1
UTILIZAREA CALCULATORULUI CALCULATORULUI IN INGINERIA SISTEMELOR DE PRODUCTIE Introducere Nivelul cel mai extins de utilizare a calculatoarelor in cadrul sistemelor de producţie este generic desemnat sub sigla CAI (CAI – Computer Aidede Industries) care semnifică integrarea tuturor activităţilor industriale în cadrul unui sistem coordonat de calculator. Acest nivel de vârf este rezultatul unei evolu ţii fireşti a SP sistemelor de produc ţie fiind rezultatul saltului tehnologic din ultimii 30-40 de ani. Evoluţia tehnologiilor de integrare a calculatorului în cadrul sistemelor de produc ţie este ilustrată în cadrul graficului sintetic din figura 18. <1990 <1980 AUTOMATIZARE FLEXIBILA
celule flexibile FMC AUTOMATIZARE FMS <1970
< 1960
SOFTWARE
MUCN masini unelte CIM cu comanda numerica masini si echipamente roboti industriali –RI Sisteme autonome OPERARE cu transfer mecanic MANUALA masini unelte masurari electrice sisteme de masurare Integrarea inteligentei deservite manual automata artificiale masurari mecanice afisarea informatiilor procesarea pe Sisteme de masurare de masurare calculator a datelor autonoma-on line procesului de productie Legenda: FMC – Flexibile Manufacturing Cells (celula de fabricatie flexibila ) FMS - Flexibile Manufacturing Manufacturing Sistems ( sistem sistem de fabricatie flexibila ) CIM - Computer Integrated Manufacturing Manufacturing ( fabricatie integrata integrata cu calculatorul ) < 1950
AUTOMATIZARE HARDWARE
AUTOMATIZARE INTELIGENTA
SP de tip retea Masini inteligente Sisteme de masurari inteligente Integrarea senzorilor Integrarea umana
Figura 18
Integrarea activităţilor industriale cu calculatorul reprezint ă de fapt înlănţuirea şi reunirea unui complex de activităţi tehnico-organizatorice, comerciale si economice, la nivelul nivelul unui sistem de producţie unitar (exemplul fiind nivelul unei firme), folosind în acest scop o bază de date comună. O astfel de structură poate fi reprezentată schematic într-o reprezentare ca cea din figura 19. Modelul schematic prezentat în figura 19 con ţine următoarele bşâlocuri funcţionale aflate în interdependenţă CAO (Computer Aided Organization) – Asistarea cu calculatorul a organizării Cu aceasta titulatură se desemnează un ansamblu de activit ăţi cu conţinut organizatoric, comercial şi economic aşa cum apare în figur ă. Informaţiile prelucrate sunt informaţii din categoria celor primare în sensul că acestea introduc primele date în structura procesului de producţie, datele fiind referitoare la produs, piată, client, cerinţe de realizare şi altele.
2 C. A. I. CAO
cercetare piata planificare pridus planificareminvestiþii planificareminvestiþii reclama calculatii de pret desfaceri management resurse umane Comenyi Date de fabricaţie
CAD
Comanda de dezvoltare produse
dezvoltare
CAQ (A)
Cerinte de calitate
asigurarea calitatii
resurse calcule
Schite desene ptr. oferte catre clienti Tema de proiectare
Desene, date geometrice, material
PPS
CAP
planificare termene planificarea aprovizionarii incarcarea utilajelor lansarea comenzilor
comenzi
urmarirea comenzilor
comenzi
CAM
Date asupra comenzilor
Fabricatie Montaj
Date de functionare
Pregatirea fabricatiei Programarea M.U.C.N Planificarea calitatii Desene Programe Planuri de operatii
Control Transport Colectare de date referitor la functionare subsisteme subsisteme
Planuri de control Date de calitate
Sarcini pentru control Date pentru control
Figura 19
CAD (Computer Aicled Design) – Proiectarea asistată cu calculatorul Cu această siglă se desemnează ansamblul de activităţi legate de dezvoltarea, desenarea şi proiectarea asistată de calculator a produselor: calculul dinamic al pieselor, simularea grafic ă in reprezentare 2D si 3D, stocarea datelor astfel încât acestea să fie accesibile şi altor prelucrări precum şi necesităţilor altor compartimente funcţionale. CAP (Computer Aided Work Planning) – Pregătirea fabricaţiei asistată cu calculatorul Conţine ansamblul de activit ăţi care realizează prelucrarea informaţiilor necesare pentru pregătirea, declanşarea şi realizarea procesului de fabricaţie propriu-zis. Între aceste activitati sunt incluse: elaborarea listelor de piese, elaborarea programelor de comand ă pentru maşinile-unelte cu comandă program MUCN, roboţii industriali RI, sistemele de transport automat AGV (Automated Guided Vehicles) Vehicles) - vehiculele ghidate automat automat sau elaborarea documentaţiei tehnologice. Activităţile din cadrul CAP se bazează în principal pe datele din domeniul proiect ării care poate fi convenţională, dar cel mai adesea este proiectare asistat ă. Aceste activităţi oferă totalitatea informaţiilor necesare pentru efectuarea secvenţelor de prelucrare şi montaj a produselor. Se include stabilirea asistat ă de calculator a naturii şi ordinii activităţilor cu continut operaţional (prelucrare, montaj sau control), alegerea procedeelor, echipamentelor şi a SDV – urilor (sculele, dispozitivele, verificatoarele), definirea datelor pentru comanda mijloacelor de fabricaţie ( utilajele, roboţii sau sistemele de transport ).
3
CAM (Computer Aided Manufacturing) - Fabicaţia asistată cu calculatorul Conţine ansamblul de activit ăţi care au ca obiect conducerea şi supravegherea mijloacelor de producţie în vederea execuţiei produselor în cadrul unui anumit proces de fabricaţie La baza îndeplinirii activităţilor CAM stă comanda directă a utilajelor de prelucrare (MUCN), a manipulatoarelor şi roboţilor (RI), a sistemelor de transport (AGV) precum şi a sistemelor de stocare sau depozitare . PPS (Production Planing System) – Sistemele de planificare a producţiei Această denimire conţine ansamblul de activit ăţi care au drept scop utilizarea asistat ă de calculator a sistemelor de producţie prin: planificare organizatorică, comandă, supravegherea desf ăşurării producţiei (gestiune asistată de calculator a producţiei). Aceste activităţi se referă la întregul ciclu care începe cu preluarea comenzii şi până la desfacerea produsului sub toate aspectele cantitative referitoare la termene şi capacităţi. CAQ (A) (Computer Aided Quality - Assurance) Sistem de asigurare a calităţii asistat de calculator Reprezintă sistemul de asigurare a calităţii integrat prin intermediul tehnicii de calcul şi include totalitatea activitatilor activitatilor legate de: realizarea planurilor, realizarea programelor, realizarea valorilor de control, executarea procedurilor de m ăsurare şi control prin asistare cu calculatorul. CAE (Computer Aicled Engineering) Ingineria asistată cu calculatorul Reprezintă conceptul care con ţine înlănţuirea tehnică asistată de calculator între CAD, CAM, CAQ (A), în fapt integrarea tuturor activităţilor tehnice necesare pentru realizarea unui produs (vezi figura 20). C.A.E. CAD Dezvoltare si proiectare
CAQ ( A )
CAP Planificare si productie
Asigurarea calitatii
CAM Executia si montajul
Figura 20
CIM (Computer Integrated Manufacturing) Fabricaţia integrată cu calculatorul Este conceptul care se define şte prin reunirea intre CAE şi PPS, reuniune realizată prin interconectări de calculatoare care folosesc f olosesc în comun baze de date extinse (vezi figura 21).
4 C.I.M.
CAE
PPS Planificare program
CAD
CAP
Planificare cantitate CAQ (A)
Planificare termene Lansarea comenzilor
CAM
Urmarire comenzi
Figura 21
GESTIUNEA ASISTATĂ DE CALCULATOR A PRODUCŢIEI PPS INTRĂRI
RESURSE
Marketing
IEŞIRI Marketing
Programe pe termen scurt
Programul general de productie
Programul; general de productie
Finante – contabilitate
MASTER PRODUCTION SCHEDULE MPS
Finante – contabilitate
Disponibilitati de plata
Nivelul stocurilor pentru livrare
Situatia stocurilor
Productie Restrictii de capacitate Dezvoltare MPS Dezvoltare MRP Dezvoltare CRP
MATERIAL RESOURCE PLANNING MRP Planificare resurselor de material
Productie Program de lucru Date de utilizare a capacitatilor Planificarea comenzilor
Ingineria produselor
Ingineria produselor
Schimburi in proiect
Date noi de proiectare
Personal uman
Personal uman
Situatia resurselor umane
CAPACITY E
Programul de angajari
Achizitii – furnizori
REQUIENC PLANING PLAN ING CRP
Achizitii – furnizori
Situatia furnizorilor
Figura 22
Planificarea comenzilor
5
Prin expresia gestiune asistat ă de calculator a produc ţi ei se desemnează un ansamblu de activităţi care realizează planificarea şi ordonarea productiei, controlul şi stocarea produselor, supervizarea producţiei, controlul calităţii şi gestionarea stocurilor. Toate aceste elemente sunt precizate in standardul ISO 88. Exista 3 modalitati logice adoptate ca metode de realizare a gestionării: 1. definirea prin planificare – MRP (Manufacturing Requirements Planning) – planificarea cerinţelor de fabricaţie; 2. sistemul JIT (Just In Time) sistemul de planificare f ără stocuri; 3. determinarea punctelor de îngustare sau de ştrangulare penrtu mijloacele de producţie Dintre cele 3 proceduri logice de realizare a gestionării fabricaţiei cea mai largă extindere o cunoaşte metoda generic notat ă MRP. Această metodă are în vedere sistemele de planificare la nivelul cererilor de resurse, cele mai importante resurse fiind considerate cele materiale – MRP altele considerate fiind resursele de capacitate - CRP. Într-o reprezentare schematică precum cea din figură (vezi figurase poate evidenţia mecanismul de lucru prin care se realizează o asemenea gestionare . Acest mecanism de lucru relevă faptul că la baza procesului de gestionare st ă programul generat de produc ţie sau fabricaţie. În conformitate cu acest mecanism se pot eviden ţia un set de informaţii de intrare care sunt grupate pe categorii de activităţi ( marketing, producţie, personal uman şa), care sunt prelucrate prin intermediul programelor de calculator specifice care constituie esenţa derulării MRP sau CRP. UTILIZAREA CALCULATOARELOR PENTRU COMANDA NUMERIC Ă A MAŞINILOR -UNELTE INTRODUCERE
În cadrul sistemelor de producţie, in mediul industrial o foarte largă perioada de timp atributul specific de derulare al procesul a fost produc ţia pe loturi relativ mari. Problema care se pune acum este aceea a productivit ăţii muncii în conditiile in care m ărimea acestor loturi de fabricaţie are tendinţa de a scădea, de a se diminua, mai ales ca rezultat al diversific ării cererii. Răspunsul la aceasta diversificare a cererii îl constituie realizarea unei game mult mai diverse de produse, dar acest lucru este posibil la nivelul unor loturi sau cantit ăţi mult mai mici. De aici a apărut necesitatea modernizării sistemelor de producţie în vederea creşterii capacităţii de adaptare la astfel de condiţii. Termenul tehnic consacrat, asociat acestei adaptări este flexibilitatea Realizarea flexibilităţii în producţie presupune cel puţin doua căi diferite. Aceste căi se referă atât la nivelul concep ţiei cât şi la nivelul fabricaţiei propriu-zise. Aceste ăai sunt: Standardizarea, unificarea şi tipizareaîin cadrul concepţiei • Dotarea tehnică a sistemelor de producţie cu mijloace tehnice cu un grad cât mai înalt de • flexibilitate la schimbarea sarcinii de producţie Ultimii 20 de ani au consacrat tendinta de inlocuire a masinilor-unelte clasice, care posedă comenzi rigide cu o alt ă clasă de maşini-unelte care posedă sisteme de comandă elastice, maşini generic denumite MASINI UNELTE CU COMANDA PROGRAM. Sistemele cu comandă elastice permit schimbarea cu uşurinta a succesiunii şi a duratei semnalelor de comandă adică schimbarea programului de de comand ă al unei maşini în momentul trecerii la prelucrarea unui alt reper se poate face foarte repede. Ca exemplu de sisteme de realizare a programulor se pot menţiona: sisteme cu came, cu fişe, cu bile, cu opritori etc.
