1. Introducere 1.1. Scurt istoric al apariţiei şi dezvoltării sistemelor de fabricaţie flexibilă (SFF) În analiza evoluţiei modelului dominant aplicat fabricaţiei în diferite perioade de timp [http://www.uky.edu/~dsianita/611/fms.html], ne raportăm la interacţiunea dintre: -
evoluţia pieţei de desfacere a produselor (dezvoltarea cerinţelor clienţilor);
-
nivelul de dezvoltare al tehnicii şi tehnologiei fabricaţiei;
-
nivelul de evoluţie şi perfecţionare a tehnicii informatice.
La mijlocul anilor '60 competiţia pe piaţă a produselor a devenit mai intensă. Între anii 1960 şi 1970 costul produselor a fost prioritatea numărul unu a managerilor. Scăderea costului produselor s-a produs printr-o creştere a productivităţii mijloacelor de producţie, generată de automatizare. Modelul dominant în acea vreme era producţia obţinută în liniile de transfer automate, caracteristice unei producţii de masă. În figura 1.1 se prezintă ciclul evoluţiei economiei pentru producţia de serie. Standardizare Tipizare Automatizare Creşterea volumului producţiei
Scăderea costurilor de producţie Extinderea pieţei
Scăderea costurilor în piaţă
Figura 1.1. Ciclul evoluţiei economiei de serie Mai târziu, calitatea produselor a constituit o preocupare intensă. Pe măsură ce schimburile comerciale s-au intensificat şi au devenit mai complexe, viteza mare de livrare a comenzilor a devenit o caracteristică importantă a societăţilor comerciale. Astfel, s-a definit o nouă strategie, aceea de personalizare a produselor, în funcţie de dorinţele clienţilor. Companiile şi-au adaptat mediul de operare pentru a deveni mai flexibile în fabricaţie şi a satisface aşteptările diferitelor segmente de piaţă. Introducerea SFF a devenit rentabilă în competiţia de pe piaţă. SFF este, în primul rând o tehnologie de fabricaţie. În al doilea rând, SFF este un model sistemic transpus fizic. "Sistem" este un cuvânt cheie. "Agilitate" este caracteristica SFF introdusă în ultimii ani, ceea ce măreşte viteza de livrare pe piaţă, operează cu cele mai scăzute costuri de producţie şi are cea mai mare abilitate de a satisface clienţii. SFF este o cale prin care fabricanţii sunt capabili de a obţine această agilitate. 1.2. Producţie. Fabricaţie. Fluxuri Producţia cuprinde etape din viaţa unui produs care însumează activitǎţile/sectoarele/serviciile de marketing, aprovizionare, concepţie constructivǎ şi tehnologicǎ, fabricaţie (prelucrare, asamblare), 1
control al calitǎţii, vânzare şi service al produsului. Fiecare reper al produsului înglobeazǎ caracteristici şi calitǎţi rezultate din funcţiile de bazǎ ale intreprinderii: cercetare şi dezvoltare, prelucrare şi montaj, logisticǎ, asigurarea calitǎţii, marketing şi organizare. Procesul de producţie (conform DIN 66201) este ansamblul intrǎrilor într-un sistem de producţie, sub formǎ de materie, energie sau informaţii, intrǎri succesive şi dependente reciproc, care sunt transformate, transferate şi înmagazinate în produsul finit. Produs: este ansamblul ieşirilor dintr-un sistem de producţie, care cuprind transformǎri ale materiei, energiei şi informaţiilor. Produsele se pot prezenta sub formǎ concretǎ, materialǎ sau imaterialǎ (servicii). Procesul de fabricaţie este acea parte a procesului de producţie în care materia, sub formă de semifabricat, este supusă unor transformǎri de formǎ, dimensiuni, poziţii reciproce ale suprafeţelor, caracteristici fizico-chimice ale materialului, calitate/aspect a suprafeţelor sau sunt realizate situǎri reciproce a mai multor repere şi fixǎri prin asamblare demontabilǎ sau nedemontabilǎ. Procesul de fabricaţie se desfǎşoarǎ prin execuţia operaţiilor de prelucrare/asamblare sau de manipulare. Intreprinderea industrială este un sistem care urmăreşte armonizarea sistemului de fabricaţie cu cerinţele mediului extern. Performanţa unei intreprinderi industriale se evaluează prin numărul diversificat de produse de calitate, prin costurile minime ale acestora, livrări de comenzi la momente prestabilite cu utilizarea cât mai eficientă a resurselor disponibile (mijloace de producţie şi resurse umane). Asupra intreprinderilor industriale acţionează permanent un sistem de forţe din mediul acestora: -
forţa pieţei comerciale de produse (concurenţa, clienţii, mediul de afaceri şi cel politic)
-
forţa pieţei muncii (dezvoltarea resursei umane, educaţia, mediul politic)
-
forţa cerinţelor ecologice (protecţia mediului, dezvoltarea de tehnologii nepoluante)
-
forţa dezvoltării tehnicii şi tehnologiei (tehnologii noi, produse performante)
-
forţa dezvoltării tehnologiei informatice (produse hard şi soft noi, sisteme de comunicare).
