Do an tot nghiep nghien cuu thiet ke che tao he thong MiniCIM CDT3 k47 DHBKHN phan co khi

Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrade Manufacturing) là hệ thống sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Khái niệm về CIM tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973. Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất. CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hoặc các bộ vi xử lý tự động. So với các hệ thống sản xuất truyền thống, CIM có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn. Hệ thống CIM không những làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, hạ giá thành của sản phẩm mà còn có khả năng linh hoạt cao, đáp ứng được những thay đổi nhanh chóng của thị trường. Trong nội dung đồ án tốt nghiệp của sinh viên ngành cơ điện tử, với sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn GS.TS. Trần Văn Địch, TS. Nguyễn Huy Ninh bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống MiniCIM” phù hợp với khả năng cũng như thời gian thực hiện.Để thực hiện đề tài, trước hết chúng em đã nghiên cứu, khảo sát về các hệ thống CIM đã và dang được ứng dụng, sau đó lựa chọn hệ thống phù hợp để thiết kế và chế tạo. Quá trình thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình thiết kế hệ thống điều khiển được tiến hành đồng thời. Đồ án được chia làm 6 chương, mỗi chương được tách ra các phần nhỏ hơn, đồng thời có kèm theo phụ lục về các bản vẽ và phụ lục về chương trình điều khiển.Chương I. Tổng quan về hệ thống CIM.Chương II. Cấu trúc hệ thống CIM.Chương III. Thiết kế máy CNC.Chương IV. Thiết kế robot.Chương V. Thiết kế hệ thống băng tải.Chương VI. Xây dựng hệ điều khiển cho hệ thống CIM.Phụ lục bản vẽ.Phụ lục chương trình điêu khiển

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống MiniCIM

II NỘI DUNG

Chương I Tổng quan về hệ thống CIM

Chương II Cấu trúc hệ thống CIM

Chương III Thiết kế máy CNC

Chương IV Thiết kế robot

Chương V Thiết kế hệ thống băng tải

Chương VI Xây dựng hệ điều khiển cho hệ thống CIM

Phụ lục bản vẽ

Phụ lục chương trình điêu khiển

III Tập thể cán bộ hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Địch

TS Nguyễn Huy Ninh

IV Ngày giao nhiệm vụ thiết kế đồ án ………

V Ngày hoàn thành đồ án ………

Ngày …….tháng……năm 2006

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BẢN NHẬN XÉT TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Anh Dũng Trần Hoàng Mạnh Nguyễn Duy Hiệp Võ Hoài Nam

Hoàng Anh Thông

Khóa : 47 Khoa : Cơ khí Ngành : Cơ điện tử

Tập thể cán bộ hướng dẫn:

GS.TS Trần Văn Địch

TS Nguyễn Huy Ninh

1 Nội dung thiết kế đồ án tốt nghiệp

NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG MINICIM

Chương I Tổng quan về hệ thống CIM

Chương II Cấu trúc hệ thống CIM

Chương III Thiết kế máy CNC

Chương IV Thiết kế robot

Chương V Thiết kế hệ thống băng tải

Chương VI Xây dựng hệ điều khiển cho hệ thống CIM

Phụ lục các bản vẽ

Phụ lục chương trình điều khiển

2 Nhận xét

a) Nhận xét của cán bộ hướng dẫn:

b) Nhận xét của cán bộ duyệt

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrade Manufacturing) là hệ thống sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới

Khái niệm về CIM tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973 Mặc

dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hoặc các bộ vi xử lý tự động

So với các hệ thống sản xuất truyền thống, CIM có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn Hệ thống CIM không những làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm,

hạ giá thành của sản phẩm mà còn có khả năng linh hoạt cao, đáp ứng được những thay đổi nhanh chóng của thị trường

Trong nội dung đồ án tốt nghiệp của sinh viên ngành cơ điện tử, với sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn GS.TS Trần Văn Địch, TS Nguyễn Huy Ninh bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chúng

em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống MiniCIM” phù hợp với khả năng cũng như thời gian thực hiện

Để thực hiện đề tài, trước hết chúng em đã nghiên cứu, khảo sát về các hệ thống CIM đã và dang được ứng dụng, sau đó lựa chọn hệ thống phù hợp để thiết

kế và chế tạo Quá trình thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình thiết kế hệ thống điều khiển được tiến hành đồng thời Đồ án được chia làm 6 chương, mỗi chương được tách ra các phần nhỏ hơn, đồng thời có kèm theo phụ lục về các bản vẽ và phụ lục

về chương trình điều khiển

Chương I Tổng quan về hệ thống CIM

Chương II Cấu trúc hệ thống CIM

Chương III Thiết kế máy CNC

Chương IV Thiết kế robot

Chương V Thiết kế hệ thống băng tải

Chương VI Xây dựng hệ điều khiển cho hệ thống CIM

Phụ lục bản vẽ

Phụ lục chương trình điêu khiển

Sau thời gian thực hiện, đề tài đã hoàn thành kết quả bước đầu đã đạt được những thành công nhất định

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Chế tạo máy đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài Đặc biệt là các thầy GS.TS Trần Văn Địch, TS Nguyễn Huy Ninh đã tâm huyết hướng dẫn chúng em Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cán bộ phòng thí nghiệm FMS & CIM, xưởng cơ khí bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài

Nhóm SV thực hiện đồ án

Nguyễn Trường Phi Kiều Quý Cảnh Nguyễn Anh Dũng Phạm Ngọc Hiếu Nguyễn Duy Hiệp Trần Ngọc Hùng Trần Hoàng Mạnh