6
COMANDA NUMERICĂ A MAŞINILOR UNELTE Programul de comandĂ al tuturor secvenţelor de lucru ale unei maşini se realizează şi se memorează cel mai frecvent folosind un anumit suport purtător. Una din variantele cele mai eficiente s-a dovedit a fi utilizarea unor date numerice atât ca elemente pentru definirea unui program cât şi ca elemente de tip suport. Progresele tehnice şi tehnologice au facut posibil ca blocurile mecanice şi electronice ale maşinilor unelte echipate cu comand ă numerică să scadă ca pondere a pre ţului în costul producţiei din costul total al masinii unelte şi să facă astfel eficientă utilizarea lor. Astfel, s-a ajuns ca pentru MU normale (medii) să fie de 20 –25% iar la MU mari (centre de prelucrare) de 5 –10%. Aceste avantaje au dat şi orientarea în dezvoltarea echipamentelor de produc ţie, de unde se apreciază că într-un viitor prevezibil majoritatea MU să fie echipate cu astfel de sisteme. Acestea pot fi exploatate in conditii de precizie şi îin 3 situaţii: 1. Utilizarea sau exploatarea individuală; 2. Integrarea în cadrul unui sistem de maşini comandate prin intermediul unui calculator; 3. Utilizarea în cadrul unor sisteme flexibile de fabricaţie. Structura unui sistem de prelucrare cu CN Echipamentul de comanda numerică este constituit dintr-un bloc electronic care are rolul de a prelucra informaţia de comandă, de a prelucra şi transmite comenzile la organele sau dispozitivele de execuţie ale componentei mecanice propriu-zise a sistemului. Introducerea datelor în cadrul acestor blocuri electronice se poate face in mai multe moduri: manual, automat prin intermediul unui purtător de program, automat prin intermediul unui calculator de proces, Suporţii pentru informatiile de prelucrare pot fi benzi perforate, supor ţi magnetici şa. Ansamblul mecanic al ma şinii-unelte include: blocurile de acţionare, sistemele mecanice de Compartiment de proiectare
Compartiment tehnologic Compartiment de programare
Operatorul uman
Programul piesa
Introducerea datelor ( corectii ) Informatii de stare a masinii ( functionare )
Informatii de deplasare
Echipamentul de CN
Informatii de comutare
Informatii de pozitie a sculei
Masina unealta Proces fizic de executie
PIESA
comandă, sistemele şi blocurile de execuţie, senzorii şi traductorii. Figura 23
7
Schema prezentată în figura alăturată evidenţiază fluxurile care apar în cadrul proceselor pentru elaborarea programului şi respectiv pentru îndeplinirea programului pentru MU cu comanda program. Se pot evidentia doua etape de prelucrare a datelor astfel: 1. prelucrarea externă a datelor care se referă la procesele care iau în considerare informaţiile care pleacă de la desenul de execu ţie şi continuă cu elaborarea programului pe suportul său; 2. prelucrarea datelor pe maşină ce cuprinde totalitatea proceselor de prelucrare a informaţiilor de pe suport către comenzile maşinii cu eventualele bucle de reacţie. UTILIZAREA CALCULATORULUI PENTRU COMANDA NUMERICĂ Scopul final al activitatilor în cadrul unui sistem de producţie îl reprezintă îndeplinirea în condiţii de performanţă maximă a proceselor. Acest proces poate merge pân ă la automatizarea completă, lucru care este posibil prin intermediul echipamentelor cu comandă numerică care utilizează calculatoarele pentrucomanda sistemelor ma şinii, optimizarea regimurilor de lucru şi elaborarea programelor. Folosirea calculatoarelor s- a concretizat in 3 direcţii: 1. comanda adaptivă a MU; 2. conducerea a una sau mai multe MUCN; 3. programarea asistată a MU. Există două sisteme de conducere cu calculatorul: CNC şi DNC. CNC (Computerized numerical control) – asigură conducerea unei maşini sau a mai multor maşini similare care execută simultan aceleaşi operaţii. Calculatorul preia de regulă o parte din funcţiile echipamentului numeric. DNC (Direct numerical control) – asigur ă conducerea centralizat ă a unui grup de MU. Calculatorul asigură realizarea suplimentară a unor funcţii cum ar fi elaborarea programelor piesă (suport ), planificarea şi controlul producţiei, distribuirea şi evidenţa materialelor şi sculelor, comunicarea între calculator şi operator. PROGRAMAREA ASISTATA DE CALCULATOR A MAŞINILOR UNELTE CU COMANDĂ NUMERICĂ (MUCN) În vederea prelucrării pe MUCN a oricărei piese, procedura de programare asistat ă de calculator presupune furnizarea c ătre calculator a următoarelor informaţii: 1. informatii asupra piesei turnate ( forma geometrică, dimensiuni, precizii etc) 2. informaţii privind caracteristicile MUCN (dimensiuni ale suprafeţelor de prindere, curse, etc. ) 3. informatii privind caracteristicile tehnologice ale procesului realizat de MUCN ( viteze, avansuri, operatii posibile de prelucrat, etc. ) Toate aceste informaţii se preiau şi se introduc pe diverse c ăi şi în diverse moduri, ca de exemplu: citirea de pe un desen şi introducerea manuală a datelor în calculator utilizând o piesă model sau etalon, schiţa pe display utilizând un dispozitiv de intrare specializat (lightpen ). Elaborarea programului respectiv presupune utilizarea unui limbaj de programare, limbaj prin intermediul căruia se preiau şi se transmit atât informaţiile de natură constructivă (cele care se refera la piesă ) cât şi a celor de natură tehnologică (cele care se refera la maşină). Funcţie de nivelul de implementare al calculatorului programul poate fi materializat pe un suport sau programul poate fi memorat ca un fişier de lucru utilizabil direct de calculator. În finalul derularii acestor programe rezultă seturi de informaţii de ieşire evidenţiabile pe acelaşi grupaje de activităţi.
8
Adrese utilizate in programarea numerica manuala Programarea numerică manuală a maşinilor unelte cu comandă numerică are drept scop întocmirea Tabelului Program Piesă după care se realizeaz ă suportul port-program. Adresele ISO prin care se codific ă informaţiile cu caracter geometric şi tehnologic necesare prelucr ării piesei pe ma şina unealtă cu comandă numerică. A,B,C – rotatiile in jurul axelor primare ale CN X,Y,Z; D - poziţionare unghiulară specială sau a treia vitez ă de avans pentru indicarea corec ţiei de scul ă; E - poziţionare unghiulară specială sau a doua vitez ă de avans; F - viteză de avans (Feed); G - funcţie preparatory, (G00…G99); H – rezervă, se utilize in programarea manuala ca fct de bloc in cazul in care schimbarea sculei se face manual; I - coordonata X a centrului unui cerc sau pasul de filetare pe axa X; J - coordonata Y a centrului unui cerc sau pasul de filetare pe axa Y; K - coordonata Z a centrului unui cerc sau pasul de filetare pe axa Z; L - rezervă; M - funcţie auxiliară; N - numărul blocului; O - indicat a nu se folosi; P - deplasare ter ţiară (rapidă) paralelă cu axa X; Q - deplasare ter ţiară (rapidă) paralelă cu axa Y; R - deplasare ter ţiară (rapidă) paralelă cu axa Z; S - turaţia arborelui principal (Speed); T - scula (Tool); U - deplasare secundar ă paralelă cu axa X; V - deplasare secundar ă paralelă cu axa Y; W - deplasare secundar ă paralelă cu axa Z; X - coordonata X; Y - coordonata Y; Z - coordonata Z; Clasificarea adreselor in CN
Instr in CN manuala si in sistemele CNC sunt: -alfanumerice, formate din litere care reprezinta denumirea instr si cifre care reprez cantitatea instr . instr pot fi grupate: a) adrese geometrice
cu referire la deplasarile liniare si unghiulare
(X, Y, Z) prin care se indic ă axele de coordonate ale ma şinii unelte;(de ordin I) U,V,W – de ordin II P,Q,R – de ordin III, pt AR, RR I,J,K – pentru filetare A,B,C – cu referire la rotatii D – rotatii suplim sau alte vit de avans Aceste instr geom sunt insotite de o cifra care reprez cantitatea instructiunii. Daca instructiunea e cu semn pozitiv intre lit si cifra nu e necesar a se pune „+”, este obligatoriu insa a se marca semnul „-„ daca instr e pe sensul neg al rotatiei. b) Adrese tehnologice
Sunt cu referire la modif param ref de aschiere: F,S,T. F,S codificarea acestor intructiuni poate fi directa , simbolica, in progresie geometrica , in timp reciproc. La codificarea directa se reda direct marimea care este programata. La codificarea simbolica se da gama de avansuri si turatii. Codificarea cu una sau dou ă cifre a vitezelor de avans ordonate crescător w = 19 mm/min se codific ă prin F1 sau F01 w = 20 mm/min F2 F02 w = 35,5 mm/min F3 F03 w = “n” mm/min Fq F0q
9 Ca dezavantaj al acestei metode se remarc ă lipsa de universalitate, gamele de vitez ă fiind diferite, ceea ce necesit ă cunoaşterea în orice moment a gamelor de avansuri şi viteze pentru fiecare ma şină-unealtă. c) Codificarea în progresie aritmetic ă elaborată de EIA Magic Feedrate a fost preluat ă de ISO şi universalizată.
