei în timp a acestuia. Fig Fluxul sculelor în cazul SFP singular şi fluxul sculelor pentru SFP multiple Sectorul de pregătire al sculelor (gospodăria de scule) conţine: -magazia de scule manuală cu gestiune pe calculator; 236

7 - asamblare scule; - prereglare scule; - magazinele M1, M2, M3 ale PIDS; - terminal; - monorai cu manipulator schimbător de scule; - magazinele maşinilor unelte. Manipulatorul cu braţ dublu pe monorai are cicluri PLC de forma următoare: - încărcare sculă; - descărcare sculă; - transport în punctul programat. Prin asamblare cu ajutorul DNC a ciclurilor complexe, se pot obţine traseele următoare: PIDS MU PIDS, MU MU, PIDS PIDS. Prin aceasta se realizează reactualizarea cu scule a magazinelor de scule ale maşinilor (funcţia ATR). Activităţile operatorului PIDS sunt următoarele: - listare program de fabricaţie; - listare scule la fiecare piesă; - listare componente de scule; - determinarea lungimilor L şi R ale sculelor; - informare terminal; - operare în gestiune; - lansare în proces şi alocare locaşuri la PIDS; - validare Ok resurse scule. În figura este prezentat fluxul sculelor în cazul SFP singular şi fluxul sculelor pentru SFP multiple, respective figura prezintă fluxuri reunite şi scule pentru SFP singular şi respectiv pentru SFP multiple. Fig Fluxuri reunite şi scule pentru SFP singular şi respectiv pentru SFP multiple. Fluxul programelor Acesta este asigurat de către DNC spre CNC-uri şi PLC-uri. Se referă la: - transfer programe DNC la CNC-uri; - transfer programe şi ordine la PLC-uri - primire confirmări de execuţie şi informaţii de stare; - control şi reactualizări de gestiuni. În figura este prezentat sistemul CIM al firmei DEGEM din cadrul Univ. Oradea (sistem distribuit). Funcţionarea este semiautomată şi automată. 237

8 Exemplu: - Actualizarea programelor DNC stocate în memorie (semiautomat); - actualizarea codurilor sculelor; - actualizarea corecţiilor de scule (semiautomat) la PIDS, sau automat pe maşina cu palpator; - verificări de sintaxă; - validare OK resurse programe DNC; Fluxul programelor are la bază reţelele de calculatoare cu părţile hard şi soft aferente şi construite în diferite sisteme de lucru şi cu arhitecturi diverse. Astfel Siemens produce sistemele FMS , , , , , bazate pe PC-uri din categoria 1/ 2 1/ 4 Pentium pe 32 biţi şi RAM 16 Mbyte, diskete 3 şi 5, Harddisk 260 Mbyte, reţea ETHERNET sau ARCNET, sistem de bază soft SCO-UNIX, INGRES, X-WINDOWS, MOTIF, TCP/IP. Circulaţia programelor şi informaţiilor în SFP se efectuează pe subsisteme şi subreţele, precum şi pe ansamblul SFP sau CIM. Astfel avem subreţele: CAD, CAM, CAP, CAQ, CAO, şi reţele macrostructurale ierarhice spre DNC şi CNC. Pentru partea de simulare CAP există produse program specializate GRAFSIM, SIM850 cu reprezentare grafică, sau tabelară. Există programe utilitare de reactualizare a programelor piesă. Aceste programe se rulează la nivel de reţele sau subreţele şi deservesc SFP în ansamblu sau pe părţi componente. În cazul reţelelor distribuite nu mai avem sisteme cu DNC pentru conducerea SFP, ci cu MATER SLAVE. De asemenea, nu este obligatorie dispunerea în reţea PC ci pot să existe cuplări la nivelul PLC. Exemplu: - sistemul CIM al firmei DEGEM din laboratorul CIM al Univ. Oradea. Aici reţeaua arată ca în figura şi figura unde PC-urile au rol de supervizoare, dar toate programele se află depuse pe hard-disk-urile acestora, informaţiile ce se transmit sunt numai coduri de activare şi se transmit la nivel PLC. În toate PC-urile se află programe similare care permit comenzi de la orice PC (mai puţin la strung) şi se pot vizualiza desfăşurări de programe identice privind programul de fabricaţie, sistemul central de transport, magazia Regal, manipulatoarele de încercare. Orice comandă de la aceste PC-uri se transmite prin PLC-ul master la PLC-ul unităţii comandate. Fig Sistemul CIM al firmei DEGEM 238

