CHIRI BOGDAN

SISTEM FLEXIBIL DE E E FABRICAIENOTE DE CURS I APLICAII

ALMA MATER BACAU 200 7

CHIRI BOGDAN

SISTEME FLEXIBILE DE FABRICAIENOTE DE CURS I APLICAII

ALMA MATER BACAU 2007

CUPRIN S1. Sistemul flexibil de fabricaie ................................................................... 51.1. Sistemul de fabricaie............................................................................................ 5 1.2. Sistemul flexibil de fabricaie. Definiie, structur, funcii .................................. 7 1.3. Clasificarea S.F.F.................................................................................................. 9 1.4. Flexibilitatea i automatizarea S.F.F................................................................... 11 1.5. Structuri specifice de S.F.F. ................................................................................ 13 1.6. Avantajele utilizrii S.F.F. .................................................................................. 16

2. Subsistemul tehnologic (de prelucrare) al S.F.F. .................................... 172.1. Funciile subsistemului tehnologic al S.F.F........................................................ 17 2.2. Structura organizatoric a subsistemului tehnologic al S.F.F............................. 17 2.3. Cerine privind integrarea mainilor unelte n S.F.F. ......................................... 18 2.3.1. Sarcina de fabricaie......................................................................................... 18 2.3.2. Cerine privind productivitatea ........................................................................ 19 2.3.3. Cerine privind calitile mainilor unelte ....................................................... 20 2.4. Construcia mainilor unelte integrate n S.F.F. ................................................. 21 2.4.1. Compunerea mainilor unelte integrate n S.F.F. ............................................ 21 2.4.2. Tipizarea i agregarea n construcia de maini ............................................... 23 2.5. Manipularea operaional n S.F.F...................................................................... 24 2.6. Alimentarea automat cu scule a posturilor de lucru.......................................... 31

3. Subsistemul de depozitare i transport n cadrul S.F.F. .......................... 343.1. Funciile subsistemului ....................................................................................... 34 3.2. Construcia depozitelor de piese ......................................................................... 35 3.3. Codificarea i recunoaterea pieselor i sculelor n S.F.F. ................................. 37 3.4. Exploatarea depozitelor de piese n S.F.F........................................................... 38 3.5. Transportul materialelor i sculelor n S.F.F. ..................................................... 39 3.6. Sisteme de transport cu circuit nchis ................................................................. 39 3.7. Sisteme de transport cu circuit deschis ............................................................... 40

4. Subsistemul de comand al S.F.F. .......................................................... 464.1. Funciile subsistemului de comand ................................................................... 46 4.2. Structura general a subsistemului de comand al S.F.F.................................... 47 4.3. Sisteme de comand DNC .................................................................................. 50 4.4. Comanda subsistemului de transport n SFF ...................................................... 52 4.5. Comanda fabricaiei n SFF ................................................................................ 53

5. Supravegherea, diagnosticul i controlul automat n S.F.F. ................... 565.1. Funciile subsistemului de supraveghere, diagnostic i control automat al SFF 57 5.2. Supravegherea procesului de prelucrare i comanda adaptiv a acestuia........... 58 5.2.1. Supravegherea uzurii sculei i deteriorrii tiului.......................................... 59 5.2.2. Comanda adaptiv a procesului de prelucrare ................................................. 60

5.3. Controlul asistat al calitii pieselor prelucrate n S.F.F..................................... 63 5.3.1. Metode curente i msuri pentru integrarea calitii........................................ 63 5.3.2. Modelul informaional al calitii .................................................................... 66 5.3.3. Controlul calitii n realizarea produsului ...................................................... 68 5.3.4.1. Inspecia i evaluarea calitii ....................................................................... 70 5.3.4.2. Controlul siguranei procesului prin sisteme inteligente .............................. 73 5.4. Monitorizarea desfurrii fabricaiei i utilizarea informaiilor sistemului de supraveghere, diagnostic i control............................................................................ 75

6. Sisteme de fabricaie integrate total (CIM). Strategii CIM i post-CIM 766.1. Prezentare general ............................................................................................. 76 6.2. Componentele sistemului CIM. .......................................................................... 77 6.2.1. CAD Computer Aided Design Proiectare asistat de calculator ............... 78 6.2.2. CAE Computer Aided Engenering Ingineria asistat de calculator .......... 80 6.2.3. CAPP Computer Aided Process Planning - Proiectare asistat a proceselor tehnologice................................................................................................................. 80 6.2.4. CAM Computer Aided Manufacturing Fabricaia asistat de calculator. . 81 6.2.5. CAQ Computer Aided Ouality - Calitate asistat de calculator. .................. 83 6.2.6. PP&C-Production Planning and Control-Planificarea i urmrirea produciei. .................................................................................................................. 85 6.3. Abordarea strategic a implementrii sistemului CIM ....................................... 87 6.3.1. Strategia CIM................................................................................................... 88 6.3.2. Eficiena economic n cazul implementrii sistemelor CIM.......................... 89 6.3.3. Structuri CIM ................................................................................................... 91 6.4. Strategii CIM i postCIM ................................................................................... 91 6.4.1. Managementul calitii totale........................................................................... 92 6.4.2. Just-in-time exact la timp.............................................................................. 94 6.4.3. Lean production producia supl................................................................... 96 6.4.4. Concurrent engineering Inginerie simultan................................................. 97 6.4.5. Reengineering .................................................................................................. 99 6.5. Concluzii ........................................................................................................... 101

Aplicaii ..................................................................................................... 103Sisteme flexibile de prelucrare .................................................................................105 Sistemele CIM (Computer Integrated Manufacturing).............................................110 Structura sistemelor CIM..........................................................................................117 Sistemul de stocare al paletelor port-piese ...............................................................122 Sisteme de msurare computerizate pentru sistemele flexibile de fabricaie ...........127 Metode de concepie automat a procesului de prelucrare .......................................132 Metoda de producie Just In Time ............................................................................139 Modelarea i simularea sistemelor de fabricaie.......................................................147 Analiza prin simulare................................................................................................159 Simularea proceselor de producie cu ajutorul programului FLEXSIM...................167

5

1. Sistemul flexibil de fabricaie1.1. Sistemul fabricaie de

Sistemul de fabricaie (S.F.) reprezint totalitatea mijloacelor i a relaiilor existente ntre aceste mijloace, capabile s rezolve o sarcin sau un domeniu de sarcini de fabricaie, realiznd unul sau mai multe produse ce pot fi oferite pe pia. Sistemul de fabricaie se caracterizeaz prin funciune, structur i ierarhie. Pentru definirea funciunii generale a unui S.F., acesta este considerat ca o cutie neagr, cu intrrile si ieirile fa de aceasta (fig. 1.1). structura de transformare T realizaz transformarea mprimilor de la intrrile sistemului n mrimile de ieire, materialznd un anumit procedeu tehnologic.

Fig. 1.1. Funcia general a sistemului de fabricaie

Prin intrrile unui S.F. se introduc materiale, energie i informaii. Pentru un S.F. ce realizeaz o producie discret, materialele introduse n sistem sunt semifabricatele, materiale auxiliare, sculele i dispozitivele necesare. Intrrile sub form de informaii numite i informaii de lucru se refer la: datele despre forma piesei, datele despre tehnologia de prelucrare a piesei, volumul de producie i datele privind desfurarea n timp i spaiu a procesului. mpreun cu energia, cele 3 tipuri de intrri sufer transformri n timp, aceast situaie putnd fi definit prin noiunile de flux de materiale, flux de informaii i flux de energie. La ieirea din S.F. se obin produse cu configuraii i proprieti determinate i materiale auxiliare (mai ales achii). Energia consumat n proces este returnat mediului nconjurtor sub form de cldur. O importan deosebit pentru conducerea fabricaiei o reprezint mrimea de ieire informaie, aceasta exprimnd starea real a sistemului pe percursul desfurrii procesului. n funcie de aceast stare se stabilesc deciziile de conducere operativ a fabricaiei. Funcia general a unui sistem de fabricaie const n transformarea unui flux de materiale i a unui flux de informaii cu ajutorul unui flux de energie, astfel nct informaiile s se imprime materialelor, mrindu-le valoarea, obinnd produse finite la ieirea sistemului. Cunoscnd funcia general a sistemului, se poate determina structura acestuia elementele i relaiile de legtur dintre acestea. Pentru aceasta, trebuie determinate funciile pariale ale sistemului prin analiza evoluiei n timp a fluxului de materiale, energie i informaii.

6

Pentru fluxul de materiale se pot defini funcii pariale ca: nmagazinarea, transferul, poziionarea, separarea, transformarea (modificarea formei), combinarea (asamblarea) etc. n cazul fluxului de energie se pot evidenia funciile de transfer i de transformare a acesteia n lucru mecanic necesar transformrii materialelor, separrii, deplasrii etc. Fluxul de informaii apare ca urmare a aciunii unor funcii pariale ca transferul, transformarea, separarea, combinarea, astfel nct s se manifeste cele 2 funcii principale ale acestui flux: o imprimarea informaiilor n produsul finit; o informarea mediului exterior despre comportarea sistemului, ceea ce poate determina, prin reacie, corectarea funcionrii sistemului. Structura general a S.F. se determin alocnd funciile pariale unor elemente fizice (subsisteme ale S.F.) ca: depozite centrale sau intermediare, diverse tipuri de transportoare, elemente de manipulare, maini unelte, sisteme de transmitere, transformare i prelucrare a informaiilor, dispozitive de asamblare, sisteme de distribuie a energiei i de transformare a acesteia etc., dup care se stabilesc legturile necesare ntre acestea n vederea obinerii funciei generale a sistemului (fig. 1.2).Sistemul de fabricai e

relaii subsistem

Fig. 1.2. Structura sistemului de fabricaie

n funcie de complexitate, se poate face o ierarhizare convenional, pe patru tipuri, a sistemelor de fabricaie: o S.F. de ordinul I (S.F.I , fig. 1.3) reprezint o unitate de utilaj (postul de lucru sau maina) capabil s realizeze funcia de fabricaie constnd din una sau mai multe operaii de prelucrare sau asamblare; o S.F. de ordinul II (S.F.II) cuprinde un grup de sisteme de ord. I capabile s realizeze toate sarcinile privind prelucrarea complet a unei piese sau familii de piese sau asamblarea unui produs; o S.F. de ordinul III (S.F.III) const dintr-un grup de sist de ord. II, incluznd sisteme de prelucrare, asamblare i ambalare precum i alte mijloace de programare operativ a fabricaiei (cu funciuni privind pregtirea i transmiterea informaiilor de lucru necesare sist. de prelucrare i asamblare); n cazul n care sunt necesare, ele pot include i depozite intermediare; o S.F. de ordinul IV (S.F.IV) constituie ntreprinderea nsi, cuprinznd totalitatea mijloacelor tehnice i persoanele necesare pentru realizarea aprovizionrii, depozitrii, planificrii de lung durat, proiectrii constructive i tehnologice a produselor i fabricaiei propriu-zise.