(Asociatia Inginerilor Electronisti - USA) sub denumirea de
La marimea programata se aduna cifra 3 algebric iar urmatoarele cifre reprezinta primele 2 cifre din marimea programata Ex: F 225,20 = F (3+2)22 = F632 F 0.125 = F312; F 0.005 = F150 ISO a generalizat programarea in EIA utilizand seria geometrica cu ratia φ = 1,12 Cod Mărime codificată 00 Stop 01 1,12 02 1,25 ex: F12 = φ = 1,1212 S25 = φ = 1,1225 Programarea in timp reciproc este egala cu raportul dintre viteza de avans si lungimea de prelucrat D = w/L c) adresele preparatorii si auxiliare Adresele G, denumite şi funcţii preparatorii, şi
adresele M, denumite func ţii auxiliare asigur ă efectuarea unor comenzi
foarte diferite, necesare fie ma şinii unelte, fie echipamentului de comandă numerică. Adrese preparatorii G (sunt de la G00…G99) . De aceste adrese beneficiaz ă tehnologul programator la proiectarea programelor pentru realizarea proc tehnologic de fabricatie. G00 – pozitionare rapida punct cu punct G01, G10, G11 – interpolare liniar ă (dimensiuni medii, mari, mici); G02, G20, G21 – interpolare circular ă în sens orar (CLW – clock wise, dimensiuni medii, mari, mici ); G03, G30, G31 – interpolare circular ă în sens antiorar (CCLW – counter clock wise, dimensiuni medii, mari, mici). G05 – prindere; G17, G18, G19 – selectare în planele XOY; XOZ; YOZ ; G24…G29 – rezerve; G33, G34, G35 – filetare cu pas constant, cresc ător, descrescător; G40 – anularea corij ării razei sculei; G41…G52 – corijări ale sculei pe diverse direc ţii şi plane; G80 – anularea ciclului; G81…G89 – cicluri de lucru de la 1 pân ă la 9;(gaurire, largire, filetare..) G90 – programare în coordonate absolute; G91 – programare în coordonate relative; G94…G98 – oglindirea imaginilor; G99 – rezervă. Adrese auxiliare M (de la M00..M99) . De aceste adrese beneficiaz ă MUCN îm procesul efectiv de prelucrare a reperelor. M00 - oprirea programului; M01 - oprire la alegere; M02 - sfârşitul programului; M03 - rotire ax principal sens orar; M04 - rotire ax principal sens antiorar; M08 - pornire lichid de r ăcire nr. 1; M09 - oprire lichid de r ăcire; M10 - strângere; M11 - desfacere; M19 - oprire orientat ă a axului principal; M46 ÷ M49 - rezerve pentru opera ţii de control;
10 M68 - fixarea piesei; M80 ÷ M99 - rezerve. d) alte tipuri de instructiuni
instructiuni procentual „%”, „:” – se utilizeaza in programarae ISO, este prima instructiune; % începutul programului şi : primul bloc % 01 –procentual : 02 N03 N04 ... - „/” se pune la inceput de program, in ISO, ca banda sa nu fie citita invers - intruct EB, LF –marcheaza terminarea unui N EB – end of bloc LF – line feed
11
Sisteme de coordinate. Functii de interpolare Obiective :
1. Descrierea sistemelor de coordinate ale unei masini-unelte cu CNC, 2. Structura unui program CNC, 3. Functii de interpolare 4. Convesia inch/mm.
2.1
Descrierea sistemelor de coordinate ale unei masini-unelte cu CNC
Sistemul de coordonate al masinii-unelte este setat in fabrica de catre pr oducatorul masinii-unelte. Desi setarile pot fi schimbate de catre utilizator, totusi datele de compensare a erorii pasului, valorile de limitare a cursei, etc. trebuie schimbate corespunzator si de catre o persoana avizata. In figura 2.1 sunt prezentate axele unei masinii-unelte cu sensurile pozitive ale acestora.
Figura 2.1 Masina-unealta cu 3 axe (X, Y, Z) Sistemul de coordonate utilizat pentru prelucrarea pieselor este considerat ca sistemul de coordonate de lucru. Sistemele de coordonate de lucru sunt stabilite si stocate cu numerele sistemului de coordonate de lucru in memorie inainte de inceperea operatiei. Sistemul de coordonate de lucru dorit este apelat in stadiul de prelucrare. Sistemul de coordonate de lucru este setat utilizand valori corective ale zero-ului programului fata de zero-ul masinii. Un sistem de coordonate folosit pentru prelucrarea unei piese este definit, asadar, tinand cont de sistemul de coordonate al masinii. Atribuirea valorilor coordonatelor se face in una din functiile : G54, G55, G56, G57, G58 sau G59. (Figura 2.2)
12
Figura 2.2 Definirea unui sistem de coordinate al unei piese. In program, aceasta apelare se face sub forma : G90 G54 X100. Y100. Z50.
unde X0. Y0. Z50. reprezinta pozitia sculei in raport cu sistemul de coordinate G54 (Figura 2.3) A – reprezinta distanta fata de
sistemul de coordonate al masinii.
Figura 2.3 Pozitionarea sculei In interiorul aceluiasi program putem utiliza toate cele 6 sisteme de coordinate ale unei piese, schimband sistemul fata de care se va face referirea. (Figura 2.4) G90 G54 X_valoare. Y_valoare Z_valoare
…………………… …………………… G56
…………………… G59
……………………
13
(Figura 2.4 Reprezentarea sistemelor de coordonate) 2.2
Structura unui program CNC
Programul principal
Programul principal contine o serie de comenzi pentru prelucrarea unui tip de piesa. Subprogramele pot fi chemate dintr-un program principal pentru simplificarea programarii. Un program principal incepe cu un nume de program ce incepe cu caracterul adresa « O » si se termina cu M02 sau M30. Subprogram
Un subprogram poate fi chemat dintr-un program principal sau din alt subprogram. Exista doua tipuri de subprograme : acelea scrise si furnizate de producatorul masinii-unelte sau al altui dispozitiv montat pe masina si cele scrise de client (subprogramul utilizatorului). Numele programului, care trebuie sa inceapa cu « O » este necesar la inceputul subprogramului.
Un cuvant este definit ca o adresa (caracter) urmata de un grup de valori numerice, o expresie matematica, sau o variabila. Daca un cuvant consta dintr-o expresie matematica sau o variabila, adresa trebuie urmata de semnul egal « = ». Formatul Programului. Configurarea Cuvantului.
Configurarea blocului
Un grup compus din cateva cuvinte este denumit bloc, iar un bloc exprima o comanda. Blocurile sunt delimitate de un sfarsit al codului de blocuri reprezentate de tasta « ; » sau tasta « Enter ». Sfarsitul codului de blocuri difera depinzand de sistemul de coduri selectat, ISO sau EIA. Un bloc poate contine pana la 158 caractere. Un bloc consta de exemplu din urmatoarele tipuri de comenzi:
14
unde: 1 – reprezinta numarul secventei – liniei curente 2 – functii pregatitoare 3 – valorile coordonatelor 4 – avans 5 – viteza brosei 6 – numarul sculei 7 – functii diverse Numele programului
Programele sunt chemate si executate prin desemnarea numelui programului sau numarul programului scris la inceputul fiecarui program. Un nume de program care contine numai litere este numit program eticheta, iar un nume de program care contine numai cifre este numit program numar. Desemnarea numelui programului
Tastati cifre (0 pana la 9) dupa caracterul « O ». Retineti ca nu este voie sa lasati vreun spatiu gol intre « O » si cifra. Pot fi folosite pana la 4 caractere. Un bloc care contine un nume de program nu trebuie sa contina alte comenzi. Numele programului atribuit unui subprogram trebuie sa inceapa cu caracterul « O », Caracterele Adresa folosite la Programare
15
Functiile S,T si M
Functiile S, T si M sunt functii care specifica operatiile necesare masinii-unelte, altele decat comenzile de miscare. -
S: viteza arborelui principal
-
T: numarul sculei pentru ciclul de schimbare a sculei
-
M: pornirea si oprirea solenoidelor si a altor dispozitive similare
Numai unul dintre aceste tipuri de cod pot fi specificate intr-un bloc Functia S (Functia Arborelui Principal)
Functia arborelui principal specifica o viteza a arborelui principal printr-o valoare numerica (pana la cinci cifre) introdusa dupa adresa S. -1
Viteza dorita a arborelui principal (min ) este specificata direct printr-o valoare numerica urmand adresei S.
16
Limitele programabile intre 0 si limita masinii-unelte. Daca o comanda S este specificata cu comenzi de miscare in acelasi bloc, comanda S devine valida in acelasi timp in care sunt executate comenzile de miscare. Desi o comanda S nu este anulata cand comanda numerica este resetata, se sterge cand sursa de energie este oprita. Pentru a executa o comanda de rotatie a arborelui principal (M03, M04), o comanda S trebuie specificata in acelasi bloc sau in cel precedent
S500 M3 sau S500 M3 si nu sub forma M3 S500 unde: M3 – rotirea arborelui principal in
sensul acelor de ceasornic
M4 – rotirea arborelui principal in
sensul invers acelor de ceasornic
Functia T
Functia „tool” selecteaza o scula din masina-unealta cu o valoare numerica (pana la 4 cifre) introduse dupa adresa T. Limitele programate a unei comenzi T sunt de la 0 pana la 9999 Cand este executat un cod T, urmatoarea scula este pregatita indexand urmatoarea scula din magazie sau scotand urmatoarea scula din magazie si pozitionand-o. Ciclul de schimbare in regim automat a sculei este executat de M06. Nu este recomandat ca o comanda T sa fie specificata in acelasi bloc cu comenzi de miscare a unei axe. Functia M (Miscelaneous function)
Limitele programabile pentru codurile M sunt intre 0 si 511 Urmatoarele sunt exemple de cod M: M00
– Oprire program Dupa executarea lui M00, programul se opreste. Daca CN este pornita in aceasta stare a programului, programul reporneste. (11)
17 M02, M30 – Sfarsitul programului
Aceste coduri M indica sfarsitul programului. Cand sunt executate M02 sau M30, programul principal se termina si intra in executie procedura reset. Programul este derulat pana la inceput. M03, M04, M05
– Rotirea arborelui principal in sensul acelor de ceas( CW)/ invers(CCW) si Stop
Aceste coduri M controleaza rotirea arborelui principal si oprirea; arborele principal CW (M03), arborele principal CCW ( M04), si oprirea arborelui principal ( M05) M19 – Orientarea arborelui principal
Comanda M19 este folosita la masinile echipate cu mecanism de orientare a arborelui princupal. Functia de orientare opreste arborele principal la o pozitie unghiulara specificata. Indexarea „multi-point” a arborelui principal Specificand „RS=unghi” dupa M19, este posibila indexarea arborelui principal la o pozitie unghiulara specificata. M19 RS=θ unde: o
reprezinta unghiul dorit de indexare si este specificat in unitati de 1 . Daca o valoare mai o mica de 1 este specificata aceasta este trunchiata. θ
o Limita programabila a lui θ: 0 pana la 360
o
o θ indica unghiul de indexare dorit a arborelui principal, masurat in unghi de rotatie in sensul acelor de ceas ( CW) in raport cu pozitia de orientare a arborelui principal
Selectarea planului de lucru (G17, G18, G19)
Alegerea planului este necesara pentru a utiliza urmatoarele functii : -
Interpolare elicoidala (aschiere elicoidala)
-
Compensarea razei sculei
-
Rotire de coordonate (In sistemul de coordonate locale)
-
Cicli fixi Calculul coordonatelor
-
Aria de prelucrare
Planele pot fi selectate asa cum urmeaza (Figura 2.5): G17 : Selectarea planului : Seteaza arcul circular in planul Xp – Yp G18 : Selectarea planului : Seteaza arcul circular in planul Zp – Xp G19 : Selectarea planului : Seteaza arcul circular in palnul Yp – Zp G02 : Directia de rotatie : Seteaza directia in sensul acelor de ceas
18 G03 : Directia de rotatie : Seteaza directia in sens invers acelor de ceas.
Figura 2.5 Plane de lucru si directia de rotatie
2.3
Functii de interpolare
Interpolarea Liniara G01
In modul G01 de interpolare liniara, axa se misca direct dintr-o pozitie actuala intr-o pozitie tinta cu o viteza specificata (Figura 2.6). G01 PT__F__ PT – F–
punct tinta (punct de sfarsit)
viteza de avans. Viteza specificata ramane valida pana cand este inlocuita de alta valoare
O valoare de avans specificata cu adresa ”F” este stearsa la zero cand NC este resetat. Tineti cont ca aceasta comanda F este stearsa la resetarea. Viteza de avans pentru fiecare axa este asa cum este prezentata mai jos. (Valorile pentru X,Y si Z trebuie convertite in valori incrementale)
Figura 2.6 Intepolare liniara Exemplu de interpolare liniara: G01 Xx. Yy. Zz. Ff
Pozitionare cu avans rapid(G00)
Axele se misca din pozitia actuala la pozitia tinta cu avans rapid. In timpul acestei miscari axele sunt automat accelerate si decelerate. G00 PT__
19 La executarea operatiei de pozitionare in modul G00 (Figura 2.7), verificarea semnalului ”in-pozitie” este facuta. Comenzile din blocul urmator sunt executate numai dupa ce este confirmata atingerea pozitiei prin semnalul ”in-pzitie” (intervalul semnalului ”in –pozitie” setat din parametrii de sistem)
Figura 2.7 Pozitionare cu avans rapid Exemplu de pozitionare cu avans rapid G00 Xx. Yy. Zz.