9 PC CIM PLC MASTER PC CNC + CADCAM PLC PC CNC + CADCAM PLC PC PLC PC PLC Freză Strung Robot Mag Regal Sistem de transport Manipulare de încărcare PC + INTERFAŢĂ CONTROL Fig Sistemul CIM al firmei DEGEM. PC-urile cu rol de supervisor În cazul strungului şi frezei, acestea au PC-uri proprii cu rol de CNC şi care au programele piesă rezidente, ce pot fi activate prin coduri corelate cu programul de fabricaţie de la CIM sau celelalte PC-uri. În acest fel nu mai există transmisii ON LINE de programe la distanţă ci activări prin coduri a programelor rezidente în fiecare unitate. La nivel CIM există un program de supervizare care permite următoarele: pregătirea programului sortimental de fabricaţie; pregătirea programului cantitativ de fabricaţie; actualizarea gestiunii codurilor tuturor materialelor de pe flux (fluxul pieselor); pregătirea tuturor unităţilor de lucru implicate. De asemenea trebuie pregătite separat fiecare unitate de lucru în sensul actualizării gestiunilor, comenzilor, luarea originilor fiecărei unităţi pentru a fi gata de lucru, ready to request, sau ready to work. Acest mod de lucru este insuficient pentru sistemele flexibile industriale, unde fluxurile de resurse sunt mult mai ample şi unde nu ar putea face faţă desfăşurarea distribuită. În plus transmisiile prin PLC-uri implică succesivitatea în desfăşurarea comenzilor şi se face ineficientă ordonanţarea şi desfăşurarea paralelă a activităţilor. La nivelul DNC se desfăşoară funcţia CAP Computer Aided Planning. Aceasta este rezultatul modelării şî simulării fabricaţiei în cadrul SFP şi rezultă în final ordonanţarea SFP, respectiv ordinea de lucru a tuturor modulelor SFP, ca rezultat optimizat cu ajutorul programului Taylor. Introducând ordine şi confirmări din partea unităţilor participante, programul de ordonanţare de vine program de conducere al funcţionării SFP şi este gestionat de către DNC. Toate acestea vor constitui obiectul unor analize ulterioare ale prezentei lucrări. 239

10 3.8. Caracteristicile maşinilor unelte flexibile Caracteristici generale Aceste caracteristici se referă la capacităţile şi capabilităţilor maşinilor. Dintre acestea se pot aminti următoarele: Capacitatea productivă Acest parametru se măsoară în număr de piese pe oră (repere reprezentative), durata de lucru pe maşină pentru piesă / reperul respectiv, volumul de şpan pe minut măsurat în cm 3 / min, etc. Flexibilitatea Aceasta reprezintă capacitatea de adaptare a maşinii la variaţia programului de fabricaţie sortimentală şi cantitativă influenţată de diversitatea tehnologică cu variaţie aleatoare, în condiţii de calitate impuse şi constante, costuri minime, grade de încărcare optime. Această caracteristică a devenit concept şi stă la baza domeniului maşinilor unelte din categoria flexibile şi a producţiei flexibile. În fapt, producţia flexibilă se bazează pe maşini conduse prin calculator, prin înalt grad de automatizare, cu asigurarea fluxurilor de resurse în mod automat şi flexibil, cu o infrastructură modulară (referitoare la SDV -uri, aici incluzând şi programele) privind pregătirea acestor fluxuri, cu tehnologia, organizarea, planificarea şi controlul calităţii asistate de calculator. Ca rezultat, producţia flexibilă permite o variaţie aleatoare sortimentală şi cantitativă de produse, cu adaptare şi reorganizare rapidă (instantanee) astfel că, atât produsele de serie, cât şi prototipuri sau unicate sunt tratate la fel, în limitele tehnologice ale