Dezvoltarea sistemelor flexibile de fabricatie

Dezvoltarea sistemelor flexibile de fabricatie

Sistemul flexibil de fabricatie (SFF) reprezinta un concept evoluat, el aducand o imbunatatire evidenta a procesului de productie de serie mijlocie si mica. SFF a aparut ca o necesitate impusa de piata bunurilor de larg consum, in contextul in care aproximativ 80% din productia tarilor avansate reprezinta productia de sere mica[1]. Aparitia primelor sisteme flexibile de fabricatie poate fi amplasata in jurul anului 1960, neexistand, insa, o data precisa a aparitiei primului SFF. Acest fapt se datoreaza faptului ca nu a existat un consens cu privire la ce inseamna sistemul flexibil de fabricatie. In general se accepta ca un SFF reprezinta un sistem de productie avand in componenta masini unelte cu comanda numerica, roboti industriali, acestea fiind controlate cu ajutorul tehnicii de calcul.

Se apreciaza ca primul sistem flexibil de fabricatie a fost realizat in anul 1958, in SUA, la Huges Aircraft Co, cu aceasta ocazie formulandu-se si prima definitie a SFF. In aceasta perioada au aparut si alte sisteme, cateva dintre ele fiind mentionate mai jos[2]:

Anglia, 1960 - David Williamson - R&D engineer employed by Molins, London);

S.U.A., 1960, Ingersoll-Rand, Virginia la Sundstrand; Kearney & Trecker FMS la Caterpillar Tractor si Cincinnati Milacron;

Germany, 1969, Heidleberger Druckmaschinen la Universitatea din Stuttgart

U.S.S.R si Japonia (Fuji Xerox) - in jurul anului 1970.

Lipsa unei dezvoltari mai accentuate a SFF, in ciuda avantajelor pe care le ofera, a fost totusi stopata de costurile extrem de mari ale implementarii lor, si de rezultatele nu in totdeauna foarte bune, fapt care a dus la descurajarea producatorilor mici.

In tara noastra au fost realizate si implementate mai multe celule si sisteme flexibile[3] la "Semanatoarea" Bucuresti, IMF Sinaia, IMU Arad, Infratirea Oradea.

Premisele, in plan tehnic, care au stat la baza dezvoltarii sistemelor flexibile de fabricatie au fost in principal acelea privind dezvoltarea tehnologiilor de varf in domeniul industrial, informatic si managerial. Astfel, SFF reprezinta o incununare a tehnologiilor in domeniile ciberneticii, roboticii, a calculatoarelor, a tehnologiilor de grup si fabricatiei celulare. (fig. 1.1). In cele ce urmeaza voi face o succinta prezentare a acestor tehnologii.

Fig 1.1 Factorii de influenta care au contribuit la dezvoltarea SFF

Robotii

Robotul este o masina care poate fi programata pentru performante manuale, necesara inlocuirii, de obicei cu o performanta mai ridicata, anumitor functii ale omului. Termenul de robot a fost introdus pentru prima oara in anul 1920 de catre scriitorul Karel Capek, in drama utopica "Robotii universali a lui Rossum", destinatia acestuia fiind inlocuirea fortei de munca cu una mecanizata mai ieftina, si implicit efectul acesteia, ieftinirea produselor[4].

Primii roboti au fost construiti in anul 1957, avand utilizari generale, urmati fiind de primii robotii industriali, in 1961-62, construiti la firmele General Motors si Ford, iar firma americana Unimate construieste primul robot actionat hidraulic si comandat cu calculatorul.

Principalele tipuri de roboti sunt[5]:

- robotul nonservo care este controlat inflexibil, mecanic. Nu contin un mecanism servo, prin care s-ar putea corecta performanta acestuia. Un robot nonservo va utiliza o tehnica deschisa pentru a se muta de la un loc la altul. Se va deplasa intr-o directie data pana cand va intalni o restrictie fizica. Pentru a schimba operatiile unui robot nonservo restrangerile fizice sunt deplasate.

- robotul servo care incorporeaza un mecanism servo. Aceasta poate avea forma unui control playback care implica programarea unor serii de puncte, prin care robotii se misca pe traiectoria ceruta.

Robotii pot fi programati cu un limbaj special dezvoltat pentru roboti asemanator limbajului VAL dezvoltat de AML sau IBM.

Roboti inteligenti sau controlati de senzori ce folosesc inteligenta artificiala pentru a putea face actiuni adecvate, necesare pentru a raspunde diferitelor situatii variate sau la diferiti "stimuli". Stimularea robotilor inteligenti si monitorizarea operatiilor lor se bazeaza pe un contact (atingerea fizica a unui alt obiect), noncontact (folosind calculatoare sau "vederea" robotilor pentru a reorganiza aspecte care sunt cerute ca raspuns) sau mediu (care face ca robotii sa raspunda stimulilor externi, cum ar fi temperatura, umiditatea, etc).

Activitatile in care robotii se folosesc, inlocuind partial sau total omul sunt cele, in care operatiile de lucru sunt simple si repetitive, acolo unde se impun tolerante in realizarea produselor greu de atins de catre oameni, in medii periculoase, etc.

