Nghiên cứu thiết kế hệ thống vận chuyển trong MiniCIM

LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian thực hiện đồ án tại xưởng thực hành cơ khí của Trường Đại
Học Phương Đông em đã rút ra được rất nhiều kinh nghiệm thực tế em chưa
được biết. Để có kiến thức thực tế ngày hôm nay, trước hết em xin chân thành
cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện – Cơ điện tử trường ĐHDL Phương
Đông đã giảng dạy và trang bị cho em những kiến thức cơ bản, đồng thời tận
tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình học tập. Bên cạnh đó, em xin gửi
lời cảm ơn chân thành đến Ths.Phạm Hải Yến đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi để em hoàn thành tốt mọi nhiệm vụ trong quá trình làm đồ án.
Trong thời gian thực hiện đồ án tại xưởng, em đã học được rất nhiều kiến
thức thực tế. Như cách tổ chức làm việc các phòng ban, cách làm việc và tác
phong làm việc, máy móc về cơ khí, điện tử. Đây là những kiến thức bổ ích cho
công việc trong tương lai của em.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên trong tập thể lớp 513,
đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị khi thực hiện đề tài này.
Trong quá trình thực hiện đồ án và làm báo cáo, do còn nhiều sai sót. Em
mong các thầy cô chỉ bảo thêm giúp em hoàn thành và đạt kết quả tốt hơn. Em
xin chân thành cảm ơn
Hà Nội, ngày………tháng………năm 2017
SINH VIÊN


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM.............................................2
A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG...............................................................2
1. Các khái niệm cơ bản về CIM............................................................................2
1.1

Định nghĩa CIM......................................................................................2

1.2

Sự phát triển của CIM trên thế giới........................................................2

1.3

Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam....................................4

2. Ứng dụng và hiệu quả của CIM ........................................................................5
2.1

Ứng dụng của CIM.................................................................................5

2.2

Hiệu quả của CIM..................................................................................6

3. Các thành phần cơ bản và nguyên lý hoạt động của MINICIM.........................7
3.1

Trạm lắp ráp sản phẩm...........................................................................7

3.2

Trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển sản phẩm...............................12

3.3

Trạm lưu kho sản phẩm........................................................................14

3.4

Trạm điều khiển và giám sát trung tâm.................................................15

3.5

Nguyên lý hoạt động của MINICIM.....................................................16

B. CẤU TRÚC HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN TRONG CIM..................................17
1. Robot................................................................................................................18
1.1

Ứng dụng robot công nghiệp trong hệ thống CIM................................20

1.2

Các yêu cầu đối với các robot hoạt động trong hệ thống CIM..............20

2. Hệ thống vận chuyển sản phẩm........................................................................21
2.1

Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển...........................................21

2.2

Hệ thống vận chuyển chi tiết gia công của CIM...................................21

CHƯƠNG 2:........................................................................................................26
CƠ SỞ THIẾT KẾ ROBOT VẬN CHUYỂN CHO HỆ THỐNG......................26
1. Khái niệm về Robot.........................................................................................26

1.1

Các thành phần cơ bản của MINICIM..................................................26

1.2

Robot công nghiệp................................................................................30

1.3

Bậc tự do của Robot ( DOF: Degrees of Freedom )..............................30

1.4

Hệ toạ độ ( coordinate frames )............................................................31


1.5

Trường công tác của robot ( Workspace or range of motion )...............32

1.6

Kêt cấu chung của Robot công nghiệp..................................................33

2. Phân loại Robot................................................................................................35
2.1

Phân loại theo kết cấu...........................................................................35

2.2

Phân loại theo kiểu điều khiển..............................................................36

2.3

Phân loại theo hệ thống truyền động.....................................................36

2.4

Phân loại robot theo ứng dụng..............................................................36

3. Vai trò của robot trong hệ thống CIM...............................................................37
3.1

Yêu cầu đối với robot công nghiệp.......................................................37

3.2

Đặc tính công nghệ của robot công nghiệp...........................................37