producţiei respective. Evaluarea flexibilităţii se face prin gradul de flexibilitate f, un coeficient subunitar, la care: - f = 0 reprezintă flexibilitatea nulă, producţie total rigidă (specifică tehnologiei clasice sau agregatizată); - f = 1 reprezintă flexibilitate totală fără restricţii (caz ideal). Acesta este un raport dintre capacitatea productivă (suma capacităţilor) de funcţionare automată în regim de variaţie aleatoare a programului de fabricaţie şi capacitate totală de producţie, considerat pe orizontul de timp unitar (de exemplu pe 24 de ore de funcţionare) şi în cazul încărcării maxime şi solicitării maxime. Qij f, Q unde: ij timp dat; Q tot Q - cantităţile de piese prelucrate în mod flexibil din reperul i şi lotul j pe orizontul de ij - cantităţile totale de piese (inclusiv cele prelucrate în mod rigid) pe orizontul de timp dat. De exemplu, dacă f = 0,5 înseamnă că 50% din totalul capacităţii productive permite producţia flexibilă de piese. Autonomia faţă de operator, care este capacitatea maşinii de a produce în condiţii de flexibilitate cu prezenţă parţială sau lipsa operatorului. Se măsoară prin gradul de autonomie faţă de operator a, care este un raport între (suma timpilor) de funcţionare a maşinii fără operator şi timpul total de funcţionare pe orizontul de timp dat. a = 0 autonomie nulă, cazul maşinilor total dependente de operator, sau producţia clasică cu maşini convenţionale; 240

11 a = 1 autonomie totală(caz ideal), când producţia este în totalitate automatizată cu funcţionare complectă fără prezenţa operatorului. Cazul a = 1 încă nu este atins în sistemele flexibile de prelucrare prin aşchiere, doar în alte sectoare de producţie, unde se pretează automatizări cu flexibilitate totală şi autonomie totală. t ai a, t tot unde: t ai - sunt timpii de funcţionare autonomă (fără operator); t tot - timpul total de lucru pe orizontul de timp dat. De exemplu a = 0,67 înseamnă că maşina funcţionează 8 ore (un schimb) cu prezenţa operatorului din totalul de ore din 24 ore de funcţionare continuă pe orizontul de timp standard. Orizontul de timp, sau durata de funcţionare în regim automat între 2 încercări consecutive ale fluxului de resurse al maşinii / sistemului. Acest orizont de timp este organizat de regulă pe intervale de câte 24 de ore, în cicluri de funcţionare continuă, din care 8 ore, sau 16 ore de funcţionare cu prezenţa operatorului (operatorilor) şi restul autonom. Pe timpul de funcţionare în prezenţa operatorilor au loc operaţiile de încărcare descărcare a maşinilor de piese (semifabricate şi finite), scule, programe, alte resurse, toate acestea fără oprirea ciclului de prelucrare automată. Activităţile operatorului se desfăşoară în afara maşinii / sistemului sau la punctele de interfaţare cu exteriorul (PID punct de încărcare- descărcare a pieselor, PIDS punct de încărcare descărcare a sculelor, tastatura CNC, pupitru de comandă, etc.), iar intervenţia se face prin accesarea unor comenzi în regim semiautomat în timp mascat fără oprirea procesului de prelucrare desfăşurată în regim automat, comenzi destinate asigurării fluxului de resurse (descărcarea pieselor finite şi încărcarea noilor semifabricate, înlocuirea sculelor ieşite din proces cu noile seturi de scule, înlocuirea programelor, etc.). De menţionat că prin proces de prelucrarea în regim automat se înţelege funcţionarea maşinii / CP / CFP / SFP cu uşile carenajului şi confirmate electric, cu incintă de prelucrare complect izolată de operator. În cadrul maşinilor din categoria flexibile intră centre de prelucrare, celule flexibile, sisteme flexibile, linii flexibile, la care întreg procesul de prelucrare este automatizat şi se