bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Nghiên cứu công nghệ sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính ( cim ) ( Đề tài khoa học cấp Bộ ) Chủ nhiệm đề tài : GS.TS Trần Văn Địch Hà Nội: 2004 Lời nói đầu Khoa học máy tính ra đời từ những năm 70 của thế kỷ trớc. Cho đến ngày nay, công nghệ khoa học máy tính phát triển nh vũ bão đã kéo theo sự đổi thay đáng kể của rất nhiều lĩnh vực trong xã hội loài ngời. Máy vi tính đợc ứng dụng vào mọi mặt của đời sống xã hội, từ công sở, trờng học, bệnh viện, sân bay đến nhà hát, sân vận động . Nền kinh tế thế giới cũng nhờ đó mà phát triển nhanh chóng. Các nhà máy sản xuất theo phơng pháp truyền thống trớc đây cũng đợc nâng cấp phát triển dần dần thành hệ thống sản xuất tự động hoá từng phần, toàn phần, rồi phát triển thành các dây chuyền sản xuất tiên tiến, thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và cuối cùng là hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM. Những nhà máy CIM ra đời đã tạo ra năng suất, chất lợng sản phẩm rất cao. Trong quá trình hoạt động của nhà máy, máy vi tính tham gia vào quản lý từ khâu ban đầu là thiết kế sản phẩm, cho tới gia công, kiểm tra chất lợng và cuối cùng là tính giá thành sản phẩm, năng suất sản xuất và phân phối sản phẩm chất lợng ra thị trờng hàng hoá một cách hiệu quả và kinh tế nhất. Trên thế giới hệ thống sản xuất CIM đang dần đợc triển khai tại một số nớc. Việt Nam là nớc đang phát triển, công nghệ sản xuất truyền thống còn nhiều. Vậy nên để thúc đẩy nền kinh tế Việt Nam đi lên, dần ngang bằng với các nớc trên thế giới thì việc ứng dụng các hệ thống sản xuất CIM trong công nghiệp là một xu hớng tất yếu trong những năm tới và trong tơng lai sau này. Chính vì vậy chúng toi chọn đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM là đúng hớng. Ch+ơng 1 Tổng quan về sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM Định nghĩa về CIM CIM (Computer Integrated Manufacturing) là hệ thống sản xuất tự động hoàn chỉnh có sự trợ giúp của máy tính. Trong hệ thống CIM các chức năng thiết kế và chế tạo đợc gắn kết với nhau, cho phép tạo ra những sản phẩm nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả. Khái niệm về CIM tuy cha xuất hiện lâu (vào đầu những năm 70) nhng ngày nay đã trở thành quen thuộc trong sản xuất hiện đại, cùng với sự phát triển của sản xuất, sự phát triển của khoa học công nghệ đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hoá và phần mềm máy tính thì một hệ thống CIM đợc triển khai ở một cơ sở sản xuất công nghiệp ngày càng trở nên quen thuộc và trở thành chiến lợc nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hoặc các bộ vi xử lí. Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về CIM tuỳ thuộc vào mục đích ứng dụng của nó, sau đây là một số các định nghĩa về CIM tiêu biểu và ngày càng đợc công nhận rộng rãi trên thế giới : Hiệp hội các nhà sản xuất SME (Society of Manufacturing Engineers) định nghĩa về CIM nh sau: CIM là một hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất các các chức năng thơng mại của một nhà máy sản xuất, từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng, thiết kế, sản xuất, cho đến khâu phân phối sản phẩm đến tay khách hàng. Từ điển về các công nghệ sản xuất tiên tiến AMT (Advanced Manufacturing Technologies) định nghĩa về CIM nh sau: CIM là một nhà máy sản xuất tự động hoá toàn phần, nơi mà tất cả các quá trình sản xuất đợc tích hợp và đợc điều khiển bởi máy tính. Công ty máy tính IBM của Mỹ định nghĩa: CIM là một ứng dụng, có khả năng tích hợp các nguồn thông tin về thiết kế sản phẩm, kế hoạch sản xuất, thiết lập và điều khiển các nguyên công trong toàn bộ quá trình sản xuất. Một hệ thống CIM có thể đợc xem tạo thành từ các phân hệ sau: CAD, CAM, CAP, CAPP. Các tế bào gia công. Hệ thống cấp liệu. Hệ thống lắp ráp linh hoạt. Hệ thống mạng LAN nội bộ liên kết các thành phần trong hệ thống. Hệ thống kiểm