7

Fig. 1.3. Organizarea ierarhic a sistemelor de fabricaie

1.2. Sistemul flexibil de fabricaie. Definiie, structur, funciiS.F.F. reprezint un grup de maini unelte cu comand numeric (M.U.C.N.) legate ntre ele printr-un sistem automat de transport i manipulare a piselor i sculelor, comandat de calculator, care realizeaz prelucrarea automat n serii mici i mijlocii a oricrei piese aparinnd unei familii de piese cu asemnri morfologice i/sau tehnologice, n limitele unei capaciti i ale unui algoritm de fabricaie prestabilite. Structura general a unui S.F.F., sub forma schemei bloc (fig. 1.4) permite evidenierea funciilor generale ale sistemului: o funcia de prelucrare automat a pieselor; o funcia de depozitare, transport i manipulare automat; o funcia de comand autoamt a tuturor componentelor sistemului i de supraveghere, control i diagnostic automate.

Fig. 1.4. Structura general a unui SFF

8

Funcia de prelucrare automat se realizeaz n cadrul subsistemului tehnologic al S.F.F., avnd n componen posturile de lucru PL (fig. 4) i mijloacele de manipulare a pieselor i sculelor. Realizarea acestei funcii presupune alimentarea automat cu piese i scule a mainii, schimbarea automat a poziiei piesei n dispozitivul de centrare/fixare, prelucrarea propriu-zis n comand numeric i, eventual, optimizarea procesului de achiere pe maina unealt. Pot fi incluse aici i posturile de splare automat i mainile automate de msurat. Posturile de lucru PL pot fi i posturi pentru montarea automat. Funcia de depozitare, transport i manipulare automat se refer la fluxul automat al materialelor n S.F.F. i include mai multe funcii pariale: o nmagazinarea automat a pieselor, sculelor, dispozitivelor i materialelor auxiliare; o cutarea i livrarea n sistem a pisei, sculei, disp. etc. n mod automat; o transportul automat al pieselor, sculelor, dispozitivelor i materialelor auxiliare ntre depozite i maini; o manipulare pieselor, sculelor i disp. n depozite; o colectarea i evacuarea achiilor i lichidelor de rcire-ungere utilizate din sistem. Condiia principal n funcionarea subsistemului de depozitare i transport este ca transferul materialelor s se efectueze totdeauna la locul i momentul potrivit. Funcia de comand, spraveghere, control i diagnostic dintr-un S.F.F. este realizat de subsistemul informaional prin fluxul informaional care se transmite n 2 sensuri: sensul direct, al informaiilor de comand i sensul invers, al informaiilor de supraveghere, control i diagnostic. Funcia de comand automat se realizeaz cu ajutorul unuia sau mai multor calculatoare ce lucreaz n timp real i al unitilor locale de comand (echipamente CNC la MU, automate programabile la sistemele de manipulare i transport, microcalculatoare pt comanda depozitelor automate etc.). Programele de calculator, furnizeaz ntregului sistem informaiile tehnice i organizatorice necesare pt comanda procesului de prelucrare pe MU i pt comanda operativ a produciei (comanda depozitelor de pese i scule, comanda sist. de transport, tipul pieselor n lucru, mrimea i succesiunea seriilor de prelucrare, ncrcarea MU etc.). Funcia de comand, supraveghere, control i diagnosticare realizeaz monitorizarea S.F.F. i poate include mai multe funcii: o supravegherea strii sculelor; o supravegherea procesului de prel pe MU; o supravegherea funcionrii mainilor i celorlalte componente fizice i diagnosticarea diverselor defeciuni; o supravegherea desfurrii fabricaiei; o controlul automat al pieselor prelucrate etc. Informaiile pentru realizarea acestor subfuncii sunt obinute din sistem cu ajutorul unor traductoare, senzori, aparate de msur etc. i se transmit, n sens invers, ctre calculatorul de proces. Caracteristicile principale ale unui S.F.F. constau n urmtoarele: o se poate realiza prelucrarea succesiv sau n paralel a diverse piese, mai mult sau mai puin asemntoare ca form i proces tehnologic, mrimea seriilor de fabricaie putnd diferi foarte mult;

9

se realizeaz legtura exterioar ntre mainile unelte ale sistemului, prin care semifabricatul poate trece de la o main la alte pe diverse ci. Timpul de prelucrare pe diferite maini nu depinde de tactul de lucru al S.F.F. Diferena dintre timpii de prelucrare pe maini i tactul sistemului se compenseaz prin amplasarea depozitelor descentralizate de piese; o prelucrarea se realizeaz cu aceleai MU, fr reglaje suplimentare la trecerea de la prelucrarea unei piese la alta sau cu efectuarea unor reglaje ale dispozitivelor componente sau parametrilor de lucru; o permit trecerea la producia neasistat de operatori datorit sistemelor automate de transport i alimentare automat i datorit existenei depozitelor centrale ce asigur rezerva de piese i scule pe durata a cel puin unui schimb; o permit realizarea coordonrii prelucrrii informaiilor de ordin tehnic i a celor organizatorice, n cadrul unor programe de producie prestabilite, care ns pot fi corectate automat n funcie de starea real de funcionare a sistemului la un moment dat.o

1.3. Clasificarea S.F.F.Principalele criterii de clasificare ale S.F.F. sunt: mrimea seriilor de fabricaie; forma geometric a pieselor prelucrate n S.F.F.; tipul mainilor unelte care constituie posturile de lucru ale S.F.F.; geometria traseelor de transport. Mrimea seriilor de fabricaie este un criteriu util n dimensionarea S.F.F. Din acest punct de vedere exist: 1. S.F.F. pentru prelucrarea n serii mari a unui nomenclator redus de tipuri de piese (ex.: blocuri motor de autovehicule); 2. S.F.F. pentru serii medii de fabricaie a unui numr mediu de tipuri de piese; 3. S.F.F. pentru prelucrarea n serii mici si foarte mici (chiar unicate). Clasificarea n funcie de forma geometric a pieselor prelucrate, este util n proiectarea S.F.F. astfel nct s se obin o cretere a nivelului de tipizare i normalizare a componentelor sistemului. Conform acestui criteriu exist 2 grupe (fig. 1.5): o S.F.F. pentru prelucrarea pieselor de revoluie; o S.F.F. pentru prelucrarea pieselor prismatice, de tipul carcaselor (80% din S.F.F. pe plan mondial).o o o o

Fig. 1.5. Clasificarea SFF dup geometria pieselor

n fiecare din cele 2 grupe pot fi create subgrupe determinate de raportul lungime/diametru pentru piesele de revoluie, sau raportul ntre lungime, lime, nlime pentru piesele prismatice. Conform celui de al treilea criteriu, tipul de MU care constituie posturile de lucru, S.F.F. se mpart n trei grupe: 1. S.F.F. realizate cu MU ce se pot completa reciproc din punct de vedere al posibilitilor tehnologice (strunguri, m. de frezat, m. de gurit cu comanda numeric etc.); 2. S.F. realizate cu MU care se pot nlocui reciproc ca posibiliti tehnologice (centre de prelucrare); 3. S.F.F. combinate, realizate cu MU de ambele tipuri (maini din gr. 1 la care se adaug centre de prelucrare). n cazul MU care se pot nlocui reciproc, se poate ajunge la un coeficient de utilizare a timpului disponibil de 100%. Alegerea postului de lucru este liber, mainile nefiind prioritare, iar ieirea din uz a unui post afecteaz n mic msur funcionare ntregului sistem. Dezavantajul unui astfel de tip de S.F.F. este dat de costul de investiie ridicat. n cazul S.F.F. alctuite din maini care se completeaz reciproc, se obine un grad de utilizare n timp mai redus deoarece sistemul corespunde doar ntr-o anumit msur sarcinilor de prelucrare. Pn la prelucrarea complet, piesa trece ntr-o anumit succesiune pe la mai multe posturi de lucru. Defectarea unui post poate produce deranjamente importante n funcionare sistemului. Pentru aceste sisteme, prin alegerea unui anumit nr. de maini (strunguri, m. de frezat, m. de gurit etc.) se stabilete, pentru fiecare main n parte, raportul ntre timpul de prelucrare pe acea main i timpul total de prelucrare a piesei. Dimensionarea corect conduce la valori apropiate ale acestor rapoarte i la o bun utilizare n timp a mainilor, n caz contrar, o mprtiere mare a valorilor ducnd la utilizarea slab n timp a mainilor. n a doua situaie, n locurile cu timp de prelucrare mare n care au loc trangulri (locuri nguste) se introduc maini suplimentare, iar n posturile cu timpi de prelucrare sub timpul mediu se introduc depozite tampon de piese. n practic, pentru a beneficia de avantajele ambelor tipuri de sisteme, S.F.F. se realizeaz prin combinarea ambelor tipuri de maini. Se adopt un nr. de maini care se completeaz reciproc i suplimentar, pentru anumite sarcini de prelucrare se mai adaug unul sau dou centre de prelucrare. Se obine o cretere a gradului de flexibilitate i o siguran n funcionare determinat de redundana mainilor componente. n Japonia se utilizeaz o clasificarea S.F.F. dup geometria sistemului de transport al pieselor, util n elaborarea schemei de amplasare spaial a posturilor de lucru: o S.F.F. cu transport liniar piesele sunt transportate ntr-o direcie printre posturile de lucru ale sistemului care sunt aezate n linie; o S.F.F. cu transport circular, la care posturile au o amplasare circular; o S.F.F. cu sistem de transport prin care se realizeaz accesul liber al pieselor la oricare post de lucru din sistem, obinndu-se n acest mod cel mai nalt grad de flexibilitate i cel mai mare coeficient de utilizare al timpului de lucru al mainilor.

10 10

1.4. Flexibilitatea automatizarea S.F.F.

i

11 11

Productivitatea maxim i flexibilitatea necesar concepiei i exploatrii S.F.F. se obin prin crearea unui echilibru ntre gradul de flexibilitate i automatizare. Gradul de flexibilitate al unui S.F.F. se apreciaz global prin numrul tipurilor de piese prelucrabile n cadrul sistemului. Acest mod de apreciere nu ia ns n consideraie aspectele calitative, tipul de produse putnd nsemna uneori doar dimensiuni diferite ale unor piese cu forme similare, iar n alte cazuri n grupa respectiv putnd fi introduse att piese prismatice ct i piese de revoluie. O apreciere mai exact a gradului de flexibilitate al S.F.F. se poate face prin numrul strilor diferite ale sistemului, lund n consideraie i timpul i cheltuielile necesare adaptrii sistemului la noua stare. Flexibilitatea unui S.F.F. este practic determinat de dou componente: o flexibilitatea structurii hardware a sistemului; o flexibilitatea structurii software. Flexibilitatea tehnologic a posturilor de lucru este dat de tipul i numrul operaiilor tehnologice care se pot executa, adic de nr. de scule, de mrimea i forma spaiului de lucru, care este determinat de axele de micare ale mainii i cursele maxime dup aceste axe i de limitele de reglare a regimului de achiere. Aceast flexibilitate se obine prin realizarea posturilor de lucru n concepie modular. Subistemul de depozitare, transport i manipulare realizeaz flexibilitatea prin utilizarea paletelor de piese n scopul depozitrii controlate,al transportului, manipulrii i prinderii n posturile de lucru. Flexibilitatea subsistemului de comand, supraveghere, control i diagnostic este dat de capacitatea de memorare a unui nr. ct mai mare de programe, de viteza de accesare a memoriilor i viteza i capacitatea de transmitere a informaiilor prin interfa, precum i de posibilitatea de modificare n timp real a programelor de comand. Flexibilitatea structurii hardware a S.F.F. nu se poate realiza fr posibilitatea valorificrii n exploatare printr-un sistem de programe corespunztor, adic printr-o structur software ct mai flexibil. Aceasta se obine prin elaborarea rapid a programelor de prelucrare i n special, printr-o flexibilitate mare a planificrii calendaristice, a programelor de conducere operativ a produciei i a dispecerizrii acesteia (distribuirea flexibil a lucrrilor n funcie de starea real a sistemului). Obinerea unei productiviti ridicate se realizeaz prin automatizarea S.F.F. Gradul de automatizare al S.F.F. poate fi exprimat prin numrul i tipul funciunilor parial automatizate n cadrul sistemului. Prima treapt de automatizare a produciei se obine prin utilizarea MUCN la care doar funcia de prelucrare este automatizat. Adugarea unor noi funcii automatizate conduce la trepte superioare de automatizare a S.F.F. (fig. 1.6).

