Sisteme de Fabricatie Flexibile

1. Introducere

1.1. Scurt istoric al apariiei i dezvoltrii sistemelor de fabricaie flexibil (SFF)

n analiza evoluiei modelului dominant aplicat fabricaiei n diferite perioade de timp [http://www.uky.edu/~dsianita/611/fms.html], ne raportm la interaciunea dintre:

evoluia pieei de desfacere a produselor (dezvoltarea cerinelor clienilor);

nivelul de dezvoltare al tehnicii i tehnologiei fabricaiei;

nivelul de evoluie i perfecionare a tehnicii informatice.

La mijlocul anilor '60 competiia pe pia a produselor a devenit mai intens.

ntre anii 1960 i 1970 costul produselor a fost prioritatea numrul unu a managerilor. Scderea costului produselor s-a produs printr-o cretere a productivitii mijloacelor de producie, generat de automatizare. Modelul dominant n acea vreme era producia obinut n liniile de transfer automate, caracteristice unei producii de mas. n figura 1.1 se prezint ciclul evoluiei economiei pentru producia de serie.

Figura 1.1. Ciclul evoluiei economiei de serie

Mai trziu, calitatea produselor a constituit o preocupare intens. Pe msur ce schimburile comerciale s-au intensificat i au devenit mai complexe, viteza mare de livrare a comenzilor a devenit o caracteristic important a societilor comerciale.

Astfel, s-a definit o nou strategie, aceea de personalizare a produselor, n funcie de dorinele clienilor. Companiile i-au adaptat mediul de operare pentru a deveni mai flexibile n fabricaie i a satisface ateptrile diferitelor segmente de pia. Introducerea SFF a devenit rentabil n competiia de pe pia.

SFF este, n primul rnd o tehnologie de fabricaie. n al doilea rnd, SFF este un model sistemic transpus fizic.

"Sistem" este un cuvnt cheie. "Agilitate" este caracteristica SFF introdus n ultimii ani, ceea ce mrete viteza de livrare pe pia, opereaz cu cele mai sczute costuri de producie i are cea mai mare abilitate de a satisface clienii. SFF este o cale prin care fabricanii sunt capabili de a obine aceast agilitate.

1.2. Producie. Fabricaie. FluxuriProducia cuprinde etape din viaa unui produs care nsumeaz activitile/sectoarele/serviciile de marketing, aprovizionare, concepie constructiv i tehnologic, fabricaie (prelucrare, asamblare), control al calitii, vnzare i service al produsului. Fiecare reper al produsului nglobeaz caracteristici i caliti rezultate din funciile de baz ale intreprinderii: cercetare i dezvoltare, prelucrare i montaj, logistic, asigurarea calitii, marketing i organizare.

Procesul de producie (conform DIN 66201) este ansamblul intrrilor ntr-un sistem de producie, sub form de materie, energie sau informaii, intrri succesive i dependente reciproc, care sunt transformate, transferate i nmagazinate n produsul finit.

Produs: este ansamblul ieirilor dintr-un sistem de producie, care cuprind transformri ale materiei, energiei i informaiilor. Produsele se pot prezenta sub form concret, material sau imaterial (servicii).

Procesul de fabricaie este acea parte a procesului de producie n care materia, sub form de semifabricat, este supus unor transformri de form, dimensiuni, poziii reciproce ale suprafeelor, caracteristici fizico-chimice ale materialului, calitate/aspect a suprafeelor sau sunt realizate situri reciproce a mai multor repere i fixri prin asamblare demontabil sau nedemontabil. Procesul de fabricaie se desfoar prin execuia operaiilor de prelucrare/asamblare sau de manipulare.

Intreprinderea industrial este un sistem care urmrete armonizarea sistemului de fabricaie cu cerinele mediului extern. Performana unei intreprinderi industriale se evalueaz prin numrul diversificat de produse de calitate, prin costurile minime ale acestora, livrri de comenzi la momente prestabilite cu utilizarea ct mai eficient a resurselor disponibile (mijloace de producie i resurse umane). Asupra intreprinderilor industriale acioneaz permanent un sistem de fore din mediul acestora:

fora pieei comerciale de produse (concurena, clienii, mediul de afaceri i cel politic)

fora pieei muncii (dezvoltarea resursei umane, educaia, mediul politic)

fora cerinelor ecologice (protecia mediului, dezvoltarea de tehnologii nepoluante)

fora dezvoltrii tehnicii i tehnologiei (tehnologii noi, produse performante)

fora dezvoltrii tehnologiei informatice (produse hard i soft noi, sisteme de comunicare).