Sistemul de fabricaţie este mulţimea instalaţiilor tehnice (mijloace de producţie) şi a relaţiilor dintre acestea constituite pentru rezolvarea unui sarcini de fabricaţie. Sarcina de fabricaţie este diferenţa de eliminat între starea iniţialǎ a materiei şi cea finalǎ, propusǎ ca şi scop a desfǎşurǎrii procesului de producţie. Instalaţiile tehnice prelucreazǎ în timp intrǎrile materiei, energiei şi informaţiilor în ieşiri de aceeaşi naturǎ. Sistemul de fabricaţie este un ansamblu de maşini unelte, utilaje, instalaţii, dispozitive grupate în spaţiu pentru efectuarea unor operaţii ale procesului tehnologic. Sistemul de fabricaţie, în funcţie de gradul de implicare al operatorului uman în cadrul procesului de fabricaţie, poate fi: -
sistem de fabricaţie clasic (în care operatorul uman executǎ manual toate mişcǎrile necesare desfǎşurǎrii procesului de fabricaţie);
-
sistem de fabricaţie mecanizat (în care operatorul uman comandǎ realizarea mişcǎrilor relative sculǎ-piesǎ şi a mişcǎrilor necesare aducerii/evacuǎrii pieselor la/de la maşinǎ, mişcǎrile sunt executate de sisteme de acţionare);
-
sistem de fabricaţie automat (în care operatorul supravegheazǎ/monitorizează, programeazǎ şi iniţializeazǎ sistemul de fabricaţie, sistem care executǎ mişcǎrile necesare procesului de fabricaţie fǎrǎ intervenţia nemijlocitǎ sau ritmicǎ a operatorului uman). - sistem de fabricaţie automat rigid (în care schimbarea sarcinii de fabricaţie necesitǎ transformǎri radicale ale sistemului de fabricaţie);
2
- sistem de fabricaţie automat flexibil (SFF) (în care sarcinile de fabricaţie care se pot executa în sistem sunt diverse, variabilitatea din sistemul flexibil vizând dimensiuni şi materiale ale pieselor, regimuri şi precizii de prelucrare, tipuri de operaţii de prelucrare/asamblare, costuri de producţie, termene de livrare şi cantitǎţi de piese). În figura 1.2 se prezintă un grafic al variaţiei flexibilităţii şi productivităţii în sisteme de fabricaţie. Fabricatie clasicã
Automatizare flexibilã
Flexibilitate
Automatizare rigidã
Productivitate
Numãr de piese Figura 1.2. Variaţia flexibilităţii şi a productivităţii sistemelor de fabricaţie Fluxul de intrare într-un sistem de fabricaţie este variaţia în timp a cantitǎţii de material, consumului de energie, cuantumului de informaţii. Fluxul de ieşire dintr-un sistem de fabricaţie este de naturǎ materialǎ (cu informaţii de formǎ) şi informaţionalǎ. Produsul final înmagazineazǎ materialul, energia şi informaţiile necesare transformǎrii semifabricatului în cadrul procesului desfǎşurat în sistemul de fabricaţie. Un sistem este definit ca mulţimea componentelor sistemului şi a relaţiilor dintre acestea, organizate astfel încât sǎ se realizeze un "tot" unitar. Prin structura unui sistem se înţelege mulţimea elementelor componente şi mulţimea relaţiilor stabilite între acestea. Un SFF poate fi caracterizat din punctul de vedere al teoriei sistemelor ca un sistem: -
deschis (are relaţii orientate cu mediul sistemului şi cu sistemul ierarhic superior)
-
complex (numǎrul de componente este mare)
-
concret (spre deosebire de sistemul abstract, de idei)
-
artificial (creat de om)
-
determinat (are un comportament predictibil)
-
realizat cu un scop predefinit.