tra và các thành phần khác. Hệ thống MiniCim ở phòng thí nghiệm của trờng đại học Bách Khoa Hà Nội với mục tiêu phục vụ giảng dạy bao gồm các phần tử sau: - Hai máy gia công CNC (1 máy phay - khoan và 1 máy tiện). - Hai robot thực hiện các chức năng lắp ráp và cấp phôi. - Máy tính chủ đợc nối mạng Ethernet và phần mềm CIMSoft cùng với các máy tính cá nhân khác cho phép điều khiển và quản lí toàn bộ hệ thống. - Băng tải dùng cho các Pallet. - Hệ thống chứa và lấy phôi tự động. - Bộ điều khiển logic khả lập trình PLC. 1.2 ứng dụng của CIM Thiết lập một hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính CIM là một vấn đề không đơn giản nó không chỉ phụ thuộc vào khả năng tài chính của công ty mà còn phụ thuộc vào đội ngũ nhân lực của công ty do đó việc ứng dụng một hệ thống CIM vào sản xuất của một công ty phải đợc xem xét một cách cẩn thận. Thực tế khi mà sản xuất phát triển, nhu cầu của khách hàng thay đổi thờng xuyên và không ngừng nâng cao, sự cạnh tranh mạnh của nhiều công ty cần thiết. Trong hệ thống CIM chức năng thiết kế và chế tạo đợc gắn kết với nhau cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm và tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả. Với hệ thống CIM, nó có khả năng cung cấp sự trợ giúp máy tính cho tất cả các chức năng thơng mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp, phân phối sản phẩm của một nhà máy. CIM tham gia vào môi trờng sản xuất công nghiệp: điều khiển robot, lắp ráp, gia công, sơn phủ đánh bóng, gia công hàn, kiểm soát chất lợng sản phẩm, đóng gói, vận chuyển và phân phát hàng hoá. CIM tham gia vào các quá trình công nghệ: thiết kế và sản xuất có trợ giúp máy tính (CAD/CAM). Lập kế hoạch sản xuất và quy trình công nghệ có trợ giúp của máy tính (Computer Aided Process Planning/ Computer Aided Engineering (CAPP/CAE). CIM bao gồm mạng và các hệ thống: các phần cứng và phần mềm truyền thông trong nhà máy, quản lý thông tin dữ liệu bao gồm cả việc thu thập, lu trữ và truy xuất dữ liệu. CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng các quá trình sản xuất: lập kế hoạch và kiểm soát nguyên liệu đầu vào, các hệ thống theo dõi và kiểm soát chất lợng, các kỹ thuật và phơng pháp thanh tra giám sát nh lập kế hoạch và quản lý nguồn lực sản xuất, lập kế hoạch và quản lý nguồn lực công ty, kiểm tra chất lợng toàn bộ và phơng thức sản xuất đáp ứng kịp thời sự thay đổi nhanh chóng của các chủng loại sản phẩm. Hiệu quả của CIM Hệ thống CIM có thể tạo ra lợi nhuận vững chắc cho ngời sử dụng hơn là các hệ thống sản xuất thông thờng khác. CIM cho phép một nhà máy sản xuất thích ứng nhanh chóng với sự thay đổi của thị trờng và cung cấp các hớng phát triển cơ bản của sản phẩm trong tơng lai. Với sự trợ giúp của các máy tính trong CIM, các hoạt động phân đoạn của quá trình sản xuất đợc tích hợp thành một hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi chảy với sự giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất đồng thời nâng cao chất lợng sản phẩm. Trong hệ thống CIM cho phép sử dụng tối u các thiết bị, nâng cao năng xuất lao động, luôn ứng dụng các công nghệ tiên tiến và giảm thiểu sai số gây ra bởi con ngời, kinh nghiệm sử dụng CIM cho thấy những lợi ích điển hình sau đây: Nhanh chóng cho ra đời sản phẩm mới kể từ lúc nhận đơn đặt hàng: Giảm 15-30% giá thành thiết kế. Giảm 30-60% thời gian chế tạo chi tiết. Tăng năng suất lao động lên tới 40-70%. Nâng cao chất lợng sản phẩm, giảm đợc 20-50% phế phẩm. Quản lý vật t hàng hoá sát thực tế hơn. Tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trờng. Hoàn thiện đợc phơng pháp thiết kế sản phẩm, ví dụ: sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn cùng với máy tính cho phép thực hiện phép tính nhanh hơn 30 lần so với các phơng pháp thông thờng khác cho nhiều phơng án thiết kế khác nhau. H+ớng phát triển của CIM Ngày càng nhiều, trên thế giới ngời ta đã đạt đợc những thành tựu to