Maina unealt NC

12 12

+ Prelucrare complet pe mai multe fee a piesei Schimbarea automat a sculei din magazinul mainii Schimbarea (alimentarea) automat a semifabricatului Sistem de supraveghere a mainii i procesului de achiere

Centrul de prelucrare

+ Depozitul propriu de piese la main Manipulator piese i scule Extensie alimentare cu scule fa de capacitatea magazinului propriu Strategie de supraveghere, control i diagnostic Interfa cu calculatorul de proces

Modulul flexibil de fabricaie

+ Transport automat piese i scule ntre module Depozit central de piese, scule i dispozitive Conducere cu calculator de proces (DNC) Extensie supraveghere i control Planificarea i comanda fabricaiei

Sistemul flexibil de fabricaie

Atelierul, secia, uzina complet automatizat

Fig. 1.6. Ierarhia automatizrii fabricaiei flexibile

Domeniile de utilizare eficient a sistemelor de fabricaie cu grade de flexibilitate i automatizare diferit, n funcie de dimensiunile seriilor de prelucrare i de diversitatea pieselor prelucrate este prezentat n fig. 1.7. n domeniul seriilor mari i al produciei de mas pentru un singur tip de piese, eficacitatea maxim o au liniile automate de transfer cu automatizare rigid. n cazul opus, al produciei de serie foarte mic sau de unicate se utilizeaz MUCN. ntre cele dou extreme se afl sistemele flexibile cu diverse nivele de automatizare: modulul flexibil de fabricaie (M.F.F.) i sistemul flexibil de fabricaie (S.F.F.).

Fig. 1.7. Raportul flexibilitate productivitate n automatizarea fabricaiei

1.5. Structuri specifice de S.F.F.

13 13

n conformitate cu conceptele vehiculate n rile avansate industrial, exist trei nivele de sisteme flexibile automate care conduc la cele 5 tipuri de organizare (fig. 1.6): o modulul flexibil de fabricaie (M.F.F.), denumit celul flexibil de fabricaie atunci cnd lucreaz independent; o sistemul flexibil de fabricaie propriu zis (S.F.F.); o linia automat flexibil (L.A.F.); o atelierul flexibil de fabricaie (A.F.); o uzina automat flexibil, cu integrare total (CIM). Structura M.F.F. se organizeaz n funcie de geometria pieselor fabricate, ceea ce determin tipul mainilor unelte utilizate. La prelucrarea pieselor prismatice, M.F.F. se organizeaz n jurul unui centru de prelucrare prin gurire i frezare, cruia i se asociaz componentele necesare automatizrii i supravegherii tuturor funciilor pariale ce trebuie realizate. Sistemul de manipulare i sistemul de msurare sunt integrate cu MU i toate sunt comandate i supravegheate de un sistem de comand numeric. Pentru a putea realiza prelucrarea fr prezen uman pe o durat de minim un schimb, M.F.F. este dotat cu un depozit de semifabricate cu capacitatea necesar, iar transferul piesei n poziia de lucru, poziionarea i fixarea sunt automatizate. Pentru ca nomenclatorul pieselor prelucrate s fie ct mai variat, modulul trebuie s dispun i de un nr. de scule care n general este mai mare dect capacitatea magaziei proprii de scule a centrului de prelucrare. Pentru aceasta se impune necesitatea existenei unui depozit de scule separat. Suplimentar este posibil ca diversitatea pieselor prelucrate s necesite dotarea modulului cu depozite de dispozitive, scule de msurare sau scule auxiliare. Deoarece problemele de manipulare nu pot fi rezolvate de un singur manipulator sau robot, este posibil existena mai multor astfel de instalaii simultan. n aceast situaie, comanda sistemului de manipulare trebuie s coordoneze deplasrile manipulatoarelor astfel nct s nu apar o coliziune a acestora. O deosebit importan pentru un M.F.F. o prezint sistemul de msurare i senzorii de supraveghere care asigur calitatea prelucrrii i diagnosticarea automat a sistemului. Controlul piesei poate fi realizat direct n timpul procesului de prelucrare (cu senzori corespunztori) sau prin integrarea n sistem a unui post de msurare separat de main (main de msurat CNC). Senzorii de supraveghere ofer informaii privind starea mainii (ncrcare, temperatur ulei etc.) i starea de uzur a sculei, care sunt transmise sistemului de comand general n scopul efecturii coreciilor necesare. S.F.F. propriu zis se obine prin nlnuirea n diverse moduri a modulelor flexibile de fabricaie printr-un sistem automat de transport. Varietatea configuraiilor posibile ale S.F.F. este determinat de tipul pieselor prelucrate, de tehnologia acestora, dar i de modul de organizare a depozitrii i a sistemului de transport. Un S.F.F. este cel al firmei Werner Germania cu 4 module flexibile (fig. 1.8). Sistemele flexibile cu transport cu robocare pe ine se utilizeaz n special n cazul prelucrrii pieselor prismatice de mare gabarit, cu timp de prelucrare mare i pentru familii de piese mai puin numeroase. Pentru familii de piese de larg nomenclatur, cnd seriile de prelucrare se schimb des i timpul de prelucrare este redus, se utilizeaz transportul automat cu robocare ghidate liber pe fir inductiv (ex. un sistem realizat de firma Murata, Japonia, fig. 1.9).

14 14

Fig. 1.8. Sistemul flexibil al firmei Fritz Werner

Ghidarea liber permite realizarea de trasee diversificate, cu amplasarea mainilor favorabil unor trasee tehnologice optime tuturor tipurilor de piese prelucrate. n cazul ghidrii libere, este posibil reconfigurarea uoar a sistemului la ieirea din uz a unui post de lucru sau la extinderea/restrngerea sistemului. Depozitul central este de form celular, n dou plane verticale paralele. Robocarele pot avea trasee liniare sau curbe, dup diverse direcii cu deviaii pentru a evita conflictele la intersecia traseelor.

Fig. 1.9. Sistem flexibil Murata

Linia automat flexibil (LAF) realizeaz un compromis ntre productivitatea foarte nalt a liniilor automate de transfer cu program de automatizare rigid i flexibilitatea ridicat a S.F.F. ele se caracterizeaz prin funcionarea cu tact impus si fluxul unidirecional dar se pot adapta rapid pentru prelucrarea unei nomenclaturi prestabilite de piese cu asemnri geometrice si tehnologice. Flexibilitatea adaptrii la prelucrarea diferitelor piese pe linie se obine fie prin modificarea programelor de comand ale MUCN fie prin reglaje ale componentelor individuale ale liniei, cum sunt nlocuirea echipamentelor de scule i dispozitive. Geometria in plan a LAF se poate realiza dup o linie, un inel (fig. 1.10) sau sub forma unei linii segmentate, legtura intre segmentele paralele ale liniei fcndu-se prin depozite tampon.

In majoritatea lor, LAF sunt realizate pentru prelucrarea in serie mare cu productivitate ridicat a pieselor prismatice din industria auto (carcase cutii viteze, chiulase, blocuri motor etc.). Pentru o productivitate ridicat, posturile de lucru sunt MU agregat cu C.N., instalate n serie, n concordan cu succesiunea operaiilor tehnologice.

15 15

Fig. 1.10. Linie automat flexibil

Sistemul CIM a aprut ca urmare a ncercrilor de automatizare a diferitelor componente ale ntreprinderii (proiectare, planificare, fabricaie etc.), integrarea acestora rspunznd mai eficient cerinelor pieei. Acest sistem preconizeaz automatizarea integral a tuturor activitilor care concur la realizarea unor produse i integrarea acestora ntr-un ansamblu unic (reea informaional) care-l comand. Tehnologiile de grup, sistemele de codificare a pieselor i sculelor mpreun cu apariia comenzii numerice, a sistemelor CNC i a celor de tip DNC, a logisticii n fabricaie asistat de calculator a dus la formarea unor configuraii diverse ale mainilor i echipamentelor cu scopul de a rspunde ct mai rapid cerinelor clienilor. Sistemul CIM integreaz toate activitile, procesele, resursele din ntreprindere, ntr-un sistem informaional unic, care rspunde cerinelor, presiunilor de schimbare din mediu i care permite optimizarea indicatorilor de tip: timp de proiectare i fabricaie, vitez de rotaie a inventarului, eficiena fabricaiei, productivitate, calitate total etc. CIM poate fi definit sistemul ce integreaz total ntreprinderea cu ajutorul sistemelor de calcul i a celor de comunicare a datelor, combinate cu noi filozofii manageriale care au ca scop mbuntirea eficienei organizaionale i a utilizrii resurselor umane. Structura CIM are o organizare n concepie modular, corespunztoare funciilor integrate n sistem. Modulele au, de asemenea, o repartizare ierarhic ntre fiecare nivel existnd un schimb bidirecional de informaii. Exist mai multe moduri de reprezentare a structurii ierarhizate a CIM: o piramida CIM conine trei nivele (fig. 1.11): nivelul planificrii strategice compartimentele de planificare strategic, urmrire a fabricaiei, de inginerie i proiectare asistat de calculator; nivelul concepiei, pregtirii i programrii fabricaiei funcia de proiectare a procesului tehnologic, de planificare i organizare a produciei;

nivelul fabricaiei propriu-zise unitile de fabricaie ale sistemului (prelucrare, asamblare); o n modelul CIM circular (fig. 1.12) exist trei dimensiuni fundamentale: zona exterioar reprezint managementul general al firmei;

16 16

Fig. 1.11. Modelul piramidal CIM

Fig. 1.12. Modelul circular CIM

zona central reprezint stadiile de existen ale produsului pornind de la concepie pn la comercializare; aceast zon cuprinde subzona proiectrii constructiv-tehnologice, subzona privind planificarea i conducerea fabricaiei, subzona privind fabricaia i logistica acesteia i subzona privind asigurarea calitii; zona median reprezint infrastructura i resursele necesare sprijinirii activitilor celorlalte zone.

1.6. Avantajele utilizrii S.F.F.Introducerea i exploatarea judicioas a S.F.F. asigur obinerea unei eficiene nalte i creterea efectelor economice ale produciei. Cele mai importante sunt: o reducerea numrului de muncitori de pn la 5 ori fa de producia convenional; o reducerea personalului pentru pregtirea fabricaiei de aprox. 2.5 ori; o reducerea cu 50% a utilajelor tehnologice; o reducerea cu 20-40% a spaiilor necesare produciei; o creterea productivitii muncii cu 200-400%; o creterea indicelui de utilizare a MU la 90-95% sau chiar mai mult; o reducerea rebuturilor i creterea indicelui de utilizare a materialelor; o scurtarea ciclurilor de pregtire tehnologic a produciei; o creterea produciei anuale; o creterea gradului de tipizare a MU i dispozitivelor rezultnd micorarea termenelor de proiectare, execuie i ntreinere a S.F.F.; o reducerea cu 50-70% a duratei ciclului de fabricaie; o scderea cu 40-45% a cheltuielilor de producie i a cheltuielilor suplimentare cu pn la 85%; o scurtarea timpilor de prelucrare a pieselor pe MU cu 50% i creterea calitii produciei; o scderea timpilor de reglare a mainilor la modificarea pieselor prelucrate cu pn la 80%.

