BÀI TẬP PHÂN TÍCH HỆ THỐNG FMS VÀ CIM CADCAM HCMUT

Trình bày hiểu biết của em và phân tích các đặc điểm của từng thành phần trong hệ
thống FMS & CIM mà em đã tìm hiểu và giới thiệu trong bài tập trước.
1. Các thành phần của hệ thống FMS
Một hệ thống FMS có 03 thành phần cơ bản: Các trạm xử lý, tích trữ và xử lý vật liệu,
máy tính kiểm tra.
1.1. Các trạm xử lý
Những trạm này chính là những máy CNC. 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 không chỉ đạt mức độ tự động hóa gia cơng cao mà cịn tạo khả năng điều
chỉnh nhanh để gia công 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).
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 công nhân
được tự động hóa thì tỷ lệ thời gian máy tăng lên, có nghĩa là tăng được năng suất của
thiết bị.
Bên cạnh đó cịn có Rơbơt cơng nghiệp - là thiết bị vạn năng để tự động hố q trình
thường xuyên thay đổi đối tượng gia công và dụng cụ gia công. Rôbôt công nghiệp là
một máy tự động được lập trình và có khả năng thay thế con người để thực hiện các chức
năng di chuyển đối tượng gia cơng và dụng cụ gia cơng trong q trình gia cơng của
FMS.
Rơbơt cơng nghiệp trong FMS có các đặc tính cơng nghệ sau.
- Tính di động của bản thân rơbơt: loại cố định hay di động.
- Trọng tải nâng của rôbôt: loại siêu nhẹ (≤ 1 kg), loại nhẹ (1 ÷ 10 kg), loại trung bình (10
÷ 100 kg), loại nặng (> 100 kg).
- Số lượng tay máy.


- Hệ toạ độ của rôbôt: bao gồm hệ toạ độ hình chữ nhật, hệ toạ độ hình trụ, hệ toạ độ hình

cầu
- Dạng truyền động của rơbơt: có hệ truyền động khí nén, thuỷ lực, điện.
- Kiểu cấu tạo của rơbơt.
- Tính vạn năng của rơbơt.
- Độ chính xác của rơbơt: loại chính xác thấp (định vị có sai số > 1mm), loại chính xác
trung bình (0,1- 1 mm), loại chính xác cao (<0,1 mm).
- Bậc tự do của rơbơt. - Bước di chuyển của cánh tay rơbơt.
- Tính tác động nhanh của rôbôt.
- Dạng điều khiển của rôbôt: bao gồm dạng điều khiển theo chu kỳ, dạng điều khiển theo
vị trí, dạng điều khiển theo contour.
- Phương pháp lập trình cho rơbơt.
- Dung lượng bộ nhớ của rơbơt.
1.2. Tích trữ và xử lý vật liệu
Những loại thiết bị xử lý vật liệu tự động được sử dụng để vận chuyển những chi tiết và
cụm lắp ráp giữa những trạm xử lý. Hệ thống vận chuyển – tích trữ chi tiết gia công trong
FMS thực hiện các chức năng sau đây:
- Vận chuyển các chi tiết gia công (phôi) trong thùng chứa hoặc trên các vệ tinh tới vị trí
tiếp nhận để bổ sung vào ổ tích có dung lượng nhỏ đặt cạnh các máy.
- Lưu trữ trong các ổ tích có dung lượng lớn các chi tiết dự trữ giữa các nguyên công trên
các vệ tinh hoặc trong thùng chứa và theo lệnh của máy tính vận chuyển chúng tới vị trí
tiếp nhận để tiếp tục gia cơng.
- Vận chuyển các chi tiết đã được gia công trên các máy tới vị trí tháo chi tiết và chuyển
các vệ tinh tự do về vị trí cấp phơi hoặc về ổ tích trữ.
- Vận chuyển các chi tiết đã được gia cơng tới vị trí kiểm tra (ngun cơng kiểm tra trung
gian) và chuyển chúng về vị trí tiếp nhận để gia cơng tiếp.
Hệ thống vận chuyển – tích trữ chi tiết được thiết kế chủ yếu theo ba phương án: loại giá
tích trữ với máy xếp đống, loại băng tải tích trữ và phương án tổ hợp (gồm băng tải tích
trữ và giá tích trữ với máy xếp đống được treo trên giá hoặc các xe tời di chuyển trên