lớn trong việc ứng dụng hệ thống CIM vào sản xuất công nghiệp. Cùng với sự phát triển mạnh của các ngành khoa học liên quan phục vụ cho sự phát triển hoàn thiện của CIM các nhà khoa học và các nhà sản xuất vẫn luôn nghiên cứu để nâng cao hiệu quả, kĩ thuật và sự hoàn thiện của CIM, trong đó một trong những hớng phát triển khá mới mẻ của CIM là khái niệm về sản xuất thực sự (Virtual Manufactring) hay CIM thực sự (Virtual CIM). Khái niệm sản xuất thực sự xuất hiện khi các đơn vị sản xuất đ ợc liên kết với nhau trên phạm vi toàn cầu để giải quyết tất cả các vấn đề của quá trình sản xuất từ hoạch định sản xuất đến phân phối sản phẩm. Trên thế giới hiện nay ngày càng xuất hiện nhiều sự liên kết giữa các nhà sản xuất trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp. ở đây nhà máy thực sự (Virtual Firm) đợc định nghĩa nh một mạng liên kết toàn cầu để phục vụ cho toàn bộ quá trình sản xuất một số sản phẩm nhất định và khi sản xuất phát triển chỉ có nhà máy thực sự mới đáp ứng đợc sự cạnh tranh và thị trờng toàn cầu. Với khái niệm nhà máy thực sự này ngời ta đa ra khái niệm CIM thực sự và việc nghiên cứu, ứng dụng CIM thực sự trong phạm vi toàn cầu ngày càng trở nên cần thiết. Hình vẽ dới đây minh hoạ khái niệm về một hệ thống CIM thực sự thông qua vòng tròn CIM thực sự do trung tâm nghiên cứu công nghệ sản xuất tiên tiến của trờng đại học tổng hợp Nam Australia đa ra nh một khái niệm mô tả các điều kiện thị trờng toàn cầu. Để thúc đẩy sự phát triển của CIM cũng nh thúc đẩy sự phát triển của sản xuất một số hớng nghiên cứu về CIM đang đợc nhiều nhà khoa học tiến hành nh sau: Hợp lí hoá CIM và chiến lợc quản lí CIM: Đảm bảo cho các nhà quản lý nắm vững các nguyên tắc ứng dụng CIM trong môi trờng sản xuất của mình. Nhà máy tích hợp CIM với các ranh giới địa lí trên phạm vi toàn cầu: Cấu trúc và mô hình hoá các nhà máy tích hợp đợc nghiên cứu trên cơ sở hợp tác và liên kết toàn cầu về quản lí và chia sẻ dữ liệu. Mạng liên kết của CIM: Nghiên cứu các ứng dụng mạng trên phạm vi rộng và Internet cho CIM, tăng cờng sự trao đổi thông tin bằng dữ liệu tích hợp, mối quan hệ giữa khách hàng và nhà cung cấp, các dữ liệu về quản lí trong hệ thống CIM. Công cụ và công nghệ tiên tiến cho việc ứng dụng CIM: Nghiên cứu về ứng dụng robot trong sản xuất, nâng cao tính tự động hoá trong sản xuất, ứng dụng trí tuệ nhân tạo. Mô hình hệ thống sản xuất: Tích hợp các mô hình thông tin với các mô hình chức năng của CIM, mô hình mô phỏng tích hợp của CIM và các hệ thống thiết kế của CIM. ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI-Artificial Intelligence) nh Logic mờ, mạng Noron tích hợp vào trong các hệ thống sản xuất. [...]... n©ng cao năng st vµ chÊt l­ỵng s¶n phÈm ngµy cµng ®ßi hái øng dơng réng r·i c¸c ph­¬ng tiƯn tù ®éng ho¸ s¶n xt ĐỈc biƯt lµ trong c¸c hƯ thèng CIM, tÝnh tù ®éng ho¸ cđa hƯ thèng s¶n xt tÝch hỵp vµ yªu cÇu linh ho¹t trong viƯc thay ®ỉi s¶n phÈm ®ßi hái øng dơng mét sè l­ỵng lín c¸c robot c«ng nghiƯp thùc hiƯn c¸c chøc năng chđ u nh­ cÊp ph«i cho c¸c trung t©m gia c«ng, g¾p c¸c chi tiÕt ra sau khi ®· gia... robot nhÊt thiÕt ph¶i ®¶m tÝnh hỵp lÝ ®èi víi tÝnh n¨ng kÜ tht x¸c ®Þnh cđa robot Tuy nhiªn lÜnh vùc ho¹t ®éng cđa robot ngµy cµng më réng vµ trong tr­êng c«ng t¸c cđa nã robot cÇn ph¶i thao t¸c ngµy cµng linh ho¹t, tinh vi vµ khÐo lÐo Nh­ vËy sè bËc tù do ngµy cµng ph¶i t¨ng theo nh÷ng yªu cÇu ®ã cđa robot •2.2.1.3 HƯ to¹ ®é vµ vïng lµm viƯc cđa robot Trong tÝnh to¸n vỊ robot ng­êi ta cã thĨ sư dơng c¸c... chøa tíi « chøa ®ang trèng (cã thĨ chøa hµng trªn gi¸ ®ì) 1.C¸c lo¹i kho chøa tù ®éng a.D¹ng gi¸ cÇn cÈu Víi kÕt cÊu gåm 1 m¸y cÇn cÈu ®Ĩ n©ng h¹ hµng ho¸ tõ c¸c gi¸ chøa tíi c¸c ỉ tÝch vµ ng­ỵc l¹i rÊt linh ho¹t Tuy nhiªn cã h¹n chÕ lµ dung l­ỵng ỉ chøa kh«ng lín Song do cã kh¶ năng tù ®éng ho¸ cao, víi l¹i diƯn tÝch nhá gän nªn ®­ỵc sư dơng phỉ biÕn trong c¸c hƯ thèng CIM còng nh­ FMS Hình 2.5 C¸c s¬