3
SFF
Subsistem de manipulare Instalaţii de aducere/evacuare (IA/E)
IA/E material
IA/E scule
Subsistem de prelucrare
Instalaţii pentru operaţii humanoide de manipulare (RIm) IE deşeuri
Dispozitive de mǎsurǎ şi control
Maşini de lucru
Instalaţii pentru operaţii humanoide de prelucrare
Dispozitive de lucru
Figura 1.3. Structura unui SFF Se pot identifica într-un SFF subsisteme de rang inferior (de exemplu subsistemul de prelucrare care este ansamblul mijloacelor de producţie din sistem, subsistemul de manipulare care este ansamblul echipamentelor şi dispozitivelor automate cu funcţii de manipulare ale obiectelor de lucru). Un SFF este un subsistem component al unui sistem de rang superior (de exemplu, metasistemul de producţie CIM). Un SFF este ierarhizat, ceea ce înseamnǎ cǎ se identificǎ în structura acestuia subsistemele componente prezentate în figura 1.3. Definiţii ale SFF: National Institute of Standards and Technology-NIST: Un SFF este un aranjament de maşini unelte (centre de prelucrare cu comandă numerică), dotate cu dispozitive automate de schimbare a sculelor, interconectate printr-un sistem de transport. Sistemul de transport asigură piesele necesare pentru maşinile unelte pe palete sau alte elemente de interfaţă, pentru o servire automată, rapidă şi precisă. Un calculator central comandă maşinile şi sistemul de transport. SFF poate prelucra simultan diferite tipuri de piese. Economic Commision of Europe: Un SFF este un complex integrat, condus de calculator, compus din maşini unelte cu comandă numerică, dispozitive automate de manipulare a pieselor şi sculelor şi echipamente automate de măsură şi control care, cu un minim de intervenţie umană şi timp de modificare scurt, poate să fabrice produse aparţinând unei familii de piese, conform unei planificări anterioare a producţiei. O altă schemă de structură a unui SFF, în conformitate cu definiţiile de mai sus, este prezentată în figura 1.4.
4
Informaţii
Sistem de comandã
Material
Depozit
Sistem de transport
Sistem de manipulare
Sistem de prelucrare
Energie de alimentare cu energie
Energie
Flux de informatii Flux de energie Flux material
Figura 1.4. Structura unui SFF cu evidenţierea fluxurilor din sistem 1.3. Cerinţe de flexibilitate ale pieţei şi posibilitǎţi de realizare a acestora În figura 1.5 sunt prezentate cerinţele de flexibilitatea ale pieţei de desfacere a produselor. Cerinţe de flexibilitate ale pieţei
Flexibilitatea produsului variante de produse modularizarea reperelor oferte de produse personalizate
Flexibilitatea cantitǎţii de produse/termene de livrare loturi mici onorarea rapidǎ a comenzilor de producţie
Flexibilitatea a preţului produselor produse de calitate şi preţuri diferite oferte de lansare pe piaţǎ
Figura 1.5. Cerinţe de flexibilitatea ale pieţei În figura 1.6. se prezintă ciclul evoluţiei economiei orientate spre client. În figura 1.7. sunt prezentate sintetic posibilitǎţile de realizare a cerinţelor de flexibilitate ale pieţei.
5
Creşterea integrării componentelor SFF Creşterea inteligenţei sistemului de comandă
Scăderea costurilor de producţie, creşterea calităţii produselor şi a flexibilităţii SFF
Scăderea loturilor de producţie, îmbunătăţirea produselor
Cucerirea de noi segmente de piaţă, creşterea cerinţelor clienţilor
Figura 1.6. Ciclul evoluţiei economiei orientate spre client Posibilitǎţi de realizare ale cerinţelor de flexibilitate ale pieţei
Concepţie aplicarea principiilor tehnologiei de grup; arhivarea sistematicǎ a documentelor; îmbunǎtǎţirea continuǎ a concepţiei produselor.
Fabricaţie SFF; simularea fabricaţiei; timpi minimi de fabricare a produselor; aplicarea principiilor Just-in-Time.
Marketing oferte de produse la segmente de piaţǎ; oferte de produse în funcţie de evoluţia pieţei; analizǎ criticǎ a situaţiei curente a pieţei.
Figura 1.7. Posibilitǎţi de realizare a cerinţelor de flexibilitate a pieţei Producţie anualǎ Buc/an
Linii de transfer 2000
Linii de fabricaţie flexibilǎ
SFF Celule de
500
fabricaţie flexibilǎ
25 1, 2
5
100
Maşini unelte convenţionale
Numǎr de tipuri de piese
500
Figura 1.8. Dependenţa dintre tipul de organizare al producţiei, volumul producţiei anuale şi mărimea spectrului de tipuri de piese În figura 1.8 este prezentat graficul dependenţei dintre tipul de organizare al producţiei (în linii de transfer, SFF, celule de fabricaţie flexibilǎ şi sisteme de fabricaţie mecanizate), producţia anualǎ şi numǎrul de tipuri de piese diferite prelucrate în aceste sisteme.
