echipamente moderne de fabricatie

7/30/2019 Echipamente Moderne de Fabricatie

http://slidepdf.com/reader/full/echipamente-moderne-de-fabricatie 1/233

CAPITOLUL 1

FLEXIBILITATEA ŞI PROGRESUL TEHNOLOGIC

1.1. Productivitatea, o cerinţă fundamentală a producţieiindustriale

Dezvoltarea economico-socială în perspectiva celei de-a doua revoluţiiindustriale preocupă în cel mai înalt grad oamenii de ştiinţă din întreaga lume.Important în acest sens este nivelul tehnico-ştiinţific propriu fiecărei ţări.

Astfel, este cunoscut că state cum sunt S.U.A., Japonia şi unele ţări vest-europenesunt mult mai avansate şi mai pregătite din punct de vedere ştiinţific şi tehnologic

pentru trecerea la această nouă etapă revoluţionară a industriei cu largi implicaţiieconomico-sociale pentru societatea contemporană.

Productivitatea muncii, ca principal indicator al eficienţei economice, poatedeveni la un moment dat un element hotărâtor pentru viitorul omenirii.

Prin urmare, criteriul fundamental al noii revoluţii industriale îl constituie în primul rând creşterea accentuată a productivităţii muncii în industrie, productivitatea generală a muncii membrilor societăţii şi eficienţa economico- socială.

De acest adevăr sunt conştiente toate ţările dezvoltate din punct de vedereeconomic.

Într-un articol apărut în revista americană „Business Week" din 9 iunie 1980,Philipe Villers, preşedintele firmei Automatix, una dintre firmele americane

producătoare de roboţi industriali, menţionează că este conştient de faptul căsporirea productivităţii este o chestiune de viaţă şi de moarte pentru oricare stat din

lumea contemporană.Din examinarea sectoarelor mari ale economiei naţionale a ţărilor industrializate rezultă că productivitatea cea mai ridicată o deţine în prezentfabricaţia continuă şi semicontinuă (industria chimică, metalurgică etc.) şi

producţia „discretă" de masă. Explicaţia creşterii productivităţii în aceste sectoarese datorează posibilităţilor de aplicare a metodelor de automatizare clasică într-un



grad mult mai avansat decât în cazul producţiei în loturi (serie mică, serie mijlocie,inclusiv unicate).

Pentru a sublinia importanţa acestei concluzii este suficient să arătăm căraportul între industria „discretă" de masă şi industria în loturi, în ţări dezvoltatecum este S.U.A. este de 65% producţie discretă de masă şi 35 % producţie în loturi.Productivitatea mai scăzută în producţia de loturi rezultă şi din faptul că în acestsector lucrează peste 50 % dintre lucrători.

Analizând aceeaşi situaţie numai în domeniul prelucrării metalului, ca partedistinctă a industriei „discrete", tot într-o ţară industrializată ca S.U.A., se constatăcă 75% dintre piese se fabrică în loturi şi numai 25% în masă. În ţări mai puţindezvoltate, cu o tehnică inferioară, situaţia poate fi şi mai defavorabilă producţiei

pe loturi.Complexitatea rezolvării problemei productivităţii muncii pentru producţia

de loturi derivă din numărul impresionant de mare al reperelor din această

categorie, care se estimează a fi numai în construcţia de maşini de cca. un miliardde tipodimensiuni [13].Reuşita rezolvării acestei probleme depinde în cele din urmă de creşterea

flexibilităţii maşinilor de producţie şi asistemelor de fabricaţie, de implementareaîn structura lor a microelectronicii, autilizării roboţilor industriali, de folosirea

pe un plan mai larg a inteligenţei artificialeşi - nu în ultimul rând - de conducerea,organizarea şi structurarea sectoarelor de

producţie şi a producţiei ca atare.

Stadiul dezvoltării tehnicii actuale a atins nivelul necesar pentru a permite cainovarea tehnologică proprie fiecărei ţări dezvoltate din punct de vedere economicsă devină elementul propulsor al creşterii economice generale.

O asemenea evoluţie a fost înregistrată în ţări ca S.U.A. şi Japonia, a căror dezvoltare industrială s-a bazat iniţial pe transfer masiv de tehnologie fără un efort

propriu semnificativ. Ulterior, însă, inovarea tehnologică proprie a devenitelementul preponderent al creşterii productivităţii muncii.Din figura 1.1 rezultă că în S.U.A., la un anumit moment, ponderea atinsă de

aportul inovării tehnologice în raport cu toate celelalte surse de creştere a atins44%.

În concluzie, rezultă că la nivelul dezvoltării tehnicii actuale, domeniul celmai deficitar privind creşterea productivităţii muncii, în raport de care trebuie

Figura 1.1. Surse de creştere a productivităţii muncii în S.U.A.



stabilită o strategie a dezvoltării, reprezintă producţia discretă pe loturi şi, în primulrând, fabricaţia pieselor metalice.

Un model strategic de dezvoltare industrială bazat pe rolul inovăriitehnologice ca factor preponderent al creşterii productivităţii muncii este redatîn figura 1.2.

Din analiza conexiunilor cibernetice prezentate în acestmodel rezultă importanţa realizăriiunei bucle cibernetice de tipulindustria constructoare de maşini

şi utilaje tehnologice ⇔ industrie.Fără o astfel de corelaţie efortul deinovare tehnologică este în cele dinurmă frânat [40]. Dealtfel, la scară

mondială, cu cât indicele decreştere al produsului social a fostmai mare cu atât s-a înregistrat unindice superior de creştere a

producţiei industriei constructoarede maşini faţă de cel alansamblului producţieiindustriale. [24].

Pentru ca un sistem economic bazat pe un astfel de model de dezvoltare să fieechilibrat se impune ca, pe ansamblu, valoarea importurilor să oscileze în jurulvalorii exporturilor. În consecinţă, dezvoltarea diferitelor ramuri industriale trebuiesă se raporteze atât la baza de resurse proprii, cât şi la posibilităţile de asigurare a

pieţelor de desfacere. În orice situaţie însă, rolul inovării tehnologice în dezvoltareaîntregului sistem economic rămâne prioritar.

Dezvoltarea industriei de maşini-unelte pentru prelucrarea metalelor aimplicat o influenţă pozitivă deosebită asupra întregii economii mondiale atât din

punct de vedere al creşterii eficienţei producţiei industriale prin creşterea

productivităţii muncii cu precădere în domeniul seriilor mici şi mijlocii defabricaţie, cât şi asupra mediului economic în general, datorită posibilităţilor de a produce un număr suficient de bunuri materiale pentru întreaga societate.

Impactul social al acestei dezvoltări se manifestă prin îmbunătăţireacondiţiilor de lucru, ca urmare a automatizării şi robotizării, precum şi a creşteriinivelului de cunoştinţe profesionale şi culturale.

Figura 1.2. Model strategic de dezvoltareindustrială.



Creşterea capacităţii de prelucrare a sistemelor tehnice automate, ca şicalitatea produselor fabricate în industria constructoare de maşini şi utilajetehnologice, necesită o analiză sistematică şi ştiinţifică fundamentată a tuturor factorilor care determină si influenţează creşterea producţiei în unitatea de timp.

1.2. Studiul capacităţii de prelucrare a sistemelortehnice automate

În analiza unor aspecte teoretice şi practice referitoare la capacitatea de prelucrare a maşinilor automate se va folosi conceptul uzual de productivitate, iar prin maşini se va înţelege în continuare, maşinile şi utilajele semiautomate şiautomate precum şi liniile automate de flux.

1.2.1. Elemente de fundamentare a teoriei productivităţii

Maşinile sunt apreciate după criteriile calităţii şi cantităţii produselor prelucrate în unitatea de timp, având ca obiectiv asigurarea unei productivităţiridicate şi a unei fiabilităţi sporite.

La analiza şi aprecierea productivităţii maşinilor trebuie luate în considerare, printre altele, următoarele consideraţii [127]:

- în cadrul unui ciclu de lucru al maşinii se consideră consumat în mod productiv numai acel timp care este necesar pentru procesul de prelucrare, celelaltecategorii de timp, inclusiv timpul necesar pentru mişcările auxiliare (mers în gol) şiîntreruperile din afara ciclului, fiind considerate pierderi, deoarece se consumă înmod neproductiv;

- se consideră o maşină ideală aceea maşină la care nu apar funcţionări îngol şi întreruperi, în condiţiile unei productivităţi şi calităţi ridicate. Este vorba decidespre o maşină cu activitate continuă, cu o durată de viaţă nelimitată şi cufiabilitate absolută;

- fabricarea oricăror produse se realizează cu cheltuieli de muncămaterializate prin achiziţionarea mijloacelor de producţie şi pentru menţinereafuncţionării lor, ca şi cheltuieli de muncă vie pentru deservirea nemijlocită amaşinilor;

- legitatea dezvoltării tehnicii constă în aceea că mărimea specifică a munciitrecute creşte continuu, în timp ce reducerea consumului total de muncă pe unitateade produs, cheltuielile de muncă vie scad.

Ciclul de lucru al maşinii reprezintă un indicator important pentru calculul productivităţii. În marea lor majoritate, maşinile au un regim de lucru ciclic, însensul repetării periodice a unor anumite mişcări. În funcţionarea unor astfel de



maşini se poate stabili o anumită succesiune a mişcărilor şi elementelor active delucru, precum şi a mişcărilor auxiliare.

1.2.2. Ciclul de lucru al unei maşini

Ciclul de lucru al unei maşini se caracterizează prin faptul că operaţia propriu-zisă este precedată, în timpul 1l

t , de mişcări auxiliare de apropiere (mers îngol), după care urmează timpul at (timpul de acţionare sau de operaţie), urmat apoidin nou de mişcări (de retragere şi repaus) în timpul 2l

t ,. Dacă maşina funcţioneazăfără perturbări, aceeaşi operaţie se repetă, în general, în acelaşi interval de timp,denumit ciclu de lucru aT .

Ca urmare, un ciclu de lucru se compune din21 l al a t t t T ++= (1.1)

Se menţionează că prin operaţii se înţeleg mişcările care acţioneazătehnologic nemijlocit asupra piesei prelucrate, iar prin mersul în gol se înţelegmişcările auxiliare, necesare pentru pregătirea şi încheierea prelucrării.

În practică, ciclul de lucru nu are întotdeauna această formă simplă, întrucâtdeseori trebuie luate în considerare, în funcţie de construcţia maşinii, şi ciclultehnologic (T t ), precum şi ciclul cinematic (timpul de tact T c ).

Caracteristic este faptul că, în general, în cadrul unui ciclu de lucru unmecanism funcţionează numai o dată. Coordonarea reciprocă şi succesiunea logicăa mişcărilor tuturor elementelor sunt reprezentate grafic printr-o ciclogramă sau odiagramă a maşinii.

1.2.3. Categoriile de productivitate şi relaţiile lor reciproce.

Prin productivitatea unei maşini se va înţelege cantitatea de produse prelucrate într-un timp determinat.

Cantitatea de produse prelucrate poate fi exprimată în dimensiuni diferite înraport de destinaţie şi modul de prelucrare, ca de exemplu bucăţi, masă, volumetc.

1.2.3.1. Productivitatea tehnologică ( tehQ )

La un proces tehnologic continuu, care asigură cea mai mare productivitate,în formula (1.1), 0=l t şi deci T a = t a.

Dacă în fiecare ciclu de lucru se prelucrează un produs, atunci se obţine productivitatea tehnologică

ateht

Q1

= (1.2)



Se înţelege că dacă în aceeaşi perioadă de timp se produc p produse (laconectarea în paralel a staţiilor de lucru), atunci se obţine:

ateht

pQ = (1.3)

Prin urmare, productivitatea tehnologică reprezintă o productivitate ideală,calculată fără luarea în considerare a pierderilor de timp ciclice şi din afara ciclului.

Productivitatea tehnologică depinde de piesa supusă prelucrării, de procesultehnologic şi de parametrii de lucru. Din valoarea calculată a productivităţiitehnologice rezultă pentru ce productivitate maximă poate fi proiectată maşina.

Dacă, de exemplu, timpul minim pentru operaţie este condiţional60

1=at

min/buc, atunci proiectarea unei maşini cu o productivitate tehnologică mai marede Qteh = 60 buc./min nu este posibilă.

1.2.3.2. Productivitatea teoretică ( t Q

)Dacă în perioada ciclului de lucru T a , maşina realizează un produs, atunci

productivitatea tehnologică este numită şi productivitate teoretică sau ciclică

nt t T

Ql aa

t =+

==11

(1.4)

În cazul fabricării a p produse în aceeaşi perioadă

pnt t

p

T

pQ

l aat =

+== (1.5)

în care n este turaţia arborelui de programare (comandă).Productivitatea teoretică t Q reprezintă o caracteristică fundamentală a

maşinii, care depinde de principiul constructiv al acesteia, de numărul de produse prelucrate concomitent, de viteza de prelucrare şi de gradul de îmbinare aoperaţiilor.

În majoritatea cazurilor ea este prevăzută în documentaţia tehnică a maşinii.

1.3. Necesitatea automatizării flexibile şi a producţiei integrate

În vederea obţinerii unui produs în conformitate cu documentaţia tehnică,

materia primă, materialele sau semifabricatele sunt supuse unor acţiuni de

prelucrare, acţiuni prin care se urmăreşte asigurarea dimensiunilor, formei şi

proprietăţilor corespunzătoare, prevăzute în documentaţie. Prelucrarea se realizează

prin aplicarea unor energii mecanice, termice, electrice, chimice, etc., caracteristice

procedeelor tehnologice aplicate.



Activitatea productivă prin care se realizează modificări ale proprietăţilor,

dimensiunilor şi ale formei materiei prime şi materialelor, precum şi aceea de

asamblare a elementelor componente ale unei maşini sau produs, constituie

procesul tehnologic.

Creşterea substanţială a cantităţii şi diversităţi produselor, precum şi acerinţelor şi preferinţelor privind performanţele acestora conduce tot mai mult lamutaţii şi transformări continue în structura proceselor tehnologice. Pe lângăexigenţele obişnuite privind fiabilitatea, precizia şi productivitatea procesuluitehnologic, apar din ce în ce mai mult exigenţe legate de economisirea energiei,integrarea pe o treaptă superioară a omului în procesul de producţie, dar mai alescele legate de asigurarea unei flexibilităţi ridicate. Aceste cerinţe au impus, şiimpun în continuare producătorilor de bunuri materiale, acceptarea unei noiatitudini şi filosofii faţă de automatizarea sistemelor tehnologice de fabricaţie

tradiţionale. Elementul de noutate în concepţia actuală despre automatizarea proceselor tehnologice îl constituie flexibilitatea sau capacitatea de adaptarerapidă şi sigură a sistemelor la o serie de modificări ale tehnologiei de fabricaţie.

Automatizarea flexibilă a proceselor tehnologice de fabricaţie reprezintă în prezent pe plan mondial pilonul central al procesului de obţinere a sistemelor integrate de producţie, caracterizate prin asocierea unor echipamente şi utilajecomplexe cu sisteme informatice de înaltă performanţă, asamblând într-o viziuneierarhică unitară funcţiile de control, manipulare, transport, depozitare alături defuncţia de prelucrare.

Competitivitatea este puternic influenţată de capacitatea unui producător de ase adapta la schimbările tehnologice şi de viteza de realizare a unui produs nou.

În acest sens, utilizarea măsurilor de automatizare flexibilă a proceselor

tehnologice de fabricaţie conduce la obţinerea unor performanţe de excepţie în

domeniul de largă diversitate al producţiei de unicate, serie mică sau mijlocie.

Totodată, creşterea diversităţii numărului de produse de acelaşi tip, şi atendinţei continue de micşorare a timpilor de fabricaţie, impune utilizarea unor sisteme tehnologice mai productive, mai economice, capabile să asigure, şi în cazulfabricării reperelor în loturi relativ mici, productivitate şi calitate ridicată.

Pentru eficientizarea proceselor tehnologice este necesar în primul rând să semicşoreze pe cât posibil timpul de staţionare al maşinii unelte.O serie de statistici [9] arată că, pentru sistemele tehnologice tradiţionale de

prelucrare, în producţia de serie mică, timpul de bază (timp de prelucrare efectivă)al maşinii-unelte reprezintă doar 5 % din timpul de execuţie al piesei; în producţiade serie mijlocie 8 %, iar în producţia de serie mare 22 %.



Pentru aceleaşi sistemele tehnologice tradiţionale, timpii neproductivi:deplasările şi aşteptările, reprezintă 95 % din timpul petrecut în atelier, iar dintimpul petrecut la maşină, 70 ÷ 80 % se pierde pentru poziţionări, aşezări, măsurări.

Crearea sistemelor tehnologice flexibile are drept scop tocmai reducereatimpilor neproductivi, în acest fel realizându-se atât scurtarea ciclului de fabricaţie,cât şi scăderea cheltuielilor de stocare a semifabricatelor şi a pieselor finite.

Dintre operaţiile auxiliare care se pretează automatizării flexibile, amintim:a) depozitările ordonate la intrarea şi ieşirea din sistemul tehnologic, precum

şi inter operaţii; b) manipularea pieselor inter operaţii;c) controlul de calitate;d) circulaţia aşchiilor şi lichidelor de aşchiere.În construcţia de maşini, experienţa unor ţări puternic dezvoltate a

demonstrat că este recomandabil ca automatizarea proceselor tehnologice să

se facă prin introducerea de module, unităţi sau ateliere cu destinaţie variată şiflexibil automatizate. În prezent se

pune problema extinderii concepţieimodulare la toate genurile deechipamente tehnologice, prin creareaunor sisteme de module pentru diferitefuncţiuni: mişcări de lucru, orientare şi

prindere, depozitare ordonată,alimentare, asamblare, control de cali-tate, vehicularea aşchiilor şi alichidelor de aşchiere, etc.

La baza realizării unor astfel de sisteme de automatizare stau: maşinile cucomandă numerică,(figura 1.3) sau conduse prin calculatoare electronice, roboţii

Figura 1.3 Maşină de frezat MAHO-CNC 432cu comandă numerică.



industriali, sistemele universale flexibile de transport, depozitele automatizate şi sistemele automate integrate de conducere, (figura 1.4).

Apariţia automatizării flexibile reprezintă un mod superior de organizare a producţiei, în general, pentru serii mici şi medii de fabricaţie.

Crearea şi introducerea producţiei automate flexibile, trebuie privită nunumai ca o verigă în drumul spre automatizarea completă a proceselor de producţie,ci şi ca o realizare tehnico-ştiinţifică fundamentală cu influenţă hotărâtoare asuprastructurii tehnologiei şi economiei în viitorul apropiat.

Utilizarea automatizării flexibile sub forma concretă de sisteme flexibile de fabricaţie prezintă în raport cu modul clasic al proceselor tehnologice bazate peutilaje universale, următoarele avantaje mai importante:

- creşterea productivităţii muncii de 8-10 ori;- scăderea de 4-5 ori a numărului de muncitori la deservirea şi supravegherea

sistemului tehnologic de fabricaţie;

Figura 1.2 Sistem flexibil de fabricaţie cu computer integrat.



- micşorarea suprafeţelor de producţie de 8 ori şi a ciclului de lucru până la10 ori;- coeficientul de utilizare în schimburi a maşinilor-unelte poate atinge valoareanetă de 2,2÷ 2,6.

CAPITOLUL 2EVOLUŢIA AUTOMATIZĂRII MAŞINILOR UNELTE PENTRU PRODUCŢIA DE SERIE ŞI MASĂ

2.1. Automatizarea maşinilor unelte pentru producţia

de serie mare şi masă

Este cunoscut că esenţa revoluţiei tehnico-ştiinţifice contemporane oreprezintă automatizarea, dar nu automatizarea ca fenomen, deoarece ea s-a realizatîncă în ultimele decenii ale secolului XX, ci dinamica automatizării în direcţia

creşterii performanţelor de flexibilitate, cu extindere în toate ramurile economice,inclusiv în zona producţiei în loturi a seriilor mici, ca particularitate a industrieiconstructoare de maşini.

Dintre toate sistemele tehnice de producţie, maşinile unelte au înregistrat ceamai semnificativă evoluţie în acest sens. Punctul de plecare a fost marcat deapariţia, pentru prima oară în industrie, a diviziunii muncii în paralel cuspecializarea locurilor de muncă pe operaţii individuale elementare, ceea ce aimplicat dezvoltarea primelor maşini monooperaţii, a căror deservire nu necesita ocalificare deosebită. Cu timpul a apărut tot mai pregnant faptul că mărirea

productivităţii muncii numai pe seama micşorării timpilor de bază ai maşinii nueste satisfăcătoare, deoarece posibilitatea de mărire a vitezelor şi a forţelor deaşchiere era limitată atât de construcţia maşinii, cât şi de posibilităţile aşchietoareale sculei aşchietoare. De aici a rezultat necesitatea reducerii la minim a timpilor auxiliari, printr-o centralizare maximă a comenzilor şi automatizarea treptată aoperaţiilor de lucru elementare, stimulându-se pe această cale o creştereconsiderabilă a productivităţii în domeniul producţiei de serie mare şi de masă.



Metoda obişnuită în proiectarea unui astfel de proces tehnologic automatizatse baza pe descompunerea mai întâi a procesului într-o succesiune de „operaţii",„faze" şi „mânuiri", urmată de elaborarea mijloacelor tehnice necesare înlocuiriimuncii manuale prin operaţii automate corespunzătoare operaţiilor subdiviziunilor respective.

Întrucât fiecare dintre elementele componente ale procesului realiza câte ofuncţie de execuţie, de manevrare sau auxiliară care se preta mai mult sau mai puţina fi realizată fără contribuţia omului, orice proiect se oprea la o anumită treaptă„optimă" de automatizare.

De exemplu, alimentarea unei maşini unelte cu piese sau material reprezentao operaţie auxiliară foarte complexă în care se puteau distinge patru faze:

- aducerea şi aşezarea piesei (barei etc.) în dispozitivul de prindere aacesteia;

- fixarea (prinderea) piesei pentru a putea fi prelucrată;

- desprinderea piesei din dispozitiv;- eliminarea piesei de pe maşina unealtă.În cazul mecanizării şi automatizării acestei operaţii de alimentare apăreau

însă un număr mult mai mare de faze, care, dacă nu se trecea la robotizareaoperaţiei, se executa de mecanisme independente, cu acţiune coordonată pentruefectuarea lor după un program stabilit dinainte. Acestea puteau fi împărţite larândul lor în trei grupe de mecanisme distincte pentru realizarea următoarelor faze;

- aducerea şi aşezarea pieselor (barelor etc.);- fixarea (prinderea) piesei;- eliminarea piesei de pe maşina unealtă.Fiecare din cele trei grupe de mecanisme trebuiau să efectueze la rândul lor

un număr de faze proprii specifice (subfaze) determinate de caracteristicile deformă ale piesei, precum şi de caracteristicile funcţionale ale mecanismelor respective. Totodată trebuia luat în considerare sistemul de acţionare a acestor mecanisme, care necesita lanţuri cinematice auxiliare specifice.

În funcţie de greutatea şi forma pieselor exista o foarte mare varietate demetode de alimentare a maşinilor unelte.

Alimentarea maşinilor unelte cu piese de greutate mijlocie, de exemplu, se

putea face astfel:- aşezarea şi fixarea manuală pe masa maşinii sau într-un dispozitiv al

acesteia (universal, între vârfuri etc.) sau într-un dispozitiv construit special pentru piesa şi maşina unealtă respectivă. Eliminarea piesei prelucrate se realiza totmanual, prin operaţii inverse;

- aşezarea manuală în dispozitiv şi fixarea mecanizată, comandată manual.Eliminarea piesei se realiza prin operaţii inverse, iar piesa se îndepărta manual;



- alimentarea automată din depozit (magazin, casetă sau eventual de pe untransportor) cu comandă programată. Eliminarea piesei, în acest caz, se făcea deasemenea automat pe un transportor (jgheab, lanţ etc.).

Evaluarea gradului de automatizare a unei maşini unelte după criteriul privind ponderea participării omului la procesul de producţie putea fi făcută dupăformula

m

m

T

T T A 0−

= (2.1)

în care A reprezintă gradul de automatizare, T m timpul de participare a maşiniiunelte la prelucrarea unei piese şi T 0 timpul de participare a omului la prelucrareaunei piese.

Din expresia (2.1) rezultă următoarele două cazuri limită:1) T 0 = T m pentru care A = 0 şi 2) T 0 = 0 pentru care A = 1.Acestea reprezintă cazuri particulare. Se disting de asemenea şi două cazuri

generale şi anume: T 0 > T m pentru care A ia valori negative şi T 0 < T m pentru care 0< A < 1. Deoarece raportul T 0 /T m = a poate lua valori mai mari decât 1, rezultă căîn cazul general, gradul de automatizare se defineşte în intervalul 10 ≤≤ A .

În funcţie de gradul de automatizare maşinile unelte se împart în maşinineautomate, semiautomate şi automate după cum urmează:

- maşina unealtă neautomată este aceea al cărei grad de automatizare estea A≤ , iar a > 1;

- maşina unealtă automată este aceea al cărei grad de automatizare este A =1, deci a = 0;

- maşina unealtă semiautomată (automatizată) este aceea al cărei grad deautomatizare este 0 < A < 1, pentru care 1 > a > 0. Maşinile unelte automate, caracteristice etapei de automatizare a producţiei

de serie mare şi de masă, pot fi grupate după forma constructivă şi specificultehnologic al reperelor în două categorii:

a) strunguri automate monoaxe şi multiaxe pentru piesele a căror geometrieadmite o axă de rotaţie (arbori, axe, bucşe, discuri, inele etc.);

b) maşinile agregate şi liniile automate pentru piesele tip cutie sau carcasă, acăror tehnologie dominantă o constituie prelucrarea găurilor şi suprafeţelor plane.

Automatizarea acestor maşini se bazează pe folosirea echipamentelor de

comandă rigide.Aceste echipamente cunoscute sub denumirea de sistemele de comandă

automate rigide se caracterizează prin faptul că succesiunea şi durata semnalelor decomandă sunt determinate precis (rigid), în prealabil şi nu depind de valoarea realăa mărimii comandate.

Maşinile unelte automatizate pe baza acestui sistem (automatizate clasic) auo bună fiabilitate, însă prezintă inconvenientul că la trecerea de la prelucrarea unei



piese la prelucrarea piesei următoare (cu caracteristici constructive diferite) estenecesar un timp relativ mare pentru schimbarea programului, motiv pentru care nusunt eficiente în producţia de serie mică şi unicate.

Sistemele de automatizare rigide pot fi împărţite în sisteme temporale,sisteme secvenţiale şi sisteme de automatizare mixte (temporale şi secvenţiale).

Sistemele rigide temporale sunt caracterizate prin aceea că succesiuneasemnalelor de comandă este determinată de timpul programat rigid pe profilulcamelor sau este fixat prin reglarea unor relee de timp.

Avantajul principal al acestor sisteme temporale este reprezentat de posibilitatea de a suprapune realizarea unor faze, ceea ce face ca timpul total de prelucrare a unei piese să fie mai mic şi, ca urmare, productivitatea efectivă amaşinii unelte să crească.

Din punct de vedere tehnic, sistemele temporale prezintă dezavantajul că, prin structura lor, ele nu permit controlul executării comenzilor şi, ca urmare, în

cazul când o fază oarecare nu s-a efectuat, fazele următoare se desfăşoară normal,conform programului stabilit, putând conduce la defectarea maşinii unelte.Sistemele de automatizare rigide secvenţiale se caracterizează prin aceea că o

secvenţă oarecare nu poate începe decât la sfârşitul secvenţei precedente. Din punctde vedere economic, imposibilitatea suprapunerii secvenţelor, conduce la o valoaremaximă a timpului total de prelucrare şi prin urmare la o productivitate efectivăminimă (datorită micşorării coeficientului de productivitate conη . Acest dezavantajeste compensat însă de faptul că, prin structură, ele permit efectuarea controluluiexecutării comenzilor şi deci, dacă una dintre secvenţe nu s-a realizat, maşina seopreşte în mod automat. Aceste sisteme sunt utilizate frecvent la maşinile unelteautomate, inclusiv la cele cu comandă numerică. Din punct de vedere al mijloacelor

pentru realizare se folosesc sisteme electrice, electrohidraulice, pneumatice etc.

2.2. Evoluţia echipamentelor de automatizare pentru producţia de serie mică şi mijlocie

Pentru întreprinderi, care realizează o producţie preponderent în loturi, o

problemă fundamentală o constituie aducerea şi cel puţin menţinerea în viitor a productivităţii muncii, în acest domeniu, la nivelul celui obţinut în producţia demasă pe plan mondial, pe calea promovării unei automatizări flexibile, capabile să

se adapteze cu uşurinţă şi în mod eficient la sarcini de producţie diferite.Dacă pe plan conceptual şi constructiv punctul de plecare în conciliereadilemei unificare-diversificare îl reprezintă standardizarea, unificarea şi tipizareaîn concepţie modulară, pe planul fabricaţiei acestui deziderat îi răspunde dotareatehnică cu mijloace de producţie cu un înalt grad de flexibilitate la schimbareasarcinii de producţie.



Este cunoscut că într-un atelier clasic de serii mici o piesă nu este prelucrată pe maşini decât maximum 5 % din ciclul ei de fabricaţie, iar o maşină nu lucreazăefectiv la încărcarea maximă decât 30% din timp.

Noua orientare în dezvoltarea industriei la nivelul anilor 70 se caracteriza prin înlocuirea maşinilor unelte prevăzute cu echipamente de comandă rigidă, pentru reperele ce se produc în seria mică sau mijlocie, cu maşini unelte cuechipamente de comandă elastice cunoscute şi sub denumirea de maşini unelte cucomandă program.

Aceste echipamente cunoscute sub denumirea de sistemele de automatizareelastice sunt acele sisteme la care succesiunea şi durata semnalelor de comandă se

pot schimba cu uşurinţă, astfel că la trecerea de la prelucrarea unei piese la prelucrarea piesei următoare este necesar un timp relativ scurt pentru schimbarea programului.

Flexibilitatea ridicată în ceea ce priveşte memorarea informaţiilor şi

transmiterea lor după necesităţi reprezenta dealtfel elementul hotărâtor în a decideutilizarea acestui tip de maşini în producţia de serie mică şi unicate, cu toate căcosturile relativ mai ridicate şi fiabilitatea ceva mai scăzută decât la maşinile rigidefrâna generalizarea utilizării lor.

Scăderea vertiginoasă a preţurilor componentelor electronice, la care asistămîn prezent, anticipează o evoluţie deosebit de competitivă a sistemelor deautomatizare elastică în general şi a celor cu comandă numerică în special.

Printre echipamentele ce s-au dovedit a avea calităţi reale ca echipamente deautomatizare, mai mult sau mai puţin elastice, enumerăm echipamentele cu fişe,echipamentele cu bile şi echipamentele cu comandă numerică în rapidă dezvoltareşi perfecţionare, la care ne vom referi în continuare.

2.2.1. Sisteme de automatizare cu comandă numericăconvenţională

Apariţia sistemelor cu comandă numerică CN (sau NC) a înregistrat un saltcalitativ nou faţă de toate celelalte sisteme menţionate mai înainte.

La acestea, programul se memorează pe un purtător adecvat, sub forma unor date numerice, iar echipamentele respective de comandă pot prelucra datele din

program şi eventual informaţiile primite de la maşina unealtă, în timpulexploatării.

Creşterea flexibilităţii maşinii comandate prin sistemul CN rezultă din faptulcă trecerea de la prelucrarea unui fel de produs la altul este asigurată în mod rapid printr-o simplă schimbare a programului maşinii unelte.



Importanţa dotării tehnice cu maşini unelte cu comandă numerică a crescutatât încât se consideră că ponderea acestora faţă de cele convenţionale reprezintă unindice ce caracterizează progresul tehnico-industrial al unei ţări.

În acelaşi timp, progresele cu totul deosebite în domeniul microelectronicii şia calculatoarelor au făcut ca echipamentele de comandă numerică să nureprezinte mai mult de 20 - 25% din costul maşinilor unelte mici şi 5 - 10% dincostul maşinilor unelte mari sau al centrelor de prelucrare complexe.

Cele mai noi prognoze în acest domeniu indică faptul că într-un viitor nufoarte îndepărtat nu va mai exista maşină unealtă fără propriul său sistem decomandă numerică, aşa cum în prezent este greu de imaginat maşină unealtă fără

propriul său motor electric de acţionare.Astfel de maşini vor să asigure maximum de precizie şi productivitate atât în

condiţiile exploatării lor individuale, cât şi în condiţiile integrării lor într-un sistemde maşini comandat direct de către un calculator sau în sistemele flexibile de

prelucrare.Orice sistem de prelucrare prin aşchiere cu comandă numerică (CN)cuprinde:

- echipamentul de comandă numerică (ECN), care este alcătuit dintr-o seriede circuite electronice. Acesta are rolul de a prelua informaţiile de comandă, de a le

prelucra şi de a transmite comenzi spre organele de execuţie. Introducerea datelor în sistemele CN se poate face pe mai multe căi, şi anume: automat, prin purtătorulde program; automat, prin intermediul unui calculator electronic sau manual;

- suportul pentru informaţiile de prelucrare ca: benzi, fişe perforate, benzicu înregistrare magnetică, discuri magnetice sau optice, memorii electronice, etc;

- ansamblul maşinii unelte cu acţionările principale şi de avans, comenzile,verigile executante principale şi secundare (sănii, suporţi etc.), precum şi traductoriide deplasare, pentru circuitele de reglare automată.

Din punct de vedere cinematic maşinile unelte convenţionale suntasemănătoare cu maşinile unelte cu comandă numerică. Diferenţa provine dinmodul în care se poziţionează piesa în raport cu scula. Roţile ce se manevrau deoperatorul uman la maşina unealtă convenţională, pentru poziţionare, sunt înlocuitela maşinile unelte comandate numeric prin motoare de acţionare, care realizeazăîntreg ciclul de funcţionare fără intervenţia omului.

În figura 2.1 se prezintă structura de baza a unei maşini unelte cu comandănumerică. Dacă se adaugă la aceasta un număr corespunzător de motoare şi unechipament de comandă numerică cu viteză mare de prelucrare şi transmitere ainformaţiilor, se poate obţine un sistem de comandă numerică capabil să deplasezemasa sau scula pe oricare direcţie şi să realizeze orice tip de aşchiere de care estecapabilă scula.



Prelucrarea informaţiilor de la forma lor primară, în faza de concepţie şi proiectare, până la forma finală în care sunt transmise piesei uzinate, se desfăşoarăîn mod simplificat după schema din figura 2.2.

Urmărind fluxul informa-ţional din figura 2.2 rezultă că informaţiile despreforma şi geometria piesei prelucrate pe maşina unealtă comandată numeric provinatât din informaţiile fixe înmagazinate în structura maşinii, ca în cazul prelucrării

pe maşinile unelte convenţionale, cât şi din informaţiile suplimentare me-morate şi prelucrate de echipamentul de comandă numerică. Sarcinile operato-rului uman în

acest caz reprezintă o mică parte din cele ale muncitorului de la maşinaconvenţională, ele rezumându-se la operaţii iniţiale, cum sunt cele de fixare a pieseisau a sculei (operaţii care la rândul lor pot fi robotizate).

În schimb, la maşinile unelte cu comandă numerică se adaugă operaţiispecifice operatorului uman, cum ar fi: introducerea purtătorului de program,introducerea corecţiilor necesare în echipament, iniţierea comenzii de începere a

programului etc, precum şi operaţii de supraveghere generală a maşinii. Parcurgând

Figura. 2.1. Schema unui sistem cu comandă numericăconvenţională: a) cu circuit deschis; b) cu circuit închis;1 - suport pentru informaţii; 2 - panoul operatorului; 3 -amplificator; 4 - motor pas cu pas; 5 - motor de curentcontinuu; 6 - şurub conducător; 7 - masa maşinii unelte;

8 - scula; 9 - piesa; 10 - traducător de deplasare.



circuitul de prelucrare a datelor în cazul maşinilor unelte comandate numeric se potdiferenţia două etape importante:

- prelucrarea externă a datelor, care reprezintă prelucrarea datelor în afarasecţiilor direct productive, începând cu elaborarea desenului constructiv al piesei şiterminând cu programul înscris pe un purtător adecvat echipamentului de comandănumerică (Off Line Data Processing);

- prelucrarea datelor pe maşina comandatănume-ric, care repre-zintă pro-cesul detrecere de la purtătorulde program (deexemplu, disc magneticsau optic) la comenzile

maşinii unelte (On LineData Processing) învederea prelucrării

pie-sei.

Echipamentul de comandă numerică prelucrează toate datele conţinute în„programul piesă", cele introduse manual de către operator, precum şi datele

primite de la maşina unealtă referitor la poziţia reală a sculei faţă de piesă.Rezultatul acestor prelu-crări este transmis maşinii unelte sub forma de informaţiide prelucrare, care pot fi împărţite în două categorii:

Figura 2.2. Fluxul informaţional pentru execuţia unei piese pe maşina unealtă cu comandă numerică.



- informaţii de deplasare, ce se referă la deplasarea organelor mobile ale maşiniiunelte fie pentru a interveni direct în determinarea geometriei piesei prin deplasărioperante, fie pentru înlesnirea unor deplasări auxiliare necesare pentru diferitemanevre ale maşinii;

- informaţii de comutare, care conţin datele tehnologice prescrise pentrurealizarea geometriei, precum şi pentru unele operaţii auxiliare şi pregătitoarenecesare în procesul de prelucrare.

În structura maşinilor unelte cu comandă numerică există două moduri decontrol al mişcărilor:

- sistem de comandă în circuit deschis (figura 2.1, a);- sistem de comandă în circuit închis (figura 2.1, b).În cazul sistemului în circuit deschis, pentru transmiterea mişcării controlate

se foloseşte un motor pas cu pas care primeşte impulsurile de comandă de laechipamentul de comandă numerică. În acest caz, circuitul nefiind închis nu există

posibilitatea confirmării în fiecare moment a poziţiei reale a organului mobil almaşinii. La sistemele în circuit închis se realizează reglarea automată a mişcării, prin conexiune inversă. Există posibilitatea citirii de către sistemul de comandă a poziţiei reale a organului mobil al maşinii. În acest caz, echipamentul de comandăva comanda un motor de curent continuu sau alternativ până când deplasarea realăcitită de un traductor de deplasare coincide cu deplasarea programată. Prin urmare,în primul caz avem de-a face cu un sistem de comandă, iar în cel de al doilea cu un

sistem automat de reglare. Datorită avantajelor prezentate de cel de al doileasistem, în cazul maşinilor unelte cu comandă numerică, acesta se aplică înmajoritatea cazurilor.

Din punct ce vedere al mişcărilor finale ce determină poziţia relativă a sculeifaţă de piesă, echipamentele de comandă numerică pot fi clasificate în treicategorii:

Echipamente de poziţionare. Acestea sunt echipamentele ce asigurăcomanda succesivă a maselor sau dispozitivelor port-sculă, fără ca în timpuldeplasării, pe axa în mişcare, să se execute prelucrări mecanice. Prin urmare,

principiul care stă la baza conducerii maşinii unelte cu aceste echipamente de poziţionare îl constituie posibilitatea deplasării sculei faţă de piesă, sau invers, piesei faţă de sculă (într-un punct de coordonate prescris) fără ca în timpul

deplasării sculei să se realizeze contactul direct sculă-piesă.Acest tip de comandă îşi găseşte aplicarea în special la maşinile de găurit şi

la cele de alezat cu poziţionare în plan. În acest caz, deplasarea în cele douăcooordonate se face în mod succesiv, cotele comandate numeric fiind distanţateîntre axe (figura 2.3).



Echipamente de prelucrare liniară. Acest tip de comandă asigură deplasarea întimpul lucrului a sculei sau piesei după direcţii paralele cu axele principale alemaşinii, iar în timpul deplasărilor de-a lungul axelor de coordonate, scula este încontact cu piesa (are loc procesul de prelucrare), (figura 2.4).

Comparativ cu comenzile de poziţionare care transmit maşinii unelte numaiinformaţii de deplasare, comenzile de prelucrare liniară transmit maşinii atâtinformaţii de deplasare, cât şi unele informaţii tehnologice referitor la turaţiaarborelui principal, avansul, schimbarea sculei etc.

Echipamente deconturare. Acest tip deechipament se caracterizează

prin aceea că axele maşiniisunt comandate simultan,

existând o dependenţăfuncţională între deplasarea pedouă sau chiar pe trei axe.Datorită acestei posibilităţi,echipamentul poate comandaexecuţia unor curbe în plan

sau în spaţiu, conturul acestor curbe rezultând din combinarea mişcărilor pe axele comandate.

În figura 2.5 se prezintă traseul sculei la comanda numerică de conturare.

Figura 2.3. Traseul sculei la comandanumerică de poziţionare: 1 - piesă; 2 - sculă.

Figura 2.4. Traseul sculei la comandanumerică liniară: 1 - piesă; 2 - sculă.



Sistemele cu comandă numerică după program permit asigurarea unui grad înalt de flexibilitate tehnologică, rapiditate în schimbarea tehnologiei de fabricaţiei,reducerea timpului de prelucrare, siguranţă ridicată în funcţionare, reducerea laminimum a manoperei şi automatizarea aproape totală a procesului de lucru.

Analizând evoluţia sistemelor CN în cei peste 45 de ani de utilizare in-dustrială se pot identifica trei domenii mari în care au apărut perfecţionări continue:

a) Echipamente de interfaţă şi echipamentele de introducere şi transmitere adatelor (de exemplu, semnalul de la traductorii de poziţie transmis prin convertori

A/D de diferite tipuri la echipamente de afişare a cotelor; echipamente de captare asemnalelor digitale de viteză şi transmitere prin convertor D/A la intrarea unităţilor de servoacţionare, cititoare de bandă sau discuri, etc).

b) Echipamente pentru prelucrarea internă a datelor şi elemente de execuţie

(cum sunt: echipamente pentru comanda deplasărilor pentru compensarea uzuriisculelor, pentru stabilirea succesiunii fazelor la fiecare operaţie, echipament pentrucomanda vitezelor, avansurilor, schimbării sculelor, etc).

c) Memorii, destinate memorării datelor privind sculele (tip, unghiuri, raze decurburi la muchiile aşchietoare, cote de prereglare, etc), sau a instrucţiunilor şisubprogramelor.

Primele două domenii au cunoscut o dezvoltare paralelă până în jurul anului1970, când beneficiarii au putut folosi, la costuri de investiţie şi de exploatarerezonabile, o gamă largă de maşini-unelte la care traiectoria sculelor şi funcţiunile

de lucru (selectarea sculelor şi vitezelor de avans, a turaţiilor, etc) sunt controlate înîntregime de către echipamentele de comandă numerică.Pentru această etapă este caracteristică realizarea unor echipamente de

comandă (hardware) specifice diferitelor tipuri de maşini unelte:- punct cu punct pentru operaţii de găurire-alezare;- prelucrare liniară pentru strunjiri, frezări etc.;- conturare pe 2 axe pentru strunguri;

Figura 2.5. Traseul sculei la comanda

numerică de conturare: 1 - piesă;2 - sculă.



- conturare pe 3 axe pentru maşini de frezat, bohrwerkuri etc.;- conturare pe 4 - 5 axe pentru centrele de prelucrare.După cum se observă, producătorii de echipamente CN au fost confruntaţi cu

problema creării unei game destul de largi de variante necesare pentru a acoperidiversitatea maşinilor unelte.

O etapă nouă în dezvoltarea sistemelor cu CN a fost marcată de apariţiamicroprocesoarelor, care, la un preţ relativ scăzut, au deschis posibilitatea realizăriiunor echipamente flexibile, implementând toate funcţiunile de comandă, ce depindde maşină, în programe.

2.2.2. Centre de prelucrare

Introducerea progresului tehnic în industrie face ca să se producă din ce înce mai rapid, mai eficient în condiţiile ridicării calităţii in toate domeniile.

Necesitatea obiectivă de a produce cât mai rapid, cu o productivitate cât mairidicată, a condus la o evoluţie vertiginoasă a concepţiei actuale de realizarestructurală a maşinilor unelte, care depinde în cea mai mare masură de specificultehnologic al diferitelor repere ce trebuie prelucrate şi de volumul productieiacestora. Pentru reperele care se produc în unicate sau serie mică, ultimii 15-20 aniau marcat inlocuirea maşinilor unelte universale cu maşini unelte cu comandănumerică şi centre de prelucrare.

Analiza diagramei din figura 2.6 conduce la constatarea că pentru piese deconfiguraţie dificilă cu un numar mare de prelucrări ce trebuie efectuate cu unnumăr mare de scule în câteva prinderi diferite, centrele de prelucrare sunt decâteva ori mai productive decât maşinile unelte convenţionale. Diferenţa de cost alefectuaării prelucrării unei piese este cu atât mai mare cu cât geometria suprafeţelor

prelucrate devine mai complexă. Se constată de exemplu că pentru un lot de circa20 piese costul pentru o piesă prelucrată pe maşini convenţionale creşte sensibil înfuncţie de complexitatea piesei, în timp ce pentru aceeaşi piesă prelucrată pecentrul de prelucrare, cheltuielile totale nu cresc sensibil în funcţie decomplexitatea piesei şi sunt până la de câteva ori mai mici decât în cazul prelucrării

pe maşini universale.



În ultimii ani conceptul de „centru" a devenit un cuvântul cel mai des folositîn domeniul maşinilor unelte. Multe dintre maşini sunt etichetate cu acest cuvânt

pentru a le da o semnificaţie aparte faţă de maşinile convenţionale în ceea ce priveşte tehnologia de lucru.

Pe plan mondial centrele de prelucrare au apărut prima oară în anul 1958, în

S.U.A., ca urmare a tendinţei de mărire a numărului de scule din echipare proprie,datorită necesităţii de prelucrare a unor piese mai complexe, dar în serie mică.

Deşi nu există o interpretare unică asupra conceptului de centru de prelucrare, marea majoritate a constructorilor înţeleg prin centru de prelucrare omaşină unealtă cu următoarele caracteristici:

- are posibilităţi tehnologice de prelucrare multiple (strunjire, găurire,filetare, frezare etc.);

- este dotată cu echipament de comandă numerică;- dispune de un dispozitiv propriu de înmagazinare a unui anumit număr de

scule; - poate dispune de posibilităţi de schimbare şi transfer automat al sculelor.De remarcat că majoritatea acestor caracteristici pot fi regăsite şi la maşinile

unelte cu comandă numerică şi cap revolver (strunguri paralele, maşini de găurit).Mai mult, lipsa mecanismului de transfer între arborele principal şi magazinul descule este întâlnită nu numai la maşinile cu cap revolver dar şi la unele tipuri decentre de prelucrare.

Figura 2.6. Productivitatea centrelor de prelucrare faţă de maşinile unelteconvenţionale.



Spre deosebire de capul revolver, magazinul de scale nu se află sub acţiunea forţelor de aşchiere.

Prin urmare, prin centru de prelucrare se înţelege o maşină unealtă care are posibilităţi tehnologice de prelucrări multiple, este echipată cu comandă numerică,dispune obligatoriu de un dispozitiv de înmagazinare a unui număr oarecare descule, dispozitiv ce nu se află sub acţiunea forţelor de aşchiere şi efectueazăschimbarea sculelor automat.

Majoritatea centrelor de prelucrare dispun în dotare de o serie de componentece derivă din maşini unelte universale, cum ar fi maşina de frezat, maşina de găurit,strunguri comandate numeric, la care se adaugă elementele specifice centrului de

prelucrare ca: magazinul de scule şi mecanismul de schimbare şi transfer al sculei.Centrele de prelucrare cu performanţele actuale, utilizate individual, sunt

eficiente cu deosebire în producţia de serie mică şi unicate. Utilizarea pentru producţia de serie mijlocie devine eficientă prin integrarea lor în celule flexibile de

fabricaţie.Centrele de prelucrare pot fi clasificate în funcţie de mai multe criterii astfel:a) - după operaţia tehnologică realizată şi tipul maşinii unelte, pot fi:

- centre de prelucrare prin strunjire;- centre de prelucrare prin găurire;- centre de prelucrare prin frezare;- centre de prelucrare frezare-alezare;- centre de prelucrare combinate.

b) - după poziţia arborelui principal, pot fi:- centre de prelucrare cu arborelui principal orizontal;- centre de prelucrare cu arborelui principal vertical.

c) - după forma şi tipul magazinului de scule, pot fi:- centre de prelucrare cu magazin tip disc cu axă orizontală;- centre de prelucrare cu magazin tip disc cu axă verticală;- centre de prelucrare cu magazin tip disc cu axă înclinată.- centre de prelucrare cu magazin de tip transportor cu lanţ

dreptunghiular - centre de prelucrare cu magazin de tip transportor cu lanţ oval.

d) - după gradul de mobilitate a suportului magazinului de scule, pot fi:

- centre de prelucrare cu magazin fix- centre de prelucrare cu magazin mobil.

e) - după poziţia relativă a axei arborelui principal şi axei magazinului, potfi:

- centre de prelucrare cu axe paralele;- centre de prelucrare cu axe perpendiculare;- centre de prelucrare cu axe înclinate în spaţiu.



f) - după poziţia planului de lucru faţă de planul de schimb al sculei, pot fi:- centre de prelucrare la care cele două plane coincid (sunt identice);- centre de prelucrare la care cele două plane sunt paralele;- centre de prelucrare la care cele două plane sunt înclinate.

g) - după tipul unităţii de transfer, pot fi:- centre de prelucrare, prevăzute cu mână mecanică simplă;- centre de prelucrare, prevăzute cu mână mecanică dublă;- cu complex de mâini mecanice simple şi duble;- centre de prelucrare fără unitate de transfer;- centre de prelucrare cu mâini mecanice;- centre de prelucrare cu mecanisme de transfer.

h) - după numărul punctelor intermediare prin care trece scula pe traiectoriade la magazin la arborele principal, centrele de prelucrare pot fi:

- centre de prelucrare fără loc de aşteptare;

- centre de prelucrare cu un loc de aşteptare;- centre de prelucrare cu două locuri de aşteptare.

2.2.3. Elemente constructive specifice din dotarea

centrelor de prelucrare

Magazinul de scule şi manipulatoare utilizate în construcţia cen trelor deprelucrare.

Ansamblul centrului de prelucrare în care sunt depozitate temporar şicodificat sculele necesare pentru prelucrarea unui anumit tip de piesă poartă numelede magazin de scule.

În figura 2.7 sunt redate tipurile constructive de magazine de scule. Cele maireprezentative sunt cele de tip disc sau turelă, care pot fi:

- cu axa sculei înclinată ( o0≠ϕ );

- turelă ( o0=ϕ );

- disc ( o90=ϕ );

- multietajat (supraetajat).

Primele trei categorii de magazine de tip disc, în general, au aceeaşi capacitate deînmagazinare. La acestea, poziţia sculei este dictată de poziţia magazinului faţă de planul de lucru al sculei, precum şi de cinematica şi construcţia mecanismului detransfer.