Interpolare circulara (G02/G03)
In cazul interpolarii circulare G02/G03 miscarea se realizeaza prin deplasarea din pozitia de Start in pozitia Tinta dupa o raza specificata. (Figura 2.8) G02 PT__R__F__ PT – punct tinta (punct de
sfarsit)
R – raza cercului F–
viteza de avans. Pentru deplasarea scuei pe un arc de cerc trebuie furnizate masinii-unelte informatii despre: -
pozitia de start a arcului de cerc,
-
pozitia de punctului final a arcului de cerc,
-
pozitia centrului cercului (i si j in cazul G17) sau raza cercului
Figura 2.8 interpolare circulara Exemplu de interpolare circulara G17 G02 Xx. Yy. Rr. Ff.
20 sau G17 G02 Xx. Yy. Ii. Jj. Ff.
Exemplu:
Programare in absolut:
sau:
Programare in incremental:
sau:
2.4
Convesia inch/mm
Tipul valorilor introduse trebuie specificat la inceputul programului sub forma G20 (valorile coordonatelor sunt introduse in inch) G21 (valorile coordonatelor sunt introduse in inch)
Acest cod G trebuie introdus pe o linie independenta in program, la inceputul acestuia si inaintea sistemului de coordinate. Valorile unghiurilor raman neschimbate (in grade). Conversia din inch in mm sau din mm in inch duce la modificarea:
21 -
comenzii avansului
-
comenzii de pozitionare
-
sistemului de coordinate al piesei
-
valorii de compensare a sculei
-
valoarea de indicelui de scalare a piesei
-
valorii avansului rapid
-
alti parametri.
Conversia inch/mm sau mm/inch nu trebuie facuta in cadrul aceluiasi program decat o singura data; la inceputul acestuia. Modificarea in cadrul programului duce la aparitia unor interferente definite mai sus.
22 Obiective : 5. Descrierea sistemelor de control a axelor unei masini-unelte cu CNC 6. Identificarea punctelor folosind sistemul de coordinate Cartezian 7. Identificarea miscarilor unei masini-unelte cu CNC 8. Identificarea tipurilor de pozitionare: pozitionarea incrementala si pozitionarea absoluta. 1.1 Sisteme de control a axelor unei masini O masina-unealta cu control numeric utilizand un calculator (MU-CNC), reprezinta o masina-unealta cu comanda numerica (MU-NC), ce utilizeaza un calculator pentru controlul acesteia. Diferenta intre MU-CNC si MU-NC este legata de urmatorul aspect. In cazul MU-NC toate functiile masinii sunt controlate de elemente electronice montate in controller-ul acesteia. In cazul MU-CNC functiile masinii sunt introduse sub forma de parametrii de catre producatorul masinii-unelte in momentul fabricarii. Aceste tipuri de masini-unelte dispun de o tastatura pentru introducerea manuala a datelor (MDI) unui program. Aceste programme sunt stocate in memoria RAM (Random Access Memory) a computerului masinii-unelte si permite editarea, procesarea sau rularea acestora. Toate acestea insa, in momentul in care MU-CNC este oprita, vor fi sterse. Unele MU-CNC dispun de ecrane LCD sensibile la atingere, altele au ecrane monocolore, altele de ecrane cu tub catodic, ce permit simularea grafica 3D sau 2D a proceselor de aschiere.
Figura 1.1 Tipuri de unitati de control a masinilor-unelte Unitatea de control a masinii-unelte (UCMU) (Machine Control Unit - MCU) este cea care genereaza, stocheaza si proceseaza programele CNC. Tot UCM gestioneaza controller-ul de miscare al masinii-unelte, ce se prezinta sub forma unui program software. In Figura 1.1 este prezentata o astfel de unitate de control. Avantajele aduse de MU-CNC sunt : -
reducerea spatiului necesar partii de hardware si posibilitatea adaugari de noi functii.
- posibilitatea introducerii si a altor elemente componente ale masinii-unelte in simulari (scule, port-scule, masa masinii-unelte, …) -
posibilitatea stocarii unui numar foarte mare de programme
- posibilitatea conectarii MU-CNC la o retea LAN si utilizarea avantajelor ce deriva de aici (formarea unei retele de MU-CNC, transmiterea programelor prin retea, salvarea acestora in retea, …) Figura 1.2
23
Figura 1.2 Retea LAN de MU-CNC In acest moment pe piata exista foarte multe tipuri de controller-e ce realizeaza controlul miscarilor. Printre acestea am putea enumera : Okuma, Mazak, Fanuk, GE, Bendix, … Acestea nu prezinta doar similaritati fizice, ci si a seturilor de programe. Controlul axelor unei MU-CNC vizeaza doua categorii de sisteme: -
sistemul de control punct cu punct,
-
sistemul de control al traiectoriei continue.
Sistemul de control punct cu punct
Utilizand acest sistem de control scula nu este in contact permanent cu piesa. Printre operatiile specifice acestui tip de control putem enumera : gaurirea, alezarea cu alezor,alezarea cu bara de alezat, filetarea, perforarea (Figura 1.3).
Figura 1.3 Sistemul de control al miscarii punct cu punct Sistemul de control al traiectoriei continue
Acest tip de control poarta acest nume pentru ca se mentine un contact permanent cu piesa in timpul prelucrarii formei (Figura 1.4). Figura 1.4 sistemul de control al traiectoriei continue Ar trebui notat faptul ca acest tip de control se realizeaza prin interpolarea fiecarei poziitii a unei scule. Interpolarea este o metoda matematica de aproximare sau de pozitionare exacta pe o traiectorie prestabilita. Pozitiile realizate prin interpolare au o marja de eroare fata de traiectoria calculata, erorile incadrandu-se intr-o anumita toleranta. Majoritatea controller-elor aproximeaza curbele printr-o serie succesiva de segmente a caror dimensiune permite incadrarea in campul de toleranta. Acest lucru determina reducerea segmentelor cat mai mult posibil (Figura 1.5).
Figura 1.5 Utilizarea interpolarii la controlul traiectoriei continue
24
Bucla sistemului pentru controlul traiectoriei sculei
O bucla de reactie transmite semnale electrice controller-ului motorului si primeste raspuns de la acesta sub forma de impuls electric. In acest moment exista doau tipuri de sisteme ce gestioneaza miscarile unei masini-unelte cu CNC : -
sistem cu bucla de reactie deschisa
-
sistem cu bucla de reactie inchisa
Sistem cu bucla de reactie deschisa
Un astfel de sistem utilizeaza motoare pas cu pas pentru a realiza miscarile unei masini-unelte. Aceste motoare, realizeaza un numar fix de rotatii, de regula de 1.8 0, pentru fiecare impuls primit. Motoarele pas cu pas sunt conduse de semnale electrice transmise de unitatea de control a masinii-unelte. Aceste motoare sunt legate la masa masinii. In momentul in care motorul primeste semnalul, se realizeaza rotirea surubului si implicit deplasarea mesei masinii. In momentul in care s-a incheiat comanda controller-ul motorului trimite un semnal care indica faptul ca motorul a incheiat miscarea. Acest sistem, insa, nu verifica si exactitatea pozitionarii in functie de miscarea programata (Figura 1.6).
Figura 1.6 Sistem cu bucla de reactie deschisa Sistem cu bucla de reactie inchisa
Motoarele utilizate in aceste sisteme sunt speciale si ele poarta numele de servo-motoare. Acestea pot utiliza curent continuu sau curent alternativ sau pot fi hidraulice. Motoarele hidraulice sunt cele mai puternice si din acest motiv sunt utilizate la masinile-unelte cu CNC de mari dimensiuni. Majoritatea masinilor-unelte cu CNC folosesc insa motoare de curent alternativ pentru ca puterea dezvoltata este suficienta. Un servo-motor nu opereaza precum unul pas cu pas. Viteza, dar si puterea, servo-motoarelor depinde de valoarea curentului care il strabate la un moment dat. Aceste motoare pot fi conectate direct la brosa, ca in cazul servo-motoarelor care realizeaza rotirea sculelor, sau printr-un ansamlu surub-piulita la masa masinii-unelte. De monitorizarea continua a distantei parcurse de masa masinii-unelte se ocupa unitatea de feedback, unitate ce transmite informatiile inapoi unitatii de control a masinii-unelte. Unitatea de control a masinii-unelte poate corela valoarea intensitatii curentului transmis servo-motorului pe masura ce masa masinii-unelte se apropie de punctul de oprire, astfel incat, precizia de pozitionare sa fie cat mai ridicata si intr-un interval de timp cat mai redus (Figura 1.7).
25
Figura 1.7 Sistem cu bucla de reactie inchisa
1.2 Identificarea punctelor folosind sistemul de coordinate Cartezian
Pozitia sculei in orice moment este controlata de un sistem de coordinate asa numit Cartezian. Acesta este compus din 3 linii directionale, numite axe, intersectate la un unghi de 90 de grade. Punctul de intersectie poarta numele de origine. Planul XY este impartit in 4 cadrane. Fiecare pereche de coordonate (X, Y) determina pozitia pe cele doua axe X si Y a punctului respectiv fata de origine, in functie de cadranul in care se situeaza (Figura 1.8).
Figura 1.8 Sistemul de coordinate Cartezian Avand in vedere conventiile fizicii elementare, un punct material – sau in cazul nostru o piesa care este compusa dintr-o infinitate de puncte materiale – poseda in raport cu un punct de referinta spatial fix (origine) 6 grade de libertate. Acestea pot fi reduse la 3 trasnlatii in lungul axelor OX, OY, OZ si 3 rotatii in jurul vectorilor paraleli acelorasi axe si denumite A (in jurul axei OX), B (in jurul axei OY) si C (in jurul axei OZ) (Figura 1.9).
Figura 1.9 Cele 3 axe carteziene si cele 6 grade de libertate
26
1.3 Identificarea miscarilor unei masini-unelte cu CNC
Echipamentele CNC executa operatiile de prelucrare prin aschiere prin combinarea miscarilor de translatie cu cele de rotatie. Astfel, fiecare producator de masini-unelte cu CNC isi alege tipul de combinatii pe care le considera mai avantajoase (Figura 1.10). Spre exemplu masa masinii-unelte se poate deplasa in planul orizontal (deplasare dupa axele X si Y), iar brosa se deplaseaza dupa axa Z, dar are si miscarea de rotatie in jurul propriei axe. Masini-Unelte cu X<2m
Masini-Unelte cu X<3m
Masini-Unelte cu X>3m
Figura 1.10 Miscari posibile ale unor masini-unelte cu CNC 1.4 Identificarea tipurilor de pozitionare: pozitionarea incrementala si pozitionarea absoluta.
27
Termeni fundamentali Punct de referinta
Punctul de referinta este un punct fix de pe ma şina unealta. Dupa cuplarea la retea a ma şinii, axele trebuie sa fie deplasate în punctul de referinta. Dupa aceea sistemul de control va fi capabil sa interpreteze şi datele de coordonate absolute. Sistem de coordonate
Dimensiunile indicate în desenul piesei sunt m ăsurate dintr-un anumit punct al piesei. Acel punct este originea sistemului de coordonate al piesei. Aceste date dimensionale trebuie s ă fie scrise la adresa coordonatei în programul pies ă. De exemplu X340 înseamn ă un punct cu coordonatele 340 mm în sistemul de coordonate al piesei (Figura 1.11).
