Chọn cấu trúc tối ưu của modul sản xuất tự động linh hoạt - Nguyễn Đăng Bình

Nguyễn Đăng Bình Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 104(04): 165 - 167 165 CHỌN CẤU TRÚC TỐI ƯU CỦA MODUL SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG LINH HOẠT Nguyễn Đăng Bình* Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System – FMS) và Modul sản xuất tự động linh hoạt (Flexible Manufacturing Modular – FMM) ra đời là một cuộc cách mạng và là một thành tựu quan trọng trong khoa học kỹ thuật. Bài báo giới thiệu một phương pháp xác định cấu trúc tối ưu của FMM áp dụng khi thiết kế, xây dựng một FMM mới hoặc tối ưu hiệu quả làm việc của một FMM có sẵn, hoạt động độc lập hoặc hoạt động trong một FMS. Từ khóa: Hệ thống sản xuất linh hoạt, modul sản xuất tự động linh hoạt ĐẶT VẤN ĐỀ* Hiệu quả hoạt động của một hệ thống sản xuất tự động linh hoạt (Flexible Manufacturing System – FMS) nói chung và modul sản xuất tự động linh hoạt (Flexible Manufacturing Modul – FMM) nói riêng phụ thuộc rất nhiều cấu trúc của FMM. “Cấu trúc tối ưu” ở đây với nghĩa là sự thích ứng làm việc một cách tối ưu giữa robot và các máy gia công CNC. Cấu trúc của một FMM được thiết kế dựa trên đặc điểm của sản phẩm được gia công trên FMM (chi tiết gia công), loại nguyên công gia công, chủng loại và số lượng robot, chủng loại và số lượng máy CNC. Gải bài toán tối ưu cấu trúc của một FMM là đi tính toán số lượng tối ưu của robot và của máy CNC cấu thành nên FMM. Bài toán cũng được giới hạn với FMM có 1 robot và n máy CNC. GIAI BÀI TOÁN TỐI ƯU CẤU TRÚC CỦA FMM Khi tính toán thiết kế để có một FMM hoạt động hiệu quả, thường được tiến hành qua các bước sau: Xác định sản phẩm cần được gia công trên FMM; trên cơ sở lý thuyết gia công nhóm, lập các nhóm chi tiết gia công; xây dựng chi tiết gia công điển hình; lập quy trình công nghệ gia công và chọn chế độ công nghệ (chế độ cắt, dụng cụ cắt) gia công chi tiết điển hình; chọn robot và các máy CNC (Các máy CNC có thể giống nhau hoặc khác nhau. Bài toán cụ thể ở đây cũng được giới hạn là các máy CNC giống nhau); xây dựng mô hình * Tel: 0913 286661 toán tối ưu để chọn cấu trúc tối ưu cho FMM; ngoài ra, nếu FMM hoạt động trong FMS thì có thể tính số lượng FMM cần thiết hoạt động để thực hiện nhiệm vụ sản xuất theo kế hoạch. Trong các nội dung trên, bài toán tập trung vào xây dựng mô hình toán tối ưu để lựa chọn cấu trúc tối ưu của FMM. Cụ thể là trên cơ sở một FMM đã được sơ bộ lựa chọn, ta chọn số lượng máy CNC cần thiết để có hiệu quả nhất khi gia công các sản phẩm đã xác định; hoặc là với một FMM có sẵn hoạt động độc lập hay hoạt động trong một FMS, cần xác định phương thức làm việc tối ưu của FMM sao cho hiệu quả hoạt động của nó cao nhất. Để xác đinh mô hình tối ưu, ta chọn hàm mục tiêu là chi phí gia công nhỏ nhất, ký hiệu là Q. Hàm mục tiêu Q được xác định như sau: ( )( ) k k L ulk k kH k p lk npk lF lk k k C N NE SQ C A t T T F a = + + +∑ (1) Trong đó: CP – Giá của FMM tính trên 1 giờ gia công; 1 1 n p pp pM pp pM t C C C C C = = + = +∑ ; (2) CPP – Giá của Robot tính trên 1 giờ gia công; CPM – Giá thành của máy thứ i tính trên 1 giờ gia công; n – số lượng máy CNC của FMM; S – Giá một FMM; S được tính như sau: 1 n p Mi i S S S = = +∑ (3) SP – Giá Robot; SMi – Giá máy CNC thứ i; En – Hệ số sử dụng của FMM, được tính theo [1]; 166Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Đăng Bình Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 104(04): 165 - 167 166 TP - Thời gian kế hoạch làm việc của FMM; Tlk - Giá của dụng cụ cắt thứ l tính trên 1 giờ gia công; Culk – Giá của dụng cụ cắt thứ l; Au – Mức độ (%) tham gia gia công của dụng cụ cắt thứ l khi gia công loạt chi tiết thứ k; tnpk – Thời gian trung bình mỗi lần điều chỉnh FMM; Lk – Số lượng tổng các loại dụng cụ tham gia gia công loạt chi tiết thứ k; Nk – Số lượng chi tiết trong loạt chi tiết thứ k; Nk – Năng xuất của FMM khi gia công loạt chi tiết thứ k; ak – Số nhóm chi tiết trong loạt chi tiết thứ k; Từ (1), (2) và (3) ta có hàm mục tiêu sau: 1 1 1 ( ) k lk Ln n u k kM x pp pMi p Mi lk npk i i lkF ek k k C N NEQ C C S S A t T T F a = = =    = + + + + +      ∑ ∑ ∑ (4) Tính