Sistemul de fabricaie este mulimea instalaiilor tehnice (mijloace de producie) i a relaiilor dintre acestea constituite pentru rezolvarea unui sarcini de fabricaie. Sarcina de fabricaie este diferena de eliminat ntre starea iniial a materiei i cea final, propus ca i scop a desfurrii procesului de producie. Instalaiile tehnice prelucreaz n timp intrrile materiei, energiei i informaiilor n ieiri de aceeai natur. Sistemul de fabricaie este un ansamblu de maini unelte, utilaje, instalaii, dispozitive grupate n spaiu pentru efectuarea unor operaii ale procesului tehnologic. Sistemul de fabricaie, n funcie de gradul de implicare al operatorului uman n cadrul procesului de fabricaie, poate fi:

sistem de fabricaie clasic (n care operatorul uman execut manual toate micrile necesare desfurrii procesului de fabricaie); sistem de fabricaie mecanizat (n care operatorul uman comand realizarea micrilor relative scul-pies i a micrilor necesare aducerii/evacurii pieselor la/de la main, micrile sunt executate de sisteme de acionare); sistem de fabricaie automat (n care operatorul supravegheaz/monitorizeaz, programeaz i iniializeaz sistemul de fabricaie, sistem care execut micrile necesare procesului de fabricaie fr intervenia nemijlocit sau ritmic a operatorului uman). - sistem de fabricaie automat rigid (n care schimbarea sarcinii de fabricaie necesit transformri radicale ale sistemului de fabricaie);

- sistem de fabricaie automat flexibil (SFF) (n care sarcinile de fabricaie care se pot executa n sistem sunt diverse, variabilitatea din sistemul flexibil viznd dimensiuni i materiale ale pieselor, regimuri i precizii de prelucrare, tipuri de operaii de prelucrare/asamblare, costuri de producie, termene de livrare i cantiti de piese). n figura 1.2 se prezint un grafic al variaiei flexibilitii i productivitii n sisteme de fabricaie.

Figura 1.2. Variaia flexibilitii i a productivitii sistemelor de fabricaie

Fluxul de intrare ntr-un sistem de fabricaie este variaia n timp a cantitii de material, consumului de energie, cuantumului de informaii. Fluxul de ieire dintr-un sistem de fabricaie este de natur material (cu informaii de form) i informaional. Produsul final nmagazineaz materialul, energia i informaiile necesare transformrii semifabricatului n cadrul procesului desfurat n sistemul de fabricaie.

Un sistem este definit ca mulimea componentelor sistemului i a relaiilor dintre acestea, organizate astfel nct s se realizeze un "tot" unitar. Prin structura unui sistem se nelege mulimea elementelor componente i mulimea relaiilor stabilite ntre acestea.

Un SFF poate fi caracterizat din punctul de vedere al teoriei sistemelor ca un sistem:

deschis (are relaii orientate cu mediul sistemului i cu sistemul ierarhic superior)

complex (numrul de componente este mare)

concret (spre deosebire de sistemul abstract, de idei)

artificial (creat de om)

determinat (are un comportament predictibil)

realizat cu un scop predefinit.

Figura 1.3. Structura unui SFF

Se pot identifica ntr-un SFF subsisteme de rang inferior (de exemplu subsistemul de prelucrare care este ansamblul mijloacelor de producie din sistem, subsistemul de manipulare care este ansamblul echipamentelor i dispozitivelor automate cu funcii de manipulare ale obiectelor de lucru). Un SFF este un subsistem component al unui sistem de rang superior (de exemplu, metasistemul de producie CIM). Un SFF este ierarhizat, ceea ce nseamn c se identific n structura acestuia subsistemele componente prezentate n figura 1.3.

Definiii ale SFF:

National Institute of Standards and Technology-NIST: Un SFF este un aranjament de maini unelte (centre de prelucrare cu comand numeric), dotate cu dispozitive automate de schimbare a sculelor, interconectate printr-un sistem de transport. Sistemul de transport asigur piesele necesare pentru mainile unelte pe palete sau alte elemente de interfa, pentru o servire automat, rapid i precis. Un calculator central comand mainile i sistemul de transport. SFF poate prelucra simultan diferite tipuri de piese.