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ROBOT VẬN CHUYỂN CHO HỆ
THỐNG...............................................................................................................45
1. Các thông số kỹ thuật của Robot......................................................................45
2. Trình bày nguyên lý hoạt động của robot.........................................................46
3. Tính toán, thiết kế một số chi tiết điển hình của robot.....................................47
3.1

Một số chi tiết điển hình của robot.......................................................47

3.2

Cấu tạo của hệ thống vận chuyển sản phẩm.........................................50

3.3

Thiết kế quy trình công nghệ gia công một số chi tiết của robot..........53

4. Cơ cấu tay kẹp của robot..................................................................................83
4.1

Khái niệm và phân loại tay kẹp............................................................83

4.2

Kết cấu của tay kẹp...............................................................................83

4.3

Tính toán tay kẹp robot.........................................................................89

5. Tính toán lựa chọn thiết bị...............................................................................92
5.1

Xilanh kép............................................................................................92

5.2

Xilanh nâng hạ......................................................................................93

5.3

Xilanh Quay..........................................................................................94

5.4

Xilanh không trục(xilanh trượt)............................................................95


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Trạm cấp phôi tự động...........................................................................7
Hình 1.2: Trạm xử lý gia công phôi......................................................................9
Hình 1.3 Trạm lắp ráp sản phẩm.........................................................................10
Hình 1.4: Trạm kiểm tra và phân loại sản phẩm..................................................11
Hình 1.5 Cánh tay khí nén di chuyển vật............................................................13
Hình 1.6 Trạm lưu kho sản phẩm.......................................................................14
Hình 1.7 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm................................................15
Hình 1.8 Màn hình giám sát TP 177A và PLC S7 300........................................16
Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống CIM...........................................................................18
Hình 1.11 Robot trong hệ thống CIM..................................................................18
Hình 1.12 Ổ tích vệ tinh với xe tời di động của hãng Hitachi Seiki(Nhật Bản)..22
Hình 1.13 Hệ thống vận chuyển-tích trữ vệ tinh trong CIM của ang Cincinnati
Milacron (Mỹ). 1: Băng tải tích trữ con lăn; 2: Cơ cấu quay; 3: Vị trí bàn bổ
xung; 4: Các máy nhiều nguyên công; 5: Cơ cấu tiếp nhận-cấp phát; 6: ổ tích
con lăn phụ trợ; 7: Vị trí cấp chi tiết; 8: Vị trí tháo chi tiết................................23
Hình 1.14 Lưu đồ nhiệm vụ làm việc của đề tài..................................................24
Hình 2.1:Các tọa độ suy rộng của robot..............................................................31
Hình 2.2 Qui tắc bàn tay phải..............................................................................32
Hình 2.3 Biểu diễn trường công tác của robot.....................................................32
Hình 2.4 Robot kiểu tọa độ Đề các......................................................................34

Hình 2.5 Robot kiểu tọa độ trụ............................................................................34
Hình 2.6 Robot kiểu tọa độ cầu...........................................................................35
Hình 2.7 Robot kiểu SCARA..............................................................................35
Hình 3.1 Xilanh chống xoay................................................................................47
Hình 3.2 Cấu tạo của Xilanh tịnh tiến.................................................................47
Hình 3.3 Xilanh tịnh tiến 2 pít-tông....................................................................48
Hình 3.4 Xilanh không trục.................................................................................48
Hình 3.5 Xilanh Quay..........................................................................................49
Hình 3.6 Má kẹp chữ V.......................................................................................49
Hình 3.7 Hai mặt bích định vị.............................................................................49


Hình 3.8 Cấu tạo xilanh quay..............................................................................50
Hình 3.9 Xilanh tịnh tiến chống xoay.................................................................50
Hình 3.10 Cấu tạo chính của xilanh tịnh tiến......................................................51
Hình 3.11 Xilanh 2 pít-tông chống xoay.............................................................51
Hình 3.12 Tay kẹp khí nén...................................................................................52
Hình 3.13 Hình chiếu má kẹp chữ V...................................................................54
Hình 3.14 Nguyên công I....................................................................................55
Hình 3.15 Nguyên công II...................................................................................57
Hình 3.16 Nguyên công III..................................................................................59
Hình 3.17 Nguyên công IV.................................................................................61
Hình 3.18 Nguyên công V...................................................................................64
Hình 3.19 Nguyên công VI..................................................................................66
Hình 3.20 Nguyên công VII................................................................................70
Hình 3.22 Nguyên công VIII...............................................................................72
Hình 3.23 Nguyên công IX.................................................................................74
Hình 3.24 Phay rãnh............................................................................................76
Hình 3.25-3.26 Phay 2 mặt chữ V.......................................................................76
Hình 3.27 Phay bao hình 2 mặt bích...................................................................77