đường ray). Để nâng cao hiệu quả sử dụng của các máy CNC nhiều nguyên công, các
máy này được trang bị các cơ cấu thay đổi tự động các chi tiết gia công và các hệ thống
vận chuyển với các ổ tích (các magazin) vệ tinh. Các cơ cấu này cho phép tự động điều
chỉnh các máy khi chuyển đối tượng gia công và cho phép các máy này hoạt động trong
hệ thống FMS.
1.3. Hệ thống đo kiểm, kiểm tra tự đông
Việc đo kiểm tự động được dùng để phối hợp các hoạt động ở những trạm xử lý và hệ
thống xử lý vật liệu. Hệ thống kiểm tra tự động của FMS là một khâu rất quan trọng, bởi
vì nó xác định khả năng khơng có sự tham gia của con người trong FMS. Hệ thống kiểm
tra tự động giải quyết những vấn đề sau đây:
- Nhận và trình thơng tin về các tính chất, trạng thái kỹ thuật và cách bố trí khơng gian
của các đối tượng được kiểm tra, đồng thời cả về trạng thái của môi trường công nghệ và
điều kiện sản xuất.
- So sánh giá trị thực tế với giá trị danh nghĩa của thông số.
- Truyền thơng tin về sự khơng tương thích với các mơ hình của q trình sản xuất để kịp
thời hiệu chỉnh trên các cấp điều khiển khác nhau của hệ thống FMS.
- Nhận và trình thơng tin về thực hiện chức năng. Hệ thống kiểm tra tự động cần đảm
bảo: - Khả năng điều chỉnh tự động các thiết bị kiểm tra trong phạm vi một chủng loại
của các đối tượng được kiểm tra.
- Phối hợp các đặc tính động lực học của hệ thống kiểm tra tự động với các tính chất
động lực học của các đối tượng cần được kiểm tra.
- Độ tin cậy của kiểm tra, kể cả kiểm tra việc chuyển đổi và truyền thông tin.
- Độ ổn định của các thiết bị kiểm tra.
Con người cũng được xem như là một trong những thành phần của FMS, nhằm quản lý
những hoạt động của FMS. Những công việc chuyên biệt sẽ do con người thực hiện
gồm: đưa nguyên liệu thô vào hệ thống, lấy chi tiết ra khỏi hệ thống, thay đổi và sửa chữa
dụng cụ cắt, bảo dưỡng và thay thế thiết bị, lập chương trình NC, nạp chương trình và
vận hành máy tính.
2. Các thành phần của CIM

2.1. Thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD)
Là hệ thống sử dụng máy tính để thiết kế sản phẩm. Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính
(CAD) là thiết lập, hiệu chỉnh, hoặc trình bày các bản vẽ kỹ thuật sử dụng cơng cụ đồ họa
máy tính. Có nhiều lý do quan trọng khác nhau để sử dụng hệ thống CAD trong thiết kế
kỹ thuật như:
− Tăng hiệu quả cho người thiết kế, giảm thời gian tổng hợp, phân tích, giải thích việc
thiết kế cho người thiết kế.
− Cải tiến chất lượng của việc thiết kế. Việc sử dụng hệ thống CAD với những tính năng
phần cứng và phần mềm thích hợp sẽ cho phép người thiết kế thực hiện cơng việc thiết kế
một cách hồn thiện hơn, có thể lựa chọn phương án tối ưu từ nhiều phương án thiết kế
khác nhau. Từ đó nâng cao chất lượng quá trình thiết kế.
− Nâng cao chất lượng tài liệu thiết kế. Các kết quả đồ họa có được từ hệ thống CAD có
chất lượng hơn sự thiết kế bằng thủ cơng. Các bản vẽ tiêu chuẩn hơn, ít lỗi và dễ đọc hơn.
− Có thể thiết lập các dữ liệu cơ sở cho sản xuất như hình dạng hình học, kích thước, vật
liệu, … của sản phẩm
Một hệ thống CAD có thể được dùng ở 4 bước của quá trình thiết kế là:
- Tổng hợp vẽ mẫu hình học
- Phân tích và đánh giá cơ khí
- Kiểm nghiệm - Thiết kế tối ưu
- Trình bày (vẽ thiết kế tự động)
2.2. Máy điều khiển theo chương trình số NC/CNC
Một hệ thống điều khiển số bao gồm ba thành phần cơ bản sau:
- Chương trình: Là tập hợp từng bước các lệnh riêng biệt để điều khiển hoạt động của
thiết bị sản xuất. Các lệnh chỉ ra vị trí của trục quay của máy công cụ so với bàn máy.
Các chương trình cải tiến cịn chỉ ra được tốc độ quay của trục, dụng cụ cắt và nhiều
chức năng khác. Chương trình phải được mã hóa và được chứa trên một cơ cấu trung
gian trước khi chuyển vào bộ phận điều khiển. Cơ cấu trung gian đầu tiên được sử dụng
là băng đột lỗ, rồi phát triển đến băng từ, hoặc các loại bộ nhớ máy tính.