Figura1.11 Sistemul de coordonate al piesei Sistemul de coordinate specificat în care comanda numeric ă interpretează poziţiile este diferit de sistemul de coordonate al piesei. Pentru executarea unei piese corecte, trebuie impus ă aceeaşi origine pentru cele două sisteme de coordonate în comanda numeric ă. Aceasta se poate face de exemplu prin deplasarea centrului sculei într-un punct al piesei cu poziţie cunoscută şi impunerea sistemului de coordonate al comenzii numerice la acea valoare.
Figura1.12 Sistem de coordonate al piesei raportat la sistemul de coordonate al masinii Specificarea coordonatei absolute
Când sunt specificate coordinate absolute, scula se deplaseaz ă pe o distanţă măsurată de la originea sistemului de coordonate, adică într-un punct a cărui poziţie a fost specificat ă prin coordinate (Figura1.13).
28
Figura 1.13 Specificarea coordonatei absolute Specificarea coordonatei incrementale
În cazul unei specific ări incrementale a datei, sistemul de control va interpreta coordonata astfel încât scula se va deplasa cu o distanţă măsurată din punctul în care se afl ă în acel moment (Figura1.14).
Figura 1.14 Specificarea coordonatei incrementale Datele de intrare ale coordonatei pot fi specificate ca valori absolute sau incrementale. Într-o specificare absoluta, trebuie specificate pentru comanda numerica coordonatele punctului final, pentru datele incrementale trebuie specificata distanta de parcurs pana la acel bloc (Figura 1.15). G90: programare de date absolute G91: programare de date
incrementale
G90 şi G91 sunt functii modale – aceste functii se apeleaza o singura data la inceputul programului, ele ramanand active pana la dezactivarea lor.
29
Figura 1.15 Tipuri de comenzi
30
CNC mai pe intelesul tuturor (sper...) Fara aceasta categorie de sisteme mecatronice, civilizatia industriala, asa cum o cunoastem azi, nu ar fi fost posibila... Cateva tutoriale in domeniu de pe la Yale Fabrication Lab Tutorials ca sa aveti o idee despre vastitatea problemei.. Alte cateva link-uri utile: http://users.bergen.org/jdefalco/CNC/ un tutorial putin cam vechi care prezinta problema in
ansamblu, exista si filme scurte; e bine sa-l parcurgeti de la cap la coada... http://iesu5.ieem.ust.hk/dfaculty/ajay/courses/ieem215/lecs/CNC.html cateva scheme bloc,
principii si concepte http://www.desktopcnc.com/index.htm multa informatie, programare CNC, articole, etc. Cateva exemple de sisteme CNC tipice: Un strung (lathe, turning) mai mic (2 axe)
O freza cu 3 axe ( milling machine) si ea micuta..
Ceva mai putin tipic: o masina (destul de mare) de taiat cu jet de apa ( Water jet cutting machine) 3 axe Top
31
Doua centre de prelucrare CNC (SABRE Cincinatti Milacron): unul orizontal si altul vertical
O masina de prelucrat prin electroeroziune (cu fir) AGIECUT CLASSIC ( http://www.agie.com/italiano/class_i.html) aflata prin apropiere, la TMD SA Filiasi (prin amabilitatea unui fost student...). In engleza se numeste de obicei EDM ( Electrical Discharge Machine)
32 Si acum cam care ar fi cateva din PARTILE IMPORTANTE (in afara de fierul masinii unealta...) : 1. Traductoarele de pozitie liniare sau rotative; de multe ori cele rotative sunt incluse in motoare, fiind de tip resolver - rigle ( scales) incrementale (linear incremental encoder)
- traductoare rotative incrementale ( rotary incremental encoder)
2. Motoarele( motors) pentru actionarea axelor: - foarte utilizat este tipul BLDC, cu traductor rotativ (resolver) incorporat Top
- motoarele pas cu pas ( stepper) cu amplificatoarele corespunzatoare constituie actionarea unei axe ( axis) in bucla deschisa ( open-loop)
33
Top 3. Variatoarele ( drives, amplifiers) pentru motoarele de axa: impreuna cu traductorul si motorul constituie o actionare de axa de tip servo (in bucla inchisa- closed loop)
4. Senzori, comutatoare, relee: comutatoare de capat de cursa (limit switches), comutatoare de proximitate, presostate, relee statice sau electromecanice, contactoare, etc. 5. Uneori mai este necesar si un automat logic programabil ( PLC-Programmable Logic Controller); multe echipamente CNC au un numar suficient de intrari/iesiri numerice de uz general precum si functii integrate, astfel ca nu mai este nevoie si de el..
34
6. Componente mecanice importante (cineva poate o sa va invete de ce si cand !): - suruburile cu bile ( ball screws)
- reductoarele (gears ) 7. La urma, dar nu si ultimul controlerul CNC propriu-zis (CNC controller, CNC control panel ) Top - unele de sine statatoare (stand-alone), low cost, cu pana la 4 axe (servo sau pas cu pas)
www.engelhardtgmbh.de
- avand un calculator de tip PC ca host ne-ar interesa cum arata o interfata utilizator (Linux SuSE)
35
8. Componente hidraulice si/sau pneumatice
36 Prelucrarea prin aschiere cu ajutorul masinilor-unelte comandate electronic CNCocupa un loc foarte important, deoarece deocamdata, reprezinta o metoda economica de realizare a pieselor cu precizie dimensionala ridicata. Astfel, in intreprinderile constructoare de masini CNC , prelucrarile prin aschiere reprezinta inca 60-75% din totalul manoperei uzinale consumate.
Dar cel mai mare avant il are, incontestabil, tehnologia informatica, caracterizata, in principal, prin crerea flexibilitatii, a memoriei calculatoarelor si a vitezei de operare.
Tehnologia informatica a influentat foarte mult structura masinilor-unelte CNC. Fara un suport hard puternic si un soft adecvat, nu ar fi posibila evolutia rapida de la masini-unelte cu comanda numerica NC, la masini-unelte asistate de calculator si apoi la celule si sisteme flexibile de prelucrare.
Flexibilitatea fabricatiei
Reprezentand in acelasi timp o caracteristica si o cerinta imperioasa a fabricatiei, flexibilitatea patrunde tot mai mult in domeniul tehnologiilor si structurilor industriale, constituindu-se intr-o conditie indispensabila a dezvoltarii, ce implica la cel mai inalt nivel automatizarea si computerizarea.
Atributele flexibilitatii de fabricatie
Atributele flexibilitatii fabricatiei sunt: •
Flexibilitatea masinii CNC, care consta in usurinta d e a face schimbarile cerute pt. prelucrarea unui lot determinat de piese.
•
Flexibilitatea procesului, care consta in posibilitatea de a produce un ansamblu de operatii combinate.
•
Flexibilitatea produsului, care consta in capacitatea de a trece rapid de la fabricatia unui produs la altul.
•
Flexibilitatea rutelor de procesare, care se refera la posibilitatea de schimbare a rutelor in cazul in care e necesar.
•
Flexibilitatea volumului, care consta in capacitatea de a op era profitabil la volume diferite ale lotului de fabricatie.
•
•
Flexibilitatea operatiilor, care consta in capacitatea de a preschimba ordinea de procesare a diferitelor operatii, pt. fiecare tip de piesa sau produs atunci cand e necesar. Flexibilitatea fabricatiei se refera la marimea gamei sortimentala de piese sau produse care pot fi produse cu sisteme evoluate de productie.
Atributele flexibilitatii fabricatiei pt. masinile-unelte cu comanda numerica CNC sunt: •
posibilitatea de a procesa piese cu comanda numerica;
•
precizia prelucrarii pieselor;
•
usurinta schimbarii sculelor;
•
usurinta interconectarii masinii cu componentele sistemului;
•
performanta calculatorului din dotarea masinii CNC.
Competitivitatea
Industria constructoare de masini CNC e puternic influentata de capacitatea unui producator de a se adapta la schimbarile tehnologice, ca si la viteza de realizare a unui nou produs. Practica demonstreaza ca operatorul uman va trece in spatele terminalelor, intervenind inteligent in adaptarea robotilor si a sistemelor flexibile la gradul de organizare a productiei, la caracterul de unicat si la planul de fabricatie.
37 Particularitatile si tendintele fabricatiei in constructia de masini CNC p ot fi caracterizate prin:
1. Scurtarea duratei de viata a produselor si tehnologiilor, datorata puternicului impact al revolutiei tehnico-stiintifice, costul
ridicat al mainii de lucru cu calificare superioara; exigentele sporite in domeniul calitatii si preciziei de prelucrare; dificultatea de a acoperi cu operatori umani cel de-al treilea schimb al zilei de lucru; faptul ca 70-80% din volumul p roductiei are caracter de serie mica si mijlocie, in loturi repetitive (sub 50 bucati), la tactul de 1-20 piese pe ora, atat de ordin tehnico-economic, cat si social, pt. tendintele ce se manifesta in prezent in conceptia si exigentele carora trebuie sa le raspunda actualele masiniunelte CNC: crerea productivitatii munci si calitati prin flexibilitate, fiabilitate si eliminarea interventiei operatorului uman.
2. Studiile efectuate au aratat ca utilizarea unor regimuri intensive de aschiere nu reprezinta o solutie eficienta pt. crerea
productivitati muncii, aceasta, pe de o parte, din cauza limitarilor tehnice si tehnologice conditionate de vitezele optime de aschiere din acest procent, restul fiind necesar reglajelor, pozitionarilor, controlului, mersului in gol. In acest context, reducerea timpilor auxiliari insotita in paralel de maximizarea gradului de incarcare si a coeficientului de u tilizare a masinilorunelte CNC au constituit solutii menite sa conduca la automatizarea fabricatiei.
3. Automatizarea flexibila a proceselor de prelucrare reprezinta in prezent coloana vertebrala a p rocesului de integrare pe baza tehnicii computerizate a productiei. Ea se realizeaza prin asocierea unor dispozitive si utilaje complexe cu sisteme de informatizare complicate, integrand intr-o viziune i erarhica unitara functiile de control, manipulare, transport si depozitare.
Calculatorul de proces. Componenta de baza in structura proceselor de prelucrare
Tehnica computerizata in structura proceselor de prelucrare a prezentat trasaturile unei evolutii ascendente ca urmare a automatizarii masinilor-unelte CNC izolate, integrarii lor in sistem si a procesului de prelucrare condus de calculator.
Primul pas in computerizare a fost facut datorita introducerii masinilor cu comanda numerica CNCcare permiteau ca datele programului piesa, memorate pe purtatori adecvati (banda perforata, banda magnetica) sub forma de date numerice codificate (in cod ISO, ELA etc.), impreuna cu informatiile de reactie provenite de la traductoarele masinii sa fie decodificate si prelucrate numeric de catre un sistem de comanda, ce emitea ulterior comenzii catre elementele de executie. Datorita pretului ridicat al comenzii numerice (C.N.), complexitatii hardware-ului, fiabilitatii scazute si gabaritului mare al calculatoarelor din prima generatie, s-a produs un nou sistem de comanda prin calculator a masinilor-unelte, CNC mai performant si la un pret mai scazut, numit sistemul C.N.C. (Computerized Numerical Control sau comanda numerica cu calculatorul), destinat conducerii unei singure masini-unelte sau mai multor masini identice, pe care se executa aceleasi operatii, particularitatea sa constituind-o integrarea in echipamentul masinii CNCa unui microcalculator cu programare libera. Functiile acestuia erau multiple, pornind de la citirea, memorarea, verificarea si editarea programelor piesa, supravegherea si comanda pozitiei sculei, afisarea pozitiei organelor mobile ale masinii CNC, ajungand la modificari ale sistemului de referinta, interpolari pe mai multe axe (liniara, circulara, parabolica), comanda adaptiva si rulare de programe de test si diagnoza.
