model studiu de caz
DESCRIPTION
Model Sisteme flexibile de fabricatieTRANSCRIPT
-
UNIVERSITATEA TEHNIC CLUJ-NAPOCA
Facultatea: CONSTRUCII DE MAINI
Departamentul : INGINERIA FABRICATIEI
Disciplina : Tehnologia sistemelor flexibile de fabricaie
Laborator -Studiu de caz-
Student:,
Specializarea: TCM_Z, anul IV
2014-2015
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
1
Cuprins
1 Introducere ...................................................................................................................................2
1.1 Sistemul de fabricaie ....................................................................................................2
1.2 Sistemul flexibil de fabricaie .......................................................................................2
1.3 Scopul lucrrii ...............................................................................................................3
2 Baza de date .................................................................................................................................4
3 Realizarea histogramelor i determinarea nucleului tipologic .....................................................5
3.1 Seria de fabricaie .........................................................................................................5
3.2 Lungimea arborelui .......................................................................................................6
3.3 Masa arborelui ..............................................................................................................7
3.4 Materialul arborelui ......................................................................................................8
4 Analiza sarcinii de fabricaie .......................................................................................................9
5 Alegerea numrului de maini din sistem ..................................................................................11
6 Amplasarea mainilor n sistem ................................................................................................12
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
2
1 Introducere
1.1 Sistemul de fabricaie
Sistemul de fabricaie (S.F.) reprezint totalitatea mijloacelor i a relaiilor existente ntre
aceste mijloace, capabile s rezolve o sarcin sau un domeniu de sarcini de fabricaie, realiznd
unul sau mai multe produse ce pot fi oferite pe pia.
Funcia general a unui sistem de fabricaie const n transformarea unui flux de
materiale i a unui flux de informaii cu ajutorul unui flux de energie, astfel nct informaiile s
se imprime materialelor, mrindu-le valoarea, obinnd produse finite la ieirea sistemului.
1.2 Sistemul flexibil de fabricaie
Sistemul flexibil de fabricaue (S.F.F.) reprezint un grup de maini unelte cu comand
numeric (M.U.C.N.) legate ntre ele printr-un sistem automat de transport i manipulare a
piselor i sculelor, comandat de calculator, care realizeaz prelucrarea automat n serii mici i
mijlocii a oricrei piese aparinnd unei familii de piese cu asemnri morfologice i/sau
tehnologice, n limitele unei capaciti i ale unui algoritm de fabricaie prestabilite.
Fig. 1.2. Structura general a unui SFF
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
3
Structura general a unui S.F.F., sub forma schemei bloc (fig. 1.2) permite evidenierea
funciilor generale ale sistemului:
- o funcia de prelucrare automat a pieselor;
- o funcia de depozitare, transport i manipulare automat;
- o funcia de comand autoamt a tuturor componentelor sistemului i de
supraveghere, control i diagnostic automate.
Introducerea i exploatarea S.F.F. asigur obinerea unei eficiene nalte i creterea
efectelor economice ale produciei. Cele mai importante sunt:
- o reducerea numrului de muncitori de pn la 5 ori fa de producia convenional;
- o reducerea personalului pentru pregtirea fabricaiei de aprox. 2.5 ori;
- o reducerea cu 50% a utilajelor tehnologice;
- o reducerea cu 20-40% a spaiilor necesare produciei;
- o creterea productivitii muncii cu 200-400%;
- o creterea produciei anuale;
- o scderea cu 40-45% a cheltuielilor de producie i a cheltuielilor
suplimentare cu pn la 85%;
- o scurtarea timpilor de prelucrare a pieselor pe MU cu 50% i creterea
calitii produciei;
1.3 Scopul lucrrii
Scopul acestui studiu de caz const n analizarea unei game variate de arbori (50 de tipuri
de arbori de prelucrat) n vederea realizrii schemei de amplasare a utilajelor in sistemul necesar
prelucrrii acestor arbori. Astfel se va ine cont de: seria de fabricaie, lungimea arborilor, masa
acestora i materialul din care trebuie realizai. Mainile utilizate pentru prelucrare lor vor fi:
maini de strunjit, rectificat, frezat, gurit i mortezat.
n funcie de datele iniiale se va stabili nucleul tipologic, n urma creia va ncepe
analiza sarcinii de fabricaie, ce va determina numrul mainilor din sistem. n final, n funcie de
rezultatele obinute, se va realiza amplasarea mainilor n sistem.