Ultimele trei tipuri de magazinede tip disc se caracterizează prinasigurarea unei capacităţi mai mari deînmagazinare. Magazinele etajate potavea etajele dispuse paralel sau cudispunerea sculelor în paralel.

Spre deosebire de magazinele de scule de tip disc, cele cu lanţ dispun de unnumăr mai mare de locaşuri pentru scule, în vederea creşterii considerabile anumărului de scule, unele centre de prelucrare sunt prevăzute cu magazine cu lanţde tip meandru. (figura 2.8). Aceste locaşuri sunt practicate în elemente prinse delanţul transportor.

Capacitatea de înmagazinare a magazinelor de scule se stabileşte cuurmătoarele relaţii:

- magazine de tip disc: p D N π

= ; (2.2)- magazine cu lanţ ovale: ( ) p L D N 2+= π (2.3)

în care: - D reprezintă diametrul cercului purtător al centrelor sculelor;- L distanţa dintre axele roţilor de lanţ;- p pasul de aşezare a sculelor.

Aria delimitată de linia purtătoare a centrelor sculelor S este:

Figura 2.7. Principalele tipuri de magazinede scule.



- pentru magazine de scule tip disc:

π

π

44

222 p N D

S == ; (2.4)

- pentru magazine de scule de tipul transportor cu lanţ, oval:

.4

2

4

4

4

22222 D DNp L p N

LD

D

S

π

π

π −

=

−

=+= (2.5)Mărimea ariei în acest caz, precum şi greutatea şi momentul de inerţie ale

magazinului de scule cresc parabolic cu capacitatea de înmagazinare N, precum şicu pasul de aşezare a sculelor p, ce depinde la rândul lui de gabaritul maxim al

sculelor.Din punct de vedere cinematic şi constructiv, magazinul de tip transportor cu

lanţ este mai complicat decât magazinul disc, motiv pentru care primul se utilizează pentru capacităţi de utilizare mari şi foarte mari.



Manipulatoarele (mânamecanică) folosite în construcţiacentrelor de prelucrare sunt destinate

pentru prinderea şi extragerea sculeidin magazin/arborele principal,

pentru transportul acesteia pe întregtraseul dintre magazin şi arborele

principal sau numai pe o porţiune

din acesta.După numărul de scule ce le poate transporta deodată, manipulatoarele folosite

în construcţia centrelor de prelucrare pot fi simple sau duble.

Figura 2.8. Centru de prelucrare cu palete.

Figura 2.9. Clasificareamanipulatoarelor folosite în

construcţia centrelor de prelucrare.

Figura 2.10. Centru de prelucrare cu magazin de scule subformă de cap revolver.



Din punct de vedere cinematic, ele sunt prevăzute cu un număr de grade demobilitate relativ redus.Astfel, deosebimmanipulatoare cu o mişcarede rotaţie sau de translaţie,de rotaţie şi de translaţie şimâini mecanice cu mişcarede translaţie şi douămişcări de translaţie (figura2.9).

În figura 2.10 este prezentat un centru de prelucrare având magazinul descule sub formă de cap revolver, iar în figura 2.11 este sistematizat modul de lucrual mâinii mecanice din dotarea acestei maşini.

2.2.4. Exemple de centre de prelucrare consacrate

• Firma Breton Italia relizează 3 tipuri de centre de prelucrare care auurmătoarele denumiri:- Matrix, Xceeder, Ultrix.

Centrul de prelucrare prin aşchiere Matrix realizează strunjiri pe cele 5axe de coordonate. Puterea de aşchiere şi viteza este aceeaşi indiferent de axa decoordonate pe care se realizează prelucrarea.

Figura 2.11. Modul de lucru al mâinii mecanice dindotarea centrului de prelucrare din figura 2.10.

Figura 2.12. Centrul de prelucrare Matrix alfirmei Breton Italia.



Aceste trei centre de prelucrare pot să satisfacă cerinţele cele mai exigente îndomeniul prelucrărilor prin aschiere, chiar şi în sectorul aerospaţial, pe lângă

prelucrările de înaltă precizie realizate de aceste centre de prelucrare în sectorulconstrucţiilor de automobile şi a mecanicii în general.

Centrele de prelucrare Matrix, datorită carateristicilor dinamice şi a regimurilor de aşchiere, pot realiza piese cu o configuraţie foarte complexă şi la un grad de

precizie foarte ridicat.La o singură aşezare a (semifabricatului) piesei supuse prelucrării se poate

realiza prelucrarea pe cele 5 feţe ale (semifabricatului) piesei. Reducându-se astfeltimpii de repoziţionare a semifabricatului şi reducănd astfel abaterile care potrezulta la fiecare reaşezare (repoziţionare) a piesei (semifabricatului).

Electromandrinele în care sunt prinse sculele aşchietoare se rotesc cu vitezede 40.000 de rotaţii pe minut. Acestea sunt montate în capul birotativ al centruluide prelucrare. Alimentarea capului birotativ cu scule aşchietoare se face din

magazia de scule a centrului de prelucrare. Există două tipuri de axe de coordonate A si C dupa care capul birotativ sedeplasează prin comenzile date de operator. Axa A deplasează capul birotativ peverticală iar axa C deplasează capul birotativ pe orizontală. Astfel cu ajutorulacestor deplasări, ale capului birotativ, să se poată realiza piese de o configuraţiecomplexă.

Maşinile Breton pentru prelucrări mecanice prin aschiere, combină preciziamaxima cu tehnologia digitală, acestea fiind caracteristicile principale ale acestor centre de prelucrare prin aşchiere.

Aceste centre de prelucrare au o productivitate mare în timpul prelucrărilor de aşchiere realizând cu ajutorul propietăţilor dinamice suprafeţe de o calitateexcelentă şi de o mare complexitate.

• Firma IMA Klessmann Germania, produce o gamă exclusivistă decentre de prelucrare de o înaltă fiabilitate şi performanţe incontestabile.Oferta producătorului cuprinde 8 modele diferite de centre de prelucrare: Modelul BIMA 210. (figura 2.13). Lubrefierea centralizată pentrutoate axele, ghidajele lineare şi rulmenţii arborilor.



Sistemul de mişcare: Toate axele au poziţionare controlată, X şi Y prinintermediul unui pinion cu tijă dinţată, iar pentru Z prin libera mişcare a arboreluicu rulmenţi. Mişcările sunt controlate prin servomotoare cu un sistem de măsurareintegrat pentru valoarea la un moment dat.

Viteza: Axa X – 100 m/min. Axa Y – 80 m /min. Axa Z – 25 m /min. Accelerare – 5m/s2

Este un centru de prelucrare cu poziţionarea controlată aaxelor. Interpolare

lineara a tuturor axelor simultan, cu interpolare circulară a 2 axe în toate cele 3nivele selectabile. Controler logic programabil integrat. Memorie programabilăaproape nelimitată pe hard disk. PC de operare cu microprocesor Pentium 4, CD

ROM, driver ZIP-250 MB, unitate floppy 1.44MB, sistem de operare Windows2000, tastatura, mouse.

Ecran 15’’ pentru intrarea şi monitorizarea tuturor datelor şi funcţiilor.Programare confortabilă cu meniu de operare printr-o interfaţă prietenoasă deoperare.Creare programe pe interfaţa PC de operare folosind o interfaţă graficăconfortabilă IMAWOP cu următoarele funcţii:

- selecţie meniu cu toate operaţiile de tip găurire, frezare, tăiere etc.Reprezentare grafica a părţilor finisate care sunt actualizate cu fiecare pas al

programului:- optimizare a operaţiilor de găurire;- display grafic pentru blocarea ventuzelor şi indicarea poziţiei

relative faţă de dimensiunile externe ale panourilor - creare foarte simplă a unei game largi de programe cu posibilitatea

de a defini variabile şi cu opţiunea de a programa formule în mod absolut sauvariabil;

Figura 2.13. Modelul BIMA 210.



-managementul datelor cu privire la scule şi tehnologie pentru toatetipurile de scule.

CAPITOLUL 3

FLEXIBILITATEA ECHIPAMENTELOR MODERNE DE FABRICAŢIE

3.1. Generalităţi.

Prin aplicarea grupării pe criterii tehnologice a programului de fabricaţie,utilizând un sistem convenabil de clasificare-codificare [18] devine posibilărestrângerea în anumite limite a diversităţii pieselor sau produselor de fabricat încadrul unităţii. Totuşi diversitatea lor rămâne suficient de mare pentru a pune îndiscuţie capacitatea sistemului de fabricaţie de a face faţă acestei diversităţi.

Într-adevăr, în practica industrială de până acum, automatizarea se realizamai ales în cadrul unor sisteme rigide de tipul liniilor de transfer, maşinilor agregat,automatelor de montaj, concepute pentru un reper sau ansamblu unic. Oriceschimbare de produs implică înlocuirea completă a echipamentelor de fabricaţie.Specializarea „produs” e realizată mai ales prin „automatizarea rigidă”, care nu

poate oferi soluţii economice decât în cadrul seriilor mari de fabricaţie şi a produselor cu periodicitate mare de înnoire.

Promovarea specializării „produs” în zona seriilor mici şi a produselor carese diversifică intensiv presupune dimpotrivă asocierea noţiunii de sistem de

fabricaţie cu noţiunea de „ flexibilitate”, prin care se înţelege capacitatea sistemuluide a se adapta la sarcini de producţie diferite, atît din punct de vedere al formei şidimensiunilor produsului, cât şi din punct de vedere al procesului tehnologic caretrebuie efectuat.

Noţiunea de flexibilitate constituie o caracteristică importantă a unui sistemde fabricaţie şi se consideră că nivelul de automatizare a unui echipamenttehnologic este cu atât mai înalt cu cât prezintă mai puţină dependenţă faţă de



muncitor, atât pentru executarea repetată a unei sarcini, cât şi pentru adaptarea sade la o sarcină la alta. Aşa de exemplu, un automat de montaj se află pe o treaptăsuperioară de automatizare faţă de un conveior de montaj pe care operaţiile deasamblare se execută de muncitor; în schimb un automat de montaj al cărui„ program” poate fi schimbat prin intermediul unor echipamente de stocare, estemai „ flexibil” decât automatul rigid, deoarece poate executa o varietate mai marede operaţii, deci se situează pe o treaptă de automatizare mai înaltă decât acesta dinurmă.

Prin utilizarea calculatoarelor electronice, în ultimii ani s-au realizat sistemeautomate cu flexibilitate totală, aplicabile şi în producţia de unicate.

În domeniul problematicii producţiei industriale, termenul de flexibilitateapare relativ recent, în legătură cu automatizarea fabricaţiei, ca trăsătură cedefineşte un sistem automat de fabricaţie bazat pe maşini „transformabile” atât

pentru procesele de prelucrare, cât şi pentru cele de transport al materialelor.

Ulterior, termenul de flexibilitate este utilizat şi cu referire la capacitateaunui sistem de a trece la fabricaţia produselor de un alt tip, caracteristică definită caelasticitate tehnologică..

Termenele de flexibilitate şi elasticitate utilizate în legătură cu fenomenul defabricaţie sunt folosite în paralel cu toate că cel de flexibilitate este mai recent şi afost de la început orientat spre concepte noi în automatizare.

În ceea ce priveşte termenul elasticitate, cu referire la producţie, acestadesemnează caracteristicile unei intreprinderi, ca adaptarea, regruparea, modi-ficarea, mobilitatea şi comportă două componente :

- elasticitatea structurilor (domeniului) tehnice sau elasticitatea propriu-zisă;- elasticitatea comercială, respectiv elasticitatea faţă de piaţă.În acest context capătă semnificaţie şi termenii de elasticitate cantitativă'

şi cel de elasticitate calitativă , primul cu privire la cantitatea produselor diferite ce pot fi realizate, cel de al doilea cu privire la spectrul performanţelor realizate.

Aceşti termeni pot fi consideraţi ca părţi definitorii ale conceptului deelasticitate a investiţiei; ei sunt luaţi în considerare la determinarea profiluluiobiectivelor şi eficienţei investiţiilor pentru realizarea de obiective industriale.

În raport cu această extindere a termenului de elasticitate, termerul de

flexibilitate este folosit pentru a exprima elasticitatea propriuzisă a structurilor tehnice, respectiv a elasticităţii tehnice de fabricaţie.

Totodată, sistemele de fabricaţie automatizate flexibile, vor trebui definite încomparaţie cu sistemele de fabricaţie automatizate rigide. În timp ce sistemeleautomatizate rigide , sunt de la început concepute pentru realizarea unei singure

sarcini de fabricaţie, sistemele automatizate flexibile sunt astfel concepute încât să se poată transforma în vederea realizării mai multor sarcini diferite de fabricaţie.



Utilitatea termenului de flexibilitate, chiar în conformitate cu aceste cla-rificări, rămâne scăzut pentru definiri cantitative, cum ar îi felul şi proporţiileadaptabilităţii necesare, caracterul soluţiilor tehnice şi raportarea lor la variaţiasarcinilor de producţie.

În concluzie, conceptul de flexibilitate este utilizat pentru caracterizareaunor soluţii tehnice diferite, începând de la linia de transfer adaptată la câtevavariante ale sarcinii de producţie şi de la centrul de prelucrare cu comandănumerică şi până la linia de fabricaţie cu comandă numerică şi sistemele integratede maşini-unelte şi instalaţii logistice comandate de către structuri ierarhizate dedispozitive de prelucrare a datelor.

Introducerea noţiunii de flexibilitate în producţia de serie mică şi unicate aavut loc în anii 1960, când pentru prima oară a fost utilizată ideea de sisteme

flexibile de producţie ( SFP ).La început [9] acestea au avut diverse denumiri: unităţi de automatizare,

unităţi complexe robotizate, sau tehnologic robotizate, sisteme complexe de maşiniautomatizate, sisteme tehnologice flexibile etc.În etapa actuală, producţia automată flexibilă este reprezentată de o unitate

de producţie formată pe bază de module flexibile, cu sisteme automate de transport,a căror activitate este coordonată de un sistem de conducere la diferite niveluri defuncţionare, în scopul autoreglării şi optimizării procesului de producţie.

3.2. Flexibilitatea şi competitivitatea echipamentelor de fabricaţie

Flexibilitatea este unul din factorii esenţiali în determinarea niveluluicompetitivităţii intreprinderii moderne, indiferent de ramura economică sauindustrială considerată. Corelaţia competitivitate-flexibilitate încă nu este cercetatăriguros, în principal datorită faptului că măsurarea competitivităţii constituie o

problemă nerezolvată. Progresele recente în domeniul cuantificării competitivităţii permit iniţierea de noi cercetări în acest domeniu, pornind de la definirea riguroasăşi corelată a celor două concepte.

3.2.1. Diferite abordări ale conceptului de flexibilitate

Flexibilitatea, în sens larg, poate fi definită ca fiind capacitatea sistemuluide fabricaţie de a se adapta rapid şi economic la schimbări provenite din mediul exterior sau din interiorul său, schimbări care pot fi predeterminate sauaccidentale, previzibile sau imprevizibile şi pot avea caracter de durată sautemporar [3] sau, prescurtat, ca abilitatea sistemului de a se adapta eficient la

schimbări în mediul său extern sau intern.



Se consideră că flexibilitatea se referă la diferitele elemente ale sistemelor de producţie, cum sunt: utilaje, echipamente, sortimentaţie, procese, amplasamente,operaţii, itinerarii. capacităţi, sistem, etc. Caracterul eterogen al abordării în acestdomeniu este determinat de lipsa corelaţiei complexe cu competitivitatea.

Din multitudinea de clasificări care sunt tratate în literatura de specialitate,sunt considerate utile în practică cinci tipuri de flexibilităţi, şi anume :

- flexibilitatea utilajelor , - se referă la diferitele tipuri de operaţii pe care le poate executa un utilaj, fără a avea nevoie de eforturi semnificative pentru a trecede la o operaţie la alta;

- flexibilitatea rutelor de producţie, - reprezintă abilitatea sistemului de a

fabrica/repara un produs prin schimbarea şi/sau alternarea itinerariilor în cadrulsistemului ;

- flexibilitatea procesului/a sistemului de fabricare - se referă la gama desortimente pe care sistemul le poate fabrica sau pentru care poate presta serviciifără schimbări semnificative ;

- flexibilitatea sortimerntaţiei asimilate şi oferite în piaţă ;- flexibilitatea de volum (capacitate) a unui sistem de producţie, -

reprezintă capabilitatea acestuia de a fi eficient economic la diferite niveluri alecererii.

Figura 3.1. Structura flexibilităţii globale.

FLEXIBILITATEA GLOBALĂ

Flexibilitateasortimentală

Flexibilitateade capacitate

Flexibilitateacolaterală

Flexibilitateade execuţie

Flexibilitateade bază



Dacă se corelează flexibilitatea cu conceptul decompetitivitate, atunci

apare un nou concept în definirea acesteia şi anumeflexibilitatea globală a intreprinderii.

Flexibilitatea globală a intreprinderii din punct de vedere structural secompune conform figurii 3.1, din :

- flexibilitatea sortimentală - este cu atât mai mare cu cât este mai marenumărul de sortimente ce pot fi asimilate într-o perioadă minimă de timp.- flexibilitatea de capacitate.- are două componente :- flexibilitatea de execuţie - se referă la structurile şi procesele de bază dinfirma considerată (producţie, comercializare, etc.).- flexibilitatea de bază - aparţine structurilor şi proceselor ce desfăşoarătransformările definitorii ale firmei considerate (proiectare, prelucrare,

asamblare, control, transport, etc.).

Din punct de vedere structural, flexibilitatea de bază este decompozabilăconform figurii 3.2.

- Flexibilitatea colaterală - aparţine structurilor şi proceselor ce desfăşoarătransformările specifice asigurării resurselor firmei (întreţinere-reparare utilaje şiclădiri, logistică pentru subsistemele de bază ale firmei, asigurare resurse umane,etc.).

Astăzi, flexibilitatea înseamnă a fabrica produse la preţ de piaţă în modrezonabil, de o înaltă calitate şi care pot fi livrate în scurt timp clienţilor.

Abordările diferite ale flexibilităţii şi semnificaţiile sale sunt prezentate întabelul 3.1.

Tabelul 3.1. Nr. crt. Abordare Semnificaţia flexibilităţii

- Capacitatea de a produce diferite părţi fără reutilare

Figura 3.2. Structura flexibilităţii de bază.

FLEXIBILITATEA DE BAZĂ

Flexibilitateamaşinii

Flexibilitateamanipulăriimaterialelor

Flexibilitateaoperaţiei



1 Fabricaţie

majoră;- O măsură a vitezei prin care compania îşi schimbă

procesul/procesele, de la fabricarea pe o linie veche aunui produs la fabricarea de noi produse ;- Abilitatea de a schimba un plan de fabricaţie, de amodifica o parte sau de a manipula părţi multiple aleacestuia.

2 Operaţional - Abilitatea de a produce eficient produse uniceextrem de personalizate.

3 Client - Abilitatea de a exploata dimensiuni variate alevitezei de livrare.

4 Strategic - Abilitatea unei companii de a oferi o varietate largăde produse clienţilor săi.

5 Capacitate

- Abilitatea de a creşte sau de a scădea rapid nivelurile

de producţie sau de a comuta rapid capacitatea de laun produs sau serviciu la altul.

3.2.2. Competitivitatea echipamentelor de fabricaţie

La mijlocul anilor ’60, competiţia de piaţă a devenit mult mai intensă.Între anii 1960 şi 1970 principala grijă a fost costul . Cum piaţa a devenit din

ce în ce mai complexă, viteza de livrare a produselor a devenit o altă necesitate a

clienţilor .A fost formulată o nouă strategie: competitivitatea.Companiile trebuiau să se adapteze la mediul în care funcţionau, să fie mai

flexibile în operaţiile lor şi să satisfacă segmente de piaţă diferite.Astfel inovaţia SFF (sistem flexibil de fabricaţie) a fost pusă în legătură cu

efortul de a câştiga avantajul competitiv.În primul rând, SFF este o tehnologie de fabricaţie.În al doilea rând, SFF este o filosofie. Sistem este cuvântul cheie. Filosofia

SFF încorporează o vedere a sistemului de fabricaţie.Principalul cuvânt al fabricanţilor din ziua de azi este agilitate.

Un fabricant agil este cel care ajunge primul la piaţă, operează cu cel maiscăzut cost total şi are cea mai mare abilitate de a-şi încânta clienţii.

SFF este pur şi simplu una din modalităţile prin care fabricanţii reuşesc săobţină această agilitate.

Un studiu asupra competitivităţii a demonstrat că companiile americanecheltuiesc de două ori mai mult pe inovaţia produsului decât pe inovaţia procesului.Germanii şi japonezii fac exact contrariul.



Studiind SFF noi trebuie să reţinem ce a spus Peter Drucker : “Trebuie sădevenim directori de tehnologie, nu doar utilizatori de tehnologie”.

Din moment ce SFF este o tehnologie bine adaptată la nevoile mediului,trebuie să o conducem cu succes.

Progresele recente în domeniul cuantificării competitivităţii permit iniţiereade noi cercetări în acest domeniu, canalizate pe 3 segmente:

- Competitivitatea intreprinderii;- Competitivitatea afacerii;- Competitivitatea sortimentului.a) - Competitivitatea intreprinderii ( K I ) este aptitudinea intreprinderii

de a desfăşura cu succes concurenţa prin majoritatea afacerilor într-o piaţă/segmentde piaţă/nişă de piaţă pe termen mediu (cca. l an) şi lung (peste 2 ani).

Competitivitatea intreprinderii poate fi cuantificată riguros prin nivelulrelativ al calităţii totale a intreprinderii, având ca bază de comparaţie liderul din

piaţă/segmentul de piaţă/nişa de piaţă considerată. Liderul este competitorul caredeţine cea mai mare cotă de piaţă, cca. 40%.b) - Competitivitatea afacerii ( K A) este aptitudinea firmei de a desfăşura

cu succes concurenţa prin afacerea considerată într-o piaţă/segment de piaţă/ nişăde piaţă, pe durata unuia sau mai multor contracte încheiate cu clienţii.

Competitivitatea afacerii poate fi cuantificată riguros prin nivelul relativ alcalităţii totale a subsistemelor intreprinderii implicate în desfăşurarea afaceriirespective, având ca bază de comparaţie liderul din piaţa/segmentul de piaţă/ nişade piaţă considerată.

c) - Competitivitatea sortimentului ( K si ) este definită concentrat deraportul:

ei

gi si N

N K = (3.1)

unde: gi N este nivelul calităţii globale;ei N este nivelul calităţii economice.

Dacă acest raport nu poate fi cunoscut exact, atunci competitivitateasortimentului este definită prin preţul de vânzare vi P al sortimentului considerat în

piaţă/segment de piaţă/nişa de piaţă analizată.Trebuie menţionat faptul că nivelul calităţii totale i N dat de relaţia:

ei gii N N N + (3.2)este în strânsă corelaţie cu gradul de noutate al produsului/serviciului ni G , specificfiecărei generaţii g a sortimentului i .

Existenţa celor trei niveluri de măsurare a competitivităţii şi a capacităţiiconcurenţiale necesită precizări suplimentare privind componenţa k C şi ef K lanivel de intreprindere, afacere, sortiment (tabelul 3.2).



tabelul 3.2

SimbolNivel

PerformanteIntreprindere Afacere Sortiment

CK Capacitate

concurenţială

CKF CKA CKi

K V Varieţaţe

{ }i i = i, 2,..., p i = l, 2,...,a i

cai T pt. sortimente pt. sortiment pt. sortiment

K Q

Calitate

a producţiei şivânzării, pentruloturi

a producţiei sivânzării, pentrulot

asortimentului

gi N

KcCapa-citate

i Q rF Q rAQ i Q

cpvi T pentru loturi pentru lot pt. sortimentKp

Preţuri - - vi P

Kco Costuri cF C cAC i C

K L Lichiditate L

- -

K E Eficienţă

economică

indicatori pt.intreprindere

indicatori pt.afacere

indicatori pt.sortiment

În tabelul 3.2 se detaliază:• C KF, C KA, C Ki - capacitatea concurenţială având sfere de

referinţă mult diferenţiate;• K V - competitivitatea sub aspectul varietăţii sortimentaţiei

oferite, i fiind indicele pentru sortimentaţie, iar cai T , [luni/sortiment] fiind durataciclului de asimilare a sortimentului i ;

• K Q - competitivitatea sub aspectul calităţii;• Kc - competitivitatea sub aspectul capacităţilor de execuţie,

i Q [buc..../ u.t.p.] fiind cantităţile posibile de produs/vândut, iar cpvi T [zile/lot]fiind duratele ciclurilor de producţie şi vânzare;

• Kp - competitivitatea sub aspectul preţurilor de vânzare;• Kco - competitivitatea sub aspectul costurilor;• K L - competitivitatea sub aspectul lichidităţii;



• K E - competitivitatea sub aspectul eficienţei economice.

Observaţii:- Din analiza componentelor competitivităţii (tabelul 3.2) rezultă că

mezomediul economic impune la nivel de entitate considerată(intrprindere I / afacere A / sortiment i ) competitivităţile parţiale K Q, K P , K L, pentru ca succesul vânzării să fie asigurat.

- Succesul vânzării în piaţă este asigurat, printre altele, de flexibilitateaglobală F G , care determină în mare măsură competitivităţile K v şi K C .Evident, optimizarea flexibilităţii globale F G se face după criteriile costuri(→ min) şi/sau eficienţă economică ( → max) într-o anumită piaţă/segmentde piaţă/nişă de piaţă.

- Indiferent de modalitatea de măsurare [3], flexibilitatea nu reprezintă unscop în sine, iar nivelul impus pentru K C depinde, în ultimă instanţă, de

nivelul competiţiei (raport cerere/ofertă) în piaţă/segment de piaţă/ nişă de piaţă considerate.

- Cu cât nivelul competiţiei este mai ridicat, cu atât flexibilitatea F G trebuiesă fie mai înaltă.

- Pe baza definirii conceptuale riguroase, intercorelate a competitivităţii şi aflexibilităţii, se poate dezvolta o modalitate nouă de măsurare aflexibilităţii, corelată cu măsurarea competitivităţii, mult mai utilă în

practica intreprinderilor de producţie şi de comercializare.

3.2.3. Modalităţi de realizare a flexibilităţii unui sistem defabricaţie.

Există diferite modalităţi de realizare a flexibilităţii unui sistem de fa-bricaţie. În figura 3.3 sunt ilustrate, pe un exemplu simplu, trei astfel de moda-lităţi: prin reglare, prin comutare şi prin modulare.

În figura 3.3. a, trebuie realizată presarea şi nituirea simultană a două nituri pentru mai multe ansamble la care diferă distanţa dintre axe. În acest cazflexibilitatea se realizează prin reglare, potrivind în mod corespunzător distanţa Ldintre cele două capete de nituire.

În figura 3.3. b, de la un ansamblu la altul, diferă forma capului şurubului. Înacest caz flexibilitatea se poate realiza prin comutarea turelei în care sunt fixatemai multe maşini de înşurubat cu diferite capete de antrenare.

În fine, în figura 3.3.c, trebuie realizată asamblarea prin înşurubare simultanăa unor capace la care diferă atât numărul şuruburilor, cât şi poziţiile lor.Flexibilitatea se asigură prin modulare. Pentru o piesă sau alta se introduce însistem modulul de înşurubare (scula multiplă) corespunzătoare numărului şi



poziţiei şuruburilor respective, celelalte elemente ale sistemului (de exemplumecanismele de suspensie ale sculei) rămânând neschimbate. Această a treia calede obţinere a flexibilităţii oferă largi perspective de aplicare în viitor, pe măsuracreării familiilor de module necesare compunerii sistemelor de fabricaţie.

3.3. Definiţia şi clasificarea sistemelor flexibile de fabricaţie

3.3.1. Definiţia sistemului flexibil de fabricaţiePentru executarea repetată a unei sarcini şi pentru adaptarea unui echipament

tehnologic la mai multe sarcini de producţie, nivelul de automatizare al acestuiaeste mai înalt, cu cât prezintă mai puţină dependenţă faţă de operatorul uman. Se

poate spune astfel că echipamentul tehnologic este mai flexibil, iar flexibilitateaconstituie o caracteristică a sistemelor de fabricaţie.



Figura 3.3. Modalităţi de realizare a flexibilităţii unui sistem de fabricaţie.



Prin producţie se înţelege activitatea prin care se depune, se transferă valoarede întrebuinţare sau se conferă utilitate unor bunuri sau servicii.

Fabricaţia are un caracter mai restrictiv fiind orientată mai mult spre obiectdecât spre servicii şi urmărind, printr-un proces transformativ, generarea unor forme, a unor configuraţii materiale.



Sistemul de fabricaţie bazat pe automatizare flexibilă este numit generic sistem flexibil de fabricaţie ( SFF ). Dacă acesta efectuează, în principal, un anumittip de activitate tehnologică atributul fabricaţie se înlocuieşte cu cel specific: sistemflexibil de asamblare, sistem flexibil de sudare, sistem flexibil de prelucrare prinaşchiere etc.

Dacă în sistemul flexibil se aplică mai multe procedee de fabricaţie, ca deexemplu combinaţii între cele de obţinere a formei, de modificare a proprietăţilor fizice şi chimice, de asamblare, acesta este denumit sintetic sistem flexibil defabricaţie

Sistemul flexibil de fabricaţie se defineşte ca fiind o unitate funcţionalăintegrată, autoreglabilă, având capacitatea de a transforma automat orice produsaparţinând unei familii specifice.

În particular, sistemul flexibil de fabricaţie este o unitate funcţionalăintegrată prin calculator, formată din maşini unelte cu comandă automată,

instalaţii automate de manipulare a semifabricatelor, sculelor, dispozitivelor,echipamente automatizate de măsurare şi testare, care în condiţii de intervenţiemanuală minimă se poate autoregla şi poate prelucra orice produs aparţinând unei familii specifice, în limitele unei capacităţi şi a unui program (algoritm) de

fabricaţie prestabilite.

3.3.2. Clasificarea generală a sistemelor flexibile de fabricaţie

În general, sistemele flexibile de fabricaţie se clasifică ţinând cont de maimulte aspecte:

1. Din punct de vedere al destinaţiei , sistemele flexibile de fabricaţie pot fi:- sisteme automatizate de cercetări ştiinţifice;- sisteme automate de proiectare constructivă;- sisteme automate de pregătire tehnologică a producţiei;- sisteme automate de conducere a fabricaţiei;- sisteme automate de prelucrare;- sisteme automate de transport şi depozitare;- sisteme automate de alimentare cu SDV-uri;- sisteme automate de măsurare şi control;

- sisteme automate de evacuare a aşchiilor.2. Din punct de vedere al procesului tehnologic predominant de obţinere a formei :

- sisteme flexibile de prelucrare prin aşchiere (strunjire, frezare,găurire, rectificare etc.);

- sisteme flexibile de prelucrare prin turnare;



- sisteme flexibile de prelucrare prin deformare plastică (matriţare,ambutisare, ştanţare, decupare);

- sisteme flexibile de prelucrare prin procedee neconvenţionale (laser, plasmă, electroeroziune, ultrasunete, electrochimie).3. Tipul piesei de prelucrat. Din acest punct de vedere se disting sisteme

flexibile destinate prelucrării pieselor prismatice, de rotaţie, tip placă.4. Traseul sistemului de transfer. În conformitate cu acest criteriu,

dispunerea unităţilor de lucru poate fi liniară, circulară sau mixtă.5. Nivelul de automatizare. Acesta evidenţiază existenţa sistemelor

flexibile:- parţial automatizate, care conţin staţii de lucru deservite de

operatori umani;- automatizate, cu pregătire exterioară a reechipării de către operatorii

umani;

- automatizate, care necesită operatori umani în proces numai pentru supraveghere de avarie şi reanclanşarea rezervei de către operatoriumani;

- automatizate, care necesită implicarea factorului uman numai în afara procesului, pentru programarea şi întreţinerea planificată.Se face precizarea că în primele trei cazuri factorul uman intervine şi în

operaţiile de programare şi întreţinere.6. Ordinea de fabricare:

- sistem random, conceput pentru tratarea aleatorie a semifabricatelor;- sistem în grup, conceput pentru tratarea în grupuri a semifabricatelor.

7. Gradul de varietate al pieselor şi subansamblurilor:- sisteme care prelucrează o varietate mare de piese, în loturi mici

de producţie;- sisteme care prelucrează o varietate medie de piese, în loturi medii

de producţie;- sisteme care prelucrează o varietate mică de piese, în loturi mari de

producţie.8. Gradul de închidere a procesului:

- sisteme care permit închiderea procesului de fabricaţie pentru sarcina

dată;- sisteme care realizează numai o parte a procesului de fabricaţie

pentru o sarcină dată.9. Sistemul de concepţie:

- sistem la temă;



- sistem modular, proiectat în aşa fel încât să permită o extindereetapizată, prin completarea sau multiplicarea unui modul de bază, reprezentatde regulă de celula flexibilă de prelucrare.

3.3.3. Niveluri de flexibilitate

Există 3 niveluri de flexibilitate ale fabricaţiei:a) - flexibilitatea de bază;

b) - sistemele flexibile;c) - componentele flexibile.Fiecare din aceste 3 niveluri se caracterizează prin mai multe

subniveluri, astfel:a) - flexibilitatea de bază are ca subniveluri:

- flexibilitatea maşinii - uşurinţa cu care o maşină poate

procesa diferite operaţii;- Flexibilitatea manipulării materialelor – o măsură auşurinţei cu care tipuri diferite de „părţi” pot fi transportateşi poziţionate corect în diferite maşini unelte din sistem;(prin „părţi” a se înţelege repere, piese, subansambluri).

- Flexibilitatea operaţiei – o măsură a uşurinţei cu care„secvenţe alternative de operaţii” pot fi folosite pentru

procesarea unor tipuri de părţi.b) - sistemele flexibile au ca subniveluri:

- flexibilitatea de volum – o măsură a capabilităţii sistemuluide a funcţiona profitabil la volume diferite ale tipurilor părţiiexistente;

- flexibilitatea de expansiune – abilitatea de a crea un sistem şide a-l extinde treptat;

- flexibilitatea rutelor – o măsură a căilor alternative prin careun fragment poate efectiv să urmeze întocmai un sistem

pentru un plan de proces dat;- flexibilitatea procesului – o măsură a volumului de tipuri de

părţi ce pot fi produse de sistem fără a provoca instalări noi;

- Flexibilitatea produsului - volumul de tipuri de părţi ce potfi produse de sistem cu instalări minore.

c) - componentele flexibile au ca subniveluri:- flexibilitatea programului – abilitatea sistemului de a

funcţiona pe perioade destul de lungi fără intervenţii externe;



- flexibilitatea producţiei – volumul de tipuri de părţi pe careun sistem îl poate produce fără investiţii majore înechipamentul capital;

- flexibilitatea pieţei – abilitatea unui sistem de a se adaptaeficient la condiţiile de piaţă în schimbare.

3.3.4. Abordarea sistemică a sistemelor flexibile de fabricaţie

Aşa cum am afirmat în subcapitolul 2.3.3, orice sistem de fabricaţie, deci şisistemele flexibile pot fi analizate prin prisma a trei aspecte esenţiale: aspectulfuncţional, structural şi ierarhic.

• - Aspectul funcţional descrie sistemul într-o formulă cauzală, însensul dependenţei ieşirilor din sistem de intrările în sistem, (figura 2.3). Însistemele de fabricaţie acest aspect reprezintă viziunea tehnologică, adică sistemul

este o structură dinamică care trebuie să transforme semifabricatele în produsefinite materializând anumite procedee tehnologice.

Aspectul funcţional este asigurat de o structură transformatoare, dinamică(dependentă de timp) a vectorului mărimilor de intrare u în vectorul de ieşire y ,conform relaţiei (2.1).

Intrările u sunt: fluxurile de materiale, energie, informaţii şi forţă de muncă,iar ieşirile y sunt: produsul, energia şi materialele disipate [14]. Simbolul T defineşte operatorul de transformare, exprimând dependenţa funcţională uT y = .

• - Aspectul structural urmăreşte componenţa sistemului şi relaţiile

dintre elementele sale. În sistemele flexibile de fabricaţie acest aspect asimilează preocupările constructive, adică proiectarea echipamentelor din care sunt compusesistemele şi crearea posibilităţilor de interconectare a acestora.

Aspectul structural urmăreşte ansamblul legăturilor ordonate dintreelementele sistemului. Cutia neagră (black box) a funcţiei transformatoare asistemului flexibil de fabricaţie este dezvăluită de analiza structurală care identificărelaţiile operaţionale între componentele sistemului.

În general un sistem flexibil de fabricaţie este caracterizat de o funcţiune principală şi mai multe funcţiuni parţiale, care concură la realizarea primei. Dupăcum s-a afirmat mai sus, funcţiunea principală a sistemului este cea

transformatoare.Anumite componente structurale, care se constituie în subsisteme, se găsesc

în toate sistemele flexibile de fabricaţie fiind, în consecinţă, numite invarianţi ai structurii transformatoare. Aceşti invarianţi sunt:

- subsistemul tehnologic sau de lucru;- subsistemul logistic;- subsistemul de control;



- subsistemul de comandă;- subsistemul energetic.a) - subsistemul tehnologic mai poartă denumirea de subsistem de lucru sau

de prelucrare, iar în cadrul acestuia se efectuează operaţiile tehnologice propriu

zise; b) - subsistemul logistic (de manipulare, transfer şi depozitare), asigură

transferul, orientarea, poziţionarea şi depozitarea pieselor pe tot parcursulfabricaţiei;

c) - subsistemul control , efectuează verificarea calităţii de execuţie aoperaţiilor tehnologice;

Figura 3.4. Structura unui sistem flexibil de fabricaţie.

Subsistemul de comandă

Subsistemullogistic

Subsistemultehnologic

Subsistemulde control

Subsistemulenergetic

M

Mi

Im,t,d It If Imod

E E E

- fluxul material -fluxul informaţional;-fluxul energetic.

E - energie; M - material; Mi - material cu informaţie imprimată.

Im,t,d - informaţii pentru manipulare, transfer, depozitare;

It - informaţii tehnologice; If - informaţii de formă; Imod - informaţii demodelare.



d) - subsistemul de comandă, asigură succesiunea corectă a operaţiilor încadrul sistemului de fabricaţie;

e) - subsistemul energetic asigură energia necesară funcţionării tuturor subsistemelor structurii transformatoare.

Structura, (figura 3.4) se referă la configuraţie şi la proces. Structuraconfiguraţiei are ca obiect subsistemele, elementele constituente şi relaţiile lor spaţiale. Structura procesului exprimă dependenţa de timp a funcţiunilor, asubsistemelor. Deci se definesc două tipuri de relaţii caracteristice:

- relaţii funcţionale ;- relaţii spaţial-temporale.În cazul sistemelor flexibile de fabricaţie relaţiile funcţionale sunt

integrate în structura sistemului, iar relaţiile spaţial-temporale sunt planul de lucru(modul de alocare a resurselor) şi ordonanţarea (planificarea în timp a activităţilor).

• Aspectul ierarhic al sistemului flexibil de fabricaţie pune în

operă însăşi flexibilitatea sistemului deoarece prin ataşarea unor noi subsisteme lasistemul considerat, aceasta va include din ce în ce mai multe aptitudini de

prelucrare, situaţie, care în revers, presupune un efort economic tot mai mare pentruconstrucţia sistemului.

Aspectul ierarhic este relevant dacă sistemul este decompozabil, adică dacăsubsistemele sau componentele sale pot fi examinate relativ independent, într-o

primă aproximaţie legăturile fiind neglijate. Deci, o grupare funcţională deelemente se consideră subsistem dacă, prin eliminarea ei, sistemul integral nu-şimai poate manifesta funcţiunea de definiţie. La un nivel dat al detalierii unui sistem

toate subsistemele au aceeaşi importanţă (pondere) în definireasistemului/subsistemului de ordin superior.Ierarhia există în virtutea faptului că sistemele de nivel inferior sunt părţi

componente ale celor de nivel superior.Deci, un sistem ierarhic este format din subsisteme, care la rândul lor se pot

ierarhiza în adâncime până la obţinerea unor subsisteme considerate elementare.Sistemele flexibile de fabricaţie sunt decompozabile şi ierarhizate uzual pe 3

- 5 niveluri de complexitate:- sistem flexibil de fabricaţie de ordinul 1;- sistem flexibil de fabricaţie de ordinul 2;

- sistem flexibil de fabricaţie de ordinul 3;- sistem flexibil de fabricaţie de ordinul 4;- sistem flexibil de fabricaţie de ordinul 5.Terminologia este relativ diversă şi contradictorie în diverse lucrări de

specialitate. În lucrare s-a adoptat terminologia utilizată de Comisia Economică aONU şi preluată din lucrarea [60].



a) - Sistemul flexibil de fabricaţie de ordinul 1, este numit unitate flexibilăde fabricaţie (UFF ).

Unitatea flexibilă de fabricaţie este formată dintr-un post de lucru PL cu posibilităţi de modificare rapidă a programului de fabricare automată, din sistemeautomate de manipulare SAM a semifabricatelor, sculelor etc., din depozite de

stocare a SDV-urilor , DS care îi permit o funcţionare neasistată uman.În figura 3.5 se prezintă o unitate flexibilă de fabricaţie de ordinul 1,

destinată frezării şi centruirii capetelor de arbori. Aceasta este formată din maşina

unealtă de frezare şi centruire cu conducere numerică 1, din depozitul 3 de stocarea semifabricatelor neprelucrate şi semifabricatelor prelucrate în UFF , ambele

paletizate. Transferul scurt al paletelor între depozit şi zona de operare a robotului portal dublu 2 este realizat de sistemul de transfer scurt şi acumulare 4.

Prin intermediul robotului portal dublu 2 se efectuează mişcările de transfer scurt şi alimentare cu semifabricate individuale şi cu scule. În depozitul 5, de tipmagazin, se stochează burghiele de centruire instalate în portscule.

b) - Sistemul flexibil de fabricaţie de ordinul 2, este denumit celulăflexibilă de fabricaţie (CFF ).

Dacă în sistem se efectuează în principal prelucrări mecanice, celula flexibilăde fabricaţie este formată din cel puţin două posturi de lucru PL conectate spaţialşi temporal, restul componentelor nediferind calitativ de cele enumerate anterior.

Din punctul de vedere a diversităţii posturilor de lucru PL, celulele flexibilede fabricaţie se împart în trei categorii:

Figura 3.5. Unitate flexibilă de fabricaţie de ordinul 1.



1. Celule flexibile de fabricaţie formate din posturi de lucru PL identice,care se pot substitui reciproc. De obicei acestea au posibilităţi funcţionale multiple(centre de prelucrare) şi sunt destinate să lucreze în paralel ; din acest motiv

celulele flexibile de fabricaţie deacest tip se mai numesc sincronice[60].

2. Celule flexibile de fabricaţie cu posturi de lucru PL diferite, care secompletează reciproc. Acestea au posibilităţi individuale funcţionale relativ reduse,fapt ce impune parcurgerea lor succesivă de către un semifabricat.

Deoarece posturile de lucru PL sunt înseriate, aceste celule flexibile defabricaţie se numesc diacronice, în sensul că un semifabricat trece, succesiv întimp, pe la fiecare post de lucru PL.

3. Celule flexibile de fabricaţie care conţin grupuri de posturi de lucru PLsincronice combinate cu altele diacronice ; în acest caz, posturile de lucru PL suntconectate mixt.

Figura 3.6. Celulă flexibilă de prelucrare cu două posturi de lucru.



Celula flexibilă din figura 3.6 este destinată strunjirii şi frezării unor semifabricate care sunt manipulate în interiorul sistemului prin intermediul unor

palete-dispozitiv de lucru.

Sistemul de prelucrare este compus din strungul cu CNC 1, deservit derobotul portal 2 şi maşina de frezat cu CNC 3. Maşina de frezat cu CNC 3 estedeservită de robotul 4. Robotul portal 2, alimentează cu semifabricate strunjite

paleta-dispozitiv de lucru 5 care glisează pe transportorul liniar 6 .Celula flexibilă de fabricaţie din figura 3.7 este destinată aşchierii unor

carcase care sunt manipulate în interiorul sistemului tot prin intermediul unor palete-dispozitiv de lucru.

Sistemul de prelucrare este compus din două centre de prelucrare orizontale,identice. Semifabricatele sunt paletizate/depaletizate manual, la postul de pregătire11. Manipulatorul portal dublu 7 efectuează schimbul de scule între magazinul 8 şimagazinele 6 integrate centrelor de prelucrare 5.

Prin robocarul 10 paletele-dispozitiv de lucru 3 sunt transferate întredepozitul tampon 2 şi schimbătoarele automate de palete 4.Celula flexibilă de fabricaţie din figura 3.8 este formată din patru unităţi

flexibile de fabricaţie. Fiecare unitate este compusă din câte un strung cu comandănumerică 6 , câte un manipulator tip portal simplu 7 , câte un magazin de palete detransfer 5. În interiorul unităţi flexibile de fabricaţie se efectuează manipulăriindividuale de semifabricate.

Figura 3.7. Celulă flexibilă de prelucrare cu două centre de prelucrare identice.



În exteriorul unităţi flexibile de fabricaţie acestea se manipulează în grup.Paletele de transfer sunt transferate între unităţile flexibile de fabricaţie şi depozitul1 de către robocarul 9. Robocarul 2 şi masa rotativă 4 sunt componentele prin carese efectuează transferurile de palete în zona depozitului central al celulei flexibilede fabricaţie.

c) - Sistemul flexibil de fabricaţie de ordinul 3, este numit sistem flexibilde fabricaţie (SFF), dacă operaţiile efectuate sunt preponderent de fabricaţie. În

general sistemele flexibile de fabricaţie au o structură mult mai complexă decâtcelulele flexibile de fabricaţie, fiind de cele mai multe ori formate din unităţiflexibile de fabricaţie, centre flexibile de prelucrare, posturi de lucru individualeinterconectate prin sisteme de transfer lung (de obicei robocare). În componenţa lor mai intră depozite centrale de SDV-uri integrate informaţional (figura 3.9). Ocaracteristică esenţială a sistemelor flexibile de fabricaţie este prelucrarea completăa semifabricatelor.

Sistemul flexibil de fabricaţie prezentat în figura 3.9 se compune dinurmătoarele module:A - două centre de prelucrare CPFH 500-3, alcătuite fiecare dintr-un batiu pe carese deplasează sania. Pe sanie se deplasează masa transversală, pe care este montatămasa rotativă. Pe batiu este montat rigid montantul, pe ghidajele căruia sedeplasează capul de prelucrare.

Figura 3.8. Celulă flexibilă de prelucrare cu patru unităţi flexibile defabricaţie identice.



În exteriorul unităţi flexibile de fabricaţie acestea se manipulează în grup.Paletele de transfer sunt transferate între unităţile flexibile de fabricaţie şi depozitul1 de către robocarul 9. Robocarul 2 şi masa rotativă 4 sunt componentele prin carese efectuează transferurile de palete în zona depozitului central al celulei flexibilede fabricaţie.

Măsurarea deplasărilor se realizează cu traductoare rotative şi liniare.Ghidajele direcţionale sunt prevăzute cu elemente cu role prestrânse, iar ghidajele

portante sunt placate cu materiale antifricţiune.

Un panou hidraulic cu instalaţie de termostare a uleiului asigură atâtlubrefierea rulmenţilor ce lăgăruiesc axul principal şi lagărele şuruburilor cu bilecât şi lubrefierea angrenajelor cutiei de viteze a capului de lucru.B - un robocar, care asigură transportul şi schimbarea automată a paletelor port-

piesă. Mişcările necesare (ridicare, translare paletă, rotire şi translare robocar) suntobţinute prin motoare de curent continuu şi sunt controlate prin microântrerupători.

Figura 3.9. Schema structurală a unui sistem flexibil de fabricaţie de ordinul 3.

A-centre de prelucrare CPFH 500-3; B-robocar manipulare piese; C-posturi de stocare;D-post de încărcare-descărcare; E-magazine-modul de scule, tip celulă; F-manipulator de

scule; G-manipulator transfer scule; H-cameră de pregătire a sculelor; I-post pentru bazarea pieselor pe paletă; J-post de supervizare; K -unitate

centrală de calcul şi comandă; L-cameră de întreţinere.



C - 9 posturi de stocare a paletelor port-piesă, care formează un magazin de palete.D - un post de încărcare-descărcare, care este prevăzut cu un sistem de rotire,frânare şi indexare a paletei în scopul prinderii piesei.E - 5 magazine-modul de scule tip celulă, dispuse în linie, locaşurile sculelor fiind

programate în coordonate carteziene. Fiecare magazin are posibilitatea stocării a 48de scule cu diametrul maxim de 160 mm şi lungimea maximă de 440 mm.F - un manipulator de scule ce asigură transportul sculelor între magaziile-modul şimecanismul de transfer şi invers. Mişcările necesare executate de manipulatorul descule sunt:

- prinderea-desprinderea şi dezăvorârea/zăvorârea port-sculelor;- rotirea capului robotului cu 900 pentru aducerea port-sculelor de la

magaziile-modul la mâna de transfer;- avansul pe trei axe comandate numeric (X1, Y1, Z1).

G - două mâini de transfer care realizează transportul sculelor între manipulator şi

magazinele centrelor celulelor de prelucrare.H - cameră de pregătire a sculelor.I - post de trasaj piese şi pregătire palete port-piese.J - cameră dispecer.K - cameră calculator.L - cameră întreţinere.Toate aceste module componente ale sistemului flexibil SFP 500-01 suntcoordonate de un calculator central.

d) - Sistemul flexibil de fabricaţie de ordinul 4, este numit fabrica sau

uzina automatizată flexibil. Acest sistem rezultă prin integrarea mai multor

sisteme flexibile de fabricaţie.Demersul cunoaşterii unui sistem flexibil de fabricaţie nu se opreşte la latura

structurală, funcţională şi ierarhică, ci include şi arhitectura sistemului .Arhitectura unui sistem flexibil de fabricaţie este definită ca aparenţă

funcţională din punct de vedere a utilizatorului şi ca fenomenologie a sistemului.Arhitectura unui sistem mecanic reflectă nu numai configuraţia geometrică astructurii mecanice dar şi relaţiile funcţionale, văzute din afara sistemului [44].

Ca urmare, din punct de vedere al teoriei sistemelor, sistemul flexibil de fabricaţie este un sistem cibernetic artificial complex, în care se desfăşoară, în

general, procese dinamice asincrone paralele, orientat ca scop spre transformareaautoreglabilă automată a oricărui produs aparţinând unei familii. Sistemul flexibil de fabricaţie este un sistem discret în care variabilele principale au valori întregi,operând cu materiale sub formă de bucăţi.



3.4. Principii de bază pentru realizarea flexibilităţii sistemelor de fabricaţie

Conferirea caracteristicii de flexibilitate unui sistem de fabricaţie revine laalcătuirea unei structuri variabile adaptabilă variaţiei sarcinilor de fabricaţie,

bazate pe subansambluri modulare şi integrabile funcţional, precum şi peaptitudinea de a fi programată [14].