Hình 3.28 Phay hạ mũ ốc và khoan lỗ.................................................................77
Hình 3.29 Taro M8..............................................................................................78
Hình 3.30 Phay bao hình cánh tay.......................................................................78
Hình 3.31 Phay hạ mũ ốc và khoan lỗ cho cánh tay............................................79
Hình 3.32 TaroM3...............................................................................................79
Hình 3.33 Phay bao hình ụ bắt tay kẹp................................................................80
Hình 3.34 Phay hạ bậc ụ bắt tay kẹp...................................................................80
Hình 3.35 Khoan 2 lỗ Ø 4.5................................................................................81
Hình 3.36 Khoan 2 lỗ Ø 3.5................................................................................82
Hình 3.37 Phay hạ bậc rãnh ở giữa......................................................................82
Hình 3.38 Tay kẹp không có điều khiển..............................................................84
Hình 3.39 Tay kẹp cơ khí có cơ cấu hãm............................................................84
Hình 3.40 Tay kẹp có truyền động thủy lực........................................................85


Hình 3.41 Tay kẹp có truyền động khí nén..........................................................85
Hình 3.42 Tay kẹp sử dụng truyền động thanh rang............................................86
Hình 3.43 Kết cấu của tay kẹp điện từ và chân không........................................87
Hình 3.44 Sơ đồ tay kẹp dung buồng đàn hồi.....................................................87
Hình 3.45 Sơ đồ tay kẹp thích nghi.....................................................................88
Hình 3.46 Sơ đồ tay kẹp......................................................................................89
Hình 3.47 Tính toán piston-xilanh.......................................................................90
Hình 3.48 Cơ cấu tay kẹp....................................................................................91
Hình 3.49 Tính lực xilanh....................................................................................93
Hình 4.1 Lắp mặt bích lên xilanh trượt...............................................................97
Hình 4.2 Lắp xilanh quay lên xilanh trượt..........................................................97
Hình 4.3 Lắp mặt bích lên xilanh quay................................................................97
Hình 4.4 Lắp xilanh tịnh tiến lên xilanh quay.....................................................98
Hình 4.5 Lắp cánh tay robot lên xilanh tịnh tiến.................................................98
Hình 4.6 Lắp xilanh tịnh tiến lên cánh tay robot.................................................98

Hình 4.7 Lắp tay kẹp khí nén vào cánh tay robot................................................99
Hình 4.8 Lắp má kẹp lên tay kẹp.........................................................................99


LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrade Manufacturing) là hệ
thống sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trên thế giới.
Khái niệm về CIM tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973.
Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ
CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất. CIM đã 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 lý tự động.
So với các hệ thống sản xuất truyền thống, CIM có nhiều ưu điểm vượt trội
hơn hẳn. Hệ thống CIM không những làm tăng năng suất và chất lượng sản
phẩm, hạ giá thành của sản phẩm mà còn có khả năng linh hoạt cao, đáp ứng
được những thay đổi nhanh chóng của thị trường.
Trong nội dung đồ án tốt nghiệp của sinh viên ngành cơ điện tử, với sự
hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn GS.TS. Đinh Công Mễ, ThS. Phạm
Hải Yến , trường Đại học Phương Đông. Chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu,
thiết kế hệ thống vận chuyển trong MiniCIM” phù hợp với khả năng cũng như
thời gian thực hiện.
Để thực hiện đề tài, trước hết chúng em đã nghiên cứu, khảo sát về các hệ
thống CIM đã và dang được ứng dụng, sau đó lựa chọn hệ thống phù hợp để
thiết kế và chế tạo. Quá trình thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình thiết kế hệ
thống điều khiển được tiến hành đồng thời. Đồ án được chia làm 6 chương, mỗi
chương được tách ra các phần nhỏ hơn, đồng thời có kèm theo phụ lục về các
bản vẽ và phụ lục về chương trình điều khiển.
Chương 1. Tổng quan về hệ thống CIM.
Chương 2. Cấu trúc hệ thống vận chuyển trong CIM.