17 17

2. Subsistemul tehnologic (de prelucrare) al S.F.F.2.1. Funciile subsistemului tehnologic al S.F.F.Subsistemul tehnologic constituie subsistemul principal al S.F.F. prin achiere, ndeplinind funcia general de prelucrare automat a pieselor. Acest subsistem ndeplinete funcia de modificare a proprietilor obiectului muncii prin combinarea fluxului de materiale i de informaii prin intermediul fluxului de energie. Subsistemul tehnologic poate fi alctuit din una sau mai multe MUCN, acestea constituind posturile de lucru ale sistemului, posturi care se organizeaz sub forma modulelor flexibile de fabricaie. Pentru a realiza prelucrarea automat, posturile de lucru trebuie s realizeze funciile pariale (fig. 2.1) care asigur condiiile de integrabilitate a MU ntr-un S.F.F. prin achiere de orice grad de complexitate.Programe NC Alimentarea automat cu piese Comanda numeric Alimentarea automat cu scule Schimbare i poziionare automat dispozitive

Controlul dimensional automat

MAINA UNEALT

Alimentare/evacuare materiale auxiliare

Protecie automat

Diagnosticare automat

Fig. 2.1. Funciile posturilor de lucru

Posturile de lucru ale S.F.F. trebuie s poat realiza ncrcarea-descrcarea automat, condiie asigurat de funcia parial de alimentare automat. Pentru a executa o gam de operaii, u trebuie s realizeze funcia de schimbare automat a sculei pentru trecerea la o alt operaie de prelucrare n cazul uzurii/ruperii sculei. Varietatea formelor i dimensiunilor pieselor prelucrate conduce i la necesitatea schimbrii i poziionrii automate a dispozitivelor de centrare-fixare a piesei. Controlul dimensional automat al piesei este o funcie parial ce poate fi integrat n construcia MU sau se poate realiza n posturi separate ale subsistemului. Una din cele mai importante funcii pariale ale posturilor de lucru ale unui S.F.F. o constituie funcia de comand numeric, realizat prin echipamente NC clasice sau de tip CNC. MU care constituie postul de lucru al S.F.F. trebuie s realizeze automat i alte funcii pariale ca: alimentarea/evacuarea materialelor auxiliare (lichidul de rcire/ungere, aer comprimat etc.) precum i colectarea i evacuarea achiilor.

2.2. Structura organizatoric a subsistemului tehnologic al S.F.F.Dispunerea posturilor de lucru determin configuraia n plan a subsistemului tehnologic structura organizatoric a acestuia. Structura organizatoric a S.F.F. este unul din factorii determinani ai eficienei tehnico-economice i ai flexibilitii acestuia i poate fi realizat n diverse moduri n funcie de urmtorii factori:

tehnologia adoptat pentru prelucrarea pieselor din cadrul sarcinilor de fabricaie; numrul i tipul de maini ale subsistemului; o relaia ntre MU i fluxul de materiale; o cerinele impuse de mediul i spaiul destinate dispunerii subsistemului tehnologic.o o

Fig. 2.2. Structuri de S.F.F. n funcie de mainile componente

Un alt factor, decisiv n structura organizatoric a subsistemului tehnologic al S.F.F., este constituit din posibilitile tehnologice ale MU componente. Structurile realizate conform acestui punct de vedere sunt ilustrate n fig. 2.2: o n fig. a, structura realizat cu MU ce se pot substitui reciproc din punct de vedere al posibilitilor tehnologice. Numrul mare de operaii realizabile pe un singur post, asigur acestuia posibilitatea prelucrrii complete a piesei; o organizarea din fig. c apare atunci cnd posturile de lucru sunt MU cu posibiliti tehnologice care se completeaz reciproc; o sisteme combinate (fig. b) se organizeaz cu maini de ambele tipuri, fiind soluia de concepere a majoritii S.F.F. actuale. Importana organizrii structurale a subsistemului tehnologic al S.F.F. se manifest prin influena asupra indicatorilor funcionrii sistemului: flexibilitatea i comanda acestuia. Subsistemul cu structur optim este acela cel mai mic numr de legturi ntre elementele componente i cu distanele cele mai mici ntre acestea, astfel nct timpul de reacie a sistemului la modificarea sarcinii de fabricaie s scad, iar programul de comenzi necesar s fie mai puin complicat.

2.3. Cerine privind integrarea mainilor unelte n S.F.F.Integrarea i funcionarea MU n sisteme flexibile de fabricaie impune satisfacerea unor cerine referitoare la caracteristicile tehnice i tehnologice ale mainii (fig. 2.3)

2.3.1. Sarcina de fabricaieSarcina de fabricaie se caracterizeaz prin gama de forme i dimensiuni ale pieselor i printr-un nomenclator de operaii tehnologice necesare obinerii formei pieselor i a calitii impuse suprafeelor. Forma i dimensiunile pieselor determin parametrii geometrici ai mainii unelte, spaiul de lucru al acesteia, n interiorul cruia are loc micarea relativ dintre scul i pies pentru generarea suprafeelor piesei (fig. 2.4). n cazul MU destinate

prelucrrii pieselor de revoluie, spaiul de lucru este cilindric iar n cazul MU pt. prelucrarea pieselor prismatice, spaiul de lucru este paralelipipedic.

Fig. 2.3. Cerinele integrrii mainilor unelte n S.F.F.

Fig. 2.4. Spaiul de lucru al mainilor unelte

Forma spaiului de lucru al unei MU este generat de numrul i direcia axelor de coordonate iar dimensiunile spaiului de lucru sunt determinate de cursele elementelor mobile ale mainii dup axele de coordonate. Diversitatea operaiilor tehnologice executate pe o MU n cadrul sarcinii de fabricaie conduce la necesitatea ca aceasta s poat lucra cu un numr mare de scule i s realizeze game largi de reglare a vitezelor de achiere i de avans. O mare importan o prezint i modul de reglare. Deoarece majoritatea pieselor necesit i conturri numerice reglarea vitezei de avans trebuie s se fac continuu, n ambele sensuri, iar la trecerea prin valoarea zero este necesar s se obin o bun dinamic a sistemului de acionare.

2.3.2. Cerine privind productivitateaProductivitatea nalt necesar MU dintr-un S.F.F. poate fi obinut prin urmtoarele ci: o micorarea timpului necesar pentru prelucrarea efectiv; o micorarea timpului auxiliar; o flexibilitate; o fiabilitate.

Timpul de prelucrare efectiv (timpul de baz) poate fi micorat considerabil prin prelucrarea cu viteze mari de achiere. n acest caz se nregistreaz scderea forelor de achiere, diminuarea nclzirii sculei i piesei i reducerea uzurii sculelor achietoare. Prelucrarea cu viteze mari de achiere (pn la 2000m/min) impune utilizarea unor scule cu performane deosebite, avnd o mare durabilitate. Creterea vitezelor de achiere conduce la producerea unor mari cantiti de achii, fiind necesare soluii adecvate de colectare i evacuare automat a acestora. De asemenea, sunt necesare lichide de rcire-ungere cu caliti superioare. O reducere a timpilor de prelucrare poate fi obinut n continuare prin utilizarea sistemelor de comand adaptive a MU, acestea permind conducerea proceselor de achiere a.. s se obin permanent un optim tehnic sau economic. O reducere important a timpului de lucru se obine, de asemenea, prin prelucrarea simultan cu mai multe scule. O surs de cretere a productivitii subsistemului tehnologic este reducerea timpilor auxiliari ciclici. Aceasta se obine prin automatizarea operaiilor de alimentare cu piese i de schimbare a sculei. Flexibilitatea MU este un alt factor de influen al productivitii prin mrimea timpului de pregtire-ncheiere ce revine unei piese. n acest sens, modificarea rapid a programelor de lucru, structura modular a MU, dispozitivele universale pt alimentarea cu piese i scule sunt factori care elimin reglajele mecanice necesare la modificarea tipului pieselor prelucrate. Fiabilitatea influeneaz, de asemenea puternic, productivitatea subsistemului tehnologic. O fiabilitate ridicat ofer posibilitatea manifestrii mai pregnante a efectelor flexibilitii. Fiabilitatea ridicat a MU se poate obine prin impunerea, din faza de proiectare, a unor condiii de fiabilitate a structurii MU i prin prevederea unor sisteme de supraveghere i diagnosticare a defectelor. n acest sens MU sunt prevzute cu senzori aflai n diferite puncte care furnizeaz date privind funcionarea acesteia.

20 20

2.3.3. Cerine privind calitile mainilor uneltePrecizia de prelucrare a unei piese pe o MUCN este determinat de suma erorilor datorate: structurii MU, mecanismelor de acionare a organelor de lucru, sistemului de comand i control dimensional, sculei achietoare i chiar piesei prelucrate prin deformaiile termice i elastice. Pentru a se putea integra ntr-un S.F.F., MU trebuie s corespund urmtoarelor cerine de calitate: o precizie geometric i cinematic ridicate; o rigiditate suficient a sistemului tehnologic; o caracteristici dinamice ridicate; o deformaii termice reduse; o uzur redus a elementelor de ghidare i transmitere a micrii organelor de lucru. Precizia geometric i cinematic a MU, determin precizia de realizare a micrii organelor mobile i poziia reciproc a acestora n timpul prelucrrii. Aceast precizie se obine prin concepia corespunztoare a lanurilor cinematice de avans i a mecanismelor de ghidare i transformare a micrii. n acest sens l.c. de avans sunt acionate de motoare de curent continuu, cu reglarea continu a turaiei prin regulatoare de vitez comandate n limite largi astfel nct s se limiteze numrul transmisiilor dinate. Precizia micrilor de rotaie se obine prin soluii de lgruire de precizie