đến các điều kiện hạn chế về kỹ thuật và kinh tế như hệ số chất tải của robot, máy CNC và hệ số tính đến hiệu quả tối thiểu của FMM, ta có mô hình toán tối ưu về cấu trúc FMM như sau: 1 1 1 1 1 1 ( ) min k lk LK n n u k kM n pp pMi p Mi lk npk k i i lkF ek k k MKM MHFK HF H k PnP PHK HF H k C N NEQ C C S S A t T T F a KK K K KK K n = = = = = =      = + + + + + →          = ≥   = ≤  ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ (5) Trong đó: M HFK - Hệ số chất tải trung bình của FMM gồm n máy CNC; M HFKK - Hệ số chất tải của máy CNC khi gia công loạt chi tiết k; P HFK - Hệ số chất tải trung bình của Robot làm việc trong FMM với n máy CNC; P HKK - Hệ số chất tải của Robot đối với mỗi máy CNC; M HK   - Hệ số chất tải định mức (tối thiểu) của máy CNC; P HK   - Hệ số chất tải định mức (tối thiểu) của Robot; HKF - Năng xuất của FMM khi gia công loạt chi tiết thứ k; K – Số loạt chi tiết được gia công trên FMM theo kế hoạch. Nếu coi chi phí dụng cụ cắt được coi là như nhau đối với tất cả các phương án thì từ (5) ta có mô hính toán tối ưu sau: 1 1 1 1 1 . min n n K kH K n pp pMi pp pMi npk i i kF FK k MKM MHFK HF H k PnP PHK HF H k NE NQ C C S S t T F a KK K K KK K n = = = = =     = + + + + →          = ≥   = ≤  ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ (6) Trong thực tế, thông thường các FMM có cấu trúc gồm 1 (hoặc 2) robot và n máy CNC giống nhau. Vì vậy, Mô hình toán tối ưu (6) sẽ có dạng đơn giản hơn sau: ( ) 1 1 1 min K kH K n pp pMi pp pMi npk kF FK k MKM MHFK HF H k PnP PHK HF H k NE NQ C nC S nS t T F a KK K K KK K n = = =    = + + + + →        = ≥   = ≤  ∑ ∑ ∑ (7) Giải các mô hình toán tối ưu (5), (6), (7) ta tìm được số lượng máy CNC cần thiết trong cấu trúc của một FMM hoạt động độc lập hoặc hoạt động trong một FMS. KẾT LUẬN: 1. Trong thực tế, các FMM thường là có các máy CNC giống nhau. Vì vậy, chủ yếu mô hình toán tối ưu (7) được áp dụng khi tính toán cấu trúc FMM. 2. Bài toán tối ưu cấu trúc của FMM còn được áp dụng để tối ưu phương thức làm việc của một FMM đã có sẵn khi hoạt động độc lập, cũng như khi hoạt động trong một FMS. Lúc đó bài toán trở thành “Xác định số máy trong FMM làm việc để có hiệu quả kinh tế nhất”. Bài toán này có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn, vì nếu ta xác định được số máy làm việc tối ưu < n, thì trong khi gia công, một số máy không gia công có thể được bảo dưỡng hoặc được điều chỉnh lại để gia công các loạt chi tiết tiếp theo. 3. Giải các mô hình toán tối ưu trên được thực hiện nhờ các chương trình phần mềm máy tính có sẵn. 167Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Đăng Bình Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 104(04): 165 - 167 167 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Đăng Bình, (1997), “Xác định các thông số cơ bản của modul sản xuất tự động trong hệ thống CAC/CAM”, Thông báo khoa học của các trường đại học, Bộ Giáo dục và Đào tạo. [2]. U.Rembold and B.O.Nnaji, (1994), Computer intergrated manufacturing and engineering, Addison Wesley Publishing company. [3]. Nguyễn Đăng Bình, “Xác định hệ số sử dụng của modul sản xuất linh hoạt (FMM) trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS trên cơ sở hệ thống CAD/CAM, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, số 1(37), 2/2006. [4]. Bành Tiến Long và một số tác giả, (1998), “Công nghệ CAD/CAM CIMATION”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội. SUMMARY SELECTION OF THE OPTIMAL STRUTURE OF FLEXIBLE MANUFACTURING MODUL Nguyen Dang Binh* College of Technology - TNU Creating Flexible Manufacturing System (FMS) and flexible Manufacturing Modul (FMM) is a revolution and an important achievement in science and technology. This paper presents a method for determining the optimal structure of FMM applied when designing and building a new FMM or optimizing working efficiency of the FMM already existing and operating independently or in a FMS. Keywords: Flexible Manufacturing System, flexible Manufacturing Modul Ngày nhận bài:01/4/2013, ngày phản biện:15/4/2013 , ngày duyệt đăng:24/4/2013 * Tel: 0913 286661 168Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên