BÀI TẬP GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CIM VÀ FMS

Đề bài: Trình bày hiểu biết của em về các hệ thống FMS & CIM hiện đại và cho biết
phạm vi ứng dụng của nó.
I. HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS
1.Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ thống sản xuất
được điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chương trình điều khiển và sản
phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất.
Một hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung gồm có các phần sau:
o Thiết bị xử lý như các trung tâm gia công, các trạm lắp ráp, và robot.
o Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ như robot, băng truyền,…
o Một hệ thống truyền thơng
o Một hệ thống điều khiển bằng máy tính
Trong sản xuất linh hoạt, các máy gia công tự động như tiện, phay, khoan,…và hệ thống vận
chuyển nguyên liệu tự động giao tiếp với nhau thơng qua mạng máy tính.
2.Cấu tạo và hoạt động
2.1. Cấu tạo
Trong hệ thống sản xuất linh hoạt ta có hệ thống điều khiển và giám sát. Dựa vào thực tếsử
dụng, sự phân bố vị trí của các máy tính mà các hệ thống điều khiển và giám sát đã cósự phân
hố và dẫn đến hình thành nên ba dạng hệ thống điều khiển và giám sát khác nhau là:
+ Hệ điều khiển và giám sát tập trung
+ Hệ điều khiển và giám sát phân quyền.
+ Hệ điều khiển và giám sát phân tán.
2.2. Các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.
Các máy CNC là những máy cắt kim loại có hiệu quả cao và đang được sử dụng rộng rãi
trong các nhà máy cơ khí. Sử dụng các máy này cho phép khơng chỉ đạt mức độ tự động hóa
gia cơng cao mà còn tạo khả năng điều chỉnh nhanh để gia cơng bất kỳ chi tiết nào trong
phạm vi đặc tính kỹ thuật của máy, có nghĩa là tạo khả năng điều chỉnh linh hoạt quy trình


cơng nghệ. Vì vậy, các máy CNC được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt nhỏ (loại
sản xuất đặc trưng cho nhiều ngành chế tạo máy).

Vào những năm 1970 – 1980 để nâng cao năng suất của các máy CNC người ta nhóm các
máy thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, có năng suất gần bằng năng suất của dây chuyền
tự động sản xuất lớn nhưng lại loại trừ được nhược điểm của dây chuyền tự động là chế tạo
một chủng loại sản phẩm. Trên cơ sở của các hệ thống tự động hóa đó người ta đã xây dựng
công nghệ điều chỉnh linh hoạt. Theo công nghệ này thì bất kỳ chi tiết nào (trong phạm vi đặc
tính kỹ thuật của máy) cũng có thể đưa vào hệ thống FMS theo bất kỳ tuần tự nào và được gia
công với bất kỳ sản lượng nào.
Khi làm việc trên các máy CNC người công nhân thực hiện chức năng cấp phôi cho máy,
tháo chi tiết sau khi đã gia công, gá dụng cụ, thay đồ gá, mở máy, kiểm tra chi tiết và quan sát
chung hoạt động của máy. Nếu các chức năng trên đây của người cơng nhân được tự động
hóa thì tỷ lệ thời gian máy tăng lên, có nghĩa là tăng được năng suất của thiết bị.
Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là hệ thống sản xuất có mức độ tự động hóa cao, được
dùng để chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng nhỏ và vừa. Hệ thống FMS bao gồm
các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi, hệ thống vận chuyển phôi, các
máy tính, hệ thống cung cấp chương trình để điều khiển tồn bộ cơng việc. Cơng nghệ điều
chỉnh linh hoạt trên các máy CNC được thực hiện theo các hướng chính sau:

 Trang bị cho máy ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ):
Ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ) với cơ cấu thay dao tự động cho phép gia công nhiều bề
mặt của chi tiết trong một hoặc một số lần gá và do đó giảm được thời gian gia cơng. Như
vậy, magazin dụng cụ giảm được chức năng của con người và nó là một bước phát triển
trong cơng nghiệp điều chỉnh linh hoạt.

 Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi.
Cơ cấu vệ tinh thay đổi là cơ cấu cấp phôi tự động và đẩy phôi đã gia cơng ra vị trí xác
định. Cơ cấu vệ tinh cho phép làm trùng thời gian phụ với thời gian máy khi gia công phôi
trên máy.