Pornind de la caracteristicile sistemelor flexibile de fabricaţie, se pot preciza particularităţi pentru proiectarea şi exploatarea acestora.

Există patru principii care determină specificitatea tehnologică a sistemelor flexibile de fabricaţie:

1. Trecerea de la optica de tip modul la optica de tip sistem ;2. Fluctuaţiile, între anumite limite, ale parametrilor fabricaţiei ;3. Necesitatea descrierii sarcinii de producţie variabile ;4. Necesitatea trecerii rapide şi economice a sistemului de fabricaţie de la

fabricaţia unui tip de produs la altul.Primul principiu determină necesitatea abordării fabricaţiei în termeniiteoriei sistemelor. Capătă importanţă acum problemele de fiabilitate, de, interfaţăîntre componentele sistemului şi de comandă corelată a acestora. Proiectareasistemului necesită modelare şi simulare.

Al doilea principiu impune operarea cu mulţimi de repere şi intervale de performanţă. Se utilizează metode statistice şi elemente de calcul probabilistic.

Al treilea principiu presupune utilizarea sistemelor de codificare pentrudescrierea şi apoi identificarea sarcinii de producţie variabilă. Pe această bază serealizează gruparea sarcinii de producţie în raport cu anumite criterii.

Al patrulea principiu pune în primul plan activităţile de pregătire a sistemuluide fabricaţie. Programarea fabricaţiei capătă un rol nou: determină o schimbare destare a sistemului la fiecare schimbare a tipului sarcinii de producţie.

Totodată apar particularităţi ale elementelor ce participă la fabricaţie, încadrul sistemelor flexibile de fabricaţie, şi anume:

- maşinile-unelte trebuie să rezulte din soluţii constructive modulare care permit restructurarea sistemului fără oprirea lui din funcţiune;

- sculele utilizate trebuie să fie cât mai universale;- dispozitivele trebuie să permită prelucrarea dintr-o singură prindere;

- depozitele trebuie să aibă mai mult atribuţiile de punct de tranzit cu posibilităţi de recunoaştere şi selectare a pieselor, decât atribuţii deacumulare şi stocare;

- instalaţiile de transport şi manipulare trebuie să realizeze manipularea uneivarietăţi de repere în orice secvenţă necesară.

3.5. Mijloace de realizare a sistemelor flexibile de fabricaţie



Există conform lucrării [9], două posibilităţi principale de realizare asistemelor flexibile de fabricaţie:

1) - Pe baza utilajelor existente în unitatea de producţie: maşini-unelte cucomandă numerică, depozite mecanizate sau automatizate, calculatoare. Această

posibilitate conduce la cheltuieli reduse, de obicei legate de automatizareasistemelor de transport şi alimentare cu semifabricate şi de adaptarea unuicalculator pentru realizarea funcţiilor de conducere a sistemului flexibil defabricaţie.

2) - Apelând la utilaje noi realizate de firme specializate. În acest cazcheltuielile cresc de circa 3-5 ori, însă în multe cazuri este singura soluţie posibilă,neexistând în unitatea productivă necesarul de utilaje disponibile şi nicicunoştinţele necesare pentru proiectarea celor noi.

În legătură cu organizarea producţiei, gradul de automatizare a proceselor

tehnologice şi caracteristicile constructiv-tehnologice a pieselor prelucrate, sedeosebesc trei grupe tehnologice de sisteme flexibile de fabricaţie:a) - Pentru producţia de serie mijlocie şi serie mică, cu automatizarea

operaţiilor de transport-depozitare. În acest caz piesele, sculele şi dispozitivelenecesare sunt transportate în containere speciale de către sisteme adecvate detransport comandate de calculator. Reglarea maşinilor pentru prelucrarea unei noi

piese şi schimbarea pieselor prelucrate se execută de către operator.Se utilizează în structura sistemului maşini-unelte cu comandă numerică, dar

şi maşini universale sau specializate fără comandă numerică şi chiar fărăautomatizarea alimentării cu piese sau scule.

b) - Pentru prelucrarea unor grupe mici de piese asemănătoare constructiv.În acest caz piesele se prelucrează în aceeaşi succesiune tehnologică sau cu micideosebiri. Succesiunea tehnologică unică permite specializarea utilajelor peoperaţii sau tipuri de suprafeţe prelucrate, ceea ce creează avantaje pentruutilizarea eficientă a maşinilor-unelte cu comandă numerică.

Se pot utiliza însă şi maşini-unelte agregat cu comandă numerică, cu maimulte axe.

c) - Pentru prelucrarea unor piese diferite în serie mică. În acest cazsistemele tehnologice au caracter universal, permit reglaje pentru noi tipuri de piese

fără oprirea producţiei, procesul tehnologic poate continua chiar fără unele utilajece s-au defectat.

Realizarea acestor deziderate depinde în mare măsură de tipul utilajelor folosite şi de succesiunea tehnologică stabilită. Pentru mărirea coeficientului deutilizare (încărcare) se recomandă folosirea unor maşini-unelte cu posibilităţitehnologice largi (centre de prelucrare , figura 3.10).



În raport cu tipurile de piese de fabricat, sistemele flexibile de fabricaţie, (deexemplu) prin aşchiere se împart în trei categorii care definesc tipurile de sistemeflexibile de prelucrare specializate, respectiv maşinile-unelte de bază dincomponenţa acestora şi modul de fixare a piesei pe maşină în vederea prelucrării.

Astfel, pentru piese de tip ax se utilizează strunguri echipate cu vârfuri de prindere a piesei sau cu mandrine şi vârfuri; pentru piese de tip disc se utilizeazăstrunguri cu prinderea piesei în mandrină, iar pentru piese de tip corp se utilizeazăîn principal maşini-unelte din grupa prelucrărilor de alezare-frezare-găurire(maşini-unelte de găurit, alezat, de frezat etc.).

Figura 3.10. Centre de prelucrare verticale şi orizontale ale societăţiiVictor Taichung Machinery din Taiwan.



CAPITOLUL 4

Analiza structural - funcţională a sistemelor flexibile de fabricaţie

4.1. FUNCŢIUNI PARŢIALE ŞI SUBSISTEME

AŞA CUM AM AFIRMAT ÎN SUBCAPITOLUL 3.4.3, ORICESISTEM FLEXIBIL DE FABRICAŢIE, POATE FI ANALIZATE PRINPRISMA A TREI ASPECTE ESENŢIALE: ASPECTUL FUNCŢIONAL,STRUCTURAL ŞI IERARHIC.

REALIZAREA FUNCŢIUNII UNUI SISTEM FLEXIBIL DEFABRICAŢIE, IMPLICĂ REALIZAREA UNUI NUMĂR DE OPERAŢIIDIFERITE, CU FRECVENŢA ŞI SUCCESIUNEA CERUTE DE TIPUL ŞIMĂRIMEA SARCINII DE FABRICAŢIE, DE PROCEDEELETEHNOLOGICE ŞI LOGISTICE APLICATE, PRECUM ŞI DEPROCEDEELE INFORMAŢIONALE NECESARE.

CONFORM LUCRĂRII [14], PENTRU ANALIZA FUNCŢIONALĂ,OPERAŢIILE SUNT CONSIDERATE ÎN GENERAL, FUNCŢIUNI

PARŢIALE , IAR PENTRU O ANUMITĂ FUNCŢIUNE PARŢIALĂCORESPUNDE UN SISTEM PARŢIAL, ( SUBSISTEM ).

DE ASEMENEA, SE DETALIAZĂ NOŢIUNILE FUNCŢIUNE ŞI SUBSISTEM ŞI RAPORTURILE ACESTORA CU STRUCTURASISTEMULUI FLEXIBIL DE FABRICAŢIE CA OBIECT FIZIC.

Totodată trebuie delimitată spaţial noţiunea de subansamblu de noţiunea subsistem, deoarece, un subansamblu sau o grupare de subansambluri nu alcătuieştedin punctul de vedere al analizei funcţionale, întotdeauna, un subsistem.Subansamblul reprezintă întotdeauna grupări de piese şi componente din care sunt



construite maşinile , sistemele logistice de transport şi depozitare, sistemele decontrol, etc.

Se poate afirma că o astfel de coincidenţă reprezintă cazuri rare, regula fiindcă subsistemul este diferit de subansamblu.

În general, imaginea fizică a unui subsistem funcţional este construită din părţi de subansambluri legate între ele prin fluxuri de materiale, energie sauinformaţie, astfel încât de-a lungul întregului sistem să se poată realiza una dinfuncţiunile parţiale ale sistemului.

Înţelegerea acestei abordări se va baza mai mult pe conceptul de structurămatricială, în care coloanele vor reprezenta subansamblurile iar rândurilesubsistemele. Aceasta înseamnă că pentru fiecare subansamblu ce va trebuiconstruit vor trebui astfel alocate operaţiunile încât prin legarea anumitor subansambluri să se obţină un sistem parţial cu o funcţie parţială.

Acest mod de structurare permite optimizarea structurilor plecându-se de la

funcţiunile sistemului şi ajungând la construcţia subansamblurilor şicomponentelor, cu metode permanent orientate spre satisfacerea cerinţelor funcţionale cu minimum de componente fizice.

În conformitate cu principiile gândirii sistemice, fiecare sistem parţialraportat ierarhic la sistemul integral se va afla în poziţia de subsistem. El va avea înfapt această poziţie dacă şi numai dacă va avea aceeaşi importanţă în definireasistemului integral ca toate celelalte: subsisteme de acelaşi rang.

Atunci când prin eliminarea unei grupări, subsistemul integral îşi pierdeidentitatea, respectiv nu mai poate manifesta funcţiunea de definiţie, rezultă cărespectiva grupare constituie un subsistem.

Cum esenţială pentru sistemul flexibil de fabricaţie este aplicarea procedeelor care generează forma, definirea subsistemelor va pleca de la acelesubsisteme unde are loc în mod nemijlocit această transformare, punându-se înevidenţă pe rând subsistemele ajutătoare necesare.

Astfel în cadrul unui sistem flexibil de fabricaţie se pot identificaurmătoarele subsisteme de rang imediat inferior:

- subsistemul tehnologic sau de lucru;- subsistemul logistic sau subsistemul de manipulare, transport, depozitare;- subsistemul energetic;

- subsistemul de comandă ;- subsistemul de control; - subsistemul de reechipare;- subsistemul de întreţinere şi reparare.Fiecare din aceste subsisteme pot avea în componenţă alte subsisteme de

rang inferior. Acestea se deduc din funcţiunile unora dintre subsistemele de maisus.



Exemple: a) - subsistemul logistic se compune din subsistemele de ranginferior:

- subsistemul logistic al obiectului material de prelucrat;- subsistemul logistic al uneltelor şi sculelor;- subsistemul logistic pentru materiale auxiliare.

b) - subsistemul de comandă din subsistemele:- subsistemul pentru coordonarea de ansamblu a procesului de fabricaţie;- subsistemul de comandă a procesului tehnologic.

c) - subsistemul de întreţinere, compus din subsistemele:- subsistemul de control al funcţionării;- subsistemul de întreţinere;- subsistemul de reparare.

4.2. SUBSISTEMUL TEHNOLOGIC

Prin subsistem tehnologic, se defineşte subsistemul care are funcţia de aefectua modificarea proprietăţilor obiectului muncii prin combinarea nemijlocită afluxului de material şi a celui de informaţii cu ajutorul fluxului de energie.

Subsistem tehnologic [14] mai este denumit subsistem delucru, de prelucrare, de transformare a obiectului muncii,staţie de lucru, în care analiza funcţională este orientatăşi după criterii spaţiale.

Elementele subsistemului tehnologic sunt posturile de lucru care au funcţia

amintită mai sus.Funcţie de relaţia dintre subsistemul tehnologic şi fluxul material al

semifabricatelor, posturile de lucru pot fi legate în serie, paralel, mixt şi reţea.Dispunerile spaţiale curente ale posturilor de lucru sunt cele liniare, după o curbăînchisă (circulară) şi combinaţii între acestea (mixt ).

În figura 4.1 se prezintă, legarea şi dispunerea generală a posturilor de lucruîn cadrul subsistemului tehnologic al sistemelor flexibile de fabricaţie.

La limită, un sistem flexibil de fabricaţie poate fi alcătuit dintr-un singur subsistem tehnologic. De regulă, un sistem flexibil de fabricaţie va conţine mai

multe subsisteme tehnologice legate prin subsisteme parţiale de manipulare şidepozitare.Caracteristic pentru subsistemul tehnologic este prezenta cuplului activ

unealtă-piesă, ce se stabileşte în timpul efectuării operaţiilor de lucru. Unealta vaacţiona nemijlocit asupra obiectului muncii, iar asupra uneltei vor acţionanemijlocit informaţiile şi energia.



În acelaşi timp, în cadrul subsistemului informaţia codificată se vatransforma în formă geometrică a piesei ca urmare a unor funcţii parţiale alesubsistemului tehnologic care permit realizarea anumitor mişcări, învingerearezistenţelor de transformare a obiectului muncii, precum şi a celor necesaremişcării dispozitivelor fizice pentru transmiterea informaţiei de formă necesită unlucru mecanic ce va trebui asigurat printr-un subsistem de rang inferior deantrenare.

Astfel, subsistemul tehnologic va cuprinde, ca subsisteme dinamice proprii:- subsistemul mecanic;- subsistemul de antrenare.

Dispuner

e

MODUL DE LEGARE



Cuplul activ se va alcătui numai în momentul şi pe timpul realizării operaţiei,adică atunci când obiectul muncii va fi interogat temporar în subsistemultehnologic.

SUBSISTEMUL MECANIC VA AVEA CA FUNCŢIUNE PARŢIALĂTRANSFORMAREA INFORMAŢIILOR CODIFICATE PRIVIND FORMAÎN LUNGIMI DE TRAIECTORII, POZIŢII ŞI ÎN RELAŢII ÎNTREANUMITE LUNGIMI FOLOSIND PENTRU ACEASTA FLUXUL DEENERGIE. INFORMAŢIILE ASUPRA FORMEI VOR FI PRIMITE DE LAUN SUBSISTEM DE COMANDĂ. FLUXUL DE ENERGIE VA FI OBŢINUTDE LA UN SUBSISTEM DE ANTRENARE. POZIŢIILE, TRAIECTORIILE

Serie Paralel Mixt Reţea

Liniară

Circulară

În stea Circulară Sectoarecirculare

Mixtă

Liniară-stea Liniară-circulară

Liniară-sector circular

Figura 4.1. Legarea şi dispunerea generală a posturilor de lucru în cadrul subsistemuluitehnologic.



ŞI VITEZELE (REGIMURILOR) REALIZATE DE CĂTRESUBSISTEMUL MECANIC SE TRANSMIT CUPLULUI ACTIV ÎNACELAŞI TIMP. INFORMAŢIILE ASUPRA POZIŢIEI ŞITRAIECTORIILOR REALIZATE SUNT TRANSMISE, CA REACŢIE,SISTEMULUI DE COMANDĂ ASTFEL ÎNCÂT SĂ SE POATĂ STABILI,CIRCUITUL DE REGLARE.

Subsistemul de antrenare are ca funcţiune parţială transformarea fluxului deenergie în baza unor informaţii tehnologice, astfel încât ieşirea sa să fie constituitădin energie mecanică cu caracteristici definite.

Cu toate că subsistemul de antrenare livrează în special energia mecanicănecesară subsistemului tehnologic, respectiv cuplului activ, el va alimenta şicelelalte subsisteme, cum ar fi cel mecanic şi chiar subsisteme de rang superior,respectiv rang egal cu cel al subsistemului tehnologic, cum ar fi subsistemullogistic. Astfel, subsistemul de antrenare va avea mai multe ieşiri.



În figura 4.2 se prezintă structura generală a unui subsistem tehnologic. Înaceastă figură se reprezintă înlănţuirea componentelor subsistemului tehnologicnumai prin fluxurile do energie şi informaţii. Acestea sunt fluxurile structural

invariante cuprinse în subsistemul tehnologic, spre deosebire de fluxul de piesecare se instalează numai în timpul efectuării unei anumite sarcini de producţie.

În general, în înţelegerea funcţional-structurală va trebui făcută deosebireadintre structura permanentă a unui sistem şi configuraţia sa temporară, pe care acestsistem o are pe durata executării unei anumite misiuni.

De o deosebită importanţă sunt numărul, dispunerea şi diversitatea posibilităţilor de lucru ale subsistemelor tehnologice în cadrul sistemelor flexibilede fabricaţie. Privind dispunerea subsistemelor tehnologice, acestea pot fi studiate înfuncţie de:

- numărul subsistemelor tehnologice;- de relaţia dintre subsistemul de lucru şi fluxul de obiecte de prelucrat;

Figura 4.2. Structura generală a unui subsistem tehnologic.



- cerinţele pentru dispunerea spaţială. Cercetarea dispunerii ne oferă modele pentru legarea, respectiv structurarea

spaţială a sistemelor flexibile de fabricaţie.Alegerea unui anumit model va depinde de:- factori exteriori structurii; - caracteristicile ieşirilor sistemului flexibil de fabricaţie;- cerinţele derivate din legităţile eficienţei combinării factorilor de

producţie.Pentru o anumită ieşire cantitativă şi pentru anumite sisteme tehnologice

univoc definite, sub raportul procedeelor de transformare, există mai multe posibilităţi de înlănţuire şi dispunere a subsistemelor tehnologice, dar numai unul(sau un număr limitat) corespunde maximal cerinţelor de eficienţă.

La fel ca şi posturile de lucru, subsistemele tehnologice se pot lega în serie, paralel, mixt şi reţea, (figura 4.1). Dispunerile spaţiale curente ale acestora fiind

cele liniare, după o curbă închisă (circulară) şi combinaţii între acestea (mixt ).În ceea ce priveşte diversitatea posibilităţilor de lucru, subsistemultehnologic trebuie săaibă în vedere oastfel de echiparecare să facă posibilă,

pe de o parterealizarea tuturor transformărilor pecare le necesităgama de piesealocate spre

prelucrare, iar pe dealta înlănţuireasubsistemelor tehnologice, îngeneral prinasigurarea fluxului

pieselor între,

subsisteme.

Figura 4.3. Subsisteme tehnologice care se înlocuiesc reciproc.



Diversitatea posibilităţilor delucru, ca un criteriude analiză calitativstructurală, permiteo clasificare asubsistemelor tehnologice dupăraporturilefuncţionale care se

pot stabili între ele.

Astfel, subsistemele tehnologice pot fi:- subsisteme care se înlocuiesc reciproc (subsisteme similare), figura 4.3;- subsisteme care se completează reciproc, (subsisteme complementare),

figura 4.4.Totuşi, în practică, posibilităţile unor subsisteme tehnologice se suprapun

parţial. Ele nu pot fi definite nici ca subsisteme care se pot înlocui total, nici casubsisteme care se pot completa total. Astfel de subsisteme tehnologice constituie

baza sistemelor flexibile de fabricaţie numite sisteme flexibile de fabricaţiecombinate.

În astfel de sisteme, la limită, se obţine fie o structură de tipul „cu înlocuirereciprocă”, fie cu „completare reciprocă” [14].

Aceste sisteme sunt eficiente mai ales la prelucrarea seriilor mici de piese,deoarece maşinile-unelte care se pot înlocui asigură flexibilitate mărită, în timp cemaşinile-unelte complementare o completează.

Exemplu: În cazul în care o maşină de frezat este suprasolicitată, o parte dinoperaţiile de frezare se transferă centrului de prelucrare din vecinătate.Din punct de vedere al coeficientului de utilizare, în cazul maşinilor ce se

completează, acestea sunt mai bine acoperite decât în cazul celor care se înlocuiescreciproc, deşi acestea din urmă dispun de posibilităţi tehnologice mai mari.

Exemplu: Nu toate piesele ce se prelucrează acoperă întreaga gamă de prelucrări posibil de realizat pe centre de prelucrare.

Figura 4.4. Subsisteme tehnologice care se completează reciproc.



În cazul în care nu se asigură un coeficient de încărcare aproximativ constant pentru fiecare utilaj, în locurile unde, din cauza timpului de prelucrare mare, secreează strangulări, se introduc maşini suplimentare, iar acolo unde timpul de

prelucrare este prea mic, se introduc depozite tampon de piese [9].

4.3. SUBSISTEMUL LOGISTIC

SUBSISTEMUL LOGISTIC AL SISTEMELOR FLEXIBILE DEFABRICAŢIE REALIZEAZĂ FUNCŢIUNEA DE MANIPULARE ÎNSPAŢIU ŞI TIMP A TUTUROR OBIECTELOR MATERIALE NECESAREDESFĂŞURĂRII PROCESULUI DE FABRICAŢIE.

Un subsistem logistic din cadrul unui sistem flexibil de fabricaţie acţioneazăasupra fluxului de materiale cu ajutorul fluxului de energie, modificând parametriiacestui flux corespunzător cu informaţiile primite asupra poziţiilor şi locaţiilor ce

trebuie ocupate la anumite momente de către componentele acestui flux.Dacă subsistemul logistic va fi definit în raport cu fluxul de piese, el vaconstitui un subsistem logistic al piesei de prelucrat fiind un subsistem de ranginferior, al subsistemului logistic al sistemului flexibil de fabricaţie. În mod similar se generează şi subsistemele logistice ale sculelor, şi cel al materialelor auxiliare.

Subsistemul logistic preia ca intrări materiale, informaţii de poziţie şi locaţie,energie mecanică şi predă ca ieşiri materiale către subsistemele tehnologice şimaterie, final transformată către mediu, sub forma pieselor sau produselor finite.

FLUXUL DE MATERIALE ÎNTR-UN SISTEM FLEXIBIL DEFABRICAŢIE ESTE ADUS DINTR-O LOCAŢIE ÎN ALTA PRIN OPERAŢIIDE MANIPULARE , TRANSPORT ŞI DEPOZITARE .

4.3.1. SUBSISTEMUL DE MANIPULARE

Conform lucrării [64], manipularea fiind operaţia de modificare definită sau

de menţinere provizorie a amplasării spaţiale a corpurilor rigide, se poate defini

gradul de orientare G O şi cel de poziţionare G P al unei piese ca fiind numărul

gradelor de libertate specifice cunoscute şi care variază între limitele:

0 3≤ ≤GO , (4.1.)respectiv 0 3≤ ≤G P . (4.2.)

De asemenea, se poate defini starea de ordonare S O a pieselor manipulate ca

fiind numărul total de grade de libertate cunoscute (poziţionare şi orientare) şi se

exprimă prin raportul:



S G

GO

O

P

= (4.3.)

şi variază între limitele:0

0

3

3

≤ ≤S O . (4.4.)

Principalele funcţii de manipulare (figura 4.5.) şi totodată operaţii de

manipulare ale acestui subsistem sunt: înmagazinarea, schimbarea cantităţii,

mişcarea, reţinerea şi controlul.

Înmagazinarea este funcţia care realizează păstrarea unui număr mai mare

de piese de manipulat (a unei formaţii) în vederea utilizării lor ulterioare într-un

spaţiu afectat acestui scop.

Înmagazinarea ca funcţie de manipulare poate să fie:

- înmagazinare ordonată;- înmagazinare parţial ordonată;

- înmagazinare neordonată;

Figura 4.5. Funcţii de manipulare.

Figura 4.6. Moduri de realizare a funcţiei SCHIMBAREA CANTITĂŢII

FUNC II DE MANIPULARE

Înmagazinare Schimbareacantităţii

Mişcarea Reţinerea Controlul

SCHMBAREA CANTITĂ II

Separare Grupare Porţionare Dozare Ramificare

Reunire Sortare



Schimbarea cantităţii este funcţia de manipulare în cadrul căreia unul sau

mai multe piese se izolează, se divid, se separă sau se adaugă unei formaţii

cantitative. Schimbarea cantităţii se poate realiza conform figurii 4.6. prin:

separare, grupare, porţionare, dozare, ramificare, reunire, sortare.

Separarea este funcţia în cadrul căreia una sau mai multe piese manipulate se

izolează dintr-o formaţie cantitativă.

Gruparea este funcţia în cadrul căreia una sau mai multe piese manipulate se

ataşează unei formaţii cantitative. Este funcţia inversă separării:

Porţionarea este funcţia în cadrul căreia se realizează împărţirea unei

mulţimi de piese în submulţimi determinate numeric (numărare → separare).

Dozarea este funcţia în cadrul căreia se realizează separarea unor piese

urmată de o numărare sau cântărire şi deplasarea mulţimilor parţiale obţinute sprealte locuri fixate (partiţionare → transfer).

Ramificarea (distribuirea) este funcţia în cadrul căreia se realizează

desfacerea unui flux de piese în fluxuri parţiale (transfer → separare → transfer).

Reunirea (confluenţa) este funcţia inversă ramificării şi se realizează prin

unificarea fluxurilor de piese.

Sortarea este funcţia în cadrul căreia se realizează separarea pieselor urmată

de un control în vederea eliminării celor care nu se încadrează în limitele

parametrilor impuşi sau în vederea grupării în diferite sortimente determinate

(verificarea identităţii → distribuire).

Mişcarea este funcţia de manipulare în cadrul căreia unul sau mai multe

piese execută succesiuni de translaţii şi rotaţii în vederea realizării unei poziţionări

în raport cu un dispozitiv, instalaţie maşină sau utilaj. Poziţionarea unei piese

PC

.

∆

∆ piesă



manipulate se poate defini conform figurii 4.7. cu ajutorul unui punct caracteristic

P C ce aparţine acestuia, o dreaptă caracteristică ∆C ce trece prin punctul

caracteristic şi o dreaptă auxiliară ∆ A ce trece prin acelaşi punct dar este perpendiculară pe ∆C .

După geometria ei, mişcarea poate fi liniară, după diferite axe, curbilinie,

circulară în jurul unor anumite axe, spaţială, iar după desfăşurarea ei în timp

continuă, intermitentă sau alternativă.

Mişcarea se poate realiza conform figurii 4.8. prin: rotaţie, translaţie,

schimbare de direcţie, orientare, poziţionare, ordonare, ghidare, transfer, transport. Rotaţia este funcţia de mişcare în cadrul căreia se realizează deplasarea în

jurul unei axe a sistemului de coordonate ataşat piesei, între două orientări date. În

acest caz, poziţia punctului caracteristic P C asociat piesei rămâne neschimbată.

Figura 4.7. Definirea poziţionării unui obiect

material.

Figura 4.8. Moduri de realizare a funcţiei MIŞCAREA

MIŞCAREA

Rotaţie Translaţie Schimbarede direcţie

Orientare Poziţionare

Ghidare Transfer Ordonare Trans ort



Translaţia este funcţia de mişcare în cadrul căreia se realizează deplasarea

liniară a piesei între două poziţii determinate. În acest caz, orientarea piesei se

conservă.

Schimbarea de direcţie (redirecţionarea) este funcţia de mişcare în cadrul

căreia se realizează deplasarea unei piese în jurul unei axe diferite de axele de

coordonate ale sistemului ataşat piesei şi plasată în exteriorul acesteia.

Orientarea este funcţia de mişcare a unei piese de la o orientare nedefinită la

una dată faţă de un dispozitiv, instalaţie, maşină sau utilaj. În acest caz nu se ia în

considerare poziţia piesei, dar este necesară o verificare a orientării iniţial

necunoscute, urmată de una sau mai multe rotiri.

Poziţionarea este funcţia de mişcare a unei piese de la o poziţie nedefinită la

una dată faţă de un dispozitiv, instalaţie, maşină sau utilaj. În acest caz nu se ia înconsiderare orientarea piesei. Conţinutul funcţiei este acela de a face ca punctul

caracteristic, dreapta caracteristică şi dreapta auxiliară să se suprapună cu entităţi

geometrice similare dintr-un element al dispozitivului, instalaţiei, maşinii sau

utilajului.

Ordonarea este funcţia de mişcare care realizează dispunerea pieselor

manipulate dintr-o formaţie, în poziţii relative bine determinate. Totodată,

ordonarea poate fi definită ca o acţiune de creare a unei ordini spaţiale între mai

multe corpuri prin orientări şi poziţionări ale acestora.Ghidarea este funcţia de mişcare a piesei între două poziţii date, de-a lungul

unei traiectorii definite, în care orientarea este definită în orice punct.

Transferul este funcţia de mişcare a piesei între două poziţii date, de-a lungul

unei căi nedefinite. În acest caz, gradul de orientare al piesei rămâne neschimbat.

Transferul se referă atât la modificarea poziţiei punctului caracteristic al piesei, cât

şi a poziţiilor dreptei caracteristice şi a dreptei auxiliare.

Transportul este funcţia de mişcare a piesei dintr-un loc în altul. În acest

caz, traiectoria şi orientarea piesei nu sunt în mod necesar definite.

Reţinerea este funcţia de manipulare în cadrul căreia una sau mai multe

piese se imobilizează sau eliberează în raport cu un dispozitiv, instalaţie, maşină

sau utilaj faţă de care a fost poziţionată.



Reţinerea, se poate realiza conform figurii 4.9. prin: fixare, defixare,

blocare, sau eliberare.

Fixarea este funcţia de reţinere prin care piesa manipulată se imobilizează

în raport cu un element al dispozitivului, instalaţiei, maşinii sau utilajului faţă de

care a fost poziţionată. Deci, fixarea este o operaţie ulterioară poziţionării. Conform

lucrării [18] poziţionarea şi fixarea poartă împreună denumirea de instalare.

Fixarea se realizează prin aplicarea unor forţe de strângere date de mecanismele de

fixare asupra piesei. Punctele de aplicare ale forţelor de strângere trebuie astfel

alese încât ele să fie dispuse pe suprafeţe opuse, fie ca suprafaţa opusă suprafeţei

piesei pe care se găsesc punctele de aplicaţie ale forţelor de strângere să se reazeme pe un element al dispozitivului, instalaţiei, maşinii sau utilajului.

Defixarea este funcţia de reţinere inversă fixării.

Blocarea este funcţia de reţinere a unei piese prin care se realizează

imobilizarea de lungă durată sau permanentă a acesteia în raport cu un element al

dispozitivului, instalaţiei, maşinii sau utilajului. Blocarea se realizează prin

aplicarea unor forţe de strângere date de mecanismele de blocare asupra piesei.

Blocarea este o operaţie ulterioară fixării.

Eliberarea este funcţia de reţinere inversă blocării.

Controlul este funcţia de manipulare în cadrul căreia unul sau mai multe

piese sunt supuse unui control de existenţă, unui control al dimensiunilor, formei,

greutăţii sau controlul unor parametri fizico-chimici. Controlul este o funcţie de

manipulare ulterioară poziţionării şi fixării.

Figura 4.9. Moduri de realizare a funcţiei REŢINEREA.

REŢINEREA

Fixare Defixare Blocare Eliberare



Controlul se poate realiza prin: verificare prezenţă, identitate, formă, mărime,

culoare, greutate, poziţie, orientare, numărare, măsurare orientare, măsurare poziţie,

măsurare parametri fizico-chimici, controlul prelucrării, etc.

Realizarea funcţiilor de manipulare implică realizarea unui număr de

operaţii de manipulare diferite, cu o frecvenţă şi succesiune cerută de tipul şi

mărimea sarcinii de fabricaţie, de procedeele tehnologice şi logistice aplicate,

precum şi de procedeele informaţionale necesare.

Manipularea pieselor se realizează printr-un ansamblu de mişcări elementare

care asigură transferul bucată cu bucată sau continuu, deplasarea, orientarea,

separarea şi poziţionarea acestora în raport cu un element al dispozitivului,

instalaţiei, maşinii sau utilajului considerat ca bază, precum şi evacuarea piesei

prelucrate.

Mişcările elementare necesare manipulării pieselor definesc operaţiile de

manipulare. Prin asocierea acestora în tipuri de operaţii se constituie modurile de

manipulare prin care se realizează sortarea pieselor.

Principalele moduri de manipulare prin care se realizează o sortare a pieselor

sunt prezentate în schema din figura 4.10.

Operaţiile de manipulare pe care le pot realiza diverse mecanisme automatesau roboţi industriali din structura subsistemului logistic de manipulare automatăsunt prezentate în schema din figura 4.11.

4.3.2. SUBSISTEMUL DE TRANSPORT

Figura 4.10. Moduri de manipulare.

MODURI DE MANIPULARE

Gravimetric Dimensional În funcţie de contur



Pentru a fi transformate în piese, obiectele materiale vor trebui transferate în

conformitate cu un program prestabilit, la anumite momente, în anumite locaţii.

Prin urmare, obiectele materiale vor avea o anumită poziţie la intrarea în locaţia

respectivă.

Transferul obiectului material în sistemul flexibil de fabricaţie poate finecesar atât pentru întrunirea condiţiilor necesare transformării propriu-zise(alocarea în subsistemele tehnologice), cât şi pentru alte cerinţe care derivă dinfuncţiunea totală a sistemului de fabricaţie, cum ar fi cele de realizare acontinuităţii fluxului de materiale, a fluxului de operaţii, a unor funcţiuni de controldimensional sau de alt tip etc. [14].

Pe de altă parte, nu numai obiectele muncii (fluxul de materiale, fluxul de

piese) îşi schimbă poziţia, ocupând locaţii prescrise la momente date. O parte din

mijloacele de lucru, uneltele, diferite dispozitive, diferite materiale auxiliare,

precum si unele resturi şi deşeuri provenite din procesul de prelucrare vor trebui să-

şi schimbe poziţia în mod coordonat cu cerinţele unor funcţiuni parţiale şi a

funcţiunii totale a sistemului.

În esenţă, asupra unor componente ale sistemului, de fabricaţie vor trebui să

se realizeze operaţiuni de transfer poziţional şi transfer în timp, operaţiuni ce vor

decurge, pe de o parte după logica de coordonare necesară funcţionării sistemului

dat, iar pe de alta, după logica proprie a operaţiunilor de transfer.



Funcţiunea parţială reprezentând, transferurile în spaţiu şi în timp va firealizată de subsistemul logistic ca subsistem al sistemului flexibil de fabricaţie.

Funcţiunile parţiale principale, vor fi cele de transfer în spaţiu (transport) şitransfer în timp (depozitare). Din acestea, vor deriva o serie de funcţiuni parţiale de

Figura 4.11. Structura operaţiilor de manipulare.

Înmagazinare Schimbareacantităţii

Mişcarea Reţinerea

Înmagazinareordonată

Înmagazinare par ial ordonată

Înmagazinareneordonată

Separare

Grupare

Porţionare

Dozare

Ramificare

Reunire

Sortare

Rotaţie

Translaţie

Schimbarede direc ie

Orientare

Poziţionare

Ordonare

Ghidare

Transfer

Transport

Fixare

Defixare

Blocare

Eliberare

Verificar

Numărare

Măsurare

Controlul prelucrări

prezenţă

identitate

formă

mărime

culoare

greutate

orientare

poziţie

parametrifizico-

poziţie

orientare

OPERA II DE MANIPULARE

Controlul



rang inferior, ca cele de introducere, extragere, repartizare, poziţionare, alocareadestinaţiei, înmagazinare, etc.

După cum s-a precizat, transferul de poziţie poate fi clasificat pe bazaraportului dintre dimensiunea obiectului material sau piesei şi dimensiuneatransferului.

Prin transport se vor înţelege acele situaţii în care lungimea transferului estemult mai mare decât mărimea obiectului material sau piesei transferate, (transfer lung).

Poziţionarea (transferul scurt) reprezintă situaţia în care dimensiuneatransferului este, în general, mai mică sau egală cu dimensiunea obiectului materialsau piesei.

Transferul în timp (depozitarea) apare necesară datorită cerinţelor de con-tinuitate, precum şi datorită ritmurilor diferite cu care se prelucrează materialele însubsistemele tehnologice.

Dacă ne referim la depozitarea sculelor, aceasta va caracteriza, pentru unsistem flexibil de fabricaţie, extinderea posibilităţilor de lucru, respectiv vaconstitui o parte a flexibilităţii sistemului tehnologic studiat.

Sunt necesare precizări care să permită delimitarea funcţional-structurală asubsistemului logistic de celelalte subsisteme care, uneori, modifică poziţiacomponentelor fluxului, de materiale.

Exemplu: În cadrul subsistemului :tehnologic, subsistemul mecanicrealizează deplasarea piesei, având aparent o funcţie parţială ca cea a subsistemuluilogistic. Diferenţa caracteristică constă în aceea că în subsistemul logistic operaţiilede transfer a piesei se fac fără modificarea intenţionată a proprietăţilor piesei, întimp ce în subsistemul mecanic aceste deplasări se fac în scopul modificării

proprietăţilor, respectiv a formei obiectului material deplasat.Funcţiunile de transfer în timp şi transfer în spaţiu se realizează deseori simultan,unul şi acelaşi dispozitiv logistic fiind special conceput pentru a realiza operaţiunilogistice concentrate.

Dispozitivele de transport dispun în general şi de o anumită capacitate deînmagazinare datorită naturii soluţiilor constructive. Uneori această capacitate estesuficientă pentru funcţia de depozitare, alteori este necesară dezvoltarea structuriitransportului astfel încât să preia şi, funcţii de depozitare.

Un alt aspect, cu influenţă asupra delimitării structurale a subsistemuluilogistic, este cel al modului în care piesa se integrează cu sistemul logistic petimpul cât se află în contact cu acesta.

În sistemele flexibile de fabricaţie poziţionarea automată a piesei în postul delucru prezintă o importanţă atât din punctul de vedere al productivităţii postului, câtşi sub raportul complexităţii constructive a acestuia.



Total sau parţial, funcţiile de poziţionare vor fi îndeplinite fie de subsistemultehnologic, fie de subsistemul logistic, frecvent de amândouă prin alocareaechilibrată a funcţiunilor parţiale, după criteriile de economicitate.

Pe de altă parte, un principiu de bază în organizarea operaţiilor logistice defabricaţie constă în conservarea poziţiei semifabricatului, întrucât aceasta înseamnăconservarea de informaţii şi micşorarea sarcinilor de comandă, precum şimicşorarea numărului de dispozitive pentru sesizarea poziţiei, interpretarea şireorientarea piesei.

Aceste cerinţe se rezolvă, în unele cazuri, prin introducerea unei interfeţe piesă-subsistem logistic care este adecvată şi pentru intervalul piesă-subsistemtehnologic.

Această interfaţă se prezintă fizic ca o paletă-dispozitiv pe care piesa este poziţionată şi care poate circula în subsistemul logistic putând fi manipulată lasubsistemul tehnologic fără ca piesa să schimbe poziţionarea iniţială.

Dispozitivele port-piesă de acest tip care vor parcurge sistemul de fabricaţieîmpreună cu piesa vor fi considerate că aparţin subsistemului logistic, spredeosebire de alte dispozitive port-piesă care există în subsistemul tehnologic.

Subsistemele de transport (transfer lung) pentru materiale şi piese alesubsistemului logistic au ca funcţie realizarea schimbării poziţiei pieselor (materia-lelor) înainte de începerea prelucrării, în timpul operaţiunilor de fabricaţie şi dupăterminarea acestora , fără ca în cadrul schimbării de poziţie să se modifice inten-ţionat proprietăţile pieselor. În context, în timpul operaţiunilor de fabricaţieexprimă faptul că operaţiunile de transport se efectuează în paralel cu operaţiile defabricaţie, adică în timp ce anumite piese se află în prelucrare, altele se află îndeplasare.

Problema alegerii unui subsistem de transport joacă un rol important încadrul sistemelor de fabricaţie integrate, nu atât sub aspectul definirii soluţieitehnice, cât sub cel al conceperii celei mai eficiente structuri de înlănţuire asistemelor tehnologice pentru realizarea, performanţelor prescrise sistemuluiflexibil de fabricaţie destinat unui domeniu de sarcini variabile. Cu cât va fi mai diversificată sarcina de fabricaţie, cu atât mai mari vor ficerinţele de flexibilitate a sistemului de înlănţuire şi mai complexă soluţia optimalăcare să combine o flexibilitate suficientă şi un cost redus al investiţiei.

În evaluarea globală a structurilor de înlănţuire se va proceda în primul rândla evaluarea calităţii globale a structurii, prin punerea, în evidenţă a posibilităţilor de coordonare dintre sarcinile de prelucrat, fluxul de materiale, subsistemeletehnologice şi subsistemele de depozitare. Ulterior, selecţia unor soluţiiconstructive se va face pe baza altor criterii, dintre care importante suntdimensiunile fizice ale pieselor, timpul disponibil pentru transport, respectiv vitezasau debitul şi cheltuielile de investiţii.



4.3.3. SUBSISTEMUL DE DEPOZITARE

Subsistemele de depozitare a obiectelor materiale, pieselor sau produselor încadrul unui sistem flexibil de fabricaţie au funcţia de a acumula obiectele (subformă de bucăţi) în timp, înainte, între şi/sau după realizarea diferitelor operaţiitehnologice.

Această funcţie parţială este necesară asigurării continuităţii anumitor stări,în special continuităţii stării active în subsistemele tehnologice.

Depozitele se pot clasifica conform lucrării [14], după mai multe criterii:a) - după scopul organizării lor;

b) - în funcţie de modul de grupare a locurilor de depozitare;c) - după felul obiectului depozitat;d) - după modul de depozitare a obiectelor în diverse faze de prelucrare;

e) - după gradul organizării lor.a) După scopul organizării lor , depozitele, (figura 4.12), pot avea caracter de:

- depozit de rezervă (stocare);

- depozit pentru decuplare (la căderi accidentale);- depozit de compensare (echilibrare). Depozitele de rezervă se utilizează atunci cânt sistemul flexibil de fabricaţie

nu poate fi alimentat cu obiecte materiale, (piese) în ritmul de prelucrare,alimentarea făcându-se separat, la intervale mai mari decât cele ale ritmului de

prelucrare a pieselor.

Figura 4.12. Diferenţierea funcţiilor subsistemelor de depozitare.



În unele cazuri, pe durata unui schimb, se introduc în sistemul flexibil defabricaţie toate materialele ce trebuie prelucrate în decurs de trei schimburi (24ore). Aceasta înseamnă că va trebui structurat un depozit de rezervă capabil să

primească materialele cu un anumit ritm R1 şi să le introducă în sistemul flexibil defabricaţie cu un ritm R2 ≤ R1 respectiv să poată acumula cantitatea necesară pentruo perioadă mai lungă, cantitate care se formează datorită diferenţei de ritm laintrarea şi ieşirea din subsistemul flexibil de fabricaţie.

Dimensiunea unui astfel de depozit nu va fi funcţie numai de ritmuri, ci şi denumărul subsistemelor de lucru individuale din sistemul flexibil de fabricaţie.

Numărul subsistemelor tehnologice care necesită alimentare individuală va influ-enţa structura depozitului şi regulile de depozitare, respectiv regula de alocare şiregula de extragere.

Depozitele pentru decuplare au funcţia de a limita transmiterea în serie aefectelor unor defecţiuni apărute într-un anumit subsistem tehnologic.

Subsistemele tehnologice fiind înlănţuite, pentru cazul înlănţuirii serie, oprireaaccidentală (căderea) a unuia conduce la oprirea celor ce succed. Introducerea întredouă subsisteme tehnologice a unui depozit pentru decuplare permite continuareafuncţionării pentru o anumită durată a subsistemelor tehnologice succesive unuisubsistem defect.

Capacitatea depozitului va trebui stabilită pe baza distribuţiei statistice,cercetată pe o durată suficientă a timpilor de defectare, în fapt, trebuie avut învedere că introducerea şi extinderea capacităţii depozitului vor trebui justificate

prin creşterea productivităţii de ansamblu a sistemului de fabricaţie, ca urmare areducerii timpilor de staţionare datoraţi defecţiunilor, în comparaţie cu costurile deinvestiţie pentru realizarea acestor depozite.

Depozitele de compensare (echilibrare) se introduc, de asemenea, între douăsubsisteme tehnologice consecutive pentru a compensa variaţia ritmului de prelu-crare datorită modificării duratelor operaţiunilor de fabricaţie în cazul în care acestedurate variază în jurul unei valori medii.

Depozitele de compensare se utilizează cu precădere în liniile de fabricaţiecu subsisteme tehnologice servite manual, în care timpii pentru anumite operaţii auo variaţie mai mare.

În fluxurile de fabricaţie automate, variaţia timpilor, pe operaţie este redusă,

depozitele pentru decuplare fiind, în general, suficiente pentru asigurareacontinuităţii. Totuşi, când un sistem flexibil de fabricaţie cu multe subsistemetehnologice va fi structurat sub forma unui sistem integrat în care comanda fabri-caţiei va necesita circuite de reglare, depozitele de compensare vor putea finecesare ori de câte ori strategiile, de protecţie la perturbaţie şi cele de reglare a

productivităţii nu sunt suficiente.



B) ÎN FUNCŢIE DE MODUL DE GRUPARE A LOCURILOR DE DEPOZITARE DEPOZITELE SE CLASIFICĂ ASTFEL:

- DEPOZITE LINEARE;- DEPOZITE ÎNTR-UN SINGUR PLAN;- DEPOZITE SPAŢIALE;- DEPOZITE CIRCULARE ÎNTR-UN SINGUR PLAN;- DEPOZITE CIRCULARE ÎN PLANURI SUPRAPUSE.

DEPOZITELE LINIARE (FIGURA 4.13), SUNT ORGANIZATE ÎNPLAN ORIZONTAL, VERTICAL ŞI CIRCULAR. SE CARACTERIZEAZĂPRIN ACEEA CĂ ACCESUL LA OBIECTELE DEPOZITATE SE FACEDUPĂ REGULA: PRIMUL INTRAT-PRIMUL IEŞIT SAU PRIMULINTRAT-ULTIMUL IEŞIT. SUNT DEPOZITE DE CAPACITATE MEDIE,IAR UTILIZAREA SPAŢIULUI ESTE MEDIE LA PRIMELE DOUĂ ŞIREDUSĂ LA CELE CIRCULARE.

Figura 4.13. Depoziteliniare.

DEPOZITELE ÎNTR-UN SINGUR PLAN (FIGURA 4.14), SUNTORGANIZATE ÎNTR-UN SINGUR PLAN, PE RAFTURI ORIZONTALE ŞI VERTICALE . SE CARACTERIZEAZĂ PRIN ACEEA CĂ ACCESUL LAOBIECTELE DEPOZITATE ESTE LIBER. SUNT DEPOZITE DECAPACITATE MEDIE, IAR UTILIZAREA SPAŢIULUI ESTE MEDIE LA CELE VERTICALE ŞIREDUSĂ LA CELE ORIZONTALE.



DEPOZITELE SPAŢIALE (FIGURA 4.15), SUNT ORGANIZATE ÎN

SISTEM BLOC. SE CARACTERIZEAZĂ PRIN ACEEA CĂ ACCESUL LAOBIECTELE SAU PIESELE DEPOZITATE ESTE LIBER PENTRU CELEAŞEZATE ÎN EXTERIOR ŞI PRIMUL INTRAT-ULTIMUL IEŞITPENTRU CELE AŞEZATE ÎN INTERIORUL DEPOZITULUI. SUNTDEPOZITE DE CAPACITATE MARE, IAR UTILIZAREA SPAŢIULUIESTE MARE.

DEPOZITELE CIRCULARE ÎNTR-UN SINGUR PLAN (FIGURA 4.16),SUNT ORGANIZATE CU AXĂ DE ROTAŢIE (CIRCULAŢIE) VERTICALĂ SAU ORIZONTALĂ . SE CARACTERIZEAZĂ PRIN ACEEA CĂ ACCESUL

LA OBIECTELE DEPOZITATE ESTE LIBER. SUNT DEPOZITE DECAPACITATE MICĂ, IAR UTILIZAREA SPAŢIULUI ESTE REDUSĂ. DEPOZITE CIRCULARE ÎN PLANURI

SUPRAPUSE (FIGURA 4.17), SUNTORGANIZATE CU AXĂ DE ROTAŢIE (CIRCULAŢIE) VERTICALĂ SAU ORIZONTALĂ .SE CARACTERIZEAZĂ PRIN ACEEA CĂACCESUL LA OBIECTELE DEPOZITATEESTE LIBER. SUNT DEPOZITE DECAPACITATE MICĂ ŞI MEDIE, IAR

UTILIZAREA SPAŢIULUI ESTE REDUSĂ.

C) DUPĂ FELUL OBIECTULUI DEPOZITAT, DEPOZITELE SUNT:

Figura 4.14. Depozite organizate într-un singur plan.Figura 4.15. Depozit spaţial

organizat în sistem bloc.

Figura 4.16. Depozit circular într-un singur plan.



- DEPOZITE PENTRU PIESE BRUTE, REPERE, MATERIALESUB FORMĂ DE BUCĂŢI;

- DEPOZITE PENTRU SEMIFABRICATE, RESPECTIVSUBANSAMBLURI;

- DEPOZITE PENTRU PIESE FINITE, RESPECTIV PRODUSE. D) DUPĂ MODUL DE DEPOZITARE A OBIECTELOR ÎN DIVERSE

FAZE DE PRELUCRARE,DEPOZITELE SUNT:- DEPOZITE PENTRU DEPOZITAREA COMBINATĂ;- DEPOZITE PENTRU DEPOZITAREA PE CATEGORII DE FAZE

DE PRELUCRARE. E) DUPĂ GRADUL ORGANIZĂRII LOR, DEPOZITELE SUNT:- DE TIP CENTRALIZAT – PENTRU DESERVIREA TUTUROR

SUBSISTEMELOR TEHNOLOGICE;

- DE TIP DESCENTRALIZAT – CÂND FIECĂRUI SUBSISTEMTEHNOLOGIC ÎI REVINE UN DEPOZIT PARŢIAL.

4.3.4. SUBSISTEMUL LOGISTIC AL SCULELOR

Figura 4.17. Depozite circulare în planuri suprapuse.



Subsistemul logistic al sculelor constituie un sistem parţial sistemului flexibilde fabricaţie având ca funcţie depozitarea sculelor într-o anumită ordine, punereaacestora la dispoziţie în momentul cerut, introducerea sculelor în sistemul deacţionare şi fixarea lor, scoaterea din sistemul de acţionare şi reintroducerea îndepozit după terminarea operaţiei de fabricaţie [14].

Un astfel de subsistem prezintă analogie cu subsistemul logistic al pieselor.În acest caz se vor pune în evidenţă subsistemele de ordin inferior, având funcţie dedepozitare şi de transport. În construcţia subsistemelor, soluţiile constructivecombină frecvent cele două funcţiuni, sistemul careasigură transferul fiind şi cel de depozitare. Soluţiile recente utilizate la centrele de

prelucrare împart de obicei transportul în următoarele secvenţe principale:- transferul sculei în depozit în poziţia de scoatere;- scoaterea sculei din depozit şi transferul într-o poziţie intermediară de

aşteptare;- transferul sculei scoase din subsistemul de lucru spre depozit;- transferul sculei din poziţia de aşteptare în subsistemul de lucru;- aducerea locaşului de primire al depozitului în poziţia de primire;- introducerea sculei scoase în locaşul de primire al depozitului.Transferul sculei şi al locaşului în poziţia de scoatere-introducere se face, de

regulă prin mişcarea întregului depozit de scule, ansamblul având deci funcţie dedepozitare şi transfer combinată.

Celelalte operaţiuni de transfer se fac prin mecanisme speciale care leagădepozitul de dispozitivul de prindere a capului de forţă.

Organizarea structurală a subsistemului de depozitare a sculelor va putea fide următoarele tipuri:

- centralizat;- descentralizat;- mixt.O soluţie optimală va lua în considerare fluxul necesar de scule, pentru

realizarea sarcinii de producţie, respectiv frecvenţa de utilizare a diferitelor scule, precum şi numărul total de scule necesare realizării sarcinii date.

Totodată, trebuie să se aibă în vedere uzura sculelor şi comportamentul

subsistemului în caz de avarie a sculei în postul de lucru, respectiv modul şi timpulde înlocuire accidentală a sculei. Pentru sculele care se utilizează cu frecvenţămare sunt raţionale depozitele descentralizate, coordonate individual cu posturilede lucru, iar pentru sculele cu utilizare lentă sunt potrivite depozitele centralizate şisisteme de distribuţie la posturi. O astfel de soluţie reprezintă o structurăierarhizată cu avantaje pentru un sistem de fabricaţie având sarcini de prelucrarecare se modifică frecvent. In acest caz, timpii de schimb sunt mici, numărul total



de scule al subsistemelor este mediu, iar depozitele individuale pot fi permanentalimentate din depozitul central, în conformitate cu cerinţele tehnologice şi cele deînlăturare a accidentelor.

O soluţie cu depozit central implică totuşi o redundanţă tehnologică mărită asubsistemelor tehnologice deservite. Dacă aceste subsisteme sunt tehnologiccomplementare, atunci se vor utiliza depozite individuale, specializate şi coor-donate cu fiecare post de lucru în parte, asigurându-se timpi scurţi de schimbare asculelor.

4.4. Subsistemul de control

Subsistemul :de control este constituit din sistemul parţial care are funcţia dea măsura (determina) valorile realizate ale parametrilor ce definesc calitateaobiectelor materiale (repere, subansambluri, produse), de a le compara cu valorile

nominale care definesc nivelul de calitate prescris, de a stabili abaterile şi atransmite informaţiile sistemului de comandă [14].În principiu, fiecare caracteristică (proprietate) a unui obiect material poate fi

o caracteristică de definire a calităţii. În procesul de fabricaţie, de regulă estesuficient controlul unui număr limitat de caracteristici geometrice, ca lungime,formă, poziţie, rugozitate, prin măsurători liniare. Statisticile au dovedit cămăsurătorile liniare reprezintă până la 90% din totalul operaţiilor de control deconformitate în timpul fabricaţiei.

Cum sarcina de fabricaţie se defineşte prin gama de obiecte materiale prelucrate, cantitatea pentru fiecare tip şi prescripţiile de calitate, un sistem defabricaţie va trebui să includă şi operaţiunile de control de calitate, pentru a se

putea cunoaşte modul de îndeplinire a sarcinii alocate. Această cerinţă implică cel puţin un control final; cercetările arată că anumite defecte identificate în obiectulmaterial prelucrat se produc încă din faze iniţiale, cu o anumită frecvenţă laanumite operaţii. Este neeconomic să continue prelucrarea unor semifabricate caredeja conţin abateri ce nu pot fi corectate sau al căror cost de corectare este preamare. Aceste raţionamente conduc la introducerea unor controale pe parcursulfabricaţiei, ceea ce permite reglajul în secvenţe succesive a procesului şi creşterea

probabilităţii ca sistemul să-şi îndeplinească sarcina de fabricaţie la toţi parametrii.

Pentru un sistem de fabricaţie integrat, automatizat, amplasarea şi modul derealizare tehnică a subsistemelor de control automat al obiectelor materiale

prelucrate prezintă dificultăţi, în special în cadrul fabricaţiei de serie cunomenclator diversificat.

Procesul tehnologic va trebui să prevadă operaţiunile de control, gradul dediferenţiere şi concentrarea acestora, precum şi modul de coordonare a acestor operaţii cu operaţiile de prelucrare din subsistemul tehnologic.



Subsistemele de control ale obiectelor prelucrate vor fi consideratesubsisteme speciale tehnologice, deoarece există de multe ori o similitudinecinematică a dispozitivelor celor două tipuri de subsisteme cu diferenţa că lasubsistemul de control nu se modifică caracteristicile, ci se măsoară.

Coordonarea celor două subsisteme (tehnologic şi de control) poate prezentasoluţii diferite după cum controlul este integrat sau nu în postul de lucru, serealizează în timpul lucrului sau după terminarea operaţiei, se realizează pe

parcursul sau numai la sfârşitul fabricaţiei.Pentru micşorarea şi raţionalizarea sarcinilor subsistemului logistic al

obiectelor prelucrate controlul în timpul operaţiei de prelucrare sau imediat dupăaceasta este recomandat, deoarece permite evitarea unor transporturi de piesenecorespunzătoare şi nu introduce noi abateri de poziţionare.

Pentru introducerea subsistemelor de control în structura sistemului integratde fabricaţie va fi necesară studierea cu ajutorul matricei de adecvare a

posibilităţilor, a tuturor subsistemelor componente, precum şi coordonarea acestoracu subsistemele tehnologice, cele de transport şi depozitare privind poziţia destructură şi modul de înlănţuire.

4.5. Subsistemul de comandă

Subsistemul de comandă este reprezentat de sistemul parţial al sistemuluiflexibil de fabricaţie care realizează funcţia de transformare şi distribuţie a intrărilor informaţionale de lucru ale sistemului de fabricaţie astfel încât prin realizarea uneiinteracţiuni coordonate a tuturor subsistemelor să se îndeplinească funcţia generalăa sistemului [14].

Intrările subsistemului de comandă sunt constituite din informaţii şi energieiar ieşirile din informaţii. Informaţiile de intrare sunt constituite, din :

- informaţii tehnologice;- informaţii de formă;- informaţii de la subsistemul de control al obiectelor prelucrate;- informaţii de la sistemul mecanic.



Figura 4.18. Schema bloc a subsistemului de comandă.

Ieşirile subsistemului vor consta în informaţii de poziţie şi alocare privindsubsistemul logistic al obiectelor prelucrate, informaţii de poziţie şi alocare privindsubsistemul logistic al sculelor, informaţii tehnologice pentru subsistemul deantrenare, informaţii asupra formei pentru subsistemul mecanic, informaţii asupra

formei şi tehnologiei pentru subsistemul de control al obiectului prelucrat (figura4.18.).

Informa ii de formă

Informaţii de lasubsistemultehnolo ic

Informaţii de lasubsistemul decontrol

Informaţii de laalte subsisteme

Energie

Informaţii de poziţieşi amplasare

Informaţiitehnologice

Informaţii dedeplasare al sculei

Informaţii de comandă pentru alte subsisteme

SUBSISTEMUL

DE COMANDĂ



Subsistemul de comandă al sistemului de fabricaţie automatizat se va prezenta ca un sistem ierarhizat cel puţin pe două niveluri corespunzătoare a douăsubfuncţiuni parţiale:

- coordonarea de ansamblu a procesului de fabricaţie;- comanda proceselor tehnologice parţiale pentru obţinerea formei.Coordonarea de ansamblu a procesului de fabricaţie revine la realizarea

funcţiei informaţionale de culegerea, transferul, prelucrarea şi depozitarea

informaţiilor necesare coordonării spaţiale şi temporale a pieselor, sculelor,

materialelor auxiliare şi a programelor de comandă a procesului cu diferite sisteme parţiale (figura 4.19).

Comanda proceselor tehnologice revine la realizarea funcţiei informaţionalede culegerea, transferul, prelucrarea şi depozitarea informaţiilor necesare realizăriiformei pieselor în sistemul tehnologic.

Figura 4.19. Comanda asistată de calculator la un sistem flexibil de fabricaţie.



CAPITOLUL 5

CELULE ŞI SISTEME FLEXIBILE DE FABRICAŢIE

5.1. Concepţia sistemică de organizare

Evoluţia şi perfecţionarea sistemelor de automatizare rigidă a condus laatingerea celor mai înalte cote ale productivităţii în domeniul fabricaţiei de masăsau de serie mare. În schimb, acestea nu au rezolvat problema productivităţii

muncii în fabricaţia seriilor mici şi mijlocii şi cu atât mai mult a unicatelor,deoarece la proiectarea sistemelor rigide adecvate funcţionării într-un ciclu maimult sau mai puţin automatizat nu s-a avut în vedere apartenenţa lor la un sistem defabricaţie. O astfel de dezvoltare a coincis cu aplicarea metodei tradiţionale deorganizare a fabricaţiei bazată pe „specializarea proces" (pe operaţii tehnologice),în opoziţie cu „specilizarea produs", care reclamă necesitatea unei noi dotăritehnologice cu grad ridicat de flexibilitate, impus de necesitatea schimbăriicaracterului de serie a fabricaţiei de piese [37].

Efectele introducerii sistemelor de fabricaţie flexibile, într-o întreprindere,(comparativ cu fabricaţia pe profilul actual, al „specializării proces"), pot fisintetizate în următoarele:

- creşterea productivităţii;- reducerea personalului productiv;- reducerea timpilor auxiliari;- reducerea suprafeţei de producţie;- trecerea unei părţi a activităţii de producţie în domeniul de pregătire a

fabricaţiei;- îmbunătăţirea de ansamblu a desfăşurării fabricaţiei;- regim de finanţare în trei schimburi cu acelaşi grad de productivitate;

- reducerea costului producţiei şi intensificarea utilizării fondurilor financiare ale întreprinderii;- creşterea cheltuielilor necesare întreţinerii mijloacelor de producţie.Omniprezenţa sistemelor se confirmă deci şi în domeniul fabricaţiei de

produse şi bunuri materiale.Aşa cum am prezentat în subcapitolul 3.4.3, sistemele flexibile de fabricaţie

sunt decompozabile şi ierarhizate uzual pe 3 - 5 niveluri de complexitate.



Pentru o clarificare a complexităţii sistemelor, din figura 5.1 rezultănivelurile pe care acestea le pot ocupa pe scară ierarhizată, într-o întreprindereindustrială.

Cea mai mică unitate care poate reprezenta funcţii de fabricaţie autonome oreprezintă sistemul flexibil de fabricaţie de ordinul 1.

Exemplul cel mai concludent în acest caz, este centrul de prelucrareautomat.

Acesta este o maşină unealtă cu comandă numerică, echipată cu un magazinde scule şi dintr-un dispozitiv de încărcare şi descărcare scule aşezat în apropriereaturelei portscule.

Autonomia sa, depinde de capacitatea de stocare şi control a elementelor careurmează să fie stocate.

Flexibilitatea sa, oferă posibilitatea de a fabrica piese diferite (flexibilitateade produs), de a absorbi variaţiile de volum (flexibilitatea de cantitate), de a

Figura 5.1. Complexitatea sistemelor flexibile de fabricaţie.



reconfigura şi de a reprograma foarte rapid (flexibilitatea maşinii) şi aceea de a nuavea importanţă ca timp (flexibilitatea de timp).

Sistemele flexibile de fabricaţie de ordinul 2 reprezintă concentrarea maimultor maşini de lucru pentru prelucrarea completă a unei sarcini de fabricaţie, aunei singure piese sau a mai multor piese. Asemenea sisteme autonome, ce pot

prelucra automat piese diferite, pe o perioadă mai îndelungată, sunt cunoscute înconstrucţia de maşini sub denumirea de „celule de automatizare flexibile" sau„celule flexibile de fabricaţie", din punct de vedere al funcţiilor pe care le potrealiza şi prin gradul de autonomie particulare ale unei celule de automatizareflexibilă.

Sistemele flexibile de fabricaţie de ordinul 3, după cum rezultă din figura5.1, implică folosirea în plus a unei serii de alte elemente în raport cu cele deordinul 2. Un asemenea sistem, care include pe lângă posibilitatea efectuării unor operaţii diferite, ca: prelucrări mecanice, asamblare, tratamente superficiale de

suprafaţă, control de calitate etc. şi alte activităţi, cum sunt pregătirea şi comandafabricaţiei, poartă denumirea de sistem flexibil de fabricaţie.Rezultă deci că sistemele flexibile de fabricaţie precum şi întreprinderea

total automată sau „fără oameni” (sistem flexibil de fabricaţie de ordinul 4) carereprezintă obiectivul final al utilizării sistemelor flexibile de ordinul 3 de fabricaţiesunt alcătuite din mai multe celule flexibile de fabricaţie, interconectate printr-unsistem automat de transport intern şi un sistem de comandă centralizat. Prinurmare, în construcţia de maşini, componenta de bază a oricărui sistem flexibil defabricaţie o constituie celula flexibilă de fabricaţie.

Din figura 5.1 rezultă că în sfera de cuprindere a unei întreprinderi totalautomate sunt incluse atât sarcina de planificare a producţiei şi proiectareaconstructiv-tehnologică, cât şi asigurarea fluxurilor de intrare-ieşire (asigurarea demateriale, energie şi informaţie precum şi desfacerea producţiei realizate).

Prin caracterul descentralizat al producţiei la nivelul fiecărei celule flexibilede fabricaţie, personalul operativ capătă o anumită libertate şi putere de decizie înstabilirea diviziunii muncii şi succesiunea operaţiilor. Rolul operatorilor, în cazulcelulelor flexibile cu un înalt grad de automatizare, se reduce în principal lasupravegherea procesului de fabricaţie.

Planificarea şi programarea operativă la nivelul celulei de fabricaţie devine

mai simplă, deoarece în acest caz ea se concentrează cu prioritate asupra ocupăriidepline a capacităţii de ansamblu a celulei şi a operatorilor acesteia şi nu asupraîncărcării individuale a maşinilor.

Rentabilitatea cheltuielilor de producţie, în acest caz, ca efect alminimalizării duratei de trecere a fluxului de piese, devine mai importantă uneoridecât utilizarea integrală a capacităţii productive a unor maşini. De asemenea se areîn vedere că importanţa duratei timpilor de staţionare devine cu atât mai mare cu



cât cheltuiala pe oră-maşină în funcţie de cota de amortizare a utilajului va fi maimare. Aceasta înseamnă că în cadrul celulei trebuie supravegheate individual în

primul rând utilajele cu un grad mare de automatizare, iar deservirea la mai multemaşini pentru încheierea ciclului de fabricaţie să se orienteze spre folosirea deutilaje cu valoare mai mică.

Se remarcă faptul că trecerea la această nouă formă de organizare afabricaţiei, în concepţie de sistem, valorifică o anumită experienţă căpătată înultima vreme în construcţia de maşini prin aplicarea metodei prelucrării de grup.

Reevaluarea metodei prelucrării de grup în acest context deschide mari posibilităţi de raţionalizare a producţiei de serie mică şi mijlocie, reprezentândalături de dezvoltarea comenzii numerice, robotizării şi aplicarea tehnicii bazate peinteligenţă artificială, una din direcţiile de bază ale organizării fabricaţiei flexibile.

Sintetizând logica procesului de proiectare a unui astfel de sistem, se potdefini următoarele etape:

- descompunerea programului de fabricaţie în grupe de piese sauansambluri cu caracteristici constructiv-tehnologice similare, după metodatehnologiei de grup şi proiectarea tehnologiei de fabricaţie în mod unitar pe bazaacestor similitudini;

- constituirea sistemului de fabricaţie din blocuri tipizate, făcând parte dinsisteme modulare cu diferite funcţii de prelucrare, asamblare, manipulare controletc.

- gruparea mijloacelor de producţie necesare în cadrul unor celule flexibilesau linii de fabricaţie înlănţuite prin automatizarea şi robotizarea operaţiilor demanipulare;

- realizarea flexibilităţii sistemului prin posibilitatea de recombinare amodulelor, precum şi prin aceea de reglare rapidă a diferitelor maşini şiechipamente;

- cibernetizarea întregului proces tehnologic de fabricaţie, prin aplicareacomenzii program, apelând în special la comanda numerică cu ajutorulcalculatoarelor de proces.

Într-o astfel de viziune, industria construcţiilor de maşini a viitorului va fialcătuită dintr-o mulţime de celule flexibile de fabricaţie dotate cu un înalt grad deautomatizare, în măsură să producă independent piese (obiecte materiale) sau

subansambluri de maşini diferite. Interconectarea acestor celule în cadrul programelor de fabricaţie cu transportul materialelor şi a elementelor de fabricaţie, precum şi cu celule distincte de asamblare finală cu funcţionare relativindependentă, se realizează conform celor arătate mai înainte.

Organizarea fiecărei celule flexibile de producţie poate fi orientată în maimulte moduri:



- organizarea orientată în jurul maşinilor-unelte cu comandă numericăcomputerizată (CNC) servite de roboţi de manipulare şi de control, cuprinzânddupă caz conveioare sau benzi transportoare;

- organizare orientată în jurul maşinilor şi roboţilor de asamblare;- organizare orientată în jurul maşinilor şi roboţilor pentru anumite operaţii

specifice.I - centre de prelucrare; II - sisteme flexibile de fabricaţie; III - maşini uneltespeciale; IV - linii de transfer: V - maşini agregat cu transfer de piese; t 1 -timpul de execuţie al unei serii de piese.

Pentru o clasă destul de largă de piese o astfel de celulă este echivalentă cu omaşină automatizată complex, având caracter universal. Trecerea fabricaţiei de laun produs la altul se face pe bază de programe, care definesc capacitateafuncţională a sistemului.

Structurarea industriei constructoare de maşini pe celule de fabricaţie

flexibile în corelare cu procesul de tipizare-unificare, dezvoltat pe planul concepţieiconstructive a produselor, creează premisele optime de armonizare a cerinţelor contradictorii dintre diversificare şi unificare, care confruntă sever aceastăimportantă ramură industrială a lumii contemporane.

Domeniul de utilizare a sistemelor flexibile de fabricaţie, comparativ cu altesisteme tehnice din punct de vedere al mărimii seriilor de fabricaţie, respectivloturile de fabricaţie şi timpul de execuţie, rezultă din figura 5.2.

Figura 5.2. Domeniul de utilizare a diverselor sisteme de fabricaţie.



Sistemele flexibile de fabricaţie se încadrează între domeniul de utilizare alcentrelor de prelucrare şi domeniul de utilizare al maşinilor-unelte agregat şi aliniilor de transfer. Parametrii t 1 din diagramă, reprezentaţi prin liniile înclinatecorespund timpilor de prelucrare a seriilor de piese şi se obţin prin împărţireadimensiunii acestor serii la timpii de execuţie.

Cu alte cuvinte, sistemul de fabricaţie flexibil, ce acoperă un domeniu dediversitate mediu şi un volum de producţie mediu pentru a înregistra cheltuielireduse, trebuie să îmbine caracteristicile domeniilor extreme respectiv asistemelor de transfer (ce corespund domeniului de diversificare mică şi volum de

producţie mare, şi centrelor de prelucrare (ce corespund la o diversificare mare şiun volum de fabricaţie mic.



O procedură formală de concepţie a sistemelor flexibile redată în figura 5.3 pune în evidenţă următoarele etape ale schemei logice [37]:

- definirea temei, care constă în precizarea problemei necesar a fi rezolvată

(exemplu: un program de fabricaţie cu clasificarea funcţiilor de intrare şi ieşire alesistemului);

- examinarea temei din punct de vedere al posibilităţilor de unificare tipizare;- definitivarea sistemului şi principalelor sale subsisteme de fabricaţie,

stabilirea părţilor nespecifice (module tipizate) şi a părţilor noi (specifice) cealcătuiesc structura sistemului;

- evaluarea eficienţei economice şi a flexibilităţii sistemului.

Figura 5.3. Procedură formală de concepţie a sistemelor flexibilede fabricaţie.



Un factor important în evaluarea eficienţei economice pentru trecerea laautomatizarea flexibilă în industria cu fabricaţie discretă din construcţia de maşiniîl constituie efortul pentru investiţii. În momentul în care o linia de fabricaţieflexibilă nu va costa mai mult decât o linie clasică de fabricaţie, datorită marilor avantaje ale fabricaţiei flexibile (privitoare la productivitate, costuri şi timp delivrare), nu se mai justifică investiţiile în linii de fabricaţie clasice, automatizaterigid. Or, acest punct de inversiune a fost atins în momentul de faţă pe plan mondialîntr-un număr însemnat de domenii.

Explicaţia producerii acestei inversiuni este determinată de faptul că încondiţiile fabricaţiei actuale a pieselor metalice, de exemplu, care se fabrică pe unnumăr însemnat de maşini-unelte cu comandă numerică, timpul efectiv pe care o

piesă îl petrece în linia de fabricaţie în cea mai mare parte prin manipulări şidepozitări se ridică la cca. 95%, iar cel în care piesa stă pe maşina-unealtă atinge5%. Dar chiar şi din timpul petrecut pe maşina-unealtă, numai cel mult 30%

reprezintă timp de prelucrare efectivă, restul fiind necesar încărcării, poziţionării,descărcării etc. În situaţia în care întregul proces de fabricaţie este automatizat,inclusiv manipularea, timpul de prelucrare efectiv pe maşina-unealtă se poate ridica

până la 75%.Întrucât numărul de maşini-unelte la sistemele flexibile, raportat la volumul

producţiei, scade considerabil, investiţia pentru manipulatoare, roboţi, conveioare,microprocesoare, computere şi programe informatice poate fi acoperită numai dineconomia realizată pe seama reducerii maşinilor de bază. Veridicitatea acesteiconcluzii se impune în condiţiile în care în Japonia, de exemplu, se cunosc cazuri încare reducerea numărului de maşini-unelte a ajuns la 80%.

Din analiza făcută asupra diferitelor sisteme flexibile de fabricaţie realizate până în prezent rezultă că majoritatea firmelor de renume, pentru o sarcină de producţie dată, caută să realizeze sisteme care să nu atingă treapta finală deautomatizare (corespunzător perioadei când au fost concepute), lăsând în modconştient posibilităţi de îmbunătăţiri ulterioare. Prin aceasta sistemul de fabricaţierespectiv poate fi adaptat în continuare printr-o flexibilitate bidirecţională prinlărgirea posibilităţilor multiple de funcţionare şi posibilitatea de îmbunătăţire întimp, în special a dirijării fluxului de informaţii. Folosirea unei astfel de strategii sedatorează faptului că realizarea unui sistem de fabricaţie reprezintă un efort

financiar mare pentru utilizator, el trebuind deci să fie folosit o perioadă cât maimare de timp, iar modernizările necesare ulterior, în special în prelucrarea fluxuluide informaţii (completări şi nu înlocuiri ale instalaţiilor de calcul), trebuie să fie câtmai puţin costisitoare.

5.2. Principii de constituire a celulelor flexibile de fabricaţie



Constituirea unei celule flexibilă de fabricaţie se realizează prin corelareastructurii operaţiilor de manipulare, prelucrare respectiv asamblare cucaracteristicile instalaţiilor de transfer inter-operaţii, roboţii industriali de deservire,operatorii umani şi cele ale maşinilor, utilajelor, dispozitivelor de lucru carecompun sistemul.

Corelarea se face din punct de vedere al cerinţelor de generare a mişcării, asolicitării operatorului uman şi al timpilor diferitelor faze [14].

• Din punctul de vedere al cerinţelor de generare a mişcării , se cer îndeplinite condiţii privind numărul gradelor de libertate şi de geometrie a mişcării.

Instalaţiile de transfer inter-operaţii, roboţii industriali de deservire,operatorii umani trebuie să asigure realizarea numărului de grade de libertate Lnecesare ale obiectului manipulat. Ca urmare, trebuie să fie îndeplinită inegalitatea

ui L M L L + , (5.1)unde :

Li - este numărul de parametri poziţionali ai obiectului material care semodifică prin acţiunea instalaţiilor de transfer inter-operaţii;

Lu - este numărul de parametri poziţionali ai obiectului material care semodifică sub acţiunea operatorului uman;

M - gradul de mobilitate al robotului industrial de deservire.Operatorul uman poate fi evitat dacă: M L L i + . (5.2)În inegalităţile (5.1) şi (5.2), gradele de libertate redundante (parametrii

poziţionali care pot fi modificaţi şi ai instalaţiilor de transfer inter-operaţii, roboţii

industriali de deservire, operatorii umani) nu se vor lua în consideraţie, decât osingură dată în suma din partea dreaptă.Din inegalităţile (5.1) şi (5.2) rezultă că roboţii industriali cu structură

mecanică mai complicată (numărul M mai mare) pot conlucra pentru efectuareaunei anumite operaţii de manipulare cu o instalaţie de transfer inter-operaţii deconstrucţie mai simplă (numărul Li mai mic); utilizarea unei instalaţii de transfer inter-operaţii cu sistem mecanic mai simplu (numărul M mic) necesită o instalaţiede transfer inter-operaţii de structură mecanică mai elaborată (numărul Li maimare).

Din punctul de vedere al geometriei mişcării trebuie să fie îndeplinite

următoarele condiţii:- traiectoria pe care trebuie să o descrie punctul caracteristic ai obiectului

material în timpul operaţiilor de manipulare, respectiv de prelucrare trebuie să segăsească în întregime în interiorul spaţiilor de lucru ale instalaţiilor de transfer inter-operaţii, roboţilor industriali de deservire, operatorilor umani, respectivmaşinilor, utilajelor şi dispozitivelor de lucru;



- unghiurile de serviciu/auxiliare ale instalaţiilor de transfer inter-operaţii,roboţilor industriali de deservire, operatorilor umani, respectiv cele ale maşinilor,utilajelor, dispozitivelor de lucru trebuie să fie mai mari sau cel puţin egale cuunghiurile de serviciu/auxiliare necesare de realizat la mişcarea obiectului materialîn cursul operaţiei de manipulare, respectiv prelucrare;

- spaţiile de lucru ale instalaţiilor de transfer inter-operaţii, roboţilor industriali de deservire, operatorilor umani, maşinilor, utilajelor şi dispozitivelor delucru care compun sistemul de fabricaţie trebuie să se intersecteze;

- spaţiul, de coliziune al obiectului în timpul, operaţiilor de manipulare,respectiv de prelucrare nu trebuie să intersecteze componentele sistemului defabricaţie şi corpurile operatorilor umani în poziţiile corespunzătoare treceriiobiectului material;

- spaţiul de coliziune al robotului industrial nu trebuie, să intersecteze

elementele componente ale instalaţiilor de transfer inter-operaţii, maşinilor,utilajelor, dispozitivelor de lucru, corpurile operatorilor umani.Regulile de mai sus permit stabilirea unor modalităţi concrete de dispunere în

spaţiu a componentelor celulei flexibile de fabricaţie.Generarea aceleiaşi mişcări a obiectului material manipulat se poate realiza

în diferite variante de distribuţie a sarcinilor între instalaţii de transfer inter-operaţii, roboţi industriali de deservire, operatori umani.

Exemple: 1) În figura 5.4. se prezintă posibilităţi de realizare a operaţiei demanipulare conform punctelor de precizie M 1 ... M 8. Traiectoria punctuluicaracteristic M , trece prin punctele M 1 ... M 8 . În varianta din figura 5.4.a mişcareaeste generată de un singur robot industrial cu spaţiu de lucru mare, având spaţiul delucru de dimensiuni mari. În varianta din figura 5.4.b, un dispozitiv de transfer deplasează în mişcare de translaţie un manipulator (poziţiile M 1 ... M 8), care larândul său deplasează punctul caracteristic M în raport cu masa dispozitivului.

2) În figură 9.5 se prezintă modalităţi de realizare a traiectoriei punctuluicaracteristic N , definit prin poziţiile de precizie N 1 ... N 6 . În varianta din figura

Figura 5.4. Posibilităţi de realizare a operaţiei de manipulare conform punctelor de precizie M 1 ... M 8.



5.5.a traiectoria este realizată de un robot industrial, iar în varianta din figura 5.5.bde un dispozitiv de transfer tip masa rotitoare indexată. Acest dispozitiv impuneocuparea poziţiilor ' '

.... 61 N N ; Manipulatorul cu spaţiu de lucru liniar executămişcările radiale ' '

.... 6611 N N N N .•

Din punct de vedere al solicitării operatorului uman se analizeazăînainte de toate modul cum cerinţele de acţiune inteligentă sunt satisfăcute de

Figura 5.5. Modalităţi de realizare a traiectoriei punctului caracteristic N , definit prin poziţiile de precizie N 1 ... N 6 .



instalaţiile de transfer inter-operaţii, roboţii industriali de deservire sau operatoriiumani. Pentru repartizarea sarcinilor din această categorie se poate formula uncalcul simbolic. Relaţiile sunt exprimate printr-o inegalitate simbolică de forma:

, (5.3)

unde:C i - cerinţele de acţiune inteligentă derivate din operaţia de manipulare de

realizat;C l - cerinţele din categoria amintită care se satisfac prin comportamentul

logic secvenţial al instalaţiilor de transfer inter-operaţii; I a - cerinţele care sunt îndeplinite cu ajutorul elementelor de inteligenţă

artificială ale robotului industrial; I u - cerinţele care sunt soluţionate prin acţiunea operatorului uman.Utilizarea operatorului uman poate fi evitată dacă

al i I C C + . (5.4)Astfel conform lucrării [14] se pot formula următoarele reguli calitative decompunere a celulelor flexibile de fabricaţie:

- în cazul în care se utilizează instalaţii de transfer inter-operaţii cu facilităţide comportament logic secvenţial dezvoltate, robotul industrial poate avea unsistem de comandă mai simplu;

- dacă instalaţia de transfer inter-operaţii este de construcţie mai simplă,sistemul de comandă al robotului industrial trebuie să fie mai elaborat, înzestrat cuelemente de inteligenţă artificială;

- utilizarea operatorului uman conduce la simplificarea construcţiei instalaţieide transfer inter-operaţii şi a sistemului de comandă al robotului industrial;

- eliminarea operatorului uman cere o instalaţie de transfer inter-operaţii cufacilităţi de comportament logic secvenţial elaborate şi/sau robot industrial cusistem de comandă conţinând elemente de inteligenţă artificială.

Din necesitatea corelării capacităţii generale de mişcare şi a cerinţelor deacţiune inteligentă rezultă că pentru fiecare proces de fabricaţie pot exista maimulte variante de compunere a celulei flexibile de fabricaţie. Se pot formula înacest context următoarele reguli calitative:

- în cazul în care subsistemul de manipulare cuprinde operatori umani,

instalaţia de transfer inter-operaţii poate avea structură mai simplă, cu capacităţi degenerare de mişcare şi de comportament logic secvenţial mai puţin dezvoltate;

- cu cât instalaţia de transfer inter-operaţii are o structură mai complicată,fiind înzestrată cu proprietăţi de generare de mişcări şi de comportament logicsecvenţial mai elaborate, sarcinile operatorului uman sunt mai uşoare;

ual i I I C C +



- capacitatea de generare de mişcare şi de inteligenţă artificială ale robotuluiindustrial pot fi cu atât mai reduse cu cât proprietăţile de această categorie aleinstalaţiilor de transfer inter-operaţii sunt mai dezvoltate şi viceversa;

- prezenţa operatorului uman, alături de robotul industrial şi instalaţia detransfer inter-operaţii într-un subsistem de manipulare permite simplificareaconstructivă a acestora din urmă;

- cu cât seria de fabricaţie a obiectelor materiale de lucru este mai mare, cuatât reglajele instalaţiilor de transfer inter-operaţii şi alemaşinilor/utilajelor/dispozitivelor de lucru în vederea trecerii la producerea uneialte tipodimensiuni se face mai rar şi cerinţele faţă de flexibilitatea sistemului defabricaţie sunt mai reduse;

- fabricaţia în loturi mijlocii şi mici a unor obiecte de lucru de tipodimensiunidiferite cere reglaje mai frecvente, deci o flexibilitate mare a sistemului defabricaţie şi, în particular, a subsistemului de manipulare, flexibilitate care nu i se

poate conferi decât de operatorul uman sau robotul industrial; se poate considera că pentru loturi de fabricaţie de 5000 până la200 000 obiecte materiale de lucru pe an, creşterea de productivitate asigurată facerentabilă punerea în funcţie a unor celule flexibile de fabricaţie cu roboţi industriali.

În conformitate cu cele de mai sus, se pot alege mai multe variante decompunere a celulelor flexibile de fabricaţie echivalente din punct de vedere tehnic.Pentru a lua o decizie privind selectarea unei anumite soluţii se vor lua înconsiderare criterii de optimizare pe considerente economice.

• Corelarea caracteristicilor instalaţiilor de transfer inter-operaţii,



roboţilor industriali de deservire, operatorilor umani, cele alemaşinilor/utilajelor/dispozitivelor de lucru cu cele ale operaţiilor de

manipulare/prelucrare din punct devedere al timpilor diferitelor fazede funcţionare se face prinintermediul legilor de mişcare şi aciclogramelor.

Funcţionarea componentelor celulelor flexibile de fabricaţie secaracterizează, între altele, prin intermediul mişcării unor elemente alemecanismelor făcând parte din componentele celulelor sau a mişcării obiectului delucru în zona de acţiune a unei anumite componente. La rândul lor, mişcările dinaceastă categorie se descriu prin legi de mişcare.

Se numeşte lege de mişcare o funcţie care exprimă variaţia unui parametrucinematic,(pozi-ţional: coordonată/unghi de poziţie, sau de viteză/acceleraţie linia-ră/unghiulară în funcţie de timp). Cum funcţionarea mecanismelor, aparţinândcomponentelor celulei flexibile de fabricaţie, respectiv mişcarea obiectelor material de lucru care intră succesiv, în zona de acţiune a acestor componente este

periodică, descrierea lor se poate face cu ajutorul legilor de mişcare raportate lacâte un ciclu cinematic. În calculele concrete se utilizează grafice ale legilor demişcare, care sunt diagrame parametru cinematic-timp.

Figura 5.6. Modul de obţinere a graficului unei

ciclograme din graficul legii aceleiaşi mişcări.



În majoritatea cazurilor, pentru scopul corelării nu este necesar să se cu-noască valorile concrete ale parametrilor cinematici ai elementelor/obiectelor materiale de lucru care se mişcă, doar faptul că are loc sau nu o anumită mişcare.Această informaţie este conţinută în ciclograme.

Se numeşte ciclogramă o funcţie booleană de timp de tip „sau". Graficul uneiciclograme este axa timpului pe care sunt marcate momentele de trecere de la stareade oprire la cea de mişcare şi viceversa.

În figura 5.6 se prezintă modul de obţinere a graficului unei ciclograme dingraficul legii aceleiaşi mişcări.

Observaţii: 1) Flexibilitatea unei celule de fabricaţie deservită de un robotindustrial nu este dată de prezenţa acestuia în cadrul celulei, deşi acesta prezintă ungrad ridicat de flexibilitate, ci de tipul utilajelor utilizate în cadrul celulei. Utilajelece prezintă grad ridicat de flexibilitate sunt:

- maşinile şi utilajele cu comenzi numerice, programabile;

- maşinile universale semiautomate.2) Flexibilitatea unei maşini este dată de capacitatea de a prelucra ovarietate ridicată de forme şi dimensiuni (între limite admise de construcţia sa) cuaceeaşi sculă sau cu o magazie de scule pregătite la care maşina are acces prin

program.3) Sunt considerate maşini cu flexibilitate totală:- centrele de prelucrare;- maşinile cu comenzi numerice, electronice sau de alt tip;- maşinile programabile semiautomate, etc.Primele două tipuri reprezintă tipurile cele mai solicitate în cadrul

celulelor flexibile de fabricaţie. Cu ajutorul acestor tipuri de maşini se pot organizasisteme flexibile de fabricaţie de tip CAM (Computer Aided Manufacturing),sisteme de producţie integral dirijate şi controlate de computer.



Aşa cum am mai afirmat, celula flexibilă de fabricaţie constituie componentade bază a sistemului de producţie robotizat. Structura celulei, (figura 5.7) estediferită de la o aplicaţie la alta. O anumită componenţă o are celula de fabricaţie

pentru procesele de aşchiere, alta este componenţa la o celulă pentru sudare,

turnare, vopsire, asamblare sau control.

O uniformizare a acestor celule flexibile de fabricaţie nu este posibilă, dinacest motiv, se va analiza structura celulei de fabricaţie pentru fiecare tip deoperaţii.

Domeniile posibile de aplicare a celulelor flexibile de fabricaţie deservite deroboţi industriali sunt următoarele:

- în procesele de prelucrare prin aşchiere;- în procesele de prelucrare prin presare, ştanţare, extrudare;- în procesele de turnare;- în procesele de matriţare, forjare;- în procesele de sudare, tăiere;- în procesele de sablare, polizare, găurire etc;- în procesele de vopsire;- în procesele de asamblare;- în activităţile de control;- în activităţile din depozite şi transport uzinal etc.

Figura 5.7. Structura celulei flexibile de fabricaţie din punct de vedere al procesăriiobiectelor materiale.



Cu siguranţă nu se vor putea atinge toate domeniile în care celulele flexibilede fabricaţie deservite de roboţi industriali pot pătrunde. Teoretic acestea pot activaîn orice domeniu în care activează omul, suplinindu-l pe acesta.

În toate aceste cazuri izolate (sau frecvente) se pune problema rentabilizării,cât şi a generalizării aplicaţiei respective. Pe acest considerent vor fi neglijate toateacele aplicaţii care au caracter experimental sau sunt cu totul izolate. Prezentalucrare se adresează în primul rând acelora care pot generaliza aplicaţii cu celuleflexibile de fabricaţie deservite de roboţi industriali, la o scară industrială, acolounde avantajele roboţilor industriali sunt puse în valoare.

5.3. Celule flexibile de fabricaţie pentru procese deprelucrare prin aşchiere

Numărul cel mai mare al celulelor flexibile de fabricaţie deservite de roboţiindustriali aflate în exploatare se află în domeniul construcţiilor de maşini în cadrul

proceselor de prelucrare prin aşchiere. Acest lucru se datorează, în primul rând, ponderii mari a acestui domeniu în procesele industriale, unde se găseşte forţa demuncă cea mai numeroasă. Optimizarea utilizării forţei de muncă, concomitent cuurmărirea unui spor de productivitate şi de calitate a favorizat pătrunderea masivă acelulelor flexibile de fabricaţie deservite de roboţi industriali în proceselerespective.

Elementele principale ale unei celule flexibile de fabricaţie, utilizate încadrul proceselor de aşchiere, sunt următoarele:

- maşinile-unelte (agregatele) pentru prelucrare;- robotul industrial;- magaziile pentru depozitare (au şi funcţii de transport);- dispozitivele de întoarcere (când sunt necesare);- dispozitivele de control interoperaţii;- unitate centrală de calcul.



În funcţie de felul organizării celulei, o parte din elementele arătate pot lipsi.Astfel, dacă celula este organizată în jurul unuia din roboţii de tip: coloană, portal,turelă, pistol sau braţ articulat, toate cele 5 elemente principale se regăsesc înmajoritatea cazurilor de fabricaţie. Dacă celula este deservită de un robocar

(cărucior autonom) unele din elementele respective pot lipsi.

Figura 5.8. Schema structurală a unei celule flexibile de fabricaţie deservităde un robot tip coloană.



În figurile 5.8 şi 5.9 sunt schiţate două celule diferite, organizate cu doi

roboţi diferiţi, roboţi tip coloană şi robocar.Poziţia 1, magazia de stocaj a obiectelor materiale brute şi finite, în aplicaţia

de faţă are şi rolul de transportor al obiectelor în fluxul de fabricaţie. Acest mod deorganizare are avantajul că utilizează spaţiul productiv la maximum şi asigură două

funcţii distincte construcţiei respective, eliminând transportul.Dispozitivul de întoarcere 3 este necesar în cazurile în care obiectul materialtrebuie întors cu 180° în lungul axei sale, astfel încât prinderea în mandrina maşiniisă se facă la capătul opus prinderii iniţiale. Funcţia de întoarcere o poate aveadispozitivul respectiv sau însuşi robotul, caz în care dispozitivul are rolul de simplusuport de aşezare. Dispozitivul de întoarcere nu este obligatoriu în toate aplicaţiile(în special la celulele de fabricaţie rigide), ci în aplicaţiile în care obiectul materialnecesită această întoarcere. In celulele de fabricaţie flexibile el există ca accesoriual celulei, dar este utilizat prin program numai când aplicaţia o cere.

Dispozitivul de control 4 este utilizat pentru verificarea execuţiei corecte a

operaţiei (operaţiilor) respective. De regulă, acest dispozitiv realizează un controlmultidimensional. Prin acest procedeu de control interoperaţii nu există

posibilitatea de rebut decât pentru cel mult un singur obiect material (piesă),asigurându-se astfel o calitate superioară.

În figura 5.9 este ilustrată o celulă flexibilă de fabricaţie formată din douăcentre de prelucrare, deservite de către un robocar. Robotul are în acest caz funcţia

Figura 5.9. Schema structurală a unei celule flexibile de fabricaţie deservită de unrobocar.



de transportor al obiectelor materiale tip carcasă în toate punctele de lucru; şi în

această aplicaţie se regăsesc toate cele 5 elemente componente ale celulei.O precizare se impune la acest tip de celulă, şi anume că, numărul maşi-

nilor-unelte deservite de robocar nu este limitat la 2-5, ci poate fi cu mult mai mare,în funcţie de complexitatea obiectului material şi de timpul de maşină efectiv. Cucât timpul de maşină este mai mare (complexitatea ridicată a obiectului) creşte şinumărul de maşini deservite de acelaşi robot. Celelalte elemente componente ale

celulei cu aceleaşi funcţii ca şi cele prezentate anterior, forma şi complexitatea lor este dictată de forma, mărimea şi complexitatea obiectelor materiale ce se

prelucrează în cadrul celulei.Există astăzi, foarte mulţi fabricanţi de celule flexibile de prelucrare prin

aşchiere.

5.3.1. Celulele de fabricaţie ale societăţii FASTEMS din Finlanda

Figura 5.10. Celula flexibilă de fabricaţie

RPC – 10/20.



Unul din cei mai importanţi fabricanţi de celule flexibile de fabricaţie estesocietatea FASTEMS din Finlanda[89].

Această societate realizează celule robotizate (din familia RPC) modulare pentru încărcarea maşinilor unelte, celule de debavurare din familia DBL şi celule personalizate cu diferite scopuri.

Celulele din familia RPC cuprind modelele: RPC-10/20, (figura 5.10); RPC-165, (figura 5.11); RPC-16G, (figura 5.12). Acestea permit o creştere a gradului deutilizare al maşinilor unelte pentru strunjire cu CNC, centrelor de prelucrare sau aaltor maşini unelte.

Figura 5.11. Celula flexibilă de fabricaţieRPC – 165.



Celulele RPC fiind de tip modular se pretează la tipuri de producţie foartevariate. De asemenea celuleleRPC pot în mod facil să seadapteze şi la alte aplicaţii

precum finisarea şi controlul pieselor finisate. Mai mult,acestea permit o adaptare rapidăşi facilă la exigenţele producţieievolutive de astăzi, oferindoperatorilor avantajele libertăţii înmaterie de administrarea pieselor.

Avantaje:- Răspuns la investiţii rapide;- Capacitate crescută pentru producţia continuă fără

personal;- Exploatare eficientă a resurselor;- Adaptare la fluctuaţiile volumului de producţie;

- Adaptare facilă la produsele noi;- Vastă alegere a echipamentelor auxiliare;- Opţiuni standard pentru completarea soluţiilor de bază;- Posibilităţi de integrare a maşinilor existente;- Instalare facilă şi rapidă.În ceea ce priveşte numărul de maşini unelte din componenţa celulelor

Figura 5.12. Celula flexibilă defabricaţie RPC 20 - G.



flexibile de fabricaţie societatea Fastems realizează trei tipuri:

- Celule individuale, compuse dintr-o singură maşină unealtă cu unrobot şi un carusel de piese paletizate şi de carusele pentru utilaje; această celulăeste capabilă de a funcţiona autonom în timpul mai multor ore ca urmare a uneigestiuni şi supravegeri impecabile a pieselor, paletelor şi sculelor.

- Celule duplex cu două maşini unelte;- Celule multiple cu 3 sau 4 maşini unelte.•

În figura 5.13 se prezintă vederea de sus şi în perspectivă a celulei de tip RPC-165. Aceasta este o celulă modulară robotizată cu robot Fanuc, cunoscută pentru conduită (încărcare şi descărcare) a diverselor maşini cu CNC de tipulcentrelor de prelucrare, strungurilor sau a altor maşini unelte.

Datorită opţiunilor sale standard, celula RPC-165 poate facilita adaptareala diverse aplicaţii de finisare, curăţire sau control al pieselor.

Structura principală a celulei RPC-165 este un modul monobloc care permiteo instalare rapidă şi în caz de nevoie o mutare facilă.Dintre avantajele principale ale celulei se pot enumera:

- Creşterea productivităţii muncii şi durata repetitivă a ciclului de fabricaţie;

- Timp de instalare redus;- Asigură desfăşurarea procesului tehnologic fără supraveghere umană;- Intrarea/ieşirea obiectelor materiale în mod automat, flexibil şi eficace;- Funcţionare uşoară cu o logică interactivă;- Integrare posibilă pe maşini unelte cu CNC existente;- Compatibilitate cu tipuri de obiecte materiale (piese) axiale şi prismatice;- Asamblarea, programarea şi testarea celulei înainte de livrare;

Figura 5.13. Organizarea unei celule flexibile de fabricaţie RPC – 165.



- Celula este reutilizabilă şi extensibilă datorită opţiunilor sale standard;- Ameliorarea securităţii şi ergonomiei posturilor de lucru;- Suport tehnic Fastems şi Fanuc.Caracteristicile tehnice ale celulei RPC-165 sunt:- Capacitatea de încărcare este de 30 kg;- Robot Fanuc R-2000iA cu sarcina utilă de 165 kg;- Preprogramare a ciclurilor de manipulare a obiectelor materiale;- Dimensiunile celulei: 4100 x 3400 x 2470 mm (L x l x H).Celula are în componenţă şi o staţie de alimentare cu obiecte materiale,

echipată cu 3 transportoare. Gabaritul platformei transportoarelor este 1200 x 800mm.

De asemenea, celula mai are în componenţă o staţie control calitate, un prehensor dublu şi o staţie de prehensiune suplimentară.

Pentru operaţii tehnologice mai complicate celula RPC 165 mai dispune

de:- Prehensor/rac de scule;- Prehensor suplimentar;- Scule de debavurare şi de finisare;- Interfaţă maşină;- Port piese specifice;- Sistem cu vedere artificială;

- Transportor suplimentar.• În figura 5.14 se prezintă o vedere de sus a celulei DBL. Aceasta este o

Figura 5.14. Organizarea unei celule flexibile de debavurare tip DBL.



celulă robotizată modulară cunoscută pentru aplicaţiile de debavurare şi încărcareautomată. Operaţiile tehnologice de debavurare manuală sunt operaţii dificile şicomplexe, iar calitatea poate varia în funcţie de raţiunea la oboseală a operatorului.Prin debavurarea cu celula DBL, operaţiile manuale murdare, zgomotoase şimonotone sunt în totalitate eliminate. În acelaşi timp se menţine o calitate dedebavurare constantă pe toată perioada de funcţionare a celulei.

Structura principală a celulei DBL poate fi utilizată în mod autonom sauintegrat în interiorul sistemelor flexibile de fabricaţie.

Celulele DBL ale firmei Fastems sunt cunoscute pentru efectuarea opera-ţiilor tehnologice în mod automat, fără intervenţia operatorului uman, menţinând ocalitate optimală şi constantă a formei.

Dintre cele mai importante avantaje ale celulei se pot aminti:- Ameliorarea securităţii şi a ergonomiei postului de lucru;- Instalare în versiune autonomă şi integrată;

- Unitate monobloc, facilă la instalare şi deplasare;- Munca indirect productivă este efectuată de un robot industrial, dând posibilitatea personalului calificat de a efectua alte sarcini importante;

- Creşterea productivităţii muncii şi o durată constantă a ciclului delucru;

- Gestiunea fluxului de materiale şi a logisticii simplificate şi maifiabile;

- Funcţionare uşoară cu o logică interactivă.Celula de debavurare DBL, (figura 5.15) are următoarele caracteristicitehnice:- Sarcina utilă a modelului DBL 45 cu robot Fanuc M-710iB/45 este de 45

kg;- Dimensiunile staţiei de alimentare cu obiecte materiale ale modelului 45

sunt: 600 x 800 mm;- Sarcina utilă a modelului DBL 165 cu robot Fanuc R-200iA/165F este de

165 kg;- Dimensiunile staţiei de alimentare cu obiecte materiale ale modelului 165

sunt: 800 x 1200 mm.Staţia de alimentare cu obiecte materiale permite integrarea cu un sistem

flexibil de fabricaţie dotat cu masă cu servocomandă Fanuc.De asemenea, mai are în componenţă două staţii cu palete şi un transpor-

tor suplimentar, o staţie de control calitate, o rampă pentru întreţinerea sculelor, ostaţie de prehensiune suplimentară prevăzută cu prehensoare de scule, un sistem devedere artificială.

• În figura 5.16 se prezintă o celulă flexibilă de fabricaţie personalizată.



Atunci când există nevoia de a efectua în mod automat fără asistenţa operatoruluiuman a unui ciclu de administrare şi finisare a obiectelor materiale

prelucrate sau în afară de încărcarea unei maşini unelte este necesar a se efectua unciclu de spălare urmat de o finisare a suprafeţei, celula de tip RPC personalizatăeste o soluţie bine venită.

Graţie sistemului de încărcare automată a sculelor, prehensorul poate încărcadiferite scule de debavurare, apoi să execute debavurarea obiectelor materiale direct pe paleţii de prelucrare, fără ca acestea să fie transferate pe o paletă de componente.

Celulele RPC personalizate sunt înzestrate cu:- Mai multe interfeţe maşină;- Interfaţă de spălare sau control;- Interfaţă cu sistemul flexibil de fabricaţie tip Fastems;

Figura 5.15. Celula flexibilă de debavurare şi încărcare de tip DBL.



- Interfaţă cu maşini speciale de marcat, de înşurubat şi maşini de deasamblare simplă.

5.3.2. Rolul operatorului uman în conducerea unei

celule flexibile FastemsConducerea unei celule flexibile Fastems depin-de de respectarea urmă-toarelor condiţii:

- În mod general, după pornirea succesiunilor de fabricaţie şi priorităţile

Figura 5.16. Celulă RPC 165 personalizată.



lor, conducătorul stabi-leşte planul de încărcare a celulei prin optimizareafuncţionării sale. El defineşte ordinea de dispunere a pieselor şi utilajelor din stoc,efectuează calculul cronologic al secvenţelor operatoare, timpii de fabricaţie,timpii de reglare a maşinilor şi de control. Ordinea poate fi modificată oricând, înfuncţie de clauzele comerciale.

- Comenzile celulei sunt astfel realizate încât, simplifică sarcina de planificare datorită unei ordonanţări şi unei gestiuni autonome a pieselor şiutilajelor. În timpul fabricaţiei, operatorul supraveghează funcţionarea maşinilor

prin intermediul ecranului de comandă al celulei, utilizat ca supervizor.

De asemenea, el urmăreşte în timp real avansul fabricaţiei, cea ce îi permite asigurarea gestiunii fluxului în maniera „exact la timp”.

- Asistenţii de supraveghere, utilizează senzori de uzură şi de spargere asculelor, senzori de poziţie şi de control a strângerii pieselor, dispozitive de măsură

a cotelor şi de analiză a vibraţiilor. Fiecare disfuncţionalitate declanşează o alarmă pe schemele sinoptice prezentând stările celulei. Mentenanţa este facilitată prinautodiagnostic şi prin programe de mentenanţă predictive.

În ceea ce priveşte pregătirea maşinilor unelte din cadrul celulei flexibile pentru lansarea în fabricaţie a unei noi piese, operatorul uman trebuie săîntocmească programul maşină, care va cuprinde obligatoriu următoareleinstrucţiuni: pregătirea lucrului, reglajul maşinii, execuţia şi controlul pieselor realizate, timpii de staţionare, instrucţiuni tehnologice, instrucţiuni geometrice,instrucţiuni de urmărire a fabricaţiei şi mentenanţă-întreţinere.

În timpul desfăşurării procesului tehnologic, operatorul uman intervine doar pentru pregătirea sculelor, aşezarea lor pe carusel, poziţionarea semifabricatelor pesuporţii lor, aşezarea ansamblurilor pe paleţi, darea unui cod de identificare pieselor şi sculelor.

În ceea ce priveşte organizarea muncii de câteva soluţii trebuie să se ţinăcont:



- Munca de programare trebuie să fie separată de munca de fabricaţie,conform schemei lui Taylor;

- Operatorul uman trebuie să intervină în programarea maşinii unelte doar pentru mici corecţii impuse de parametrii calitativi ai piesei prelucrate;

- Să se efectueze rotaţia personalului pe diferite posturi pentru a se realizavarierea şi îmbogăţirea muncii.

5.3.3. Celulele de fabricaţie pentru tratamentul suprafeţelor

Prin tratamentul suprafeţelor se înţelege efectuarea unor operaţiitehnologice de debavurare, polizare, rectificare, şlefuire, lustruife, curăţire saunetezire.

Dintre societăţile cu prestigiu din Comunitatea Europeană ce realizeazăcelule flexibile robotizate pentru astfel de operaţii se enumeră societatea MAPE

S.A. cu sediul în Grenoble - Franţa şi societatea STARMATIK S.R.L.AUTOMAZIONI cu sediul în Treviso – Italia. De asemenea societatea KUKA dinGermania pe lângă roboţii industriali care i-au adus faima, fabrică şi echipamentede prelucrare pentru celule flexibile de fabricaţie, care se montează pe braţulrobotului.

• Societatea MAPE S.A., produce celule flexibile de fabricaţie, roboti-zate, pentru realizarea de operaţii de polizare, debavurare şi de superfinisare,(figura 5.17).

Celulele [90], sunt dotate cu roboţi antropomorfi cu 6 grade de libertate şi

sarcina utilă cuprinsă între 5şi 150 Kg.Celulele sunt concepute pentru a lucra fie cu piese portabile de la câtevagrame până la 100 Kg, fie cu scule portabile cu broşe compliante şi încărcareaautomată a sculelor.

Pentru a lucra cu piese portabile, MAPE a dezvoltat echipamente învederea construirii de celule robotizate modulare.

Principalele module cu care sunt dotate celulele flexibile ale societăţiiMAPE sunt:



- Module pentru posturi cu bandă abrazivă;- Module pentru posturi de polizare cu control de diametru şi diamantare

(rectificare) automată a pietrei;- Module pentru posturi de retezare;- Module pentru posturi de şlefuire-lustruire cu pâslă;- Module pentru posturi de broşare;

- Sisteme cu complianţă activă şi pasivă;- Sisteme de prehensare a pieselor cu cleşti, ventuze prin vid sauelectromagnet.

Pentru a lucra cu unelte portabile, atunci când nu este posibil de a purta

Figura 5.18. Celulă MAPE care utilizeazătehnica polizării adaptive.

Figura 5.17. Celulă flexibilă de fabricaţie asocietăţii MAPE S.A.



piese grele sau care au tendinţa de a se încurca, Mape a dezvoltat echipamente deşlefuire-lustruire, debavurare sau derectificare cu complianţă activă şischimbarea automată a părţii active asculei

Celulele MAPE sunt dotate cu sisteme de vedere şi captare cu laser care permit recunoaşterea pieselor înainte de şlefuire-lustruire sau rectificare şi de acontrola în mod automat procesele.

De asemenea celulele MAPE utilizează o nouă tehnică de şlefuire-lustruireadaptivă, care permite adaptarea lucrului în funcţie de caracteristicile fiecărei piese

intrate în maşină, (figura 5.18).• Societatea STARMATIK S.R.L. AUTOMAZIONI, produ-ce celuleflexibile de fabricaţie, modulare (figura 5.19), pentru rectificarea şi lustruirea

pieselor din oţel, cu roboţi antropomorfi cu 6 axe sau cu roboţi cartezieni [91].

Figura 5.19. Celulă flexibilă pentru rectificareaşi lustruirea pieselor din oţel.



• Societatea KUKA din Germania este recunoscută prin roboţii industrialice operează în diverse celule flexibile de fabricaţie, dar şi prin echipamente-le de

prelucrare în celule şi softurile adecvate acestor operaţii [92].În figura 5.20 se prezintă o celulă flexibilă pentru polizarea, şlefuirea şi

debavurarea cordoa-nelor de sudură de pe şinele ghidajelor de lanţ ale ferăstraielor meca-nice pe care le producesocietatea STIHL dinGermania.

Astfel, prin automatizarea polizării, şlefuirii şi debavurării sudurilor de peşinele ghidajelor ferăstraielor mecanice pe care le produc, s-a obţinut o calitate mairidicată a suprafeţelor de ghidare şi un ciclu de producţie mai scurt cu 23 %.

Celula se compune din următoarele echipa-mente:- Robot KR 30 HA KUKA;- Calculator electronic compatibil IBM –PC;

- Soft adecvat celulei flexibile de fabricaţie;- Sistem de manipulare liniară;- Două echipamente de şlefuire;- Dispozitiv cu dublă perie;- Dispozitiv de prindere pe paleţi;- Echipament de vedere artificială;- Dispozitiv de protecţie.

Figura 5.20. Celulă flexibilă pentru polizarea, şlefuirea şi

debavurarea cordoanelor de sudură de pe şinele ghidajelor ferăstraielor mecanice pe care le produce societatea STIHL

din Germania.



Robotul KUKA KR 30 HA este de tip antropomorf cu braţ articulat şi 6grade de libertate şi de o precizie impecabilă în ceea ce priveşte poziţionarea.

Celula poate conform programului flexibil, să se adapteze la polizarea şişlefuirea unei game variate de piese şi de diferite dimensiuni.De asemenea, celula datorită softului implementat este interconectată cu celulacare execută sudura prin puncte a reperelor şi are capacitatea de a alege programulîn vederea executării polizării şi şlefuirii piesei respective.

Descrierea funcţionării:Reperele sudate prin puncte la celula de sudare cu robot KUKA

KR 30 HA, se deplasează pe un conveior către celula de polizare, şlefuire unde segăseşte un dispozitiv de manipulare automată şi care le pune la dispoziţie într-ostaţie de fixare.

Sistemul computerizat alege regimul de lucru al robotului KUKA KR 30

HA şi accelerează ciclul rapid de prelucrare al celulei. Înainte ca temperatura piesei polizate să atingă 140o C, procesul se opreşte automat, iar robotul mută piesa de lastaţia de fixare. Pentru prindere piesei robotul utilizează prehensorul său paralel,acţionat pneumatic şi dotat cu bacuri de prindere. Piesa este transportată la unechipament de şlefuire cu două posturi după care este dirijată către un sistem cuvedere artificială unde cu ajutorul nuanţelor de gri măsoară calitatea şlefuirii. Piesaeste dirijată apoi, către un dispozitiv cu dublă perie unde se definitiveazăsuprafeţele metalografice. Robotul stivuieşte apoi piesele pe doi europaleţi care segăsesc în dispozitivul de fixare.

După încărcarea europaletului, robotul poate să continue misiunea sa fără a pune în pericol securitatea operatorului.

Piesele care nu îndeplinesc condiţiile de calitate, sunt preluate de robot şidepozitate într-un sertar deschis care se goleşte manual.

5.4. Celule flexibile de fabricaţie pentru procese de prelucrare prinpresare-perforare, îndoire-fălţuire sau tăiere

În procesele de prelucrare prin presare-perforare, îndoire-fălţuire sau tăiere,celula de fabricaţie este mai simplă, conţinând în principal următoarele elemente:

- robot pentru servire;- maşinile de presat (una sau două);- magazii pentru semifabricate şi piese finite.În figura 5.21 se poate vedea o celulă de presare servită de un robot

industrial. În figură se poate observa că magazia cu semifabricate reprezintă uncărucior pe platforma căruia se află rastele pentru tablele semifabricat.

Magazia de piese finite este însăşi transportorul ce deplasează pe flux pie-



sele respective. În cazul acestei aplicaţii nu este necesar dispozitivul de întoarcereşi de control, întrucât matriţa asigură precizia impusă de proces, iar întoarcerea

piesei nu este necesară. Şi în cazul procesului de tăiere, celula flexibilă de fabricaţie păstrează aceeaşi structură.

În figura 5.22 se prezintă o celulă flexibilă de perforare-tăiere produsă desocietatea SALVAGNINI ITALIA S.P.A. [93].

Celula este de tip S4 Evo şi se compune din:- cap de perforare cu scule multiple;- maşină de tăiat cu capete multiple;

- sistem de încărcare automată a pieselor unitare de tip P4 ABT;

Figura 5.21. Celulă de fabricaţie cu două prese de ştanţat şirobot industrial de servire.

Figura 5.22. Celula flexibilă de perforare-tăieretip S4 Evo



- Magazin intermediar tip MVP.Celula S4 Evo este echipată cu o presă pentru fiecare sculă disponibilă.

Acest principiu brevetat, „cap multiplu cu distribuţie hidraulică a forţei de perforare pe fiecare sculă”, face din S4 Evo un sistem de neegalat în ceea ce priveşte timpiiciclului, durata de viaţă a sculelor şi optimizarea deplasa-mentelor.

Tăierea sau ştanţarea adiacentă cu cap multiplu, este integrată într-o structurăunică cu un singur manipulator. Ea constitue un sistem multifuncţional foartecompact care reprezintă o veritabilă evoluţie în logistica de manipulare a tablelor

prelucrate.Dintre cele mai importante avantaje se pot evidenţia:- Viteză şi flexibilitate pentru producţia în loturi unitare;- Ambutisare realizabilă la 16 mm de marginea croielii;- Programare, diagnosticare şi utilizare simplificată datorită sistemului de

control SYSCON;

- Precizie, flexibilitate şi nivel de zgomot slab;- Echipament standard care are în componenţă un modem pentrudiagnosticarea şi asistenţă la distanţă;

- Utilizarea celulei S4 Evo într-o configuraţie simplificată a unei liniiflexibile de fabricaţie cu robot de îndoire ROBformER.

În ceea ce priveşte îndoirea-fălţuirea automată a tablelor în figura 5.23

se prezintă o celulă flexibilă realizată de către societatea KUKA din Germania pentru societatea Metallkonzept Glaser GmbH.

Celula a fost realizată pentru a lucra în mod automat cu o presă de îndoit

existentă, firma constructoare livrând doar următoarele componente şi servicii:- Robot KR 150 L110 KUKA din seria 2000;- Comanda robotului KUKA pe bază de PC, cu Control Panel şi interfaţă

Windows familiară;- Prehensor cu ventuze pneumatice;- Logica BendTech Pro V1.0 KUKA pentru programare „hors ligne”;- Programarea robotului;



- Punerea în funcţiune.Celula oferă o mareflexibilitate şi se

pretează la serii micide fabricaţie.

Robotul folosit este cu 6 grade de libertate de tip antropomorf cu braţarticulat având o rază de acţiune de 3500 mm.

Logica BendTech Pro V1.0 KUKA fiind un procedeu „hors ligne”independent de desfăşu-rarea unui proces de producţie, poare să programeze procesul tehnologic pentru o nouă piesă în timp ce robotul este în lucru cu altă piesă. Se reduc astfel, timpii morţi de încărcare a programului pentru execuţia uneinoi piese.De asemenea utilitarul BendTech Pro V1.0 KUKA are integrat un simulator în 3Dcare permite reprezentarea unei secvenţe de îndoire sau fălţuire precum şi toatecelelalte operaţii. Simulatorul mai permite şi verificarea costului optim de

producţie.Descrierea funcţionării:

Tablele de îndoit aşezate plat pe o europaletă sunt aduse în celula de prelucrare pe un cărucior cu elevator unde sunt poziţionate cu ajutorul a doielectromagneţi aşezaţi în unghi drept. Cu ajutorul prehesorului cu ventuze

pneumatice, robotul prelevează câte o tablă şi o depune în staţia de centrare unde vafi măsurată la grosime de către un sistem de măsurare pentru a garanta că robotulnu a luat două table în acelaşi timp. Acest control este indispensabil, deoarece

Figura 5.23. Celulă flexibilă de îndoire-fălţuirecu robot KUKA.



tablele fiind unse, rămân uneori lipite una de alta iar procesul de îndoire-fălţuire sănu poată fi executat.

Robotul transferă apoi tabla la presă pentru efectuarea îndoirii sau fălţuiriidorite. Pentru fiecare operaţie, robotul adaptează forţa sa pentru a rezista

presiunilor dezvoltate de presă.Atunci când robotul constată că presiunea presei poate produce scăparea

piesei din mecanismul de prehensiune, sistemul îl obligă să modifice poziţia de prindere. Piesele prelucrate sunt aşezate apoi de către robot pe o europaletă.

5.5. Celule flexibile de fabricaţie destinate proceselor deturnare sub presiune

Celulele flexibile defabricaţie destinate

proceselor de turnare sub

Figura 5.24. Celulă flexibilă de fabricaţie pentruinjectat mase plastice.



presiune diferă substanţial de celulele realizate pentru procesele de prelucrare prinaşchiere.

În procesele de turnare a metalelor, celulele robotizate se întîlnesc la turnareasub presiune a pieselor din aliaje uşoare (aluminiu, aliaje din aluminiu). Frecvent seîntîlnesc în domeniul turnării sub presiune a materialelor plastice.

În ambele situaţii, celula roboti-zată este compusă din:- robot;- maşină de presat;- cuptorul de topit aliajul (numai în cazul aliajelor metalice);- containere pentru piesele presate.În figura 5.24 se prezintă o celulă flexibilă de fabricaţie cu robot servind o

maşină de injectat masă plastică. Celula este compusă, aşa cum se vede, din robot,maşină de injectat, instalaţie pentru transportat piesele presate şi dispozitiv pentrudebavurat.

În figura 5.25 se prezintă o celulă flexibilă de fabricaţie care execută prininjectare, role pentru mobilă. Rola se realizează prin injectarea pe o maşină deinjectat orizontală a unui strat acoperitor din poliuretan peste un miez din

poliamidă. Întregul ciclu de alimentare cu miezuri este servit de un robot industrialKR 15 KUKA [92], cu 6 grade de libertate şi braţ poliarticulat. Robotul este cudouă viteze de operare, astfel încât între punctul de transfer al conveiorului şidispozitivul de injecţie deplasarea să se facă accelerat.

Celula echipată de societatea KUKA se compune din:- Robot industrial KR 15 KUKA;- Maşină de injectat mase plastice cu coloane orizontale;- Transportor tip conveior cu racleţi înclinaţi;- Buncăr pentru depozitarea dezordonată a miezurilor;- Două prehensoare cu ventuze pneumatice;- Sistem de comandă.Descrierea funcţionăriiMiezurile din poliamidă aşezate dezordonat într-un buncăr, sunt preluate



de banda cu racleţi înclinaţi aconveiorului unde se execută şi o primăorientare.

Primul prehensor cu ventuze pneumatice, ia de pe banda conveiorului unmiez şi-l depozitează pe o masă de alimentare. Masa de alimentare poate să

primească numai două miezuri. Cu ajutorul celui de-al doilea prehensor cu ventuze,robotul prelevează o pereche de miezuri şi o reţine. Miezurile sunt monitorizate desenzorii de prezentă montaţi pe prehensor.

După apucarea a 16 miezuri în prehensor, robotul aşteaptă până maşina deinjectat este liberă şi le introduce în locaşurile din dispozitivul de injectat. Dupăaceea robotul reia alt ciclu de lucru.

Celula de fabricaţie construită de KUKA are următoarele avantaje:

- Este de o înaltă flexibilitate, fiind în măsură de a manipula piese de la undiametru de 75 la 100 mm;

- Dispune de o precizie de repetabilitate de două zecimi de milimetru;- Robotul utilizat este de mică înălţime şi totodată are nevoie de un spaţiu

mic de manevrabilitate;- Comanda robotului se bazează pe calculator electronic PC, cu Control

Panel şi interfaţă Windows.În cazul celulei pentru turnare sub presiune a aliajelor uşoare apare ca

element distinct cuptorul de topit aliaj , iar celelalte elemente se păstrează.

5.6. Celule flexibile de fabricaţie destinate proceselor de sudare

Procesele de sudare atât prin arc electric cât şi prin puncte, fac parte dintre procesele cele mai robotizate. Celulele de fabricaţie din aceste procese suntspecifice procedeului de lucru. Astfel la sudarea cu arc electric celula este compusădin:

Figura 5.25. Celulă flexibilă de fabricaţie pentru alimentarea robotizată a unei maşini

de injectat mase plastice.



- robot industrial;

- dispozitiv de orientare în trei plane a piesei de sudat;- aparatura de sudat (sursă de curent instalaţia de gaz).

În figura 5.26 se prezintă o celulă de sudat în impulsuri produsă de societateaCarl Cloos Schweisstechnik GmbH-Germania [95].

Celula este de tip Z1 compactă şi se compune din:- Telecomanda de progra-mare (PHG);- Robot CLOOS ROMAT® 320;

- Pistolet de sudare cu dispozitiv de verificare;- Dispozitiv de avans sârmă;- Pachet de furtune pentru pistolet;- Masă rotativă cu 2 staţii de lucru;- Suport pentru pistolet de sudare cu dispozitiv anticoliziune;- Curăţitor pentru pistoletul de sudare; - Sursa de sudare.

Celula robotizată compactă este compusă din componente optimizate pentru o conlucrare ideală, construite conform înaltelor standarde de calitateCLOOS garantând totodata un raport preţ/calitate optim. Aceste componente suntmontate pe un cadru stabil, prevăzut cu suporţi pentru transport. Robotul industrialşi dulapul de comandă, sursa şi accesoriile precum şi sistemul de curăţare a capuluide sudare sunt montate pe cadrul metalic.

Figura 5.26. Celula compactă Z1 de sudat în impulsuri produsă de Carl Cloos Schweisstechnik GmbH.



Montat tot pe cadrul metalic şi inclus în pachetul de livrare este gardul de protecţie. Acesta dispune de o uşă de vizitare pe unde se poate ajunge în interior pentru eventuale lucrări de programare. Celula robotizată compactă Z1 dispune deo masă rotativă cu 2 staţii de lucru. În timp ce operatorul montează sau demontează

piesa de prelucrat la o staţie, robotul sudează la staţia 2. Schimbarea staţiei de lucruse face manual de către operator prin rotirea mesei.

Sursa de sudare cu sudare în impulsuri, sistem de avans sârmă controlat cuvitezometru, pachete de furtune cuplabile la ambele capete, pistolet răcit cu apă şisistem anticoliziune, curăţire mecanică a pistoletului de sudare precum şisupravegherea arcului electric cuplată direct la dulapul de comandă sunt doar câteva detalii care asigură atât o calitate excepţională a sudurii cât şi o

productivitate optimă.Robotul de sudare CLOOS ROMAT® 320 este un robot industrial robust

construit în configuraţie antropomorfă cu 6 grade de libertate.

Principiul configuraţiei antropomorfe (fără a utiliza în structură paralelograme) şi domeniul de lucru foarte mare la axele 2 şi 3, asigură robotului oflexibilitate deosebită şi un domeniu de lucru sferic.

Construcţia suplă din aluminiu turnat sub presiune asigură o rigiditateoptimă a axelor şi în plus avantajul unei greutăţi reduse. Transferul exact şi fără

posibilitate de joc asigură sudurii cordoanelor o dinamică optimă. Frâna aplicată pearborele motor acţionează după principiul curentului oprit şi opreşte orice mişcărila căderea tensiunii.

Avantajele unei celule compacte CLOOS- Componente robuste, reglate pentru o conlucrare optimă (fără timpi de

întrerupere datoraţi lucrărilor de întreţinere şi reparare);- Timp de punere în funcţiune redus. Instalaţia este gata montată şi testată

înainte de livrare .- Raport preţ - calitate optim ;- Poate fi exploatată de personal cu o pregătire specială de maxim 1-2 zile;- Masa de poziţionare cu 2 staţii de lucru;- Productivitate marită a instalaţiei, deoarece operatorul şi robotul lucrează în

paralel. În figura 5.27 se prezintă o celulă de sudare cu microplasmă fabricată de

societatea COMMERCY SOUDURE (Grupul AIR LIQUIDE WELDING) dinFranţa.

Celula este destinată aplicaţiilor din industria aeronautică sau demecani-

că fină pentru sudarea tablelor cu grosimi mai mici de 1 mm.Celula are avantajul că începând cu anul 2003 a fost echipată cu echipament

de Air Liquide Welding (sudură cu aer lichid).



Pentru sudare se foloseşte ansamblul de sudură TIG cu ondulor CY632MP şi aportîn cadenţă de metal.

Celula are o mare flexibilitate utilizând un robot Fanuc de tip CY1207aechipat cu un electrod de sudare cu adăugare de plasmă, un generator Nertajet HP125, pilotat printr-o logică de programare „hors ligne” a societăţii Fanuc Robotics.

Celula dispune de o masă rotativă cu 2 staţii de lucru echipate cumecanisme de prehensiune pentru fixarea pieselor de sudat. În timp ce operatorulmontează sau demontează piesele de sudat la o staţie, robotul sudează la staţia 2.Schimbarea staţiei de lucru se face automat prin rotirea mesei.

De asemenea,celula mai este utilatăcu un sistem devedere artificială cucameră CCD. Aceasta

permite robotului săse poziţioneze corectşi în mod repetitiv

peste o piesă aflatăsub electrodul desudură fix şi de alocaliza amplasa-mentul cusăturii derealizat.

5.7. Celule flexibile de vopsire

Vopsirea pieselor este unul din procesele robotizate încă de la apariţia primilor roboţi industriali. Celulele de vopsire cu robot se realizează în douăvariante constructive şi anume:

- vopsire clasică;- vopsire în câmp electrostatic.

Figura 5.27. Celulă de sudare cu microplasmă fabricată desocietatea COMMERCY SOUDURE (Grupul AIR LIQUIDE

WELDING) din Franţa.



Ambele procedee de vopsire au o organizare similară,diferenţa constă în

utilizarea unui generator de câmp electrostatic în cazul celui de al doilea procedeu. Elementele componente ale celulei de vopsire sunt:

- robotul industrial;- conveiorul de transport (suspendat);- instalaţia de vopsire (pistol de pulverizare împreună cu staţia de generare a

presiunii în vopsea);- instalaţia de generare a cîmpului electrostatic (numai în procedeul al doilea

de vopsire).

În figura 5.28 se prezintă schematic, o celulă de vopsire cu robot industrial.În figura 5.29 se prezintă o celulă flexibilă de lăcuire în câmp electrostatic areflectoarelor de faruri.

Figura 5.28. Celulă de vopsire în cîmp electrostatic curobot industrial.



Celula are în componenţă un robot STAUBI RX60 L, un conveior cu lanţ şicale dublă, un post de ionizare, ocabină de vopsire cu perdea deapă şi un cuptor uscător amplasatîn aval de cabină [97].

Echipamentul de comandă al celulei poate să determine aportul de aer şi acantităţii de lac pentru fiecare suprafaţă a piesei de vopsit.

Programarea robotului se face prin învăţare.

5.8. Celule flexibile de montaj

Folosind noţiunile curente din teoria sistemelor, sistemul de productie -unitate de producţie - se poate considera că este compus dintr-o serie desubsisteme, montajul fiind unul dintre acestea şi ocupând locul final. Costul de

producţie în construcţia de maşini este influenţat în mare măsură (30 % - 40 %) devolumul de muncă din montaj, care poate atinge 25 % - 30 % din volumul total. Înconstrucţia de aparate, volumul de muncă în montaj poate ajunge până la 40 % - 70%. Se consideră la nivel mondial că optimizarea acestei munci poate conduce la o

puternică economisire a resurselor.Realizarea unor sisteme de montaj flexibile ar putea conduce la creşterea

substanţială a productivităţii şi la asigurarea unei calităţi sporite a produselor. Nivelul cel mai ridicat de flexibilitate este cel la care structura sistemului nunecesită adaptări cu caracter mecanic, pentru intreaga varietate (sau un procentsemnificativ) de produse prevăzute a fi asamblate.

Numărul mare al parametrilor ce trebuie înregistraţi şi luaţi în considerare înmontajul robotizat, conduce la realizări sub forma complexă a cuplului instalaţii

periferice - robot industrial. Un rol esenţial în asigurarea flexibilităţii îl reprezintă

Figura 5.29. Celulă de lăcuire în câmp electrostatica reflectoarelor de faruri.



utilizarea elementelor senzoriale şi a efectorilor finali specializaţi pentrucompensarea erorilor inerente ce apar.

În mod succint într-un sistem de montaj robotizat activităţile desfăşurate ar consta în:

• intrarea pieselor (elementelor constructive) în sistem într-o succesiune şiorientare oarecare prin intermediul unui dispozitiv de transfer;

• identificarea elementelor constructive cu ajutorul senzorilor vizuali (CCD);• realizarea operaţiei de montaj "binar" cu ajutorul unor efectori finali dotaţi cu

senzori de forţă - moment, dispozitiv de complianţă, senzori de proximitate.În procesul de montaj, atât în industria constructoare de maşini, industria

electronică, electrotehnică, sau militară roboţii s-au implementat masiv şi sunt în permanentă extindere. Ei se regăsesc atît în celulele de montaj cât şi în linii

(sisteme de roboţi.)

Celula de montaj esteorganizată în funcţie destructura specifică a pro-dusului respectiv şi are încomponenţă următoareleelemente:

- robotul industrial;- conveiorul de transport al subansamblurilor (sau masă turnantă);- mese cu piese pentru montat (sau palete);

- dispozitive pentru

Figura 5.30. Celulă flexibilă de montaj.



diverse operaţii pregătitoare (când este cazul). Figura 5.30 prezintă o celulă demontaj robotizat.

În figura 5.31 se prezintă o celulă flexibilă de montaj echipată cu robotKUKA KR 15. Celula este destinată montajului de clipsuri pe canalele de cabluri,după ce robotul preia câte un canal de la o maşină de injectat mase plastice. Pecanalul de cablu se înfig 3 sau 5 clipsuri prin intermediul unui dispozitiv de montaj.Clipsurile sunt poziţionate în dispozitivul de montaj, iar canalul de cabluri este

purtat prin faţa acestora, de către mecanismul de prehensiune al robotului.Comanda robotului comunică cu presa de injectat prin intermediul

unei interfeţe, în vederea sincronizării operaţiilor de montaj. De asemenea,comanda robotului comunică cu conveiorul de transport al canalelor cu clipsurimontate.

5.9. Celule flexibile de control

Celulele de control dimensional robotizate pot fi întîlnite sub două soluţiiconstructive:

- cu robot specializat pentruoperaţii de control;

- cu robot obişnuit utilizat pentru manipulări.

Figura 5.31. Celulă flexibilă de montaj clipsuri pecanale de cabluri din material plastic.



În prima variantă, robotul are o construcţie specială, construcţie care-iasigură o precizie de poziţionare cât şi o repetabilitate de m1 , precizie extremde ridicată, fapt ce ridică preţul de cost la valori foarte ridicate. Acest tip de roboteste capabil să memoreze configuraţia piesei (oricât de complexă ar fi), cât şidimensiunile ei cu toleranţele respective. Pe baza programului din memoria sa,

program ce defineşte tridimensional piesa respectivă, robotul verifică integral piesaşi stabileşte cotele ce nu se încadrează în toleranţele admise de documentaţiarespectivă. Cu acest tip de robot se organizează celule de control (control final îngeneral) la capătul liniilor de fabricaţie şi în special pentru piese de tip carcasă cucomplexitate ridicată, piese care ar necesita foarte multe instrumente pentru uncontrol clasic, iar timpul de control ar fi foarte lung.

Celula de control cu acest tip de robot este simplă:- robotul de control;- masă de control (legată de regulă cu un sistem de transport automat, de tip

robocar sau de alt tip).Unui astfel de robot îi este necesar un climat (temperatură şi umiditate

constantă) special pentru a-şi putea desfăşura activitatea în condiţii cores- punzătoare.

Figura 5.32. Celulă de control cu robot specializat.



În figura 5.32 este redată o astfel de celulă. Masa pe care se aşază piesa pentru controlat este solidară cu robotul ce realizează operaţia de control şi face

parte din sistemul mecanic pe carerobotul îl controlează. Faţă desuprafaţa mesei pe care se aşază

piesa, robotul are cota de referinţă înmemoria sa, cotă care intră în calculla stabilirea sistemului de referinţăfaţă de care robotul defineştetridimensional conturul piesei demăsurat.

Sistemul de referinţă este flotant şi depinde de poziţia cu care piesa a fostaşezată pe suprafaţa mesei. În acest mod, nu este obligatoriu ca piesa să ocupe oanumită poziţie pe suprafaţa mesei.

Cazul celulei de control, realizată cu robot de manipulare, are organizareadiferită de prima, controlul piesei nu-1 realizează robotul, ci dispozitivele(aparatele) de control, pe care acesta le serveşte. Robotul are sarcina de a manipula

piesele de controlat şi de a dialoga cu dispozitivele de control, pentru a putea separa piesele bune de cele rebutate.

În figura 5.33 se prezintă o celulă de control servită de robot industrial.

Componenţa celulei este următoarea:- robotul industrial;- dispozitivele de control multidimensional;- containere cu piesele controlate;- palete (magazii) cu piese pentru control.Pe baza informaţiilor furnizate de dispozitivul de control multidimensional,

robotul selectează piesele în trei categorii dimensionale, piese bune, pieseremediabile şi piese rebut.

5.10. Celule flexibile de paletizare-ambalare

În activităţile din depozite sau transport, celulele flexibile sunt deservite întotalitate de roboţi industriali. Organizarea lor în aceste sectoare de activitate are uncaracter mai aparte, excepţie făcând situaţiile în care roboţii sunt puşi să efectuezeoperaţii de manipulare-ambalare. În aceste cazuri organizarea este tipică, cu roboţii

plasaţi în jurul benzii de transport produse sau în celule independente unde îşi

Figura 5.33. Celulă robotizată de controldimensional.



desfăşoară activitatea. O celulă de paletizat-ambalat se prezintă în figura 5.34 şieste compusă din:

- robotul industrial;

- banda de transport produse;

- banda de transport palete (sau ambalaje);- banda de transport ambalaje la celula de închidere (când este cazul).Paletele cu piese pentru ambalat intră în celulă, unde piesele sunt transferate

în cutiile de ambalaj, iar paletele goale se întorc în secţie. Cutiile umplute sunttransferate unei instalaţii de închidere şi lipire sau unui robot industrial carerealizează această operaţie, după care sunt transferate în spaţiul de depozitare sauexpediere.

5.11. Sisteme flexibile de fabricaţie

Figura 5.34. Celulă flexibilă pentru ambalarea pistoanelor.



În general sistemele flexibile de fabricaţie au o structură mult mai complexădecât celulele flexibile de fabricaţie, fiind de cele mai multe ori formate din unităţiflexibile de fabricaţie, centre flexibile de prelucrare, posturi de lucru individualeinterconectate prin sisteme de transfer lung (de obicei robocare). În componenţa lor mai intră depozite centrale de SDV-uri integrate informaţional. O caracteristicăesenţială a sistemelor flexibile de fabricaţie este prelucrarea completă asemifabricatelor.

În figura 5.35 se prezintă schema tip a unui sistem flexibil de fabricaţie. Însistemul de transfer se vehiculează piese diferite, montate pe palete dispozitiv.Sistemul este prevăzut cu staţie de încărcare şi descărcare, staţii ce pot fi deservitede roboţi sau operatori umani. Sistemul deserveşte un număr variabil de posturi, încare sunt amplasate maşini unelte cu comandă numerică şi cu schimbătoareautomate ale sculelor.

Postul este astfel amenajat, încât să permită menţinerea unor piese în

aşteptare, fără ca sistemul de transfer să fie oprit. Substructura de dirijare esteasigurată de un calculator central, precum şi de calculatoare care comandă procesulde prelucrare şi manipulare în post şi, de asemenea, procesul de transfer între

posturi. Se obţine un proces de comandă în timp real a mişcării paletelor, aroboţilor cât şi a manipulărilor în postul de lucru.

Figura 5.36. Sistem flexibil defabricaţie folosind palete-dispo-zitiv cu identificare magnetică. L - staţie de alimentare palete şi piese; D - dispozitiv de transfer;1-4 - posturi pentru fixarea pieselor pe palete; M - ma-nipulator încărcător-descărcător al

conveiorului; H - conveior; F -conveioare scurte; 1 - dispozitivde transfer în post; ABC - maşiniunelte; E - dispozitiv identificarecod paletă; K - zona aşteptare.



Diferitele aplicaţii concrete se deosebesc prin modul de realizare a sistemuluide transfer, modul de comandă a destinaţiei şi numărul posturilor, caracte-risticilegate de mărimea pieselor, diversitatea acestora, volumul producţiei, numărul deoperaţii, precizia şi alţi parametrii.

Figura 5.35. Schema tip a unui sistem flexibil defabricaţie.

1 - unitate centrală de calcul; 2 - calculator pentrucomanda procesului logistic; 3 - maşină de prelucrat; 4 -scule; 5 - calculator pentru prelucrare; 6 - staţie deîncărcare; 7 - staţie de descărcare; 8 - robot industrial; 9 -depozit de piese; 10 - sistem de transfer al paletelor; 11 - padetă cu piese fixate pentru prelucrare; 12 - buclă decontrol al transferului; 13 - poziţie de aşteptare; ABC – piese diferite.



În figura 5.36 se prezintă un sistem flexibil de fabricaţie, deservit de 6 maşiniunelte. Piesele sunt prinse în dispozitive de fixare ataşate unor palete. Fiecare

paletă poartă cartele magnetice pentru identificare. La staţia L de introducere însistem a paletelor şi pieselor se introduc în calculator datele de identificare a paleteişi a pieselor. Piesele nu sunt încă fixate pe palete. Dispozitivul de transfer Dmanipulează paletele şi piesele în posturile 1-4 unde piesele de prelucrat sunt fixate

pe palete.Încărcătorul M preia de pe ramurile de aşteptare K paletele încărcate şi le

introduce pe conveiorul H . Fiecare din cele 6 maşini unelte este legată deconveiorul H prin 2 conveioare scurte F pentru încărcarea şi descărcarea postului,care servesc şi ca spaţiu tampom.

Un dispozitiv de încărcare-descărcare I transferă piesa din ramurileconveiorului scurt pe platoul maşinii.

Cititorul de paletă E identifică codul paletei şi în funcţie de programul de

prelucrare comandă preluarea paletei de pe conveiorul H pe conveiorul F la postulrespectiv. În post paleta poate rămâne în aşteptare sau poate trece direct la prelucrare. Paleta cu piesa prelucrată la un post este descărcată pe conveiorul H .

O citire ulterioară va conduce la redirijarea piesei conform programului de prelucrare la alt post.

Un sistem flexibil de fabricaţie, folosind un conveior în pardoseală şicărucioare port-paletă ataşabile, este prezentat în figura 5.37.



Paleta poartă dispozitive de identificare mecanice. Cărucioarele se

deplasează solidar cu conveiorul, atât timp cât sunt ataşate de acestea cu un sistemde fixare, folosind ştifturi. Fiecare cărucior port-paletă poate fi oprit la staţia deîncărcare-descărcare a maşinilor unelte. Transferul paletelor de pe cărucior lamaşină se realizează manual sau automat.

Conveiorul are şi rolul de depozit tampon, deoarece poate înmagazina unnumăr mai mare de cărucioare decât numărul staţiilor. În acelaşi timp, sistemul detransport este astfel conceput încît paletele să poată fi transferate pe cele două liniide maşini.

Un sistem flexibil de fabricaţie cu10 posturi de lucru, deservit de 2încărcătoare deplasabile, este prezentat înfigura 5.38. Cele 9 maşini unelte şiinstalaţia de control sunt deservite de 2transportoare, fiecare echipat cu câte 2mecanisme pentru realizarea mişcărilor transversale necesare alimentării şievacuării posturilor de lucru. Între maşinitransportoarele se deplasează pe şine. Elesunt prevăzute cu sisteme de frânarelentă, care împiedică orice conectare

Fig. 5.37. Sistem flexibil cu cărucioare de transfer cu indexare mecanică. A, B, C – maşini unelte; D - traseul conveiorului; E - cărucioare port-paletă;

F - staţie de încărcare-descărcare.

Fig. 5.38. Sistem flexibil folosindroboţi de transfer deplasabili. A, B, C – maşini unelte; D - post de control;T - transportor; G - ghidaj; ID - zonă încărcare-descărcare.



greşită, ce ar putea duce la ciocnirea acestora. Încărcarea şi descărcarea paletelor, în posturile de lucru, se realizează automat.

În zona încărcare-descărcare (I-D) piesele neprelucrate sunt încărcate manual pe palete. Piesele prelucrate pot fi desprinse şi evacuate sau refixate într-o altă poziţie pentru continuarea prelucrării.

Paletele sunt rotunde şi prevăzute cu dispozitive de fixare a pieselor.Programarea mişcărilor transportoarelor este astfel făcută încât să se maximizeze

producţia sistemului.Sistemul de transfer nu condiţionează succesiunea pieselor orice piesă putând

fi manipulată în orice succesiune, în conformitate cu cerinţele prelucrării.Cele mai multe dintre maşinile unelte se pot tehnologic înlocui reciproc.

Aceasta face ca în timpul reparaţiilor, linia să poată funcţiona continuu.Un alt sistem flexibil de fabricaţie este prezentat în figura 5.39.Aplicaţia se referă la asamblarea prin sudare a caroseriei automobilelor.

Caracteristica de flexibilitate se referă la capabilitatea sistemului de a produceautomat caroserii diferite pentru modele diferite.O caroserie tipică de automobil se compune din 4 subansamble principale,

respectiv panoul de podea, două panouri laterale şi panoul de plafon. Asamblareaacestora se realizează cu ajutorul sudurii în puncte. Operaţiile de sudare se potdiferenţia ca operaţii de sudură de prindere (sudură iniţială) şi operaţii de sudurăfinală. Într-o primă secvenţă panoul de podea şi panourile laterale sunt fixate cuajutorul unui dispozitiv şi apoi sudate pentru prindere. În cadrul secvenţelor urmă-toare se realizează sudura finală. Sistemul prezentat asigură realizarea automată atuturor tipurilor de sudură cu ajutorul roboţilor.

Pentru o caroserie sudura de prindere necesită între 150-200 operaţii desudură. Aceasta se efectuează cu 6 pînă la 10 roboţi. Sudura finală necesită între300 şi 700 operaţii care se realizează cu 10 până la 20 de roboţi.



Acest sistem produce cea 50caroserii pe oră, în patru modele diferite,fiind deservit de 4 operatori,neânregistrîndu-se timpi de staţionare

pentru a trece de la o caroserie la alta.

Figura 5.39. Linie flexibilă de asamblare prin sudură a caroseriei de automobile.1 –caroserie; 2 - paletă; 3 - cadru; 4 - robotmontat la planşeu; 5 - robot montat pe cadru;6 - transfer „păşitor"; 7 – conveior;8 - transfer pentru depozitare; 9 - rolgang;10 - robot pentru translaţie; 11 - sistem spaţial

de depozitare; 12 - instalaţia de comandă.



Caroseriile 1 sunt manipulate cuajutorul unor palete specializate 2,corespunzătoare fiecărui model.Paleta poartă un sistem de identificarecare corespunde modelului decaroserie pe care îl transportă. Înfiecare post traductoare specializatecitesc identitatea paletei iar calcu-latorul comandă în modcorespunzător ciclul de sudură.Transportoarele paletelor deplasează

prin posturi caroseriile, astfel încât săse execute toate operaţiile de prindereşi sudura finală.

Caroseria asamblată este transferată cu ajutorul dispozitivului 8 în sistemulautomat de depozitare. Un translator 10, manevrează caroseriile, depozitându-leîntr-un sistem spaţial 11, poziţia fiecărei caroserii fiind transmisă şi memorată decalculator.

În figura 5.40 se prezintă atelierul flexibil FlexFramer – ABB, de asamblaregenerală a caroseriei de automobil.Pentru creşterea flexibilită-ţii se utilizează roboţide tip ABB.

Unul dintre marii fabricanţi de sisteme flexibile de fabricaţie europeni, estesocietatea FASTEMS din Finlanda [89].

Aceasta realizează o serie de sisteme flexibile de fabricaţie dintre care celemai importante sunt cele care utilizează containere cu palete flexibile de tip FPC ,

Figura 5.40. Atelierul flexibil FlexFramer – ABB, de asamblare generală a caroseriei de

automobil.

Figura 5.41. Arhitectura unui sistem flexibil de fabricaţie al societăţii Fastems.Figura 5.42. Arhitectura unui sistem flexibil de fabricaţie al societăţii Salvagnini.



module şi magazine de palete flexibile de tip FPM , sisteme multinivel de tip MLS de mare anvergură şi cu arhitectură FAO de tip „uzină în uzină”.

În figura 5.41 se prezintă arhitectura unui astfel de sistem flexibil defabricaţie al societăţii Fastems.

Un alt constructor de sisteme flexibile de fabricaţie este societateaSALVAGNINI ITALIA SPA. În figura 5.42 se prezintă sistemul flexibil defabricaţie din gama OPERA, destinat stocării materiilor prime şi materialelor,

prelucrării acestora prin perforare, ambutisare, stanţare, decupare cu laser, gestiuniicurselor, dar şi stivuirii după prelucrare, [93]. Sistemul poate fi echipat cu o singurămaşină automată cu magazin central de tip MV sau cu mai multe echipamente detipul:

- combină de ştanţare-perforare de tipul S4Evo;- sistem de încărcare-descărcare paleţi cu table de tip P4 ABT;- instalaţie de decupare cu laser în mediu de CO2 de tip L1 IT;

- celulă de pliere robotizată de tip ROBOformER G2;- Manipulator cartezian pentru selecţionare, prelevare şi stivuire piesedecupate prin sistemul laser, de tip MCL.

CAPITOLUL 6

PROBLEME TEHNICO-ECONOMICE ALE IMPLEMENTĂRIISISTEMELOR FLEXIBILE DE FABRICAŢIE

6.1. Generalităţi



Sistemele flexibile de fabricaţie sunt de obicei asociate multor avantaje, cumar fi economia de capital şi de forţă de muncă, scăderea timpilor de execuţie şi delivrare, flexibilitate sporită şi capacitatea de adaptare la schimbări, precum şicalitate superioară.

Iniţial s-a crezut că sistemele flexibile de fabricaţie joacă un rol între producţia semimanuală în loturi mici şi liniile de transfer automatizate fixe devolum mare, fiind un fel de sisteme de mijloc care furnizează eficienţă medie şiflexibilitate medie.

În literatura de specialitate concluziile par să fie mai degrabă contradictorii.Profilul şi costurile asociate cu obţinerea acestui profit sunt rareori exprimate. Nuexistă date clare despre modul cum diferite avantaje sunt asociate între ele sau cumdepinde beneficiul de fabricaţie de mediul de afaceri.

Anumite studii descriu sistemul flexibil de fabricaţie ca o posibilitate pentru producţia în loturi mici să atingă avantajele tehnologice ale producţiei de masă. Pe

de altă parte s-a reclamat faptul că sistemul flexibil de fabricaţie nu este delocaplicabil pentru producţia de serie mică. Multe studii de caz subliniază dificultăţileîntâmpinate în efectuarea analizelor realiste cost-profit şi în evaluarea risculuieconomic asociat cu un proiect necorespunzător, cu subestimarea costurilor şi cuevaluări foarte optimiste ale profitului.

Mai mult, sistemele flexibile de fabricaţie sunt sub conducerea tehnologiei,de exemplu tehnologia nu este încă matură (solidă), există puţine sisteme standardşi e nevoie de o mulţime de adaptări pentru a dezvolta controlul specific aplicaţiilor şi software-ul de comunicare. Toate acestea au propriile componente de nesiguranţăşi risc. Astfel se poate reclama că situaţia reală nu este chiar atât de simplă şideschisă cum este stabilit în multe prognoze optimiste. De aceea, este de aşteptatexistenţa multor factori legaţi de tehnologie, arie de aplicaţie, practici deimplementare şi proiectare, ca şi mediul cultural şi instituţional, ceea ce explicădistribuţia neregulată a sistemelor flexibile de fabricaţie şi o mulţime de impacturineintenţionate asupra economiei producţiei şi a strategiilor de afaceri.

Pentru a înţelege factorii de distribuţie a sistemelor flexibile de fabricaţie şimodul cum sunt înlocuite sistemele convenţionale de către acestea, InstitutulInternaţional de Analiză Aplicată a Sistemelor, (International Institute for AppliedSystems Analysis)- - IIASA a început să adune, pentru propriul proiect CIM

(Computer Integrated Manufacturing), date empirice asupra costurilor, profitului şiavantajelor, dar şi despre practicile de implementare şi proiectare ale sistemelor flexibile de prelucrare.

Proiectul a fost o încercare pentru a înţelege ce înseamnă sistemele tipice şicaracteristicile de utilizare, modul cum sunt asociate între ele diferite beneficii şiavantaje şi modul cum diversele avantaje depind de modul de aplicare şi mediul deafaceri. Analizele primare ar putea fi folosite pentru a înţelege factorii care stau la



baza aplicaţiilor şi practicilor de implementare cu succes; ar putea fi folosite şi pentru a proiecta aplicaţii viitoare.

În prezent, IIASA are date despre 800 sisteme flexibile de prelucrare dinîntreaga lume şi 60 de studii-caz detaliate în diferite ţări. Aceste date pot fi folosite

pentru a analiza caracteristicile, avantajele respective şi interconexiunile dintreavantaje.

Caracteristicile tehnologice şi factorii din spatele costurilor şi profitului suntapoi studiaţi şi explică tipul de substituire a sistemului convenţional. Interesează în

primul rând să înţelegem şi să explicăm impactul software-ului sistemelor asupracosturilor şi caracteristicilor de aplicare şi dacă există vreo dovadă empirică căsoftware-ul şi alte obstacole tehnice sunt factorii din spatele celor două categoriitipice de sisteme de succes. Interesează şi evaluarea profitului caracteristicdiferitelor medii de producţie şi cum depinde profitul de modul în care este înlocuitsistemul convenţional şi de scopul implementării sistemului. Mai mult, interesează

folosirea datelor studiilor-caz pentru a evalua obstacolele principale şi riscurile înimplementarea sistemelor flexibile de fabricaţie.

6.2. Indicatori cost-profit şi baze de date a sistemului flexibil defabricaţie

Pentru a analiza avantajele obţinute şi costurile corespunzătoare ale sistemu-lui flexibil de fabricaţie pentru a înţelege cum diferite avantaje sunt inter-relaţionate între ele, pentru a găsi posibile modele exacte, riguroase şi tendinţe înobţinerea profitului, s-a construit o bază de date prin proiectul CIM al IIASA.Aceasta descrie sistemul flexibile de fabricaţie prin 32 de indicatori-cheie de naturătehnică şi economică ca de exemplu:

1) - Identificare şi date despre aplicare (companie, vânzător, sector industrial, datede aplicare);2) - Date tehnice (numărul unităţilor CNC, al roboţilor, tipul de transport etc.);3) - Date economice şi operaţionale (costul investiţiei, numărul schimburilor în

exploatare, numărul schimburilor fără operatori, timpul de recuperare a banilor);4. - Date despre profit şi avantaje:

- Reduceri de timp (timpul de execuţie, timpul de organizare, timpul dedesfăşurare, timpul de uzinare);

-Reduceri majore ale costurilor (inventar, ciclu de lucru, număr de maşini);- Îmbunătăţiri ale productivităţii şi unităţii de cost (reducerea forţei de

muncă), mărirea capacităţii, productivitate, reducerea costului unitar).Datele au fost colectate prin surse publice şi cu ajutorul colaboratorilor

IIASA. Datele au fost verificate de colaboratorii IIASA din diferite ţări.



Din martie 1989, baza de date conţine 800 sisteme flexibile de prelucrare(vezi tabelul 6.1). Numărul sistemelor este suficient de mare încât pot fi făcutecorelaţii între indicatori şi pot fi prevăzute modele exacte între indicatori.

Tabelul 6.1An Număr total Sisteme compacte Sisteme cu

capacitate înaltă

1980 80 20 601988 1000 800 2002000 3000 1600 14002005 3500 1800 1700

Pentru a obţine o imagine mai detaliată şi completă şi pentru a susţineanalizele statistice proiectul a condus la studii aplicative orientate asupra

implementării sistemelor flexibile de prelucrare. Proiectul a pregătit un cadru(schelet) pentru un chestionar şi interviuri, iar colaboratorii proiectului din diverseţări au condus interviuri cu manageri de companii, operatori şi proiectanţi aisistemelor. Proiectul are acum 60 de cazuri în baza de date, descriindcaracteristicile tehnice ale sistemelor, cheltuieli de investiţi şi împărţireacheltuielilor, scopurile implementării, avantajele aşteptate şi cele obţinute,modificări organizaţionale şi ale mediului de lucru, instruire şi metode de instruire,

probleme manageriale de proiectare (planificare) şi logistice ale aplicărilor sistemelor flexibile de prelucrare. În total, chestionarul cuprinde peste 300 de

întrebări. Datele acestui chestionar pot fi folosite pentru a testa ipoteze şi pentru averifica concluziile trase din analizele statistice.

6.3. Avantaje economice şi principalele aplicaţii ale sistemelor flexibilede prelucrare

Tabelul 6.1 arată rata de creştere estimată în viitor a sistemelor flexibile de prelucrare implementate.

În primăvara lui 1989 se estimau aproximativ 1200 de sisteme în toatălumea, care aveau cel puţin 2 unităţi (maşini) CNC sau centre de uzinare

(prelucrare), dispozitive de manevrare automată a materialului şi controlul centralal nivelelor sistemului pentru coordonarea şi operarea sistemului ca întreg. Rata decreştere a noilor instalaţii a fost în ultimii ani de aproximativ 20%. Dacă aceastacontinuă să crească, în întreaga lume vor fi câteva mii de sisteme până în anul2010. Şi chiar dacă este aşteptată o saturaţie a procesului de distribuţie şi vor fimulte bariere în aplicare, putem spune cu certitudine că au fost 3500 sisteme în uzîn anul 2005 cu o rată de creştere de 15%/an a sistemelor flexibile de prelucrare



între 1988 – 2005. Se preconizează aceiaşi rată de creştere a numărului total desisteme până în 2010. De asemenea, rata de creştere a sistemelor compacte va fi de6%, iar a sistemelor cu capacitate înaltă de 55%.

În orice caz, se poate concluziona că partea majoră şi strategică a producţieiîn industriile de prelucrare a metalului în ţările industrializate va fi efectuată desisteme flexibile de prelucrare sau alte sisteme avansate de fabricaţie.O corelaţie directă între costuri şi efecte (beneficii) a arătat de obicei un noian de

puncte nedefinite sau mai degrabă tendinţe contradictorii. Aceasta a necesitatfolosirea subclaselor sistemelor flexibile de prelucrare pentru a obţine o corelaţierezonabilă. S-au folosit mai multe variabile pentru clasificare: investiţii, aplicaţii înindustrie (echipament de transport şi echipamente electronice), tipuri de sistemeflexibile de prelucrare (uzinare, prelucrarea metalelor, asamblare etc.).

Distribuţia sistemelor flexibile de prelucrare în funcţie de costurile deinvestiţie (tabelul 6.2) demonstrează că numărul total al sistemelor flexibile de

prelucrare poate fi împărţit în două grupuri mari: sisteme ieftine ce costă sub unmilion de dolari şi sisteme scumpe ce costă peste 4 milioane de dolari.Distribuţia sistemelor flexibile de prelucrare prezentată în tabelul 6.2 reflectă

desigur complexitatea tehnică a sistemelor în funcţie de termenii: numărul demaşini-unelte CNC şi arhitectura de control a sistemelor. Analiza distribuţieisistemelor în funcţie de unităţile CNC instalate indică existenţa unei corelaţii.

Totuşi, numai numărul unităţilor CNC nu explică distribuţia costului deinvestiţie - ar trebuit să ne uităm şi la arhitectura sistemelor şi costurile de software

pentru a găsi explicaţia.

Tabelul6.2

Investiţii (mil. dolari US)0-5 5-10 10-15 15-20 >30188 68 17 17 964% 23% 6% 4% 3%

Un sistem compact „ieftin“ conţine 2 – 4 unităţi CNC sau centre de uzinare,transportor şi/sau sistem automat de depozitare şi recuperare şi doi roboţi pentru

manipularea materialului şi are un controler (aparat de comandă) programabil pentru controlul sistemului. De obicei, costurile acestui tip de sistem sunt mai micide trei milioane de dolari, împărţirea costurilor fiind aproximativ următoarea:maşinile CNC 50 – 55%, manevrarea materialelor şi roboţi 15 – 20%, control,comunicare şi software pentru alte niveluri ale sistemului 20 – 25%, planificare şiinstruire 10%.



Tipic este şi faptul că arhitectura unui sistem compact este închisă, astfelîncât este greu de extins şi de adăugat noi caracteristici fără noi investiţii majore.

Tehnologiile utilizate pentru realizarea sistemului, cum ar fi controlerele programabile sau computerele de capacitate mică cu o soluţie de comunicaresimplă, ca şi capacitatea limitată de transportare şi stocare, fac sistemul dificil deextins din punct de vedere economic. De obicei e nevoie de o revizie majoră, dar şide o nouă soluţie pentru controlul sistemului. Sistemul poate fi numit închis,deoarece prezintă adaptabilitate şi capacitate de extindere limitate. Pe de altă parte,sistemul presupune investiţii de start relativ mici.

Un sistem de dimensiuni mari, „costisitor“ constă din 15 – 30 maşini CNC,vehicule ghidate automat, un sistem automat de stocare şi recuperare pentrumanevrarea materialului, o reţea locală, o cameră cu microcomputere şi sisteme decontrol al maşinilor, repartizate de obicei la două computere tip VACS pentrucoordonare, programare şi management al bazei de date. De obicei are un system

computer de susţinere pentru a asigura disponibilitatea sistemului, algoritmiavansaţi şi un sistem de software pentru coordonarea sistemului. Costurile unuiastfel de sistem sunt de aproximativ 10 – 15 milioane dolari, distribuiţi după cumurmează: maşini CNC 35 – 40%, transport şi mânuirea materialului 15%, control,comunicare şi alte software 25 – 30%, planificare şi instruire 15 – 20%.

Caracteristic este şi faptul că arhitectura sistemului este deschisă, iar sistemul poate fi extins într-o manieră treptată; noi trăsături pot fi adăugate fără un nou efortmajor de proiectare. Datorită tehnologiei folosite de obicei există o anumităcapacitate de rezervă pentru extinderea sistemului; unele elemente, precum centrede uzinare (prelucrare) sau mai multe vehicule ghidate automat AGV pot fiadăugate. Comunicarea şi sistemul de computere furnizează suport pentru astfel deadăugiri, deoarece se foloseşte interconexiune obişnuită. Desigur, structuradeschisă a acestui tip de sistem şi capacitatea de extindere sunt realizate cuinvestiţii de pornire relativ mari.

Se poate observa de asemenea că structura sistemelor extensibile va conduceîn mod caracteristic la creşterea complexităţii software-ului şi la o arhitectură decontrol mai complexă.



Sistemele care se încadrează între cele două categorii principale pot fi numitesisteme medii. De obicei costurile investiţiei sunt de 4 – 8 milioane de dolari, iar sistemul conţine 5 – 10 maşini CNC şi probabil vehicule ghidate automat pentrutransport. Controlul global se bazează pe super-minicomputere iar sistemul poateavea chiar şi o reţea locală de coordonare şi comunicare. Aceste sisteme sunt relativscumpe, costul total pentru maşinile CNC este destul de ridicat, însă eficienţa lor sesituează la nivel mediu.

Figura 6.1, arată că între 4 şi 8 milioane dolari este un gol de eficienţă ceeace corespunde achiziţionării unui sistem flexibil de prelucrare mediu.

Toate cele trei categorii de bază prezintă curbe diferite cost-eficienţă, carevor fi explicate mai detaliat în cele ce urmează. Figura 6.1 arată caracteristicilesistemelor şi curbele cost-profit.

Această figură arată o formă în V , caracteristică a măsurii profituluicorespunzător. Aceasta înseamnă că:

- sistemele compacte de dimensiuni mici au cel mai bun raport cost/profit;

- sistemele de nivel mediu sunt ineficiente din punct de vedere al justificăriilor economice;

- numai investiţiile relativ mari şi sistemele relativ complexe furnizeazăaceeaşi eficienţă şi un mare raport cost/profit ca sistemele compacte.

Figura 6.1.Eficienţa şi costurile de investiţie ale SFP.



Din figura 6.2 se poate observa că, capacitatea crescută a sistemelor şicomplexitatea crescută vor creşte costul sistemului per unitate de prelucrare în modtreptat. Acest fapt se datorează nevoii de maşini tot mai eficiente când se atinge un

anumitnivel de

complexitate. În sistemele mici este suficient un sistem compact de manevrare amaterialelor şi un control simplu al sistemului bazat pe logică programabilă. Cândcomplexitatea creşte e nevoie de un sistem mai sofisticat de manipulare amaterialului, cum ar fi vehiculele ghidate automat iar controlul sistemului trebuiesă se bazeze pe computere, baze de date distribuite şi sisteme integrative decomunicare. Aceste schimbări în complexitatea sistemului conduc la modificarea

treptată a lui.Tabelul 6.3 redă beneficiile relative şi timpul de recuperare a investiţiilor lasistemele flexibile de prelucrare de tip compact, mediu şi capacitate înaltă.

Tabelul 6.3

Figura 6.2. Factori tehnologici ai costurilor relative ale SFP.



La sfârşitul aplicaţiilor, avantaje modeste pot fi obţinute cu un sistemcompact, cu costuri de investiţie mici. Există şi multe soluţii standard pentrusistemele compacte. Acestea scade costurile de software, crescând totodată calitateasoftware-ului. Dacă software-ul de bază nu mai este dedicat, dar poate fi reprodus

pentru multe aplicaţii, costurile modulelor individuale de software scaddrastic. De asemenea calitatea şi siguranţa modulelor individuale pot fi „învăţate“

prin multe aplicaţii, ceea ce face ca proiectarea şi realizarea sistemului să fie mairapide şi mai ieftine atunci când structura standard este reaplicată.

La sfârşitul aplicaţiilor există posibilitatea obţinerii unor economii şi avantajesubstanţiale, deşi costurile de investiţii şi complexitatea sistemului sunt ridicate.Avantajele potenţiale justifică de obicei investiţiile mai mari. Al doilea factor careîn general este în conformitate cu utilizarea sistemelor complexe, constă într-unefect-curbă reală de „învăţare“ sau economii de proporţie în producerea desoftware. În esenţă este vorba de acelaşi efect de „scară“ şi „învăţare“ ca şi cel dejaexplicat în cazul sistemelor compacte, dar cauzele sunt diferite.

După ce a fost identificat nivelul care necesită modificări în arhitectura de bază a sistemului există multe posibilităţi de a copia modulele de bază ale software-

ului şi de a utiliza aceleaşi module de bază în diferite conexiuni în coordonareasistemului şi în sincronizare în timp (programare calendaristică). Cu cât este maimare dimensiunea sistemului, cu atât se realizează mai rapid profitul software-ului.

Acest lucru ajută în ceea ce priveşte costurile înalte. Copierea modulelor de bază ale software-ului scade costul unitar şi ajută la „învăţarea“ în vedereaîmbunătăţirii calităţii şi face realizarea sistemului mai rapidă şi mai ieftină. Totuşicomplexitatea globală crescândă a controlului şi programării sistemului intră înconflict cu aceste tendinţe.

Sistemele de dimensiune medie sunt critice din punct de vedere economic. Se poate întâmpla să fie nevoie de o arhitectură sofisticată a sistemului bazată pe baze

de date distribuite şi comunicare însă avantajele potenţiale nu sunt destul de mariîncât să justifice investiţiile făcute în sistem, iar complexitatea sistemului nu e atâtde mare încât să scoată profit din economiile efectului de scară cu toate căsoftware-ul este pe deplin dedicat. Această remarcă este în concordanţă cu dateleempirice de mai sus care arată că sistemele compacte la scară mică, precum şisistemele de dimensiune mare, foarte complicate au un timp de recuperare ainvestiţiei mai scurt decât sistemele de dimensiune medie. Aceasta conduce la



următoarea concluzie: o problemă tehnică critică pentru aplicaţiile viitoare este posibilitatea existenţei unei structuri modulare de control şi a unui dispozitiv detransport care permite extinderea „uşoară“ a sistemului, fără modificăriarhitecturale drastice.

Această problemă poate fi numită şi dilema complexităţii. Cu cât este maimare numărul maşinilor CNC combinate cu un grup de subansambluri alesistemului, cu atât rezultă o asemenea complexitate a coordonării sistemului (deexemplu: conducere, planificare calendaristică / sincronizare, managementulmaşinilor-unelte) încât nu pot fi evitate costuri mari de software şi proiectare.

Singura modalitate de a reduce costurile respective este printr-o structurămodulară a sistemului şi module standardizate de software. Avantajele structurilor standard ale sistemelor sunt evidente în cazul sistemelor compacte. Este o practicăobişnuită ca acelaşi plan general şi arhitectura de bază să fie utilizate în multeaplicaţii, furnizând avantaje de „învăţare“ pentru aplicaţii diferite.

Astfel, dacă nu există progrese tehnice reale în realizarea controlului şiarhitecturii globale, care garantează proiectarea modulară a sistemelor şiextensibilitate uşoară, este logic să ne aşteptăm ca modalităţile fundamentale derăspândire a sistemelor de prelucrare flexibile să fie de două tipuri: sistemecomplexe înalt eficiente, de mare capacitate, înlocuind linii rigide de transfer şisisteme de dimensiuni mici, compacte, înlocuind producţia convenţionalăsemimanuală bazată pe maşini-unelte NC. Economia şi aplicabilitatea sistemului detip mediu va fi strâns dependentă de software-ul de comunicare şi control alsistemului ca şi de dispozitive flexibile de transport.

Este clar că există strategii fundamentale de implementare a sistemelor de prelucrare flexibile: sistemele de mare eficienţă înlocuind liniile de transfer şiautomatizarea fixă sau sisteme compacte foarte flexibile ce înlocuiesc producţiasemimanuală în loturi mici.

Punctul de plecare pentru prima strategie de implementare este de obicei oautomatizare fixă sau linie de transfer în producţia de masă a unei mari companii.

Scopul principal este creşterea flexibilităţii, economii de capital şi scădereatimpilor de execuţie, dar şi acela de a face faţă mediului în continuă schimbare acererilor viitoare. Deoarece SFP înlocuieşte linii înalt automatizate, economiile cuforţa de muncă joacă un rol minor în acest caz.

Punctul de plecare în a doua strategie de implementare este de obicei o producţie semiautomatizată sau chiar manuală în companii mici sau de dimensiunimedii. Strategia este una simplă de creştere a capacităţii şi îmbunătăţire a calităţii,care susţine în acelaşi timp flexibilitatea deja existentă.

6.4. Factorii care determină avantajele relative



Factorii tehnologici explică diferenţele dintre datele empirice, dintremodelele de aplicare şi dintre costurile sistemelor. Este logic ca aceşti factori să fievăzuţi ca unii ce pot explica avantaje relative diferite şi interdependenţa dintrediferiţi indicatori. Ne putem aştepta să existe legături în datele statistice, întrecreşterea capacităţii de producţie, creşterea productivităţii, pregătirea forţei demuncă, mărimea loturilor, reducerea timpilor de execuţie, complexitatea tehnică şicosturile de investiţie. De asemenea, forma în V a curbei avantajului relativnecesită încă explicaţii. Timpul de recuperare a investiţiei şi trăsăturile generalecost – profit pot fi explicate parţial prin factori tehnologici şi prin caracteristicilecostului de investiţie a sistemului. Însă pentru unii indicatori, cum ar fi reducereatimpului de execuţie, creşterea capacităţii, etc., e nevoie de alte explicaţii pentru aclarifica de ce aceştia urmează curba în V în ceea ce priveşte complexitateasistemului şi costurile de investiţii.

În sprijinul acestor analize a fost creat un indicator special ce descrie

complexitatea tehnică TC a sistemului flexibil de prelucrare. Desigur, e dificil săobţii o măsură universală pentru complexitate, care să reflecteze partea mecanică asistemului, software-ul şi structura de control, ca şi proiectarea sistemului. Totuşi în

baza de date există câţiva indicatori care pot fi folosiţi la măsurarea complexităţii.Printre aceştia sunt: numărul centrelor de uzinare MC = (machining centres),

numărul maşinilor unelte NC , numărul roboţilor ROB, tipurile de transport TR, destocare ST şi subsistemelor de inspecţie INS în cadrul sistemului flexibil de

prelucrare. Ultimele trei variabile au fost indicate ca dihotomice: (1) pentrusistemele simple şi (2) pentru sistemele sofisticate. Forma următoare a fost stabilită

prin analize statistice .

TR , ROB , NC , MC ,TC 303035070 + . (6.1)

Această distribuţie arată că 58% din cazuri din setul de mostre ale sistemelor flexibile de prelucrare pot fi tratate ca sisteme simple cu TC < 4.

36% dintre sistemele flexibile de prelucrare sunt încadrate în nivelul demijloc, cu TC între 4 şi 10. Mai puţin de 6% aparţin tipului complex din punct devedere tehnic, cu TC > 10. În concordanţă cu această analiză se observă că cel maitipic sistem flexibil de prelucrare conţine 2 – 4 centri de uzinare sau 2 – 7 maşini-

unelte (inclusiv MC ), iar 60% din sistemele flexibile de prelucrare, acolo unde s-araportat folosirea roboţilor, au 1 – 3 roboţi industriali.

Creşterea productivităţii şi a capacităţii de producţie sunt doi posibiliindicatori pe baza cărora cele două categorii principale de sisteme explicate mai susau succes. Astfel, ne putem aştepta ca mărirea capacităţii relative să fie mai mare încazul sistemelor compacte decât în cazul sistemelor complexe. Este de aşteptat careducerea forţei de munci să explice doar parţial creşterea productivităţii.



Din datele statistice se poate observa că există tendinţa ca, creştereacapacităţii să fie mai mare în cazul sistemelor mici, compacte. Acest lucru ne dăoarecum dovada ipoteticelor forţe motoare ale diferitelor aplicaţii.

Este interesant de explicat factorii ce conduc la creşterea capacităţii. Singuraconcluzie ce poate fi făcută prin evaluarea statistică este că mărirea capacităţii nueste în mod necesar explicată prin creşterea productivităţii. Pe de altă parte, acelecâteva cazuri pentru care sunt disponibile date despre rata de operare (numărulschimburilor folosite) şi activitatea în schimburi fără operatori, arată o tendinţăgenerală: cu cât e mai mare rata de operare, cu atât pare să fie mai mare creştereacapacităţii şi cu cât numărul de schimburi fără operatori e mai mare, cu atât sunt

mai mari creşterile de capacitate. În general se poate concluziona că sunt mai multde două schimburi (2,5) şi toate cazurile detaliate (60) investigate până acum indicăfaptul că toate sistemele studiu-caz au câştigat cel puţin un schimb suplimentar (înmedie 1,2).

Aceasta înseamnă că rata de utilizare a sistemului de producţie a crescut înmedie de la 50% (pre SFP) la 83% (SFP).

Aceasta indică faptul că sporirea ratei de utilizare poate fi un factor critic alcreşterii capacităţii. Aceeaşi tendinţă există şi între productivitate şi rata de operare,ca şi între productivitate şi schimburi fără operatori. Astfel, cu excepţia inovaţiilor

Figura 6.3. Productivitatea muncii în funcţie de schimburile de lucrufără operatori.



tehnice, inovaţiile organizatorice joacă un rol critic în garantarea exploatării posibilităţilor sistemului.

Este de înţeles că transformarea din producţie funcţională semi-manuală în producţie celulară automată are un potenţial mai mare de creştere a capacităţii saude îmbunătăţire a ratei de utilizare decât transformarea în linii de transfer înaltautomatizate.

Concluzia de mai sus poate fi mai puternic argumentată. Dacă analizămtimpul de recuperare a investiţiilor în funcţie de rata de operare şi numărulschimburilor fără operatori, se poate observa că numai rata de operare nu explicăavantajele mari. Este necesar să se combine utilizarea schimburilor fără operatoricu o rată înaltă de operare pentru a obţine avantaje economice (figura 8.3).

Creşterea productivităţii este strâns corelată (aproape o dependenţă lineară)cu reducerea forţei de muncă, reducerea timpului de execuţie şi a timpului deorganizare. Aceasta dovedeşte că managementul timpului sau productivitatea înunitatea de timp este mai critic decât costurile variabile clasice. Acest lucru este

logic în ceea ce priveşte costurile de capital fix. Cu cât e mai mare reducereatimpului de execuţie, cu atât e mai scurt timpul de recuperare a investiţiilor.

Figura 6.4. Creşterea productivităţii muncii în funcţie de mărimea lotului.



Este bine de înţeles de ce sistemul flexibil de prelucrare poate fi o strategiede succes pentru creşterea capacităţii în producţia în loturi mici deoarece prinmodificările organizatorice şi sistematice vor fi mai multe prilejuri de reducere atimpului de execuţie şi un câştig în capacitate de producţie decât în cazul liniilor de

transfer.

Totuşi există câteva relaţii foarte interesante privind creşterea productivităţiiîn funcţie de mărimea lotului şi complexitatea tehnologică care sunt prezentate înfigura 6.5.

Figura 6.4 arată că mărimea mică a lotului va conduce la o creştere relativmare a productivităţii. La prima vedere pare o contradicţie, în concepţiaconvenţională. Figura 8.6 arată că un lot mic pare să conducă la o reducere mare atimpului de execuţie. Figura 6.5 arată că sistemele compacte (complexitatetehnologică scăzută) tind să aibă o creştere mai mare a productivităţii faţă desistemele foarte complexe.

Cum poate fi explicat acest lucru? Un răspuns ar fi că sistemele compactesunt folosite pentru a înlocui producţia semimanuală, pentru a scădea timpii deexecuţie ai producţiei şi pentru a creşte capacitatea.

Figura 6.5. Creşterea productivităţii muncii în funcţie decomplexitatea tehnică TC .



Sistemele complexe sunt folosite pentru a înlocui linii de transfer de marecapacitate, pentru a furniza flexibilitate şi economii. De aceea, loturile dedimensiuni mici sunt legate de sisteme compacte de dimensiuni mici şi în acelaşi

Tabelul 6.4Convenţional NC funcţional SFP

Caz. 1. Capacitate constantă de producţie

Număr maşini N 1/3 N 1/9 N

Capacitate de producţie

C C C

Preţ A1/2 A+

proiect extins2/9 A+

proiect extinssoftware extins

Caz. 2. Număr constant al unităţilor de producţie Număr de

maşini N N N

Capacitatede producţie

C 3C (9-15)xC

Preţ A2×A+

proiect extins2×A+

proiect extins

Figura 6.6. Reducerea timpului de execuţie în funcţie de mărimea lotului.



software extins

timp sunt legate de creşterea productivităţii şi reducerea timpului de execuţie.Astfel, sistemele mici compacte par să-şi păstreze flexibilitatea, iar sistemelecomplexe tind spre flexibilitate. Un caz interesant este reprezentat de sistemele de dimensiuni medii. Ele par să fie sistemul cu capacitate medie şi flexibilitate medie. Mai mult, loturile dedimensiuni mari sunt tipice pentru sistemele medii, ceea ce este în concordanţă cufigura 6.1 - cost-eficienţă prezentată mai înainte şi cu graficele timpului derecuperare a investiţiei din tabelul 6.3.

Tabelul 6.4 arată că pentru prelucrarea unei capacităţi constante de producţie,numărul maşinilor-unelte cu comandă numerică NC şi preţul scade, la fel şinumărul centrelor de prelucrare şi preţul sistemelor flexibile de prelucrare scade.

Păstrând numărul de maşini-unelte constant se observă că, capacitatea de

producţie şi preţul creşte folosindu-se maşini-unelte cu comandă numerică NC şisisteme flexibile de prelucrare, capacitatea de producţie creşte între 30-50% la SFP.

6.5. Modul de alegere a strategiilor de implementare

Ţinând cont de faptul că par să existe două clase de sisteme avantajoase, aresens să clasificăm unele strategii tipice de implementare cu succes şi să asociemdiferite beneficii cu diferite strategii.

Putem spune că dilema principală o reprezintă problema de creştere acapacităţii şi productivităţii muncii şi problema managementului complexităţii.

Dacă studiem tabelul 8.4 se poate observa că sistemul poate fi proiectat astfelîncât dacă numărul maşinilor este scăzut, atunci nu mai este nevoie de creştereavolumului producţiei. Acest lucru se întâmplă în situaţia în care este făcută oinvestiţie de înnoire, iar acest lucru se întâmplă la companii mai mari.

Când este nevoie să se crească capacitatea de producţie, tehnologia modernăde producţie oferă soluţii foarte eficiente, fără necesitatea investirii în clădiri noi şispaţii pentru fabrică. Acest lucru se aplică de obicei ca o soluţie economică acompaniilor mici şi mijlocii.

În alte cazuri poate rezulta o creştere remarcabilă a capacităţii de producţie,

fiind necesară o cerere mare garantată pentru produsele companiei, astfel încâtinvestiţia să fie justificată.În cazul producţiei medii este extrem de dificil să fie îndeplinite cerinţele de

mai sus, din cauza investiţiilor de bază relativ mari şi a procesului de proiectaredeja foarte costisitor.

Dacă analizăm figura 6.7 vom observa că:



Strategiile A şi B corespund celor două modele de substituţie descrise dejamai înainte. Strategia A poate fi numită şi strategia de creştere a capacităţi.

Figura 6.7 arată punctul de plecare pentru implementarea cu succes astrategiei; capacitatea poate fi mărită fără creşterea cheltuielilor cu forţa de muncă,cu o creştere neînsemnată a capitalului fix.

Astfel avantajul rezultă din creşterea capitalului şi a productivităţii muncii. Şireducerea vizibilă a timpilor de execuţie şi a ciclului de fabricaţie ar trebui să fierezultatul unei implementări de succes. În orice caz, acestea sunt doar premisenecesare pentru obţinerea profitului. Sistemul trebuie să fie proiectat astfel încât săatingă aceste obiective. Tipic, acest tip de fabricaţie este reprezentat de producţia lascară mică, în care transformarea unui proces semimanual într-un procesasemănător unui sistem flexibil de prelucrare satisface caracteristicile deimplementare. Totuşi, pentru a avea succes sistemul flexibil de fabricaţie, procesulde implementare trebuie să depăşească problemele legate de „costuri“ şi „riscuri“.

Figura 6.7. Capacitate – funcţie de flexibilitate în diferite strategii deimplementare.



De obicei procesul de înnoire ca şi capacitatea extensibilă pot fi realizate fărănici un nivel superior, pentru ateliere sau noi construcţii ale fabricii. Creştereamodestă a capitalului fix se datorează maşinilor mai eficiente şi costurilor crescutede software, deşi sistemele flexibile de fabricaţie pot fi privite ca sisteme compacte.

De obicei partea de software a sistemului va fi un element de risc, deoarececalitatea şi fiabilitatea software-ului sunt critice pentru rata de utilizare a sistemuluişi deoarece realizarea şi întreţinerea necesită cunoştinţe, calificare şi un mod degândire diferit faţă de sistemele convenţionale. Astfel, managementulimplementării este un factor critic (decisiv). Este critic ca factor al costurilor sistemului şi ca factor al ratei de utilizare.

Acest lucru este evident datorită naturi multisistemice a procesului defabricaţie şi datorită costurilor fixe ridicate necesare pentru a menţine sistemulfuncţional. De aceea, cunoştinţele şi calificările operatorilor şi capacitatea lor de aface faţă complexităţii, de a face prognoze şi diagnoze şi de a dezvolta mai departe

sistemul sunt mai importante decât în cazul sistemelor convenţionale de producţie.Astfel, întregul management al schimbării, incluzând instruirea şi deciziileorganizaţionale este critic pentru succesul proiectului.

Un fapt interesant este capacitatea crescută ca atare. Dacă acest lucru este unscop în sine, datorită cererii crescânde, pot fi îndeplinite condiţiile necesare.

Totuşi există posibilitatea unei capacităţi în exces, care, într-o oarecaremăsură, poate fi un risc economic. În orice caz, o companie trebuie să aibă ocapacitate puternică de marketing, pentru a evita supracapacitatea. Aşa cumobserva Jaikumar (1988), dacă există pieţe de desfacere stabile şi cerere stabilă

pentru produsele respective, atunci va fi o dezechilibrare între ofertă şi cerere,urmată de procesul de înnoire tehnologică şi o creştere considerabilă a

productivităţi. Vor supravieţui numai producătorii cei mai eficienţi.De obicei, arhitectura sistemelor corespunde unui sistem compact. În acest

fel sistemul este, într-o oarecare măsură, unul închis şi poate fi dificil de extins şimodificat. Acesta poate reprezenta un risc economic într-un mediu în schimbare.

Această strategie este implicit şi o strategie de economie a forţei de muncă,deoarece sistemele flexibile de fabricaţie oferă o creştere considerabilă a capacităţiide producţie fără necesitatea unor noi locuri de muncă sau construirii unor nivelurinoi pentru ateliere. A doua subcategorie este folosită pentru economii de capital, de

exemplu pentru scăderea ciclurilor de fabricaţie şi pentru scăderea timpilor delivrare.

Acest lucru corespunde unei situaţii în care există deja flexibilitatea proiectului, iar strategia de bază este extinsă şi obligată prin modernizareasistemului de fabricaţie să garanteze adaptarea rapidă şi introducerea de produsenoi în cadrul atelierelor. Deoarece este evaluat ca o extindere a capacităţii şi nu ca oinvestiţie în maşini, de obicei se foloseşte şi o evaluare mai cuprinzătoare a



investiţiilor decât fluxurile de numerar presupuse. Arhitectura complexă asistemului – cu un număr mic de CNC – face posibil în acest caz managementulcomplexităţii sistemului în ciuda unei largi categorii de subansambluri, de exempluun număr mare de variante ale produsului.

Strategia B poate fi numită strategia creşterii flexibilităţii şi a potenţialuluiviitor . Avantajele economice rezultă din productivitatea crescută de capital şi

potenţialul de a realiza noi variante ale produsului, care sunt de obicei asociate cuscăderea timpilor de execuţie şi a ciclurilor de fabricaţie. Toate acestea pot conducela câştigarea unor noi segmente de piaţă, datorită abilităţii de a ordona produsele.Aceste condiţii sunt de obicei îndeplinite când o linie de transfer este modificatăîntr-o producţie de tip sistem flexibil de fabricaţie, fără a-şi pierde capacitateaînaltă. De obicei soluţia tehnologică este o soluţie ce presupune capacitate înaltă,arhitectură sofisticată şi un sistem complex de control şi software. Astfel că,riscurile majore decurg din însăşi structura complexă a sistemului care duce la

producerea de software şi la proiectarea destul de complicată. Datorită costuluimare al sistemului, rata de utilizare a sistemului este chiar mai critică decât în cazulstrategiei A. Astfel, tot ceea ce s-a precizat mai sus despre instruire, calificare şicunoştinţe ale operatorilor este chiar mai evident în cazul strategiei B.

Un exemplu tipic al acestei strategii este o companie care produce motoare şiare trei linii fixe automatizate pentru producerea a 5 – 8 tipuri diferite de casete decilindri şi are un volum anual de 20.000 de piese. Compania înlocuieşte liniileautomate fixe cu un sistem flexibil de fabricaţie păstrând aceeaşi capacitate anuală,dar producând toate acele tipuri diferite de cilindri şi având un potenţial teoretic deflexibilitate pentru circa 100 tipuri diferite de cilindri şi chiar alte subansambluri.Astfel sistemul furnizează un potenţial considerabil pentru a îndeplini modificăriviitoare ale pieţei de desfacere şi ale cererii. Avantajele obţinute pot fi: reducereatimpilor de execuţie de la 4 săptămâni la 1 săptămână, reducerea cu 70% a cicluluide fabricaţie, maşini mai puţine dar mai scumpe, o contribuţie vizibil crescută asoftware-ului. La prima vedere sistemul pare să fie inflexibil: grupul desubansambluri numără numai 8 tipuri. Dar e destul de flexibil să acopere nevoilecompaniei şi să scadă riscurile potenţiale ale cererilor mereu în schimbare. Astfel,

potenţialul de flexibilitate e folosit să facă faţă modificărilor pe termen lung, cumar fi modificările anuale ale modelului produsului sau să introducă de urgenţă noi

produse fără schimbări în producţie. De aceea, problema este una a flexibilităţilor produsului şi a producţiei. Grupul mic de subansambluri vine în ajutorulmanagementului complexităţii sistemului şi ajută în probleme legate de software, înciuda numărului mare de dispozitive CNC.

A treia strategie potenţială este cazul C, care mai poate fi numită şi strategiade modernizare. De obicei, punctul de plecare este un proiect funcţional,convenţional, incluzând problemele timpului de execuţie şi a ciclului de fabricaţie.



În acest caz, avantajele principale decurg din surse diferite: reducereaconsiderabilă a timpului de execuţie şi a ciclului de fabricaţie, îmbunătăţiri alecalităţii şi o reală creştere semnificativă a productivităţii muncii cât şi a

productivităţii de capital. Vechiul sistem, ca şi cel nou într-o oarecare măsură, esteun sistem de capacitate medie şi flexibilitate medie. Înseamnă că proiectulsistemului trebuie să atingă scopuri multiple pentru a garanta avantaje suficiente.

În unele cazuri nu este suficientă o arhitectură compactă a sistemului, ci maidegrabă o structură complexă de software şi control. Aceasta poate constitui o sursăde risc tehnico-economic, totuşi pune accent mai mare pe planificare şi proiectareîn vederea obţinerii de avantaje. Alte surse de risc sunt în legătură de costurile şicomplexitatea proiectului. Modificarea va fi foarte mare. Managementul acesteimodificări este interesant, deoarece este nevoie de un mod de gândire cu totul nouîn fabricaţie. Aceasta necesită o preocupare specială cu privire la instruire şidezvoltarea organizaţională. De aceea, cunoştinţele operatorilor şi personalului sunt

un factor critic pentru succes.Este şi mai interesant faptul că nu este neapărat necesară vreo creştere acapacităţi sau a flexibilităţii asociată cu această strategie. Toate avantajele vin în

principal din economiile „interne“. Totuşi, în unele cazuri, profilurile produsului şistructurile acestuia trebuie să fie modificate – trebuie să fie aplicată o tehnologie îngrup pentru a adapta produsele unei fabricaţii de tip flexibil. Aceasta este o sursăsuplimentară de risc economic.Sistemele cu cel mai mare succes par să aibă o complexitate constantă, adică

produsul CNC×PV×NT = constant, unde:CNC = numărul maşinilor CNC din sistem;PV = familia de subansambluri, numărul variantelor;

NT = numărul total al maşinilor-unelte necesare în sistem (figura 8.7).Aceasta înseamnă că software-ul, controlul şi planificarea calendaristică pot

fi supravegheate. Pe de altă parte, pare aproape imposibilă îndeplinirea simultană acelor două obiective: o familie largă de subansambluri şi un număr mare de maşiniCNC cu capacitate înaltă.

Aceasta se datorează complexităţii exponenţial crescătoare a planificării.Datele empirice arată că aproape toate sistemele sunt sub o anumită sumă a

complexităţii.

Ceea ce s-a menţionat mai sus intră în contradicţie, într-o oarecare măsură,cu teoria convenţională a sistemelor flexibile de fabricaţie, care arată că utilizareaadecvată a sistemului este cea a unui sistem de dimensiune medie, între liniile detransfer cu eficienţă înaltă şi producţia semimanuală înalt flexibilă, furnizândflexibilitate medie şi eficienţă medie. În concordanţă cu studiile empirice de maisus, acest lucru pare să nu fie adevărat, dar sistemele de dimensiune medie suntcele mai critice sisteme în termeni economici. Pentru a fi profitabile, aceste sisteme



trebuie să furnizeze toate avantajele posibile asociate de obicei cu sistemelor flexibile de prelucrare: economie corespunzătoare a muncii, reducere mare aciclului de fabricaţie, economii ale capitalului fix, reducere mare a timpilor dedesfacere şi execuţie şi o pondere crescută pe piaţă.

6.6. Concluzii cu privire la problemele tehnico-economiceale implementării sistemelor flexibile de fabricaţie

După analizarea trăsăturilor tehnico-economice a sistemelor flexibile defabricaţie existente în lume, se poate trage o concluzie ipotetică: există douăcategorii largi de sisteme de producţie flexibile avantajoase. Această concluzie estesusţinută de studii de caz concrete. Pe de o parte sunt sistemele cu eficienţă ridicatăşi costisitoare, asociate cu economii de capital şi adaptate din rândul liniilor detransfer automate fixe, iar pe de altă parte sunt sistemele de dimensiuni mici,

compacte, asociate cu strategii de creştere a capacităţi şi reducerea timpului deexecuţie. Între aceste două tipuri de sisteme există o strategie de modernizare şireducere a ciclului de fabricaţie, care poate conduce la un sistem compact sau launul complex în funcţie de punctul de plecare.

Tipologia fundamentală poate fi explicată prin factori economici şitehnologici. Din cauza limitărilor tehnice, există două tipuri de realizări alesistemelor, care prezintă şi bariere economice, avantaje şi probleme de planificarediferite. O implementare de succes e asociată de obicei cu o rată înaltă de utilizare asistemelor; managementul timpului de fabricaţie este critic pentru succes. Acestlucru este logic în vederea aportului crescând al capitalului fix şi de asemeneadetermină ca proiectarea, instruirea şi competenţa personalului să fie factoridecisivi.

Se poate prevede că factorul tehnologic încă va fi decisiv în viitorul apropiat.Dacă, datorită eforturilor de standardizare, devin disponibile un tip modular

de software şi o tehnologie de integrare mecanică, va fi posibil să se înfăptuiascăstrategiile de implementare treptată şi să se obţină o paletă largă de sisteme

profitabile.

CAPITOLUL 7



ARHITECTURA ROBOŢILOR INDUSTRIALI

7.1. Clasificarea manipulatoarelor şi roboţilor industriali

În prezent roboţii reprezintă cea mai înaltă treaptă a procesului de automatizare . Succesul

aplicării lor este condiţionat de regîndirea întregii tehnologii de fabricaţie astfel încît să se pretezela automatizare.Pînă în prezent nu există o definiţie unanim acceptată a roboţilor şi nici criterii foarte

exacte de clasificare . În privinţa definiţiei, în multe lucrări se face apel la cea dată de Institutulde Robotică din S.U.A. potrivit careia : Robotul este un manipulator multifuncţional, programabil, capabil să deplaseze materiale, piese, dispozitive, urmărind traiectorii variate, programate pentru realizarea diferitelor sarcini.

Pentru a se putea face o clasificare cît mai apropiată de realitate trebuie avute în vedereurmatoarele aspecte [30, 61]:

- domeniul de aplicare al robotului ;- generaţia ;

- sistemul de coordonate ;- metoda de comandă ;- sistemul de acţionare .

Domeniul de aplicare. Roboţii se aplică în urmatoarele domenii de activitate ( sectoare deactivitate ):

- Sectorul primar ce cuprinde: agricultura şi sectoarele miniere;- Sectorul secundar ce cuprinde: producţia materială, domeniul în care din punct de

vedere al automatizării se disting procese continue (unele tehnologii chimice) şi procesediscontinue (fabricaţia de maşini şi piese în general), evident în procesele discontinue problemele privind automatizarea sunt mult mai complexe.

Un alt domeniu al sectorului secundar este domeniul nuclear . În acest domeniu seutilizează sisteme "master-slave" pentru manipularea la distanţă a materialelor radioactive .Chimia (producţia unor substanţe toxice, analiza unor probe contaminate, manipularea

unor substanţe şi amestecuri pirotehnice, etc.), este un alt domeniu al sectorului secundar.

- sectorul terţiar cuprinde aplicaţiile din domeniul medicinei. Sunt situaţii în careconstituţia fizică deficitară a omului nu-i permit să interacţioneze cu mediul. În asemenea situaţiise găsesc oameni cu membre amputate, cu atrofieri musculare sau cu leziuni la coloanavertebrală. Utilizarea prortezelor, ortezelor sau a exoscheletelor amplificatoare poate contribui lamicşorarea handicapului.



Un alt domeniu al sectorului terţiar este cel militar, interesat de utilizarea roboţilor mobili pentru operaţii de minare, luptă, spionaj, etc.-sectoare speciale : exploatări spaţiale , subacvatice etc.

Generaţia. Japonezii sunt adepţii încadrării roboţilor în trei generaţii:- Generaţia I-a cuprinde roboţi comandaţi manual. Aceşti roboţi mai poartă denumirea de

manipulatoare. Aceştia nu dispun de calculatoare, sunt construiţi pentru a efectua o singurăoperaţie (vopsire, sudare, transvazare, etc.) şi au gabarite mari.

- Generaţia a II-a cuprinde roboţii programabili, cu posibilităţi de memorare a programului. Aceştia sunt comandaţi prin calculator electronic, au dispozitive de măsurare cuservocomandă, sunt dotaţi cu comandă continuă a traiectoriei şi cu corectarea erorii.

Figura 7.1. Sisteme de coordonate.



- Generaţia a III-a cuprinde roboţii echipaţi cu senzori tactili sau optici, ce permitrecunoaşterea formelor, culorilor, greutăţilor, temperaturilor, etc. De asemenea pot să fie cuautoîvăţare, cu un înalt grad de dotare (inteligenţă artificială) şi sunt capabili să interacţioneze cumediul înconjurator.

Figura 7.3. Robot în coordonate cilindrice.

Figura 7.4. Robot în coordonate sferice.

Figura 7.5. Robot tip SCARA.

Figura 7.2. Robot în coordonate carteziene.



Astăzi, roboţii industriali cu acţionare electrică prezintă o pondere de 80%, cei hidraulici16%, iar cei pneumatici 4%.

7.2. Funcţiile şi structura roboţilor industriali

7.2.1. Structura generală a sistemului roboticApariţia şi dezvoltarea instalaţiilor pentru efectuarea de operaţii humanoide, în ultimele

decenii a luat o amploare deosebită ca urmare dezvoltării mecanicii, calculatoarelor electronice şisistemelor de acţionare. Rezultatele de vîrf ale acestor ramuri industriale au condus la perfecţionarea unui nou sistem tehnologic capabil să înlocuiască sau să asiste omul în exercitereaunor acţiuni diverse asupra maşinilor sau liniilor de producţie . Acest sistem avînd în centrurobotul industrial poartă denumirea de sistem robotic [46] sau sistem mecatronic [89].

Avînd în vedere că sistemul robotic a apărut ca rezultat al conlucrării mai multor ramuriştiinţifice şi tehnologice a fost necesară apariţia pe harta ingineriei a unei noi dişcipline tehnice - Robotica .

Robotica este ştiinţa şi ramura ingineriei care se ocupă cu concepţia , construcţia şiaplicarea roboţilor. Privit în toată complexitatea sa, un sistem robotic cuprinde conform schemeidin figura 2.7, urmatoarele componente:

- spaţiul de operare ;- sursa de energie ;- sursa de informaţie ;

- robotul . Spaţiul de operare este strîns legat de domeniul de lucru al acestuia şi de

gama operaţiilor la care participă. Acest spaţiu de lucru depinde direct dearhitectura mecanică a robotului şi este restricţionat pe de o parte de anumitecaracteristici ale elementelor interne, mecanice şi pe de altă parte de caracteristicileobiectelor implicate în procesul tehnologic.

Sursa de energie constitue suportul energetic necesar pentru punerea înmişcare a elementelor mobile ale roboţilor industriali cît şi pentru asigurareaalimentării electrice a sistemului de acţionare şi a celui de conducere.

Sursa de informaţie defineşte modul de operare a robotului, caracteristicile de bază alefuncţionării acestuia, structura algoritmilor de conducere în funcţie de specificul operaţiei, demodul de prelucrare a informaţiei de baza ( în timp real sau nu ) şi de relaţia robot-operator existentă în procesul de operare. Această relaţie poate determina funţionarea automată,independentă a robotului în asociere cu operatorul uman (sisteme de teleoperare).

Robotul este componenta de bază a sistemului robotic şi este formată din două părţi:

- unitatea de prelucrare a informaţiei;- unitatea operaţională.• Unitatea de prelucrare a informaţiei (calculatorul electronic) este un

complex hardware-software ce primeşte date privind instrucţiunile ce definesc operaţiileexecutate, masurători privind starea unităţii operaţionale, observaţii asupra spaţiului de operare arobotului, date pe baza cărora determină în conformitate cu algoritmii de conducere stabiliţi,deciziile privind modalitatea de acţionare a unităţii operaţionale, etc.



• Unitatea operaţională reprezintă robotul propriu-zis cuprinzînd :sistemul mecanic de locomoţie şi manipulare a acestuia, sistemul de acţionareasociat, sistemul senzorial, sistemul de măsurare şi sistemul de comandă.

Sistemul mecanic de locomoţie este un sistem mecanic complex care permite robotuluideplasarea în mediul de lucru pentru efectuarea operaţiei robotizate.

Dacă majoritatea roboţilor utilizaţi în procesele de producţie clasiceSursa de informaţie

Sursa de energie

Unitate de prelucrare a informaţiilor (calculator)(fabricarea produselor industriale) lucrează în puncte fixe (nu au sisteme de locomoţie separat)categoriile celelalte de roboţi (atât industriali cât şi cu alte destinaţii) prezintă un sistem de

Instrucţiuniexterne

Observaţii AcţiuniExterne

SP

Unitate operaţională

(structură mecanică +sistem de acţionare)

Instrucţiuni interne

Măsurători interne

ROBOT

Figura 7.7. Structura generală a sistemului robotic.

SPA IUL DE OPERARE



locomoţie distinct. Acesta poate fi realizat pe bază de roţi, pe bază de structuri articulate saucombinaţii ale lor.

Sistemul mecanic de manipulare cuprinde mecanismul de ghidare sau manipulatorul şiorganul de execuţie sau efectorul.

Mecanismul manipulatorului împreună cu efectorul poate fi conceput ca fiind compus din

(figura 7.8):- mecanismul de poziţionare, a cărui funcţie este să deplaseze în spaţiu mecanismul de

orientare considerat împreună cu efectorul;- mecanismul de orientare, a cărui funcţie este orientarea efectorului în spaţiu;- efectorul a cărui destinaţie este îndeplinirea funcţiei pentru care a fost conceput

robotul şi care, în afară demecanismul de prehensiune (de prindere, apucare a obiectelor), poate fi: dispozitiv tehnologicde sudură, de vopsire, sculă,instrument de măsură.

În funcţie de particu-larităţile efectorului, roboţii industriali pot fi împărţiţi în două mariclase şi anume: roboţi dotaţi cu prehensoare şi roboţi echipaţi cu alte dispozitive (de sudură, devopsire, de măsură, etc.).

Conform unei statistici recente din parcul total de roboţi industriali, un procent de 41%sunt prevăzuţi cu prehensor, respectiv sistem de prehensiune. Aceşti roboţi sunt destinaţi pentrualimentarea cu obiecte materiale (piese) a maşinilor unelte, asamblare, paletizare şi ambalarea produselor.

Sistemul de acţionare realizează punerea în mişcare a elementelor sistemului mecanic delocomoţie şi manipulare. Este analog cu sistemul muscular uman.

Sistemul senzorial are misiunea de a percepe caracteristicile mediului exterior robotului şifurnizarea acestuia a informaţiilor necesare pentru efectuarea optimă a operaţiei robotizate.

Funcţia acestui sistem se realizează prin intermediul senzorilor vizuali, de proximitate, tactili, deradiaţii, de sunet, etc. Sistemul de măsurare are rolul de a stabili starea internă de funcţionare a robotului

(măsurarea parametrilor cinematici şi dinamici interni) ceea ce se realizează cu traductori deforţă, de deplasare, de presiune, etc.

Sistemul de comandă asigură prelucrarea informaţiilor, furnizate de sistemul de măsurareşi senzorial, necesare pentru luarea deciziilor care să asigure buna funcţionare a robotului, ca şi

Figura 7.8. Sistemul mecanic al robotului.



realizarea comunicării cu operatorul uman direct sau indirect (cu instrucţiunile prestabilite deacesta).

Unitatea operaţională a robotului acţionează asupra spaţiului de operare utilizînd şitransformînd energia furnizată de sursă şi reacţionînd adecvat la semnalele primite din exterior.Conform lucrării [89], unitatea operaţională în calitate de componentă a sistemului robotic

(mecatronic) are în componenţă sistemele din figura 7.9.În altă ordine de idei, în componenţa roboţilor industriali distingem:

Sistem de măsurare (interoceptor)

Sistem senzorial (exteroceptor)

OPERATOR UMAN

SISTEM DE COMANDĂ

Sistem energetic (de acţionare)

Mecanism de locomoţie

Mecanism de ghidare

Efector (prehensor)

OBIECT + MEDIU AMBIANT



elemente care interacţionează direct cu spaţiul de operare (elemente efectoare, gripere sau mâini),componente de structură (articulaţii, segmente), modulatoare de energie (amplificatoare),convertoare de energie (motoare), sisteme de

transmisie a energiei mecanice şi senzori interni.Robotul acţionează asupra spaţiului său de operare sub diverse forme:- deplasarea unor obiecte materiale (piese) în anumite poziţii (mani-

pulare);- prelucrarea şi transformarea unor produse;

- asamblarea unor componente ;- dezasamblarea unor obiecte materiale (piese) în componentele lor ;- sudarea pieselor ;

- măsurarea unor parametrii specifici ai produselor sau chiar aspaţiului de operare;- alte forme de acţiune.

În figura 7.10 se prezintă cîteva forme de acţiune ale roboţilor asupra spaţiului de lucru.

SISTEMULMECANIC

Figura 7.9. Componentele unităţii operaţionale.

UNITATEOPERAŢIONALĂ



7.2.2. Structuragenerală a unui robotinteligent

Dacă antropomorfismul constructiv este un element facultativ, regăsindu-se numai la o parte dintipurile de roboţi industriali, antro-pomorfismul structural este de neevitat. În acest caz, sistemulde comandă are rolul creierului şi sistemului nervos uman, sistemul de acţionare are rolulsistemului muscular al omului, sistemul cinematic este echiva-lent sistemului osos, iar sistemulsenzorial este echivalent cu sistemul senzorial al omului (pipăit, văz, auz, etc.).Aceste patru subsisteme se află între ele într-o anumită scară ierarhică după influenţa reciprocărelativă şi după compatibilitatea lor (figura 7.11), ordinea în care se influenţează fiind:cinematică, comandă, acţionare, măsurare, iar ordinea de compatibilitate fiind inversă [10].

Figura 7.10. Forme de acţiune ale roboţilor asupraspaţiului de operare.



Aceasta înseamnă că pentru un sistem cinematic adoptat, în corelaţie cu aplicaţiile practice dorite, rezultă anumite forme ale dependenţelor ce leagă mărimile de ieşire de cele deintrare (liniare, neliniare, trigonometrice, etc.), precum şi anumite forme ale legilor necesaredozării mişcărilor pe două sau trei grade de libertate, pentru generarea unei traiectorii complexe(ce poate sau nu poate fi descrisă matematic).

În corelaţie cu acestea, pentruimplementarea funcţiilor de conducere dupăaceste legi, rezultă o structură mai simplă

sau mai complexă a “creieruluielectronic”, o memorie mai restrânsă saumai largă, precum şi necesitatea unor blocuri speciale de interpolare, etc.

Corelaţia acţionare-comandă poate fi motivată şi în sensul că unui sistem de comandă cuieşiri de semnale numerice (coduri numerice, tren de impulsuri) îi sunt compatibile surse

motoare ce acceptă acest tip de semnale prin câtmai puţine prelucrări, iar pentru sistemele cu ieşiride semnale analogice sursele motoare vor diferi fie prin modul de receptare a semnalului de comandă,fie prin modul de transformare a energiei şi de

injectare a acesteia în sistemul cinematic.

Influenţa primelor trei subsisteme asupra celui senzorial (de măsurare) este evidentă.Tipul şi forma cuplei cinematice determină tipul şi mărimea traductorului ce poate fi utilizat pentru măsurarea poziţiei sau deplasării; tipul echipamentului de comandă determină formasemnalelor ce pot fi prelucrate şi interpretate, iat tipul sistemului de acţionare determină posibilităţile de montare în sistem a setului de traductoare, precum şi eventualele mecanismeintermediare.

CINEMATICĂ

COMANDĂ

ACŢIONARE….

1 2 n

Influenţa

Figura 7.11. Ierarhizarea şi influenţasubsistemelor componente ale unui robot

industrial.