Võ Hoài Nam Hoàng Anh Thông

MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM 14

I Các khái niệm cơ bản về CIM 14

1.1 Định nghĩa CIM 14

1.2 Các thành phần cơ bản của CIM 14

II Sự phát triển của CIM 19

2.1 Sự phát triển của CIM trên thế giới 19

2.1.1 Lịch sử phát triển của CIM 19

2.1.2 Hướng phát triển của CIM 20

2.2 Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam 25

III Ứng dụng và hiệu quả của CIM 25

3.1 Ứng dụng của CIM 25

3.2 Hiệu quả của CIM 26

CHƯƠNG II CẤU TRÚC HỆ THỐNG CIM 27

I Máy CNC 28

II Robot 30

2.1 Ứng dụng robot công nghiệp trong hệ thống CIM 31

2.2 Các yêu cầu đối với các robot hoạt động trong hệ thống CIM 31

III Hệ thống vận chuyển tích trữ 33

3.1 Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tích trữ 33

3.2 Hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết gia công của CIM 34

3.2.1 Chức năng của hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết gia công 34

3.2.2 Phân loại hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết 35

3.3 Hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ của CIM 37

3.3.1.Chức năng của hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ 37

3.3.2 Một số loại hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ 37

3.4 Điều khiển hệ thống vận chuyển - tích trữ 38

Điều khiển hệ thống vận chuyển tích trữ được chia ra làm hai mức 38

IV Kho chứa 40

4.1 Thành phần của kho chứa tự động 40

4.2 Các loại kho chứa tự động 40

4.2.1 Dạng giá cần cẩu 40

4.2.2 Dạng cần cẩu cầu 41

4.2.3.Dạng giá trọng lực 42

4.3 Bố trí các kho chứa tự động trong hệ thống CIM 42

V Hệ thống điều khiển 45

5.1 Bộ điều khiển logic khả lập trình PLC trong các hệ thống CIM 45

5.2 Phần mềm tích hợp 48

VI Hệ thống kiểm tra 51

6.1 Các dạng kiểm tra 51

6.2 Cấu trúc của hệ thống kiểm tra tự động 52

6.2.1 Mức cao 52

6.2.2 Mức trung bình 52

6.2.3 Mức thấp 53

6.3 Chế độ hoạt động của hệ thống kiểm tra tự động 53

6.4 Kiểm tra trạng thái kỹ thuật của các phần tử và môđun trong CIM 54

6.5 Các thiết bị kiểm tra trong CIM 55

6.5.1 Các loại đattric 55

6.5.2 Các máy đo kiểm tự động 57

VII Hệ thống lắp ráp tự động 59

7.1 Cấu trúc của hệ thống lắp ráp tự động 59

7.2 Các hình thức tổ chức lắp ráp tự động 60

7.2.1 Lắp ráp cố định 60

7.2.2 Lắp ráp di động 60

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY CNC 61

A - TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 61

I Lịch sử phát triển 61

1.1 Lịch sử 61

1.2 Một số máy NC 63

II Thế nào là máy CNC.Các khái niệm cơ bản 64

2.1 Khái niệm 64

2.2 Trục máy CNC 65

2.3 Nguyên tắc xác định hệ trục tọa độ của máy CNC 65

III Hệ thống điều khiển máy CNC trong công nghiệp 66

3.1 Phần cứng hệ điều khiển máy CNC 67

3.1.1Bộ xử lý trung tâm (CPU) 67

3.1.2.Bô nhớ 68

3.1.3 Hệ thống truyền dẫn ( BUS) 68

3.1.4.Truyền dẫn Servo 69

3.2 Phần mềm 70

3.2.1 Phần mềm điều khiển 70

3.2.2 Phần mềm ghép nối 70

3.2.3 Postprocessor 70

3.2.4 Phần mềm ứng dụng 70

IV.Nguyên tắc lập trình gia công trên máy CNC và các phương phấp nhập dữ liệu 70

4.1 Lập trình gia công 70

4.2 Các phương pháp nhập dữ liệu 73

V Khác biệt giữa NC và CNC 75

VI.Một số máy CNC trong công nghiệp 76

6.1 Máy khoan 76

6.2 Máy tiện 77

6.3 Máy phay 79

6.4 Máy hàn điểm 82

6.5 Máy cắt dùng tia lửa điện 82

VII Sơ lược về ngôn ngữ lập trình G-code 83

7.1 Các lệnh cơ bản dùng trên nền máy khoan/phay 83

7.2 Chu trình gia công một số chi tiết 84

7.3 Chu trình gia công hốc tròn 85

7.4 Chu trình gia công hốc chữ nhật 87

7.5 Một số quy định cơ bản 88

VIII Phương pháp điều khiển máy CNC trong công nghiệp 92

8.1 Các điểm gốc, điểm chuẩn 92

8.1.1 Điểm gốc của máy M 92

8.1.2 Điểm chuẩn của máy R 92

8.1.3 Điểm gốc của phôi W điểm gốc chương trình P và điểm gá đặt C 93

8.1.4 Điểm gốc của dụng cụ 94

8.2 Các hệ thống điều khiển máy CNC 96

8.3 Các chỉ tiêu gia công của máy CNC 100

8.3.1 Thông số hình học 100

8.3.2.Thông số gia công 101

8.3.3 Năng suất gia công 101

8.3.4 Độ chính xác của máy CNC 102

8.3.5 Độ tin cậy của máy CNC 103

8.3.6 Tính vạn năng của máy CNC 104

B - CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY CNC 105

I Lựa chọn phương án di chuyển của các trục tọa độ 105

1.1 Phương án phôi cố định 105

1.2 Phương án phôi di chuyển trên trục Y , dụng cụ gia công di chuyển theo 2 trục X và Z 106

1.3 Phôi di chuyển theo 2 trục X và Y, dụng cụ gia công di chuyển theo trục Z 107

1.4 So sánh 3 phương án 108

II Lựa chọn cơ cấu truyền động 109

2.1 Vít me đai ốc thường 109

2.2 Vit me đai ốc bi 110

2.3 Phương án dùng đai 112

III Lựa chọn loại khoan 113

IV Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng các trục : 116

V Kết luận 118

C - KẾT CẤU CƠ KHÍ CHÍNH CỦA MÁY CNC VÀ QUY TRÌNH GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 120

I Kết cấu chung của máy CNC 120

1.1 Phần cố định 120

1.2 Phần di chuyển dọc theo trục Z 121

1.3 Phần di chuyển dọc theo trục X 122

1.4 Phần di chuyển dọc theo trục Y 122

II.Các chi tiết chính trong máy CNC 123

2.2 Chi tiết dẫn hướng trung gian 123

2.3 Chi tiết sống trượt mang cá trục Z 124

2.4 Chi tiết rãnh trượt mang cá trục Z 125

2.5 Chi tiết bàn máy 125

2.6 Chi tiết Etô kẹp phôi 126

III.Quy trình công nghệ gia công các chi tiết điển hình : 126

3.1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công gá động cơ 126

3.1.1 Xác định đường lối công nghệ 126

3.1.2 Lập qui trình công nghệ 126

3.1.3 Thiết kế nguyên công 127

3.2 Thiết kế quy trình công nghệ gia công sống trượt 134

3.2.1 Xác định đường lối công nghệ 134

3.2.2 Lập qui trình công nghệ 134

3.3.3 Thiết kế nguyên công 135

D - NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 140

I Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển 140

1.1 Khối nguồn 140

1.2 Khối máy tính 140

1.3 Khối Vi điều khiển 141

1.4 Khối cách ly quang 141

1.5 Khối mạch công suất và Role đóng điện động cơ khoan 141

1.6 Khối cơ cấu chấp hành 141

II.Các phương pháp điều khiển gia công (các phương pháp nội suy ): 142

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ROBOT CHO HỆ THỐNG 145

A - KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ROBOT 145

I Khái niệm về Robot 145

1.1 Robot và Robotics 145

1.2 Robot công nghiệp 147

1.3 Bậc tự do của Robot ( DOF: Degrees of Freedom ) 148

1.4 Hệ toạ độ ( coordinate frames ) 148

1.5 Trường công tác của robot ( Workspace or range of motion ) 149

1.6 Kêt cấu chung của Robot công nghiệp 150

II Phân loại Robot 152

2.1 Phân loại theo kết cấu 152

2.2 Phân loại theo kiểu điều khiển 152

2.3 Phân loại theo hệ thống truyền động 152

2.4 Phân loại robot theo ứng dụng 153

III Vai trò của robot trong hệ thống MiniCIM 153

3.1 Yêu cầu đối với robot công nghiệp 153

3.2 Đặc tính công nghệ của robot công nghiệp 153

B - TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ROBOT 159

I Các thông số kỹ thuật của Robot 159

II Động học cho robot 160

2.1 Các phép biến đổi thuần nhất 160

2.2 Hệ tọa độ thuần nhất 160

2.3 Các phép biến đổi 161

2.3.1 Phép biến đổi tịnh tiến (Translation) 161

2.3.2 Phép quay (Rotation) quanh các trục toạ độ 162

2.3.3 Phép quay tổng quát 162

2.3.4 Bài toán ngược : tìm góc quay và trục quay tương đương 165

2.3.5 Phép quay Euler 167

2.4 Phương trình động học robot 169

2.4.1 Bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH) 171

2.4.2 Đặc trưng của các ma trận A : 173

2.4.3 Xác định T6 theo các ma trận An : 173

2.4.4 Trình tự thiết lập hệ phương trình động học của robot : 174

2.4.5 Thiết lập phương trình động học của robot 175

2.4.6 Giải hệ phương trình động học của robot 177

III Trình bày nguyên lý hoạt động của robot 179

IV Tính toán, thiết kế một số chi tiết điển hình của robot 180

4.1 Một số chi tiết điển hình của robot 180

4.2 Thiết kế quy trình công nghệ gia công một số chi tiết của robot 182

4.2.1 Quy trình công nghệ gia công khối V ( cơ cấu tay kẹp ) 182

4.2.2 Quy trình công nghệ gia công gối trượt 200

V Cơ cấu tay kẹp của robot 201

5.1 Khái niệm và phân loại tay kẹp 201

5.2 Kết cấu của tay kẹp 202

5.2.1 Tay kẹp cơ khí 202

5.2.2 Tay kẹp chân không và điện - từ 205

5.2.3 Tay kẹp dùng buồng đàn hồi 206

5.2.4 Tay kẹp thích nghi 207

5.3 Tính toán tay kẹp robot 207

5.3.1 Tính lực tiếp xúc 208

5.3.2 Tính lực dẫn động 208

5.3.3 Tính ứng suất tiếp xúc 209

C - HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA ROBOT 210

I Hệ thống chấp hành 210

1.1 Nguồn điện cấp 210

1.2 Khuyếch đại công suất 210

1.3 Động cơ 211

1.4 Xilanh khí nén 212

1.5 Truyền động động cơ khí 212

II Hệ thống cảm biến dùng trong robot 213

2.1 Các khái niệm và đặc trưng cơ bản về các loại cảm biến 213

2.1.1 Khái niệm và phân loại cảm biến 213

2.1.2 Đường cong chuẩn của cảm biến 215

2.1.3 Các đặc trưng cơ bản của cảm biến 217

2.2 Lựa chọn cảm biến 222

2.2.1 Cảm biến tự cảm 222

2.2.2 Cảm biến hỗ cảm 225

III Hệ điều khiển của robot 228

3.1 Hệ thống điều khiển khí nén 228

3.1.1 Ưu, nhược điểm của khí nén 228

3.1.2 Máy nén khí - Thiết bị phân phối khí nén: 228

3.1.3 Các phần tử trong hệ thống điều khiển 229

Tác động theo cách hướng dẫn cụ thể 233

3.1.1 Van điều khiển dòng khí 237

3.1.4 Hệ thống khí nén trong robot 238

3.2 Hệ thống điều khiển điện 238

3.2.1 Giới thiệu về động cơ DC 238