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
4
2 Baza de date
Nr.
Seria de
fabricatie
[buc./an]
Lmax
[mm]
Masa
[kg] Material
Timp [min]
Strunjire Rectificare Frezare Gaurire Mortezare
T1 1 500 5,5 OC 20 15,7 10 7 0
T2 2 1002 8,5 NF 35 30,7 17,5 5,2 0
T3 3 1003 9 NF 40 35,7 20 0 0
T4 4 375 5,3 OC 35 30,7 17,5 7,6 25
T5 5 1005 10 OC 50 45,7 25 5,8 0
T6 6 600 6 OC 45 40,7 0 8 0
T7 7 1007 11 OA 60 55,7 30 6,2 0
T8 8 1008 11,5 OA 65 60,7 32,5 6,4 0
T9 9 1009 12 OA 70 65,7 35 6,6 0
T10 10 450 5,75 OC 10 0 5 8,8 0
T11 150 825 6 NF 30 25,8 15 4 0
T12 160 826 6,25 NF 33 28,8 16,5 0 0
T13 170 827 6,5 NF 36 31,8 18 4,3 0
T14 180 650 6,75 OC 29 24,8 14,5 8,2 12
T15 190 829 7 OC 42 37,8 0 4,6 0
T16 200 350 5,5 OC 35 30,8 17,5 8 0
T17 210 831 7,5 OA 48 43,8 24 4,9 0
T18 220 832 7,75 OA 51 46,8 25,5 5,05 0
T19 230 833 8 OA 54 49,8 27 5,2 0
T20 240 675 5,3 OC 10 0 0 0 0
T21 1000 750 5 NF 30 25,9 0 3 0
T22 1100 751 5,15 NF 32,5 28,4 16,25 3,1 0
T23 1200 752 5,3 NF 35 30,9 17,5 3,2 0
T24 1300 753 5,45 OC 37,5 0 18,75 3,3 0
T25 425 675 5,6 OC 30 25,9 15 10 0
T26 1500 755 5,75 OC 42,5 38,4 21,25 3,5 14
T27 1600 756 5,9 OA 45 40,9 22,5 3,6 0
T28 1700 757 6,05 OA 47,5 43,4 23,75 3,7 0
T29 1800 758 6,2 OA 50 45,9 25 0 0
T30 1900 759 4 AM 52,5 48,4 0 3,9 0
T31 5000 675 4 NF 25 21,2 12,5 2,5 0
T32 5200 676 4,3 NF 27 23,2 13,5 2,55 0
T33 5400 677 4,6 NF 29 25,2 14,5 2,6 0
T34 5600 678 4,9 NF 31 0 15,5 2,65 0
T35 450 679 5,2 OC 23 19,2 11,5 7,7 0
T36 15000 680 5,5 OC 35 31,2 17,5 2,75 0
T37 444 681 5,8 OC 27 23,2 0 0 0
T38 17000 682 6,1 OC 39 35,2 19,5 2,85 0
T39 450 683 6,4 OC 31 27,2 15,5 7,2 0
T40 19000 684 6,7 OA 43 39,2 21,5 2,95 0
T41 20000 685 7 OA 45 41,2 22,5 3 18
T42 21000 686 7,3 OA 47 43,2 23,5 3,05 0
T43 22000 687 7,6 OA 49 45,2 24,5 3,1 0
T44 23000 688 7,9 OA 51 0 25,5 3,15 0
T45 24000 689 3 AM 53 49,2 0 3,2 0
T46 100000 510 3 NF 20 16,3 10 2 0
T47 400 520 6 OC 12 8,3 6 7 0
T48 300000 530 3,4 OC 24 20,3 12 0 0
T49 400000 540 3,6 OA 26 22,3 13 2,75 0
T50 500000 550 2 AM 28 24,3 0 3 0
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
5
3 Realizarea histogramelor i determinarea nucleului tipologic
3.1 Seria de fabricaie
n funcie de seria de fabricaie se vor alege 4 intervale de analiz:
I. 1-500 [buc./an] (unicat/serie mic)
II. 500-10000 [buc./an] (serie mijlocie)
III. 10000-50000 [buc./an] (serie mare)
IV. 50000-500000 [buc./an] (producie de mas)
n urma realizrii histogramei se va determina care serie cuprinde cele mai multe tipuri de
arbori (n acest caz este intervalul I. 1-500 [buc./an]: unicat/serie mic, cu 50%, adic 25 de
tipuri) i denumirile acestora: T1; T2; T3; T4; T5; T6; T7; T8; T9; T10; T11; T12; T13; T14;
T15; T16; T17; T18; T19; T20; T25; T35; T37; T39; T47.