desfăşoară asupra unui program de fabricaţie prestabilit. Astfel, în cazul centrului de prelucrare se face referire la prelucrarea complectă a unui reper / piesă de prelucrat, din una sau mai multe prinderi, în cantităţi lotizate, cu asigurarea încărcării la stocatoare (PID) piesă cu piesă de către operator. În cazul celulei flexibille de producţie (CFP), se prelucrează un program de fabricaţie din mai multe repere lotizate sau individuale, în ordine aleatoare, cu alimentarea automată a întregului flux de resurse (piese, scule, programe, alte resurse). În cazul sistemului flexibil de producţie se prelucrează un program complect de fabricaţie referitor la un număr de maşini din cadrul sistemului, conţinând un sortiment variabil de repere / piese de prelucrat şi de cantităţi individuale (unicate) sau lotizate, fără restricţii, cu asigurarea automată centralizată a fluxului de resurse, iar activitatea operatorilor se desfăşoară în afara sistemului şi la punctele de interfaţare al acestuia cu exteriorul (PID, PIDS, etc.). 241

12 Noţiuni despre sistemele de producţie Producţia este activitatea complexă generală de realizare a unor produs / bunuri materiale destinate vânzării, incluzând partea socială, organizatorică, tehnico economică, mijloacele de lucru, materii prime şi materiale, forţă de muncă, etc. Sistemul de producţie este un ansamblu de activităţi, mijloace fixe şi mobile, forţe de muncă, mijloace financiare, cu acţiune concentrată spre producţia de bunuri materiale. Fabricaţia este o parte componentă a producţiei, referitoare la procesul strict legat de partea tehnică, mijloacele de lucru, materii prime şi materiale, în vederea realizării de bunuri materiale. Sistemul de fabricaţie este o parte componentă a producţiei (subsistem), a cărui acţiune este fabricaţia propriu-zisă de bunuri materiale, conţinând mijloace fixe (maşini, utilaje) şi mobile (scule, programe), mijloace de deservire (calculatoare, soft, etc.). Prelucrarea este o parte componentă a fabricaţiei, referitoare la procesul de prelucrare (prin aşchiere în cazul maşinilor unelte, sau alte tipuri de prelucrări), ca activitate inclusă în cadrul fabricaţiei şi care se referă strict la procesul fizic prin care se modelează, transformă, manipulează, asamblează semifabricatul / semifabricatele pentru obţinerea pieselor finite sau produsului finit. Sistemul de prelucrare este o parte componentă a sistemului de fabricaţie şi conţine mijloacele fixe (maşini, utilaje) şi mobile (SDV -uri), care concură la procesul de prelucrare. În acest context, centrele de prelucrare sunt maşini unelte care realizează strict prelucrarea prin aşchiere şi fac parte din sistemul de prelucrare. Celulele flexibile de producţie au atribuţii lărgite peste funcţiile de prelucrare, care ţin de fabricaţie şi chiar de producţie, datorită funcţiilor extinse ale echipamentelor de comanda CNC, DNC. Sistemele flexibile de producţie au funcţii extinse peste domeniul prelucrării şi respectiv peste domeniul fabricaţiei, existând parţial atribuţii ce aparţin de domeniul producţiei. Deşi, atât celulele, cât şi sistemele, se chemau la origine de fabricaţie (Manufacturing), datorită evoluţiei echipamentelor din ultimele generaţii de CNC, DND, Master, etc în prezent acestea îşi depăşesc atribuţiile de fabricaţie, ajungând în sfera producţiei. Sunt exemple edificatoare în acest sens: service (teleservice), diagnoza, programarea producţiei, ordonanţarea, optimizarea fluxului de fabricaţie, optimizarea fluxului sculelor, optimizarea condiţiilor tehnologice, autoorganizarea după principii JIT (Just In Time, sau exact la timp). Calculatorul sau calculatoarele din reţeaua ierarhică fac şi