VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA BEOGRAD
FLEKSIBILNI PROIZVODNI SISTEMI
Broj poena: Overio:
Ime i Prezime: Maja Pantić Broj indeksa: 03/14 Smer: KMS Nastavnik:
Školska godina: 2016 / 2017.
SADRŽAJ UVOD............................................................................................4 NUMERIČKO UPRAVLJANJE (Numerical Control Systems) 5 KOMPIJUTERSKO NUMERIČKO UPRAVLJANJE.................8 (Computer Numerical Control)......................................................8 DIREKTNO NUMERIČKO UPRAVLJANJE............................10 (Direct Numerical Control)..........................................................10 ADAPTIVNO UPRAVLJANJE..................................................13 ZAKLJUČAK..............................................................................14 LITERATURA.............................................................................15
3
UVOD U današnje vreme svet se suočava sa ubrzanim razvojem nauke i tehnike i nalazi se u jednoj od faza koje često nazivamo fazama revolucionarnih promena. Slične primere nalazimo i ranije kroz istoriju. Razvoj tehnike i sredstava za proizvodnju nije bio ravnomeran. Smenjivali su se periodi ubrzanog razvoja i relativne stagnacije. Najpoznatiji skok u razvoju, poznat pod imenom industrijska revolucija, nastupio je krajem osamnaestog i početkom devetnaestog veka.
Počelo je 1733. godine sa pojavom mehanizovanog razboja za tkanje. Sledeći veliki pronalazak bila je parna mašina (1769.g.), a zatim je nastupio buran razvoj tehnike i sredstava za proizvodnju, odakle je i potekao naziv industrijska revolucija. Istorijski gledano, postoji još niz pronalazaka i naučnih dostignuća koji su bitno obeležili tehnički razvoj sveta u određenim periodima. Svedoci smo ubrzanog razvoja nauke i tehnike. Razvoj nauke i novih tehnologija, po mišljenjima mnogih, nagoveštavaju kvalitativne promene u oblasti proizvodnje i društvu uopšte. Brzi razvoj računarskih i komunikacionih sistema omogućava izrazito povećanje protoka informacija, a visoka automatizacija u industriji sve više stavlja čoveka u položaj samo nadgledanja proizvodnje. Shvativši značaj i perspektive ovih procesa, razvijene zemlje odvajaju sve veća sredstva za naučnoistraživački rad i razvoj visokih tehnologija. Naravno, velika ulaganja značajno ubrzavaju procese razvoja. Izgleda da je opravdano govoriti o novoj tehnološkoj revoluciji i prelasku razvijenih zemalja u novu eru postindustrijskog društva. Jedan od bitnih činilaca nove revolucije je fleksibilna automatizacija čiji nerazdvojni deo predstavljaju robotski sistemi. Ideja o robotima nastala je prvo u naučnoj fantastici. I danas, u diskusijama o robotskim sistemima i svemu što oni donose teško možemo izbeći vizije iz oblasti naučne fantastike.
Naravno, na robote danas gledamo mnogo praktičnije, jer nam stepen razvoja tehnike to omogućava. To su veoma složeni uređaji koji su se mogli pojaviti kada su se razvile one grane nauke na kojima se današnja robotika zasniva: teorija mašina, teorija automatskog upravljanja, računarska tehnika, metode tzv. veštačke inteligencije, kao i tehnologija senzora i pretvarača. Na robote danas gledamo kao na uređaje koji omogućavaju dalju i fleksibilniju automatizaciju. Oni zamenjuju čoveka prvenstveno na opasnim, monotonim i teškim poslovima. Čoveku ostaju poslovi koji zahtevaju više inteligencije, znanja i kreativnosti. Tako, robotski sistemi doprinose istovremeno povećanju produktivnosti I huminizaciji rada.
4
NUMERIČKO UPRAVLJANJE (Numerical Control Systems) Moderni obradni sistemi i industrijski roboti predstavljaju fleksibilne automatizovane sisteme koji koriste računare kao integralni deo sopstvenog sistema upravljanja. Digitalna tehnologija i računari omogućili su projektovanje fleksibilnih automatizovanih sistema, tj. sistema koji se programiranjem mogu brzo prilagoditi proizvodnji novih proizvoda.