Chương 3. Tính toán và thiết kế robot vận chuyển.
Chương 4. Sản phẩm thực tế
Sau thời gian thực hiện, đề tài đã hoàn thành kết quả bước đầu đã đạt
được những thành công nhất định.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giúp đỡ chúng em trong quá
trình thực hiện đề tài. Đặc biệt là các thầy GS.TS. Đinh Công Mễ, ThS. Phạm
Hải Yến đã tâm huyết hướng dẫn chúng em. Chúng em xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ của các thầy cô, khoa Điện-Cơ Điện Tử, trường Đại học Phương
Đông đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài.
SV thực hiện đồ án

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM
A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG
1. Các khái niệm cơ bản về CIM.
1.1 Định nghĩa CIM.
CIM (Computerize Integrate Manufacturing ). Là hệ thống sản xuất tích hợp
có sự trợ giúp của máy tính. Có nhiều định nghĩa khác nhau về CIM và các định
nghĩa đó lại có nhiều ý nghĩa khác nhau, tùy thuộc vào mục đích ứng dụng của
nó. Sau đây là một vài định nghĩa về CIM.
Công ty Các hệ thống tự động và máy tính CASA (The Computer and
Automated Systems Association) của hội những nhà sản xuất SME (Society of
Manufacturing Engineers) định nghĩa: 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 đặt hàng cho đến cung cấp sản
phẩm của một nhà máy sản xuất.
Từ điển của công nghệ tiên tiến AMT định nghĩa: CIM là một nhà máy tự
động hóa toàn phần, nơi mà tất cả các quá trình sản xuất được tích hợp và được

điều khiển của máy tính.
Công ty máy tính của Mĩ IBM cho rằng: CIM là một ứng dụng, có khả năng
cung cấp cơ sở nhận thức cho việc tích hợp dòng thông tin của thiết kế sản
phẩm, của kế hoạch sản xuất, của việc thiết lập và điều khiển các nguyên công.
Hãng SIMENS của Đức lại cho rằng: 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.
1.2 Sự phát triển của CIM trên thế giới.
Vào năm 1954, NC đã được đưa vào sản xuất và sau đó, vào năm 1955 sự
phát triển của công cụ xử lý lập trình tự động đã mở đầu cho sự xuất hiện của
CAM. CAD bắt đầu xuất hiện vào khoảng năm 1960 với công nghệ thiết kế cao
nhờ có sự trợ giúp của máy tính. Với sự xuất hiện của vi mạch vào đầu những
năm 1970, máy tính bắt đầu được ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực của sản
xuất.


Khái niệm về CIM đã được tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm
1973. Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh
từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất. CIM đã 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 lý tự động.
Mục đích hiện thực lâu dài của CIM có thể đạt được thông qua việc lập kế
hoạch phát triển ở tầm vĩ mô của các công ty. Sự tích hợp có hiệu quả đòi hỏi
kiến thức chuyên sâu về tất cả các quá trình công nghệ và hiểu biết sâu sắc về
các thiết bị sản xuất của công ty. Để cho việc ứng dụng CIM có hiệu quả thì việc
tích hợp các công nghệ tiên tiến AMT phải được thực hiện thông qua các máy
tính. Máy tính chỉ hoạt động như các tọa độ phụ của công nghệ. Tuy nhiên,
không có máy tính thì việc tích hợp sẽ không có hiệu quả.
Bộ quốc phòng Hòa kỳ đóng một vai trò quan trọng trong việc mở đường cho
công nghệ CIM. Năm 1975 họ bắt đầu lập chương trình sản xuất có trợ giúp của

máy tính của lực lượng không quân AFCAM ( Air Force Computer Aided
Manufacturing). Chương trình này cho phép tiếp cận tốt hơn đối với công nghệ
sản xuất. Nhờ kết quả đó mà sản xuất có trợ giúp của máy tính tích hợp ICAM
(Intergrated Computer Aided Manufacturing) đã được xây dựng vào năm 1976
tại phòng thí nghiệm vật liệu của không quân Hoa Kỳ dưới sự chỉ đạo của Ủy
ban kỹ thuật và Viện hàn lâm quốc gia NAEC (National Academy of
Enegineering Comittee) về sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CAM. Sau khi
bỏ chương trình ICAM vào năm 1985, không quân Hoa kỳ bắt đầu xây dựng
chương trình CIM.
Công ty Các hệ thống tự động và máy tính CASA của hội những nhà sản xuất
SME đã được thành lập vào năm 1975 để tập trung kiến thức trong lĩnh vực máy
tính và tự động hóa cho sự phát triển của sản xuất. Là một hội khoa học và đào
tạo, CASA/SME đã truyền bá khái niệm về CIM với đông đảo quần chúng và đã
xây dựng vòng tròn nhà máy CIM nhằm cung cấp cho công nghiệp sản xuất một
cái nhìn đúng đắn về CIM. Hội đồng kỹ thuật của CASA/SME đã thống nhất 5
vấn đề cơ bản của vòng tròn CIM như sau: Quản lý sản xuất và quản lý nguồn
nhân lực, sản xuất và quá trình, lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra, nhà máy tự
động hóa và quản lý nguồn thông tin. Vòng tròn CIM mô tả khía cạnh tích hợp


của CIM đối với quan điểm về quản lý sản xuất. CIM có những ưu điểm sau
đây:
- Tính linh hoạt của sản phẩm, của sản lượng và của vật liệu.
- Nâng cao năng suất và chất lượng của gia công.
- Hoàn thiện giao diện giữa 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 và sử dụng vật liệu hợp lý.
- 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 thực hiện công việc này.
- Có ưu điểm cạnh tranh đối với các đối thủ cạnh tranh.
Khái niệm về CIM được đưa ra trong thời gian đầu có vẻ như không đạt được
ý tưởng thực tế, tuy nhiên với công nghệ ngày nay thì CIM đạt được mục đích
không mấy khó khăn. Tương lai của kỹ thuật là ứng dụng CIM với tác động của
trí tuệ. Sản xuất trí tuệ là con đường của tương lai. Vì vây, công nghệ sản xuất
và các hệ thống CIM sẽ bao gồm cả trí tuệ để giúp các nhà máy chế tạo ra các
sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ.
1.3 Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam.
Nhịp độ phát triển của sản xuất tự động hóa toàn phần FMS & CIM phụ
thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó hai yếu tố: Lực lượng lao động có trình độ
chuyên môn cao và nguồn tài chính đóng vai trò quan trọng nhất. FMS & CIM
là những hệ thống sản xuất có mức độ tự động hóa cao, chúng đã và đang được
ứng dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển. Tuy ở Việt nam sản xuất tự
động hóa mới chỉ ở giai đoạn đầu của sự phát triển, nhưng để hoàn thành sự
nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước thì việc nghiên cứu, phát triển
và ứng dụng các hệ thống FMS & CIM đã và đang được quan tâm đặc biệt.


Hiện nay CIM còn là một khái niệm khá mới mẻ đối với các nhà máy tại Việt
Nam. Hầu như không thấy sự ứng dụng của các hệ thống CIM trong sản xuất mà
chỉ có một số rất ít các hệ thống Mini CIM được sử dụng trong đào tạo tại một
số trường đại học về kỹ thuật. Tiêu biểu là hệ thống MiniCIM của trường Đại
học Phương Đông.
Tuy nhiên với làn sóng đầu tư rất mạnh đang tràn vào Việt nam sau khi gia
nhập WTO, các hệ thống sản xuất tự động toàn phần đang phát triển nhanh
chóng và trong tương lai CIM sẽ được ứng dụng vào sản xuất. Để bắt kịp với sự
phát triển nhanh của nền công nghiệp thế giới, việc đào tạo ra một đội ngũ cán
bộ vận hành và quản lý có kiến thức về CIM là rất quan trọng. Vì vậy việc giảng