6
1.4. Caracteristici ale SFF Un SFF poate avea urmǎtoarele componente tipice: maşini unelte (de lucru) universale cu comandă numerică cu calculatorul (CNC) sau comandă numerică distribuită (DNC), echipamente de schimbare automatǎ a sculelor şi magazii de scule, posturi de încǎrcare/descǎrcare, echipamente de manipulare automatǎ (roboţi sau dispozitive automate de transfer), depozit central sau depozite intermediare, palete cu/fǎrǎ dispozitive de fixare ale pieselor, sistem de comandǎ/conducere programabil, adaptiv sau inteligent, reţele de calculatoare, magistrale de câmp, interfeţe şi echipamente de monitorizare. Pentru a evidenţia caracteristicile unui SFF, în cele ce urmează se vor compara un sistem automat rigid (LT) cu un sistem automat flexibil de fabricaţie. Post de lucru 1
Post de lucru 2
Post de lucru 3
Paletǎ cu piesǎ
Conveior Figura 1.9. Schema de principiu a unei linii de transfer Magazie de scule Centru de prelucrare
Masa maşinii Posturi de aşteptare Conveior
Depozit central Cǎrucior
Paletǎ cu piesǎ
Figura 1.10. Schemǎ de principiu a unei linii de fabricaţie flexibilǎ Linia de transfer este denumirea uzuală a unui sistem automat rigid cu o dispunere liniarǎ în spaţiu a mijloacelor de producţie (maşini unelte agregat, capete de gǎurit multiax, capete de forţǎ de frezat, etc) grupate în posturi de lucru. Transportul obiectelor de lucru este realizat dintr-un post de lucru în altul de un conveior cu funcţionare intermitentǎ. Semifabricatul intrǎ la un capǎt al liniei de transfer şi este prelucrat până la evacuare la celǎlalt capǎt al conveiorului. Capacitatea productivă a liniei este foarte mare, dar schimbarea sarcinii de fabricaţie este dificilǎ din cauza necesitǎţii realizǎrii
7
unui numǎr mare de reglaje la schimbarea curselor de lucru sau la schimbarea sculelor. În figura 1.9. este prezentatǎ o schema de principiul a unei linii de transfer. Linia de fabricaţie flexibilǎ are, de asemenea, o dispunere în linie a mijloacelor de producţie, dar maşinile de lucru sunt cu CNC sau DNC (sistem de comandǎ numericǎ distribuită mai multor maşini de lucru). Schema de principiu a unei linii de fabricaţie flexibilǎ este prezentatǎ în figura 1.10. În tabelul 1.1 este prezentatǎ comparaţia performanţelor liniilor de transfer şi liniilor de fabricaţie flexibilǎ. Tabelul 1.1. Comparaţie între linii de transfer şi linii de fabricaţie flexibilǎ Caracteristici
Linii de transfer
Linii de fabricaţie flexibilǎ
Tipul producţiei
Serie mare şi masǎ
Serie mijlocie şi micǎ
Capacitatea productivǎ Foarte mare (cantitatea de obiecte de lucru realizată de către un post de lucru/sistem în unitatea de timp)
Mare
Spectrul de tipuri de piese
<10 tipuri de piese
1 tip de piesǎ
Complexitatea operaţiei Micǎ, maşinile unelte agregat Mare, maşinile de lucru au un tehnologice (la un post de sunt specializate pentru un tip de numǎr mare de axe comandate şi lucru, centru de prelucrare) operaţie tehnologicǎ pot executa mai multe tipuri de operaţii tehnologice Timpul operativ
Mic, egal la toate posturile de Mare, poate fi inegal la posturile lucru de lucru
Costul sistemului
Relativ mic, complexitate
Funcţionarea sistemului
Continuǎ
Schimbarea tipului de piesǎ
Dificilǎ, necesitǎ reglaje instalǎri de noi componente
Scule de prelucrat
Instalate la posturile de lucru In magazii de scule, schimbabile manual, neschimbabile în timpul automat funcţionǎrii sistemului
în
funcţie
de Mare Organizatǎ pe schimburi (2 sau 3) şi Uşoarǎ, necesitǎ reprogramǎri care se pot realiza „off-line”
Celula de fabricaţie flexibilǎ are în componenţǎ 1, 2, 3 maşini de lucru cu comandǎ numericǎ şi sistem propriu automat de manipulare, cu rol de servire al maşinilor. In cazul în care sistemul conţine numai o maşinǎ de lucru, atunci acesta se numeşte modul de fabricaţie flexibilǎ. Sistemul de fabricaţie flexibilǎ are în componenţǎ mai multe celule de fabricaţie flexibilǎ legate între ele prin flux de material. Un sistem de transport (transfer lung) automat are rolul de transport ale obiectelor de lucru de la o celulǎ la alta, în funcţie de itinerarul tehnologic al tipurilor de piese. SFF are sistem de comandǎ şi de conducere automat şi reprogramabil. În tabelul 1.2 sunt prezentate caracteristicile principale ale unui SFF.