operaţii care aparţin de funcţii ca: evidenţa personalului, corespondenţa, fax, , contabilitate, etc, aceasta în special la întreprinderile mici echipate cu astfel de mijloace moderne. Funcţii ce caracterizează maşinile unelte din categoria flexibile Nivelele de automatizare enunţate anterior sunt următoarele: a) MUCN Maşină Unealtă cu Comandă Numerică; - Flexibilitatea se referă la uşurinţa modificării operaţiei prin program tehnologic, operaţia aparţinând de prelucrarea cu o anumită sculă; - Trecerea la operaţia următoare implică schimbarea sculei, dar asta se face manual sau semiautomat şi impune prezenţa operatorului; - Schimbarea piesei în dispozitiv, schimbarea prinderii, reglarea sculelor, introducerea off-set-urilor piesei şi sculei sunt de asemenea manuale; 242

13 - Autonomia este redusă, practic se impune prezenţa operatorului în mod permanent. Nici în regim continuu CNC maşina nu poate lucra fără operator, deoarece îi lipseşte funcţia de supraveghere automată a procesului (specifică centrelor de prelucrare). b) CP Centru de Prelucrare - Automatizează prelucrarea complectă a piesei de prelucrat dintr-o prindere - Maşina este complect carenată şi lucrează cu uşile închise de la introducerea semifabricatului până la scoaterea piesei prelucrate cu toate operaţiile efectuate şi cu toate sculele. - Funcţii specifice: i. Schimbarea automată a sculei (ATC) având toate sculele pregătite necesare prelucrării complecte a piesei, cu depozitarea sculelor în magazinul de scule; ii. Schimbarea automată a palete (APC) cu piesa de prelucrat, iar încărcarea descărcarea paletelor de piese se face manual de operator înafara incintei de prelucrare, pe stocatoare (PID). Unele maşini au schimbare automată a piesei în dispozitivul de prindere automată (AWRC) cu deservire printr -un mijloc separat de maşină (manipulator, robot, etc.), sau manual; iii. Supravegherea automată a procesului, conţinând toate funcţiile de identificare a avariei, de oprire, sau de ieşire automată a maşinii din starea de avarie; iv. Automatizarea unor funcţii auxiliare (spălare, răcire, evacuare, aşchii, etc.); - Softul însoţitor se referă la CNC-ul şi PLC-ul din dotare, cu algoritmele specifice; Atribuţiile operatorului se referă la activităţi înafara spaţiului de lucru şi înafara ciclului de funcţionare (în timp mascat ): - prinderea desprinderea piesei la PID; - pregătirea setului de scule în magazinul ATC; - pregătirea programului piesă; - introducerea off-et-urilor de scule şi piese. Flexibilitatea se referă la uşirinţa trecerii de la o piesă de prelucrat la alta, lucru care se face fără staţionarea maşinii. Autonomia este limitată de activităţile operatorului în timp mascat, cu prezenţa cvasipermanentă. Autonomia faţă de operator se referă la funcţionarea maşinii fără operator pe durate mai lungi de prelucrarea unor piese cu ciclu lung. c) CFP Celula Flexibilă de Producţie - Automatizează execuţia unui program de fabricaţie compus din mai multe piese de prelucrat, diferite ca sortiment şi cantitate, pe o unitate productivă (o maşină). - Maşina se alimentează automat cu piese, scule, programe (adică resurse), dacă acestea sunt pregătite în prealabil. - Funcţii specifice suplimentare faţă de CP: Reactualizarea automată a sculelor (ATR), care î nseamnă introducerea automată în timp mascat a noului se de scule în magazinul ATC al maşinii, înaintea schimbării piesei de prelucrat; Reactualizarea automată a sculelor (APR), care înseamnă aducerea automată la maşină şi punerea la dispoziţia APC a unei noi palete cu piesa nouă de prelucrat şi respectiv preluarea de la APC a paletei vechi şi depozitarea acesteia, în mod aleatoriu, în funcţie de ordinea prestabilită prin program. Aceasta implică stocarea paletelor înafara maşinii, transportul la şi de la maşină, manipularea de încărcare / descărcare separat de APC (care se desfăşoară la masa maşinii / celulei). 243

