Chương 2: Khái niệm về tự động hoá sản xuất 1.2.1 Đònh nghóa tự động hoá: Là dùng năng lượng phi sinh vật ( cơ, điện, điện tử …) để thực hiện một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của con người. Tự động hoá là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí, điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất. Công nghệ này bao gồm:  Những công cụ máy móc tự động.  Máy móc lắp ráp tự động.  Người Máy công nghiệp.  Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động.  Điều khiển có hồi tiếp và điều khiển quá trình bằng máy tính.  Hệ thống máy tính cho việc thảo kế hoạch, thu nhập dữ liệu và ra quyết đònh để hỗ trợ các hoạt động sản xuất. 1.2.2 Các hình thức tự động hoá - Tự động hoá cứng: Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp ) cố đònh trên một cấu hình thiết bò. Các nguyên công trong dây chuyền này thường đơn giản. Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết bò làm cho hệ thống trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính của tự động hoá cứng là:  Đầu tư ban đầu cao cho những thiết bò thiết kế theo đơn đặt hàng.  Năng suất máy cao.  Tương đối không linh hoạt trong việc thích nghi với các thay đổi sản phẩm. - Tự động hoá lập trình: Thiết bò sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau. Chuỗi các hoạt động có thể điều khiển bởi một chương trình, tức là một tập lệnh được mã hoá để hệ thống có thể đọc và diễn dòch chúng. Những chương trình mới có thể được chuẩn bò và nhập vào thiết bò để tạo ra sản phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hoá lập trình là: + Đầu tư cao cho những thiết bò có mục đích tổng quát + Năng suất tương đối thấp so với tự động hoá cứng. + Sự linh hoạt khi có sự thay đổi trong cấu hình sản phẩm. + Thích hợp nhất là cho sản xuất hàng loạt. Tự động hoá linh hoạt là sự mở rộng của tự động hoá lập trình được. Khái niệm của tự động hoá linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa qua. Và những nguyên lý vẫn còn đang phát triển. - Tự động hoá linh hoạt: Là hệ thống tự động hoá có khả năng sản xuất rất nhiều sản phẩm ( hay bộ phận ) khác nhau mà hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm khác. Không mất thời gian cho sản xuất cho việc lập trình lại và thay thế các cài đặt vật lý ( công cụ đồ gá, máy móc ). Hậu quả là hệ thống có thể lên kế hoạch kết hợp sản xuất nhiều loại sản xuất khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt. Đặc trưng của tự động hoá linh hoạt có thể tóm tắt như sau: + Đầu tư cao cho thiết bò. + Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau. + Tốc độ sản xuất trung bình. + Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế. 1.2 Sự phát triển của tự động hoá Tự động hoá theo tiếng Hy Lạp có nghóa là: “ Tự chuyển động “ Ở đây chúng ta hiểu thuật ngữ tự động hoá là thực hiện quá trình sản xuất mà trong đó tất cả các tác động cần thiết để thực hiện nó, kể cả việc điều khiển quá trình được tiến hành không có sự tham gia của con người. Hiện nay tự động hoá được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế quốc dân, vì thế mà người ta gọi thế kỹ 20 này là thế kỹ của tự hoá và điều khiển tự động. Nhưng nếu rà theo lòch sử phát triển thì chúng ta thấy nó có nguồn góc từ thời cổ xưa.  Vào thế kỹ thứ nhất sau công nguyên. Heron ở Ai Cập đã làm những màn múa rối với nhiều loại con rối tự động.  Đến thế kỹ 17-18 nhiều loại đồ chơi tự động và đồng hồ tự động đã xuất hiện.  Sau đó đến thế kỷ 18 đầu thế kỷ 19 trong giai đoạn cách mạng công nghiệp ở châu âu tự động hoá mới xâm nhập vào thực tế sản xuất.  Năm 1765 xuất hiện bộ điều chỉnh tự động mức nước trong nồi hơi của Pondunóp  Năm 784 bộ điều chỉnh tốc độ trong nồi hơi của Johnoát đã xuất hiện.  Giai đoạn phát triển này của tự động hoá đã đóng vai trò quan trọng trong khoa học kỹ thuật, thúc đẩy việc tự động hoá quá trình sản xuất trong chế tạo máy. Trong quá trình lao động con người đã bắt đầu cải tiến công cụ thô sơ thành những máy đơn giản chẳng hạn máy tiện gỗ đặc trưng. Dần dần người ta tiến hành cơ khí hoá, thay lực đặc trưng bằng động cơ, thay tay người cầm dao tiện bằng bàn dao chạy theo sống trượt của máy. Tiếp tục bổ sung các bộ phận cơ khí hoá khác, thêm và cải tiến dần các cơ cấu điều khiển, càng ngày máy càng thay đổi và càng tiến bộ và trở thành máy bán tự động, rồi tự động.  Năm 1712 thợ cơ khí người Nga NARTOP đã thiết kế máy tiện chép hình để tiện các chi tiết đònh hình. Việc chép hình theo mẫu được tiến hành tự động, chuyển động dọc của bàn dao là do bánh răng – thanh răng thực hiện. Và đến năm 1798 Henry Nandsley ở nước Anh mới dùng vít – Đai óc để dòch bàn máy.  Năm 1873 Spender đã chế tạo máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân phối với cam đóa và cam thùng.  Đến năm 1880 thì nhiều hãng trên thế giới như: Pittler, ludwig, lowe( đức ), RSA( Anh ) … Đã chế tạo máy tiện tự động Rơvonve dùng phôi thép thanh. Sau đó xuất hiện máy tiện tự động tiên dọc đònh hình.  Vào đầu thế kỉ 20 bắt đầu có máy tự động nhiều trục chính, máy tự động tổ hợp và đường dây tự động. Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự động phân xưởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt lớn, hàng khối như vòng bi, pittong, chốt ắc … Để áp dụng tự động hoá vào điều kiện sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn chiếc khi mà số lượng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại lại nhiều, người ta đã dùng máy điều khiển theo chương trình số. Máy này cho phép điều chỉnh máy nhanh khi chuyển sang gia công loạt chi tiết khác. Bước phát triển tiếp theo là sự xuất hiện của trung tâm gia công mà đặc điểm của nó là có ổ trữ dụng cụ để thay thế theo trình tự gia công. Những năm gần đây trên thế giới đặc biệt là các nước tư bản có khuynh hướng mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt. Ưu điểm nổi bật của nó là hệ số sử dụng thiết bò cao ( 85%), năng suất cao và tính linh hoạt rất cao. Nó được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô, máy kéo và công nghiệp hàng không… Trong hệ thống sản xuất linh hoạt có thể áp dụng tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, thiết kế tự động qui trình công nghệ, thiết kế tự động chương trình gia công, tự động điều khiển quá trình sản xuất, tự động kiểm tra chất lượng sản phẩm …Đây là hình thức tự động hoá tiến bộ nhất đưa lại hiệu quả kinh tế rất lớn. Sau khi đã tìm hiểu nó một cách kỹ lưỡng kết hợp để thiết kế sản phẩm cho rắp ráp đó cũng là vấn đề cũng quan trọng vì trước khi thiết kế một dây chuyền sản xuất nào đó người thiết kế phải nắm rõ sản phẩm và các thuộc tính của nó, ưu điểm như thế nào, kết cấu ra làm sao để việc tự động hoá sản phẩm được dễ dàng. Do đó ta đi xem xét vấn đề thiết kế sản phẩm cho rắp ráp tự động. 1.4 Thiết kế sản phẩm cho lắp ráp tự động. Lắp ráp là nối hai hoặc nhiều bộ phận với nhau để tạo nên một đối tượng mới. Đối tượng mới này gọi là cụm lắp ráp, đơn vò lắp ráp hay một tên nào đó tương tự 1.4.1 Tìm hiểu về quá trình lắp ráp sản phẩm Một trong những trở ngại trong lắp ráp tự động là đã có nhiều phương pháp lắp ráp truyền thống mô tả ở trên được phát triển khi mà con người là phương tiện duy nhất để lắp ráp một sản phẩm. Nhiều phương pháp kẹp chặt cơ khí thường dùng trong công nghiệp ngày nay yêu cầu phài có những khả năng cảm nhận và hoạt động như con người. Ví dụ, chúng ta hãy xem xét việc sử dụng một đinh vít, một vòng đệm và một đai ốc để siết chặt hai miếng kim loại trên phần lắp ráp vỏ máy. Thao tác kiểu này thường được làm bằng tay trong một tế bào lắp ráp hoặc dây chuyền lắp ráp. Việc lắp các phần tử trên và việc vặn bằng tay có thể dễ dàng thực hiện bằng tay, vì con người là một cái máy cực kỳ khéo léo và thông minh. Tuy nhiên nếu việc này mà tự động hoá thì thật không đơn giản chút nào. Cái khó nhất là cho đinh ốc vào lỗ ghép hai phần tử, mà đôi khi các lỗ trên mỗi phần tử chưa chắc đã trùng nhau. Khi lắp bằng tay người lắp có thể trông thấy được và canh lại vò trí cho khớp, còn khi lắp bằng máy thì việc này không thể làm được. Khó khăn nữa là sau khi lắp được đinh vít vào lỗ rồi thì phải lắp