Slika 1. Delovi numeričkih sistema su upravljačka jedinica ( UJ ), merni sistem ( MS ), pogonski sistem ( PS ) i objekat upravljanja odnosno mašina alatka kojom se upravlja.
Automatizacija maloserijske i srednje serijske proizvodnje danas se uspešno izvodi numerički upravljanim mašinama, koje se odlikuju proizvodnošću i tačnošću automata i flesibilnošću univerzalnih mašina. Numerički upravljane mašine kvalitetno podižu metalopreradu na viši nivo, zahvaljujući novim metodama upravljanja tehnološkim procesima i mogućnostima kompleksne automatizacije proizvodnje NC sisteme je moguće klasifikovati na mnogo načina. Na osnovu tehnološkog zadatka upravljanja obradom, mogu se podeliti na sisteme pozicionog numeričkog upravljanja, sisteme konturnog numeričkog upravljanja i sisteme kombinovanog numeričkog upravljanja. Sistemi pozicionog numeriĉkog upravljanja se najčešće koriste za procese bušenja, razvrtanja i proširivanja, jer podrazumevaju kretanje radnih organa mašine po unapred definisanim tačkama – radnim pozicijama - od tačke do tačke, dok se ne prođu sve koje su programski predviđene. Putanja alata između dve tačke moţe biti koordinatna, linijska pod uglom od 45° i linearna. Sistemi konturnog numeriĉkog upravljanja vrše pribliţno kontinualno pomeranje radnih organa mašine po programiranoj putanji, pri čemu pravac vektora brzine kretanja alata uvek tangira putanju. Razlika u odnosu na sisteme pozicionog NC je odmah uočljiva – kretanje se ne vrši segmentno, tačku po tačku, već kontinualno po konturi. Da bi odstupanja bila minimalna, a ostvarena putanja što bliţa ţeljenoj, potrebna je precizna kontrola kretanja radnih organa. Konturno NC je pogodno za struganje, brušenje, glodanje i primenu na obradnim centrima. NC konturno glodanje moţe biti ravansko – 2D i prostorno – 3D.
5
Sistemi kombinovanog numeriĉkog upravljanja objedinjuju poziciono i konturno upravljanje, tako što odreĎenim osama upravljaju poziciono, a ostalim osama konturno. Spadaju u najsloţenije NC sisteme i imaju najšire obradne mogućnosti
Slika 2. Primer kretanja alata pri kombinovanom NC.
Na osnovu mernog sistema ( postojanja i tipa povratne sprege ), NC sistemi se mogu podeliti na otvorene, poluotvorene, kvazizatvorene i zatvorene. Otvoreni NC sistemi ne sadrţe merni sistem usled čega imaju najjednostavniju konstrukciju. Kako nemaju merni sistem, nemaju potrebe ni za povratnom spregom, koju takoĎe ne sadrţe. Sastoje se od upravljačke jedinice ( UJ ), elektrokoračnog motora ( EKM ), hidropojačivača ( HP ) i skupa prenosnih mehanizama.
Slika 3. Otvoren NC sistemi
Poluotvoreni NC sistemi sadrţe merni sistem i povratnu spregu koja kontinualno vraća informacije o toku obrade do komparatora u kome se uporeĎuju sa zadatim podacima. Bilo koje kretanje se prekida u trenutku kada se vraćene informacije o poloţaju poklope sa onima koje su zadate programom upravljanja. Umesto elektrokoračnih motora, kod ovih sistema se koriste elektromotori jednosmerne struje ( DC servomotori ). Merni sistem je povezan sa navojnim vretenom i merenjem ugaonog pomeraja indirektno meri ( preračunava ) pomeranje radnog stola. Usled povratne sprege i drugih razlika, poluotvoreni NC sistemi su sloţeniji i skuplji od otvorenih, ali obradu vrše dosta tačnije.
6
Slika 4.Poluotvoreni NC sistem
Kvazizatvoreni NC sistemi imaju merni sistem povezan sa DC servomotorom, na kome meri ugaone pomeraje i tako indirektno odreĎuje veličinu pomeraja radnog stola. Primećuje se velika sličnost sa poluotvorenim sistemom, po konstrukciji i principu rada, ali su premeštanjem mernog sistema sa mašine na motor izbegnute vibracije i potresi koji negativno utiču na tačnost merenja. Pošto se merni sistem ne nalazi na samoj mašini, ovi sistemi se često smatraju i otvorenim.
