Giáo trình Hệ thống sản xuất (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng)

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÒNG GIÁO TRÌNH Tên mô đul: Hệ thống sản xuất NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Hải Phòng , năm 2019 Tuyên bố bản quyền Giáo trình này sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội bộ trong Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hải Phòng Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hải Phòng không sử dụng và không cho phép bất kỳ cá nhân hay tổ chức nào sử dụng giáo trình này với mục đích kinh doanh. Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình này với mục đích khác hay ở nơi khác đều phải được sự đồng ý bằng văn bản của Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hải Phòng MỤC LỤC Nội dung *Mục lục *Đề cương chi tiết học phần CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QTSX A. Phần 1: Phần lý thuyết 1.1. Những khái niệm cơ bản. 1.2. Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất 1.3. Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QTSX A. Phần 1: Phần lý thuyết 2.1. Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động. 2.2. Các hệ thống điều khiển tự động. B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập CHƯƠNG III: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CẤP PHÔI VÀ DỤNG CỤ A. Phần 1: Phần lý thuyết 3.1. Tự động hóa quá trình cấp phôi. 3.2. Tự động hóa cấp phát và kẹp chặt dụng cụ B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập CHƯƠNG IV: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH KIỂM TRA A. Phần 1: Phần lý thuyết 4.1. Vai trò, chức năng của hệ thống kiểm tra tự động. 4.2 Phân loại thiết bị kiểm tra. 4.3. Các loại Đattric 4.4. Các thiết bị kiểm tra tự động 4.5. Một số hình thức kiểm tra B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập CHƯƠNG V: TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ A. Phần 1: Phần lý thuyết 5.1. Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh tĩnh Trang 1 4 11 11 11 15 17 17 18 18 18 25 29 30 30 30 35 43 44 44 44 45 45 50 50 57 58 58 59 1 5.2. Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh động 61 5.3. Tự động điều khiển thành phần lực cắt dọc trục 62 5.4. Tự động điều khiển độ mòn dụng cụ cắt 63 5.5. Tự động điều khiển nhiều yếu tố công nghệ 64 B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập 64 CHƯƠNG VI: DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG 65 A. Phần 1: Phần lý thuyết 65 6.1. Sự phát triển của dây chuyền tự động 65 6.2. Chủng loại chi tiết trên dây chuyền tự động 66 6.3. Yêu cầu đối với phôi trên dây chuyền tự động 66 6.4. Định vị chi tiết khi gia công trên dây chuyền tự động 67 6.5. Lập QTCN cho dây chuyền tự động 67 6.6. Các loại dây chuyền tự động 68 6.7. Cấu trúc của dây chuyền 70 B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập 70 CHƯƠNG VII: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 71 A. Phần 1: Phần lý thuyết 72 7.1. Cấu trúc thành phần của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 72 7.2. Các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 72 7.3. Rôbôt công nghiệp trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 80 7.4. Hệ thống kiểm tra tự động của FMS 80 7.5. Hệ thống vận chuyển – tích trữ tự động của FMS 91 7.6. Xác định thành phần thiết bị của hệ thống FMS 98 7.7. Kho chứa tự động trong hệ thống FMS 104 7.8. Hệ thống điều khiển FMS 105 7.9. Kinh nghiệm ứng dụng FMS ở một số nước trên thế giới 106 B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập 106 CHƯƠNG VIII: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA TỰ ĐỘNG HÓA QTSX 107 A. Phần 1: Phần lý thuyết 8.1. Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt 107 8.2. Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền 108 8.3. Sản xuất tự động hóa linh hoạt 108 2 8.4. Môđun sản xuất linh hoạt 109 8.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần 109 8.6. Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao 110 8.7. Ứng dụng kỹ thuật CIM 110 8.8. Ứng dụng rôbôt công nghiệp 110 8.9. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo 111 B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập 111 * Tài liệu tham khảo 112 3 ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN 1. Tên học phần: Tự động hóa QTSX 1a – Mã số: 110711. 2 . Số tín chỉ: 02 3. Trình độ cho sinh viên năm thứ 5. 4. Phân bổ thời gian giảng dạy trong học kỳ: (2,1,4)/12 Số tiết thực lên lớp: 3 tiết/tuần x 12 tuần = 36 tiết - Lý thuyết: 3 tiết/tuần x 8 tuần = 24 tiết chuẩn - Bài tập, thảo luận: 3 tiết/tuần x 3 tuần = 9 tiết chuẩn - Kiểm tra giữa kỳ: 3 tiết - Thí nghiệm, thực hành: Tổng số: 24 tiết chuẩn + 9 tiết chuẩn + 03 tiết = 36 tiết chuẩn 5. Các học phần học trước: Các môn chuyên ngành: Máy, Công nghệ CTM, Đồ gá, Dụng cụ cắt 6. Học phần thay thế, học phần tương đương: không 7. Mục tiêu của học phần: Trang bị cho sinh viên những kiến thức về một phương pháp sản xuất đạt hiệu quả kinh tế, năng suất cao nhất. Đủ kiến thức để thiết kế được một hệ thống cấp phôi tự động, hệ thống kiểm tra tự động, hệ thống điều khiển tự động và dây chuyền tự động trong gia công cơ khí, cũng như các phương hướng để nghiên cứu nhằm hoàn thiện một quá trình sản xuất đạt được hiệu quả tối ưu. 8. Mô tả vắn tắt nội dung học phần: Học phần trình bày nhiệm vụ, ý nghĩa của tự động hoá quá trình sản xuất cơ khí. Những tính toán cần thiết về các bộ phận của hệ thống cấp phôi tự động và các quá trình khác như: kiểm tra, điều khiển các yếu tố công nghệ và những công việc cần giải quyết của dây chuyền tự động. 9. Nhiệm vụ của sinh viên 1. Dự lớp  80 % tổng số thời lượng của học phần. 2. Chuẩn bị thảo luận.: SV chuẩn bị ở nhà 3. Khác: Thực hành trên dây chuyền Open CIM tại TTTN Trường ĐH KTCN 10. Tài liệu học tập - Sách, giáo trình chính: [1]. KS. Hoàng Văn Quyết, Bộ môn Chế tạo máy - Bài giảng tự động hóa QTSX 1a – 2009. - Sách tham khảo: [1] – PGS.TS. Trần Văn Địch - Tự động hóa quá trình sản xuất – NXB KHKT, 2001 PDF by 4 [2] - PGS.TS. Trần Văn Địch – Sản xuất linh hoạt FMS và tích hoạt CIM – NXB KHKT, 2007 [3] – TS. Trương Hữu Trí, TS. Võ Thị Ry – Cơ điện tử - Các thành phần cơ bản – NXB KHKT, 2005. [4] – TS. Trương Hữu Trí, TS. Võ Thị Ry – Cơ điện tử - Hệ thống trong chế tạo máy – NXB KHKT, 2005. [5] – Robert H. Bishop - The Mechatronics Handbook – NXB CrcPness, 2002 Bản dịch: Cơ điện tử Tập 1 – Biên dịch: Phạm Anh Tuấn – NXB ĐHQG Hà Nội, 2006 [6] – Mechatronics – Principles, Concepts and Applications – NXB McGraw – Hill, 2005 [7] – Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến – Cảm biến – NXB KHKT, 2000 11. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên và thang điểm. * Tiêu chuẩn đánh giá 1. Chuyên cần; 2. Thảo luận, bài tập; 3. Kiểm tra giữa học phần; 4. Thi kết thúc học phần; 5. Thực hành; * Thang điểm + Điểm đánh giá bộ phận chấm theo thang điểm 10 với trọng số như sau: - Chuyên cần: 10% - Thảo luận, bài tập: 10% - Thí nghiệm: 10% - Kiểm tra giữa học phần: 20% - Thi kết thúc học phần: 50% 12. Nội dung chi tiết học phần Tuần Tài liệu học Hình thứ Nội dung tập, tham thức học khảo 1 Chương I: Những khái niệm cơ bản trong tự động 1,2,3,4,5,6,7 Giảng hóa QTSX. 1.1. Những khái niệm cơ bản. 1.1.1. Cơ khí hóa 1.1.2. Tự động hóa sản xuất 1.1.3. Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất. 1.1.4. Tự động hóa sản xuất linh hoạt. 1.1.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt PDF by 5 1.1.6. Môđun sản xuất linh hoạt. 1.1.7. Rôbôt công nghiệp. 1.1.8. Tổ hợp Rôbôt công nghệ. 1.1.9. Dây chuyền tự động linh hoạt. 1.1.10. Công đoạn tự động hóa linh hoạt. 1.1.11. Phân xưởng tự động hóa linh hoạt. 1.1.12. Nhà máy tự động hóa linh hoạt. 1.2. Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất. 1.2.1. CAD 1.2.2. CAP 1.2.3. CAM 1.2.4. CAQ 1.2.5. CAD/CAM 1.2.6. PP & C 1.2.7. CIM 1.3. Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất. Chương II: Các thiết bị cơ bản và hệ thống điều khiển trong tự động hóa QTSX 2.1. Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động. 2.1.1. Cơ cấu chấp hành 2.1.2. Cảm biến 2.1.3. Các thiết bị điều khiển. 2 2.2. Các hệ thống điều khiển tự động. 1,2,3,4,5,6 Giảng 2.2.1. Khái niệm và chức năng. 2.2.2. Phân loại. Chương III: Tự động hóa quá trình cấp phôi và dụng cụ. 3.1. Tự động hóa quá trình cấp phôi. 3.1.1. Tự động hóa cấp phôi rời. 3.1.2. Cấp và kẹp phôi thanh trên các máy tự động. 3.2. Tự động hóa cấp phát và kẹp chặt dụng cụ. 3.2.1. Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động. 3.2.2. Yêu cầu và đặc tính của dụng cụ trong các quá trình sản xuất tự động hóa. 3.2.3. Điều chỉnh vị trí của dụng cụ cắt trên trục gá và đế dao. PDF by 6 3.2.4. Cơ cấu chứa, thay thế và vận chuyển dụng cụ tự động trên vị trí công tác. 3 Thảo luận chương 1,2,3 1,2,3,4,5,6 Thảo luận 4 Chương IV: Tự động hóa quá trình kiển tra. 1,2,3,4,5,6 Giảng 4.1. Vai trò, chức năng của hệ thống kiểm tra tự động. 4.2 Phân loại thiết bị kiểm tra. 4.3. Các loại Đattric. 4.3.1. Đattric tiếp xúc điện: 4.3.2. Đattric cảm ứng. 4.3.3. Đattric dung lượng điện. 4.3.4. Đattric rung tiếp xúc. 4.3.5. Đattric quang điện. 4.3.6. Yêu cầu đối với sử dụng và bảo quản đattric. 5 4.4. Các thiết bị kiểm tra tự động. 1,2,3,4,5,6 Giảng 4.4.1. Kiểm tra tự động bằng phương pháp trực tiếp. 4.4.2. Kiểm tra tự động đường kính ngoài bằng phương pháp không tiếp xúc trực tiếp. 4.4.3. Kiểm tra tự động đường kính lỗ. 4.4.4. Kiểm tra tự động sai số hình dáng và sai số vị trí tương quan. 4.4.5. Máy kiểm tra phân loại tự động. 4.4.6. Đồ gá kiểm tra tự động nhiều thông số. 4.5. Một số hình thức kiểm tra. 4.5.1. Kiểm tra tích cực khi mài. 4.5.2. Kiểm tra tích cực khi mài khôn. 4.5.3. Thiết bị kiểm tra tích cực khi mài răng. 6 Chương V:Tự động hoá điều khiển các yếu tố công Giảng nghệ 5.1 Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh tĩnh. 5.1.1. Gia công trên máy phay. 5.1.2. Gia công trên máy tiện. 5.1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp điều khiển kích thước điều chỉnh tĩnh. 5.2 Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh động. 5.3 Tự động điều khiển thành phần lực cắt dọc trục. 5.4 Tự động điều khiển độ mòn của dụng cụ cắt. PDF by 7 5.4.1. Tầm quan trọng, cơ sở của tự động điều khiển độ mòn dụng cụ cắt. 5.4.2. Phương pháp tự động điều khiển độ mòn của dụng cụ cắt. 5.5. Tự động điều khiển nhiều yếu tố công nghệ Chương VI: Dây chuyền tự động 6.1. Sự phát triển của dây chuyền tự động 6.2. Chủng loại chi tiết trên dây chuyền tự động 6.3. Yêu cầu đối với phôi trên dây chuyền tự động 6.4. Định vị chi tiết khi gia công trên dây chuyền tự động 6.5. Lập QTCN cho dây chuyền tự động 6.6. Các loại dây chuyền tự động 6.6.1. Dây chuyền gồm các máy tổ hợp. 6.6.2. Dây chuyền gồm các máy xoay tròn. 6.6.3. Dây chuyền gồm các máy CNC. 6.6.4. Dây chuyền tự động điều chỉnh. 