 Chế tạo máy nhiều trục chính.

Máy nhiều trục chính thơng dụng là các máy phay chuyên dùng. Các máy này được sử
dụng để gia công đồng thời nhiều chi tiết gióng nhau hoặc gia cơng đồng thời nhiều bề mặt
của một chi tiết bằng nhiều dao. Trong cả hai trường hợp trên năng suất gia công đều tăng
lên rõ rệt.

 Gia công đồng thời bằng nhiều dao.
 Điều khiển các máy CNC bằng máy tính.
Điều khiển các máy CNC bằng máy tính cho phép thực hiện cơng nghệ điều chỉnh linh
hoạt và giảm được kích cỡ của máy đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng gia công.

 Tập hợp các máy CNC thành từng nhóm và điều khiển chúng bằng máy tính.
Điều khiển cả nhóm máy bằng máy tính cho phép hiệu chỉnh chương trình trực tiếp trên
máy và điều chỉnh cơng việc của các máy. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật của nó được thể hiện
qua những ưu điểm sau:
- Giảm chu kỳ lập trình.
- Loại bỏ các băng từ.
- Giảm số dụng cụ sử dụng.
- Nâng cao năng suất (3 ÷ 7 lần) và chất lượng gia công.

 Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS.
Hệ thống FMS bao gồm cả hệ thống vận chuyển tự động và điều khiển trung tâm bằng
máy tính, nhằm mục đích tự động hóa các ngun cơng chính và phụ trong sản xuất hàng
loạt nhỏ và vừa.
2.3. Phân loại hệ thống FMS
Dựa vào kinh nghiệm áp dụng FMS ở các nước, người ta phân loại các hệ thống FMS ra
làm 3 loại
Loại 1: Không phụ thuộc vào dòng vật liệu của tế bào gia công tự động (đồng nghĩa với
mô đun tự động) Loại này được cấu tạo từ các máy vạn năng điều khiển theo chương trình
số, cho phép liên kết với máy tính để điều khiển. FMS loại này được sử dụng trong những

trường hợp mà chi tiết có thời gian gia cơng lớn (q trình gia cơng được tập trung trên
một máy)


Loại 2: Gồm các tế bào gia công tự động vạn năng được điều khiển từ mạng máy tính và
hệ thống vận chuyển phôi tự động Trong FMS loại 2 các chi tiết cùng loại có thể được gia
cơng theo nhiều tiến trình cơng nghệ khác nhau trên một tế bào gia công tự động (mô đun
sản xuất tự động). FMS loại 2 được sử dụng rộng rãi trong những trường hợp khi chi tiết
có thời gian gia cơng khơng lớn.
Loại 3: Là dây chuyền tự động linh hoạt. Trong FMS loại này mỗi nguyên công được thực
hiện chỉ trên một máy Hệ thống vận chuyển phôi đảm bảo tiến trình cứng cho mỗi chi tiết
và thơng thường nó được thực hiện dưới dạng băng tải hay máy quay vịng.
Ngồi ra người ta còn phân kiểu FMS ra:
 FMS tuần tự: Sản xuất từng loạt chi tiết sau đó lập kế hoạch và chuẩn bị cho sản xuất loạt
tiếp theo (giống như dây chuyền sản xuất linh hoạt loạt nhỏ)
 FMS ngẫu nhiên: Sản xuất bất kì một chi tiết nào ở một thời gian
 FMS mô đun: Cho phép người sử dụng mở rộng ra các loại trên.
3.Phạm vi ứng dụng và các ưu nhược điểm của hệ thống
3.1. Phạm vi ứng dụng
Trong nền sản xuất hiện đại việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạt đóng một vai trò
hết sức quan trọng. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) cho phép tự động hoá ở mức độ cao
đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC,các rôbốt
công nghiệp để điều khiển các đối tượng lao động, các đồ gá và các dụng cụ,các hệ thống
vận chuyển - tích trữ phơi với mục đích tối ưu hố q trình cơng nghệ và q trình sản
xuất.
Đặc điểm của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo sản phẩm mới.
Như vậy, nó rất thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn mà còn cho sản
xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ, thậm chí cả sản xuất đơn chiếc. Ví dụ như một số ứng
dụng
được áp dụng chính trong các lĩnh vực sản xuất sau:

+ Gia công cắt kim loại.
+ Tạo hình kim loại.
+ Lắp ráp.