T1;T2; T3;T4; T5;T6; T7;T8;
T9;T10; T11;T12; T13;T14; T15;T16; T17;T18; T19;T20; T25;T35; T37;T39;
T47
0
10
20
30
40
50
60
I: 1-500 II: 500-10000 III: 10000-50000 IV: 50000-500000
Can
tita
te p
roce
ntu
al
[%]
Seria de fabricaie [buc./an]
Seria de fabricaie
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
6
3.2 Lungimea arborelui
Ca numr de intervale pentru lungimea arborelui s-au ales de asemenea patru:
I. 1-700 [mm]
II. 700-800 [mm]
III. 800-900 [mm]
IV. 900-1100 [mm]
Se va analiza histograma i se va determina intervalul de lungimi ce predomin n cadrul
arborilor: I. 1-700 [mm], cu 56%, respectiv 28 de tipuri de arbori. Tipurile de arbori sunt: T1;
T4; T6; T10; T14; T16; T20; T25; T31; T32; T33; T34; T35; T36; T37; T38; T39; T40; T41;
T42; T43; T44; T45; T46; T47; T48; T49; T50.
T1;T4; T6;T10;
T14;T16; T20;T25; T31;T32; T33;T34; T35;T36; T37;T38; T39;T40; T41;T42; T43;T44; T45;T46; T47;T48; T49;T50
0
10
20
30
40
50
60
I: 1-700 II: 700-800 III: 800-900 IV: 900-1100
Can
tita
te p
roce
ntu
al
[%]
Lungimea [mm]
Lungimea arborelui
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
7
3.3 Masa arborelui
Pentru repartizarea tipurilor de arbori n funcie de mas s-au ales tot patru intervale:
I. 2-5 [kg]
II. 5-7 [kg]
III. 7-9 [kg]
IV. 9-12 [kg]
Intervalul care cuprinde cele mai multe tipuri de arbori este II. 5-7 [kg], avnd un
procentaj de 52%, cu 26 de tipuri de arbori. Denumirile acestora sunt: T1; T4; T6; T10; T11;
T12; T13; T14; T16; T20; T21; T22; T23; T24; T25; T26; T27; T28; T29; T35; T36; T37; T38;
T39; T40; T47.
T1;T4; T6;T10;
T11;T12; T13;T14; T16;T20; T21;T22; T23;T24; T25;T26; T27;T28; T29;T35; T36;T37; T38;T39; T40;T47
0
10
20
30
40
50
60
I: 2-5 II: 5-7 III: 7-9 IV: 9-12
Can
tita
te p
roce
ntu
al
[%]
Masa [kg]
Masa arborelui
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
8
3.4 Materialul arborelui
Avnd n vedere c arborii sunt executai din patru categorii de materiale, vom obine
histograma cu urmtoarele coloane:
I. NF (material neferoase)
II. OC (oel nealiat/slab aliat)
III. OA (oel nalt aliat)
IV. AM (alte material, ex. materiale plastice, compozite etc.)
Dup cum se poate observa din histogram, majoritatea tipurilor de arbori sunt din
categoria oelurilor nealiate: II. OC 38%, cu un numr de 19 tipuri. Acestea sunt: T1; T4; T5;
T6; T10; T14; T15; T16; T20; T24; T25; T26; T35; T36; T37; T38; T39; T47; T48.
2.5 Determinarea nucleului tipologic
n urma suprapunerii coloanelor cu cel mai mare numr de tipuri de arbori din
histogramele de mai sus (I. 1-500 [buc./an]; I. 1-700 [mm]; II. 5-7 [kg]; II. OC) i comparrii
acestor date, s-a obinut urmtorul nucleu tipologic, cu 12 elemente comune pentru toate cele
patru categorii: NT = T1; T4; T6; T10; T14; T16; T20; T25; T35; T37; T39; T47.
T1;T4; T5;T6;
T10;T14; T15;T16; T20;T24; T25;T26; T35;T36; T37;T38; T39;T47;
T48
0
5
10
15
20
25
30
35
40
I: NF II: OC III: OA IV: AM
Can
tita
te p
roce
ntu
al
[%]
Material
Materialul arborelui
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
9
4 Analiza sarcinii de fabricaie
Pentru elementele nucleului tipologic menionat mai sus, se vor alege din baza de date
seriile de fabricaie, specifice acestor elemente.
n1=1 [buc./an] n4=4 [buc./an] n6=6 [buc./an]
n10=10 [buc./an] n14=180 [buc./an] n16=200 [buc./an]
n20=240 [buc./an] n25=425 [buc./an] n35=450 [buc./an]
n37=444 [buc./an] n39=450 [buc./an] n47=400 [buc./an]
n continuare se vor alege timpii necesari pentru fiecare operaie, corespunztori
elementelor nucleului tipologic i se vor calcula timpii totali i medii.
Strunjire:
ts1=20 [min] ts4=35 [min] ts6=45 [min]
ts10=10 [min] ts14=29 [min] ts16=35 [min]
ts20=10 [min] ts25=30 [min] ts35=23 [min]
ts37=27 [min] ts39=31 [min] ts47=12 [min]
Ttot.s.=ts1n1+ts4n4+ts6n6+ts10n10+ts14n14+ts16n16+ts20n20+ts25n25+ts35n35+ts37n37+ts39n39
+ts47n47= 68988 [min]
Nop.s.= 12
Rectificare:
tr1=50.7 [min] tr4=30.7 [min] tr6=40.7 [min]
tr10=0 [min] tr14=24.8 [min] tr16=30.8 [min]
tr20=0 [min] tr25=25.9 [min] tr35=19.2 [min]
tr37=23.2 [min] tr39=27.2[min] tr47=8.3 [min]
Ttot.r.=tr1n1+tr4n4+tr6n6+tr10n10+tr14n14+tr16n16+tr20n20+tr25n25+tr35n35+tr37n37+tr39n39+
+tr47n47= 56515 [min]
Nop.r.= 10
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
10
Frezare:
tf1=10 [min] tf4=17.5 [min] tf6=0 [min]
tf10=5 [min] tf14=14.5 [min] tf16=17.5 [min]
tf20=0 [min] tf25=15 [min] tf35=11.5 [min]
tf37=0 [min] tf39=15.5 [min] tf47=6 [min]
Ttot.f.=tf1n1+tf4n4+tf6n6+tf10n10+tf14n14+tf16n16+tf20n20+tf25n25+tf35n35+tf37n37+tf39n39+
+tf47n47= 27165 [min]
Nop.f.= 9
Gurire:
tg1=7 [min] tg4=7.6 [min] tg6=8 [min]
tg10=8.8 [min] tg14=8.2 [min] tg16=8 [min]
tg20=0 [min] tg25=10 [min] tg35=7.7 [min]
tg37=0 [min] tg39=7.2 [min] tg47=7 [min]
Ttot.g.=tg1n1+tg4n4+tg6n6+tg10n10+tg14n14+tg16n16+tg20n20+tg25n25+tg35n35+tg37n37+tg39
n39+tg47n47= 17004.4 [min]
Nop.g.= 10
Mortezare:
tm1=0 [min] tm4=25 [min] tm6=0 [min]
tm10=0 [min] tm14=12 [min] tm16=0 [min]
tm20=0 [min] tm25=0 [min] tm35=0 [min]
tm37=0 [min] tm39=0 [min] tm47=0[min]
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
11
Ttot.m.=tm1n1+tm4n4+tm6n6+tm10n10+tm14n14+tm16n16+tm20n20+tm25n25+tm35n35+tm37n37+
tm39n39+tm47n47= 2260 [min]
Nop.m.= 2
5 Alegerea numrului de maini din sistem
Se va stabili cel mai mic timp mediu, calculat pentru o operaie:
=> timpul minim
Rezult c cel mai mic timp mediu este n cazul operaie de mortezare. Presupunnd c
numrul minim pentru o main-unealt este 1, pentru maina-unealt care execut operaia cu
timpul mediu minim, vom avea numrul mainilor de mortezat egal cu 1: Nmas.m. = 1.
Se va calcula numrul necesar de maini-unelte pentru efectuarea celorlate operaii:
Pentru calcularea timpului disponibil din sistem vom adopta 320 de zile lucrtoare din
365, ct are un an, un singur schimb de lucru, cu 8 ore/schimb/zi. Astfel timpul disponibil din
sistem va fi:
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
12
Tsist. = 3208160 = 153600 [min]
Pentru verificare se vor folosi formulele:
Tt = Tstr. + Trec. + Tfr. + Tgaur. + Tmor. = 5266.43 [min]
Tdif. = Tsist. Tt = 148333.6 [min]
Rezult c dup efectuarea tuturor operaiilor i implicit realizarea arborilor, vom mai
avea 148333.6 minute ( = 2472.2 ore 100 zile) libere. Astfel este mai mult dect suficient un
singur schimb de 8 ore pentru finalizarea proiectului, iar n timpul rmas disponibil pot fi cutai
noi clieni i abordate noi proiecte pentru sporirea profitului i creterea popularitii companiei.
6 Amplasarea mainilor n sistem
Pentru o ncrcare a mainilor-unelte ct mai apropiat de 100% i implicit scurtarea
timpilor auxiliari, s-a optat pentru urmtoarea schem de amplasare a mainilor-unelte.
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
13
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e
-
14
Datorit numrului relativ mare de maini-unelte (16: 5 strunguri, 5 maini de rectificat, 3
maini de frezat, 2 maini de gurit i 1 main de mortezat), dup analizarea atent a multor
opiuni, s-a ales cea de mai sus: dou linii de fabricaie dispuse n paralel.
Aceast alegere s-a facut i din cauz spaiului limitat pe care s-ar putea s-l avem la
dispoziie (dac am fi optat pentru o singur linie de fabricaie am fi avut nevoie de o hal foarte
mare pe lungime i cu o laime mic). De asemenea n cazul unei singure linii de fabricaie i
implicit a unui singur robot industrial deplasabil, timpii auxiliari ar fi fost mult mai mari i
transportul semifabricatelor, resprectiv a pieselor finite, nu ar fi fost practic i ar fi uzat foarte
tare att robotul, ct i ghidajele pe care se deplaseaz acesta. Astfel se justific n totalitate
investiia n 2 roboi industriali deplasabili.
Dup cum se poate observa, mainile-unelte au fost atent amplasate de-o parte i de
cealalt a liniilor de fabricaie, asftel nct pe fiecare dintre ele s se regseasc un numr
proporional din fiecare tip de main (nafar de maina de mortezat, care, avnd n vedere c
este doar una i cu ea se prelucreaz doar 2 tipuri de arbori, s-a plasat la captul celei de-a dou
linii de fabricaie). Tipurile de arbori care sunt prelucrai sunt in general piese unicate sau fac
parte din serii mici, de aceea linia de fabricaie din partea stng este destinat n special
producie de serie (avnd un numr mai mare de: strunguri 3, maini de frezat 2 i maini de
rectificat 3), iar linia de fabricaie din partea dreapt este mai adecvat pentru producia de
piese unicat (deoarece are un numr mai mic de maini-unelte dect prima i astfel robotul se
poate deplasa mai uor i mai rapid, iar n plus dispune i de acea main de mortezat, destinat
unui numr redus de arbori). Mainile au fost plasate lund n considerare ordinea logic a
operaiile prin care trebuie s treac semifabricatul pentru a ajunge pies finit: strunjire, frezare,
gurire i rectificare (foarte rar i mortezare), iar n cazul n care un arbore nu necesit vre-una
din operaii (ex. frezare sau gurire) urmtoarea operaie nu este la o distan mai mare de o
rotaie a braului robotului sau o deplasare scurt a acestuia.
n realizarea schiei s-a luat n considerare i ncrcare semifabricatelor, respectiv
descrcare pieselor finite, astfel nct fiecare din roboii industriali are acces rapid la un depozit
tampot att pentru semifabricate, ct i pentru piese finite.
Toate mainile i dispozitivele sunt controlate printr-un echipament cu comand
numeric propriu, legate la o unitate de control amplasat nafara liniilor de fabricaie pentru un
acces uor i rapid.
docu
mentu
l este
un m
odel
de or
ientar
e