3.2.2 Giới thiệu về động cơ bước 239

3.2.3 Mạch điều khiển robot dùng vi điều khiển AVR Atmega88-20PU 253

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ BĂNG TẢI 268

A - GIỚI THIỆU CHUNG VÀ THIẾT KẾ 268

I Giới thiệu chung về công dụng và phân loại máy chuyển liên tục 268

II Chọn loại băng tải 269

III.Chọn cơ cấu dẫn động 272

3.1 Lựa chọn loại động cơ điện 272

3.2 Lựa chọn cặp bánh răng truyền động 273

3.3 Hệ thống điều khiển khí nén 273

IV Thiết kế băng tải 275

4.1 Giới thiệu sơ lược cấu tạo của băng tải 275

4.2 Gia công cơ chi tiết pallet 281

4.2.1 Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết 281

4.2.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 282

4.2.3 Xác định dạng sản xuất 282

4.2.4 Xác định phương pháp chế tạo phôi 282

4.2.5 Xác định thứ tự các nguyên công 282

B – ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI 288

I.Lý do dùng PLC 288

II Tổng quan về PLC 290

2.1 Giới thiệu chung về các bộ PLC 290

2.2 Các bộ PLC thường gặp 290

2.3 Chức năng của các bộ PLC 291

2.4 Các bộ phận cơ bản của PLC 291

2.5 Sự hoạt động của PLC theo vòng quét chương trình 292

III Kĩ thuật lập trình điều khiển PLC 294

3.1 Khái niệm về lập trình PLC 294

Các loại ngôn ngữ lập trình cho PLC 295

Các bước tiến hành lập một chương trình PLC 296

Các hàm logic cơ bản của PLC 297

IV Tìm hiểu về PLC S7200 298

4.1 Cấu hình cứng 298

4.2 Cấu trúc bộ nhớ 299

4.2.1 Phân chia bộ nhớ 299

4.2.2 Vùng dữ liệu 299

4.2.3 Vùng đối tượng 303

4.3 Thực hiện chương trình 304

4.4 Cấu trúc chương trình của S7_200 304

V Ngôn ngữ lập trình của S7_200 306

5.1 Phương pháp lập trình 306

5.2 Bảng lệnh của S7-200 306

5.3 Cú pháp lệnh của S7_200 316

5.3.1 Toán hạn và giới hạn cho phép 316

5.3.2 Lệnh vào/ra 317

5.3.3 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm 318

5.3.4 Các lệnh logic đại số Boolean 318

5.3.5 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt: 319

5.3.6 Các lệnh so sánh 319

5.3.7 Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trình con 321

5.3.8 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét 322

5.3.9 Các lệnh về điều khiển Timer 323

5.3.10 Các lệnh điều khiển Counter 325

5.3.11 Các lệnh về số học 326

5.3.12 Lệnh tăng, giảm một đơn vị và lệnh giá trị thanh ghi 328

5.3.13 Các lệnh dịch chuyển nội dung ô nhớ 330

5.3.14 Các lệnh làm việc với mảng 330

5.3.15 Các lệnh dịch chuyển thanh ghi 331

5.3.16 Các lệnh làm việc với bảng:(chỉ có trong CPU214) 333

5.3.17 Các lệnh tìm kiếm: Chỉ sử dụng đối với CPU214 334

5.3.18 Các hàm đổi dữ liệu 334

5.3.19 Xây dựng cấu trúc vòng lặp 335

5.3.20 Đồng hồ thời gian thực 335

5.3.21 Truyền thông trên mạng nhiều chủ 336

5.3.22 Ngắt và xử lý ngắt 337

5.3.23 Sử dụng ngắt truyền thông 340

5.3.24 Sử dụng bộ đếm tốc độ cao 340

5.3.25 Sử dụng hàm phát xung tốc độ cao 343

VI Chương trình điều khiển băng tải (dùng S7-200) 343

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM

I Các khái niệm cơ bản về CIM

1.1 Định nghĩa CIM

CIM (Computerize Integrate Manufacturing ) Là hệ thống sản xuất tích hợp có

sự trợ giúp của máy tính Có nhiều định nghĩa khác nhau về CIM và các định nghĩa đó lại có nhiều ý nghĩa khác nhau, tùy thuộc vào mục đích ứng dụng của nó Sau đây là một vài định nghĩa về CIM

Công ty Các hệ thống tự động và máy tính CASA (The Computer and Automated Systems Association) của hội những nhà sản xuất SME (Society of Manufacturing Engineers) định nghĩa: CIM là một hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp sản phẩm của một nhà máy sản xuất

Từ điển của công nghệ tiên tiến AMT định nghĩa: CIM là một nhà máy tự động hóa toàn phần, nơi mà tất cả các quá trình sản xuất được tích hợp và được điều khiển của máy tính

Công ty máy tính của Mĩ IBM cho rằng: CIM là một ứng dụng, có khả năng cung cấp cơ sở nhận thức cho việc tích hợp dòng thông tin của thiết kế sản phẩm, của kế hoạch sản xuất, của việc thiết lập và điều khiển các nguyên công

Hãng SIMENS của Đức lại cho rằng: CIM không phải là một sản phẩm hoàn thiện mà là một chiến lược và là một khái niệm để đạt các mục đích thị trường của

một nhà máy

1.2 Các thành phần cơ bản của CIM

CIM là một công nghệ tiên tiến để quản lý công ty sản xuất thông qua dòng thông tin Công nghệ thông tin là một công cụ tích hợp rất mạnh và là cơ sở hạ tầng để đạt mục đích trong một xí nghiệp tích hợp Trong thế giới hiện nay công nghệ thông tin đóng vai trò quyết định trong quản lý xí nghiệp Đồng thời sự phát triển của các tiêu chuẩn liên kết đã có ảnh hưởng lớn đến CIM và đã mở đường cho việc tích hợp hóa

Các công nghệ tích hợp trong CIM rất đa dạng và bao gồm nhiều lĩnh vực công nghệ phức tạp khác nhau Tuy nhiên ở đây chỉ đề cập đến một số công nghệ tiên tiến của CIM

Tự động hóa văn phòng: Đó là việc tự động hóa các quá trình của văn phòng

bằng các công nghệ thích hợp Nó có thể được xem như một máy tính mà từ đó hầu hết các tài liệu văn phòng được truyền đi các mạng để nối kết tất cả các thiết

bị sản xuất và các công nghệ của một công ty nào đó bằng các hệ thống thông tin quản lý Tự động hóa văn phòng cho phép:

- Tạo ra nhiều thông tin thương mại

- Quay vòng nhanh các tư liệu thương mại

- Giảm sai số trong quản lý

- Giảm mặt bằng làm việc

- Phục vụ khách hàng tốt hơn

- Khả năng ra quyết định tốt hơn

- Giảm số nhân viên văn phòng

- Nâng cao trình độ của nhân viên văn phòng

Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính CAD:

- Nâng cao năng suất và giảm thời gian thiết kế sản phẩm

- Giảm thời gian thiết kế dụng cụ và đồ gá được 12 ÷ 25%

- Nâng cao chất lượng thiết kế, do đó nâng cao được chất lượng sản phẩm

- Tạo ra được tài liệu có chất lượng cao

- Loại trừ được các công việc lặp lại

- Tiết kiệm thời gian và giảm giá thành khi chế tạo sản phẩm mới

- Tiêu chuẩn hóa tốt hơn

- Hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất

- Giảm thời gian trả lời kết quả đấu thầu

Máy điều khiển số CNC: Máy điều khiển số CNC là thiết bị có khả năng gia

công chi tiết theo một chương trình lập sẵn cho mọi kích thước mong muốn và theo một quy trình công nghệ đã lập sẵn Các máy CNC được trang bị màn hình và bàn phím, do đó việc viết và diễn giải chương trình có thể được thực hiện trực tiếp trên máy Các máy CNC cho phép loại trừ ảnh hưởng của công nhân và nâng cao chất lượng sản phẩm Các máy CNC được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: Gia công, làm sạch, đánh bóng, kiểm tra, nén ép, rèn hoặc dập

Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CAM: Cho phép thực hiện nhiều dạng

nguyên công khác nhau khi thay đổi chương trình điều khiển CAM có thể kết hợp với các dạng công nghệ khác như CAD, NC, cơ sở dữ liệu và thiết bị kiểm tra chất lượng để tạo thành những phần tử chính của CIM Hệ thống CAM có thể bao gồm: Robot, các máy NC và FMS Ưu điểm của hệ thống CAM là:

- Tăng năng suất lao động

- Nâng cao chất lượng sản phẩm

- Giảm diện tích sản xuất

- Đáp ứng nhu cầu của khách hàng nhanh hơn

- Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân và loại trừ những điều kiện làm việc nguy hiểm

Kiểm tra chất lượng có sự trợ giúp của máy tính: Bao gồm quá trình giám sát

và quá trình đo kiểm tra sản phẩm Hệ thống kiểm tra chất lượng có sự trợ giúp của máy tính CAQC (Computer Aided Quality Control) cho phép:

- Giảm thời gian giám sát quá trình sản xuất

- Giảm chi phí gián tiếp cho các giám sát viên

- Giảm chi phí tương đối để đạt chất lượng sản phẩm xuống 50 ÷ 90%

- Nâng cao chất lượng sản phẩm

- Giảm công việc lặp lại trong quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Cải thiện điều kiện làm việc

Hệ thống bảo quản và tìm kiếm tự động: Là hệ thống xử lý vật liệu để cấp

phát chi tiết cho các khu vực và tìm kiểm chi tiết từ các khu vực Hệ thống bảo quản và tìm kiếm tự động cho phép:

- Kiểm tra vật liệu bằng máy tính, xác định trạng thái và vị trí của vật liệu

- Thông qua mạng để điều khiển các hệ thống phụ trợ và CIM

- Giảm phế phẩm gia công

- Loại trừ quá trình xử lý lặp lại đối với vật liệu

- Tăng năng suất lao động

- Giảm thời gian lắp ráp (khoảng 25%)

Công nghệ nhóm: Là một khái niệm sản xuất khi mà các chi tiết được gia

công theo nhóm dựa vào đặc tính kết cấu hoặc quy trình công nghệ Các chi tiết được ghép nhóm theo đặc tính kết cấu được coi là họ chi tiết thiết kế và các chi tiết được ghép nhóm theo đặc tính gia công được coi là họ chi tiết gia công Việc ghép các nhóm chi tiết theo đặc tính này cho phép thực hiện những công việc giống nhau một cách hiệu quả nhất Ứng dụng công nghệ nhóm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức hệ thống CIM, đồng thời công nghệ nhóm còn cho phép:

- Hoàn thiện khâu thiết kế va tăng tính tiêu chuẩn hóa của thiết kế

- Giảm khối lượng công việc trong khâu xử lý vật liệu

- Giảm 20% ÷ 80% thời gian sản xuất

- Giảm 15% ÷ 20% khối lượng lao động

- Giảm 20% ÷ 30% chi phí dụng cụ cắt

- Giảm 20% ÷ 60% thời gian chuẩn bị sản xuất

- Giảm 15% ÷ 30% thời gian đặt hàng và cấp hàng

- Đơn giản hóa việc lập quy trình sản xuất và rút ngắn chu kỳ sản xuất

- Hoàn thiện quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Khả năng thích ứng nhanh với thị trường, do đó giảm được thời gian đặt hàng và thời gian cấp hàng

- Tăng cường sự hợp tác giữa các tổ chức của công ty

- Nâng cao năng suất lao động

- Giảm 15% ÷ 70% phế liệu sản xuất

Lập quy trình công nghệ có sự trợ giúp của máy tính: CAPP (Computer

Aided Process Planning) là xác định thứ tự nguyên công với nhiều thông số công nghệ để chế tạo hoặc để lắp ráp CAPP cho phép lập được quy trình mới để gia công chi tiết, thay đổi quy trình đang được ứng dụng để có quy trình mới tiên tiến hơn hoặc để thực hiện các công việc lập chương trình nào đó một cách nhanh chóng và thuận tiện CAPP cho phép:

- Giảm thời gian thiết kế sản phẩm mới

- Giảm chi phí cho việc tiếp nhận chi tiết mới

- Giảm thời gian thiết kế dụng cụ cắt

- Tăng khả năng khai thác hệ thống CIM

- Giảm thời gian lập quy trình công nghệ

- Giảm số lượng dụng cụ cắt bị hỏng

Tế bào gia công: CM (Cellular Manufacturing) là thiết bị sản xuất thường

dùng để chế tạo các chủng loại chi tiết khác nhau Công nghệ nhóm trong quy trình sản xuất đã tạo ra CM Hệ thống sản xuất của một công ty được tổ chức thành các tế bào gia công Các tế bào gia công bao gồm: Máy gia công và các quy trình để chế tạo một loại chi tiết nào đó Tế bào gia công cho phép:

- Giảm đáng kể thời gian gia công chi tiết

- Giảm 20 ÷ 30% khối lượng lao động

- Giảm 15 ÷ 30% chi phí cho thiết kế xỹ thuật

- Giảm thời gian chuẩn bị sản xuất

- Đạt hiệu quả cao trong xử lý vật liệu

- Nâng cao chất lượng sản phẩm

- Đơn giản hóa việc lập quy trình công nghệ chế tạo và quy trình kiểm tra

Robot: Các lợi ích mà robot đem lại:

- Tăng năng suất lao động

- Nâng cao chất lượng sản phẩm

- Giảm phế liệu và chi phí cho những công việc lặp lại

- Giảm chi phí cho nguyên công kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Giảm chi phí lao động trực tiếp

- Có khả năng thực hiện nhiều nguyên công khác nhau

Hệ thống FMS: FMS được coi là phiên bản đầu tiên của CIM, ứng dụng hệ

thống FMS cho phép:

- Tăng tính linh hoạt khi gia công các loại chi tiết khác nhau

- Xử lý nhiều loại vật liệu khác nhau

- Hệ thống sản xuất tiếp tục hoạt động khi có một máy ngưng hoạt động

- Hoàn thiện sức lao động của con người

- Hoàn thiện quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Giảm 50% giá thành sản xuất

- Giảm 30% chi phí cho dụng cụ cắt

- Giảm 50 ÷ 90% khối lượng lao động

- Tăng hệ số sử dụng máy

- Nâng cao chất lượng sản phẩm

- Giảm phế liệu

- Giảm 42% diện tích mặt bằng sản xuất

- Nâng cao năng suất lao động tới 200 ÷ 350%

II Sự phát triển của CIM

2.1 Sự phát triển của CIM trên thế giới

2.1.1 Lịch sử phát triển của CIM

Vào năm 1954, NC đã được đưa vào sản xuất và sau đó, vào năm 1955 sự phát triển của công cụ xử lý lập trình tự động đã mở đầu cho sự xuất hiện của CAM CAD bắt đầu xuất hiện vào khoảng năm 1960 với công nghệ thiết kế cao nhờ có

sự trợ giúp của máy tính Với sự xuất hiện của vi mạch vào đầu những năm 1970, máy tính bắt đầu được ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực của sản xuất

Khái niệm về CIM đã được tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm

1973 Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hoặc các bộ vi xử lý tự động

Mục đích hiện thực lâu dài của CIM có thể đạt được thông qua việc lập kế hoạch phát triển ở tầm vĩ mô của các công ty Sự tích hợp có hiệu quả đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về tất cả các quá trình công nghệ và hiểu biết sâu sắc về các thiết

bị sản xuất của công ty Để cho việc ứng dụng CIM có hiệu quả thì việc tích hợp các công nghệ tiên tiến AMT phải được thực hiện thông qua các máy tính Máy tính chỉ hoạt động như các tọa độ phụ của công nghệ Tuy nhiên, không có máy tính thì việc tích hợp sẽ không có hiệu quả

Bộ quốc phòng Hòa kỳ đóng một vai trò quan trọng trong việc mở đường cho công nghệ CIM Năm 1975 họ bắt đầu lập chương trình sản xuất có trợ giúp của máy tính của lực lượng không quân AFCAM ( Air Force Computer Aided Manufacturing) Chương trình này cho phép tiếp cận tốt hơn đối với công nghệ sản xuất Nhờ kết quả đó mà sản xuất có trợ giúp của máy tính tích hợp ICAM (Intergrated Computer Aided Manufacturing) đã được xây dựng vào năm 1976 tại phòng thí nghiệm vật liệu của không quân Hoa Kỳ dưới sự chỉ đạo của Ủy ban kỹ thuật và Viện hàn lâm quốc gia NAEC (National Academy of Enegineering Comittee) về sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CAM Sau khi bỏ chương trình ICAM vào năm 1985, không quân Hoa kỳ bắt đầu xây dựng chương trình CIM Công ty Các hệ thống tự động và máy tính CASA của hội những nhà sản xuất SME đã được thành lập vào năm 1975 để tập trung kiến thức trong lĩnh vực máy tính và tự động hóa cho sự phát triển của sản xuất Là một hội khoa học và đào tạo, CASA/SME đã truyền bá khái niệm về CIM với đông đảo quần chúng và đã xây dựng vòng tròn nhà máy CIM nhằm cung cấp cho công nghiệp sản xuất một cái nhìn đúng đắn về CIM Hội đồng kỹ thuật của CASA/SME đã thống nhất 5 vấn đề cơ bản của vòng tròn CIM như sau: Quản lý sản xuất và quản lý nguồn nhân lực, sản xuất và quá trình, lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra, nhà máy tự động hóa và quản lý nguồn thông tin Vòng tròn CIM mô tả khía cạnh tích hợp của CIM đối với quan điểm về quản lý sản xuất CIM có những ưu điểm sau đây:

- Tính linh hoạt của sản phẩm, của sản lượng và của vật liệu

- Nâng cao năng suất và chất lượng của gia công

- Hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất

- Giảm lao động trực tiếp và lao động gián tiếp

- Thiết kế có năng suất và độ chính xác cao

- Tiêu chuẩn hóa cao và sử dụng vật liệu hợp lý

- Tiết kiệm thời gian và mặt bằng sản xuất

- Tạo cơ sở dữ liệu chung để loại trừ các bộ phận chứa dữ liệu độc lập

- Loại trừ các công việc lặp lại không cần thiết

- Giảm thời gian giám sát sản xuất và số cán bộ thực hiện công việc này

- Có ưu điểm cạnh tranh đối với các đối thủ cạnh tranh

Khái niệm về CIM được đưa ra trong thời gian đầu có vẻ như không đạt được ý tưởng thực tế, tuy nhiên với công nghệ ngày nay thì CIM đạt được mục đích không mấy khó khăn Tương lai của kỹ thuật là ứng dụng CIM với tác động của trí tuệ Sản xuất trí tuệ là con đường của tương lai Vì vây, công nghệ sản xuất và các

hệ thống CIM sẽ bao gồm cả trí tuệ để giúp các nhà máy chế tạo ra các sản phẩm

có chất lượng cao, giá thành hạ

2.1.2 Hướng phát triển của CIM

ảo mới đảm bảo được sự cạnh tranh và thị trường toàn cầu Từ khái niệm nhà máy

ảo người ta đưa ra khái niệm về CIM ảo Nghiên cứu về CIM ảo và ứng dụng nó trong phạm vi toàn cầu đã trở nên bức thiết Ứng dụng CIM ảo là một bước tiến quan trọng trong sản xuất tương lai đã được Lin (năm 1977) khởi xướng Tuy nhiên, vào thời điểm này cũng có rất nhiều công trình về nhà máy ảo của Makatsoris và Besant được công bố CIM ảo có thể thích ứng với sản xuất và phân

bố toàn cầu

Trung tâm nghiên cứu công nghệ sản xuất tiên tiến của trường Đại học tổng hợp nam Australia đã đưa ra khái niệm về vòng tròn CIM ảo Vòng tròn CIM ảo này mô tả các điều kiện thị trường toàn cầu

Hình 1.1 Vòng tròn CIM ảo

Chú thích các khái niệm:

Global Competition & Environmental Concerns (Sự cạnh tranh toàn cầu và những quan tâm tới vấn đề môi trường)

Mass Customisation (Số lượng khách hàng)

Shorter Product Life Cycles (Chu kì vòng đời ngắn của sản phẩm)

Innovation & Faster Respone (Sự đổi mới và đáp ứng nhanh)

Global Manufacturing Systems (Hệ thống sản xuất toàn cầu)

Strategic Planning & Control (Hoạch định chiến lược và điều khiển)

Virtual Eterprise (Các nhà máy ảo)

Interconnected ATMS (Liên kết qua lại giữa các công nghệ tiên tiến)