Beneficiile implementarii robotilor, beneficii care se rasfrang in general si asupra SFF care ii "adopta" sunt cele privind capacitatea robotilor de a realiza produse la un nivel calitativ in general constant ridicat, pot lucra aproape "non-stop", timpii de "odihna" aparand in cazul defectiunilor sau a opririlor de intretinere. Utilizarea robotilor imbunatateste modul de folosire al materiilor prime, in acelasi timp marindu-se productivitatea, ceea ce duce la un cost al produsului realizat relativ scazut.

Lucrare: Motivatia si satisfctia in munca -premisele reusitei si succesului profesional Lucrare: Procesul asigurarea calitatii - tratarea produsului neconform

Mai jos sunt date cateva repere privind inceputurile dezvoltarii robotilor.

Sisteme de productie integrate cu ajutorul calculatorului - C.I.M.

Sistemul C.I.M. (computer integrated manufacturing) este definit[6] ca un sistem de productie, cu bucla de reglare inchisa, in care intrarile sunt constituite din comenzile de produse, iar iesi­rile sun constituite din produsele finite complet asamblate, verificate si gata de folosire. Fac parte din sistem instalatii, utilaje, calculatoare electronice si programele aferente care privesc activitatile de proiectare, programarea productiei, controlul procesului de productie si al produselor, etc. Sistemul poate fi complet automatizat si are posibilitatea de optimizare activa. In esenta, calculatorul electronic coordoneaza si conduce intregul proces productiv de la proiectare, specificatia materialelor, receptia materiei prime pana la fabricatia propriu-zisa, expediere etc. Cea mai importanta caracteristica este aceea ca pot fi interco­nectate si corelate, datorita suportului comun, toate activitatile productive.

Din definitia prezentata se pot extrage elementele definitorii pentru sistemul C.I.M.:

- este un sistem global care cuprinde toate subsistemele care participa la realizarea sarcinilor de productie (subsistemele de fabricatie, conducere, proiectare etc.);

- integrarea se face cu ajutorul calculatorului electronic folosind o baza unica de date care este permanent reactualizata;

- conducerea si controlul fiecarui subsistem component se efectueaza direct de catre calculator prin intermediul programelor implementate, tinandu-se seama de toate corelatiile necesare bunei functionari a sistemului.

Sistemul C.I.M. poate fi structurat avand in vedere principalele activitati care se desfasoara intr-o intreprindere: proiectare, aprovizionare, desfacere, pregatirea fabricatiei, financiar-contabila etc.[7]:

1) Proiectarea asistata de calculator creeaza posibilitatea de folosi calculatorul la realizarea sarcinilor legate de proiectarea si testarea produselor.

a) proiectarea propriu-zisa a noilor modele sau produse (computer aided design - C.A.D.) inglobeaza seturi de programe specifice activitati de realizarea schitelor, planurilor si proiectelor, efectuarea calculelor ingineresti necesare, elaborarea specificatiilor de materiale, materii prime si energie necesare realizarii produsului, evaluarea costurilor de fabricatie, selectarea modelelor finale in functie de mai multe criterii.

b) testarea si verificarea asistata de calculator (computer aided testing - C.A.T.) cuprinde seturi de pro-grame referitoare la analiza si selectarea variantelor optime, simularea pe calculator a conditiilor extreme in care functioneaza modelele selectate, sinteze grafice de noi dispozitive, mecanisme, circuite etc.

2) Planificarea, pregatirea si controlul fabricatiei are in vedere activitatile conexe fabricatiei propriu-zise.

a) aprovizionarea si desfacerea asistata de calculator (computer aided logistics - C.A.L.) este asigurata prin seturi de programe care realizeaza lansarea de ordine de intrare-iesire a materiilor prime si materialelor necesare si a produselor finale, controlul produselor finale, planificarea si distribuirea mijloacelor de transport necesare.

b) pregatirea si programarea fabricatiei asistata de calculator (computer aided planning - C.A.P.) este realizata prin programe speciale care asigura programarea fabricatiei (lansarea bonurilor de materiale si a manoperei, a tehnologiilor de executie si control, pregatirea si planificarea capacitatilor existente prin repartizarea comenzilor pe liniile de fabricatie corespunzatoare, lansarea in executie a S.D.V.-urilor necesare etc.

c) activitatea financiar-contabila asistata de calculator (computer financial planning - C.F.P.) este asigurata in mod automat pe baza proiectelor si specificatiilor obtinute dupa proiectarea produsului si lansarea acestuia in fabricatie. Se realizeaza prevederea si calculatia costurilor, evidente si analize financiar-contabile, calcularea preturilor produselor.

Conducerea si coordonarea prin intermediul calculatorului a activitatilor conexe fabricatiei prin sistemele C.A.L., C.A.P., C.F.P. produce efecte considerabile prin reducerea ciclului de fabricatie realizata prin scurtarea fazei pregatitoare, cresterea gradului de organizare prin imbunata­tirea coordonarii activitatilor conexe ei, posibilitatea de a analiza variantele de fabricatie prin simulare si calculul costurilor inca din faza de planificare si pregatire a fabricatiei, cresterea sigurantei de functionare a sistemului de productie.