Slika 5. Kvazizatvoreni NC sistem
Zatvoreni NC sistemi koriste punu povratnu spregu i merni sistem za linearna pomeranja. Glavne mane zatvorenih sistema su vremensko kašnjenje izmeĎu ulaznog i izlaznog signala i dinamička nestabilnost sistema, što se primećuje u vidu grešaka, naročito pri konturnom upravljanju.
Slika 6. Zatvoreni NC sistem
7
KOMPIJUTERSKO NUMERIČKO UPRAVLJANJE (Computer Numerical Control) Kompjuterizovani NC sistemi ( CNC sistemi ) koriste za upravljanje kompjutere koji sprovode zadati programski kod ( softver ) smešten u memoriji kompjutera. Veliki broj hardverskih kola kojima su se odlikovali konvencionalni NC sistemi je nadomešten softverskim rešenjima kod CNC sistema, tako da je dobar deo hardvera izbačen iz upotrebe. Upravljački signali CNC su definisani kao binarne 16,32 ili 64- bitne reči, zavisno od procesora kompjutera koji se koristi u sistemu. Po pojavi prvih CNC sistema, ranih sedamdesetih godina prošlog veka, konvencionalni NC sistemi su postepeno zastarevali ( u korist CNC ) sve dok nisu potpuno prestali da se proizvode. Softverska konfiguracija CNC je nudila brţu i pouzdaniju implementaciju programa, mogućnost unosa preko tastature, čitača magnetne trake, RS-232 C komunikacionih ureĎaja i raznih drajvova spoljnih memorija ( Floppy Disc Drive - FDD, Compact Disc Drive – CDD, Zipp Disc Drive - ZDD itd. ). Proizvodne mogućnosti su sa CNC upravljanjem znatno povećane, jer je uz upotrebu računara omogućena ( osim linijske i kruţne ) spiralna, kubna i parabolična interpolacija, editovanje programa, kompenzacija, ofset itd.
Slika 7. Osnovne razlike kod NC I CNC
8
Jedan od osnovnih elemenata svakog CNC sistema je upravljačka jedinica ( UJ ), koja manipuliše svim dešavanjima u sistemu – ulazom i izlazom podataka, obradom podataka, kao i mašinskim interfejsom.
Slika 8. Bazna struktura jedne upravljačke jedinice
9
DIREKTNO NUMERIČKO UPRAVLJANJE (Direct Numerical Control) Sistemi direktnog numeričkog upravljanja ( DNC ) su nastali na temelju komunikacije podataka u računarskim mreţama. Dve osnovne vrste DNC su prisutne u današnjem okruţenju – DNC sa direktnim upravljanjem i DNC sa distributivnim upravljanjem. Koncept direktnog upravljanja obuhvata upravljanje grupom od nekoliko NC sistema upotrebom glavnog kompjutera, koji moţe biti na istom mestu gde i NC sistemi ili udaljen od njih. Početak upotrebe ovakvih sistema vezuje se za 1968. godinu, kada je prvi put uspešno izvedeno upravljanje NC mašinama za obradu rezanjem glavnim kompjuterom, koji je bio udaljen 300m.