Dedicated & Distributed but Interconnected Management (Phân nhỏ và nhanh nhạy nhưng phải liên kết qua lại trong quản lý)

Interconnected Global & Local Functional Units (Các đơn vị sản xuất được liên kết ở từng khu vực và trên phạm vi toàn cầu)

Global Information & Communication Links (Sự liên kết về thông tin và giao tiếp toàn cầu)

Shared Data (Chia sẻ dữ liệu)

Integrated Enterprise Infrastructure (Kết cấu hạ tầng tích hợp của các nhà

máy sản xuất)

Khái niệm về vòng tròn CIM ảo cũng như vòng tròn CIM đã được các nhà sản xuất SME ( Society of Manufacturing Engineers) phát triển và nó được giải thích như sau ( Giải thích được bắt đầu từ vòng tròn ngoài cùng):

Vòng ngoài mô tả tình trạng thế giới hiện tại, đó là cạnh tranh toàn cầu, sự quan tâm môi trường, hàng hóa thỏa mãn nhu cầu của khách hàng, chu kỳ chế tạo sản phẩm ngắn, yêu cầu sáng tạo sản phẩm và trả lời nhanh

Vòng thứ hai mô tả các hệ thống toàn cầu, đó là các nhà máy ảo, các hệ thống sản xuất toàn cầu và những hoạch định sản xuất mang tính chiến lược

Vòng thứ ba giải thích cách thức thực hiện, đó là sự liên kết toàn cầu về sản xuất, sự liên kết của các công nghệ tiên tiến, sự chuyên môn hóa và phân phối riêng biệt nhưng được quản lý chung

Vòng thứ tư mô tả sự cần thiết của thông tin và liên kết toàn cầu, đồng thời sự cần thiết phải phân chia dữ liệu giữa các hệ thống

Vòng trung tâm mô tả kết quả của CIM như một nhà máy tích hợp toàn cầu thông qua cấu trúc tích hợp

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đầu tư vào CIM và để giúp nền công nghiệp sản xuất, nhiều nhà nghiên cứu đã tìm ra những giải pháp để ứng dụng CIM Dưới đây là một số hướng nghiên cứu về CIM:

- Hợp lý hóa CIM và chiến lược quản lý CIM

- Nhà máy tích hợp cho CIM với gianh giới địa lý

- Mạng liên kết của CIM

- Công cụ và công nghệ tiên tiến cho việc ứng dụng CIM

Chỉ tiêu “nhà máy tích hợp cho CIM với gianh giới địa lý” được nghiên cứu theo cấu trúc và mô hình hóa của nhà máy tích hợp, theo hợp tác CAD/CAM toàn cầu thông qua các hệ thống phụ trợ của CIM

Chỉ tiêu “mạng liên kết của CIM” bao gồm ứng dụng mạng trên phạm vi rộng

và Internet cho CIM, tăng cường thông tin bằng giữ liệu tích hợp mối quan hệ giữa khách hàng và nhà sản xuất, các dữ liệu quản lý trong các hệ thống CIM

Chỉ tiêu “công cụ và công nghệ tiên tiến cho việc ứng dụng CIM” được nghiên cứu về robot, tự động hóa và sản xuất trí tuệ

Chỉ tiêu “mô hình hệ thống sản xuất” được nghiên cứu về tích hợp các mô hình thông tin với các mô hình chức năng của CIM, mô hình mô phỏng tích hợp của CIM và các hệ thống thiết kế của CIM

Chỉ tiêu “Ứng dụng trí tuệ nhân tạo” bao gồm các hướng nghiên cứu về ứng dụng các mạng notron trong tự động hóa sản xuất, hệ thống hoạch định trí tuệ và các mô hình thích nghi của CIM

Các hướng nghiên cứu để phát triển CIM:

Trong phạm vi nghiên cứu về hợp lý hóa CIM và chiến lược quản lý CIM, sự phát triển của hệ thống thông tin quản lý đã thúc đẩy việc ứng dụng hệ thống trợ giúp ra quyết định DSS trong môi trường ra quyết định theo nhóm Hơn nữa, sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ và trí thức đã tác động đến các mô hình tĩnh

và lạc hậu của xí nghiệp Vì vậy, để hợp lý hóa và tối ưu hóa đầu tư cho nhà máy

ảo cần có hệ thống trợ giúp ra quyết định theo nhóm GDSS (Group Decision Support Systems )

Hệ thống GDSS cho phép tính hiệu quả của các công nghệ tiên tiến AMT trong

cơ cấu tổ chức toàn cầu Đồng thời hệ thống GDSS giúp các nhà ra quyết định phân tích hiệu quả đầu tư của một công ty hay xí nghiệp nào đó

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ cho phép tạo ra nền sản xuất toàn cầu với nhiều nhà máy, xí nghiệp được phân bố trên các vùng lãnh thổ khác nhau Gần đây người ta đã thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu khác nhau nhằm mục đích phát triển CIM Các hướng nghiên cứu đó là:

- Nghiên cứu về nhà máy tích hợp của CIM

- Nghiên cứu về mạng liên kết và Internet của CIM

- Nghiên cứu về robot và tự động hóa để ứng dụng vào CIM

- Nghiên cứu về hợp lý hóa và tối ưu hóa CIM

- Nghiên cứu khả năng ứng dụng của CIM ảo và sản xuất trí tuệ

2.2 Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam

Nhịp độ phát triển của sản xuất tự động hóa toàn phần FMS & CIM phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó hai yếu tố: Lực lượng lao động có trình độ chuyên môn cao và nguồn tài chính đóng vai trò quan trọng nhất FMS & CIM là những hệ thống sản xuất có mức độ tự động hóa cao, chúng đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển Tuy ở Việt nam sản xuất tự động hóa mới chỉ ở giai đoạn đầu của sự phát triển, nhưng để hoàn thành sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước thì việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các hệ thống FMS & CIM đã và đang được quan tâm đặc biệt

Hiện nay CIM còn là một khái niệm khá mới mẻ đối với các nhà máy tại Việt Nam Hầu như không thấy sự ứng dụng của các hệ thống CIM trong sản xuất mà chỉ có một số rất ít các hệ thống Mini CIM được sử dụng trong đào tạo tại một số trường đại học về kỹ thuật Tiêu biểu là hệ thống MiniCIM của trường Đại học Bách khoa Hà nội

Tuy nhiên với làn sóng đầu tư rất mạnh đang tràn vào Việt nam sau khi gia nhập WTO, các hệ thống sản xuất tự động toàn phần đang phát triển nhanh chóng

và trong tương lai CIM sẽ được ứng dụng vào sản xuất Để bắt kịp với sự phát triển nhanh của nền công nghiệp thế giới, việc đào tạo ra một đội ngũ cán bộ vận hành và quản lý có kiến thức về CIM là rất quan trọng Vì vậy việc giảng dạy về FMS & CIM đang được đặc biệt trú trọng tại các trường đại học kỹ thuật của Việt nam

III Ứng dụng và hiệu quả của CIM

3.1 Ứng dụng của CIM

Thiết lập một hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính CIM là một vấn đề không đơn giản nó không chỉ phụ thuộc vào khả năng tài chính của công ty mà còn phụ thuộc vào đội ngũ nhân lực của công ti do đó việc ứng dụng một hệ thống CIM vào sản xuất của một công ty phải được xem xét một cách cẩn thận Thực tế khi mà sản xuất phát triển, nhu cầu của khách hàng thay đổi thường xuyên và không ngừng nâng cao, sự cạnh tranh mạnh của nhiều công ty trên phạm

vi toàn cầu thì yêu cầu ứng dụng một hệ thống CIM cho sản xuất là rất cần thiết Trong hệ thống CIM chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm và tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả Với hệ thống CIM, nó có khả năng cung cấp sự trợ giúp máy tính cho tất cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp, phân phối sản phẩm của một nhà máy

CIM tham gia vào môi trường sản xuất công nghiệp: điều khiển robot lắp ráp, gia công, sơn phủ đánh bóng, gia công hàn, kiểm soát chất lượng sản phẩm, đóng gói, vận chuyển và phân phát hàng hoá

CIM tham gia vào các quá trình công nghệ: thiết kế và sản xuất có trợ giúp máy tính(CAD/CAM) Lập kế hoạch sản xuất và quy trình công nghệ có trợ giúp của máy tính ( Computer Aided Process Planning / Computer Aided Engineering (CAPP/CAE)

CIM bao gồm mạng và các hệ thống: các phần cứng và phần mềm truyền thông trong nhà máy, quản lý thông tin dữ liệu bao gồm cả việc thu thập, lưu trữ và truy xuất dữ liệu

CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng các quá trình sản xuất: lập kế hoạch và kiểm soát nguyên liệu đầu vào, các hệ thống theo dõi và kiểm soát chất lượng, các kỹ thuật và phương pháp thanh tra giám sát như lập kế hoạch và quản

lý nguồn lực sản xuất, lập kế hoạch và quản lý nguồn lực công ty, kiểm tra chất lượng toàn bộ và phương thức sản xuất đáp ứng kịp thời sự thay đổi nhanh chóng của các chủng loại sản phẩm

3.2 Hiệu quả của CIM

Hệ thống CIM có thể tạo ra lợi nhuận vững chắc cho người sử dụng hơn là các hệ thống sản xuất thông thường khác CIM cho phép một nhà máy sản xuất thích ứng nhanh chóng với sự thay đổi của thị trường và cung cấp các hướng phát triển cơ bản của sản phẩm trong tương lai Với sự trợ giúp của các máy tính trong CIM, các hoạt động phân đoạn của quá trình sản xuất được tích hợp thành một hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi chảy với sự giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm Trong hệ thống CIM cho phép sử dụng tối ưu các thiết bị, nâng cao năng xuất lao động, luôn ứng dụng các công nghệ tiên tiến và giảm thiểu sai số gây ra bởi con người, kinh nghiệm sử dụng CIM cho thấy những lợi ích điển hình sau đây:

+ Nhanh chóng cho ra đời sản phẩm mới kể từ lúc nhận đơn đặt hàng: + Giảm 15-30% giá thành thiết kế

+ Giảm 30-60% thời gian chế tạo chi tiết

+ Tăng năng suất lao động lên tới 40-70%

+ Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được 20-50% phế phẩm

+ Quản lý vật tư hàng hoá sát thực tế hơn

+ Tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường + Hoàn thiện được phương pháp thiết kế sản phẩm, ví dụ: sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cùng với máy tính cho phép thực hiện phép tính nhanh hơn

30 lần so với các phương pháp thông thường khác cho nhiều phương án thiết kế khác nhau

CHƯƠNG II CẤU TRÚC HỆ THỐNG CIM

Một cách tổng quát CIM có thể được hiểu là một chiến lược để đạt được mục đích thị trường của nhà máy Đó là một khái niệm dùng để chỉ một phương thức sản xuất tiên tiến dựa trên những thành tựu của công nghệ thông tin CIM cho phép thiết lập nên một hệ thống sản xuất toàn cầu có khả năng đáp ứng nhanh nhất nhu cầu của thị trường, đạt được hiệu quả kinh tế cao, ứng dụng nhanh chóng các sáng kiến và các công nghệ mới vào sản xuất CIM chính là hướng phát triển tất yếu của sản xuất hiện nay Tuy vậy việc áp dụng CIM vào sản xuất cũng gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là đối với nền sản xuất còn yếu của Việt Nam Để áp dụng được CIM vào sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, đó là khả năng tài chính của nhà sản xuất, năng lực của người lao động, năng lực quản lý, khả năng tiếp cận với công nghệ mới…Đặc biệt là CIM phải được áp dụng một cách đồng

bộ và triệt để Vì chỉ khi nào được áp dụng đồng bộ và triệt để thì CIM mới thực

sự phát huy được tối đa những lợi thế mà nó mang lại so với những công nghệ sản xuất khác

Đối với lĩnh vực sản xuất nói riêng CIM được hiểu là một hệ thống sản xuất tự động toàn phần Tất cả các bộ phận của hệ thống đều được tích hợp và điều khiển qua phần mềm tích hợp Một hệ thống CIM cơ bản bao gồm các máy CNC, robot,

hệ thống vận chuyển tích trữ, kho chứa, hệ thống kiểm tra và hệ thống điều khiển

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống CIM

bù chiều dài và đường kính của dụng cụ Độ chính xác của các chi tiết khi gia công không còn phụ thuộc vào tay nghề của công nhân Do đó chất lượng sản phẩm sản xuất ra ổn định và đạt năng suất cao

Các chuyển động cắt và chuyển động tạo hình của các máy CNC có nguyên tắc không khác so với các máy công cụ truyền thống Các máy CNC cũng có một quy chuẩn về hệ tọa độ để xác định các chiều chuyển động của máy Điểm khác biệt lớn nhất giữa các máy CNC và các máy công cụ truyền thống, đó là khả năng thay thế dụng cụ tự động của máy CNC Chính khả năng này đã làm tăng năng suất của các máy CNC lên rất nhiều so với các máy công cụ thông thường Cũng chính vì vậy nên dụng cụ và ổ lắp dụng cụ của các máy CNC đều phải có các điểm chuẩn

để gá lắp tự động, chúng đều được chế tạo theo tiêu chuẩn chung với yêu cầu rất cao về độ chính xác, vật liệu, kích thước

Các máy CNC có thể phân chia theo loại và theo hệ thống điều khiển: Theo loại máy cũng tương tự như các máy công cụ truyền thống, chia ra các loại như máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC… và các trung tâm gia công CNC Các trung tâm CNC có khả năng thực hiện gia công nhiều loại bề mặt và sử dụng nhiều loại dụng cụ khác nhau Phân chia theo hệ điều khiển có thể phân ra các loại:

- Các máy điều khiển điểm tới điểm: Với các loại máy này, trong quá trình gia công, người ta cho định vị nhanh dụng cụ đến tọa độ yêu cầu và trong quá trình dịch chuyển nhanh dụng cụ, máy không thực hiện việc cắt gọt Chỉ đến khi đạt được tọa độ theo yêu cầu thì mới thực hiện các chuyển động cắt gọt Ví dụ như máy khoan, khoét, máy hàn điểm,máy đột, dập…

- Các máy điều khiển đoạn thẳng: Đó là các máy có khả năng gia công trong quá trình thực hiện dịch chuyển theo các trục Có nghĩa là dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động cắt gọt trong quá trình dịch chuyển song song theo các trục tọa

độ

- Các máy điều khiển đường: Đó là các máy mà dụng cụ có khả năng thực hiện gia công theo cá đường bất kỳ trong mặt phẳng hoặc trong không gian tùy thuộc vào đường điều khiển là phẳng hay không gian mà số trục được điều khiển đồng thời là khác nhau Từ đó chia ra các máy 2 trục, 3, 4, 5 trục (tức là có số trục được điều khiển đồng thời theo quan hệ ràng buộc)

+ Máy 2D: Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong một mặt phẳng nhất định nào đó, ví dụ trên máy tiện dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt phẳng xoz để tạo nên đường sinh khi tiện các bề mặt, trên máy phay 2D dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động trong mặt phẳng xoy để tạo nên các đường rãnh hay các mặt bậc có biên dạng bất kỳ

+ Máy 3D: Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong mặt phẳng đồng thời để tạo nên một đường cong hay một mặt cong trong không gian bất kỳ Điều này tương ứng với quá trình điều khiển đồng thời cả 3 trục của máy theo một quan hệ ràng buộc nào đó tại từng thời điểm để tạo nên một vết quỹ đạo của dụng cụ theo yêu cầu

+ Điều khiển 2D1/2: Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2 trục đồng thời

để tạo nên một đường cong phẳng, còn trục thứ 3 được điều khiển chuyển động độc lập Điều khác biệt của phương pháp điều khiển này so sới điều khiển 2D là ở chỗ 2 trục được điều khiển đồng thời có thể thay đổi được vị trí cho nhau

+ Điều khiển 4D, 5D: Trên cơ sở của điều khiển 3D người ta bổ xung cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 hoặc 2 chuyển động quay xung quanh một trục nào đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D Với khả năng như vậy, có thể thực hiện gia công cá bề mặt phức tạp một cách dễ dàng hơn so với gia công trên máy 3D Mặt khác, vì lý do công nghệ nên

có những bề mặt không thể thực hiện được việc gia công bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ khác nhau hoặc sẽ có những điểm có tốc độ cắt bằng 0 (đỉnh của dao phay đầu cầu) hay lưỡi cắt của dụng cụ không thể thực hiện được việc gia công như mong muốn (ví dụ khi góc cắt không thuận lợi hay có thể bị vướng vào thân dao

và các phần còn lại của chi tiết)

Tóm lại tùy vào yêu cầu gia công mà có thể chọn các loại máy CNC có số bậc

tự do khác nhau nhằm đạt hiệu quả sử dụng cũng như mục đích kinh tế là lớn nhất Việc chọn các máy CNC trong hệ thống CIM là vấn đề hết sức quan trọng Yêu cầu đặt ra là phải cân bằng giữa việc phát huy tính linh hoạt của hệ thống và lợi ích kinh tế của hệ thống Nếu ta chọn các máy CNC có số bậc tự do ít sẽ làm giảm tính linh hoạt của hệ thống do khó có khả năng gia công các chi tiết phức tạp Nhưng nếu chọn máy CNC có số bậc tự do quá lớn có thể không sử dụng hết các khả năng của máy và làm giảm lợi ích kinh tế Vì các máy CNC có số bậc tự do lớn có giá cao hơn rất nhiều so với các máy CNC có số bậc tự do thấp hơn Đó là

do việc phối hợp chuyển động của càng nhiều trục thì vấn đề điều khiển sẽ trở nên phức tạp hơn rất nhiều so với điều khiển độc lập các trục

II Robot

Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất Đặc biệt là trong các hệ thống CIM, tính tự động hoá của hệ thống sản xuất tích hợp và yêu cầu linh hoạt trong việc thay đổi sản phẩm đòi hỏi ứng dụng một số lượng lớn các robot công nghiệp thực hiện các chức năng chủ yếu như cấp phôi cho các trung tâm gia công, gắp các chi tiết ra sau khi đã gia công, thực hiện quá trình lắp ráp tự động

Hình 2.2 Robot trong hệ thống CIM

Để tiêu chuẩn hoá công việc thiết kế, Robot được chia làm ba phần chính: nguồn cung cấp năng lượng, bộ điều khiển và phần tay máy Mỗi phần trong ba phần chính trên bao gồm nhiều bộ phận và các bộ phận có thể biến đổi để đáp ứng tiêu chuẩn và các thông số thiết kế của mỗi Robot nhất định

Tuỳ theo chỉ tiêu phân loại có thể có rất nhiều kiểu phân loại robot

- Phân loại theo số bậc tự do: Robot 1, 2, 3, bậc tự do

- Phân loại theo hệ năng lượng:

+ Robot hoạt động theo năng lượng điện

+ Robot hoạt động theo năng lượng thuỷ lực

+ Robot hoạt động theo năng lượng khí nén

+ Robot hoạt động theo năng lượng mặt trời

- Phân loại theo phương pháp điều khiển:

+ Robot có điều khiển số (CNC)

+ Robot có điều khiển logic khả trình (PLC)

+ Robot có điều khiển trí tuệ nhân tạo

Cảm biến ngoại biến nội Cảm

Hệ thống điều khiển

Hệ thống truyền dẫn động

Dụng cụ thao tác Máy

tính

+ Robot có điều khiển thích nghi

- Phân loại theo hệ truyền động: Phục thuộc vào nguồn động lực ta có thể phân ra:

+ Robot với truyền động gián tiếp

+ Robot với truyền động trực tiếp

- Phân loại theo cấp chính xác:

+ Cấp chính xác tuyệt đối

+ Cấp chính xác lặp lại

2.1 Ứng dụng robot công nghiệp trong hệ thống CIM

Robot là thành phần không thể thiếu trong các máy CNC Các robot có khả năng thực hiện nhiều công việc khác nhau với tính linh hoạt cao và độ chính xác đảm bảo yêu cầu

Trong hệ thống sản xuất CIM, các nguyên công chính được thực hiện tự động trên các trung tâm gia công là các máy CNC Các nguyên công phụ như cấp, tháo phôi trên máy CNC, đưa chi tiết từ vị trí này đến vị trí kia trong hệ thống sản xuất, được thực hiện nhờ các robot công nghiệp Các robot này thực hiện các nguyên công : gắp phôi từ các kho chứa, vận chuyển và gá đặt chúng tại vùng gia công, sau đó lại tháo các chi tiết đã gia công, vận chuyển và xếp chúng vào thùng chứa hoặc các trạm trung gian để thực hiện các nguyên công tiếp theo Ngoài ra, trong

hệ thống CIM các robot công nghiệp còn được ứng dụng rộng rãi để thực hiện các công đoạn lắp ráp tự động hay ứng dụng trong các quá trình kiểm tra sản phẩm trong dây chuyền sản xuất

Số lượng các robot, độ chính xác và tính vạn năng của các robot trong hệ thống CIM cần phải được xác định một cách hợp lý để đảm bảo năng suất và hiệu quả kinh tế của hệ thống Các robot có độ chính xác và tính vạn năng càng lớn giá thành sẽ càng cao nhưng bù lại chúng có khả năng thực hiện các công việc phức tạp với độ chính xác cao, chỉ cần một robot cũng có thể phục vụ được nhiều loại máy CNC cùng lúc và ít phải hiệu chỉnh robot khi chi tiết gia công thay đổi Đối với những công việc thực hiện tại chỗ cố định và mang tính lặp lại thì nên lựa chọn những robot chuyên môn hóa, các loại robot này có năng suất làm việc cao

và giá thành không quá đắt

2.2 Các yêu cầu đối với các robot hoạt động trong hệ thống CIM

Để đáp ứng các yêu cầu hoạt động trên trong hệ thống CIM các robot công nghiệp cần có những tính năng sau:

- Thực hiện các nguyên công một cách tự động

- Dễ điều chỉnh khi thay đổi đối tượng sản xuất bằng cách thay đổi chương trình lập cho robot Có khả năng thực hiện nhiều công việc với nhiều loại chi tiết khác nhau

- Phải được kết nối vào mạng truyền thông của hệ thống

- Có khả năng thực hiện các thao tác một cách nhẹ nhàng với độ chính xác cao

- Đảm bảo làm việc ổn định theo chu trình trong thời gian dài

- Có khả năng trang bị thiết bị kiểm tra tự động chất lượng gia công và có phần mềm lập trình riêng

Các yêu cầu này chỉ mang tính tổng quát, đối với các nhiệm vụ cụ thể thì các yêu cầu đối với robot phải thay đổi để phù hợp với công việc và tăng hiệu quả kinh tế khi sử dụng

III Hệ thống vận chuyển tích trữ

Hệ thống vận chuyển tích trữ có nhiệm vụ vận chuyển phôi, chi tiết, dụng cụ, phoi trong hệ thống, tích trữ các bán thành phẩm trong quá trình di chuyển giữa các nguyên công trong quy trình công nghệ

3.1 Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tích trữ

Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tích trữ chia làm 2 nhóm: nhóm thiết bị chính, nhóm thiết vị phụ

- Nhóm thiết bị chính:

+ Các loại băng tải

+ Các rôbốt vận chuyển

+ Các cơ cấu vận chuyển bằng khí nén

+ Các cơ cấu vận chuyển bằng thuỷ lực

+ Các cơ cấu định hướng

+ Các cơ cấu xác định địa chỉ (xác định vị trí)

+ Các phễu rung

+ Các xe tời vận chuyển

+ Các cơ cấu (máy) tiếp liệu

+ Các thùng chứa

Một số loại băng tải trong hệ thống CIM:

Đa số các loại băng tải được gắn hệ truyền động điện, có thể là động cơ bước (servo) hoặc không (động cơ điện thường)

Với hệ băng tải gắn động cơ servo thì có khả năng điều khiển chính xác, linh hoạt hành trình của chi tiết (được vận chuyển trên băng tải) thông qua việc điều khiển số vòng quay của động cơ servo Khi đó có thể dừng chi tiết tại bất kỳ vị trí nào trên băng tải

Với hệ băng tải sử dụng động cơ điện thường, việc điều khiển vị trí của chi tiết

là thông qua các trạm dừng đặt trên hệ băng tải Muốn dừng chi tiết tại bao nhiêu

vị trí thì trên hệ băng tải phải có bằng ấy trạm dừng Khi chi tiết đến gần mỗi trạm dừng nào đó, nó sẽ tác động đến thiết bị cảm biến hành trình báo cho trạm đừng là

có đối tượng đi vào Thông tin này giúp cho cơ cấu kẹp giữ chi tiết hoạt động và tách chi tiết ra khỏi dòng vận chuyển của hệ băng tải

So sánh 2 hệ băng tải trên cho thấy là hệ băng tải sử dụng động cơ servo có nhiều ưu điểm hơn sử dụng động cơ điện thông thường Đó là sự linh hoạt và chính xác về vị trí dừng chi tiết trên băng tải, sự đơn giản về kết cấu của trạm dừng và các cơ cấu phụ trợ Tuy vậy sử dụng động cơ servo giá thành của băng tải

sẽ tăng lên Do đó tùy vào trường hợp cụ thể có thể lựa chọn các loại băng tải khác nhau cho phù hợp

3.2 Hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết gia công của CIM

3.2.1 Chức năng của hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết gia công

Hệ thống vận chuyển-tích trữ chi tiết gia công của CIM thực hiện các chức năng sau:

- Vận chuyển các chi tiết gia công (phôi) trong thùng chứa hoặc trên các vệ tinh tới các vị trí tiếp nhận để bổ xung vào ổ tích có dung lượng nhỏ đặt cạnh các máy

- Lưu trữ trong các ổ tích có dung lượng lớn các chi tiết dự trữ giữa các nguyên công trên các vệ tinh hoặc trên thùng chứa và theo lệnh của máy tính vận chuyển chúng tới vị trí tiếp nhận để tiếp tục gia công

- Vận chuyển các chi tiết đã được gia công trên các máy tới vị trí tháo chi tiết

và chuyển các vệ tinh tự do về vị trí cấp phôi hoặc ổ tích trữ

- Vận chuyển các chi tiết đã được gia công tới vị trí kiểm tra (kiểm tra giữa các nguyên công) và chuyển chúng về vị trí tiếp nhận để gia công tiếp

3.2.2 Phân loại hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết

Hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết được thiết kế chủ yếu theo 3 phương án: loại giá tích trữ với máy xếp đống, loại băng tải tích trữ và phương án tổ hợp (gồm băng tải tích trữ và giá tích trữ với máy xếp đống được treo thêm giá hoặc các xe tời di chuyển trên đường ray)

Dưới đây chúng ta sẽ nghiên cứu một số hệ thống vận chuyển - tích trữ có dung lượng vừa và nhỏ dùng cho các vệ tinh của Nhật Bản và Hoa Kỳ được lắp đặt cạnh các máy CNC nhiều nguyên công trong hệ thống CIM

Hình 2.3 Ổ tích vệ tinh với xe tời di động của hãng Hitachi Seiki(Nhật Bản)

1: Các vệ tinh ; 2: ổ tích ; 3: Đường ray ; 4: Xe tời di động ; 5: Máy nhiều nguyên

công ; 6: Cơ cơ cấu quay ; 7: Bàn quay

Hình 2.3 là hệ thống vận chuyển - tích trữ (magazin) với xe tời di động của hãng Hitachi Seiki (Nhật Bản) Di chuyển các vệ tinh 1 từ các vị trí của ổ tích 2 tới

cơ cấu quay 6 để tự động thay đổi các vệ tinh trên máy nhiều nguyên công 5 và ngược lại được thực hiện bằng xe tời di động 4 với truyền động bằng xích hoặc dây cáp Xe tời được trang bị cơ cấu tiếp nhận – cấp phát các vệ tinh và được di chuyển trên đường ray 3 Trong ổ tích có vị trí với bàn quay 7 được dùng để gá và tháo các chi tiết gia công và để nối kết với cơ cấu vận chuyển bên ngoài hệ thống CIM

Xe tời di động khác băng tải tích trữ ở chỗ là trên băng tải tích trữ tất cả các vệ tinh được di chuyển cùng lúc, còn xe tời di động có thể chọn một vệ tinh bất kỳ để cấp cho máy gia công Kết cấu của xe tời di động không phức tạp, đơn giản khi vạn hành và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống vận chuyển - tích trữ như

một cơ cấu vận chuyển, đảm bảo mối liên kết giữa ổ tích (magazin) vệ tinh và các chỗ làm việc của công nhân