(lagre pe rulmeni cu prestrngere sau lagre hidrostatice) iar precizia micrilor rectilinii va fi asigurat de ghidaje de rostogolire sau ghidaje hidrostatice i prin utilizarea unor mecanisme urub-piuli fr joc (uruburi conductoare cu bile sau piulie hidrostatice). Rigiditatea sistemului portant al MU este un factor calitativ important din construcia acesteia. Deformaiile elastice ale subansamblelor mainii modific poziia relativ ntre pies i scul n timpul prelucrri i deci la erori de dimensionare i form a piesei prelucrate. O importan deosebit trebuie acordat la proiectarea formei i dimensiunilor elementelor de susinere a cror rigiditate influeneaz puternic rigiditatea global a mainii. n aceast categorie sunt incluse: o coloanele, traversele, batiurile orizontale, montanii; o lagrele arborilor principali; o ghidajele; o mecanismele de transformare urub-piuli. Pentru batiuri, montani i traverse, foarte rspndite sunt soluiile constructive de tip sudat prevzute cu nervuri de rigidizare ns n ultima vreme a luat amploare construcia batiurilor din beton, rini epoxidice, materiale compozite. Caracteristicile dinamice ale sistemului purttor al MU influeneaz precizia de prelucrare i productivitatea prin limitarea parametrilor regimului de achiere. Principalele surse de vibraii la MU sunt erorile i neuniformitile elementelor aflate n micare de rotaie i prelucrrile cu scule cu tiuri multiple. La MU cu organe cu frecare de alunecare apar vibraii autoexcitate, a cror intensitate poate crete foarte mult n anumite condiii determinnd instabilitatea mainii. Un coeficient de amortizare foarte bun prezint batiurile din beton cu liant epoxidic sau din granit sintetic. Stabilitatea la vibraii a arborelui principal poate fi crescut prin utilizarea lagrelor hidrostatice. Deformaiile termice i cele elastice influeneaz precizia de prelucrare deoarece determin modificarea poziiei relative dintre pies i scul n procesul de prelucrare. Soluiile de limitare a deformaiilor termice sunt alegerea i utilizarea judicioas a lichidelor de rcire ungere i folosirea unor materiale ru conductoare de cldur pentru subansamblele ce influeneaz direct poziia relativ pies-scul. De exemplu, pentru lagre, broe i portbroe se pot utiliza materiale ceramice, care nu necesit rcire n timpul lucrului; pentru batiuri i traverse se recomand rinile poliesterice armate cu fibr de sticl care au coeficieni de dilatare liniar redui. Precizia prelucrrii pe MU dintr-un S.F.F. este asigurat i de nlturarea sau limitarea uzurii elementelor n micare. Lagrele i ghidajele hidrostatice prezint valori reduse ale uzurii mecanice; tratarea termic a cilor de rulare contribuie la pstrarea preciziei lagrelor i ghidajelor de rostogolire.

21 21

2.4. Construcia mainilor unelte integrate n S.F.F.2.4.1. Compunerea integrate n S.F.F. mainilor unelte

n stabilirea structurii generale i a schemei de compunere a mainilor integrate n S.F.F. trebuie s se in cont de urmtoarele considerente: 1. Sunt preferate centrele de prelucrare cu ax principal orizontal i cu piesa fixat pe mas rotativ, caz n care este posibil prelucrarea piesei pe patru fee fr

modificarea prinderii n dispozitiv; centrele de prelucrare cu ax vertical se vor adopta n special la prelucrarea pieselor avnd form de plci cu numr mare de guri; 2. n cazul prelucrrii unor piese din materiale neferoase, cu viteze mari de achiere, cu volum mare de achii n unitatea de timp, se recomand amplasarea mesei port-pies pe ghidajele verticale ale montantului, iar subansamblul arborelui principal pe batiul orizontal al mainii. Acest mod faciliteaz evacuarea achiilor din zona de lucru i se asociaz perfect cu utilizarea magazinelor verticale pe palete care ocup mai puin spaiu din suprafaa halei; 3. Deplasrile pe vertical s fie executate de cele mai uoare subansamble, care s nu fie ncrcate de cutii de viteze sau magazine de scule; 4. Subansamblul care poat axul principal al mainii se recomand a se amplasa pe elementele fixe sau pe elementele deplasabile pe acestea pentru a se asigura stabilitate la vibraii i deformaii termice reduse; 5. Suportul sculei s aib de asemenea deplasri nct s se reduc la minimum deformaiile elastice ale acesteia; 6. Subansamblul care are deplasrile cele mai mare s se amplaseze pe partea fix a mainii pentru a asigura stabilitate la vibraii n toate poziiile de lucru; 7. n stabilirea structurii i compunerii mainii, magazinele de scule i de piese trebuie s fie considerate ca subansamble distincte ale acesteia; 8. Pentru uurina schimbrii automate a sculei, subansamblul axului principal s aib numai deplasare axial sau, eventual, s fie fix. La stabilirea compunerii posturilor de lucru separate ale S.F.F. i a structurii sistemului tehnologic al acestuia se pleac de la familia de piese ce urmeaz a fi prelucrate i de la condiiile de producie. Organigrama de desfurare a logicii de alegere a mainilor componente ale sistemului, a spaiului de lucru al acestora, a caracteristicilor tehnice i funcionale al mainilor se realizeaz dup schema din fig. 2.5. Pentru alegerea soluiei optime dintre variantele de compunere posibile pentru realizarea unei sarcini de producie date, este necesar apelarea la calculatorul electronic i impunerea unor condiii de optimalitate la care s rspund subsistemul tehnologic.

22 22

Fig. 2.5. Organigrama compunerii mainilor unelte n S.F.F.

2.4.2. Tipizarea i agregarea n construcia de maini

23 23

Gradul de flexibilitate ridicat al sistemelor de prelucrare i diversitatea mare a elementelor componente influeneaz nivelul investiiilor iniiale pentru crearea unor astfel de sisteme. Din acest motiv, productorii de centre de prelucrare i S.F.F. aplic tot mai larg principiul modularizrii i agregrii n construcia centrelor de prelucrare. Avantajele economice ale sistemului de module funcionale tipizate sunt: o scurtarea timpului de proiectare constructiv a sistemului; o scurtarea timpului de realizare i punere n funciune i deci a timpului de rspuns la cerinele beneficiarului; o simplificarea activitilor de ntreinere i reparaii; o reducerea nomenclaturii de fabricaie, ceea ce permite creterea seriilor de fabricaie i scurtarea ciclurilor de funcionare ale elementelor tipizate; o crearea unor configuraii diferite de maini cu un numr relativ redus de module funcionale tipizate. Sistemul de elemente modulare tipizate reprezint totalitatea subansamblelor necesare pentru crearea unui sistem agregat de centre de prelucrare sau a unui sistem flexibil de prelucrare. Un sistem de agregare poate conine, n principiu, urmtoarele tipuri de module tipizate (fig. 2.6): o mese cu deplasare liniar; o mese rotative i oscilante; o batiuri orizontale; o montani; o ppui pentru axele principale orizontale; o ppui pentru axele principale verticale; o capete multiax; o magazii de scule; o schimbtoare de palete; o mecanisme de schimbare a sculelor; o mecanisme pentru schimbarea capetelor multiax etc.

Fig. 2.6. Module tipizate

2.5. Manipularea operaional n S.F.F.

24 24

Integrarea funciei de manipulare automat este esenial n realizarea unui S.F.F., ea fiind executat de unul sau mai muli roboi industriali. n cadrul unui modul flexibil de fabricaie trebuie realizate mai multe operaii de manipulare automat, prin acestea realizndu-se o parte din funciile pariale ale MU n S.F.F. (fig. 2.7).

Fig. 2.7. Funcii de manipulare n S.F.F.

Funcia de manipulare automat este necesar pentru alimentarea cu piese a mainii unelte, aceasta putndu-se referi la: o transferul unei palete cu piesa fixat pe masa mainii i dup prelucrare, n sens invers, pe mijlocul de transport; o schimbarea poziiei piesei pe paleta fixat pe masa mainii, n cazul n care prelucrarea se face din mai multe prinderi; o transferul unei piese de revoluie dintr-un magazin de piese sau de pe o palet de transport n sistemul de fixare al mainii i n sens invers. Funcia de manipulare a sculei, se refer la transferul automat al sculelor individuale sau grupelor de scule din magazia de scule proprie a mainii (centrului de prelucrare) spre maina-unealt, respectiv n sens invers. Funcia de manipulare n cazul dispozitivului de fixare a piesei sau a prehensorului robotului/manipulatorului, se poate referi i la: schimbarea mandrinelor sau bacurilor acestora, schimbarea tipului de prehensor, etc. Funcia de manipulare a dispozitivelor de msurare i control se realizeaz de ctre manipulatoare speciale, n cazul n care controlul piesei se face direct pe mainaunealt sau n cazul n care se determin originea n funcie de poziia de prindere a piesei pe main, etc. Realizarea funciilor amintite, reclam existena pe lng manipulator i a altor faciliti, de tipul magazine: de scule, de piese, de palete port piese, de dispozitive i sisteme de verificare i control, n care sculele, piesele, etc., sunt poziionate i orientate (tip depozite). n cazul inexistenei orientrii, sistemele (modulele) se complic, fiind necesare sisteme mai complexe de urmrire gen senzori vizuali

(camere de luat vederi) i sisteme de recunoatere a imaginii. Factorii, prin care maina unealt influeneaz procesul de manipulare, sunt prezentai n fig. 2.8. Automatizarea operaiei de alimentare, depozitare i transport piese n SFF, se bazeaz pe principiul paletizrii i containerizrii, principiu care a rezolvat problema ordonrii i s-a dovedit eficient att n ntreprinderi ct i n afara acestora. Pentru a fi utilizate n cazul SFF, paletele trebuie s rspund unor cerine de ordin tehnic i economic: o numr redus de tipodimensiuni dar cu capaciti variate; o s se poat centra i fixa un numr ct mai mare de tipuri de piese pe o aceeai palet; Fig. 2.8. Factorii de influen n procesul de manipulare o s realizeze o poziionare de precizie ( 0.01 mm) n cazul paletelor dispozitiv de lucru; o s permit manipularea uoar n timp scurt; o pre de cost acceptabil. Acceptarea paletelor ca modul pentru structurile automatizrii flexibile a fabricaiei implic, desigur, necesitatea existenei unei game de module pentru manipularea, transportul i stocarea lor. n fig. 2.9 este redat diversitatea soluiilor constructive, existente la un moment dat, pentru modulele de manipularea paletelor: o paletele dispozitiv de lucru se utilizeaz n CFF alctuite pe baza unor module posturi de lucru (centre de prelucrare) i n SFF care conin aceste CFF; pentru pstrarea unei flexibiliti satisfctoare, modulele posturi de lucru trebuie totui, s aib un anumit grad de generalitate constructiv-tehnologic; o paletele de montaj au o construcie mai robust (dect a paletelor de transport), pentru a putea prelua fore n timpul operaiilor de montaj (nurubri, presri .a.), dar prezint i trsturi caracteristice paletelor de transport: conin un lot de piese; ordoneaz spaiul de lucru al roboilor; o paletele de transport asigur o capacitate de stocare flexibil: ca diversi ate a tipurilor i a dimensiunilor pieselor, ca mrime lotului, n zona adiacent postului de lucru, cruia i confer autonomia propus i o aranjare a pieselor ntr-o matrice care se constituie ntr-un spaiu de lucru ordonat pentru robotul care preia piesele de pe paletele de transport, n scopul introducerii lor n zona de lucru. n fig. 2.10 este prezentat schema de principiu (bloc) a unei structuri celul flexibil de fabricaie (CFF) n care alimentarea mainii-unelte se realizeaz cu un robot portal cu dou grade de mobilitate, a unei mese cu avans intermitent, sistem de transfer paletizat cu utilizarea robocarelor i robostivuitoarelor dintr-o magazie automatizat i ea.

25 25

Fig. 2.9. Module de manipulare a paletelor

Fig. 2.10. Schema de principiu a unei celule flexibile de fabricaie

n fig. 2.11 i 2.12 sunt prezentate schemele bloc a unor celule de fabricaie deservite de asemenea de roboi portal dar avnd dou sau mai multe maini-unelte n componen.

Fig. 2.11. Celul flexibil deservit de robot portal dublu

Fig. 2.12. Celul flexibil deservit de robot cu portal simplu

Rolul robotului n sistemele de producie este de a nlocui operatorul uman n muncile repetitive i obositoare. La prima vedere el are rol de alimentare, de ateptare pn ce maina i efectueaz ciclul de lucru, de evacuare i ciclul se repet, eventual de a transmite piesa la operaia urmtoare. Mult mai eficient ar fi dac robotul este integrat ntr-o celul flexibil de fabricaie sau, chiar mai mult, ntr-o linie flexibil de fabricaie n interfa cu sistemele de comand ale acestora. Cteva din cerinele ce trebuiesc a fi ndeplinite de ctre roboii i manipulatoarele ce deservesc mainile unelte sunt enumerate n continuare: o Posibilitatea controlului a cel puin ase grade de mobilitate n general se consider c trei grade de mobilitate (plus cel/cele aferente prehensorului) ar fi suficiente pentru a poziiona sarcina. Adesea ns cinematica este mai complex, n special din considerente de arhitectur a mainii deservite. De asemenea, n multe cazuri un singur mecanism de prehensiune nu este suficient, fiind nevoie de dou astfel de dispozitive n funcie de tipul i variaia sarcinii de manipulat. o Posibilitatea programrii rapide se refer la posibilitatea introducerii n program a oricrui punct pe care robotul l poate atinge n spaiul de lucru dat de structura mecanic a acestuia. Programul trebuie s fie uor de realizat i de stocat pentru a fi utilizat cnd este nevoie. o Posibilitatea de intervenie n program aceast capabilitate de intervenie n program este necesar n cazul ntreruperilor sau modificrilor "on-line". Aciunile de

corecie sunt foarte uzuale n cazul celulelor flexibile, mai ales n cazul existenei unui post de control. Sistemul este n general dependent de comenzile primite din acest post. o Compatibilitatea cu sistemele NC sistemele NC se afl ntr-o continu modernizare de aceea e necesar ca robotul s fie capabil de interfaare cu acestea. o Repetabilitatea precizia n repetabilitate este direct proporional cu precizia de poziionare realizat de ctre RI/M. Se cere ca pentru roboii obinuii ea s nu depeasc 0.3 mm. Precizia de poziionare este necesar, de exemplu, pentru a se realiza centrarea piesei de prelucrat in dispozitivele de prindere ale mainilor unelte. n cazul manipulrii pieselor cu prelucrare primar (turnare, prelucrare prin deformare, etc.) nsi dispozitivele de prehensiune pot avea o construcie special pentru a prelua eventualele diferene n geometria acestora. o Viteza cel puin echivalent cu operatorul uman. Se considere c dac robotul este prea lent maina unealt nu va fi utilizat la capacitatea optim, ducnd la pierdere de productivitate. Aceasta poate micora beneficiul rezultat din nlocuirea operatorului uman cu robotul. o Posibilitatea de paletizare i depaletizare n multe aplicaii nu este avantajos ca piesele s soseasc una cte una n postul de alimentare propriu zis. Posibilitatea de paletizare i depaletizare a pieselor asigur crearea unor depozite tampon astfel nct sistemul de alimentare poate rmne n flux in condiiile unor ntreruperi n amonte. o Crearea unor fiiere de programe pentru adaptarea n sistemele flexibile de prelucrare robotul trebuie s fie realizat pentru a putea manipula familii de repere; n acest caz pentru fiecare tip de reper aparinnd familiei este necesar un program separat. o Fiabilitatea se cere o fiabilitate ridicat, ntruct dac un robot deservind un grup de maini unelte se defecteaz, efectul este asemntor celui de "domino" oprind ntreg fluxul de prelucrare. Se cere ca fiabilitatea s rspund la minimum 400 ore timp mediu ntre defectri. De asemenea, este necesar un "timp mediu" sczut de remediere a defeciunilor ce pot apare n funcionare. o Adaptabilitate i posibilitatea de diagnoz se refer la capacitatea robotului de a reaciona la schimbrile din sistem asemenea operatorului uman. Pentru aceasta robotul trebuie s fie dotat cu senzori speciali, specifici mediului n care acioneaz i sarcinilor ce le are de ndeplinit. o Varietate structural i mobilitate aceste cerine sunt ndeplinite n general de ctre RI/M n construcie modular la care schimbarea n arhitectur sau mobilitate se realizeaz relativ uor. Dac ne referim strict la cazul alimentrii/evacurii mainilor unelte putem, de exemplu, realiza un manipulator cu dou brae echipate cu dispozitive de prehensiune, unul folosit pentru alimentare cu semifabricate, altul pentru evacuarea pieselor finite, n locul unuia cu un singur bra (fig. 13), care realizeaz ambele funcii. Se obine astfel o scdere a timpul de transfer i de asemenea se poate crea robotului posibilitatea de a se deplasa pe o anumit traiectorie astfel nct volumul spaiului de lucru s creasc. Un exemplu poate fi considerat robotul montat pe ine ce poate deservi mai multe maini comparativ cu unul fix, orict de bine ar fi aranjate mainile n jurul acestuia. Este suficient ca aceast deplasare s se fac pe o traiectorie liniar. n fig. 2.13 (a, b) sunt prezentate comparativ dou sisteme de alimentare utiliznd aceeai structur a lanului de ghidare a RI/M, diferena ce apare se refer la numrul dispozitivelor de prehensiune inclusiv numrul modulelor orizontale de translaie. n cazul prezentat n fig. 2.13 a, acelai dispozitiv de prehensiune servete la alimentarea mainii cu semifabricate ct i la evacuarea piesei finite. Ciclul de micare dureaz mai mult, ntruct nu se poate realiza o suprapunere a fazelor. Soluia prezentat

n fig. 2.13, b, utilizeaz dou module de translaie orizontale cu dou dispozitive de prehensiune, identice, dispuse ns la 90. n acest caz apare posibilitatea de suprapunere a fazelor ceea ce duce la o micorare evident a timpului pe ciclul de alimentare.

Fig. 2.13. Optimizarea transferului pieselor

Robotul prezentat n fig. 2.14 realizeaz alimentarea cu scule din magazia 1 i piese din depozitul 2, ns aceast soluie constructiv prezint dezavantajul ocuprii unei suprafee mari.

Fig. 2.14. Alimentare cu robot plasat pe sol

n fig. 2.15 (a, b) sunt prezentate dou exemple de alimentare a unor maini unelte utiliznd roboi de tip portal. Acestea prezint avantajul unui spaiu ocupat restrns; se justific, de asemenea, n cazul alimentrii cu semifabricate de gabarit i greuti mari. Manipulatorul prezentat n fig. 2.15, a, este acionat electromecanic iar cele din fig. 2.15, b, electrohidraulic.

30 30

Fig. 2.15. Roboi portal

Fig. 2.16. Alimentarea unei celule flexibile cu roboti pe punte

n cazul n care celula flexibil este format din dou maini unelte si se dorete o minimizare a spaiului ocupat al sol, se poate utiliza soluia prezentat n fig. 2.16. Pe lng funcia de transfer al piesei ntre depozit i maina unealt, robotul manipulator ndeplinete i funcia de introducere a piesei n dispozitivul de centrare-fixare al mainii. Aezarea corect a piesei n acest dispozitiv ca i evitarea ocului ntre pies i elementele de aezare ale dispozitivului se pot obine dac legtura ntre mna robotului i braul su este elastic. Alte exemple tipice de dispunere a mainilor n jurul unui robot sunt prezentate n fig. 2.17 (a, b). n acest caz un singur robot deservete toate mainile dispuse ntr-o celul flexibil de fabricaie. n cazul n care durata ciclului de prelucrare pe una din mainile deservite depete 20 secunde, nu are sens din punct de vedere economic s inem robotul n poziie de ateptare. De aceea n astfel de cazuri este necesar s se gseasc sarcini secundare i chiar teriare pentru acesta sau maina cu timp mare de lucru s fie dublat n celul astfel nct s se asigure un tact de lucru optim. De fapt

este acelai lucru ca atunci cnd un singur operator uman deservete mai multe maini, fiecare cu un ciclu de lucru specific, iar operatorul se deplaseaz de la una la alta pentru a le deservi.

31 31

Fig. 2.17. Celule flexibile deservite de roboi staionari

2.6. Alimentarea automat cu scule a posturilor de lucruLimita de flexibilitate a unui sistem flexibil de prelucrare prin achiere depinde, n mare msur, de echiparea cu scule a acestuia. Necesarul de scule pentru un post de lucru al unui S.F.F. este determinat de urmtoarele elemente: o numrul de operaii diferite ce trebuie executate asupra diferitelor tipuri de piese ce se prelucreaz; o asigurarea sculelor de schimb de acelai fel (dublei) n cazul distrugerii accidentale a prii achietoare a sculelor; o asigurarea sculelor de schimb pentru sculele ce lucreaz la un moment dat i au atins limita de uzur. Centrele de prelucrare dispun de magazine de scule proprii i de sisteme de transfer automat al sculelor ntre magazin i dispozitivul de centrare/fixare al acestora pe main. Magazinele de scule au n mod obinuit form de disc sau de caset cu lan, cu dispunerea frontal sau lateral a sculelor. Capacitatea de nmagazinare variaz ntre 2440 pentru magazinele de tip disc, respectiv pn la 60 la magazinele cu lan, capaciti mai mari putnd fi obinute n cazul construciilor speciale (lan cu meandre, discuri supraetajate etc.). Schimbarea automat a sculelor impune satisfacerea urmtoarelor condiii: o existena unui sistem de codificare a sculei sau a locaului acesteia din magazin pentru recunoaterea sculei programate; o existena unui sistem de recunoatere a codului sculei; o rotirea periodic sau continu a magazinului de scule pentru cutarea sculei i oprirea automat n momentul identificrii; o oprirea orientat a axului principal n cazul antrenrii sculei prin pene frontale; o existena unor sisteme de asigurare a sculelor n locaurile magazinului i de centrare i fixare n axul mainii;

mna mecanic s fie prevzut cu sisteme de asigurare a sculelor manipulate; o existena unor sisteme de urmrire a strii sculei n timpul lucrului, care s comande schimbarea acesteia n cazul deteriorrii sau al atingerii limitei de uzur. Prelucrarea pieselor de revoluie solicit un numr mai redus de scule, ns n cazul pieselor tip carcase complexe acesta poate crete pn la 80100 scule. Avnd n vedere necesitatea asigurrii sculelor duble pentru nlocuirea celor uzate fr intervenie uman, precum i faptul c numrul sculelor crete odat cu extinderea familiei de piese prelucrate, rezult c centrele de prelucrare integrate ntr-un S.F.F. trebuie alimentate cu numr mare de scule. O soluie acestei probleme este mrirea capacitii magazinului de scule al mainii, ns aceasta prezint dou dezavantaje: o creterea timpului necesar pentru cutarea sculei programate i aducerea ei n poziia de schimbare; o crete gabaritul magazinului i greutatea acestuia, ceea ce conduce la consumuri energetice mai mari pentru executarea micrii de cutare a sculei programate. Se impune deci necesitatea gsirii unor soluii de alimentare cu scule a posturilor de lucru care s asigure capaciti nelimitate i o vitez mare de circulaie a sculelor n cadrul sistemului. Aceste soluii se pot mpri n 2 grupe distincte: o sisteme pentru nlocuirea automat a magazinului de scule pe centrul de prelucrare; o sisteme pentru nlocuirea automat a sculelor n magazinul de scule propriu al mainii n timp ce maina lucreaz. Schimbarea automat a magazinului de scule presupune utilizarea unor magazine de scule de schimb care s poat nmagazina sculele necesare pentru prelucrarea integral a unuia din tipurile de piese din familia programat pe S.F.F. Soluia firmei Yamazaki Japonia utilizeaz un magazin fix M de magazine de scule Mi (fig. 2.18) amplasate pe ghidaje i un sistem de transfer al magazinelor Mi pe/de pe centrul de prelucrare CP cu montant deplasabil n lungul magazinului M. n vederea schimbrii magazinului de scule, centrul de prelucrare CP se deplaseaz n dreptul poziiei libere a magazinului M i se transfer magazinul utilizat n aceast poziie, dup care are loc deplasarea montantului n dreptul magazinului Mi ce trebuie preluat; se transfer magazinul Mi pe centrul de prelucrare i se produce fixarea i cuplarea acestuia cu Fig. 2.18. Schimbare magazinelor de scule sistemul de acionare. Flexibilitatea acestui modul este asigurat i prin dotarea sa cu mesele n coordonate m1 i m2 i cu masa fix m3, pe care se pot fixa i centra piese diferite.o