Utilizarea in arhitectura echipamentelor de comanda numerica specifice masinilor-unelte CNC a minicalculatoarelor, circuitelor integrate si in prezent a microprocesoarelor cu un grad de integrare pe scara larga a permis regandirea functiilor echipamentelor, modularizarea sistemelor de comanda si reducerea ciclurilor de elaborare a programelor, prin inlocuirea partiala sau totala a logicii cablate (cu suport fizic, relee, circuite tranzistorizate) cu logica programata (software). Cu toate acea, cerintele crescande ale proceselor de aschiere, concretizate in restrictii deosebite de timp, necesitatea crearii unor functii de comanda, sporirea numarului de axe controlate pe masinaunealta, facilitatile imbunatatite de programare, diversificarea conditiilor de exploatare in medii industriale, nu au putut fi satisfacute integral decat in momentul in care procesarea serie, specifica arhitecturilor monoprocesor, a fost inlocuita de procesarea paralela a datelor, obtinuta prin dezvoltarea de tip multiprocesor. Astfel, s-a oferit echipamentelor de comanda un grad ridicat de adaptare si disponibilitate, indispensabile integrarii lo r in structura sistemelor flexibile.
Limbaje de programare a comenzilor numerice
Calculatorul reprezinta elementul de legatura fundamental, care confera unitate, flexibilitate, mobilitate si autonomie operationala intregului sistem flexibil. Acesta s-a impus ca un mijloc eficient de rationalizare, integrare si optimizare a productiei, ca mijloc de colectare, prelucrare, transmitere si depozitare a volumului impresionant de informatii specifice desfasurarii unui proces de fabricatie, constituind elementul cheie al realizarii conceptului de flexibilitate, caracteristic proceselor de productie moderne. Asistarea de catre calculator a proiectarii si fabricatiei, precum si a altor compartimente ale activitatii unei intreprinderi industriale: pregatirea, planificarea, supravegherea productiei, aprovizionarea, desfacerea si asigurare calitatii etc. incearca sa surprinda caracterul dinamic al interactiunii dintre functii, impunand crearea unui modul nou in jurul informatiilor despre produs, corespunzator arhitecturi spatiale, integratoare multinivel. Calculatorul a reusit sa faca, in domeniul tehnologiilor de fabricatie, trecerea de la masina-unealta traditionala la masina informatizata, capabila sa actioneze inteligent. Necesitatea conducerii masinilor-unelte a centrelor de prelucrare si a celulelor flexibile cu ajutorul comenzilor numerice
38
Scurt istoric a CNC
Comanda numerica e primul echipament electronic de conducere automata a unei masini-unelte, CNC care a aparut in anul 1960. In anul 1970 se atinge un prim varf cu echipamente care asigura controlul integral al procesului de prelucrare cu masini-unelte CNC, dar de flexibilitate redusa, datorita utilizarii, aproape in exclusivitate a structurilor hardware cu sisteme de comanda specializate pt. tipuri specifice de masini-unelte CNC. Se cunosc patru generatii de realizare a echipamentelor de comanda numerica (ECN); cu elemente discrete, semiconductoare cu germaniu, sau siliciu, cu circuite integrate si echipamente comanda numerica directa DNC. Programarea manuala cedeaza tot mai mult programarii asistate de calculatorul electronic. Formele noi de programare si conducere cu calculatorul, a masinii unelte cu comanda numerica cu calculatorul CNC (Computerized Numerical Control) foloseau minicalculatoare integrate in echipamentul masinii pt. comanda unui singur agregat, iar cele cu comanda numerica directa DNC (Direct Numerical Control) folosesc microprocesoare pt. comanda unui grup de masini-unelte CNC. Dezvoltarea sistemelor de comanda DNC si a centrelor de prelucrare a facut posibila crearea sistemelor integrate flexibile de prelucrare, deosebit de economice, in conditiile variate ale productiei industriale. Dezvoltarea actuala si viitoare in domeniul automatizarii masinilor-unelte CNC
Dezvoltarea actuala si viitoare in domeniul automatizarii poate fi sintetizata prin u rmatoarele tendinte: •
Perfectionarea strungurilor automate mono si multiaxe, in directiile
•
maririi numarului de scule, crerii preciziei, etc..
•
Dezvoltarea masinilor-unelte agregat, in vederea extinderii tipizarii pt. game largi de tipodimensiuni.
•
•
•
•
Perfectionarea in continuare a constructiei echipamentelor de comanda numerica, prin crerea gradului de universalitate, reducerea costului de productie si a gabaritului. Extinderea echipamentelor cu calculator integrat (tip CNC) acea avand o mai mare flexibilitate in programare si eliminand multe erori. Extinderea sistemelor DNC, prin crearea unor sisteme ierarhice, care sa faca posibila realizarea sectiilor si uzinelor automate. Dezvoltarea si perfectionarea centrelor de prelucrare, care sa fie p revazute cu sisteme de schimbare a sculelor individuale, scula cu scula, sau in bloc, a intregii cutii multiaxe, precum si sistemul de schimbare automata a semifabricatului - asemenea masini poarta denumirea de complexe tehnologice, datorita posibilitatilor foarte largi de prelucrare.
•
Extinderea sistemelor integrate flexibile de prelucrare, precum si robotizarea lor.
•
Extinderea masinilor-unelte cu comanda adaptiva CNC, limitativa si optionala.
•
Utilizarea laserului ca scula la masini-unelte CNC.
•
•
Programarea prelucrarii unor piese complexe necesita un mare volum de calcule, greu rezolvabile, prin metode si prelucrare manuala, generatoare de erori datorate programatorului uman, motiv pt. care se face cu ajutorul calculatorului electronic, numindu-se programare asistata. Introducerea limbajelor de programare, orientate pe probleme de tehnica de fabricatie, care face legatura intre om si calculatorul electronic.
Limbajele de programare a comenzilor numerice CNC
Dezvoltarea limbajelor de programare a comenzilor numerice aparitia robotilor industriali, comandati de calculator si a dispozitivelor de manipulare si transport a pieselor si sculelor cu comanda informatizata, conveiere, robocare, transfocatoare etc., au pregatit conditiile necesare realizarii interconectarii diverselor masini izolate, in cadrul sistemelor de prelucrare, prin intermediul calculatorului.
Centrul de prelucrare, obiectiv necesar pt. dotarea industriei constructoare de masini-unelte CNC
Acum o jumatate de secol cercetatorii americani au semnat certificatul de nastere a primei masini-unelte cu comanda n umerica CNC, care sa lucreze pe baza unui program informatic al comenzii numerice. Avantajul acei masini CNC consta in flexibilitate, posibilitatea de a trece rapid de la o configuratie a piesei la alta indiferent de complexitatea ei.
39 Dezvoltarile ulterioare, influentate de evolutiile remarcabile ale unor tehnologii de varf din domeniul electronicii si informaticii s-au inscris pe traiectoria unui proces multifazic, raportandu-se in permanenta la cerintele majore ale crerii calitatii si productivitatii muncii, in conditiile scaderii preturilor produselor si diversificarii acestora.
Dar cu toate avantajele privind crerea preciziei pieselor prelucrate, a gradului de securitate a muncitorului si a productivitatii muncii, ponderea foarte mica pe care o detine timpul efectiv de prelucrare din timpul total necesar efectuarii unei piese, continua sa nu-i satisfaca indeajuns pe producatori urmarindu-se: micsorarea timpilor auxiliari (timpi morti ai prelucrarii), maximizarea gradului de incarcare si a coeficientului de utilizare a masinilor-unelte, precum si eliminarea interventiei operatorului uman. Trebuia sa fie realizate ace obiective majore, insa automatizarea oferea numai un raspuns partial. pt. eliminarea interventiei operatorului uman, trebuiau rezolvate intr-o etapa initiala in primul rand problemele legate de alimentarea masinilor-unelte CNC cu scule necesare prelucrarii, depasirea unor dificultati legate de posibilitatea executarii unui numar foarte mare de operatii, dintr-o singura prindere, la o gama foarte larga de piese. Toate acea au fost gandite pe fundalul necesitatii crerii productivitatii muncii in domeniul productiei de serie mica si mijlocie. In consecinta, specialistii au incercat sa realizeze o masina capabila sa raspunda singura intregului ansamblu de cerinte si astfel a fost creata masina unealta cu comanda numerica dotata cu magazin de scule si cu mecanism de transfer, apta sa efectueze in ciclu automat schimbarea sculelor intre postul de schimb al magazinului si arborele principal. Aceasta masina unealta e denumita centru de prelucrare si poate inlocui 4-5 masini-unelte conventionale.
Celula flexibila de prelucrare, etapa avansata de dotare a industriei constructoare de masini CNC
pt. crerea productivitatii muncii se impunea cautarea in cont inuare a unor rezerve. Se pierdea in continuare foarte mult timp cu asezarea, centrarea si strangerea piesei pe masa masinii-unelte, CNC operatii ce necesitau oprirea masinii-unelte CNC. Timpul destinat uzinarii unui reper fiind foarte mare, s-a ajuns la sistemul de paletizare pt. indeplinirea acestui deziderat. In acest fel, operatiile amintite urmau sa se realizeze de catre operatorul uman in timpul functionarii utilajului pe o masa separata denumita paleta, preluata in mod automat de catre un sistem special si oferita centrului de prelucrare. De aici si pana la eliminarea aproape totala a interventiei operatorului uman, prin automatizare, sub comanda calculatorului, a inmagazinarii, incarcarii, descarcarii, transportului semifabricatelor si sculelor, a masurarii acestora, a dirijarii, a supravegherii procesului de aschiere, a spalarii si a evacuarii, nu mai era decat un pas. Ceea ce se impunea neaparat era realizarea celulei flexibile de prelucrare, ca veriga de baza a sistemului flexibil de prelucrare.
Celula flexibila de prelucrare e o unitate autonoma de prelucrare, rezultata in urma completarii unui centru de prelucrare, cu un modul de inmagazinare si manipulare a pieselor, compus din magazia de palete, mecanism de transfer al acestora si un post de incarcaredescarcare, in unele cazuri adaugandu-se postul de curatire si spalare a pieselor, de prereglare si masurare a sculelor, dialogul permanent cu calculatorul de proces, magazia suplimentara de scule si mecanismul de transfer aferent.