3) Fabricatia asistata de calculator (computer aided manufacturing - C.A.M.

Sistemul C.A.M. integreaza urmatoarele activitati

stocarea si urmarirea materialelor pe fluxul de fabricatie;

deplasarea materia1e1or pe fluxul de fabricatie;

conducerea directa a masinilor si utilajelor in special a MUCN si robotilor.

controlul calitatii dupa fiecare faza a productiei.

Prin intermediul acestui sistem se asigura conexarea tuturor masinilor si utilajelor din cadrul sistemului de fabricatie la calculatorul central, conducerea si coordonarea lor unitara eliminand stagnarile. Calculatorul central sau local (aferent unui centru de fabricatie) conduce direct masinile cu comanda numerica care efectueaza operatii de prelucrare dificile si care in mod normal, aveau nevoie de modele in marime naturala (prelucrarea matritelor, a paletelor de turbina, a suprafetelor complexe care pot fi descrise prin formule sau modele matematice adecvate). Este posibila astfel atingerea unui grad mare de flexibilitate a sistemului de fabricatie. Efectul imediat consta in imbunatatirea substantiala a eficientei fabricatiei in loturi mici care devine comparabila cu fabricatia de serie mare.

Cea mai eficienta solutie este de a utiliza sistemul C.A.M. la conducerea si coordonarea sistemelor flexibile de fabricatie[8].

Daca comparam sistemul flexibil de fabricatie cu un organism viu atunci sis­temul C.I.M. constituie un adevarat "sistem nervos" care asigura conducerea si coordonarea unitara a tuturor proceselor ce se desfasoara in cadrul SFF

Prin intermediul sistemului C.I.M. sunt integrate toate fluxurile informationale care strabat sistemul de productie, si corelate cu fluxurile de materiale si energie pentru a produce produsul necesar la momentul necesar.

Tehnologia de grup

Tehnologia de grup reprezinta o modalitate de aranjare logica si succesiva a tuturor operatiilor unei companii, prin care se aduce un beneficiu pornind de la productia de masa, la cea de serie. Prin intermediul acestei tehnologii managerul trebuie sa aiba posibilitatea de a realiza eficienta grupand probleme similare.

Tehnologia de grup functioneaza pornind de la o baza de date, in general computerizata, care foloseste o un sistem de clasificare formal, ce descrie fiecare componenta privita din zona de proiectare si cea de productie. O data realizata clasificarea, componentele avand caracteristici similare vor fi grupare in familii de componente.

Aplicatiile tehnologiei de grup se pot regasi in:

- planificarea proceselor - tehnologia de grup poate fi legata de procesul de planificarea asistat de calculator (CAPP - computer-aided process planning) pentru a determina componentele care vor fi executate, prin reducerea numarului de proiecte noi, lucru care va face munca de planificare mai eficienta.

- proiectarea componentelor - tehnologia de grup este utila in cazul proiectarii, prin recuperarea unor proiecte concepute anterior, si care se incadreaza in acelasi grup cu un proiecte similar ce trebuie conceput.

- planificarea si controlul productiei - tehnologia de grup grupeaza componentele cu caracteristici similare in familii, fapt ce duce la o reducerea timpului de prelucrare.

Cateva din avantajele aplicarii tehnologiei de grup sunt sintetizate mai jos[9]:

- faciliteaza stocarea si recuperarea proiectelor existente;

- identifica si pune impreuna partile similare pentru ca atat proiectul cat si fabricatia sa obtina avantaje din aceste similitudini;

- asigura o eficienta sporita a materialelor prin organizarea celulara;

Folosirea tehnologiei de grup poate da rezultate concludente prin cu 90% a inventarului, utilizarea cu 50% mai eficienta a spatiului, reducerea cu 25% a muncii directe si indirecte, reducerea cu 90% a timpului de fabricatie si cresterea cu 80% a calitatii.

Fabricatia celulara

Fabricatia celulara consta intr-un numar mic de masini cu ce colaboreaza indeaproape unele cu altele. Intr-un sistem de fabricatie o celula poate fi privita ca cea mai mica unitate autonoma capabila sa sustina productia.

Fabricatia celulara implica aranjarea logica a echipamentului controlat numeric in grupuri de ciorchini de masini pentru a procesa familii de produse.

Conceptul celulelor este asociat cu aplicarea tehnologiei de grup care grupeaza diferite tipuri de masinilor conventionale in "celule". Fiecare din aceste celule este proiectata pentru a produce un grup dintr-o familie de produse.

Diferenta principala intre fabricarea automata a celulelor si un sistem de fabricatie cu adevarat flexibil este ca celulele:

sunt in general controlate de un controler de celula, controlul computerizat nefiind o latura esentiala. Un SFF este in general conectat la un calculator central;

sunt constranse de numarul de unelte care pot fi instalate prin ele. Un SFF poate transfera automat si schimba uneltele prin control computerizat centralizat;

in general au o flexibilitate mai redusa decat un SFF