Slika 9. Grupa diretnog upravljanja
Memorija glavnog računara pri DNC mora biti velika, a procesor zadovoljavajućih karakteristika, kako bi se upravljanje odvijalo tečno i bez problema. Poklapanje razvojnih godina CNC i DNC ( sedamdesete godine prošlog veka ) dovelo je do slabije upotrebe DNC, jer su CNC sistemi bili u ekonomskoj prednosti. Tada je DNC uglavnom koristila američka avio industrija, pošto je dostavljanje perforiranih traka za CNC sisteme bilo oteţano. Kada je direktno upravljanje kroz upotrebu malo usavršeno, ubrzo je našlo svoj put do korisnika širom sveta. Standardne funkcije koje su pokrivene direktnim načinom upravljanja su: memorisanje, programa, editovanje i izvršenje, simulacija rada novih programa, prikupljanje podataka neophodnih za mašinsku obradu i njihovo procesiranje, protok upravljačkih informacija kroz 10
sistem itd. Distributivno numeričko upravljanje ima koncept vrlo sličan direktnom upravljanju, ali se umesto jednog, glavnog kompjutera koristi više računara povezanih u mreţu Sistemi distributivnog upravljanja su nastali kao rezultat napora da se ostvari proizvodna komunikacija na nivou celog preduzeća. Povezivanje računara u mreţe dovelo je do razmišljanja o novim mogućnostima direktnog upravljanja, što je 1985. godine dovelo do formulisanja karakterističnih zahteva koje DNC sistemi treba da ispune da bi se nazvali distributivnim. Postavljeni su u globalu sledeći zahtevi:mogućnost upravljanja velikim brojem programa uz mogućnost davanja izveštaja o broju i nazivu programa, vremenima obrade, alatima svake mašine, učestalosti pozivanja programa, zaštita pristupa editovanju programa, dvosmerna komunikacija između mreţe računara i upravljanih mašina, kompatibilnost povezivanja mašina raznih proizvođača u isti DNC sistem, upravljanje operativnim podacima, postojanje baza podataka o alatima i materijalima itd.
Slika 10. Distributivno numeričko upravljanje
11
Ustaljeni tipovi konfiguracija koje se sreću kod DNC sistema su prekidačka mreţa, lokalna mreţa i mreţa u okviru preduzeća. DNC prekidačka mreţa je najednostavnija konfiguracija koja ima dve podvarijante – prekidačku mreţu sa tehnikom biranja i prekidačka mreţa sa višekanalnom tehnikom. Prva varijanta koristi razvodne kutije kojima se jedan komjuter vezuje sa nekoliko mašina i jednim štampačem, serijskom vezom RS 232 C. Druga varijanta podrazumeva upotrebu posebnog uređaja – multipleksera koji omogućava višekanalni rad. Uređaj vezom RS 232 C povezuje kompjuter sa nekoliko mašina i odgovarajućim pratećim uređajima – štampačima, skenerima, ploterima itd. DNC lokalna mreţa ( LAN – Local Area Network ) se sastoji od nekoliko malo udaljenih računara spojenih u lokalnu mreţu putem koje su povezani sa upravljanim mašinama i perifernim uređajima. Prema načinu povezivanja računara u mreţu LAN mogu biti zvezdaste, prstenaste i magistralne. Zvezdaste LAN imaju centralni kompjuter na koji su spojeni svi ostali kompjuteri u mreţi i preko njega komuniciraju. Prstenaste LAN se sastoje od računara vezanih po lokaciji i redosledu u zajednički prsten. Komunikacija se odvija kruţnim tokom, obilazeći čvorove na kojima su vezani računari. Prstenaste LAN su veoma loše koncipirane i koriste se u krajnjoj nuţdi. Magistralne LAN koriste kabl velike protočne moći – magistralu podataka – na koji su vezani svi računari. Centralni računar postoji, ali nije od presudne vaţnosti za komunikaciju unutar mreţe, računari mogu da komuniciraju i kada je centralni računar isključen, što kod zvezdaste konfiguracije npr. nije moguće. Magistralne konfiguracije LAN imaju najbolju strukturu i najveću komunikacionu moć. Softver koji koriste DNC sistemi klasifikuje se u tri grupe – mreţni softver, aplikativni softver i softver za upravljanje bazama podataka. Mreţni softver kontroliše ceo sistem povezanih računara, mašina i drugih uređaja koji pripadaju DNC. Komunikacija između različitih komponenti sistema je takođe u domenu mreţnog softvera, kao i rad sa programima, editovanje, distribucija i memorisanje. Aplikativni softver sačinjava skup programa vezanih za mašinsku obradu, CAD/CAM programi, grafički programi, softver za izveštavanje o toku procesa itd. Softver za upravljanje bazama podataka daje korisniku mogućnost pristupa podacima smeštenim u raznim bazama podataka koje sadrži DNC mreža. Podacima se pristupa selektivno i brzo, uz mogućnost pretrage po zadatim kriterijumima. Osim baza alata i materijala i CAD/CAM datoteka, u okviru DNC se često nalaze informacije o vremenima obrade, instrukcije o radu mašina, podaci statističke kontrole procesa i slično. Prilikom opredeljivanja korisnika da instalira DNC sistem, veoma je vaţno da sistem bude pravilno odabran, u skladu sa potrebama i mogućnostima korisnika DNC. Kriterijumi koji pomaţu pri odabiru vrste i karaktera DNC sistema su: broj upravljanih CNC, ukupan broj potrebnih NC programa i njihova veličina, učestalost upotrebe pojedinih programa, stepen integracije koji omogućuje najbolji rad sistema i željeni operativni sistem mreže.
