studiu caz 2-robotizarea montajului robinetilor

Eficienţa robotizării şi automatizării montajului Autor: Prof. Nicolae Bâlc

106

Capitolul 5

Studii şi analize privind eficienţa şi posibilităţile de robotizare sau automatizare ale produselor

industriale autohtone 5.1. Evaluarea eficienţei automatizării şi robotizării

montajului EV Pentru ca un produs să atingă nivelul unei fabricaţii competitive, este necesară nu numai o modernizare a tehnologiilor de prelucrare, ci şi a metodelor de asamblare a produselor.

Motivul pentru care în prezent aproape toate produsele industriale se asamblează manual nu este de ordin tehnic, ci în primul rând este legat de aspecte economice. Faptul că forţa de muncă (salarul orar) este ieftină, determină ca toate rezultatele unei analize pentru selectarea metodei adecvate de asamblare să arate că asamblarea manuală este mult mai avantajoasă decât asamblarea robotizată sau automatizată. Toate aceste rezultate sunt determinate de faptul că, în timp ce preţul echipamentelor de automatizare a asamblării sau preţul roboţilor este la nivelul preţurilor occidentale, preţul forţei de muncă este de circa 20 de ori mai mic. Analiza DFA a EV prezentate în figura 4.1. a început cu selectarea metodei de asamblare, conform schemei ilustrate în figura 5.1. Efectuând analiza DFA a EV cu bazele de date adaptate la realitatea industriei din România, a rezultat concluzia că doar asamblarea manuală este rentabilă din punct de vedere economic. De aceea, în


107

subcapitolul 4.3, s-a efectuat analiza DFA detaliată doar pentru asamblarea manuală.

În contextul evoluţiei economiei actuale, care tinde spre integrare şi globalizare, există situaţii în care un produs este proiectat într-o ţară şi el se poate fabrica în altă ţară, în funcţie de factori mai mult economici decât tehnici. Din acest motiv s-a efectuat şi analiza DFA privind selectarea metodei adecvate de asamblare a EV utilizând bazele de date originale ale soft-ului DFMA (unde de exemplu, salarul orar este 30$ - SUA).

Selectarea metodei de asamblare

Analiza DFA pentru montajul

manual


automatizat


robotizat

Reproiectarea EV pentru îmbunătăţirea proiectului EV din punctul de vedere al montajului şi

fabricaţiei şi re-analiza DFA

Fig. 5.1. Etapele de analiză DFA


108

Rezultatele acestei analize pentru EV actuală sunt prezentate în tabelul 5.1 iar rezultatele pentru EV reproiectată sunt prezentate în tabelul 5.2. Tab. 5.1. Selectarea metodei de asamblare, pentru EV actuală

ANALYSIS OF ASSEMBLY COSTS Technical University of Cluj-Napoca, Romania

(relative cost for manual

assembly = 1

Type of system

relative assembly

cost for

volume required

average production time per assembly (seconds)

annual production

volume for one

machine (thousand)

estimated

equipment cost (k$)

number of

personnel required to man

the machine

special -purpose indexing

* 14 840 773 7.7

special-purpose free-

transfer

2.17 6 1953 898 12.6

single-station one robot arm

5.56 207 56 254 6.6

single-station two robot

arms

3.33 118 98 369 6.7

multi-station robots with 9 operations per robot station

0.88 57 203 524 1.7

* NOTE system inappropiate

CONDITIONS: required annual production volume = 50 thousand number of parts in one assembly = 33 number of parts available = 33

FOR MANUAL ASSEMBLY OF THIS PRODUCT: approximate assembly time = 277.2 seconds

number of personnel needed = 1 per shift approximate assembly cost = 314 cents


109

Tab. 5.2. Selectarea metodei de asamblare, pentru EV reproiectată ANALYSIS OF ASSEMBLY COSTS

Technical University of Cluj-Napoca, Romania (relative cost for manual

assembly = 1

type of system

relative assembly

cost for

volume required

average production time per assembly (seconds)

annual production

volume for one

machine (thousand)

estimated

equipment cost (k$)

number of

personnel required to man

the machine

special -purpose indexing

1.97 9 1325 328 4.4

special-purpose free-

transfer

2.17 6 1953 381 5.4

single-station one robot arm

2.65 88 131 161 3.0

single-station two robot

arms

1.65 50 231 250 3.1

multi-station robots with 9 operations per robot station

0.81 32 366 310 1.2

CONDITIONS: required annual production volume = 50 thousand number of parts in one assembly = 14 number of parts available = 14

FOR MANUAL ASSEMBLY OF THIS PRODUCT:

---------------------------------------------------------------- approximate assembly time = 117.6 seconds number of personnel needed = 1 per shift approximate assembly cost = 133 cents

În tabelul 5.3 se prezintă sintetic o comparaţie a celor două

variante ale EV: actuală (v. fig. 4.1) şi reproiectată (v. fig. 4.12). Pentru efectuarea acestor analize s-au utilizat următoarele date de producţie:


110

Seria de fabricaţie: 50.000 buc. / an; Durata de viaţă a produsului: 3 ani; Modul de operare al fabricii: 8 ore / zi (un schimb).

Tab. 5.3. Compararea estimărilor costurilor montajului automatizat şi

robotizat al EV, relativ faţă de montajul manual

Sistemul de modernizare al asamblării

EV actuală EV reproiectată Costul

relativ faţă de montajul

manual

Costul estimat al echipa-

mentului, [mii $]

Costul relativ faţă

de montajul manual

Costul estimat al echipa-

mentului, [mii $]

Sistem automat de asamblare, cu transfer rigid

inadecvat 773 1.97 328

Sistem automat de asamblare, cu transfer flexibil

2.17 898 2.17 381

Sistem robotizat cu un post de lucru şi cu un robot

5.56 254 2.65 161

Sistem robotizat cu un post de lucru şi cu doi roboţi

3.33 369 1.65 250

Sistem robotizat cu mai multe posturi de lucru

0.88 524 0.81 310

Se observă din tabelul 5.3 că pentru oricare din sistemele de

montaj automatizat sau robotizat, costurile de asamblare (şi costurile echipamentelor necasare) ale EV reproiectate sunt inferioare faţă de costurile de asamblare ale EV actuale cu respectivul sistem de montaj.


111

Atunci când se decide automatizarea sau robotizarea montajului unui produs, pe lângă proiectarea pentru asamblare manuală (v. fig. 4.1, 4.12 şi tab. 4.5), se efectuează şi o reproiectare a pieselor individuale, pentru a favoriza alimentarea sau orientarea lor automată. Experienţa ţărilor dezvoltate a arătat că niciodată nu s-a trecut la automatizarea montajului unui produs, fără să se execute în prealabil o reproiectare a acestuia din punctul de vedere al asamblării. 5.2. Proiectarea pentru automatizarea montajului robineţilor

Fig. 5.2. Robinet de trecere 3/8’’

S-au efectuat cercetări privind posibilităţile de modernizare ale montajului robineţilor de trecere de 3/8" fabricaţi la SC Armătura SA. S-a ales robinetul din figura 5.2, care are un număr mai mic de repere


112

componente, pentru ca investiţia necesară implementării în producţie să fie mai mică.

Schema de montaj a robineţilor de trecere de 3/8’’ este prezentată în figura 5.3.

Fig. 5.3. Schema de montaj automatizat S-a proiectat atât varianta pentru montajul automatizat al

robinetului (ilustrată în figura 5.4), cât şi varianta pentru montajul robotizat al acestui robinet (prezentată în figura 5.5).

Fig. 5.4. Sistem de montaj automat cu mese rotative, pentru robineţi de trecere 3/8’’


113

Fig. 5.5. Sistem de montaj robotizat al robineţilor de trecere de 3/8’’

Analiza procesului tehnologic de asamblare al robinetului

prezentat în figura 5.2 a arătat că asamblarea constă din nouă operaţii separate de montaj. S-a proiectat sistemul automat de asamblare compus din 3 mese rotative, fiecare având câte 6 posturi individuale, aşa cum se prezintă în figura 5.4.

Transferul de la un post de lucru la altul este rigid, prin indexarea meselor rotative. Acest sistem de montaj este adecvat în cazul producţiei de serie mare. Operaţiile de asamblare care se execută la fiecare masă rotativă sunt prezentate în tabelul 5.4.


114

Tab. 5.4. Etapele de asamblare automată cu transfer rigid între posturi Postul de lucru

Etapa I (prima masă

rotativă)

Etapa a II-a (a II-a masă

rotativă)

Etapa a III-a (a III-a masă rotativă)

1 Alimentarea capului de

robinet (poz.7)

Rotirea şi aşezarea subansamblului

obţinut

Alimentarea cu corpul robinetului (poz. 10) şi cu garnitură (poz. 9)

2 Aşezarea tijei pe capul

robinetului

Aşezarea garniturii de etanşare (poz.5)

Aşezarea subansamblului obţinut

(în etapa II), în corp 3 Înşurubarea

tijei (poz. 6)

Presarea garniturii de etanşare

Înşurubarea şi închiderea robinetului pentru testul

la presiune 4 Refularea

capătului inferior al tijei

Aşezarea şi poziţionarea

presetupei (poz.4)

Aşezarea rozetei de manevră (poz. 3)

5 Montarea suportului de

garnitură (poz.8)

Înşurubarea presetupei

Aşezarea şaibei (poz.2) şi fixarea prin

înşurubarea şurubului (poz.1)

6 Transferul subansamblului

obţinut

Transferul subansamblului

obţinut

Transferul robinetului la standul pentru testul la

presiune. Atât operaţiile de asamblare, cât şi transferul între posturi sunt

prevăzute a se realiza cu dispozitive acţionate pneumatic. O atenţie deosebită a fost acordată echilibrării duratei operaţiilor de asamblare prevăzute a se realiza la diferite posturi. Practic cadenţa de montaj va fi dictată de faza de asamblare care durează cel mai mult. De aceea, pentru automatizarea montajului produselor de serie mare este importantă productivitatea asamblării, care creşte cu scăderea cadenţei de montaj. În scopul echilibrării fazelor de montaj, s-a elaborat ciclograma prezentată în tabelul 5.5, care prezintă( în secunde) durata fiecărei faze de montaj.


115

Tab. 5.5. Desfăşurarea în timp a fazelor de montaj la cele 3 mese rotative

În figura 5.5 este ilustrat amplasamentul sistemului de montaj robotizat pentru asamblarea robinetului prezentat în figura 5.2. Ordinea operaţiilor de asamblare este aceeaşi cu cea prezentată în tabelul 4.4. Diferenţele apar la sistemele de transfer de la un post la altul şi la sistemele de asamblare utilizate, care aici sunt deservite de roboţi sau manipulatoare. Sistemul flexibil de asamblare robotizată prezentat în figura 5.5 se compune din:

Staţie de încărcare: DP1; Alimentatoare vibratoare: DA1… DA8; Roboţi industriali: R1…R6; Linii de transfer: TL1, TL2; Sisteme de înşurubare automată: DF1…DF8; Prese: P1, P2;


116

Sistem de presare special: DM; Posturi de control şi teste: S1, S2; Staţie de descărcare: DP2.

Sistemul de asamblare robotizată prezentat are o mai mare flexibilitate decât cel cu mese rotative, atât din punct de vedere al produsului care se montează, cât şi al transferului între posturi. Productivitatea este însă mai mică în cazul sistemului de montaj robotizat.

5.3. Concluzii Studiile de caz şi cercetările efectuate, privind proiectarea cu

DFA a unor produse industriale autohtone, au condus la următoarele concluzii principale: 1. Modernizarea metodelor de asamblare trebuie luată în considerare,

atât ca un mijloc de creştere a calităţii produselor fabricate şi interschimbabilităţii pieselor componente ale acestora, cât şi ca o sursă de eficientizare prin reducerea costurilor de producţie.

2. Analizele DFA de selectare ale metodei optime de asamblare, evidenţiază faptul că deocamdată, în majoritatea cazurilor, se recomandă asamblarea manuală (pentru produsele fabricate în România), ca fiind mai eficientă decât asamblarea robotizată sau automatizată. Oricum, motivele nu sunt tehnice, ci se datorează nivelului scăzut al salariilor din România, comparativ cu nivelul costurilor echipamentelor de robotizare sau automatizare, care sunt la nivelul preţurilor din ţările dezvoltate.

3. Chiar şi atunci când se recomandă asamblarea manuală, reproiectarea cu DFA constituie totuşi un potenţial de reducere a costurilor şi de creştere a competitivităţii produselor. Pentru analiza DFA a EV prezentate pe larg în capitolul 4, din tabelul 4.5, rezultă care sunt îmbunătăţirile ce se pot obţine, utilizând reproiectarea cu DFA. Cazul EV prezentate în figura 4.1 nu este deloc singular, ci rezultate asemănătoare s-au obţinut şi pentru alte produse industriale fabricate în România, care au fost analizate.


117

4. Softul şi metodologia Boothroyd & Dewhurst DFA sunt eficiente şi deoarece au o structură flexibilă ce permite adaptarea bazelor de date la condiţiile tehnico-economice din România.

5. Din analiza DFA a robinetului prezentat în figura 5.2, a rezultat că reproiectarea DFA pentru a favoriza asamblarea robotizată sau automatizată poate conduce la unele forme de piese de mare complexitate. Alimentarea sau orientarea automată a acestor piese complexe necesită experimentări şi un ciclu succesiv de teste şi reproiectări ale pieselor complexe respective.

6. Soluţia optimă care face posibilă utilizarea eficientă a reproiectării DFA este utilizarea unor metode moderne de FRP a pieselor ce se vor monta.

7. Este necesară găsirea metodelor optime de legătură între proiectarea pentru montaj şi FRP a pieselor respective, atât în ce priveşte metoda de reproiectare, cât şi cele referitoare la transferul informaţiilor geometrice la maşinile de FRP.

studiu caz 2-robotizarea montajului robinetilor

Documents