vòng đệm và đai ốc. Người thợ một tay giữ đinh ốc, một tay giữ con tán xoay nhẹ cho con tán ăn khớp với đinh ốc. Còn đối với máy tự động thì việc này rất khó thực hiện. Việc vặn chặt ren là việc cuối cùng thì máy có thể làm việc không khó khăn gì. Chính vì những khó khăn trên khâu lắp ráp các mối lắp ren là khó tự động hoá nhất. Khâu này thường phải dùng đến con người để lắp sơ bộ trước sau đó máy sẽ thực hiện việc kẹp chặt. Giá cao của lao động chân tay dẫn đến phải việc tìm kiếm các công nghệ thích hợp và thiết kế các thiết bò tự động lắp ráp hoàn hảo. Sau đây là những chỉ dẫn và những nguyên tắc có thể ứng dụng trong thiết kế sản phẩm để việc lắp ráp tự động thực hiện dễ dàng. 1.4.2 Nguyên tắc ứng dụng trong thiết kế sản phẩm  Giảm số lượng khâu lắp ráp: Nguyên tắc này có thể triển khai trong quá trình thiết kế bằng cách kết hợp nhiều chức năng trong cùng một chi tiết nào đó mà trước đây phải do nhiều chi tiết ghép lại. Việc sử dụng các chi tiết từ chất dẽo là một ví dụ về nguyên tắc này. Những hình dạng khá phức tạp của một miếng Plastic có thể thay thế cho một vài chi tiết kim loại, mặc dù vật liệu Plastic có thể đắt hơn nhưng thời gian tiết kiệm được trong quá trình lắp ráp đã chứngminh nó có thể thay thế được trong nhiều trường hợp  Sử dụng kết cấu tổ hợp: Trong lắp ráp tự động, sự gia tăng số lượng của những bước lắp ráp riêng lẻ đưa đến kết quả là gia tăng thời gian ngừng máy trong hệ thống. Reley cho rằng một thiết kế sản phẩm phải có tính tổ hợp, mỗi tổ hợp chỉ gồm cỡ 11, 12 chi tiết được lắp với nhau trên một hệ thống lắp ráp đơn. Tương tự, các cụm lắp phải được bố trí chi tiết xung quanh cơ sở để lắp những chi tiết khác vào.  Giảm mối ghép ren cần thiết. Thay vì sử dụng những đinh vít và vòng đệm, đai ốc riêng lẻ, và những mối ghép tương tự, thiết kế những cơ cấu kẹp chặt ngay trên chi tiết, và không chỉ kẹp từng cái một mà đồng thời nhiều cái.  Giảm sự cần thiết phải xử lý đồng thời nhiều linh kiện Thực tế sử dụng các máy lắp ráp tự động cho thấy là phân chia các nguyên công tại nhiều vò trí khác nhau thì tốt hơn là lắp chung tại một chỗ.  Hạn chế số phương lắp ráp cần thiết Nguyên lý đơn giản này có nghóa là số phương lắp linh kiện mới phải giảm tới mức tối thiểu. Nếu tất cả những linh kiện mà được lắp ráp theo phương thẳng đứng từ trên xuống thì tuyệt vời nhất. Đương nhiên việc này chỉ có thể giải quyết khi thiết kế sản phẩm.  Đòi hỏi linh kiện có chất lượng tốt. Chất lương cao của hệ thống lăp ráp tự động đòi hỏi những linh kiện lắp ráp tại mỗi vò trí phải có chất lương tốt. Những linh kiện có chất lương kém là nguyên nhân gâyra ách tắc trong cơ cấu nạp phôi dẫn đến việc máy ngừng hoạt động trong hệ thống tự động .  Sử dụng các cụm cấp phôi. Đây là một thuật ngữ để gọi những thiết bò có khả năng đònh ví chi tiết, tách phôi và nạp phôi vào vò trí lắp ráp. Một trong những chi phí chủ yếu khi phát triển các hệ thống lắp ráp tự động là mất thời gian cho việc thiết kế các cụm cấp phôi tự động. Người thiết kế sản phẩm chòu trách nhiệm đảm hình dáng hình học và những phần tử của các phần tử lắp ráp để việc lắp ráp được dễ dàng hơn. Dây chuyền lắp ráp theo đường thẳng gồm một loạt những vò trí tự động được đặt dọc theo hệ thống vận chuyển theo đường thẳng. Đó là một biến thể tự động hoá của những dây chuyền lắp ráp bằng tay. Hệ thống vận chuyển gián đoạn, không đồng bộ. Nhận xét do đó nhu cầu tự động hoá là rất lớn. Nó góp phần năng cao nâng suất, giảm tải công việc cho người công nhân. . có thể áp dụng tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, thiết kế tự động qui trình công nghệ, thiết kế tự động chương trình gia công, tự động điều khiển. cấu ra làm sao để việc tự động hoá sản phẩm được dễ dàng. Do đó ta đi xem xét vấn đề thiết kế sản phẩm cho rắp ráp tự động. 1.4 Thiết kế sản phẩm cho lắp ráp tự động. Lắp ráp là nối hai hoặc. là cụm lắp ráp, đơn vò lắp ráp hay một tên nào đó tương tự 1.4.1 Tìm hiểu về quá trình lắp ráp sản phẩm Một trong những trở ngại trong lắp ráp tự động là đã có nhiều phương pháp lắp ráp truyền