8
Tabelul 1.2. Caracteristicile principale ale unui SFF Nr. crt.
Caracteristicile unui SFF
1
Gradul de automatizare al funcţiilor principale necesare desfǎşurǎrii procesului tehnologic este mare. Existǎ sisteme complet automate sau sisteme cu posturi sau staţii de lucru manuale. Operatorul uman are rolul de: încǎrcare/descǎrcare a obiectelor de lucru în/din depozitul central, supraveghere/monitorizare a funcţionǎrii sistemului, reinstalare de componente noi şi programare „on-line” sau „off-line” a sistemului, programare, reparare şi întreţinere a sistemului.
2
Numǎrul de maşini de lucru este mai mic decât la sistemele de fabricaţie clasice. Maşinile de lucru sunt în general maşini unelte universale (de exemplu centre de prelucrare), mai rar sunt utilizate maşini de lucru specializate.
3
Amplasamentul mijloacelor de producţie depinde de construcţia dispozitivelor instalaţiei de aducere/evacuare, de forma spaţiului de lucru al roboţilor. Amplasamentul poate sǎ fie în linie, în cerc, în plan (de exemplu cu robot montat suspendat pe o construcţie portalǎ).
4
Numǎrul de situǎri şi fixǎri ale pieselor în SFF este minim. Suprafaţa de aşezare a semifabricatului este prelucratǎ în afara sistemului. Semifabricatul, la intrarea în sistem, este instalat şi fixat pe paletǎ. Piesa fixatǎ pe paletǎ este prelucratǎ pe cele 5 suprafeţe accesibile ale obiectului de lucru, cu reinstalarea piesei pe paletă.
5
Timpul operativ al unei operaţii tehnologice este foarte mare, forma suprafeţelor de prelucrat poate fi foarte complexǎ. Maşinile de lucru pot schimba automat sculele de prelucrat şi au mai mult de 3 axe comandate cu comandǎ numericǎ.
6
Informaţiile sub formǎ de date despre producţie sau programe pot fi transferate între diferitele echipamente de comandǎ ale sistemului sau în afara SFF, prin reţele de calculatoare.
7
SFF realizeazǎ o producţie de serie micǎ, mijlocie, cu un spectru larg de tipuri de piese. Se pot prelucra simultan în sistem mai multe tipuri de piese (part mix). 1.5. Avantajele şi dezavantajele exploatării SFF
Avantajele exploatării SFF sunt: schimbări rapide, cu cost scăzut, a tipului de piesă de fabricat, ceea ce îmbunătăţeşte utilizarea capitalului investit în acest sistem costuri de fabricaţie scăzute, prin capacitate de producţie crescută şi reducerea manoperei inventar curent redus (număr de piese aflate simultan în fabricaţie), datorită planificării tactice a producţiei şi a ordonanţării precise o calitate crescută a producţiei, prin programare şi controlul automat/semiautomat al calităţii produselor costuri de manoperă/unitate de produs finit scăzute, datorită productivităţii muncii crescute la acelaşi număr de operatori umani
9
economii la costuri indirecte din reducerea erorilor, remedierilor, reparaţiilor, rebuturilor nerecuperabile. Dezavantajele exploatării SFF sunt: abilitate limitată de adaptare la schimbările produsului sau la amestecul de tipuri de piese aflate în fabricaţie (maşinile unelte au o flexibilitate limitată de a îndeplini operaţiile tehnologice şi capacitate limitată a magaziei de scule) activitate laborioasă de pregătire a fabricaţiei investiţie necesară mare şi foarte mare complexitate ridicată a SFF. Complexitatea şi costul ridicat al SFF este motivul pentru care s-a manifestat reticenţă în acceptarea acestora în industrie. In cele mai multe cazuri s-a acceptat implementarea mai întâi a unor sisteme sau celule simple, acestea urmând a fi integrate într-un sistem mai complex, după o perioadă de exploatare de succes. 1.6. Metasistemul CIM Dacǎ fluxul informaţiilor dintr-o întreprindere este în totalitate sau parţial automat şi asistat de programe în reţele de calculatoare, sistemul de producţie este un sistem CIM (Computer Integrated Manufacturing). În metasistemul CIM se realizează integrarea cu calculatorul pe platformele funcţionale a activitătilor departamentelor (serviciilor) de marketing, de concepţie, de planificare a producţiei, de fabricaţie, de management financiar. În figura 1.11 sunt prezentate principalele platforme şi facilitǎţi ale unui sistem CIM, considerat sistem ierarhic superior unui SFF. Sistemul CIM este structurat ierarhic, este compus din mai multe aplicaţii complexe, dedicate, interdependente între ele. Aplicaţiile prelucrează un număr mare de date şi rulează pe echipamente de calcul diferite, care necesită interfeţe specializate, iar procedurile de tratare a erorilor sunt complexe şi inconsistente [Curaj]. Platformele CIM de integrare a activităţilor şi de transmitere de informaţii trebuie să prezinte următoarele caracteristici: -
să permită un acces transparent la resurse
-
să fie deschise pentru dezvoltarea produsului de către terţi
-
să fie aplicaţii distribuite pe mai multe calculatoare
-
să fie modularizate şi extersibile pentru adăugarea de noi blocuri funcţionale
-
să permită o configurare dinamică a aplicaţiei
-
să asigure consistenţa datelor şi siguranţa transmisiei
-
să asigure refacerea stării sistemului după un restart
-
să-şi optimizeze viteza de rulare a aplicaţiilor pentru a deveni compatibile cu cerinţele de comandă în timp real
-
să prezinte mecanisme de securitate pe diferite niveluri de acces la date.
10
CAO Arhivǎ
Personal
Planificare strategicǎ plan de investiţii; plan financiar; strategie de personal; planificarea strategicǎ a producţiei; strategia produselor.
CAD proiectare; calcule; desenare; listǎ piese; simulare.
CAQ planificarea activitǎţilor de mǎsurare/control; planificarea activitǎţilor de asigurare a calitǎţii produselor.
CAPP proiecte tehnologice; programarea mijloacelor de producţie CNC, DNC.
Vânzǎri - oferte - comenzi ale clienţilor.
Aprovizionare comenzi de aprovizionare; intrǎri de marfǎ.
CAPS planificarea disponibilitǎţilor mijloacelor de producţie şi a materialului; planificarea tacticǎ a producţiei.
Logisticǎ -programarea fluxului de material; -comanda transportului; -comanda depozitului central; - comanda depozitelor intermediare. Intrǎri de material
Financiar
ASRS
Comanda fabricaţiei
Întreţinere
- gestionarea comenzilor de fabricaţie; -prelucrarea datelor din producţie; -ordonanţarea fabricaţiei.
- supraveghere, monitorizare; diagnozǎ; reparaţii; întreţinerea utilajelor.
semifabricare
prelucrare
montaj control ambalare vânzare ieşiri de produse service
Figura 1.11. Facilitǎţile sistemului CIM (CAO= Computer Aided Office, CAQ= Computer Aided Quality, CAD= Computer Aided Design, CAPP= Computer Aided Process Planning, CAPS= Computer Aided Programming and Scheduling) 1.7. Sisteme de producţie Post CIM După extensia în întrega lume a Internetului s-au dezvoltat noi concepţii de fabricaţie denumite în literatura de specialitate: Next Generation Manufacturing, Advanced Manufacturing System, Intelligent Manufacturing System sau Concurent Enterprise. Toate aceste noi sisteme de fabricaţie încă în faza de concepţie şi experimentare se bazează pe modelele dezvoltate în ultimii ani: holonic, fractal, bionic sau virtual. Modelul holonic Denumirea provine de la grecescul holon ce înseamnă parte dintr-un întreg. Holon (d.p.d.v. al teoriei sistemului) este ceva simultan şi întreg şi parte a unui sistem. Holonul este un întreg în sine şi parte a unui sistem mai mare. Un holon se poate observa ca o sumă de sisteme integrate unul în 11
altul. O ierarhie de holoni formează o holarhie. Informaţia este integrată bidirecţional de la mai mic (holon) la mai mare (holarhie) şi invers. Conceptul de bază al unui sistem holonic (holarhiei) este un sistem format din blocuri autonome şi cooperative şi a fost promovat de către Köstler. Principiul sistemelor de fabricaţie holonice se bazează pe observaţie că un sistem complex este format din subsisteme simple care există şi depind de coorperarea cu sistemele superioare. Sistemul holonic de fabricaţie (figura 1.12) prezintă următoarele caracteristici: -
stabilitate la perturbaţii interne şi externe ale sistemului
-
adaptabilitate rapidă la schimbările pieţei
-
flexibilitate ridicată prin reconfigurare internă a sistemului
-
eficienţă în exploatarea resurselor holonilor.
Holonii sunt unităţi autonome de fabricaţie care cooperează între ei pentru a îndeplini sarcinile de fabricaţie. În baza autonomiei, ei pot să realizeze comanda locală a maşinilor, optimizarea internă a funcţionării componentelor, autoordonanţarea fabricaţiei, autoconfigurarea şi autodiagnoza prin învăţare.
Holon autonom 1
Holon autonom 2
….
Holon autonom n
Holarhie Figura 1.12. Structura unui sistem holonic de fabricaţie S-au identificat 3 clase de holoni informaţionali, ca subsisteme ale holonilor autonomi: - Holon de resursă care conţine informaţii cu privire la metode de organizare, exploatare şi comandă; - Holon de produs care conţine informaţii despre: realizarea pieselor, ciclul de viaţă al produselor, comenzi de producţie, asigurarea calităţii producţiei; - Holon de comandă care conţine informaţii despre: comanda fabricaţiei şi logistică. În figura 1.13 se prezintă schimbul de informaţii între holonii informaţionali. Tab 1. 3. Comparaţie între CIM şi sistem de fabricaţie holonic Computer Integrated Manufacturing (CIM) Holonic Manufacturing System (HMS) Sistem cu o structură ierarhizată cu sarcini Structura holarhică are scopurile cunoscute la comunicate de la nivel superior la un nivel nivel superior şi comunicate ca subsarcini la inferior, cu scopuri cunoscute numai la nivelul nivelul imediat inferior. superior. Coordonarea şi integrarea eforturilor de la nivelul Coordonarea şi integrarea eforturilor la nivelul N prin controlul ierarhic de la nivelul N+1. N prin cooperarea şi însumarea sarcinilor de fabricaţie a holonilor Relaţii de subordonare între nivelul N şi N-1. Relaţii de colaborare între clienţi (N) şi furnizori (N-1). Topologie arborescentă de la N la mai mulţi N-1. Comunicare pe orizontală între mai mulţi holoni de pe acelaşi nivel, topologie de magistrală de la nivelul N la mai mulţi holoni de pe nivelul N+1, pentru comunicare pe 12
Computer Integrated Manufacturing (CIM)
Holonic Manufacturing System (HMS) verticală. Arhitectură rigidă şi statică, cu capabilităţi Arhitectură flexibilă, programabilă şi dinamică atribuite numai pe anumite niveluri Structuri de mesaje fixe Structuri de mesaje flexibile, schemă universală de decodare pentru interpretarea mesajului Toleranţă scăzută la defecţiuni (alte defecţiuni Toleranţă crescută la defecţiuni prin decât cele compensate prin concepţie) reconfigurarea dinamică şi renegocierea sarcinii de fabricaţie Inteligenţă concentrată în nivelurile superioare Inteligenţă distribuită după necesităţi prin încapsularea proceselor şi cunoştinţelor în holoni Eficienţă prin specializare. Alocarea sarcinilor de Eficienţă prin flexibilitate. Resurselor fabricaţie standard la resurse specializate. standardizate le sunt alocate sarcini de fabricaţie specializate (variate). Eficienţă crescută la volum mare al Eficienţă crescută pentru volum mare-mic al producţiei/variabilitate scăzută a produselor. producţiei/variabilitate medie-mare a produselor. Manopera operatorilor umani este înlocuită prin Manopera este complementară automatizării automatizare. (creşte importanţa inteligenţei şi capabilităţilor operatorilor umani din procesul de producţie). Focusare în procesul de fabricaţie. Aplicabil în toate funcţiile unei intreprinderi de producţie. Cunoştinţe despre fabricaţie Holon de comandă
Holon de produs
Cunoştinţe despre comanda procesului Cunoştinţe despre proces Holon de resursă
Figura 1.13. Schimbul de informaţii între holoni
Modelul fractal Modelul fabricii, companiei fractale (introdus de H. J. Warnecke) constă în entităţi productive cu acţiuni independente, care funcţionează pe baza unor obiective şi performanţe precise. intrări
ieşiri Fractal
Fractalii (figura 1.14) au structuri similare, sunt autoorganizate şi -optimizate, au structuri dinamice, orientate pe scop. În tabelul 1.4 se prezintă o comparaţie între un segment de fabricaţie şi un fractal. Figura 1.14. Model fractal.
13
Tabelul 1.4 Segmente de fabricaţie
Fractali
Scop principal: prelucrare
Scop principal: servicii în sens larg
Se structurează la intervale de timp
Se structurează dinamic, continuu
Mediul lor este stabil
Mediul lor este schimbător
Sarcinile de fabricaţie sunt specifice, predefinite
Îşi stabilesc continuu obiectivele
Sunt auto-responsabile de performanţe lor
Sunt auto-organizate şi -administrate
Evaluarea lor se bazează pe rezultate
Navighează împreună cu alţi fractali spre îndeplinirea scopului comun
Modelul bionic (propus de Ueda-Universitatea Kobe, Okino-Universitatea Kyoto) s-a inspirat din organizarea organismelor vii şi a propus o structură similară pentru sistemele de fabricaţie. Fiecare parte a sistemului de producţie este comparat/transformat/asimilat cu entităţi din lumea biologică. În tabelul 1.5 este prezentată această structură în paralel cu structura unui organism viu. Tabelul 1.5 Organism viu
Sistem de fabricaţie
Organite
Echipamente
Celule
Celule de fabricaţie
Organe
Ateliere de fabricaţie
Mediu chimic
Informaţii, materiale
Flux chimic
Flux de informaţii şi de materiale
Enzime
Coordonatori
Sistemele de fabricaţie bionice conţin maşini unelte, scule, mijloace de măsurare şi control, echipamente de transfer lung, operatori umani care cooperează pe baza unor informaţii (asimilate cu informaţia ADN, conţinută în piesă) ce determină comanda producţiei şi autoreproducerea fabricaţiei. Un aspect important al programelor de comandă şi conducere este al sistemelor bionice este inteligenţa în luarea deciziilor. Modelul fabricii virtuale Se bazează pe implementarea controlului adaptiv, prin care se urmăreşte rezolvarea unor probleme ale fabricaţiei, de exemplu incertitudini ale mediului, uzuri ale componentelor, defecţiuni ale echipamentelor sau erori umane. O altă direcţie de dezvoltare este comanda inteligentă a sistemului de fabricaţie prin tehnici ale inteligenţei artificiale (neuro-fuzzy, algoritmi genetici). Fabrica virtuală are o structură bazată pe agenţi autonomi, pe care îi coordonează. Tehnicile utilizate sunt programarea orientată pe obiecte şi modelarea solidelor, pentru care sunt utilizate aplicaţiile soft şi echipamentele specifice Virtual Reality. Concepţia unei noi fabrici, implementarea unei linii de fabricaţie, exploatarea unui nou echipament, realizarea unui nou produs, implementarea unei noi stategii de comandă pentru un sistem de fabricaţie sunt asistate în procesul de modelare-simulare-validare de tehnici de realitate virtuală.
14
Modelele şi aplicaţiile soft ale realităţii virtuale descriu evoluţia dinamică a unui sistem de fabricaţie, sunt utilizate în decizii strategice în procesul de dezvoltare, de alocare a resurselor şi în managementul de procese tehnologice. În mediul industrial, pe baza dezvoltării actuale a tehnicii (mai ales informatice), se concretizează următoarele direcţii principale de dezvoltare în viitorul apropiat a SFF: - îmbunătăţirea răspunsului la comenzile personalizate ale clienţilor: exactitate, rapiditate şi preţ scăzut; - activitatea de marketing se va reduce prin satisfacerea directă a cerinţelor clienţilor, nemaifiind nevoie de anticiparea prin cercetare a tendinţelor pieţei; - inventarul de piese finite ale unei companii se va reduce, de vreme ce necesarul individual al consumatorului se va satisface direct ; - coordonarea şi controlul internaţional al producţiei. Reţelele de comunicare globalizează producţia în companiile multinaţionale ; - internaţionalizarea şi facilizarea prin reţele a aprovizionărilor minimizează inventarul de piese curente ; - dezvoltarea unor standarde care facilitează integrarea informaţională a tuturor echipamentelor ; - SFF vor fi integrate în fabrici automate care livrează produsul finit direct în depozite, cu integrarea unui număr minimal de staţii de lucru cu servire manuală ; - tehnologia de fabricaţie se va putea rapid adapta cerinţelor pieţei ; - va creşte gradul de automatizare al planificării proceselor, ca urmare se va economisi timpul pierdut cu proiectări repetitive şi erori ; - îmbunătaţirea echipamentelor şi a programelor de comandă a SFF, tehnicile mai bune de instalare a pieselor pe palete vor creşte coeficientul de utilizare al maşinilor spre 100% ; - utilizarea în aplicaţii industriale a unor roboţi cu inteligenţă artificială, capabili să ia decizii ; - diagnoza automată va îmbunătăţi disponibilitatea maşinilor şi va facilita mentenanţa SFF.
15