6.6.5. Độ ổn định của dây chuyền tự động. 6.7. Cấu trúc của dây chuyền 7 Thảo luận chương 4,5,6 1,2,3,4,5,6 Thảo luận 8 KIỂM TRA GIỮA KỲ 9 Chương VII: Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 1,2,3,4,5,6 Giảng 7.1. Cấu trúc thành phần của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 7.2. Các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS. 7.2.1. Từ các máy CNC tới FMS. 7.2.2. Hiệu quả của tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS. 7.3. Rôbôt công nghiệp trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS. 7.3.1. Rôbôt công nghiệp trong FMS có các đặc tính công nghệ sau. 7.3.2. Ứng dụng của rôbôt công nghiệp trong FMS. 7.4. Hệ thống kiểm tra tự động của FMS. 7.4.1. Chức năng của hệ thống kiểm tra tự động. 7.4.2. Cấu trúc của hệ thống kiểm tra tự động. 7.4.3. Chế độ hoạt động của hệ thống kiểm tra tự PDF by 8 động. 7.4.4. Nguyên tắc kiểm tra trạng thái kỹ thuật của các phần tử và các môđun trong FMS. 7.4.5. Cơ sở vật chất - kỹ thuật của hệ thống kiểm tra tự động. 10 7.5. Hệ thống vận chuyển – tích trữ tự động của FMS. 1,2,3,4,5,6 Giảng 7.5.1. Hệ thống vận chuyển – tích trữ chi tiết gia công. 7.5.2. Hệ thống vận chuyển – tích trữ dụng cụ của FMS. 7.6. Xác định thành phần thiết bị của hệ thống FMS. 7.6.1. Xác định các thành phần của máy trong FMS. 7.6.2. Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển chi tiết. 7.6.3. Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển dụng cụ. 7.7. Kho chứa tự động trong hệ thống FMS. 7.7.1. Chức năng và thành phần của kho chứa tự động. 7.7.2. Các loại kho chứa tự động. 7.7.3. Bố trí kho chứa tự động trong hệ thống FMS. 7.7.4. Thiết kế kho chứa tự động của hệ thống FMS. 7.8. Hệ thống điều khiển FMS. 7.8.1. Đặc tính của máy tính trong hệ thống điều khiển FMS. 7.8.2. Con người trong hệ thống điều khiển FMS. 7.8.3. Thiết kế hệ thống điều khiển FMS. 7.9. Kinh nghiệm ứng dụng FMS ở một số nước trên thế giới 7.9.1. Một số hệ thống FMS ở CHLB Nga. 7.9.2. Hệ thống FMS ở Bun-ga-ri. 7.9.3. Hệ thống FMS ở Cộng hòa Séc. 7.9.4. Hệ thống FMS ở Ba Lan. 7.9.5. Hệ thống FMS ở Nhật Bản. 7.9.6. Hệ thống FMS ở CHLB Đức. PDF by 9 7.9.7. Hệ thống FMS ở Mỹ. 7.9.8. Hệ thống FMS ở Pháp. 7.9.9. Hệ thống FMS ở Anh. 11 Chương VIII: Hướng phát triển của TĐH QTSX 1,2,3,4,5,6 Giảng 8.1 Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt. 8.2 Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền. 8.3 Sản xuất tự động hoá linh hoạt. 8.3.1 Môđun sản xuất linh hoạt. 8.3.2 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần. 8.3.3 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao. 8.4 Ứng dụng kỹ thuật CIM. 8.5 Ứng dụng Robot công nghiệp. 8.6 Ứng dụng trí tuệ nhân tạo. 12 Thảo luận chương 7,8 1,2,3,4,5,6 Thảo luận PDF by 10 CHƯƠNG I : NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT I.1. Mục tiêu, nhiệm vụ. 1. Mục đích: - Sinh viên sẽ được cung cấp những khái niệm về: Cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất, rô-bốt công nghiệp, dây truyền tự động, các thuật ngữ thường dùng trong lĩnh vực tự động hóa như: CAD, CAM, CIM, FMS, NC, CNC, DNC, .... - Được cung cấp thông tin cơ bản về sự phát triển của khoa học tự động hóa và hướng phát triển trong tương lai. - Sinh viên được hiểu rõ những ý nghĩa mà tự động hóa quá trình sản xuất đem lại. 2. Nhiệm vụ của sinh viên: - Hiểu và thuộc các khái niệm: Cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất, mức độ linh hoạt của hệ thống tự động, dây chuyền sản xuất linh hoạt, rô-bốt công nghiệp. - Hiểu đúng các thuật ngữ thường dùng trong lĩnh vực tự động hóa: CAD, CAM, CIM, FMS, CAD/CAM, CAP, CAQ. - Nắm được các vai trò của tự động hóa quá trình sản xuất. - Tìm được các ví dụ sinh động cho các nội dung trên. I.2. Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ Nội dung Hình thức học 1.1. Những khái niệm cơ bản. Giảng 1.2. Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất Giảng 1.3. Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất Giảng I.3. Các nội dung cụ thể. A. NỘI DUNG LÝ THUYẾT. 1.1. Những khái niệm cơ bản. 1.1.1. Cơ khí hóa (Mechanicalize). Để tạo ra sản phẩm, các quá trình sản xuất thực hiện việc biến đổi vật chất, năng lượng và thông tin từ dạng này sang dạng khác. Các quá trình này bao gồm 2 dạng sau: các quá trình chính (các chuyển động chính) và các quá trình phụ (các chuyển động phụ). - Các quá trình chính là các quá trình trực tiếp làm thay đổi tính chất cơ lý hóa, hình dáng hình học ban đầu của phôi liệu để tạo ra sản phẩm yêu cầu. - Các quá trình phụ là các quá trình không làm thay đổi trạng thái của đối tượng, nhưng cần thiết kế cho các quá trình chính thực hiện được. PDF by 11 Cơ khí hóa là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con người khi thực hiện các quá trình công nghệ chính hoặc chuyển động chính bằng máy. Đặc điểm: nâng cao năng suất lao động, một số trường hợp không thay thế được con người (điều khiển, theo dõi ...). Với quá trình sản xuất và công nghệ phức tạp khi mà số lượng các thông số tham gia vào quá trình lớn và có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian thì khả năng hoàn thành nhiệm vụ của người thợ thực hiện nhiệm vụ điều khiển sẽ bị suy giảm. 1.1.2. Tự động hóa sản xuất (Manufacturing Automation). Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong đó con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn được giải phóng từ quá trình điều khiển sản xuất. Ở đây trách nhiệm của con người là theo dõi quá trình sản xuất. Con người thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp – tháo phôi theo chu kỳ cho máy (tùy thuộc vào mức độ tự động hóa). Như vậy, tự động hóa QTSX là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiên tiến. Trên cơ sở của các quá trình sản xuất và công nghệ đó, tiến hành lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần sự tham gia của con người. Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của các hệ thống tự động - Hệ thống cảm biến: có chức năng tiếp nhận và biến đổi thông tin các loại, làm cơ sở cho các quyết định điều khiển. - Hệ thống điều khiển: có chức năng đưa ra các quyết định điều khiển quá trình và các tác động tương ứng tới cơ cấu điều khiển trên cơ sở các thông tin nhận được từ hệ thống cảm biến. - Hệ thống phản hồi: có chức năng theo dõi thông tin, so sánh các tín hiệu nhận được từ hệ thống cảm biến và điều khiển để tiến hành các tín hiệu bù tương ứng. * QTSX cơ khí gồm: chuẩn bị sản xuất → tạo phôi → gia công cơ → lắp ráp... Hầu hết các thiết bị tham gia vào quá trình chính như: cấp phôi, gá đặt, định hướng chi tiết, vận chuyển, gia công, lắp ráp và kiểm tra... Có thể tự động hóa một số hoặc toàn bộ, từ đơn giản đến phức tạp. Thực tế hiện nay QTSX thường thực hiện theo phương pháp tự động hóa từng phần. Tự động hóa từng phần là tự động hóa chỉ một số nguyên công riêng biệt của quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự động thông thường. Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tự động hóa và nó được ứng dụng ở PDF by 12 những nơi mà sự tham gia trực tiếp của con người không thể thực hiện được (nguy hiểm đối với con người) hoặc đối với những công việc quá nặng nhọc và đơn điệu. Bảng 1.1: Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất Các giai đoạn Đặc điểm Ví dụ Xuất hiện Cơ khí hóa Thay thế lao động cơ bắp của con Động cơ máy 1775 người bằng máy tiện, băng tải... Tự động hóa Thay thế công việc điều khiển NC, CNC, MRP 1956-1960 từng phần thiết bị của công nhân bằng máy Tự động hóa Sản xuất tự động tích hợp có tính đến môi trường của từng thành FMS,CAD/CAM 1970-1975 ở mức độ cao phần riêng biệt Sản xuất tích Trên cơ sở tự động hóa với sự trợ CIM, nhà máy giúp của hệ thống máy tính để 1985-1990 hợp thực hiện các QTSX tích hợp tương lai 1.1.3. Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất. Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau một chách nối tiếp hoặc song song. Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức sau: M L  Ld (1.1) Ly Trong đó: Ld – là tính linh hoạt đạt được. Ly – là tính linh hoạt yêu cầu. Nếu ML = 1 thì yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn. Khi ML > 1 thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt, có nghĩa là đối với các nhiệm vụ cụ thể tính linh hoạt sử dụng không hết. Nếu ML < 1 thì không phải tất cả các sản phẩm được chế tạo trong những điều kiện tối ưu hoặc là chỉ có một số sản phẩm được chế tạo. Giá thành để tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố: yếu tố kỹ thuật và yếu tố tổ chức. - Yếu tố kỹ thuật: bao gồm công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng chạy dao, số lượng các đầu mang dụng cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và kho chứa, các thiết bị điều khiển, dung lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và đồ gá, mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước của thiết bị công nghệ và kỹ thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng của các thiết bị điều khiển. - Yếu tố tổ chức: bao gồm chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm, độ ổn định của hệ thống sản xuất. PDF by 13 Tính linh hoạt hợp lý sẽ cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong một thời gian dài. Tính linh hoạt trong một chừng mực nào đó xác định hình thể của hệ thống sản xuất, xác định công nghệ, tổ chức và điều khiển chức năng của nó, đồng thời tính linh hoạt ảnh hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm. 1.1.4. Tự động hóa sản xuất linh hoạt. Tự động hóa sản xuất linh hoạt được dùng trong sản xuất loạt vừa và nhỏ (sản lượng ít, chủng loại nhiều), nó dựa trên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình với sử dụng các máy CNC, các môđun sản xuất linh hoạt, các hệ thống khoa chứa và vận chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị với điều khiển bằng máy tính. Tự động hóa sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để chế tạo sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm vi điều khiển (trong giới hạn khả năng của thiết bị công nghệ). 1.1.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible manufacturing system - FMS). Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự động, các môđun sản xuất linh hoạt, các thiết bị công nghệ riêng lẻ và các hệ thống đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảng thời gian đã định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó. 1.1.6. Môđun sản xuất linh hoạt. Môđun sản xuất linh hoạt là một đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó. Thiết bị này thực hiện một cách tự động tất cả các chức năng có liên quan đến chế tạo sản phẩm và nó có khả năng hoạt động trong FMS. 1.1.7. Rôbôt công nghiệp. Rôbôt công nghiệp là một máy tự động đứng yên hoặc di động, nó gồm một cơ cấu chấp hành dưới dạng tay máy, có một số bậc tự do và một cơ cấu điều khiển để thực hiện các chức năng di chuyển trong quá trình sản xuất. Nó có thể sử dụng như một thiết bị độc lập, có khả năng thay đổi nhanh, dễ hiệu chỉnh. Các Rôbốt thường được trang bị các hệ thống điều khiển thích nghi, vòng kín (P,PI, PD, PID – Proprotional Integral Derivative), các hệ thống điều khiển theo chương trình lôgic (PLC – Programmable Logic Controllers), các hệ thống cảm biến thực hiện các chức năng như nghe, nhìn, sờ, ngửi, nói...vì vậy chúng được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực như y tế, dịch vụ, gia công, lắp ráp... PDF by 14 Hình 1.2 Rôbôt công nghiệp 1.1.8. Tổ hợp Rôbôt công nghệ. Tổ hợp rôbôt công nghệ là toàn bộ một thiết bị công nghệ, một rôbôt công nghiệp và các thiết bị khác để thực hiện các chu kỳ lặp lại một cách tự động. 1.1.9. Dây chuyền tự động linh hoạt. Dây chuyền tự động linh hoạt là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ được lắp đặt theo trình tự các nguyên công đã được xác định. 1.1.10. Công đoạn tự động hóa linh hoạt. Công đoạn tự động hóa linh hoạt là FMS hoạt động theo tiến trình công nghệ mà trong đó có khả năng thay đổi trình tự sử dụng thiết bị công nghệ. 1.1.11. Phân xưởng tự động hóa linh hoạt. Phân xưởng tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, công đoạn tự động hóa linh hoạt và tổ hợp rôbôt công nghệ được nối kết với nhau theo phương án để chế tạo các sản phẩm của một chủng loại xác định. 1.1.12. Nhà máy tự động hóa linh hoạt. Nhà máy tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, tổ hợp rôbôt công nghệ và phân xưởng tự động hóa linh hoạt được nối kết với nhau theo nhiều phương án để chế tạo các sản phẩm của nhiều chủng loại sản phẩm. 1.2. Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất. 1.2.1. CAD (Computers Aided Design – thiết kế có trợ giúp của máy tính). Nhờ các trang thiết bị tính toán thiết kế như máy tính, phần mềm chuyên dụng (autoCAD, Matlab, Catia...) cho phép tạo ra các mô hình sản phẩm trong không gian 3D, thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá, sửa đổi ngay trên màn hình, lưu giữ, nhân bản... Cho phép tiết kiệm thời gian, vật liệu và các chi phí khác của giai đoạn thiết kế. 1.2.2. CAP (Computers Aided Planning – lập kế hoạch có trợ giúp của máy tính). Nhờ máy tính mà các hoạt động cần thiết để chế tạo sản phẩm được thiết lập một cách nhanh chóng, chính xác và tối ưu. CAP đảm bảo kế hoạch sản xuất tối ưu của PDF by 15 một nhà máy. CAP bao gồm hai công cụ sản xuất quan trọng là MRP (Manufacturing Resource Planning – lập kế hoạch tiềm năng sản xuất) và CAPP (Computers Aided Process Planning – lập quy trình có trợ giúp của máy tính). CAPP giúp người lạp quy trình chọn thứ tự nguyên công tối ưu để chế tạo sản phẩm. 1.2.3. CAM (Computers Aided Manufacturing – sản xuất có trợ giúp của máy tính). Khâu điều hành quá trình chế tạo sản phẩm cũng được tự động hóa nhờ hệ thống điều hành quá trình chế tạo tự động có sự trợ giúp của máy tính. CAM cho phép thực hiện việc lập kế hoạch, điều khiển, hiệu chỉnh và kiểm tra nguyên công cùng toàn bộ quá trình gia công chế tạo sản phẩm. 1.2.4. CAQ (Computers Aided Quality Control – kiểm tra chất lượng có trợ giúp của máy tính). CAQ cho phép kiểm tra chất lượng sản phẩm và chất lượng công việc trong toàn bộ hệ thống sản xuất. 1.2.5. CAD/CAM (Computers Aided Design/Computers Aided Manufacturing – thiết kế/sản xuất có trợ giúp của máy tính). CAD/CAM là hệ thống kết hợp, nó bao gồm các kỹ thuật sản xuất CAD, CAP, CAM và CAQ. 1.2.6. PP & C (Production Planning and Control). Chức năng PP & C là hoạt động tổ chức của CIM. Nó liên quan đến kế hoạch tiềm năng sản xuất, lập kế hoạch nhu cầu vật tư, nhu cầu thời gian và kiểm tra hệ thống sản xuất. 1.2.7. CIM (Computer Integrated Manufacturing – sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính). CIM bao gồm tất cả các hệ thống kỹ thuật: CAD, CAP, CAM, CAQ và PP & C. Ví dụ: Hệ thống Open CIM - ASRS: kho hàng tự động. - Trạm gia công: CNC Lathe, CNC Mill... - Băng tải (conveyor) - Robot. - Máy chủ + phần mềm (Server + software) PDF by 16 Hình 1.3. CIM – 4a station (Intelitek) 1.3. Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất. - Cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động. - Cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. - Cho phép đáp ứng cường độ cao của sản xuất hiện đại. - Cho phép cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất. B. NỘI DUNG THẢO LUẬN. C. NGÂN HÀNG CÂU HỎI, BÀI TẬP. PDF by 17 CHƯƠNG II : CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT II.1. Mục tiêu, nhiệm vụ. 1. Mục đích: - Cung cấp khái niệm về các thiết bị cơ bản trong hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất. - Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về vai trò của cơ cấu chấp hành, cảm biến và hệ thống điều khiển trong hệ thống tự động. - Cung cấp cho sinh viên đặc điểm một số cơ cấu chấp hành thủy lực, khí nén, cơ cấu chấp hành điện, một số loại cảm biến, các hệ thống điều khiển. 2. Nhiệm vụ của sinh viên: - Hiểu và thuộc các khái niệm về cơ cấu chấp hành, cảm biến, hệ thống điều khiển. - Hiểu được nguyên lý hoạt động của các cơ cấu chấp hành đã được giới thiệu trong giáo trình. - Nắm được nguyên tắc hoạt động của một số loại cảm biến thông dụng. - Hiểu rõ các hệ thống điều khiển được dùng trong tự động hóa sản xuất. - Phân biệt được vai trò của từng cụm thiết bị: hệ thống điều khiển, cơ cấu chấp hành, cảm biến. trong hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất. II.2. Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ. Nội dung Hình thức học 2.1. Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động. Giảng 2.2. Các hệ thống điều khiển tự động. Thảo luận II.3. Các nội dung cụ thể. A. NỘI DUNG LÝ THUYẾT. 2.1. Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động. 2.1.1. Cơ cấu chấp hành – Actuators. 1. Khái niệm: Cơ cấu chấp hành là một bộ phận máy móc, thiết bị có khả năng thực hiện một công việc nào đó dưới tác động của tín hiệu điều khiển phát ra từ thiết bị điều khiển. PDF by 18