+ Hàn.
+ Xử lý bề mặt.
+ Kiểm tra.
+ Kiểm nghiệm.
Trong đó FMS được sử dụng phổ biến nhất trong gia cơng cắt kim loại.
Tuy nhiên phân tích FMS trong điều kiện sản xuất đơn chiếc cho thấy sự không ăn khớp
giữa năng suất của FMS và phương pháp chuẩn bị sản xuất bằng tay. Cũng do việc sử
dụng không đồng bộ các hệ thống tự động hố mà q trình chuẩn bị sản xuất bị kéo dài.
Sự nối kết các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất với sự trợ giúp của
mạng máy tính nội bộ cho phép tăng năng suất lao động của các nhà thiết kế, các nhà công
nghệ và các nhà tổ chức sản xuất và do đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Các hệ thống sản xuất như vậy được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy
tính; CIM bao gồm: thiết kế trợ giúp của máy tính; lập quy trình có trợ giúp của máy tính;
lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra; kiểm tra chất lượng có trợ giúp của máytính; và sản xuất
có trợ giúp của máy tính.
3.2. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
a. Ưu điểm
 Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất
 Sản xuất đồng thời được nhiều loại sản phẩm khác nhau
 Giảm thời gian thiết lập và thời gian chờ đợi trong sản xuất
 Sử dụng thiết bị máy móc hiệu quả
 Giảm chi phí sản xuất cho nhân cơng lao động
 Có khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu khác nhau
 Khi một máy bị sự cố, các máy khác vẫn có thể làm việc được.
b. Nhược điểm

 Giá thành đầu tư xây dựng ban đầu thường rất lớn


II. Hệ thống sản xuất tích hợp CIM
1. Các định nghĩa về CIM
CIM (Computer Integrated Manufacturing) là hệ thống sản xuất tự động hồn chỉnh có sự
trợ giúp của máy tính. Trong hệ thống CIM các chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết
với nhau, cho phép tạo ra những sản phẩm nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh
hoạt và hiệu quả. Khái niệm về CIM tuy chưa xuất hiện lâu (vào đầu những năm 70)
nhưng ngày nay đã trở thành quen thuộc trong sản xuất hiện đại, cùng với sự phát triển của
sản xuất, sự phát triển của khoa học công nghệ đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hố và
phần mềm máy tính thì một hệ thống CIM được triển khai ở một cơ sở sản xuất công
nghiệp ngày càng trở nên quen thuộc và trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các
thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hoặc các bộ vi xử lí.
CIM là giải pháp ứng dụng các máy tính và mạng liên kết để chuyển các công nghệ riêng
lẻ thành các hệ thống sản xuất tích hợp ở trình độ cao.
Có nhiều định nghĩa về CIM, tùy thuộc vào mục đích ứng dụng của nó:
Theo hiệp hội các nhà sản xuất – SME (Society of Manufacturing Engineers): CIM là một
hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất cả các chức năng
thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn hàng cho đến cung cấp các sản
phẩm của một nhà máy sản xuất.
Theo từ điển công nghệ tiên tiến: CIM là một nhà máy tự động hóa tồn phần, nơi mà tất
cả các q trình sản xuất được tích hợp và được điều khiển của máy tính.
Theo định nghĩa của cơng ty máy tính IBM: CIM là một ứng dụng, có khả năng cung cấp
cơ sở nhận thức cho việc tích hợp dịng thơng tin của thiết kế sản phẩm, của kế hoạch sản
xuất, của việc thiết lập và điều khiển các nguyên công.
Theo hãng SIEMENS: CIM không phải là một sản phẩm hoàn thiện mà là một chiến lược
và là một khái niệm để đạt các mục đích thị trường của một nhà máy.
Mục đích của CIM là tăng lợi nhuận của nhà sản xuất. Để tăng lợi nhuận các nhà sản xuất
phải không ngừng nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời phải tăng tính

linh hoạt của hệ thống sản xuất nhờ công nghệ tiên tiến của CIM.