MĂSURARE

Compatibilitate

1 2 n



Cel mai înalt stadiu de dezvoltare al roboţilor cu senzori mulţi şi complecşi, cu blocuri şisubsisteme specifice de mişcare şi orientare a propriilor senzori, de măsurare a deplasării, de prelucrare a informaţiilor senzoriale primite, precum şi cu blocuri de schimbare a deciziei demişcare pe baza unui program de decizie poartă denumirea de roboţi inteligenţi .

În figura 7.12 se prezintă schema bloc generală a unui robot inteligent.

Există roboţi inteligenţi dotaţi cu sisteme de vedere artificială (în special pentru efectuareaoperaţiilor de manipulare într-un proces tehnologic de montaj robotizat). Sistemul cibernetic alacestora este apt pentru prelucrarea imaginilor în vederea identificării formelor. Dacă obiectelemateriale (repere, piese, etc.) intră neordonat în celula de montaj, sistemul de vedere artificialătrebuie să identifice obiectul ce urmează a fi prelucrat, iar mecanismul de prehensiune să seorienteze în corelaţie cu poziţia sesizată de sistem.

Instrucţiuni umane preliminare



Program de decizieProgramul secvenţei mişcăriiCombinaţii de informaţii

Decizii pentru schimbarea acţiuniiControlul mişcării pe fiecare grad de libertateSenzori fixi pe robotMăsurarea deplasărilor Motoare pentru mişcările robotuluiModule de deplasare

Mişcăride reglare alesenzorilor

mobiliMăsurarea poziţieisenzorilor mobili

Motoare pentrudeplasareasenzorilor

Informaţiisenzori



Dar pentru aceasta, camera de luat vederi ce reprezintă ochiul robotului, va trebui să fie şiea mobilă, să inspecteze câmpul în cadrul căruia se desfăşoară acţiunea curentă a prehensorului,iar pentru secvenţa următoare să inspecteze o altă zonă, etc.

MEDIUL DE LUCRU

Figura 7.12. Schema bloc generală a unui robot inteligent.



În acest caz, însăşi ochiul robotului industrial devine un robot cu mişcări de reglare proprii, fapt ce implică necesitatea unor servomotoare proprii şi chiar a traductoarelor de măsurăa propriei poziţii. În contextul industrial, inteligent înseamnă abilitatea unei maşini de a acţiona prin contacte senzoriale într-un mediu care nu este complet definit, de a se acomoda la schimbăride sarcini (obiective în acest mediu) şi de a face faţă unor situaţii variabile întâmplătoare, fără

instrucţiuni detaliate [10, 46].Legăturile exterioare de comunicare informaţională se realizează princomenzi în limbaj specific (coduri numerice şi alfanumerice, vorbire directă, etc.),aceste legături putând fi cu un operator uman, dar şi cu un alt sistem informaţional,rolul sistemului de inteligenţă artificială fiind acela de a înţelege lumea reală.

În sistem (figura 7.13) există trei nivele de feed-back:- nivelul ( A ) este cel mai puţin evoluat, aproape reflex;

Planificare şi rezolvare de probleme

Sistem de comandă şi control

Fişier de date despremediul de lucru

Comenzi înlimbaj specific

Analizor sintactic,semantic şi percepţiedate

Prelucrare datesenzoriale

Senzori Sistem de acţionare

Mediu de lucru



- nivelul ( B ) corespunde metodelor de reglare automată uzuale;- nivelul ( C ) reprezintă feed-backul cognitiv.Desigur că roboţii inteligenţi, cu vedere artificială şi înţelegere artificială a vorbirii reprezintă maşinile automate, programabile, suple,

cele mai avansate ale viitorului, tehnologia actuală pregătindu-se ca în anii care urmează să treacă la fabricarea lor pe scară largă.

Pentru aplicaţiile simple (manipulări, operaţii de sudură, vopsire, montajsimplu, etc.), interesul imediat este orientat spre roboţii evoluaţi comandaţi prinmicrocalculatoare şi dotaţi cu traductoare de măsură a parametrilor cinematici şi cuun lot minim de senzori.

Inteligenţa artificială, a cărei introducere atrage cheltuieli mult mai mari de investiţie, se justifică numai în procesele tehnologice cu grad sporit de complexitate şi în care mediul de lucrueste variabil.

7.2.3. Structura şi funcţiile sistemului mecanic al roboţilor industriali

Răspuns în limbajs pecific

(C) Subsistem motor

(A)

Subsistem (B)senzorial

Figura 7.13. Nivele de ierarhizare şi de feed-back ale unui robot inteligent.



Modulele ce compun sistemul mecanic al unui robot industrial sunt prezentate în figura7.14. Structura sistemului mecanic al roboţilor industriali trebuie să corespundă în principalfuncţiilor braţului şi mâinii umane şi în unele cazuri şi funcţiilor picioarelor.

Această structură se impune pentru a fi posibilă deplasarea obiectului manipulat în spaţiudintr-o poziţie într-alta bine determinate.

Sistemul mecanic de locomoţie şi sistemul mecanic de manipulare permit realizareaacestor funcţii. Sistemul mecanic de locomoţie este un sistem mecanic complex care permite robotului

deplasarea în mediul de lucru pentru efectuarea operaţiei robotizate. Sistemul mecanic de manipulare cuprinde lanţul cinematic de ghidare sau manipulatorul

şi organul de execuţie sau efectorul. Acesta, constituie scheletul robotului. Este alcătuit îngeneral din elemente cinematice (rigide sau deformabile) legate între ele prin cuple cinematice.

Lanţul cinematic de ghidare realizează deplasarea efectorului dintr-o poziţie într-alta,generează o anumită traiectorie, în concordanţă cu cerinţele procesului tehnologic în care seintegrează roboţii. Se compune din mecanismul generator de traiectorii (mecanism de poziţionare) şi mecanismul de orientare.

Mecanismul generator de traiectorii este constituit ca lanţ

cinematic principal şi are ca

bază fundaţia sau postamentul robotului când acesta este fix şi mecanismul de locomoţie cândacesta este mobil. De regulă este un mecanism cu bare şi poartă denumirea de braţul robotului.

Mecanismul de orientare este un lanţ cinematic intermediar (secundar) şi are ca bazăelementul final al mecanismului generator de traiectorii. Este realizat de regulă cu roţi dinţate.

Mecanism generator de traiectorii

Mecanism de orientare

SISTEMUL MECANIC

Sistem mecanicde locomoţie

Sistem mecanicde manipulare

Lanţ cinematicde ghidare

Efector (final)



Mecanism de prehensiune Efectorul este realizat fie dintr-un mecanism de prehensiune când se pune problema

manipulării unui obiect material, fie dintr-o sculă (dispozitiv de sudare, pistol de vopsire,şurubelniţă automată, etc.), fie dintr-un cap de forţă (polizor pentru debavurare sau rectificare,etc.).

Are ca bază elementul final al mecanismului de orientare. Mecanismul de prehensiune (de apucare), este un lanţ cinematic final. Mai poartă

denumirea de mână mecanică sau prehensor şi poate fi sub formă de cleşte, bacuri, graifer,degete, ventuză, electromagneţi, matrice cu ştifturi, etc.

Obiect material poartă denumirea acel obiect care se manipulează, este prelucrat sauevacuat după prelucrare. De multe ori scula şi capul de forţă sunt manipulate automat cu ajutorulmecanismului de prehensiune. În acest caz, acestea intră în categoria obiectelor materiale.

Sistemul mecanic al roboţilor industriali are sarcina de a deplasa un obiect materialconsiderat solidarizat cu un element al său dintr-o poziţie într-alta, ambele bine determinate.

Ansamblul mişcărilor de lucru care asigură deplasarea şi aşezarea corectă a obiectelor materiale pe tot parcursul unor operaţii tehnologice poartă denumirea de manipulare.

Abordarea sistemică a acestei probleme se poate face pe baza concepţiei de sistem de fabricaţie , în cadrul căruia îşi are locul subsistemul de manipulare. La rândul său acestsubsistem poate fi conceput ca un subsistem modular.

Sculă Cap deforţă

Figura 7.14. Structura sistemului mecanic al roboţilor industriali.



Subsistemul de manipulare conţine în cazul general instalaţia aducătoare sau deevacuare, manipulatorul sau robotul industrial şi operatorul uman care realizează operaţii demanipulare.

Sistemul de fabricaţie constituit dintr-un singur subsistem de manipulare şi un singur subsistem de prelucrare mai poartă denumirea de celulă de fabricaţie.

În cadrul unei celule de fabricaţie subsistemul de manipulare realizează funcţiunea demanipulare în spaţiu şi timp a tuturor obiectelor materiale necesare desfăşurării unui proces defabricaţie.

Conform lucrării [67], manipularea fiind operaţia de modificare definită sau de menţinere provizorie a amplasării spaţiale a corpurilor rigide se poate defini gradul de orientare G O şi cel de poziţionare G P al unui obiect material ca fiind numărul gradelor de libertate specifice cunoscuteşi care variază între limitele:

30 ≤≤ OG , (7.1.)

respectiv 30 ≤≤ PG . (7.2.)

Spre deosebire de sistemele rigide de manipulare automată dezbătute în volumul I alacestei lucrări, roboţii industriali şi manipulatoarele pot să îndeplinească mai puţine funcţii demanipulare. Principalele funcţii de manipulare şi totodată operaţii de manipulare îndeplinite desistemul mecanic al roboţilor industriali şi manipulatoarelor sunt (figura 7.15): ale acestuisubsistem sunt: mişcarea, reţinerea şi controlul.

Mişcarea este funcţia de manipulare în cadrul căreia unul sau mai multe obiecte materialeeste supus unei succesiuni de translaţii şi rotaţii executate de un robot industrial în vederearealizării unei poziţionări în raport cu un dispozitiv, instalaţie maşină sau utilaj. Poziţionarea unuiobiect material manipulat se poate defini conform figurii 7.8. (volumul I), cu ajutorul unui punct

caracteristic P C ce aparţine acestuia, o dreaptă caracteristică∆

C ce trece prin punctulcaracteristic şi o dreaptă auxiliară ∆ A ce trece prin acelaşi punct dar este perpendiculară pe∆C .

Figura 7.15. Funcţii de manipulare.

FUNC II DE MANIPULARE

Mişcarea Reţinerea Controlul



Figura 7.16. Moduri de realizare a funcţiei MIŞCAREA.

După geometria ei, mişcarea poate fi liniară, după diferite axe, curbilinie, circulară în jurul unor anumite axe, spaţială, iar după desfăşurarea ei în timp continuă, intermitentă saualternativă.

Mişcarea se poate realiza conform figurii 7.16 prin: rotaţie, translaţie, schimbare dedirecţie, orientare, poziţionare, ghidare, transfer, transport.

Rotaţia este funcţia de mişcare în cadrul căreia se realizează deplasarea în jurul unei axea sistemului de coordonate ataşat obiectului material, între două orientări date. În acest caz, poziţia punctului caracteristic P C asociat obiectului material rămâne neschimbată.

Translaţia este funcţia de mişcare în cadrul căreia se realizează deplasarea liniară aobiectului material între două poziţii determinate. În acest caz, orientarea obiectului se conservă.

Schimbarea de direcţie (redirecţionarea) este funcţia de mişcare în cadrul căreia serealizează deplasarea unui obiect material în jurul unei axe diferite de axele de coordonate alesistemului ataşat obiectului şi plasată în exteriorul acestuia.

Orientarea este funcţia de mişcare a unui obiect material de la o orientare nedefinită launa dată faţă de un dispozitiv, instalaţie, maşină sau utilaj. În acest caz nu se ia în considerare poziţia obiectului, dar este necesară o verificare a orientării iniţiale necunoscute, urmată de unasau mai multe rotiri.

Poziţionarea este funcţia de mişcare a unui obiect material de la o poziţie nedefinită launa dată faţă de un dispozitiv, instalaţie, maşină sau utilaj. În acest caz, nu se ia în considerareorientarea obiectului material. Conţinutul funcţiei este acela de a face ca punctul caracteristic,dreapta caracteristică şi dreapta auxiliară să se suprapună cu entităţi geometrice similare dintr-unelement al dispozitivului, instalaţiei, maşinii sau utilajului.

Ghidarea este funcţia de mişcare a obiectului material între două poziţii date, de-a lungulunei traiectorii definite, în care orientarea este definită în orice punct.

Transferul este funcţia de mişcare a obiectului material între două poziţii date, de-a lungulunei căi nedefinite. În acest caz, gradul de orientare al obiectului material rămâne neschimbat.Transferul se referă atât la modificarea poziţiei punctului caracteristic al obiectului, cât şi a poziţiilor dreptei caracteristice şi a dreptei auxiliare.

Transportul este funcţia de mişcare a obiectului material dintr-un loc în altul. În acestcaz, traiectoria şi orientarea corpului nu sunt în mod necesar definite

Reţinerea este funcţia de manipulare în cadrul căreia unul sau mai multe obiectemateriale se imobilizează (eliberează) în (din) mecanismul de prehensiune al robotuluiindustrial în raport cu un dispozitiv, instalaţie, maşină sau utilaj faţă de care a fost poziţionat.

Reţinerea, se poate realiza conform figurii 7.17 prin: fixare, defixare, blocare, saueliberare.

MIŞCAREA

Rotaţie Translaţie Schimbarede direcţie

Orientare Poziţionare

Ghidare Transfer Trans ort



Figura 7.17. Moduri de realizare a funcţiei REŢINEREA.

Fixarea este funcţia de reţinere prin care obiectul material manipulat se imobilizează înmecanismul de prehensiune, în raport cu un element al dispozitivului, instalaţiei, maşinii sauutilajului faţă de care a fost poziţionat. Deci, fixarea este o operaţie ulterioară poziţionării.Conform lucrării [19] poziţionarea şi fixarea poartă împreună denumirea de instalare. Fixarea serealizează prin aplicarea unor forţe de strângere date de mecanismul de prehensiune asupraobiectului material. Punctele de aplicare ale forţelor de strângere trebuie astfel alese încât ele săfie dispuse pe suprafeţe opuse, fie ca suprafaţa opusă suprafeţei obiectului pe care se găsesc punctele de aplicaţie ale forţelor de strângere să se reazeme pe un element al dispozitivului,

instalaţiei, maşinii sau utilajului. Defixarea este funcţia de reţinere inversă fixării. Blocarea este funcţia de reţinere a unui obiect material prin care se realizează

imobilizarea de lungă durată sau permanentă a acestuia în raport cu un element al mecanismuluide prehensiune. Blocarea se realizează prin aplicarea unor forţe de strângere date de mecanismelede blocare asupra obictului material. Blocarea este o operaţie ulterioară fixării.

Eliberarea este funcţia de reţinere inversă blocării.Controlul este funcţia de manipulare în cadrul căreia unul sau mai multe obiecte

materiale sunt supuse unui control de existenţă, unui control al dimensiunilor, formei, greutăţiisau controlul unor parametri fizico-chimici. Controlul este o funcţie de manipulare ulterioară poziţionării şi fixării.

Controlul se poate realiza prin: verificare prezenţă, identitate, formă, mărime, culoare,greutate, poziţie, orientare, numărare, măsurare orientare, măsurare poziţie, măsurare parametrifizico-chimici, controlul prelucrării, etc.

7.3. Structura geometrică a roboţilor industriali7.3.1. Parametrii de poziţionare

Pentru utilizarea roboţilor industriali în scopul realizării unei anumite probleme demanipulare este hotărâtor spaţiul de lucru al acestora, respectiv zona de mişcare a mecanismuluide prehensiune.

Configuraţia şi mărimea acestor spaţii de lucru depind de structura mecanismului de

poziţionare, de felul cuplelor cinematice şi de dimensiunile elementelor cinematice.Deci, robotul industrial interacţionează cu mediul înconjurător prin intermediul structuriimecanice. În acest caz, în efectorul final se consideră fixat un obiect material sau o sculă caretrebuie să fie deplasate în spaţiul de lucru pentru a executa o sarcină utilă.

Din punct de vedere geometric această problemă constă în stabilirea parametrilor cecaracterizează poziţia şi orientarea obiectului material manipulat în raport cu toate direcţiile posibile din spaţiul cartezian al stărilor.

REŢINEREA

Fixare Defixare Blocare Eliberare



Totodată, structura mecanică de manipulare reprezintă un sistem mecanic format din(n+1) elemente. Dintre acestea, elementul fix numit bază sau batiu se simbolizează cu ( 0), iar elementele mobile (elementele cinematice) se simbolizează cu ( i=1÷ n). Ele sunt considerate cafiind subansambluri, în care piesele componente nu-şi modifică poziţia şi orientarea relativă întimpul funcţionării. Ca urmare, elementele cinematice devin, sub aspect mecanic, elemente rigide

iar studiul geometrico-cinematic se poate realiza cu ajutorul sistemelor de referinţă (i ) ataşateacestora.Rezultă că un obiect material manipulat sau un element cinematic al robotului poate fi

descris geometric de un reper ortogonal legat de element şi de ecuaţia suprafeţei elementului, înacest reper. Deci, domeniul ocupat de elementul cinematic în spaţiu este determinat de parametrii de poziţionare ai reperului legat [79].

În figura 2.18 se poate observa că parametrii de poziţionare ai reperului ( i ) legat deelement în raport cu reperul fix (O) sunt constituiţi de componentele vectorului originii i

oO :

[ ]T

i z o

i y o

i x o

ORGiOo

= (7.3)



şi de parametrii care definesc orientarea axelor sistemului (i ) notat cu [ ]T γ βα .

Rezultă că orice deplasare generală a unui rigid se poate realiza prin trei translaţii şi treirotaţii simple în lungul şi în jurul axelor sistemului fix (O).

Figura 7.18. Parametrii de poziţionare ai reperului (i ) legat de element în raport cureperul fix (O).



Deci, parametrii de poziţionare ai unui element cinematic sau obiect material asimilat cuun rigid, sunt:

- trei coordonate io

io

io z y x ; ; ale originii reperului ataşat elementului cinematic, care

definesc poziţia;- trei parametrii βα ; ; care definesc orientarea.

Ansamblul celor şase mărimi

[ ]T io

io

io

io

io

io z y x X γ βα=

poartă denumirea de vectorul coordonatelor operaţionale, dacă se referă la un element condus,sau vectorul parametrilor de poziţionare, dacă se referă la un element oarecare.

Elementele cinematice (componente ale structurii mecanice a roboţilor industriali), suntlegate între ele şi formează un lanţ cinematic deschis sau închis. Din punct de vedere geometric,[62,75], legătura sistemului (i ) faţă de sistemul ( j ) diferit de sistemul fix (O), este definită prinecuaţiile de restricţie impuse asupra parametrilor de poziţie şi orientare relativă ( x, y, z,

, , γ βα ) de forma:

[ ]T i j

i j

i j

i j

i j

i j

i j

z y x X γ βα= . (7.4)

Sub aspect fizic, legătura este reprezentată printr-o cuplă cinematică motoare.În cazul structurilor mecanice de manipulare ale roboţilor se utilizează numai cuple

cinematice motoare de clasa a 5-a ( R – rotaţie; T – translaţie). În studiul geometric, cinematic şidinamic ele sunt considerate legături scleronome şi olonome, adică perfecte sub aspect mecanic.

Cupla de rotaţie R, reprezentată simbolic în figura 7.19.a, introduce următoarele restricţiide natură geometrică:

= jR

i X (7.4' )

Această cuplă permite doar o mişcare de rotaţie între cele două elemente legate, în jurulunei axe care le este comună.

Poziţia relativă dintre cele două elemente este dată de unghiul de rotaţie în jurul acesteiaxe.

Principalele avantaje ale acestei cuple sunt:- se poate realiza uşor o bătaie axială şi radială mică;- permite viteză mare de rotaţie;

;

T

j

i

ji

ji

ji

ji

ji z y x

γ βα

{respectiv

[ ] .T

jq00000



- cost mediu de realizare.Restricţiile geometrice introduse de cupla de translaţie T , reprezentată simbolic în figura

7.19.b, sunt următoarele:

jT

i

X (7.5)

Aceasta reduce mişcarea între cele două elemente legate la o translaţie în lungul unei axecomune. Poziţia relativă între cele două elemente este dată de distanţa dintre ele măsurată înlungul acestei axe.

Cupla de translaţie este caracterizată de:- forţe de frecare mai mari;- realizare şi instalare mai dificilă;- cheltuieli de realizare mai mari.

;

T

j

i

ji

ji

ji

ji

ji z y x

γ βα

{respectiv

[ ] .T

jq 00000

Figura 7.19. Reprezentarea simbolică a cuplelor de rotaţie R şi de translaţie T .



7.3.2. Gradele de libertate ale robotului

Structura geometrică a roboţilor industriali poate fi foarte diferită, în principal, funcţie de lucrarea pe care o au de îndeplinit. Pentru a putea identifica un

robot şi a-l compara cu altul este necesar să se cunoască o serie de elemente legatede cinematica roboţilor.

Să considerăm un corp solid nedeformabil situat în spaţiul tridimensional. Din mecanicateoretică se ştie că acest solid posedă şase grade de libertate: 3 care îi permit să se deplaseze şi 3care îi permit să se orienteze. Considerând triedrul ortogonal cu originea în centrul de greutate alsolidului, cele 6 grade de libertate se pot exprima în particular:

- prin 3 translaţii urmărind cele trei axe ale triedrului ( T 1, T 2, T 3 );acestea asigură deplasarea solidului în spaţiul de referinţă;

- prin 3 rotaţii ( R1, R2, R3 ) în jurul celor 3 axe ale triedrului; aceste 3rotaţii asigură orientarea solidului în spaţiul de referinţă, (figura 7.20).

Deci, utilizând cele 3 translaţii şi cele trei rotaţii se poate deplasa solidulîn orice loc din spaţiul considerat şi i se poate da un reper anume (ce ar putea avea originea în O).

Când între cele două corpuri solide se stabilesc legături, atunci fiecare dintre ele pierde, înraport cu celălalt, o parte din gradele de libertate. Aceasta înseamnă că o parte dinmişcările (translaţii şi/sau rotaţii) pe care un corp le putea efectua faţă de celălalt, devinimposibile. Solidul va avea în această situaţie mai puţin de 6 grade de libertate.

Figura 7.20. Solidul liber cu 6 grade de libertate.



Pentru a preciza gradele de libertate ale unui robot industrial, se consideră cele treistructuri: sistemul mecanic de locomoţie, manipulatorul şi organul terminal, fiecare dintre acesteaasigurând o funcţionare bazată pe propriile caracteristici de mobilitate.

Aşa cum rezultă din figura 7.21, sistemul mecanic de locomoţie trebuie să poată să sedeplaseze pe o suprafaţă sau într-un volum, deci, poate avea maxim 6 grade de libertate. Braţulmanipulator, având rolul de a aduce efectorul într-un punct al spaţiului, posedă maxim 3 gradede libertate. Organul terminal, având sarcina de orientare, îi sunt suficiente 3 grade de libertate.

Rezultă că un robot universal posedă 12 grade de libertate. În practică, sistemul mecanicde locomoţie fiind eliminat, un robot universal posedă 6 grade de libertate necesare pentru poziţionarea şi orientarea efectorului în spaţiul de lucru.

Figura 7.21. Gradele de libertate ale unui robot universal.



Astfel se poate defini că numărul gradelor de libertate ale unui robot industrial este egalcu numărul gradelor de libertate aleefectorului. El este în funcţie de numărulde elemente cinematice ce alcătuiescstructura mecanică şi de numărul, natura

şi dispunerea legăturilor între ele.

Natura gradelor de libertate poate varia pentru a se obţine acelaşi rezultat (o poziţionare şiorientare dorită a efectorului). Rezultă astfel diverse structuri mecanice în care natura (translaţiesau rotaţie) şi numărul gradelor de libertate este dat de natura sarcinilor vizate.

Trebuie, de asemenea, precizat faptul că gradele de libertate ale obiectului materialmanipulat nu se iau în considerare la numărul gradelor de libertate ale robotului.

În acest sens, se consideră structura mecanică de manipulare ca fiind un sistem mecanicformat din corpuri legate. Restricţiile introduse de legături

( ) jiqif ,..... , , 3210 == (7.6)unde q este vectorul parametrilor de poziţionare a celor celor 6≤n corpuri, formează un sistemde ecuaţii algebrice, în general neliniare.

Din cele j ecuaţii ale sistemului (7.6) se pot determina jm≤ parametri de poziţionare înfuncţie de ceilalţi (6. n – m) parametri. Cei (6. n – m) parametri care definesc complet poziţiasistemului constituie gradele de libertate ale sistemului în deplasări finite şi formează aşa numitulvector al coordonatelor generalizate (robot):

T n

qqq1621 −

=θ ..... , , . (7.7)

De asemenea, dacă obiectul material manipulat este o sculă, atunci gradelede libertate proprii sculei nu trebuie confundate cu gradele de libertate alerobotului.

Exemple:• Dacă robotul transportă un dispozitiv de găurit, mişcarea de rotaţie a

burghiului nu face parte din gradele de libertate ale robotului.• Deschiderea mecanismului de prehensiune al unui robot care manipu-

Figura 7.22. Mişcarea bacurilor mecanismului de prehensiune nu este apreciată drept un grad de

libertate pentru robot.



lează obiecte materiale, este o mişcare ce nu poate fi apreciată drept grad delibertate pentru robot (figura 7.22).

Multe elemente cine-maticeale structurii meca-nice nu suntacţionate independent, ci simultan

şi corelat cu altele. Acest faptdetermină ca numărul axelor cuplelor cinematice dintre elementesă nu fie totdeauna egal cu numărulaxelor acţionate indepen-dent,numite axe robotizate.

Ca urmare, numărul maxim al axelor cuplelor cinematice din structurarobotului acţionate inde-pendent reprezintă gradul de libertate al acestuia şi acesta

poate fi mai mic sau egal cu 6. Noţiunea de grad de libertate poate să devină pretenţioasă în utilizare. Ca urmare, numărul

gradelor de libertate este comandat şi de lucrarea pe care trebuie să o execute robotul. Exemple:• Din raţiuni tehnice, specifice locului de muncă, organul terminal nu

se poate apropria sau se aproprie cu dificultate de zona de lucru. În acest caz,robotul poate fi purtat de un batiu mobil (vehicul sau cărucior), pe un pod rulant, peo şină, etc. Mobilitatea suplimentară introdusă prin acesoriile speciale de mişcare(translaţie sau rotaţie) nu se constituie în grad de libertate specific robotului

propriu-zis.• Robotul trebuie să-şi strecoare braţul prin ferestre de dimensiunifoarte mici sau să-şi plaseze braţul în spatele unui panou. În acest caz, braţulmanipulator trebuie să aibă multe articulaţii sau să fie de tip trompă de elefant(figura 7.23). Această mobilitate a braţului nu reprezintă o creştere a număruluigradelor de libertate ale robotului, ci a numărului gradelor de mobilitate.

• Dacă procesul tehnologic cere ca o lucrare să fie executată concomi-

Figura 7.23. Structura mecanică a unui robot tip trompăde elefant .



tent cu ajutorul mai multor braţe şi mâini manipulatoare (mecanisme de prehensiune), atunci se folosesc roboţi multibraţ . În acest caz, gradele de libertatese analizează pentru un braţ şi nu pentru toată structura.

Aspectele prezentate mai sus, atrag atenţia asupra posibilităţilor deinterpretare greşită a numărului gradelor de libertate, adică atribuirea de grade delibertate false. Această greşeală o fac de obicei, firmele de publicitate şi cele carecomercializează roboţi.

În concluzie, un robot industrial pentru a putea manipula orice obiect material din spaţiulsău de lucru, are nevoie de maxim 6 grade de libertate şi mai multe grade de mobilitate.

7.3.3. Gradul de mobilitate şi manevrabilitatea roboţilor industriali

a) Mobilitatea unui lanţ cinematic se defineşte prin numărul parametrilor geometro-cinematici independenţi necesari pentru controlul mişcării tuturor elementelor cinematicedistincte.

Partea mecanică a unui robot industrial este un mecanism cu structură etajată, obţinut prinmaterializarea unor lanţuri cinematice deschise, închise sau combinate.Mobilitatea unei structuri mecanice de robot industrial se stabileşte în raport cu elementul

suport care este fix sau se consideră fix.Prin grad de mobilitate se înţelege numărul posibilităţilor de mişcare pe care le poate avea

un lanţ cinematic în raport cu un sistem de referinţă solidarizat cu unul din elementele sale şicare, de obicei, este elementul fix numit bază.

Conform lucrării [2] expresia gradului de mobilitate pentru structura mecanică a unuirobot industrial este:

( )( ) ( ) i

f i

Cf ief M ∑+=

−−−−=5

1

16 . (7.8)

unde: f = (0 ÷ 5) - rangul complementar al familiei care este egal cu numărul

restricţiilor impuse de spaţiul de lucru pentru un contur independent;e-1=n - numărul elementelor componente mobile faţă de elementul

considerat fix;e - numărul total de elemente;i=(1 ÷ 5) - numărul mişcărilor anulate de o cuplă cinematică (defineşte

clasa cuplei respective);C i - numărul cuplelor de clasa i .Dacă se ţine cont de suma gradelor de libertate ale legăturilor pasive L p

şi suma gradelor de libertate de prisos Lid , conform lucrării [49], expresia gradului de mobilitate M devine:

( ) ∑ ∑∑ −−−−==

id pii

LLCieM5

1

16 . (7.9)

Aşa cum s-a arătat, în componenţa structurilor mecanice ale roboţilor industriali intrăcuple cinematice inferioare de clasa a V-a de rotaţie sau de translaţie.



În funcţie de complexitatea structurii mecanice a roboţilor industriali se pot lua în studiutrei cazuri particulare:

• Dacă mecanismul structurii mecanice a robotului industrial are încomponenţă un lanţ cinematic deschis (figura 7.24) cu cuple inferioare de rotaţie R şi/sau detranslaţie T , atunci

∑ ∑ =−== , ; ; neCLL id p 10 5

iar gradul de mobilitate M devine:

( ) ( ) ( ) ( ) nnf nf Cf nf M =−−−=−−−= 5656 5 . (7.10)

Deci,.nCM == 5 (7.11)

În acest caz, lanţul cinematic este desmodrom, adică cu mişcare bine definită [61], dacămobilitatea este egală cu numărul parametrilor relativi ai cuplelor cinematice conducătoare p,care se pot impune din exterior:

. pM = (7.12)O cuplă cinematică C i are:

,iLi −= 6 (7.13)

grade de libertate, i fiind numărul constrângerilor impuse de cupla cinematică respectivă.Fiecărui grad de libertate Li îi corespunde un parametru cinematic p care se poate impune dinexterior. Numărul total al acestor parametri este:

( ) ,iC p ci −≤ 6 (7.14)

Figura 7.24. Structură mecanică de manipularecu lanţ cinematic deschis.



unde C ci reprezintă numărul cuplelor cinematice conducătoare (motoare) de clasa i .Având în vedere relaţia (7.12) se poate scrie:

( ) ,iC pM ci −≤= 6 (7.14' )rezultă că nu toate cuplele cinematice sunt motoare.

Pentru cuplele de clasa a V-a (rotaţie sau translaţie), poziţia relativă a elementelor estedefinită de un singur parametru cinematic impus din exterior, adică i = 5 şi din relaţia (2.14' )rezultă:

,ciC pM ≤= (7.15)

Numărul cuplelor de clasa a V-a include şi cuple cinematice conducătoare,

.ciCC ≥5 (7.16)

Din relaţiile (7.11), (7.15), (7.16) se obţine:

.

,

ci

ci

CC

CCM

≥

≤=

5

5(7.17)

Astfel, se poate concluziona că lanţul cinematic deschis este desmodrom dacă toatecuplele cinematice de clasa a V-a din componenţa lui sunt conducătoare:

ciCCM == 5 . (7.18)

Desmodromia lanţului cinematic este asigurată dacă simultansunt satisfăcute condiţiile:

.neCCM ci =−=== 15 (7.19)

• Pentru calculul mobilităţii mecanismelor complexe, cu contururiînchise de rang complementar diferit, ,.... k f f f ≠≠≠ 21 se foloseşte relaţia:

( ) ( ) ,ii

aaaf Cf inf M ∑=

−−−=5

1

6 (7.20)

unde ∑

=

=k

i

ia f k

f 1

1este rangul complementar mediu (aparent), iar clasa i a cuplelor nu este

limitată inferior de f a.Mobilitatea mecanismului manipulator al unui robot industrial se poate

calcula în mod unitar în funcţie de gradele de libertate ale cuplelor cinematice şiale spaţiilor cinematice (de lucru) specifice fiecãrui contur închis independent [2].În acest caz se noteazã cu l libertãţile permise de o cuplã cinematicã; cu C l numãrul cuplelor cinematice cu l mişcãri elementare independente; cu r rangul



spaţiului cinematic al unui contur (închis) independent şi cu Nr numãrulcontururilor independente.

Mobilitatea mecanismului cu Nr contururi independente şi C l cuplecinematice se calculeazã cu relaţia:

∑ ∑= =

−=5

1

6

1l r r l rNClM (7.21)

care se obţine din relaţia (7.8) observând cã 6 - f = r ; 6 - i = l ; iar

( ) ∑∑==

=−−6

1

5

1

1

r r

ii NeC .

În aceastã variantã se recomandã clasificarea cuplelor cinematice în funcţiede numãrul l al mişcãrilor elementare permise, astfel cã C i din relaţia (7.8) devineC l în relaţia (7.21).

Se observã cã, la stabilirea contururilor independente, dacã trebuie ales unuldin douã contururi de ranguri diferite se va opta pentru cel cu rangul maimic.

Dacã în structura de manipulare sunt numai cuple cinematice de tip R şi T (monomobile de clasa l = 1), relaţia (7.21) devine:

M = C 1 - 6N 6 - 5N 5 - 4N 4 - 3N 3 - 2N 2 - N 1 . (7.22)

În cazul în care structura de manipulare se mişcã într-un spaţiu cinematic de

rang maxim, cu ajutorul cuplelor monomobile R sau T , mobilitatea se calculeazãcu relaţia:

M = C 1 - 6N 6 . (7.23)

in care:C 1 este numãrul cuplelor monomobile ( R sau T );

N 6 este numãrul contururilor de rang maxim (r = 6 );Pentru N 6 = 1, M = 1 rezultã, din relaţia (7.23), C 1 = 7 şi

(e-1) = n = C 1 - N 6 = 6 , adicã cel mai simplu mecanism spaţial monocontur,

monomobil cu cuple cinematice monomobile, are 6 elemente mobile şi 7 cuple detip R sau T .

Dacã se considerã o structură de manipulare plană cu mişcãri în spaţiulcinematic de rang 3, având numai cuple cinematice monomobile (l = 1) şi

bimobile (l = 2), relaţia (7.21) devine:

M = C 1 + 2C 2 - 3N 3. (7.24)



În cazul structurii de manipulare cu lanţ cinematic deschis ( ∑=

=6

1

0

r r N ), iar

mobilitatea se calculeazã cu relaţia:

∑=

=5

1lllCM . (7.25)

b) Manevrabilitatea este specificã structurilor de manipulare ale roboţilor industriali cu lanţ cinematic deschis, cînd mobilitatea se calculeazã cu relaţia(7.25):

M = ∑=

5

1lllC = C 1 + 2C 2 + 3C 3 + 4C 4 + 5C 5 . (7.26)

În situaţia în care, prin fixarea unui punct al ultimului element cinematic,(efectorul) se vor anula trei grade de libertate, se obţine o nouã mobilitate a lanţuluicinematic (devenit închis).

Aceastã mobilitate rezidualã, este denumitã manevrabilitate se notează cu M* şi se calculează cu relaţia:

M* = M - 3 =∑=

−5

1

3

lllC . (7.27)

Dacã se fixeazã elementul cinematic final al lanţului, se vor anula şase gradede libertate, astfel cã relaţia de calcul a manevrabilitãţii este:

M* =∑=

−5

1

6

lllC . (7.28)

În cazul structurilor de manipulare ale roboţilor industriali cu cuple tip R şiT , (l = 1) formulele de calcul ale manevrabilitãţii devin:

• Prin fixarea unui punct M* = C 1 - 3 - (în spaţiul cinematic cu r = 6 ); M* = C 1 - 2 - ( în spaţiul cinematic cu r = 3);

• Prin fixarea unui element

M* = C 1 - 6 (r = 6 );



M* = C 1 - 3 (r =3);

Notând cu q numãrul gradelor de libertate anulate (ale ultimului element dinlanţul cinematic deschis), se obţine pentru manevrabilitatea structuri de manipularea robotului industrial formula care generalizeazã relaţiile (7.27) şi (7.28):

M* =∑=

5

1llqlC . (7.29)

unde q = (1 ¸ 6).Gradul de manevrabilitate, din punct de vedere fizic, reprezintă numărul posibilităţilor

distincte de mişcare ale structurii mecanice pentru a aduce în aceeaşi poziţie elementul de careeste solidarizat obiectul material manipulat.

Pentru manevre de mare complexitate (ocolirea unor obstacole de către obiectul materialmanipulat, introducerea obiectului manipulat într-un recipient) sunt necesare mai mult de 6 gradede mobilitate:

M* 6 (7.30)

şi apare în această situaţie aşa numita problemă a redundanţei gradelor de mobilitate.

7.3.4 . Spaţiul de lucru Pentru utilizarea roboţilor industriali în scopul realizării unei anumite operaţii de

manipulare este hotărâtor spaţiul de lucru al braţului manipulator, respectiv zona de mişcare amecanismului de prehensiune.

Se numeşte spaţiu de lucru al unui robot industrial mulţimea poziţiilor pe care le poate

ocupa punctul caracteristic aferent unui obiect material manipulat. Natura şi forma spaţiului de lucru [61] depinde de structura mecanismului generator de

traiectorie, de dimensiunile elementelor componente, de cursele mişcărilor relative ale cuplelor cinematice conducătoare şi într-o măsură mai mică de forma şi dimensiunile obiectuluimanipulat.



Spaţiile de lucru ale roboţilor industriali pot fi liniare (unidimensionale cu M = 1), plane(bidimensionale cu M = 2) şi volumice (tridimensionale cu M = 3), după cum poziţiile ocupate de

punctul caracteristic aparţin unei drepte sau curbe plane, unui plan sau unui volum.

•

Spaţiul de lucru liniar. Pe baza relaţiei 7.19 pentru mecanismele generatoare de traiectoriecu un grad de mobilitate se obţine:

, ; 215 ==== nCCM ci (7.31)

un mecanism cu o cuplă cinematică conducătoare de clasa a V-a şi două elemente. Numărul maxim S de structuri posibile (succesiuni posibile de cuple cinematice

conducătoare) este dat de relaţia:

Figura 7.25. Spaţiul de lucru liniar realizat cu un lanţ cinematic ce are încomponnţă două elemente şi o cuplă

cinematică de rotaţie R sau de translaţieT .



S = 2 M . (7.32)

Pe baza acestei relaţii rezultă:

S = 2

1

= 2 (7.33)adică R şi T .

Spaţiul de lucru liniar (dreaptă sau curbă) cu M = 1 poate fi realizat cu un mecanismgenerator de traiectorie cu două elemente şi o cuplă cinematică de rotaţie R sau de translaţie T .(figura 7.25).

Punctul caracteristic P ataşat elementului final al mecanismului, generează un spaţiu delucru liniar (segmentul de dreaptă sau arcul P 1 P 2 ). Limitele spaţiului de lucru sunt determinatede lungimea ghidajului cuplei de translaţie sau unghiul de oscilaţie al cuplei de rotaţie.

• Spaţiul de lucru plan poate fi descris de punctul caracteristic al unui

Figura 7.26. Spaţiul de lucru plan realizat cu un lanţ cinematic ce are în componnţă 3elemente şi două cuple cinematice conducătoare de clasa a V-a.



mecanism generator de traiectorie plan, desmodrom având la bază un lanţcinematic deschis, constituit din 3 elemente şi două cuple cinematice conducătoarede clasa a V-a, sau cum rezultă pe baza relaţiei (7.19),

. ; 325 ==== nCCM ci (7.34)

Conform relaţiei (7.32) structurile posibile sunt:

S = 22 = 4, (7.35)

adică TT , TR, RT , RR.Configuraţia acestor spaţii de lucru este prezentată în figura 7.26.Spaţiul de lucru al mecanismului generator de traiectorie, având la bază lanţuri cinematice

plane se determină prin reducerea acestora la mecanisme aferente spaţiilor de lucru liniare.Astfel, cum se observă în figura 7.26.a anulând în prima fază, cupla cinematică A, prin mişcarearelativă din cupla B se generează spaţiul de lucru liniar P 1 P 2 , în a doua etapă blocând cupla B,dreapta P 1 P 2 generează suprafaţa dreptunghiulară.

Se observă că spaţiul de lucru liniar (segmentul de dreaptă sau arcul de cerc P 1 P 2) obţinut prin acţionarea unei cuple cinematice (de exemplu B) şi considerat solidar cu ultimul element almecanismului generator de traiectorie, mătură spaţiul de lucru plan P 1 P 2 P 3 P 4 prin acţionareacelei de-a doua cuple cinematice.

Limitele spaţiului de lucru sunt determinate de mulţimea punctelor limită ale cuplelor cinematice conducătoare.

• Spaţiul de lucru volumic. Poziţionarea unui rigid în spaţiul de lucru

volumic se poate realiza cu ajutorul unui mecanism generator de traiectorie spaţialdesmodrom:

, ; 435 ==== nCCM ci (7.36)

realizat pe baza unui lanţ cinematic deschis, construit din patru elemente şi trei cuple cinematicede rotaţie R sau de translaţie T .

Din relaţia (7.32) se obţin structurile posibile:

S = 23 = 8, (7.37)

sub forma: TTT , RTT , TRT , TTR, TRR, RTR, RRT , RRR.În figura 7.27 se prezintă schemele cinematice ale unora dintre aceste structuri de

mecanisme generatoare de traiectorie spaţiale.Structura din figura 7.27.a este specifică roboţilor în coordonate carteziene (SCIAKY – Franţa; ROPOS 50 – România), structura din figura 7.27.b este specifică roboţilor în coordonatecilindrice (FANUC – Japonia), structura din figura 7.27.c este specifică roboţilor în coordonatesferice (UNIMATE – S.U.A.), iar cea din figura 7.27.d generează un spaţiu de lucru combinat,este specifică roboţilor în coordonate polare (PUMA –S.U.A.).

Spaţiul de lucru volumic se determină reducând aceste mecanisme la mecanismeleaferente spaţiilor de lucru plane.



Pentru aceasta se reprezintă schema cinematică a mecanismului în poziţiile în careelementele se găsesc în planele de referinţă ale sistemului de coordonate. Anulând cuplelecinematice ale căror axe de rotaţie se găsesc în planul de referinţă luat în considerare, sau axelede translaţie sunt perpendiculare pe planul de referinţă luat în considerare, se obţin mecanismegeneratoare de traiectorie plane.

Astfel, se determină limitele spaţiilor de lucru plane ale acestor mecanisme. Ele rezultă caintersecţii ale suprafeţelor care delimitează spaţiile de lucru tridimensionale, cu planele dereferinţă ale sistemului de coordonate. Practic este suficient să se determine intersecţia cu două

plane de referinţă.În figura 7.28 se exemplifică modul de lucru pentru robotul în coordonate cilindrice.După cum se observă, prin anularea cuplei cinematice de rotaţie A (figura 7.28.a), a cărei

axă de rotaţie este într-un plan paralel cu planul de referinţă, se obţine mecanismul generator de

Figura 7.27. Spaţiul de lucru volumic realizat pe baza unui lanţ cinematic deschis,construit din patru elemente şi trei cuple cinematice de rotaţie R sau de translaţie T .



traiectorie plană (figura 7.26.a). Prin anularea cuplei cinematice de translaţie a cărei axă este perpendiculară pe planul de referinţă (figura 7.28.b) se obţine mecanismul generator detraiectorie plană (figura 7.26.d).

Spaţiile de lucru plane astfel obţinute reprezintă proiecţiile spaţiului de lucrutridimensional al mecanismului generator de traiectorie spaţial.

Spaţiul de lucru astfel determinat este un spaţiu de lucru static şi întrucât toate puncteleacestui spaţiu pot fi atinse din punct de vedere cinematic, acest spaţiu de lucru este teoretic.În funcţionare, datorită deformării elementelor elastice sub acţiunea sarcinilor pe care le

preiau se generează alte fronturi ale spaţiului de lucru, aşa numitul spaţiu de lucru dinamic, care

este de fapt spaţiul de lucru real.Spaţiul de lucru este un indiciu privind posibilităţile de utilizare concretă a robotului.

Spaţiul de lucru aşa cum este evidenţiat în figura 7.29 poate fi împărţit astfel: SLU - spaţiu de lucru util care poate fi integral utilizat în procesul de lucru; SLN - spaţiu de lucru neutilizabil, ocupat de dulapul de comandă, conductele de

alimentare electrice, hidraulice, etc.; SC - spaţiul de coliziune care este format din mulţimea poziţiilor care pot fi ocupate

de puncte din sistemul mecanic al robotului industrial sau al obiectului manipulat de dimensiunemaximă, solidarizat cu ultimul element al mecanismului generator de traiectorie;

Figura 7.28. Modul de lucru pentru robotul industrial în coordonate cilindrice.



SP - spaţiul de protecţie care este constituit din spaţiul de coliziune la care se adaugăun spaţiu de siguranţă. Accesul operatorului uman în spaţiul de protecţie este interzis; potrivitregulilor de protecţia muncii acest spaţiu este delimitat prin gard, barieră de lumini, etc. În caz deavarie accesul operatorului uman se face numai după acţionarea întrerupătorului de avarieamplasat în locuri exterioare accesibile.

Figura 7.29. Structura spaţiului delucru pentru robotul industrial încoordonate cilindrice.



CAPITOLUL 8

SISTEME INTEGRATE DE PRODUCŢIE

8.1. Tipuri de sisteme integrate

Procesul de integrare a fabricaţiei asistate de calculator a parcurs înevoluţia sa mai multe etape: apariţia maşinilor unelte cu comandă numerică (1950),comanda DNC (1960), sistemele flexibile de prelucrare (1970), fabricaţia integrată

pe calculator (CIM ) (1980).In cadrul conceptelor CIM (Computer Integrated Manufacturing), pentru

transferul spre calculator a activităţilor umane bazate pe experienţa acumulată îndomeniu, sunt în proces de dezvoltare metodologii de vârf specifice inteligenţeiartificiale.

Sistemele CIM au o complexitate mare necesitând investiţii pe măsură,supraevaluează capacităţile calculatoarelor în condiţiile în care procesele de

producţie nu sunt suficient de exact modelate, subevaluează resursele umane, maiales pe planul inventivităţii operatorilor umani, pierzând din vedere ca cea maiflexibilă resursă este creierul uman.

Conceptul CIM a realizat:- integrarea planificării, organizării şi producţiei informatizate;- legarea prin fluxul de informaţii a diferitelor sectoare ale unităţii

economice.Este posibilă diferenţierea sistemelor CIM în funcţie de diferitele combinări

dintre integrări şi în funcţie de tipurile de integrare care se întâlnesc. Deşi, oricaredintre variante este posibilă, s-au identificat patru sisteme cu cea mai marefrecvenţă de implementare. Acestea sunt:

Sistemul integrat I : Se produce doar o integrare funcţională în cadrul subsistemului operaţional, însoţită de o automatizare a proceselor de planificare şi



control ale producţiei. Acest tip se foloseşte când întreprinderea concurează pe o piaţă matură, cu produse standardizate şi fundamentate pentru a face faţăconcurenţei clar definite, bazată cu prioritate pe preţuri. Obiectivul de bază esteatingerea eficienţei şi eficacităţii producţiei.

Sistemul integrat II: Integrarea se produce între subsistemele de marketing şi cel operaţional . De obicei, se întâlneşte pe pieţele pe care produsele se află înfaza de maturitate, dar concurenţa nu se bazează doar pe preţuri, ceea ce genereazănecesitatea de a putea introduce schimbări în posibilităţile de a acţiona alesistemului. Nu trebuie să se urmărească doar automatizarea planificării şicontrolului producţiei, ci şi automatizarea tehnologiilor pentru proiectarea

produselor şi proceselor. Este vorba despre un tip de sistem integrat tranzitoriu, dela care întreprinderile se deplasează spre tipul I sau spre tipul III.

Sistemul integrat III: Întreprinderile care adoptă acest tip de sistem integratobişnuiesc să fie puternic integrate intern, dar foarte puţin integrate în ceea ce

priveşte clienţii şi furnizorii, întreprinderea concurează prin calitate, costuri totale,rapiditate în livrări şi flexibilitatea. Combinaţia sa de produse este mai amplă şieste supusă la mari schimbări. Sunt diferite circumstanţele care fac din acest tip desistem integrat cel mai adecvat dintre toate. Prima dintre acestea afecteazăîntreprinderile care trebuie sa se confrunte cu pieţe cu consum masiv, întrucât vor trebui să facă un efort continuu pentru a genera produse noi şi mai bune; procesulsău de proiectare şi de introducere pe piaţă necesită integrarea funcţională,organizatorică şi strategică. A doua circumstanţă, care face acest tip să fie adecvat,se observă doar când întreprinderea vinde „capacitate rezolutivă” clienţilor săi,adică, când aceştia înfruntă o problemă specifică care necesită bazarea petehnologie, experienţă şi capacităţi de care în acele momente clienţii nu dispun. Înaceastă situaţie, cumpărătorul pune problema şi furnizorul trebuie să o rezolve. Înultimul rând, acest sistem poate fi cel mai potrivit când un sistem integrat mai miclucrează cu unul mai mare, primul acţionând ca vehicul pentru integrarea celui de-al doilea. Dacă totuşi integrarea nu se reuşeşte, ar fi mai bine să se recurgă laurmătorul tip de sistem integrat.

Sistemul integrat IV: Este tipul cel mai complex având în vedere că suntnecesare toate tipurile de integrare ca o cerinţă prealabilă pentru plasarea oricărui

produs pe piaţă. Este cel mai potrivit atunci când produsul se află în primele etape

ale ciclului de viaţă.

8.2. Componentele unui sistem integrat

Subsistemele componente de bază în sistemul integrat de producţie sunt

următoarele (figura 8.1):



1. Proiectarea asistata de calculator , care cuprinde:- Proiectarea propriu-zisă (CAD – „Computer Aided Design”); CAD permite

proiectanţilor să realizeze schiţele de proiect direct pe ecranul calculatorului.- Testarea şi verificarea asistată de calculator (CAE – „Computer Aided

Engineering” sau CAT – „Computer Aided Testing”); CAE permite inginerilor săfacă analize tehnice complexe pe calculator, prin simulare.

2. Planificarea, pregătirea, logistica şi controlul fabricaţiei, conţinândactivităţile:

- Logistica asistată de calculator (logistica „Computer Aided Logistics” -CAL; planificarea necesarului de materiale, MRP I – „Material RequirementsPlanning”; planificarea necesarului de resurse pentru fabricaţie, MRP II – „Manufacturing Resources Planning”);



- Pregătirea şi planificarea fabricaţiei asistată de calculator (CAPP: – „Computer Aided Process Planning”); „Calculaţia costului asistată de

calculator (CFP – „Computer Financial Planning”);

Figura 8.1. Subsistemele componente de bază ale sistemului integratde producţie.