40
UTILIZAREA CALCULATORULUI ÎN INGINERIA SISTEMELOR DE PRODUCŢIE I Introducere Introducerea şi utilizarea calculatorului în cadrul sistemelor de producţie a devenit în etapa actuala de dezvoltare ştiinţifică şi tehnologică, mai mult decât o necesitate, o obliga ţie. Introducerea şi utilizarea calculatorului în cadrul sistemelor de producţie presupun însă un set de condiţii care să justifice tehnic, economic şi organizatoric această acţiune. Aceste condiţii pot fi foarte uşor înţelese în necesitatea lor daca se va enunta asa numitul principiu “GI-GO” care vine din literatura de specialitate anglo-american ă şi care în traducere are semnificaţia: gunoi bagi - gunoi sco ţ i sau gunoi la intrare - gunoi la iesire (Garbage In - Garbage Out GI - GO). Rezultă foarte clar că dincolo de posibilităţile extraordinare ale calculatoarelor, datorate progresului continuu al tehnologiilor hardware, cerinţele cele mai mari sunt legate de pregătirea şi dezvoltarea aplicaţiilor concrete, respectiv de tehnologia software. Semnificaţia termenilor hardware şi software este următoarea: Hardware - partea de echipament, componenta fizic ă a unui calculator; Software - partea de programe, de pregătire a datelor şi de operare a calculatorului. Pornind de la aceste prime considerente se contureaza posibilitatea identific ării şi definirii unei etapizări în procesului de introducere a calculatorului în cadrul sistemelor de producţie. Etapele de implementare a calculatorului în cadrul sistemelor de producţie Etapizarea procesului de implementare a calculatorului în cadrul sistemelor de produc ţie este absolut necesar ă având în vedere schimb ările organizatorice, de conducere şi de atitudine pe care le presupune acest nou stadiu tehnologic al produc ţiei. Etapizarea se face gradat, pe măsura creşterii gradului de complexitate a problemelor abordate şi a modalităţilor de implementare. Etapa I. Aplicaţiile de bază ale calculatoarelor Nivelul de aplicaţie în această primă etapă este individual sau la nivelul unor grupuri mici, cu o legături relativ limitate între acestea. Aplicaţiile sunt limitate la proiecte de propor ţii şi complexităţi relativ reduse. Echipamentul (partea hardware) se alege dintre alternativele universale, cu grad larg de aplicabilitate şi relativ ieftine. Toate aceste limitări sunt motivate de tendinţele obiective de limitare a riscurilor financiare şi de necesităţile organizatorice şi de scolarizare a personalului faţă de aceasta nouă tehnologie de lucru. La nivelul sistemului de producţie în general şi a subsistemelor sale în particular aplica ţiile se concretizează astfel: a) Nivelul planificării şi programării producţiei: • înlocuirea sau îmbunătăţirea activităţilor umane în activit ăţi precum: contabilitate, raportări, situaţii, evidenţe; • automatizarea eviden ţei sau program ării normelor de muncă; • calcule statistice în controlul tehnic de calitate; • reprezentări grafice, histograme, diagrame care au scopul compunerii diverselor variante ale unor obiective economico-financiare urm ărite; • variante de amplas ări şi simulări. b) Nivelul desfacerii: • evidenţe obţinute prin prelucrări de date, cu obţinerea unor (diagrame) histograme cu valori pentru cantităţi, livrări, termene sau eşalonari pe perioade etc.
41
c) Nivelul cercetării şi dezvoltării: • utilizarea tehnicii de calcul în organizarea, calcularea şi raportarea unor date ştiinţifice în sensul determinării unor rezultate optime; • dezvoltarea şi pregătirea datelor necesare la nivelul celorlalte compartimente legat de specificaţii tehnice, performanţe, variante tehnologice şi constructive; şi tehnici matematice precum simularea, analiza • introducerea unor metode numerică, optimizarea, reprezentarile grafice etc. În ce priveste modalitatea practică de introducere, în aceasta etap ă sunt preferate două variante distincte care respectă cerinţele de universalitate şi efort financiar minim: 1. calculatoare de birou (desk computer) sau microcalculatoare pentru aplicaţii locale şi f ără conexiuni între ele; 2. calculatoare din grupa minicalculatoare, cu un num ăr mai mare de console individuale şi care lucrează în sistem time sharing (partajarea timpului). Aceasta soluţie permite accesul unui num ăr relativ mare de utilizatori la un sistem de calcul relativ puternic, ce permite rezolvări de probleme cu volum mare de calcul şi având un timp de răspuns acceptabil, în condi ţii de exploatare ale unui echipament cu dispozitive de intrareieşire limitate. Este vorba pe lângă console sau terminale şi de imprimante, unităţi de memorie de tip bandă sau de disc şi care sunt mai eficient utilizate în comun. Etapa II. Aplicaţiile de nivel restrâns Această etapă presupune utilizarea tehnicii de calcul la nivelul unui compartiment a c ărui personal şi a cărui informaţii prelucrate sunt pregătite în vederea noii tehnologii de lucru. Un exemplu relativ clasic este utilizarea calculatorului în probleme de contabilitate şi financiare, incluzând state de plată, bilanţuri de plăţi, bilanţuri de credite, registre, stocuri, evidenţa mijloacelor fixe etc. Partea hardware presupune un echipament cu capacit ăţi extinse pentru intrări/ieşiri şi cu memorie auxiliară. În ce priveşte implementarea calculatorului în această etapă la nivelul diverselor verigi ale sistemului de producţie, aplicaţiile se concretizează astfel: a) Nivelul planificării şi programării producţiei: preluarea, prelucrarea şi păstrarea datelor, permiţând analize de • implică performanţă pe perioada analizei şi raportări comparative precum şi prognoze sau tendinţe de dezvoltare -evoluţie; • planificarea producţiei spre primul stadiu de automatizare şi anume programarea manuală a produsului finit “explodat” (descompus la nivel de ansambluri, subansambluri şi repere). Subansamblurile şi componentele sunt distribuite pentru programarea manuala în diferite centre de lucru • apare o primă posibilitate de simulare, prin testarea eficien ţei planificării manuale, scoţându-se în evidenţă punctele de lucru slab utilizate, permiţându-se astfel realizarea unor modificări înaintea implementării finale a unei planificări; • apare comanda numeric ă ca modalitate de programare a produc ţiei la nivel de utilaje, utilaje care au în acest scop ni şte interfeţe speciale. Se utilizează limbaje de programare a sistemelor de comandă ale maşinii, programarea putând fi manuală sau asistată de calculator. b) Nivelul desfacerii: • datele necesare sunt p ăstrate şi prelucrate putându-se identifica tendin ţ ele pieţei şi pregati perspectiva următoare în care se va trece la modele de distribu ţie, nomenclatoare de produse ofertate şa. d) Nivelul cercetarii şi dezvoltarii:
42 •
presupune atacarea unor probleme cu volum mare de date prelucrate şi de calcule, în care scop comportimentele se specializează în utilizarea unor echipamente de calcul mai performante.
Etapa III. Aplicaţiile de nivel mediu Se caracterizează prin trecerea la rezolvarea unor probleme mai complexe, care presupun corelări economice precum şi cooperări între sectoare. Deja aplicaţiile presupun o optimizare a sistemului prin corelarea informaţiilor de intrare şi iesire printr-o maximizare a funcţiilor productive. Echipamentele de calcul se regăsesc distribuite la nivelul compartimentelor şi fiind conectate în reţea, personalul realizând operaţiile specifice compartimentului pe echipamentele implementate prin noua tehnologie. În ce priveste aplicaţiile putem vorbi deja de anumite optimizarea unor activităţi: 1. Descentralizarea calculelor pentru a favoriza derularea aplica ţiilor, evitarea cozilor de asteptare şi creşterea vitezei de raăpuns responsabilităţile de calcul sunt descentralizate, realizându-se un flux informaţional mai funcţional şi mai rapid. 2. Trecerea la planificarea general ă a sistemului fapt care presupune un efort considerabil ca şi utilizarea unor modele matematice. Fiecare situaţie de producţie presupune o tratare separată, neexistând modele generale. 3. Supravegherea fabrica ţ iei se poate realiza în baza calcula ţiilor realizate rapid. La nivel local se pot face informări asupra derulării procesului de producţie în orice moment, cu sesizări ale abaterilor, ale cauzelor acestora şi ale necesităţilor de intervenţie. Se utilizează în acest scop terminale locale. 4. Utilizarea calculatorului pentru conducerea procesului tehnologic prin utilizarea unor calculatoare mici, care pot optimiza functionarea şi/sau reglarea unui număr de maşini şi echipamente, raportând apoi toate datele către un calculator central care supravegheaz ă întregul proces. 5. Culegerea datelor se realizează on-line , prin sisteme de traductoare instalate în echipamentele tehnologice. Datele se preiau şi se înregistrează permanent sau periodic, putând servi fie operatorului local, fie calculatorului de proces, fie compartimentului de conducere operativă. 6. Corelarea automata a stocurilor şi comenzilor permite o echilibrare permanentă şi un control al mărimii loturilor de fabricaţie sau comenzilor. În baza informa ţiilor se intocmesc rapoarte, cu alternative de derulare a procesului de produc ţie, cu variante pe indici de rentabilitate, rate de amortizări, termene de plată, fluxuri de plată în numerar etc. Etapa IV. Aplicaţiile avansate Concluziile etapei a III-a conduc la necesitatea clar ă a obtinerii unor corelaţii corecte între informaţiile de intrare şi cele de ieşire, solutia necesara fiind realizarea unui sistem informatic integrat. Sigla CAI - Computer Aided Industries adică Integrarea activitatilor industriale cu calculatorul desemnează cel mai sintetic conţinutul acestei noi etape. Etapa aplicaţiilor avansate ale calculatoarelor în cadrul sistemelor de produc ţie presupune integrarea calculatoarelor în proiectare şi producţie realizandu-se sisteme integrate. In cazul sistemelor integrate toate procesele subsistemelor componente ale sistemelor de producţie, toate fluxurile materiale şi informationale sunt coordonate şi conduse prin intermediul unui sistem informatic special conceput în acest scop. Sistemul informatic integrat (SII) este relativ accesibil de introdus în cadrul sistemelor de producţie cu producţie şi tehnologii omogene. Majoritatea sistemelor de produc ţie au însă tehnologii extrem de diversificate şi circuite şi legături foarte diferite pe fluxurile informationale şi materiale, ceea ce face dificil ă realizarea SII. Scopul final al oricărui SII este realizarea unui sistem informaţional de conducere a activit ăţii economice.