2. Các thành phần của CIM:
Một hệ thống CIM có thể được xem tạo thành từ các phân hệ sau:
+ CAD, CAM, CAP, CAPP.
+ Các tế bào gia công.
+ Hệ thống cấp liệu.
+ Hệ thống lắp ráp linh hoạt.
+ Hệ thống mạng LAN nội bộ liên kết các thành phần trong hệ thống.
+ Hệ thống kiểm tra và các thành phần khác.
Các thành phần của CIM:

Phạm vi của CAD/CAM và CIM
CIM bao gồm tất cả các chức năng công nghệ của CAD/CAM cũng như hoạt động kinh
doanh của công ty.
Một hệ thống CIM lý tưởng thường áp dụng công nghệ máy tính vào tất cả các hoạt động
sản xuất và xử lý thông tin trong sản xuất, từ nhận đơn hàng, thiết kế và sản xuất đến vận
chuyển hàng hoad và hỗ trợ sau bán hàng.
Thiết lập một hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính CIM là một vấn đề
khơng đơn giản nó khơng chỉ phụ thuộc vào khả năng tài chính của cơng ty mà còn phụ
thuộc vào đội ngũ nhân lực của cơng ty do đó việc ứng dụng một hệ thống CIM vào sản


xuất của một công ty phải được xem xét một cách cẩn thận. Thực tế khi mà sản xuất phát
triển, nhu cầu của khách hàng thay đổi thường xuyên và không ngừng nâng cao, sự cạnh
tranh mạnh của nhiều công ty cần thiết. Trong hệ thống CIM chức năng thiết kế và chế tạo
đợc gắn kết với nhau cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm và tạo ra sản phẩm
một cách nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả. Với hệ thống
CIM, nó có khả năng cung cấp sự trợ giúp máy tính cho tất cả các chức năng thương mại,

bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp, phân phối sản
phẩm của một nhà máy.
CIM tham gia vào môi trường sản xuất công nghiệp: điều khiển robot, lắp ráp, gia cơng,
sơn phủ đánh bóng, gia cơng hàn, kiểm sốt chất lượng sản phẩm, đóng gói, vận chuyển và
phân phát hàng hố.
CIM tham gia vào các q trình cơng nghệ: thiết kế và sản xuất có trợ giúp máy tính
(CAD/CAM). Lập kế hoạch sản xuất và quy trình cơng nghệ có trợ giúp của máy tính
(Computer Aided Process Planning/ Computer Aided Engineering (CAPP/CAE).
CIM bao gồm mạng và các hệ thống: các phần cứng và phần mềm truyền thông trong nhà
máy, quản lý thông tin dữ liệu bao gồm cả việc thu thập, luư trữ và truy xuất dữ liệu.
CIM tham gia vào việc cải thiện khơng ngừng các q trình sản xuất: lập kế hoạch và kiểm
soát nguyên liệu đầu vào, các hệ thống theo dõi và kiểm soát chất lượng, các kỹ thuật và
phương pháp thanh tra giám sát như lập kế hoạch và quản lý nguồn lực sản xuất, lập kế
hoạch và quản lý nguồn lực cơng ty, kiểm tra chất lợng tồn bộ và phương thức sản xuất
đáp ứng kịp thời sự thay đổi nhanh chóng của các chủng loại sản phẩm
3. Ưu điểm của CIM:
+ Tính linh hoạt của sản phẩm và của sản lượng.
+ Nâng cao năng suất và chất lượng gia cơng.
+ Hồn thiện giao diện gữa thiết kế và sản xuất.
+ Giảm lao động trực tiếp và lao động gián tiếp.
+ Thiết kế có năng suất và độ chính xác cao.
+ Tiêu chuẩn hóa cao.
+ Tiết kiệm thời gian và mặt bằng sản xuất.