32 32

Sistemele de schimbare automat a magazinelor de scule prezint dezavantaje care le limiteaz utilizarea: o numrul de scule nmagazinate nu poate depi 2530 deoarece o capacitate mai mare ar duce la creterea exagerat a greutii magazinului i la dificulti de transport i manipulare; o la prelucrarea seriilor mici de piese, exist posibilitatea schimbrii i a unor scule care nu au atins limita de uzur n ntregime, ceea ce determin creterea numrului de scule duble i a timpului pentru montarea i reglarea lor; o n cazul ruperii accidentale a unei scule, dac nu exist o dublur n magazinul de pe main, atunci este necesar oprirea mainii. Schimbarea automat a sculelor n magazinul de lucru al mainii asigur flexibilitatea maxim din punctul de vedere al sculelor, numrul de scule cu care poate lucra S.F.F. fiind orict de mare, iar alimentarea cu noi scule are loc n timpul funcionrii mainii. Exist mai multe soluii practice pentru aceast metod, cele mai importante fiind: o se utilizeaz un magazin de scule suplimentar aezat lng maina unealt din care se transfer scule n magazinul de lucru al mainii; o se utilizeaz un depozit fix de scule, cu scule amplasate n matrice, pe vertical, sau cu scule amplasate liniar; o magazinul de lucru al mainii se alimenteaz dintr-o palet de transport adus la main cu un robocar, manipulatorul de alimentare putnd fi amplasat direct pe robocar sau lng main. Ultima soluie ofer cea mai mare flexibilitate deoarece se poate aplica i n cazul dispunerii oarecare a posturilor de lucru. Soluia prezentat n fig. 2.19 se refer la folosirea unor palete de transport al sculelor P, prevzute cu un numr de locauri cel puin egal cu capacitatea magazinelor de pe maini. Transportul paletelor cu scule la posturile de lucru se realizeaz cu robocarul RC ghidat liber pe fir inductiv i se poziioneaz precis fa de centrul de prelucrare. Transferul sculelor se realizeaz cu un manipulator nglobat n construcia robocarului.

Fig. 2.19. Alimentarea cu scule individuale folosind robocare ghidate liber

3. Subsistemul de depozitare i transport n cadrul S.F.F.3.1. Funciile subsistemuluiSubsistemul de depozitare i transport cu funcionare automatizat (subsistemul logistic) asigur flexibilitate i stabilitatea procesului de producie n cadrul unui S.F.F. prin posibilitatea reglrii operative a acestui proces la schimbarea sarcinii de fabricaie i prin posibilitatea redistribuirii operative a sarcinilor ctre utilaje pentru compensarea abaterilor accidentale de la graficul planificat de producie. Subsistemul logistic realizeaz dou funcii importante, de baz n crearea fabricaiei flexibile automatizate: o depozitarea automat a semifabricatelor, pieselor finite, sculelor, paletelor, dispozitivelor i materialelor auxiliare; o transportul automat, funcie prin care se ealizeaz legtura ntre toate posturile de lucru ale S.F.F., asigurnd distribuirea n spaiu i la momentele necesare a materialelor n cadrul sistemului. Flexibilitatea i productivitatea subsistemului logistic trebuie s fie superioare flexibilitii i productivitii subsistemului tehnologic, pentru ca funcionarea sa s nu determine ntreruperi ale funcionrii posturilor de lucru ale S.F.F. sau neuniformiti n ncrcarea acestora. Cele dou funcii generale ale subsistemului de depozitare i transport se pot descompune n funcii pariale (fig. 3.1).

Fig. 3.1. Funciile subsistemului logistic

Funcia de depozitare automat i de gestionare a depozitelor include urmtoarele funcii pariale: o paletizarea/depaletizarea pieselor i sculelor; o codificarea paletelor, sculelor i dispozitivelor n scopul recunoaterii, livrrii i urmririi lor n cadrul S.F.F.; o depozitarea propriu zis a paletelor, magazinelor, sculelor i a altor materiale auxiliare; o recunoaterea (citirea codului) paletei sau sculei, a magazinului de scule etc.; o livrarea n sistem a paletelor, sculelor, magazinelor conform cu programul de producie operativ.

Funcia general de transport n cadrul S.F.F. se realizeaz prin urmtoarele funcii pariale: o transportul paletelor cu semifabricate de la depozit la maina unealt din sistem i ntre maini, ca i de la maina unealt la posturile de control sau de splare automate; o transportul paletelor cu piese finite ctre depozitul de piese finite sau ctre postul de depaletizare; o transportul sculelor individuale, al capetelor multiaxe sau al magazinelor de scule; o transportul paletelor goale sau al altor dispozitive de centrare/fixare a pieselor; o transportul materialelor auxiliare cum ar fi achiile sau lichidele de rcire-ungere colectate din posturile de lucru. Un principiu de baz al organizrii operaiilor de depozitare i transport din cadrul S.F.F. l constituie conservarea poziiei obiectului depozitat i transportat. Aceasta constituie, de fapt, conservarea unor informaii care simplific sarcina sistemului de gestiune i comand a depozitrii i transportului i elimin necesitatea unor dispozitive suplimentare pentru recunoaterea poziiei. Elementele care permit satisfacerea acestei cerine sunt paletele, dar condiia se realizeaz i prin concepia adecvat a sistemului de depozitare i manipulare a obiectelor la i ntre posturile de lucru.

3.2. Construcia depozitelor de pieseDepozitele de piese din cadrul unui sistem de prelucrare sunt destinate pentru preluarea i pstrarea rezervei de semifabricate, de piese cu prelucrare parial i de piese finite, precum i pentru predarea ctre posturile de lucru a semifabricatelor i a pieselor prelucrate parial. Depozitul de piese realizeaz funcia de acumulare n timp (de stocare) a pieselor, care n funcie de situaia piesei poate fi de trei feluri: o stocare de aprovizionare, realizat de depozitele pentru semifabricate; o stocare de proces, realizat de depozitele intermediare (interoperaionale); o stocare de livrare, realizat de depozitele pentru piese finite. mpreun cu funcia de transport a pieselor, depozitarea asigur continuitatea strii active a subsistemului tehnologic al S.F.F. i autonomia n funcionare a sistemului. Aceast autonomie se refer la asigurarea unui stoc iniial de semifabricate, a crui mrime poate s asigure funcionarea automat a sistemului pe durata unui schimb sau chiar mai mult, ct i la asigurarea unor stocuri tampon de semifabricate care au drept scop s evite oprirea ntregului sistem n cazul reparrii unei maini din sistem sau la apariia unei defeciuni. Scopul depozitului este acela de a urmri diferenele dintre intrri i ieiri (de timp, de cantitate, de sorturi etc.). Urmrirea i egalizarea acestora este necesar ntruct intrrile se produc n anumite momente iar ieirile n alte momente de timp; din punct de vedere cantitativ depozitul ndeplinete un rol de tampon. O prezentare a posibilitilor de depozitare este realizat n fig. 3.2. Organizarea S.F.F. din punctul de vedere al depozitrii pieselor, n corelaie i cu sistemele de transport al acestora n cadrul sistemului, poate fi difereniat n funcie de urmtorii factori: o gradul de centralizare al depozitrii; o poziia depozitului fa de subsistemul tehnologic al S.F.F.; o modul i locul n care se realizeaz pregtirea pieselor pentru depozitare;

construcia depozitului; gradul de automatizare a operaiilor privind depozitarea, livrarea i transportul pieselor n cadrul sistemului de prelucrare.o o

Fig. 3.2. Posibiliti de depozitare

Depozitele de semifabricate i piese pot fi centralizate i descentralizate, depozitul putnd realiza depozitarea n comun att a semifabricatelor ct i a pieselor finite sau depozitarea semifabricatelor i a pieselor finite se face n depozite separate. De asemenea, depozitul poate fi amplasat n afara sistemului de prelucrare sau n interiorul acestuia. n cazul depozitelor centralizate (fig. 3.3) i al amplasrii n paralel a posturilor de lucru, piesele revin mereu n depozit dup prelucrarea de pe fiecare post de lucru. Soluia prezint o flexibilitate ridicat n alegerea traseelor de prelucrare pentru diferite tipuri de piese, distribuirea acestora pe diverse maini fcndu-se cu o mare operativitate. De asemenea, soluia ofer posibiliti bune n prelucrarea asincron a diferitelor serii de piese.

Fig. 3.3. Soluii de organizare a S.F.F. n funcie de depozitare

Capacitatea de nmagazinare a depozitelor de piese ale S.F.F. depinde de numrul posturilor de lucru din sistem, de timpul mediu de prelucrare pe pies i de durata de funcionare automat dorit. Depozitarea pieselor n S.F.F. se poate face n depozite fixe sau depozite mobile. Depozitele fixe pot nmagazina palete cu piese sau chiar piese de revoluie n buci. Depozitele pentru palete sunt depozite celulare (cu rafturi) existnd n diverse variante constructive: cu celule dispuse ntr-un singur plan vertical, depozite n mai multe plane verticale paralele, cu celule dispuse n linie ntr-un plan orizontal, depozite celulare inelare etc. Capacitatea acestor depozite poate varia de la cteva zeci la 150200 locaii pentru palete, flexibilitate mai mare prezentnd depozitele celulare etajate. Depozitele mobile se caracterizeaz prin faptul c realizeaz, uneori, i funcia de transport al pieselor ntre posturile de lucru, cnd numrul acestora este redus (fig. 3.4) sau, cel puin, realizeaz funcia de cutare a piesei programate i aducerea acesteia n poziia de predare/primire pe masa mainii. De obicei sunt depozite descentralizate i se realizeaz sub forma unor mese rotative indexate, uni sau multietajate, sub forma unor transportoare cu lan care lucreaz n plan orizontal sau vertical, conveioare cu role antrenate sau chiar transportoare cu band.