43
Realizarea SII presupune la rândul ei o etapizare care s ă permită trecerea la crearea unei baze de date integrate în baza c ăreia să poată funcţiona sistemul informaţional şi decizional cu răspuns rapid. Sistemul informatic integrat se realizează de obicei pe baza unor pachete de programe pentru sisteme informatice furnizate de firme specializate. De re ţinut că acestea sunt produse informatice deosebit de complexe şi voluminoase care, de şi performante, presupun un efort deosebit pentru adaptarea la aplicaţiile specifice unui anumit sistem de producţie. Deasemenea partea hardware trebuie s ă fie deosebit de performantă, deci este implicit costisitoare. În cadrul sistemului informatic integrat omul şi calculatorul se condiţionează reciproc la nivelul anumitor funcţiuni. Astfel calculatorul preia toate sarcinile legate de: calcule, prelucr ări de date, afişări, editări, citiri rapide de date din documente, tipăriri rapide în documente, culegerea şi întreţinerea unui volum continuu de informaţii prin terminale de afişare (displayuri), găsirea şi/sau distribuirea rapidă a informaţiilor din diverse surse, supravegherea continuă prin înregistrarea şi prelucrarea informaţiilor. Omului îi revin o serie de sarcini legate de st ăpânirea situaţiilor neprevăzute, selectarea de scopuri, criterii sau alternative, alegerea de modele pentru diferite situaţii, formularea problemelor şi ipotezelor, producerea de idei noi, planificarea de noi produse, tehnologii etc. Exemple ale aplicaţiilor avansate ale calculatorului în cadrul sistemelor de producţie Problemele care apar la nivelul acestei etape prezinta o complexitate deosebit ă astfel încât o prezentare succintă a unora dintre acestea nu poate releva decât câteva aspecte. Proiectarea devine un proces funcţional integrat ansamblului sistemului prin includerea totalităţii activităţilor de concepţie constructivă, tehnologică şi informaţională. Se utilizează calculatoare specializate sau terminale specializate, cu puternice facilit ăţi grafice şi de calcul şi dispozitive de intrare / iesire variate între care: mouse, light-pen, display-uri cu înalta rezoluţie, tastaturi funcţionale cu funcţii preprogramate sau programabile. Facilităţile oferite de sistemele de tehnică de calcul la nivelul proiectării evidenţiază avantaje certe: • afişarea informaţ iilor sub formă vizual ă, forma cea mai accesibil ă şi mai uşor perceptibilă de catre operatorul uman; • disponibilitatea unui volum foarte mare de informa ţii; • posibilitatea efectuării unor analize tehnice imposibil de realizat pe alte căi; • eliminarea unor activităţ i repetitive şi monotone, care solicit ă operatorul uman putând determina erori ale acestuia. Proiectarea cu calculatorul este dusă până la specificaţii complete de produs şi elaborarea instrucţiunilor pentru fabricarea pieselor în procesele tehnologice, trecându-se la comanda proceselor tehnologice prin sisteme de comand ă şi reglare numerică. Implementarea calculatoarelor în cadrul proceselor permite experimentarea, modelarea şi dezvoltarea unei game de optimiz ări dinamice cu utilizarea unor algoritmi de reglare. Procesele complexe din cadrul sistemelor de produc ţie integrate au condus la dezvoltarea inerenta a conceptului de inginerie de sistem , concept înţeles atât ca o ştiinţă a sistemelor cât şi ca o culegere de tehnici de proiectare, comandă şi reglare. Un exemplu de sistem integrat prezentat în literatura de specialitate este cel al corporatiei Rohr din California SUA, specializat ă în ansambluri şi componente pentru domeniul aeronauticii, sistem integrat realizat pornind de la urmatoarele informaţii de plecare: • sarcini de fabricaţ ie într-un volum foarte mare de opera ţii; • procese de produc ţie ce cuprind cca 120.000 de repere, cu minim 15 operatii fiecare, şi cu utilizarea unei largi diversitati de SDV-uri; • existenţ a unui volum mare de repere executate la comanda (cca 95%); • coexistenţa în anumite momente a până la 30.000 de comenzi, care în general se refer ă la loturi mici de cca 50 - 400 bucăţi;
44
volumul de piese de realizat implic ă între 600 şi 800 de schimbări de tehnologie pe lună. Modalităţile de realizare a sistemului integrat Rohr exemplifică controlul foarte strict al proceselor prin sisteme centralizate bazate pe calculator pentru o multitudine de procese şi activităţi: • planificarea strictă a producţiei cu evitarea gâtuirilor; • reducerea la maximum a influen ţei factorului uman prin limitarea implicării sau reducerea efortului în toate operaţiile de planificare, expediţie, mânuire sau depozitare; • elaborarea unor sisteme conduse de calculator pentru fabrica ţ ie, control, planificare, transport-manipulare precum şi pentru urmărirea pieselor pe tot ciclul de fabricaţie; • introducerea şi utilizarea unor sisteme conduse de calculator pentru depozitarea şi livrarea semifabricatelor, pieselor, sculelor. În ce priveste aspectul concret al realiz ării şi implementării, acesta a presupus utilizarea unei componente hardware compus ă dintr-un calculator central de mare viteză şi capacitate, un număr calculatoare satelit cuplate în retea cu calculatorul central precum şi terminale specializate pentru transmiterea sau preluarea informaţiilor la nivelele inferioare. Foarte interesant că încă acum 20 de ani s-a trecut la utilizarea unor terminale vocale, la care nu numai că operatorii sistemului putea introduce informaţiile folosind vocea dar şi calculatoarelor răspundeau cu informaţiile necesare sub formă de semnale sonore, care erau înregistrate şi codate telefonic în vederea utilizării în sistem. •
Sistemele C.A.E. - C.A.D. - C.A.M. - C.I.M. (I.A.C. - P.A.C. - F.A.C.) Se utilizează actual o diversitate de termeni proveniţi atât direct din vocabularul tehnic englez cât şi termeni integraţi vocabularului tehnic român ai domeniului prin traducere. C.A.E. - Computer Aided Engineering = ingineria asistata de calculator - I.A.C. C.A.D. - Computer Aided Design sau = proiectarea asistata de calculator - P.A.C. computer aided drafting
= D.A.C. - desenarea asistata de calculator
C.A.M. - Computer Aided Manufacturing = fabricatia asistata de calculator - F.A.C. Bineînţeles că există şi alte domenii şi dezvoltării inginereşi asistate de calculator care cunosc extindere actuală dar cele 3 menţionate sunt cele mai reprezentative. P.A.C. - nu constă numai în utilizarea de către inginerul proiectant a calculatorului ca o unealtă de lucru mai rapidă, ci este un proces complex de asociere, de conlucrare între om şi calculator, în vederea rezolvării unor probleme, fiecare dintre părţi participând cu caracteristicile sale cele mai bune: omul cu inteligenţa şi cunoştiinţele iar calculatorul cu viteza, capacitate de memorare şi disciplina. Realizarea sistemelor de programare pentru P.A.C. necesita modelarea procesului de proiectare, dar şi cunoaşterea calculatorului, a funcţiilor sale şi a interfeţelor între componentele sale sau cu exteriorul. Metodologia P.A.C. cuprinde o strategie şi o tactică de abordare. Strategia se referă la descompunerea procesului de proiectare în etape, faze şi pasi, precum şi îmbinarea lor prin metodologii şi reguli de acţiune în timp ce tactica se refer ă la asamblarea metodelor specifice de proiectare şi a principiilor de lucru într-o procedură unitară. Principalele etape în P.A.C. sunt: 1. Proiectarea conceptuala în care se precizează cerinţele şi se apreciază fezabilitatea lor;
45
2. Proiectarea de ansamblu în care se precizeaza subsistemele func ţionale şi caracteristicile acestora; 3. Proiectarea de detaliu în care se specifică componentele, legăturile şi interacţiunile lor În proiectarea unui sistem complex se disting 2 nivele de proiectare: a) macroproiectarea - defineşte şi ierarhizează parametrii economici, funcţiile tehnice necesare sau dezirabile, nivelele de performan ţă precum şi prelucrarea şi integrarea rezultatelor microproiectării; b) microproiectarea - elaboreaza proiectele elementelor sistemului (subsisteme, module, componente) le evaluează, le imbunatăţeşte, cîutând integrarea cât mai adecvat ă în sistem. În evolutia metodelor P.A.C. se observă o îndepărtare de proiectarea total automatizată şi abordarea unor probleme mai concrete, mai familiare, mai direct accesibile. Sistemul P.A.C. trebuie conceput ca sistem informatic, pentru a permite manevrarea complexă a datelor. El trebuie să multiplice capacitatea redusă de stocare de către utilizator a informaţiilor detaliate, făcându-i-le accesibile în mod intuitiv prin utilizarea reprezentărilor grafice. În structura unui sistem P.A.C. există în principiu urmatoarele grupări mari de date: 1) o arhivă cu caracteristicile, proprietăţile, calităţile componentelor sistemelor proiectate; 2) o bază de date iniţiale a sistemului de proiectare derivată din combinarea datelor din arhivă cu cele din intrările problemei; 3) o bază de date de lucru cu rezultatele proiectării şi analizei sistemului. Un exemplu foarte convingator de sistem P.A.C. îl constituie subsistemele de grafic ă interactivă cunoscute şi sub simbolizare CAD, care ofera reprezentări grafice care constituie modalitatea cea mai directa de comunicare om-calculator. Integrarea procesului de proiectare asistată de calculator cu cel de fabricatie, duce la necesitatea unificării colecţiilor de date aferente celor 2 sisteme informatice. Soluţia actuala pare a fi cea a informaţiei distribuite, prin echiparea fiecărui post de proiectare cu un microcalculator dedicat, mono sau multiutilizator, dotat cu o bază de date şi cu dispozitive de ieşire folosite în comun şi gruparea acestora în jurul unui sau mai multor calculatoare mari, care asigură gestiunea producţiei şi a bazei de date aferente. Eficienţa utilizării unui sistem P.A.C. ca raport între performanţele şi costul utilizării sale, se manifestă atât direct (prin reducerea costurilor şi creşterea productivităţii) cât şi indirect (prin creşterea calităţii proiectării şi a nivelului de abordare), PAC fiind uneori singura abordare posibilă a unor obiective complexe. În ultimii ani, s-a accentuat din ce în ce mai mult tendinţa de integrare a proceselor de proiectare asistată de calculator (PAC) cu cele de fabricaţie asistată de calculator (FAC). F.A.C. (C.A.M.) - presupune executarea şi testarea prototipurilor, programarea automată a maşinilor unelte, execuţia automată a circuitelor electronice integrate, programarea şi urmărirea cu calculatorul a producţiei, evidenţa stocurilor, planificarea reparaţiilor, controlul tehnic de calitate etc. I.A.C. (C.A.E.) este un sistem rezultat din integrarea P.A.C. (C.A.D.) cu F.A.C. (C.A.M.). Un concept şi mai evoluat de dezvoltare a utilizării calculatorului face apel la conceptul de Inginerie a cunoştiintelor I.C. (K.E. - Knowledge Engineering) ca fiind o nouă tehnologie în domeniul prelucrării informaţiilor din domeniul ingineriei, inclusiv a proiectării şi o nouă evoluţie în automatizarea procesului de conceptie inginerească
46
Un moment deosebit în evoluţia acestei noi tehnologii poate fi eviden ţiat la mijlocul anilor ’70, când a fost dezvoltat ă fabricaţia microprocesorului, ca un circuit integrat compact (singlechip), având în structura sa mii de componente elementare (transistori, diode, condensatoare, rezistoare). Microprocesorul a constituit inima noilor genera ţii de calculatoare. Microprocesoarele au permis l ărgirea sferei de integrare a tehnicii de calcul în cadrul sistemelor de producţie,cu scopul general de cre ştere a productivităţii. Înainte de pătrunderea microprocesorului, aplicaţiile calculatorului erau grupate sub sigla generală CAM, calculatorul fiind utilizat pentru controlul direct al echipamentelor sau pentru conducerea operaţiilor sistemului. Aceste calculatoare erau utilizate pentru conducerea sistemului, fiind nişte instalaţii voluminoase, instalate în încăperi speciale, climatizate care foloseau la prelucrarea unor date sub forma unor loturi, grup ări de date. Aceste computere nu realizau controlul în timp real a activităţilor. Informaţiile trebuiau mai întâi culese, apoi înregistrate, programate şi abia în final prelucrate, ajungând să se refere la activităţi deja trecute. Calculatoarele erau deasemenea utilizate pentru a realiza analizele solicitate ca şi pentru asistarea prestaţiilor personalului ingineresc. De aici şi termenul consacrat de asistare cu calculatorul a fabrica ţ iei . Aplicaţiile calculatorului s-au dezvoltat remarcabil dup ă apariţia microprocesorului. Acum, aplicaţiile au devenit integrate în mediul de producţie propriu-zis, termenul consacrat fiind C.I.M. (Computer Integrated Manufacturing -Fabricaţie integrată cu calculatorul). Integrarea calculatorului a dus la includerea tuturor problematicilor legate de utilaje, echipamente şi facilităţile tehnice asociate acestora: 1) Controlul masinilor unelte; 2) Echipamente de manipulare automata a materialelor: • vechicule ghidate; • sisteme conven ţionale cu role; • sisteme carusel; 3) Sisteme automate de stocare şi regăsire; 4) Echipamente de testare - monitorizare; 5) Sisteme de asigurare a calităţii; 6) Controlul activităţilor productive: • colectarea informaţiilor în timp real; • programarea (planificarea) în timp real; • monitorizarea procesului în timp real.