+ Tạo cơ sở dữ liệu chung để loại trừ các bộ phận chứa dữ liệu độc lập.
+ Loại trừ các công việc lặp lại không cần thiết.
+ Giảm thời gian giám sát sản xuất và số cán bộ trực tiếp thực hiện cơng việc này
4. Qúa trình thực hiện CIM
CIM được tiến hành xây dựng cho một công ty theo 3 bước như sau:

Bước 1: Đánh giá công ty ở 3 lãnh vực sau:
– Kỹ thuật
– Nguồn nhân lực
– Hệ thống hoạt động.
Để tiến hành xây dựng một hệ thống CIM trên tồn bộ một cơng ty địi hỏi phải có kế hoạch,
chiến lược, sách lược cụ thể, phải có sự đầu tư về nhân lực, thiết bị phần cứng, phần mềm và
được tiến hành nghiêm túc trong nhiều tháng. Do đó, sự đánh giá phải được thực hiện ở bước
đầu để chuẩn bị cho 2 bước tiếp theo là: chuẩn hóa và đơn giản hóa các quy trình, các dữ liệu
sản xuất, từ đó làm cơ sở cho việc thực hiện tự động hóa hệ thống CIM. Sự đánh giá về mặt
kỹ thuật, nguồn nhân lực, những hệ thống của công ty là để xác định:
– Đánh giá mức độ hiện tại về kỹ thuật và độ phức tạp của quá trình sản xuất trung và dài hạn
của công ty.
– Đánh giá hiệu quả của hiện trạng sản xuất (từng phần và/hoặc tổng thể toàn hệ thống) so
với chiến lược dài hạn và ngắn hạn đã được đề ra;
– Nêu ra những vấn đề, những điểm chưa phù hợp với mục tiêu, tiêu chí chung
– Đánh giá tinh thần sẵn sàng của công nhân để xây dựng một hệ thống tự động trên tồn
cơng ty.
Bước 2: Chuẩn hóa - Đơn giản hóa – Loại trừ lãng phí
Đơn giản hóa là một q trình loại bỏ sự lãng phí, những điểm không phù hợp từ các hoạt
động hay các công đoạn không cần thiết để nâng cao năng xuất và hiệu quả làm việc ở mỗi
bộ phận trong công ty. Sự lãng phí chính là những hoạt động, những q trình khơng làm
tăng thêm giá trị của sản phẩm khi được hồn thành. Như trong q trình gia cơng từ nguyên
liệu ban đầu đến lúc thành phẩm thì nguyên liệu phải trải qua 5 công đoạn: di chuyển, chờ
trong thời gian thiết lập máy, chờ đến lượt gia công, được gia công và kiểm tra. Trong 5 công


đoạn trên chỉ có cơng đoạn được gia cơng là làm tăng giá trị của sản phẩm, các cơng đoạn
cịn lại không làm tăng thêm giá trị của sản phẩm, do đó cần loại bỏ hay rút ngắn thời gian ở
những công đoạn này để nâng cao năng suất làm việc của công ty. Kiểm tra trực tuyến, kiểm
tra tại chỗ hoặc kiểm tra không phá hủy là những biện pháp hiệu quả giúp gia tăng giá trị sản

phẩm và giảm bớt hao phí.
Bước 3: Thực hiện hệ thống CIM đi kèm với việc đánh giá kết quả đạt được. Việc thực hiện
này nên bắt đầu từng phần ở những khâu tồn tại vấn đề nhạy cảm nhất.
Trong quá trình thực hiện hệ thống CIM tại cơng ty, thì việc đánh giá kết quả đạt được là một
công việc không thể thiếu và phải tiến hành song song với quá trình thực hiện. Việc đánh giá
gồm có hai u cầu: đánh giá sự thành công của việc tiến hành xây dựng hệ thống CIM trong
những khoảng thời gian đều đặn và ghi chép lại những thay đổi chủ yếu trong sản xuất và
kinh doanh, việc đánh giá này dựa trên các chỉ số sau:
– Thời gian vòng đời của sản phẩm
– Những thay đổi loại sản phẩm trong kho
– Thời gian thiết lập quá trình sản xuất
– Năng suất sản xuất
– Chất lượng của sản phẩm
– Năng suất làm việc của nhân viên
– Những đề nghị cải tiến của nhân viên


TLTK
/> />PGS.TS Trần Văn Địch, Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và sản xuất tích hợp CIM, Nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2001.
Nguyễn Quang Tuyến, Giáo trình hệ thống sản xuất linh hoạt