Hệ thống vận chuyển - tích trữ với xe tời di động cho phép phục vụ một số máy nhiều nguyên công và có thể được sử dụng để vận chuyển nhiều loại chi tiết gia công khác nhau

Hình 2.4 là hệ thống vận chuyển - tích trữ với băng tải tích trữ trong CIM của hãng Cincinnati Milacron (Hoa Kỳ) Hệ thống CIM này có 4 máy CNC nhiều nguyên công 4 và hệ thống vận chuyển - tích trữ các vệ tinh với băng tải tích trữ con lăn 1 khép kín và các ổ tích con lăn phụ trợ giảm xung 6 đặt cạnh mỗi máy của CIM Ngoài ra mỗi máy còn có trên bàn một vị trí chờ bổ xung 3 cho vệ tinh,

nó cho phép giảm thời gian dừng của máy khi thay đổi vệ tinh

Hình 2.4 Hệ thống vận chuyển-tích trữ vệ tinh trong CIM của hãng Cincinnati

Milacron (Mỹ) 1: Băng tải tích trữ con lăn; 2: Cơ cấu quay; 3: Vị trí bàn bổ xung; 4: Các máy nhiều nguyên công; 5: Cơ cấu tiếp nhận-cấp phát; 6: ổ tích con

lăn phụ trợ; 7: Vị trí cấp chi tiết; 8: Vị trí tháo chi tiết

Di chuyển vệ tinh từ các nhánh dọc của băng tải sang các nhánh ngang và từ các nhánh ngang sang các nhánh dọc được thực hiện bằng các cơ cấu quay 2 Di chuyển của vệ tinh từ các ổ tích giảm xung sang vị trí chờ của máy và ngược lại được thực hiện nhờ các cơ cấu tiếp nhận - cấp phát 5 đựpc đặt đối diện các vị trí chờ của các máy Băng tải tích trữ trung tâm có các nhánh tạo thành một bộ phận với các vị trí cấp chi tiết 7 và tháo chi tiết 8

3.3 Hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ của CIM

Hiệu quả gia công trên máy CNC của hệ thống CIM phụ thuộc rất nhiều vào

sự thay đổi các dụng cụ mà các chỉ tiêu công nghệ của chúng là: tuổi bền, chủng loại chi tiết gia công Tổ chức vận hành dụng cụ cắt trong hệ thống CIM bao gồm:

- Tiếp nhận dụng cụ cắt và dụng cụ phụ

- Sắp xếp theo dõi trạng thái của dụng cụ khi gia công chi tiết và thay đổi dụng

cụ kịp thời

- Giữ gìn và bảo quản dụng cụ 1 cách có hệ thống

3.3.1.Chức năng của hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ

- Tự động vận chuyển và phân phát dụng cụ cho các máy gia công của CIM

- Thực hiện cấp và tháo dụng cụ từ các magazin của các máy khi chuyển đổi đối tượng gia công và lưu giữ chúng ở các ổ tích trung tâm

- Đưa các dụng cụ ra ngoài từ các máy của CIM để hiệu chỉnh và mài sắc

- Đưa vào các máy của CIM các dụng cụ mới

3.3.2 Một số loại hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ

Các máy CNC nhiều nguyên công đều có các magazin dụng cụ (ổ tích dụng cụ) để sắp đặt dụng cụ và các cơ cấu để tự động thay đổi dụng cụ theo 1 trình tự đã định là từ magazin tới trục chính của máy và ngược lại

Các magazin dụng cụ có dung lượng từ 12 - 60 dụng cụ Khi số dụng cụ < 12 người ta dùng đầu revonve Magazin có dung lượng từ 12 - 30 chiếc được thiết kế theo kết cấu dạng trống (đĩa), còn magazin có số lượng >50 được thiết kế theo kết cấu dạng xích

Hình 2.5 Hệ thống vận chuyển-tích trữ dụng cụ dạng xích của hãng Hitachi

Seiki(Nhật Bản) 1: ổ tích dụng cụ; 2: Magazin(ổ chứa) dụng cụ; 3: Máy;4: Vệ

tinh; 5: cơ cấu tiếp nhận

Các magazin dụng cụ 2 được lắp đặt trong ổ tích 1 của hệ thống Để gia công chi tiết, một trong số các magazin dụng cụ được tự động gá trên cơ cấu tiếp nhận 5 được lắp đặt trên trụ đứng của máy 3 Trụ này có các sống trượt để di chuyển đầu trục chính Khi 1 chi tiết khác trên vệ tinh 4 được chuyển tới máy thì magazin dụng cụ (vị trí B) quay trở về vị trí tự do (vị trí C) của ổ tích, còn từ ổ tích (vị trí A) magazin dụng cụ khác được chuyển tới cơ cấu tiếp nhận 5 để gia công chi tiết vừa được chuyển tới

Để thay đổi magazin dụng cụ, trụ đứng của máy di chuyển theo toạ độ X cho tới khi trục của cơ cấu tiếp nhận 5 trùng với trục của 1 trong các magazin dụng cụ nằm trong ổ tích 1 Quá trình thay đổi magazin dụng cụ được thực hiện 1 cách tự động theo lệnh của cơ cấu điều khiển số hoặc của máy tính hoặc từ trạm điều khiển trung tâm

3.4 Điều khiển hệ thống vận chuyển - tích trữ

Điều khiển hệ thống vận chuyển tích trữ được chia ra làm hai mức

Mức 1 (Các cơ cấu tự động khu vực để điều khiển thiết bị vận chuyển, các máy xếp đống, các rôbốt vận chuyển):

Mức này giải quyết việc điều khiển truyền động của các hệ thống vận chuyển, định vị chính xác cơ cấu vận chuyển tại chỗ làm việc, dừng cơ cấu vận chuyển khi

có tín hiệu báo hỏng hóc, cấp và tháo các ổ tích trữ, xử lý và truyền tín hiệu để kiểm tra và chuẩn đoán

- Các thiết bị kỹ thuật của mức 1 gồm:

+ Các đattric để xác định luồng hàng (có thể có hay không)

+ Các đattric vị trí của cơ cấu vận chuyển

+ Các đattric đo mức của các ổ tích trữ

Mức 2 (Điều khiển luồng hàng của sản xuất):

Mức này giải quyết việc điều khiển hành trình chuyển động của cơ cấu vận chuyển, kiểm tra và chuẩn đoán các sai số, tính toán chuyển động của hàng hoá Các cơ cấu điều khiển mức 1 phải tự động hoá hoàn toàn quá trình vận chuyển, tích hợp với hệ thống điều khiển của mức 2, có tính linh hoạt với sự thay đổi luồng hàng vận chuyển Nhờ máy vi tính cho phép nối kết mức điều khiển 1 với mức điều khiển 2 và tạo cho hệ thống có tính linh hoạt

Hệ thống tự động kiểm tra và chuẩn đoán hoạt động của hệ thống vận chuyển - tích trữ, tập hợp thông tin trạng thái của hệ thống và các phần tử điều khiển (trạng thái ban đầu và trạng thái hiện hành), xử lý thông tin này theo thuật toán đã định,

ra quyết định về khả năng hoạt động tiếp tục của các phần tử trong hệ thống vận chuyển - tích trữ, truyền thông tin về sai số cho công nhân ở trạm điều khiển

IV Kho chứa

Kho chứa tự động là nơi tiếp nhận, lưu trữ các vật liệu đầu vào (phôi), các thiết bị phụ trợ, các chi tiết thành phẩm, phế phẩm và chất thải của quá trình sản xuất Qua đó ta có thể quản lý được số lượng của phôi ban đầu, thành phẩm và phế phẩm, từ đó đánh giá được năng suất sản xuất, chất lượng sản phẩm Đồng thời đưa ra sự hiệu chỉnh về thông số kỹ thuật của quá trình gia công để đảm bảo hiệu quả của hệ thống CIM

4.1 Thành phần của kho chứa tự động

Kho chứa tự động bao gồm các thành phần sau:

- Khu lưu giữ hàng hoá

- Khu tiếp nhận và chuyển hàng hoá tới hệ thống vận chuyển

- Khu xếp đặt các chi tiết hoặc sản phẩm trong thùng chứa

- Khu tiếp nhận và chuyển hàng hoá từ khu lưu giữ

Vì đa số các kho chứa tự động được chế tạo theo kiểu giá đỡ, nên chúng có kết cấu gồm các thành phần sau:

- Các cơ cấu giá đỡ: Là nơi chứa hàng hoá

- Các máy xếp đống tự động

- Các thùng chứa

- Các cơ cấu để cấp và tháo các thùng chứa

- Các cơ cấu để vận chuyển thùng chứa từ ổ tích tới hệ thống vận chuyển và ngược lại

- Các thiết bị điều khiển tự động kho chứa: Để điều khiển các máy xếp dỡ hàng hoá 1 cách chính xác từ thùng chứa tới ô chứa đang trống (có thể chứa hàng trên giá đỡ)

4.2 Các loại kho chứa tự động

4.2.1 Dạng giá cần cẩu

Với kết cấu gồm 1 máy cần cẩu để nâng hạ hàng hoá từ các giá chứa tới các ổ tích và ngược lại rất linh hoạt Tuy nhiên có hạn chế là dung lượng ổ chứa không lớn Song do có khả năng tự động hoá cao, với lại diện tích nhỏ gọn nên được sử dụng phổ biến trong các hệ thống CIM cũng như FMS