Fig. 3.4. Depozit mobil

3.3. Codificarea i recunoaterea pieselor i sculelor n S.F.F.S.F.F. cu grad nalt de automatizare necesit urmrirea pieselor, sculelor i dispozitivelor pe tot parcursul acestora n cadrul sistemului. n acest scop, se utilizeaz o serie de sisteme de codificare i identificare a paletelor cu piese, a sculelor i echipamentelor vehiculate, care pot servi unuia din urmtoarele scopuri: o controlul i gestiunea automat a nmagazinrii pieselor n depozitele de semifabricate i piese finite; o controlul desfurrii corecte a transportului pe tot traseul n cadrul sistemului; o distribuirea corect a pieselor la posturile de lucru ale sistemului i apelarea programelor NC pentru prelucrarea pe mainile respective; o culegerea datelor privind prelucrarea pieselor pe diferite posturi de lucru n scopul elaborrii unor rapoarte statistice sau pentru a putea efectua corectarea programelor de conducere operativ a produciei;

nregistrarea pieselor rebut; selectarea sculelor sau a locaului magazinului de scule n scopul schimbrii sculei pe maina unealt; o selectarea sculelor n depozitele centralizate de scule sau n magazinele de scule n vederea transferului acestora n magazinul de scule propriu al mainii unelte; o selectarea magazinului de scule n depozitul de magazine pentru nlocuirea pe main. Pentru identificarea pieselor n S.F.F. se utilizeaz diverse coduri numerice sau alfanumerice, materializate pe cartele perforate, sub forma codurilor de bare, prin pastile magnetice etc. Codificarea sculelor n S.F.F. se poate realiza prin codificarea suportului acesteia sau prin codificarea locaiei de nmagazinare a sculelor n magazinul de pe main sau n depozitul de scule de schimb. Pentru codificarea dispozitivelor sunt potrivite codurile de bare i codurile magnetice aplicate pe corpul acestora.o o

3.4. Exploatarea depozitelor de piese n S.F.F.Exploatarea depozitelor n cadrul S.F.F. este asociat urmtoarelor operaii: pregtirea pieselor pentru depozitare (fixarea pieselor pe palete i aplicarea codului); o nmagazinarea paletelor cu piese n celulele depozitului; o cutarea i identificarea pieselor i extragerea acestora din depozit; o livrarea pieselor extrase sistemului de transport. Gradul de automatizare n deservirea depozitelor determin o mare varietate de S.F.F., operaiile putnd fi automatizate total sau parial. Chiar i n cazul unui grad nalt de automatizare n funcionarea sistemului, executarea manual a operaiilor de pregtire a pieselor pentru depozitare este mai economic datorit diversitii mari de form i greutate a pieselor ce se amplaseaz pe palete. Pe aceasta se bazeaz i organizarea operaiilor de exploatare a depozitului prezentat n figura de mai jos (fig. 5).o

Fig. 5. Exploatarea depozitelor fixe n S.F.F.

Operatorul uman efectueaz poziionarea i fixarea pe palete a pieselor apoi aplic pe acestea codul corespunztor n postul de paletizare/codificare. Un conveior sau robocarul R1 conduce paletele n poziia de preluare de ctre elevatorul automat E n

vederea depozitrii. Cititorul C1 citete codul paletei i l transmite sistemului de comand al elevatorului pentru deplasarea paletei n celula alocat din depozit DC. Depozitarea paletelor n celule este posibil n dou moduri: o amplasarea static poziionarea paletelor n celule n ordinea prestabilit prin fiierul de inventariere a depozitului; o amplasare dinamic poziionarea liber a paletelor n celulele depozitului. Metoda static este caracterizat de faptul c piesa revine dup fiecare prelucrare n aceeai poziie n depozit, ceea ce confer rigiditate programului de gestiune dar i o siguran mai mare n transmiterea informaiilor i uurin n organizarea activitilor de depozitare i transport. n cazul metodei dinamice piesa este depozitat n orice loca, liber sau ales dup un algoritm special. Rezult deci o flexibilitate mai sporit i o folosire mai raional a resurselor subsistemului logistic.

3.5. Transportul materialelor i sculelor n S.F.F.Toate elementele aflate n componena unui S.F.F. sunt legate ntr-un sistem unitar prin transportul automat al materialelor i sculelor, acesta asigurnd distribuirea la posturile de lucru, n momente determinate, a pieselor, dispozitivelor, sculelor de lucru i de msurare etc. Activitatea de transport este una mare consumatoare de timpi auxiliari n cadrul unui sistem de prelucrare, reducerea acestora fiind de o importan sporit cu impact deosebit n productivitatea i eficiena sistemului. Acest lucru se poate realiza prin: o reducerea distanelor de transport prin stabilirea rutelor cele mai scurte la transferul pieselor ntre diversele maini ale sistemului sau prin reducerea numrului posturilor de lucru prin utilizarea unor centre de prelucrare cu posibilitatea executrii unui numr mare de operaii; o reducerea timpului consumat pentru activitile de transport optime n funcie de forma i lungimea traseelor sau prin conceperea unor trasee de transport cu ct mai puine intersecii i fluxuri inverse, fr timpi de ateptare n realizarea aciunii unuia sau altuia dintre mijloacele de transport; o utilizarea unor dispozitive de predare/primire a paletelor care s permit micorarea timpului de ncrcare a paletelor pe mijlocul de transport i transferul acesteia ntre mijlocul de transport i maina unealt; o utilizarea unor sisteme de siguran adecvate, care s permit evitarea ciocnirilor i desfurarea fr ntreruperi a activitilor de transport. Mijloacele tehnice prin care se realizeaz transportul automat n cadrul S.F.F. pot fi foarte diverse, diversitatea fiind determinat att de construcia mijlocului de transport ct i de forma traiectoriei de deplasare sau de poziia acestei traiectorii (fig. 3.6).

3.6. Sisteme de transport cu circuit nchisn categoria sistemelor de transport n circuit nchis utilizate n realizarea S.F.F. intr diverse tipuri de transportoare. Transportoarele cu role realizeaz transportul paletelor sau pieselor cu ajutorul unui tren de role libere sau antrenate. Astfel de transportoare exist n aproximativ 30% din numrul S.F.F. existente pe plan mondial. Antrenarea rolelor se poate face n dou

moduri. n ambele cazuri se utilizeaz un motor electric cu reductor ns transmisia micrii la role se poate face cu un lan general, cu dispozitiv de ntindere sau cu lan de la rol la rol, n ultimul caz rezultnd o precizie de lucru sporit.

40 40

Fig. 3.6. Traiectorii de transport n S.F.F.

Transportoarele cu lan se pot utiliza pentru trasee de transport rectilinii sau curbilinii (n special ovale). Transportoarele cu lan cu traseu rectiliniu se utilizeaz n special pentru piesele de revoluie, n timp ce transportoarele cu lan cu traiectorie curbilinie sunt utilizate mai mult pentru realizarea depozitelor proprii ale posturilor de lucru ce prelucreaz piese prismatice. Transportoarele cu band sunt utilizate mai puin n cadrul S.F.F. cu grad mai ridicat de automatizare datorit imposibilitii de a realiza precizia corespunztoare de poziionare a pieselor n posturile de lucru; aceste transportoare sunt utilizate mai ales pentru transportul achiilor colectate de la posturile de lucru.

3.7. Sisteme de transport cu circuit deschisRoboii industriali mobili se utilizeaz n cadrul S.F.F. pentru piese de revoluie i mai rar pentru piesele prismatice de dimensiuni mai mici. Se utilizeaz n special roboi mobili cu deplasare pe protal (pentru sisteme ce prelucreaz axe lungi prin strunjire sau rectificare, precum i piese de revoluie scurte). Tehnologia robocarelor vehicule ghidate automat s-a impus ca o modalitate optim de realizare a transportului interoperaional la distan al pieselor i sculelor. Echipate cu motoare electrice de curent continuu i alimentate cu baterii de acumulatoare ce le confer o autonomie funcional (ntre patru i opt ore), aceasta se deplaseaz fie pe ine, pe roi cu pneuri, pern de aer, dispunnd de posibilitatea de ghidare magnetic, optic sau mixt. Crucioarele de transport automat cu i fr ine, cu comand prin calculator, se utilizeaz tot mai frecvent n sistemele flexibile de prelucrare. Pentru exemplificare, n Japonia numai 26% din sistemele flexibile n fu cionare au fost echipate cu conveiere

pentru transportul semifabricatelor i pieselor ntre mainile-unelte i dispozitive, iar restul folosesc robocare automate. Un circuit nchis, prin care trece curent electric cu frecven 5-30kHz, este realizat de ctre cablul instalat sub pardoseal. n acest fel se creeaz un cmp magnetic cu linii de for amplasate concentric, care intr n interaciune cu spirele bobinelor de inducie montate pe crucior. Echipamentul electronic pentru direcionare stabilete direcia de micare a cruciorului prin egalizarea mrimii cmpului magnetic a dou bobine de recepie. Pe lng acest sistem de comand a deplasrii, se mai utilizeaz i alte sisteme, ce nu sunt ntotdeauna indicate pentru condiiile din seciile de prelucrare, dintre care amintim: sisteme care funcioneaz cu ajutorul traductoarelor fotoelectrice i al benzii albe a traseului de deplasare; dirijarea prin calculator pe baza msurrii drumului parcurs n diferite direcii, eventual prin orientarea n raport cu diferite obiecte identificabile de pe traseu, etc. Principalul neajuns al dirijrii optice const n nesigurana marcajului, care se deterioreaz prin murdrie i uzur iar dirijarea prin msurtori de distane necesit programe complexe. Din aceste motive, cel mai uzual, este folosit dirijarea prin inducie, sistem care st la baza aproape tuturor echipamentelor realizate industrial pn n prezent, dar se lucreaz la elaborarea unui sistem optic de comand a micrii cruciorului cu ajutorul razelor laser. n cele mai generale cazuri semifabricatele sunt transportate cu robocare ghidate magnetic sau optic, de la depozitul central la staia automat de ncrcare/descrcare a pieselor, unde se efectueaz alimentarea schimbtoarelor automate de palete i a posturilor suplimentare de depozitare. Operaiile de montare a pieselor pe palete se execut manual de ctre operatorul uman ntr-un post special amenajat, iar operaiile de prereglare, codificare, curare i ncrcare a sculelor/pieselor pe palete de transport se execut tot de ctre operatori umani, cu ajutorul unor dispozitive speciale, ntr-un spaiu special prevzut n acest scop. Realizarea sistemelor flexibile de montaj pentru produse complexe avnd gabarite mijlocii i mari, precum i numr mare de elemente componente, implic nlnuirea unui numr relativ mare de posturi de lucru de-a lungul unui mijloc de transfer cu lungimea de ordinul zecilor sau chiar sutelor de metri. n concepia clasic de automatizare rigid, astfel de linii echipeaz fabricile de automobile de tip Ford, mijlocul de transfer fiind conveioarele cu micare continu, cu traseul aerian sau la sol. Importana acordat flexibilizrii sistemelor tehnologice a determinat i n acest caz adoptarea unor soluii diferite, bazate pe mijloace de transfer la distan cu deplasare automat pe traseu variabil (robocarele). Reprezentrile principiale a unor robocare sunt prezentate n fig. 3.7. Mijlocul de transfer const dintr-un numr de crucioare autopropulsate RC care sunt conduse automat de-a lungul unui traseu n care se face ncrcarea, din magazia de piese , crucioarelor cu setul de subansamble, piese i materiale necesare pentru asamblarea unuia sau mai multor produse, corespunztoare programului de montaj al zilei. Robocarele poart dispozitive de tip palet pentru aezarea pie