Economic Commision of Europe: Un SFF este un complex integrat, condus de calculator, compus din maini unelte cu comand numeric, dispozitive automate de manipulare a pieselor i sculelor i echipamente automate de msur i control care, cu un minim de intervenie uman i timp de modificare scurt, poate s fabrice produse aparinnd unei familii de piese, conform unei planificri anterioare a produciei.

O alt schem de structur a unui SFF, n conformitate cu definiiile de mai sus, este prezentat n figura 1.4.

Figura 1.4. Structura unui SFF cu evidenierea fluxurilor din sistem1.3. Cerine de flexibilitate ale pieei i posibiliti de realizare a acestora

n figura 1.5 sunt prezentate cerinele de flexibilitatea ale pieei de desfacere a produselor.

Figura 1.5. Cerine de flexibilitatea ale pieein figura 1.6. se prezint ciclul evoluiei economiei orientate spre client.

n figura 1.7. sunt prezentate sintetic posibilitile de realizare a cerinelor de flexibilitate ale pieei.

Figura 1.6. Ciclul evoluiei economiei orientate spre client

Figura 1.7. Posibiliti de realizare a cerinelor de flexibilitate a pieei

Figura 1.8. Dependena dintre tipul de organizare al produciei, volumul produciei anuale i mrimea spectrului de tipuri de piese

n figura 1.8 este prezentat graficul dependenei dintre tipul de organizare al produciei (n linii de transfer, SFF, celule de fabricaie flexibil i sisteme de fabricaie mecanizate), producia anual i numrul de tipuri de piese diferite prelucrate n aceste sisteme.

1.4. Caracteristici ale SFF

Un SFF poate avea urmtoarele componente tipice: maini unelte (de lucru) universale cu comand numeric cu calculatorul (CNC) sau comand numeric distribuit (DNC), echipamente de schimbare automat a sculelor i magazii de scule, posturi de ncrcare/descrcare, echipamente de manipulare automat (roboi sau dispozitive automate de transfer), depozit central sau depozite intermediare, palete cu/fr dispozitive de fixare ale pieselor, sistem de comand/conducere programabil, adaptiv sau inteligent, reele de calculatoare, magistrale de cmp, interfee i echipamente de monitorizare.

Pentru a evidenia caracteristicile unui SFF, n cele ce urmeaz se vor compara un sistem automat rigid (LT) cu un sistem automat flexibil de fabricaie.

Figura 1.9. Schema de principiu a unei linii de transfer

Figura 1.10. Schem de principiu a unei linii de fabricaie flexibil

Linia de transfer este denumirea uzual a unui sistem automat rigid cu o dispunere liniar n spaiu a mijloacelor de producie (maini unelte agregat, capete de gurit multiax, capete de for de frezat, etc) grupate n posturi de lucru. Transportul obiectelor de lucru este realizat dintr-un post de lucru n altul de un conveior cu funcionare intermitent. Semifabricatul intr la un capt al liniei de transfer i este prelucrat pn la evacuare la cellalt capt al conveiorului. Capacitatea productiv a liniei este foarte mare, dar schimbarea sarcinii de fabricaie este dificil din cauza necesitii realizrii unui numr mare de reglaje la schimbarea curselor de lucru sau la schimbarea sculelor. n figura 1.9. este prezentat o schema de principiul a unei linii de transfer.

Linia de fabricaie flexibil are, de asemenea, o dispunere n linie a mijloacelor de producie, dar mainile de lucru sunt cu CNC sau DNC (sistem de comand numeric distribuit mai multor maini de lucru). Schema de principiu a unei linii de fabricaie flexibil este prezentat n figura 1.10. n tabelul 1.1 este prezentat comparaia performanelor liniilor de transfer i liniilor de fabricaie flexibil.Tabelul 1.1. Comparaie ntre linii de transfer i linii de fabricaie flexibil

Caracteristici Linii de transferLinii de fabricaie flexibil

Tipul producieiSerie mare i masSerie mijlocie i mic

Capacitatea productiv (cantitatea de obiecte de lucru realizat de ctre un post de lucru/sistem n unitatea de timp)Foarte mareMare

Spectrul de tipuri de piese1 tip de pies