- Bộ phận xử lý: Là nơi đọc, phân tích, phiên dịch chương trình và chuyển đổi chúng
thành chuyển động của các dụng cụ gia công hoặc là các thiết bị sản xuất khác.
- Thiết bị sản xuất: Cũng là một trong các bộ phận cơ bản của một hệ thống NC bao gồm:
bàn máy, trục chính, …
Đặc trưng cơ bản của máy CNC:
- Tính tự động cao
- Tính linh hoạt cao
- Độ chính xác và chất lượng gia cơng
- Khả năng tập trung nguyên công
- Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật
Cấu trúc của một máy CNC:
Cấu trúc của một máy CNC gồm hai phần chính là phần điều khiển và phần chấp
hành
Phần điều khiển Phần điều khiển gồm có chương trình điều khiển và cơ cấu điều khiển:
- Chương trình điều khiển: là tập hợp các tín hiệu, còn gọi là các lệnh để điều khiển máy,
được mã hóa chữ cái, số và các ký hiệu khác. Chương trình này ghi lên cơ cấu mang
chương trình dưới dạng mã nhị phân, thập nhị phân.
- Các cơ cấu điều khiển: nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện việc biến đổi
cần thiết để có được dạng tín hiệu cần thiết, phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu
chấp hành, đồng thời kiểm tra hoạt động của chúng thơng qua các tín hiệu hồi tiếp từ hệ
thống cảm biến.
Phần chấp hành:
Đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt trực tiếp để tạo hình chi tiết, gồm máy cắt kim
loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa như là các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao,
bôi trơn, cấp phôi tự động, làm nguội, bôi trơn,…
2.3 Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính (CAM)
Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính (CAM) là việc ứng dụng có hiệu quả cơng nghệ
máy tính vào trong việc hoạch định, quản lý và điều khiển quá trình sản xuất. Có thể chia
ứng dụng của CAM vào hai phạm trù chính là quản lý sản xuất và điều khiển sản xuất.

Hai phạm trù này chỉ ra hai mức độ liên quan khác nhau của máy tính vào trong các q
trình sản xuất của một nhà máy
Quản lý sản xuất:
Máy tính được sử dụng một cách gián tiếp để hỗ trợ cho các hoạt động sản xuất, khơng
có một sự kết nối trực tiếp nào giữa máy tính và các quá trình sản xuất.
Một số ứng dụng của CAM trong phạm trù này:
- Dự tính chi phí:
- Hoạch định quy trình sản xuất (CAPP).
- Hệ thống máy tính hóa các dữ liệu gia cơng
- Lập trình chương trình NC
- Cải tiến các chuẩn công việc
Điều khiển sản xuất:
Bao gồm các quá trình chuẩn bị sản xuất và các hoạt động điều khiển sản xuất. Ngày nay,
hệ thống điều khiển quy trình sản xuất bằng máy tính đã phổ biến rộng khắp trong các hệ
thống sản xuất tự động bao gồm: hệ thống băng chuyền, hệ thống lắp ráp, xử lý vật liệu,
hệ thống sản xuất linh hoạt, …