14 La maşinile care au AWPC în loc de APC, funcţia de reactualizare devine AWPR Reactualizarea automată a piesei de prelucrat, care înseamnă aducerea piesei noi din afara maşinii şi punerea acesteia la dispoziţia AWPC pentru încărcarea în dispozitivul multicuib de pe masa maşinii, şi respectiv invers, preluarea piesei vechi de la AWPC şi depozitarea acesteia înafara maşinii. - Activităţile operatorului se desfăşoară în timp mascat înafara celulei la PID şi PIDS (acestea pot fi comune) şi la CNC sau DNC, pentru asigurarea fluxului de resurse. - Flexibilitatea se referă la uşurinţa asigurării fluxului de resurse pentru diferite programe de fabricaţie, fără staţionarea maşinii şi cu prezenţa periodică nepermanentă a operatorului. - Autonomia faţă de operator se referă la funcţionarea automată pe schimburile 2 şi 3, cu alimentarea maşinii din resursele asigurate cu prezenţa operatorului în schimbul 1. d) SFP Sistem Flexibil de Producţie - Automatizează execuţia unui program de fabricaţie la nivel de linie tehnologică cu mai multe maşini, astfel ca să se asigure prelucrarea în regim flexibil, cu variaţie sortimentală şi cantitativă aleatoare a pieselor. - Alimentarea cu piese, scule, programe şi alte resurse se face automat la toate maşinile din SFP şi conducere prin reţea pe 3 nivele. - Activităţile operatorului se desfăşoară în timp mascat, fără oprirea SFP, înafara SFP şi la punctele de interfaţare cu exteriorul: PID, PIDS, CNC, DNC, terminale. - Funcţii suplimentare faţă de CFP: APR, sau AWPR cu deservire centralizată pentru toate maşinile din sistem, stocare, transport comun la toate maşinile din sistem privind fluxul pieselor, alimentare comună de la PID. ATR cu deservire centralizată pentru toate maşinile din sistem, stocare, transport comun la toate maşinile din sistem privind fluxul sculelor, alimentare comună de la PIDS. Autoorganizare de rang superior, cu reţea ierarhică, incluzând funcţii specifice de diagnoză, teleservice, supraveghere automată a procesului, atât la fiecare maşină în parte, cât şi a ansamblului liniei flexibile. - Flexibilitatea se referă la uşurinţa asigurării fluxului de resurse pentru diferite programe de fabricaţie, cu trecere aleatore de la unul la altul fără restricţii. - Autonomia faţă de operator se referă la funcţionarea fără prezenţa acestuia în schimburile 2 şi 3, respectiv cu operator în schimbul 1. În cadrul noţiunii de SFP trebuie distinse următoarele categorii: Sistem flexibil cu flexibilitatea lărgită pentru diversitate de piese, operaţii tehnologice, număr de scule, apt pentru producţia de unicate şi serii foarte mici, având funcţiile ATR, APR, AWPR extinse nelimitat; Linie flexibilă cu flexibilitate limitată pentru diversitate limitată de piese, operaţii, număr scule, apt pentru producţii lotizate în loturi de mărime mijlocie de piese înrudite tehnologic din aceeaşi familie şi un număr redus de repere pe orizontul de timp, având funcţiile ATR, APR, AWPR limitate. 244