3. Fabricaţia asistată de calculator,(CAM – „Computer AidedManufacturing”, figura 8.2).

8.3. Planificarea implementării şi abordarea strategică

Înainte ca o întreprindere să ia decizia de a achiziţiona şi implementa noitehnologii, aceasta trebuie să-şi fi dezvoltat o anumită abilitate de a fi la curent cudezvoltările tehnologice şi procedurile concurenţei, obţinută prin intermediul

mecanismelor de urmărire şi cercetare. În al doilea rând, trebuie să treacă laidentificarea propriilor deficienţe interne ale randamentului cu ajutorulmodalităţilor de control adecvate, care demonstrează cât este de potrivită utilizareatehnologiei sistemelor integrate ca o posibilă soluţie. În al treilea rând, trebuie săurmărească consolidarea şi integrarea soluţiei în planuri de acţiuni strategice

posibile. În al patrulea rând şi ultimul, firma va trebui să-şi dezvolte capacitatea dea anticipa repercursiunile dobândirii tehnologiei cu privire la

Figura 8.2. Fabricaţie asistată de calculator.



organizaţie. În consecinţă, obiectivul sau abordarea strategică urmărită deîntreprindere va fi un factor cheie.

Consideraţiile financiare tind să domine strategia corporaţiei. Aceastăatitudine acordă prioritate obiectivului de a menţine un portofoliu diversificat caresă permită o minimizare a riscului pentru un ansamblu dat de oportunităţi, în loc săîşi îndrepte eforturile spre obiectivul întreprinzător de a le crea. Deşi aceastăatitudine poate să fi fost acceptată în trecut, când întreprinderile operau pe o piaţărelativ stabilă, concurenţa globală actuală cere să satisfacă necesităţile clienţilor întermeni de calitate, fiabilitate şi flexibilitate înaintea schimburilor în ingineria

proiectării, volumelor de fabricaţie, termenelor de predare. De la economia de scarăs-a trecut la cea accesibilă, în care loturile de mărime mică proclamate de filosofiade fabricaţie şi distribuţie Just-in-Time se caută din ce în ce mai mult. Obţinerea sa

depinde direct de o nouă atitudine însoţită de formularea adecvată a strategiei şiimplementarea sa eficace. Sunt variaţi factorii care pot să influenţeze procesul deformulare a strategiei întreprinderii, ca sistemul de valori al întreprinderii, dorinţasa de a însemna drumul în tehnologie şi capacităţile interne, şi restricţiile externeale mediului aflate sub forma de incertitudine economică, social sau politică.Acestora li se adaugă diferenţa oportunităţilor tradiţionale de investiţii (dezvoltareanoilor produse, substituirea echipamentelor), implementarea sistemelor integrateimplică un schimb organizatoric de primă mărime, cu un amplu potenţial de aafecta rolurile funcţionale şi legăturile de putere stabilite între agenţiiorganizatorici. Toate problemele de rezistenţă care apar în faţa schimbării,necesitatea de a se baza pe un lider care dirijează, adoptarea noilor modele decomunicaţii etc., se transformă într-o realitate tangibilă înaintea implementăriisistemelor integrate.

8.3.1. Implementarea sistemelor integrateşi strategia resurselor umane

Acest aspect este important deoarece, independent de atractivitatea profiturilor şi de noile tehnologii sofisticate, trebuie să se ducă până la capăt o

planificare a implementării care să detalieze aspectele legate de antrenarea,dezvoltarea abilitaţilor, a motivaţiei, a sistemelor retributive şi de recompensare, iar dacă acest lucru nu se realizează rezultatul va fi un eşec. Un aspect care sedetaşează din sistemele integrate este incapacitatea managementului de a identificatipurile de schimbări organizatorice necesare.

Întrucât tehnologiile înglobate sistemelor integrate încorporează un nivelridicat al controlului informatizat al proceselor de planificare, fabricaţie şi alte



aspecte organizatorice, vechile documente funcţionale or să dispară. În mod particular, acest aspect este preponderent în organizaţiile, unde există numeroşimuncitori cu experienţă în metodele tradiţionale de gestiune a producţiei şi a

operaţiilor. Folosirea tehnologiilor avansate este încercuită, pentru moment într-unmediu de incertitudine aflat în strânsă legătură cu timpul şi natura evenimentelor stocastice care pot avea loc.

În ceea ce priveşte incertitudinea temporară, aceasta are repercursiuni asupramuncitorilor astfel încât aceştia trebuie să răspundă repede înaintea posibilelor eşecuri care pot avea loc în sistem, sprijinindu-se pe cunoştinţele lor, experienţa lor şi uneori pe intuiţie. Întrucât nu toate soluţiile posibile se regăsesc în aplicaţiilesoft, muncitorii au nevoie de autonomie ridicată şi discreţie în luarea deciziilor înlegătură cu muncile pe care trebuie să le efectueze, acest lucru ducând lanecesitatea de a descentraliza procesul de luare a deciziilor. În legătură cu

incertitudinea evenimentelor stocastice, imposibilitatea prezicerii acestora le ceremuncitorilor un repertoriu mai larg de răspunsuri. Acesta afectează formarea,nivelul îndemânării, învăţarea şi accesul la rezolvarea problemelor angajaţilor.

O formă de a atinge nivelurile necesare ale capacităţii de răspuns este creareagrupurilor de lucru. Aceasta duce la structuri ierarhice mai plane, astfel lanţulcontrolului vertical este insuficient pentru a satisface necesităţile datorateacestei incertitudini.

Natura stocastică diferă când este vorba de evenimente abstracte, acesteevenimente nu sunt observate direct de muncitori (de exemplu: erori în hard) saucând este vorba de evenimentele continue, adică perioade în care tehnologiadiscretă, (ca de exemplu: CAM) acţionează ca un proces productiv de tip continuu;în acest context erorile se pot produce cu o frecvenţă înaltă, care se vor genera într-un ansamblu de instrucţiuni pentru hard şi soft.

Abilităţile necesare când evenimentele sunt stocastice diferă destul de celecerute când tehnologia folosită este deterministă şi predictibilă.

Controlul numeric, de exemplu, reduce necesitatea de a avea abilităţi de percepţie şi de concepţie. Nu presupune substituirea totală a îndemânărilor dobândite de muncitor în urma lucrului cu maşinile, cu activitatea de controlmanual şi cu tehnologia tradiţională, ci acestea pot fi folosite pentru a percepe mai

bine abaterile care se produc în operaţii cum ar fi ansamblul şi să poată fi corectateîn cazul când acest lucru mai este posibil.

În continuare se prezentă foarte succint abilităţile pe care trebuiesă le întrunească angajaţii care lucrează într-o organizaţie integrată.

1) vizualizare - anumite operaţii trebuie controlate de la distanţă din motivede securitate sau datorită spaţiului fizic ocupat de echipamentele şi sistemele CAM;



Vizualizarea în aceste situaţii începe cu datele disponibile într-un terminaldepărtat, dintre care trebuie extrase doar cele relevante, obţinând o interpretarerezonabilă a fenomenului supus observaţiei. Muncitorul ar trebui să fie capabil sărealizeze, constant, mental o schemă a procesului.

2) analiza conceptuală - este important să poată dezvolta o analiză teoreticăa sistemului tehnologic care să includă integrarea sistemului;

3) înţelegerea procesului - personalul departamentului poate controla procesul mai bine ca sistemele automate când variabilitatea operaţiilor este înaltă;

Într-un sistem CAM, de exemplu, muncitorii şi tehnologia se pot completa:unii gândesc în timp ce alţii operează.

4) utilizarea instrumentelor statistice - întreprinderea trebuie să menţină unînalt standard al calităţii, iar unul dintre aspectele care face posibil acest lucru este

descentralizarea mai mare a responsabilităţii, procesul productiv poate fi măsurat şicontrolat de lucrători la sfârşit; de aceea este important să se deţină anumitecunoştinţe despre instrumentele statistice;

5) comunicarea verbală - existenţa unei înalte descentralizări impuneexistenţa unei bune comunicări interpersonale în interesul grupurilor de muncă;Acest sistem trebuie să permită personalului de proiectare, de inginerie şi demenţinere să comunice, cu scopul de a rezolva problemele cu precizie şi rapiditateşi să se sprijine îmbunătăţirea procesului. Această comunicare este importantă maiales în operaţiile de asamblare.

6) atenţia - în mediile tehnologiilor stocastice sistemul poate funcţiona maimulte ore cu o stabilitate relativă, dar ceea ce este dificil este să stai în alertă

permanentă de-a lungul unei perioade date de timp;7) responsabilitatea individuală - pentru a creşte responsabilitatea,

muncitorii şi inginerii vor trebui să aibă acces la aceeaşi informaţie ca şi directoriişi supraveghetorii. Evident că lucrătorii nu pot avea responsabilitatea de aîntreprinde orice acţiune care tinde la reducerea incertitudinii. O parte importantă aresponsabilităţii cade pe proiectanţii sistemelor integrate, carecontează pe cel puţin trei opţiuni pentru a controla şi a reduce apariţia problemelor,

perturbaţiilor sau inconvenientelor neaşteptate.

Aceste opţiuni sunt:- recurgerea la o strategie de reducere a incertitudinii;Această strategie se concentrează pe eliminarea imperfecţiunilor materialelor

sistemului şi pe asigurarea unei calităţi înalte. Deşi încă situaţiile cu defect zero nu pot fi generalizate, acestea trebuie să fie un ideal sau un obiectiv ce trebuie urmărit,dacă se urmăreşte această opţiune.

- perfecţionarea tehnologică;



Întreprinderea poate opta pentru a prezice toate posibilele perturbaţii aechipamentelor de fabricaţie avansată şi să dezvolte soluţii de hard şi soft care să lefacă şi să le rezolve, ajutând, de asemenea, la prezicerea comportamentului tuturor

persoanelor implicate în procesul productiv.Această abordare corespunde modelului ierarhic şi birocratic convenţional,

cu disfuncţionalităţile rezultate.

- încercarea unei abordări integratoare.Proiectanţii pot specifica planuri care să depindă de abilităţile lucrătorilor

calificaţi, cu un amplu repertoriu de răspunsuri care se pot aplica în caz denecesitate.

8.3.2. Principii generale pentru implementarea eficacea sistemelor integrate

Pentru o bună funcţionare a sistemelor integrate este obligatoriu caimplementarea acestora să se realizeze după o serie de reguli şi norme.

Acestea vor trebui să survină după o analiză conceptuală precedentă şi dupădelimitarea unor principii operative. Se va începe, deci, cu analiza principiilor conceptuale referitoare la proiect, implementarea, dezvoltarea şi menţinereasistemului integrat, plecând de la ele se vor putea înţelege şi determinarepercursiunile, dar şi importanţa sistemului şi abordarea planificării unor obiectiverealiste.

Odată cunoscute aceste principii, se va proceda în detalierea situaţiei actualea întreprinderii care vrea să-şi instaleze sistemul integrat şi oportunităţile tehnice şistrategice ale opţiunii fericite cu scopul de a determina investiţia tehnologică ceamai interesantă pentru firmă, această analiză anterioară este importantă datorităenormei necesitaţi de resurse financiare pentru a instala un sistem integrat şiimportanta schimbare organizatorică ce trebuie să se producă.

a) Analiza conceptuală precedentăTehnologia este un element de legătură care permite transformarea unui

sistem manual într-un sistem integrat, în aşa fel încât dacă primul este ineficient,

deficienţele sale se vor transfera la al doilea; de aceea înainte de a începe instalareanoului sistem, este necesară cunoaşterea slăbiciunilor actualului sistem ca până lasfârşit acestea să poată fi soluţionate înaintea introducerii sistemului integrat. Dacănu se procedează astfel, implementarea sistemelor integrate nu va conduce la oîmbunătăţire a puterii întreprinderii, ci la o înrăutăţire a slăbiciunilor sale.



Alt aspect care trebuie să fie prezent este folosirea mai eficace a tehnologieiinformatizate, accesibilă când aceasta este utilizată pentru a elibera personalul desarcinile cele mai repetitive, acest lucru conducând la perfecţionarea operaţiilor şila funcţionarea sistemului. Informatizarea acordă lucrătorilor un timp mai mare

pentru rezolvarea problemelor şi pentru a gândi şi dezvolta soluţii. De aici rezultă principiul: conceptul de sistem integrat şi informatizarea contribuie la creşterea productivităţii muncitorilor.

Atât pentru a obţine creşterea amintită a productivităţii, cât şi pentru a obţineavantajele integrării, introducerea sistemelor integrate trebuie să

servească la proiectarea sistemului de muncă integratoare, acela care permitestabilirea structurilor competitive adecvate care, pentru fiecare familie de produse,să faciliteze acţionarea ansamblului tuturor persoanelor care muncesc în proiectareasa, planificarea producţiei şi execuţia următoare.

Automatizarea integrată trebuie să plece de la faptul că luarea deciziilor esteresponsabilitatea persoanelor şi nu a maşinilor, acest lucru presupune, de exemplu,să se utilizeze sistemele expert pentru a ajuta decidenţii şi nu pentru a îi înlocui.

Arhitectura sistemului integrat nu trebuie să se creeze, în jurul conceptului„mainframe”, datorită utilizării calculatoarelor descentralizate legate la o reţealocală aduce numeroase avantaje personajelor care lucrează cu sistemul; deciziiletrebuie să se ia la propriul loc de muncă, unde este posibilă ajustarea competenţei şicapacităţii de răspuns, trebuind să se încerce evitarea cu toate mijloacele caansamblul de date să fie strânse şi centralizate într-o „super” memorie mică. Înacord cu acest obiectiv, doar acea parte a informaţiei a unui sistem integrat care

poate fi necesară altor sisteme ar trebui să treacă la nivelul superior al arhitecturii,se obţin cu acest obiectiv avantaje importante cum ar fi cantitatea de dateacumulată în memoria centrală să fie operabilă sau obţinerea unei libertăţi deacţiune mai mare a muncitorilor fiecărei staţii.

Adiţional, modulele diferite trebuie să aibă o interfaţă umană comună,acestea trebuie să standardizeze comenzile, dialogurile, reacţiile sistemului,formatul bazei de date etc., fără ca muncitorii să cunoască cum se realizează

procesarea informaţiei.Astfel, principiul conceptual spune că sistemele integrate trebuie să se

proiecteze pentru a obţine cea mai mare interacţiune posibilă cu utilizatorii.În concluzie, nu trebuie să se uite că întreprinderea poate să nu fie pregătită

pentru a înfrunta schimbarea într-un moment concret. În general,

organizaţiile prezintă o mare rezistenţă la introducerea sistemelor integrate,deoarece acesta generează incertitudine şi întârzieri în timpul primelor sale etape deimplementare.



Aceste respingeri se pot clasifica în patru tipuri:- ale personalului: care se produc când angajaţii nu reunesc calificările sau

abilităţile necesare;- organizatorică: care are loc când structurile întreprinderii sunt inadecvate

(din cauza slabei integrări şi rigidităţii înalte);- informativă: care se manifestă când sistemul de informaţii nu este pregătit

să primească cererile noului sistem;- strategică: care se generează datorită incapacităţii firmei de a evalua

impactul noii tehnologii în funcţie de capacitatea competitivă a întreprinderii.

Trebuie să nu se uite că implementarea sistemului integrat vatrebui să

învingă o puternică rezistenţă organizatorică.

b) Principii operativeEste esenţial ca întreprinderile să recunoască necesitatea achiziţionării doar a

acelor tehnologii care sunt strict necesare pentru a atinge obiectivele firmei şi a subsistemului operaţional . În acest sens întreprinderea trebuie să fugă de tentaţia dea achiziţiona toate noile descoperiri tehnologice disponibile deoarece:

- noile tehnologii obişnuiesc a fi mai scumpe, relativ dificil de folosit şi cer o pregătire înaltă, toate acestea însoţite de o întreţinere mai scumpă şi dificilă;

- investiţiile sunt ridicate şi expun întreprinderea la riscuri înalte, care pot

conduce, în cele mai bune cazuri, la o anumită pierdere iniţială a poziţieicompetitive şi, cel mai grav, la eşecul total al întreprinderii;

- nu se dispune de informaţii istorice despre durata şi eficienţa noii tehnologiişi se pierde, mai ales, timp şi efort în identificarea posibilelor probleme decapacitate înainte de aplicarea şi folosirea sa.

Plecând de la consideraţia anterioară se vor stabili principiile operative cevor fi urmate în timpul fazelor de selecţie, a echipamentelor ce vor fi achiziţionate.

În ceea ce priveşte selecţia tehnologiei hard şi soft, există două opţiunidisponibile pentru întreprindere:

Prima dintre acestea o constituie investirea în tehnologii standard, aceastăopţiune punând problema tehnologiei generice prin definiţie şi cere ca fiecareîntreprindere să introducă modificările pertinente, în funcţie de cazul său, pentru ao adopta.

A doua opţiune ar fi investirea în tehnologia specifică, aceasta presupune proiectarea unei tehnologii adecvate necesităţilor particulare ale fiecăreiîntreprinderi.



Prima opţiune este mai fiabilă deoarece:- componentele standardizate au un cost mai mic şi sunt mai simplu de

implementat;- componentele standardizate sunt mai fiabile decât cele proiectate ad-hoc;- întreţinerea este mai puţin complicată;- incorporează o flexibilitate mai mare;- simplifică procesul de îmbunătăţire.Instalarea unui sistem integrat trebuie să se iniţieze după simplificarea

prealabilă a sistemului actual, acest lucru fiind necesar pentru două motive: primul- este acela că timpul cerut pentru implementare va fi mai mic, administrarea şiîntreţinerea vor fi mai uşoare şi acest lucru se va întâmpla cu formarea

personalului. Al doilea - este acela că perioada prealabilă a

implementării sistemelor integrate permite o dezvoltare mai mare a procesului şi o

cunoaştere mai bună a elementelor acestuia, ceea ce conduce la elaborarea unuisistem mai eficace. Nu se poate uita în nici un caz, că managementul joacă un rol fundamental în

procesul implementării. Cum s-a menţionat deja anterior, una dintre problemele principale ale implementării sistemului integrat este rezistenţa generalizată aorganizaţiei înaintea schimbării. Responsabilitatea implementării sistemuluiintegrat trebuie să fie asumată de management şi să se exercite asupra restuluiangajaţilor, în schimb implementarea în sine trebuie să se realizeze în formacomplet opusă, adică, sistemul integrat trebuie să fie susţinut şi sprijinit delucrătorii finali, care sunt responsabili de succesul sau eşecul implementării.

De asemenea, trebuie ca managementul să încerce rezolvarea tuturor problemelor inerente generate de diferitele schimbări care sunt o consecinţă aadoptării sistemelor integrate. Când introducerea unei schimbări are o probabilitateînaltă de a genera un număr ridicat de probleme, trebuie redusă viteza şi efortuldedicat realizării altor modificări simultane. Acesta este singurul mod în care se

poate dedica atenţia adecvată fiecărei probleme.În ceea ce priveşte instalarea sistemului integrat, aceasta trebuie să se

construiască modul cu modul, astfel încât doar atunci când un modul a fostimplementat şi integrat cu succes, se va aborda introducerea următorului.

Această formă de implementare progresivă reuneşte următoarele avantaje:- investiţiile sunt mici;- problemele apărute se diminuează ca număr şi importanţă;- se reduce riscul la care se expune întreprinderea;- se favorizează învăţarea parţială şi progresivă a diferitelor module, dar şi

capacităţile şi limitele lor, atât din partea conducerii, cât şi a lucrătorilor.



Este evident că furnizorul nu trebuie niciodată făcut răspunzător de livrareatuturor elementelor necesare pentru integrarea întreprinderii. Responsabilitatea

proiectului, implementarea şi utilizarea sistemelor integrate revine în mod unicconducerii, care este cea care trebuie să se asigure că sistemul actual sau de la carese pleacă să fie integrat şi cea care trebuie să decidă ce componente ale sistemuluiintegrat se vor utiliza şi cum se vor integra.

Furnizorii trebuie să fie responsabili doar de livrarea mărfurilor şi serviciilor solicitate de conducere (de exemplu: componente de hard, soft şi pregătirea pentrufolosirea lor).

Principiile descrise anterior trebuie să fie modificate în mod continuu pentrua construi un sistem integrat eficient. Toate aceste principii se pot rezuma în patruaspecte cheie:

• Coerenţa cu strategia corporaţiei: - implementarea sistemelor integratetrebuie să fie în concordanţă cu obiectivele corporaţiei şi cu direcţia sa strategică;

• Integrarea prealabilă: - înaintea implementării sistemului integrat oriceîntreprindere trebuie să se asigure că operaţiile şi bazele de date sunt integrate şi căactivităţile diferitelor grupuri sunt coordonate;

• Simplificarea sistemului manual : - informatizarea operaţiilor va trebui să serealizeze doar când sistemul manual pe care îl înlocuieşte este eficient şisimplificat. Aceste acţiuni prealabile duc la economicitatea implementării;

• Achiziţionarea suporturilor tehnice suficiente: - implantarea unei noitehnologii orientată de obicei spre căutarea soluţiilor unei probleme concrete şi

achiziţionarea caracteristicilor cele mai avansate. Toată întreprinderea va trebui săstandardizeze achiziţiile sale de fiecare dată când este posibil şi să evite achiziţiamai multor medii tehnice decât este realmente necesar.

Înainte de a termina trebuie semnalat că diferenţele critice care conduc lasucces sau la eşec în implementarea sistemului integrat nu se bazează realmente peacţiunile întreprinse, ci pe ordinea în care sunt realizate. Ordinea care obişnuieştesă conducă spre succes este: abordare strategică - integrare şi simplificare -automatizare.

Contrar, ordinea care duce la eşec este: automatizare – simplificare -integrare -abordare strategică.

8. 4. Conceptul de sistem integrat şi proiectareaorganizaţiei industriale

Eficienţa sistemelor de producţie integrate este dată de integrarea tehnologicăşi organizatorică, aceasta din urmă fiind în mod special relevantă, dat fiind faptul



că, fără efortul organizativ pe care îl implică implementarea sistemului integrat, nuse pot atinge toate beneficiile sistemelor de automatizare

parţiale aşa cum sunt proiectarea şi fabricarea asistată de calculator (CAD/CAM)sau planificarea necesităţilor de resurse (MRPII/ERP). Realizarea sistemelor integrate trebuie să fie însoţită şi precedată de o valorificare strategică aobiectivelor întreprinderii, a structurilor sale, practicilor şi atitudinilor. În tabelul8.1 se prezintă tipurile şi nivelurile de integrare necesare pentru implementareaeficace a sistemului integrat.

În mod paralel, se poate spune că unele conceptele cum sunt producţia Just-in-time (JIT) sau managementul total al calităţii (TQM) nu vor atinge eficienţamaximă dacă sunt lipsite de vreun tip de sistem tehnologic alinformaţiei, care, cu o probabilitate înaltă va conţine anumite elemente asociatesistemelor integrate.

Tabelul 8.1Nivel

deintegra

re

Tehnicăinformaţională Informaţiona

lăStrategică Funcţională

0 Fărăintegrareahardului şi

softului

Nu estenecesarădifuzarea

informaţiilor

Înţelegereaclară aobiectivelor şi a

scopurilor lanivel local

Nu estenecesarăintegrareafuncţională

1 Informatizarea

izolată

Se difuzeazăo

mică partea ainformaţiilor

în zonele celamai

apropiate

Înţelegereaclară a

obiectivelorlocale

Aplicarea locală,fără integrarea

funcţiilor

2 Integrareafuncţională

ahardului şi

softului

Baza de datecomune

Impactmultifuncţional,

care cereobiecti-vedifuzate şi înţelese

Integrareazonelor funcţio-nale distincte,

care cer oabordare

alternativăa operaţiilor



3 Se cerniveluri

înainte deintegrare înhard şi soft

Informaţiaeste difuzată

în totsistemul

Difuzareacrescătoare

pânăla atingereaobiectivelor

globale

Fuziuneacrescătoare a

funcţiunilor (cunecesitatea de arupe bariere) şi

apariţia noilorforme deorganizare

4 Nivelurifoarte înalte

deintegrare şidescentraliz

areprin

interme-diulreţelelorinformatice

Sistemulintegratdepinde

de o bază dedate comunăşi de fluxuride informaţii

transmiseprinintermediul

reţelelorinformatice

Ample niveluride înţelegere a

obiectivelorstrategice aorganizaţiei

Integrarea totalăa

funcţiilororganizaţiei

8.4.1. Îmbunătăţirea permanentăO altă problemă legată de sistemul integrat şi de tehnologiile asociate, este

aceea că nu este posibil să realizăm o delimitare clară între etapele succesive aleinovaţiei; dezvoltarea sistemelor şi scurtarea ciclurilor de viaţă ale produselor vacontinua într-o formă mai mult sau mai puţin permanentă şi în mai multe direcţii.Efectele previzibile pe termen lung sunt:

a) - o putere mai mare pentru agentul care exercită controlul asupradezvoltării sistemelor, strategiilor şi opţiunilor disponibile din această zonă;

b) - perpetuarea echipelor de proiecte alături de alte echipe particulare sauconjuncturale;

c) - în organizaţiile mai mici, sau în cele care au resurse mai puţine în

domeniul tehnic, consultanţii/vânzătorii pot îndeplini un rol important.Prin urmare conducerea trebuie să cunoască mai bine noile tehnologii, chiar

dacă asta nu înseamnă că trebuie să fie experţi în aspectele tehnice. Necesită de asemenea o formare specifică concentrată pe abilităţile

interpersonale, pentru a putea lucra în structurile organizaţiilor mai complexe şimai puţin ierarhizate.



De asemenea va fi necesar să fie capabili să gestioneze procesul schimbării,aspect în care fluxul de comunicare are o importanţă aparte.

8.4.2. Conceptul de sistem integrat şi proiectareaprocesului de fabricaţie

Tehnologii care formează un sistem integrat afectează activităţile principalelor departamente, între care se regăsesc departamentul de proiectaretehnologică şi constructivă, subunităţile structurale de fabricaţie, departamentul de

planificare şi control al producţiei, departamentul aprovizionare - vânzare etc.În prezent, dacă o societate vrea să fie eficientă şi să se menţină pe piaţă

trebuie ca toate departamentele anterioare procesului de fabricaţie să funcţioneze perfect. De asemenea, integrarea tuturor funcţiilor organizaţiei va permiterealizarea unui management operaţional performant.

8.5. Integrarea CAD/CAM

Mai întâi vom aborda etapa de proiectare constructivă şi tehnologică a proceselor, etapă care este responsabilă de transformarea proiectelor în instrucţiuni pentru execuţia pieselor. Sistemul integrat nu poate funcţiona până când nu seautomatizează acest pas, pentru că planificarea automatizată a

proceselor acţionează ca o legătură esenţială între proiectarea produselor (CAD) şifabricarea automată a acestora.

Sistemele CAM furnizează date şi instrucţiuni maşinilor unelte pentru arealiza repere, asamblări şi circuite, de obicei utilizând datele geometrice dintr-unsistem CAD ca date iniţiale.

Unul dintre cele mai importante domenii ale CAM este proiectarea programelor de comandă numerică. Prin această „tehnică” se realizează programe(conţinând instrucţiuni) care controlează M.U pentru realizarea diferitelor repere.

O altă funcţie importantă a unui sistem CAM este programarea roboţilor, care pot opera în celule flexibile de fabricaţie, realizând selecţia şi poziţionarea

sculelor şi a pieselor pentru MUCN-uri, îndeplinind sarcini cum ar fi sudarea şiasamblarea etc.

Privind în timp, un sistem software CAM va putea avertiza în mod automat proiectantul (CAD designer) în cazul în care o caracteristică geometrică amodelului este dificil de fabricat şi va sugera o serie de soluţii privind reproiectareaacelei caracteristici geometrice cât mai avantajos din punct de vedere al costurilor



de fabricaţie. Aceste sisteme sunt Sisteme de Fabricaţie Inteligentă (Intelligent Machining).

În figura 8.3 se prezintă fluxul de informaţie în procesul de planificarenecesar pentru integrarea CAD/CAM.

8.5.1. Planificarea producţiei şi CAPP

Figura 8.3. Fluxul de informaţii în procesul de planificare.



Un număr semnificativ de organizaţii, societăţi sau firme, folosesc sistemeinformatice de planificare şi control ale producţiei, fiind unul dintre motivelerăspândirii ofertelor disponibile de aplicaţii standard.

O primă etapă în cadrul obţinerii sistemelor integrate au fost aplicaţiile pentru planificarea necesarului de materiale(MRP ). Cu toate acestea, rezultatelecele mai importante s-au obţinut odată cu integrarea sistemelor CAD/CAM şiCAPP în cadrul sistemelor de planificare a resurselor de fabricaţie (MRP II).

CAD şi MRP II utilizează date comune, cum ar fi spre exemplu lista demateriale şi câteva specificaţii ale pieselor şi informaţii despre costuri. Atunci cândinginerii de desing dezvoltă un nou produs trebuie să aibă acces la baza de dateMRP II.

La fel se întâmplă şi pe parcursul planificării şi procesării ulterioare procesului de producţie; de aceea este necesar să utilizăm date conţinute în baza dedate a CAD (de exemplu, informaţii legate de geometria unei componente,

identificarea numărului sau codului piesei).Pe de altă parte, analiştii fluxului de producţie trebuie să aibă acces la lista cumateriale şi la muncitorii din ateliere, trebuie să dispună de informaţii legate despecificaţiile procesului sau caracteristicile geometrice ale piesei. Informaţiaculeasă din baza de date a unui sistem CAM este de asemenea utilă şi pentru MRPII, cum ar fi spre exemplu traseele componentelor.

Motivul eşecurilor nu trebuie să fie atribuit sistemelor, ci mai degrabăincapacităţii utilizatorilor. O parte dintre eşecurile care apar se datorează faptului că

persoanele aflate pe nivelul mediu ierarhic nu exploatau avantajele acestor sistemeintegrate din următoarele motive:

1) - lipsa cunoştinţelor cu privire la MRP II, pe care-1 considerau uninstrument pentru controlul stocului şi nu ca o filozofie de gestiuni;

2) - lipsa sprijinului din partea conducerii;3) - lipsa informaţiilor tehnice;4) - lipsa comunicării în cadrul organizaţiei;5) - noul sistem de recompense asociat sistemului MRP II.Literatura de specialitate semnalează că o parte din motivele acestui eşec se

poate datora în parte sistemului MRPII deoarece:a) - se concentrează pe termene lungi astfel că restrânge flexibilitatea şi

stabilitatea; b) - funcţionează mai bine cu volume mari de produse;c) - se bazează pe practicile contabile convenţionale;d) - presupune o strictă diviziune a muncii.În ciuda acestor probleme menţionate, nu s-a găsit pentru moment nici o

alternativa mai bună decât MRP II în această faza a integrării în zonele deinginerie, planificare şi control.



8.5.2. Informaţia în cadrul sistemului integrat şi sistemede gestiune a bazelor de date

Funcţionarea adecvată a unui sistem integrat, implică baza de date, comună pentru întregul sistem, să fie întotdeauna actualizată şi să permită integrareadiferitelor tipuri de informaţii cum ar fi: calitatea şi cantitatea producţiei în curs deexecuţie, programele de mentenanţă, programarea atelierelor, sistemul de costuri,lista de materiale, date referitoare la proiectul produsului.

Din totdeauna cei care operaţionalizează activităţile au dorit să dispună decantitatea corectă de informaţii disponibile în locul şi la timpul potrivit. Problema

principală nu constă în disponibilitatea informaţiei, ci în aceea de a o utiliza;împărţirea informaţiei corecte unor persoane potrivite şi în timpul adecvat poate fifoarte complexă, în special când se cere o anumită formă de procesare şi integrarede informaţii provenind din diverse surse. Dificultatea apare atunci când mediul de

producţie este plin de incertitudine. Această situaţie este obişnuită pentru căorganizaţia îşi desfăşoară activitatea în medii deosebit de turbulente.Spre exemplu, responsabilii de marketing vor trebui să estimeze vânzările,

informaţie care va fi primită de responsabilii cu producţia. Aceştia la rândul lor nu pot prezice cu exactitate gradul de disponibilitate şi de încărcare a subunităţilor structurale de fabricaţie în viitor.

Sistemul integrat va trebui să fie capabil să reacţioneze rapid înainteaschimbărilor în mediu şi să recalculeze cu promptitudine informaţia alternativă. Înforma sa ideală trebuie să fie în stare să depoziteze datele şi să înveţe din ele astfelîncât să poată anticipa în viitor posibilele probleme, dezvoltând un sistem de autocontrol. În acelaşi timp va trebui să genereze rapoarte distincte pentru utilizatori,aflaţi în diferite locuri. Într-un sens mai larg, acestea sunt specificaţiile pe careorice sistem de gestiune informatizat al producţiei trebuie să le aibă.

Caracteristica cheie a acestui sistem integrat este aceea că se poate mânuidacă se face apel la tehnologia informaţiei ( IT ).

Manual ar fi imposibil să gestionăm imensa cantitate de date care segenerează într-un mediu productiv cu iuţeală şi precizie suficientă şi apoi să fietransmise adecvat. Pentru a obţine maximele avantaje ale utilizării divizate aleinformaţiei este necesară dezvoltarea unei baze de date care să cuprindă

următoarele caracteristici:- trebuie să existe o singură bază de date pentru întreaga organizaţie;- să fie completă şi să nu conţină date redundante;- să fie precisă şi corectă;- să aibă acces la ea oricând şi oriunde;- să aibă un format comun.



Mai mult decât atât, pentru ca baza de date să fie eficace, organizaţia trebuiesă înceapă să reducă timpul de procesare a informaţiei şi costurile.

În concluzie, văzând principalele repercusiuni pe care le poate aduceimplementarea sistemelor integrate întreprinderii care-1 implementează parenecesar, cel puţin realizarea unui efort îndreptat pentru pregătirea mediuluiintreprenorial pentru ca faza implementării să fie un succes.

Este important ca să se acorde o mare atenţie identificării şi selecţieitehnologiei, proiectarea procesului de instalare a tehnologiei şi stabilirea bazelor dedate pentru controlul ulterior al funcţionării sistemului.

În ceea ce priveşte identificarea şi selecţia tehnologiei, fiecare opţiunetehnologică precizează ceea ce organizaţia crede de cuviinţă că este mai bine,modul în care poate determina ce părţi ale proiectului, producţiei, instalării şiintegrării să fie realizate în cadrul firmei. Poate fi convenabil realizarea celor maimulte acţiuni în cadrul organizaţiei aşa minimizându-se pierderile de informaţii

despre tehnologia procesului, asigurându-se o coincidenţă între active, persoane şistrategii intreprenoriale şi noile echipamente. Când vorbim de tehnologiileachiziţionate din exterior este important să acordăm atenţie caracteristicilor furnizorilor şi competitorilor, situaţiei competitive a firmei şi ceea ce se doreşte.

În ceea ce priveşte valoarea economică, costurile vizibile ale adoptării de noitehnologii sunt îndreptate către procurarea hardware, software şi servicii. În afarăde aceste costuri mai sunt importante şi alte aspecte cum ar fi:

- costurile întreruperii activităţii de producţie datorită introducerii unei noitehnologii;- costurile cu dezvoltarea resurselor umane necesare pentru proiectare,construire, gestiune, întreţinere şi operarea cu noul sistem.Beneficiile derivate din schimbarea tehnologiei sunt atât tactice, cât şi

strategice; sunt legate de schimbările în structura de costuri, o mai marerepetabilitate a procesului, stocuri minime, o mai mare flexibilitate şi fluxuri decomunicare mai scurte. În legătură cu proiectul procesului de implementare atehnologiei există o serie de factori care fac ca în cazul de faţă să fie esenţialsprijinul conducerii.

Printre aceşti factori menţionăm:- impactul noii tehnologii este multifuncţional. Sprijinul conducerii

poate fi necesar pentru a asigura adoptarea unor decizii care să rezolve problemeleapărute;

- implementarea precisă a resurselor adecvate, nu numai bani, ci şi timp şi persoane. Fără sprijinul conducerii este normal ca aceste resurse să dispară;

- alegerea şi implementarea tehnologiei trebuie să fie în concordanţă cunecesitatea organizaţiei.



Pe de altă parte cu cât este mai nouă tehnologia, cu atât firma va ştii mai puţin despre ea, probabilitatea de apariţie a problemelor fiind foarte mare. Lor li

se pot alătura şi furnizorii care la rândul lor să nu ştie cum funcţionează acesteechipamente. Firmele care au obţinut cele mai mari succese în domeniul integrăriiau stabilit legături directe cu furnizorii lor; aceste relaţii se caracterizează prinfaptul că informaţia se mişcă în două direcţii, spre deosebire de situaţiile în careachiziţia unei tehnologii standard, care nu se poate ajusta la necesităţile particularedin fiecare firmă şi în care furnizorii se limitează doar la simpla instalare aechipamentelor.

Noile tehnologii se caracterizează atât prin impactul multifuncţional, cât şi prin implicarea software-ului informatic. În aceeaşi măsură în care sunt necesareintegrările funcţionale, de asemenea sunt necesare ierarhii mai scurte şi o maimare integrare pe verticală în structura organizatorică. Este important să realizăm

o structură managerială pentru adoptarea deciziilor care este implicată în ateliere şi cu un înalt grad de autonomie.

La nivelul atelierelor se precizează schimbările efectuate în cadrul modelului.Cu o mai mare siguranţă în grupuri mici de muncitori şi şefi, apare necesitateaacordării atenţiei modelelor de organizare productive legate de fragmentareatemelor, diviziunea muncii şi controlul efectuat de sistemele de reglare externe.Este din ce în ce mai important ca factori ca producţia JIT, managementul total alcalităţii, relaţiile cu clienţii şi furnizorii să fie importanţi pentru ca organizaţia să fieeficientă. Schimbarea organizatorică aduce schimbări în cadrul sistemului dedistribuţie şi metodelor de fabricaţie.

În final, de îndată ce s-a ales tehnologia, este normal să se doreascămăsurarea eficienţei schimbării făcute. Inconvenientele metodelor tradiţionale demăsurare a randamentului sunt bine cunoscute. Pentru măsurarea eficienţeisistemelor integrate s-au dezvoltat noi metode în care un rol important îl arevaloarea elementelor intangibile specifice acestor sisteme.

Un bun exemplu îl reprezintă valoarea financiară a unui sistem flexibil defabricaţie. Un sistem flexibil de fabricaţie nu este numai o tehnologie de fabricaţie,ci şi o tehnologie de fabricaţie strategică; problema dacă firma va dispune sau nu deflexibilitate într-un viitor, poate determina care va fi cota de

piaţă. Multe firme care au achiziţionat noile tehnologii au afirmat că procesul detransformare a fost practic un act de curaj, confirmând ideea conform căreiaaspectele calitative au fost mai importante decât cele cantitative.

8.6. Sisteme integrate de producţie bazate pe cunoştinţe



Aflată într-un mediu complex incert şi puternic concurenţial, întreprinderearămâne competitivă numai dacă şi-a dezvoltat propria inteligenţă colectivă şidispune, pentru aceasta, de un management al cunoştinţelor corespunzător. Înaceste condiţii, organizaţiile sunt puse în situaţia redefinirii

propriei culturi prin procese de reproiectare organizaţională şi modificări de strategie.

În cadrul fiecărei firme se produc trei procese majore referitoare lacunoştinţe:

- dobândirea sau obţinerea de cunoştinţe, care se realizează prin proceselede învăţare ale salariaţilor şi organizaţiei;

- crearea de cunoştinţe, sub formă de invenţii, inovaţii etc.;- utilizarea de cunoştinţe, prin toate deciziile şi acţiunile care se

concretizează în final în produse, servicii, cunoştinţe noi ce se comercializează încondiţii de profitabilitate.Deşi aparent ceea ce interesează firma este numai utilizarea cunoştinţelor, în

realitate, aceasta este condiţionată determinant de crearea şi dobândirea lor prinînvăţare. Actuala revoluţie a cunoştinţelor constă în fapt în condiţionarea obţineriide performanţe economice în primul rând, de existenţa şi utilizarea capitalului decunoştinţe, fireşte apelând şi la celelalte forme de capital. În acest sens estenecesară previzionarea şi dezvoltarea cunoştinţelor.

8.6.1. Caracteristici ale organizaţiilor bazate pe cunoştinţeIndiferent de tehnologiile informaţionale mai mult sau mai puţin sofisticate

pe care le folosesc, organizaţiile - ca sisteme socio-umane complexe - au fost şisunt întotdeauna condiţionate de cunoaştere, cel puţin la nivelul comportamentelor individuale ale membrilor lor.

Managerii nu mai pot, pur şi simplu, să continue a face ceea ce ştiau şiobişnuiau să facă în mediul ierarhiilor, iar pentru ceea ce ar trebui să facă au nevoiede competenţe noi.Analizele efectuate de specialişti, relevă că firma bazată pe cunoştinţe prezintăcaracteristici diferite faţă de firma care predomină în perioada actuală.

Principalele caracteristici ale firmei bazate pe cunoştinţe sunt:1. - Diminuarea firmei în ceea ce priveşte activele fizice,

activităţile realizate şi salariaţii utilizaţi, concomitent cudezvoltarea bazei interne

de cunoştinţe şi extinderea legăturilor cu clienţii, furnizorii şi forţade muncă existentă;



2. - Externalizarea activităţilor care nu sunt esenţiale pentrufirmă, în paralel cu internalizarea celor care fac parte sau suntputernic complementarecunoştinţelor esenţiale ale organizaţiei;

3. - Schimbarea relaţiilor cu forţa de muncă externă firmei, însensul apelării la aceasta pentru activităţile funcţionăreşti maipuţin importante şi pentru cele de întreţinere ale organizaţiei;pentru realizarea lor se va apela pescară largă la firmele mici şi la persoane care lucreazăindependent;

4. - Dezvoltarea strategică a firmei se va baza pe creşterea înprofunzime sau lărgime a cunoştinţelor firmei, ceea ce presupunecă ea dispune decapacitatea de a-şi dezvolta propriile cunoştinţe şi de a

recunoaşteoportunităţile pentru cooperare de tip sinergic în domeniulcunoştinţelor;

5. - Modelul de organizare internă a firmei bazată pecunoştinţe este analog modelului cognitiv uman, caracterizându-se prin reţele mai puţin structurate, echipe semiautonome,formate din persoane posesoare de cunoştinţe,disponibilităţi organizaţionale şi individuale pentru învăţare etc.;

6. - Maximizarea eficacităţii şi eficienţei se bazează pe

structuri de echipe, între care «cuplarea» trebuie minimizată şi coeziune maximizată;7. - Scăderea numărului şi rolurilor managerilor de nivel

mediu şi inferior, şi externalizarea treptată a persoanelor carerealizează activităţi periferice,simultan cu integrarea în firmă de „manageri de cunoştinţe”, care,frecvent, îşi încep activitatea ca agenţi sau consultanţi aischimbării în cadrul organizaţiei;

8. - Remodelarea capabilităţilor manageriale şi economiceale firmei, pentru a pune în valoare cunoştinţele, prin opţiunile,deciziile şi acţiunile pe care le practică;

9. - Direcţionarea investiţiilor în training, în forţa de muncăexternă utilizată pentru a înlocui propriul personal care nuprogresează;

10. - Alocarea unor resurse mai reduse pentru training şioferirea de posibilităţi mai limitate de promovare a personalului



din grupurile periferice, care poartă principala responsabilitatepentru propria pregătire şi evoluţie profesională;

11. - Reconceperea sistemului de motivare. Acesta estecorespunzător următoarelor coordonate:

- amplificarea recompensării în funcţie de performanţe şimerite pentru întreg personalul firmei;

- creşterea utilizării recompensării personalului din grupurileperiferice

în funcţie de performanţele individuale;- intensificarea folosirii stimulentelor globale, de grup şi

personale, pentru personalul de bază al firmei;- apelarea pe scară largă la promovarea personalului în

cadrul şi din afara firmei.La baza acestor caracteristici se află tendinţele care se manifestă întranziţia

de la economia actuală la economia bazată pe cunoştinţe, şi anume:- creşterea flexibilităţii dimensionale, structurale şi funcţionale;- creşterea flexibilităţii geografice;- profesionalizarea crescândă a managementului;- extinderea informatizării şi integrarea informaţiei economiei şi

societăţii;- creşterea potenţialului creativ. • Creşterea flexibilităţii dimensionale, structurale şi funcţionaleÎn condiţiile schimbărilor accelerate produse în mediul său, organizaţia va

trebui să dea dovada unei adaptabilităţi sporite pentru a face faţă cu succes.

Flexibilitatea dimensională (privitoare la volumul activităţii desfăşurate şi,implicit, la cel al resurselor folosite – capacităţi de producţie, forţa de muncă,capitaluri), structurală (referitoare la portofoliul afacerilor desfăşurate,nomenclatorul produselor/serviciilor oferite, configuraţia constructivă a structuriiorganizatorice) şi funcţională (referitoare la sistemul de conducere strategică,mecanismele decizionale, sistemul de planificare strategică, control şi evaluare,latura funcţională a structurii organizatorice, mecanismele relaţiilor interne şi

exterioare) este forma de manifestare şi măsura capacităţii de adaptare eficientă.Flexibilitatea sporită pe aceste planuri va fi rezultatul firesc al continuării

descentralizării organizaţiei, multiplicării centrelor de decizie din cadrul ei, astfelîncât să le apropie cât mai mult de scena producerii schimbărilor. Condiţia esenţialăa creşterii flexibilităţii organizaţiei, a capacităţii sale de răspuns la schimbări, esteaceea a responsabilizării precise a fiecărui centru de decizie (la nivel de centru de

profit, centru de cheltuieli, centru de venit, linie de producţie, compartiment



funcţional etc.) în ceea ce priveşte performanţele ce trebuie obţinute, perfecţionareaîn continuare a sistemului informaţional şi a celui de evidenţe ale firmei (tehnico-operativă, contabilă şi statistică), care să permită individualizarea riguroasă aeforturilor şi rezultatelor aferente fiecărui centru decizional, precum şimonitorizarea permanentă a activităţii acestuia.

• Creşterea flexibilităţii geograficeTendinţa aceasta, aflată în strânsă corelaţie cu creşterea flexibilităţii, a

devenit, în ultimele doua-trei decenii, o caracteristică definitorie a firmelor mari,existând toate motivele care să îndreptăţească previziunea că se va amplifica şiadânci în viitor. Tendinţa constă în localizarea desfăşurării unor activităţifuncţionale (de cercetare-dezvoltare, planificare strategică, financiară etc.) diferităde cea a activităţii de producţie şi a celor auxiliare şi de servire a acesteia(gestiunea stocurilor, întreţinere şi reparaţii, gospodăria energetică, transport internetc.).

Descentralizarea competenţelor decizionale, creşterea funcţionalităţiisistemului informaţional, flexibilizarea sistemelor de planificare strategică şicontrol sunt doar câteva dintre direcţiile de acţiune care se vor accentua în firmaviitorului, conferindu-i mai multă supleţe în desfăşurarea propriei activităţi şicapacitate sporită de răspuns la cererile dinamice şi diversificate ale pieţelor locale.

• Profesionalizarea crescândă a managementuluiProfesionalizarea managementului este sintagma care exprimă faptul că

exercitarea conducerii are o temeinică bază ştiinţifică, constând în utilizarea unor metode, tehnici şi instrumente deplin validate de ştiinţă şi practică managerială,

îmbinate judicios cu talentul, intuiţia şi experienţa cadrelor de conducere.Practicarea managementului profesionist semnifică absenţa din actele managerialea elementelor de improvizaţie, fundamentării precare a

deciziilor, atitudinilor retrograde, comportamentului discreţionar, autocratic,indisponsibilităţii pentru dialog, lipsei de receptivitate la nou.

Pentru firma viitorului, cerinţa de a fi competitivă şi a se dezvolta într-unmediu care lansează provocări crescânde la adresa sa nu poate fi satisfăcută decâtapelând la profesionişti consacraţi, mai ales la nivelul managementului de vârf.Componenţii echipei manageriale vor trebui să satisfacă deplin criteriile în funcţie

de care se apreciază gradul de profesionalism al prestaţiei lor – cunoştinţe profundede ştiinţă a managementului, abilitatea de a utiliza eficace metode, tehnici şiinstrumente specifice, concepţii evoluate, moderne, în pas cu progresul general alsocietăţii şi cu „state of art” în domeniul afacerilor, stil adecvat de conducere,interes pentru nou şi pentru autoperfecţionare continuă.

În firma viitorului, profesionalizarea managementului se va concretiza înurmatoarele aspecte mai importante:



a) - extinderea probabilă a sistemelor naţionale de pregătire şi perfecţionarea managerilor;

b) - selecţionarea riguroasă a managerilor pe baza unor concursuri foarteexigente.

• Extinderea informatizării şi integrarea informaţiei economiei şi societăţii

Extinderea informatizării, care semnifică utilizarea pe scară tot mai largă amijloacelor de tratare a informaţiilor, va asigura dobândirea de către firmă a uneimai mari flexibilităţi a activităţii desfăşurate, creşterea capacităţii sale de reacţie,optimizarea modului de alocare a resurselor, creşterea semnificativă a eficienţeiîntregii activităţi.

Principalele efecte ale extinderii informatizării la toate activităţile firmei potfi considerate următoarele:

a ) - satisfacerea cerinţelor manageriale, specifice diferitelor domenii deactivitate ale firmei, prin construirea de sisteme informatice adaptate strictcerinţelor respective;

b) - apelarea tot mai intensă, de către managementul firmei, la metode şitehnici de optimizare a deciziilor, a căror utilizare câştigă apreciabil în valenţe şieste considerabil facilitată atunci când se bazează pe suportul informatic;

c) - creşterea semnificativă a potenţialului managerilor de rezolvare aadevăratelor probleme de conducere, adică a celor care implică un mare număr devariabile, multe greu de prognozat, cum ar fi problemele evoluţiei în perspectivă aactivităţii firmei, evaluarea riscului asumat la angajarea unei investiţii importante şide durată, evaluarea şanselor de succes la lansarea unui nou produs/serviciu pe

piaţă etc.

• Creşterea potenţialului creativFirma bazată pe cunoştinţe va fi, neîndoielnic, una cu un potenţial creativ-

inovativ mult sporit faţă de nivelul mediu actual.Creşterea potenţialului creativ al firmei se referă pe de o parte la capacitatea

acesteia de a fi inovativă pe planul produselor/serviciilor şi tehnologiilor, de agenera mereu unele noi, iar pe de altă parte, modalităţi şi soluţii concrete derezolvare a problemelor care să iasă de pe făgaşul obişnuit al celor existente.Inovarea managerială diferenţiază, în măsură sensibilă, firmele în ceea ce priveşte

performanţele realizate în condiţii relativ asemănătoare şi la niveluri apropiate aleconsumului de resurse, spre deosebire de inovarea tehnologică care, aplicată îndiferite firme, generează



practic aceleaşi rezultate.

echipamente moderne de fabricatie

Documents