12
ADAPTIVNO UPRAVLJANJE Adaptivni sistemi su sistemi sa adaptivnim upravljanjem I oni pružaju mogućnost varijacije (promeene) parametra obrade u toku obradnog procesa. Dele se na: - Sisteme sa graničnim adaptivnim upravljanjem ACC (Adaptive Control Constraint) -
Sistemi sa optimizirajućim adaptivnim upravljanjem ACO (Adaptive Control Optimization)
ACC ima zadatak da ostvari maksimalno moguće elemente režima rezanja i njihovo održavanje, a da pri tome ne dođe do prekoračenja graničnih vrednosti koje se odnose na alatnu mašinu i proces rezanja. Proces upravljanja se sastoji u snimanju stvarnog stanja procesa rezanja i automatskog menjanja upravljačkih veličina, sve dok se stvarna vrednostne izjednači sa traženom vrednošću. ACO ima za cilj odvijanje procesa obrade u uvjetima koji odgovaraju optimalnojradnoj tački ili krivulji, određenoj prema ekonomskim i/ili tehničkim kriterijima. Kriterijimogu biti: - minimalni troškovi obrade, -
maksimalna proizvodnost.
Slika 11. Sistem adaptivnog upravljanja
13
ZAKLJUČAK Programsko upravljanje mašinama alatkama je potpuno preokrenulo način proizvodnje i podstaklo ubrzani razvoj ljudskog društva. Osim što je donelo olakšanje u smislu smanjenja fizičkog ljudskog rada, omogućilo je proizvodnju velikog broja proizvoda sa minimalnim odstupanjima dimenzija. Eliminacijom ljudskog faktora iz konkretnog voĎenja obradnih procesa, greške su se svele na minimum, a ekonomičnost proizvodnje porasla. Korak dalje ka automatizovanoj proizvodnji većih serija proizvoda donelo je numeričko upravljanje i sistem bušenih medijuma za unos podataka. Jeftin medijum prenosa informacija i lakša izmena proizvodnog programa podstiču dalji napredak programske proizvodnje. Sa dolaskom CNC i DNC sistema, mogućnosti mašina alatki da izraĎuju proizvode sloţenije geometrije naglo rastu. Postepenim razvojem CNC sistema nove metode interpolacije dodatno obogaćuju mogućnosti mašina. Dolazi se do kontura koje je ručnim upravljanjem mašinom vrlo teško ako ne i nemoguće izraditi. Softverska rešenja potiskuju hardverske komponente, a zamena programa se svodi na učitavanje sledećeg programa u kompjuter, iz modernih spoljnih memorija. DNC sistemi su se rasprostrli svetom kao epidemija, sve više preduzeća ih je uvodilo u svoju proizvodnju. Izuzetno dobra komunikacija izmeĎu raznih proizvodnih sektora u preduzeću, ostvarena putem računarskih mreţa i DNC je privlačila ogroman broj korisnika. CAD/CAM podrška i baze alata/materijala su dovele DNC na još veći nivo, pa fabrike postaju pravi proizvodni giganti. Svaka ozbiljna proizvodnja, u današnje vreme, počiva na upotrebi numerički upravljanih mašina ili čak robota. Velike serije savršeno izraĎenih proizvoda, zadovoljenje mnoštva ljudskih potreba i veliki rast opšteg društvenog proizvoda pokazuju koliki je značaj programskog upravljanja za celokupno čovečanstvo.
14
LITERATURA Dr. Radovan Kovačević: NUMERIČKI UPRAVLJANE MAŠINE ALATKE I NJIHOVO PROGRAMIRANJE, Naučna knjiga, Beograd, 1987. www.google.com – numerički upravljane mašine, fabrike budućnosti, cnc mašina
15