15 Linie flexibilă cu flexibilitate limitată, apt pentru producţii lotizate de serii mijlocii şi mari dintr-un singur reper pe orizontul de timp, dar cu trecere relativ uşoară (flexibilă) la un alt reper pe orizontul de timp următor, având ATR lipsă, iar APR sau AWPR limitate. În unele cazuri de astfel de linii flexibile, funcţia ATC este limitată, iar linia este organizată cu un flux serial, pentru operaţii complementare, gen linie de agregate CNC. O tendinţă nouă este cea referitoare la flexibilitatea în direcţia universalităţii tehnologice, adică celula sau sistemul flexibil apt să execute practic orice tip de piesă, operaţie tehnologică, maşina bună la toate. Pentru firmele mici şi mijlocii este ideal de a avea un singur utilaj tehnologic care să poată prelucra toate cazurile tehnologice tipice dintrun domeniu de fabricaţie dat (de exemplu: piese de rotaţie, prismatice, cu un număr redus de prinderi, roţi dinţate, axe de diferite tipuri inclusiv canelate, operaţii de ebos, semifinis, finis inclusiv rectificare, operaţii de călire locală CIF sau cu flacără, toate într-o anumită gamă dimensională). Acestea intră în categoria sisteme, deoarece au de regulă două unităţi prelucrătoare (de exemplu semifinis şi finis), iar fiecare din acestea pot lucra înt r-un mod flexibil utilizând un număr variabil de axe CNC simultane, fiind deservite de structura ierarhică integrată pentru funcţii CAD, CAM, CAO,CAQ, toate într-o singură unitate de comandă. La aceste SPF-uri obiectivele sunt diversitatea tehnologică nelimitată, precizia, calitatea constantă, iar productivitatea este pe plan secundar. Funcţiile ATC, APC sau AWPC există dar limitate şi neperformante, în schimb sunt dezvoltate funcţiile tehnologice, număr de axe, generarea în spaţiul cu mai multe axe simultane, iar funcţii ca ATR, APR, AWPR, sunt reduse sau chiar lipsesc. De fapt, din acest ultim motiv ele nu sunt încadrate în categoria CIM, deşi deţin funcţii specifice. La maşinile la care este prioritară productivitatea (din toate categoriile: CP, CFP, SFP), funcţiile de bază ATC şi APC / AWPC sunt adaptate la performanţe ridicate, respectiv timpi reduşi de schimbare scule, palete, piese, iar pentru acest obiectiv maşinile sunt dotate corespunzător. d) CIM Fabricaţia integrată cu calculatorul. (Şi aici se impune aceeaşi observaţie, ca CIM-urile moderne acoperă funcţiuni din sfera producţiei, şi deci mai nimerit este ca să se numească de producţie. De exemplu CIM-ul de la uzina STAR din Schweinfurt, care produce ghidajele multicircuit pentru maşini unelte şi roboţi, este extins la nivelul întregii uzine, şi toate activităţile, inclusiv financiar- contabile, comerciale, logistică, etc. sunt asigurate centralizat de aceeaşi reţea ierarhică, de aceeaşi bază de date). - Conţine mai multe SFP-uri, structura de conducere ierarhică pe 4 nivele; - Automatizează prelucrarea flexibilă la nivel de sector de producţie. - Flexibilitatea se referă la întregul grup de activităţi şi uşurinţa de adaptare a fabricaţiei la variaţia aleatoare de comenzi de la un orizont de timp la altul, precum şi în interiorul orizontului de timp dat. - Autonomia faţă de operator se referă la unele activităţi, în general pentru nivelul 4 de execuţie, cu desfăşurare fără operator în toate punctele de supraveghere a procesului), iar în schimbul 1 se desfăşoară activităţi complecte asistate de operatori. Ideea autonomiei faţă de operator nu este un obiectiv prioritar al flexibilităţii, ci mai degrabă o consecinţă, un avantaj al automatizării, care permite funcţionarea continuă suficient de sigură, cu o fiabilitate ridicată, rezultată din funcţiona de supraveghere automată a procesului şi diagnoza automată, astfel ca să permită funcţionarea cu prezenţa cvasipermanentă a operatorilor la nivelul 4 de execuţie din ierarhia reţelei, pe timpul schimburilor 2 şi 3, duminicile şi pe timpul sărbătorilor legale. Practic se cere funcţionarea 245

16 fără întrerupere a SFP, aceasta în special în sectoare ca cel al producţiei de automobile, unde întreruperi pentru revizii, întreţineri, eventuale remedieri, se fac odată pe lună pe timpul unui weekend. Acest mod de solicitare a maşinilor pune probleme grele constructorilor de linii flexibile pentru asigurarea fiabilităţii, deoarece întreruperile de în astfel de cazuri duc la pierderi enorme. Pe de altă parte, maşinile au o durată de viaţă de cca. 5 ani, după care întreaga linie este înlocuită, chiar dacă uzura unor maşini nu a ajuns încă la maxim. La acest mod de lucru sun aliniate şi activităţile comerciale, service, întreţinere, partea financiară, bancară, politica investiţiilor, etc. În industria de automobile se preferă linii flexibile din categoria a 3-a, cu flexibilitate limitată, din motiv că sunt mai simple şi deci mai fiabile, şi se preferă uneori să se investească în mai multe linii paralele, indiferent de costurile investiţiei, ca să se acopere necesitatea variaţiei sortimentale a producţiei, dar cu obiectivul clar al productivităţii şi al fiabilităţii. Agregatizarea rigidă a căzut datorită fiabilităţii reduse, neavând sisteme de supraveghere automată procesului cu controlul ruperii şi uzurii sculelor, controlul dimensional al cotelor, precum şi a altor sisteme, deşi flexibilitatea redusă ar fi fost compensată de un număr mai mare de linii. Toate aceste considerente expuse mai sus, conduc la soluţii constructive şi soft specifice. Lista de abrevieri Abrevierile se referă la termenii în limba română cu explicaţii aferente, precum şi la unii termeni în limba engleză, pentru cazurile unde se preferă denumiri internaţionale consacrate şi însoţite de asemenea explicaţii. MUCN Maşina Unealtă cu Comandă Numerică; CP Centru de prelucrare; CFP Celulă Flexibilă de Producţie; SFP Sistem Flexibil de Producţie; CNC Computer Numerical Control (unitatea de comandă numerică); PLC Programmable Logic Controller (unitatea de interfaţă logică); DNC Direct Numerical Control (calculator ierarhic de conducere); CAD Computer Aided Design (proiectare constructivă asistată de calculator); CAM Computer Aided Manufacturing (proiectare tehnologică asistată); CAP (sau CAPP) - Computer Aided (Producion) Planning (ordonanţarea şi conducerea asistată de calculator); CAO - Computer Aided Organization (logistică asistată de calculator); CAQ - Computer Aided Quality (controlul calităţii asistată de calculator); ATC - Automatic Tool Changing (schimbarea automată a sculei); APC - Automatic Pallet Changing (schimbarea automată a paletei tehnologice) ATR - Automatic Tool Readjustment (reactualizarea automată a sculelor); APR - Automatic Pallet Readjustment (reactualizarea automată a paletei); AWPC - Automatic Work Piece Changing (schimbarea automată a piesei); AWPR - Automatic Work Piece Readjustment(reactualizarea automată a piesei); MT CNC - Machine Tool CNC (maşină unealtă cu comandă numerică); MC - Machining Center (centru de prelucrare); FMC - Flexibile Manufacturing Cell (celulă flexibilă de producţie); FMS - Flexibile Manufacturing System (sistem flexibil de producţie); CIM - Computer Integrated Manufacturing (fabricaţie integrată cu calculatorul); CIE - Computer Integrated Enterprise (Intreprinderea integrată cu calculatorul); 246

17 PID - Punct de Încărcare Descărcare piese în sistem; PIDS - Punct de Încărcare Descărcare Scule în sistem; PPP - Punct de Personalizare Palete; STO - Stocatoare; PC - Personal Computer; DC - Direct Current (curent continu); AC - Alternative Current (curent altenativ); HSS - High Speed Steel (oţel rapid); RPM - Revolutions per Minute (rotaţii pe minut); GPM - Gallons per Minute (galoane pe minut); DN - Dimensiune nominală; TCPM - Tool Center Point Management (Managementul vârfului sculei); RC - Robocar; RoMo - Robot Monorail; RoPo - Robot Portal; DPMC - Dispozitiv Port-Piesă Multicuib; NVP - Navete de Piese; NVS - Navete de Semifabricate. 247