dạy về FMS & CIM đang được đặc biệt trú trọng tại các trường đại học kỹ thuật
của Việt nam.
2. Ứng dụng và hiệu quả của CIM .
2.1Ứng dụng của CIM.
Thiết lập một hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính CIM là
một vấn đề không đơn giản nó không chỉ phụ thuộc vào khả năng tài chính của
công ty mà còn phụ thuộc vào đội ngũ nhân lực của công ti 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
trên phạm vi toàn cầu thì yêu cầu ứng dụng một hệ thống CIM cho sản xuất là
rất cần thiết. Trong hệ thống CIM chức năng thiết kế và chế tạo được 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 công, sơn phủ đánh bóng, gia công hàn, kiểm soát chất lượng sản phẩm,
đóng gói, vận chuyển và phân phát hàng hoá .
CIM tham gia vào các quá trình công nghệ: thiết kế và sản xuất có trợ giúp
máy tính(CAD/CAM) . Lập kế hoạch sản xuất và quy trình công 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, lưu trữ
và truy xuất dữ liệu.
CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng các quá 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 công ty, kiểm tra
chất lượng toàn bộ và phương thức sản xuất đáp ứng kịp thời sự thay đổi nhanh
chóng của các chủng loại sản phẩm.
2.2Hiệu quả của CIM.
Hệ thống CIM có thể tạo ra lợi nhuận vững chắc cho người sử dụng hơn là
các hệ thống sản xuất thông thường khác. CIM cho phép một nhà máy sản xuất
thích ứng nhanh chóng với sự thay đổi của thị trường và cung cấp các hướng
phát triển cơ bản của sản phẩm trong tương lai. Với sự trợ giúp của các máy tính
trong CIM, các hoạt động phân đoạn của quá trình sản xuất được tích hợp thành
một hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi chảy với sự giảm thiểu thời
gian và chi phí sản xuất đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Trong hệ
thống CIM cho phép sử dụng tối ưu các thiết bị, nâng cao năng xuất lao động,
luôn ứng dụng các công nghệ tiên tiến và giảm thiểu sai số gây ra bởi con người,
kinh nghiệm sử dụng CIM cho thấy những lợi ích điển hình sau đây:
+ Nhanh chóng cho ra đời sản phẩm mới kể từ lúc nhận đơn đặt hàng:
+ Giảm 15-30% giá thành thiết kế.
+ Giảm 30-60% thời gian chế tạo chi tiết.
+ Tăng năng suất lao động lên tới 40-70%
+ Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được 20-50% phế phẩm.
+ Quản lý vật tư hàng hoá sát thực tế hơn.
+ Tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.


+ Hoàn thiện được phương pháp thiết kế sản phẩm, ví dụ: sử dụng
phương pháp phần tử hữu hạn cùng với máy tính cho phép thực hiện phép tính
nhanh hơn 30 lần so với các phương pháp thông thường khác cho nhiều phương
án thiết kế khác nhau.
3. Các thành phần cơ bản và nguyên lý hoạt động của MINICIM.

3.1 Trạm lắp ráp sản phẩm
3.1.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm phân phối gia công
Trạm cấp phôi gia công có chức năng lưu trữ và phân phối phôi cho toàn bộ
hệ thống. Phôi được chứa trong hộp đựng phôi và được đẩy ra máng nhờ động
cơ đẩy phôi. Cảm biến quang điện sẽ phát hiện sự có mặt của phôi trên máng và
bật tín hiệu, sau một thời gian trễ thì tín hiệu gọi cánh tay rôbốt hai bậc được bật
lên. Cánh tay rôbốt sẽ gắp phôi từ máng đặt sang trạm kế tiếp để chuẩn bị cho
các quá trình gia công tiếp theo.

Hình 1.1: Trạm cấp phôi tự động


3.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:
Cơ cấu cấp phôi tự động : Cung cấp phôi ra máng.
Phôi : Phôi nhựa hình trụ tròn màu trắng. Ngoài ra, có một số phôi bị lỗi được
đưa vào để phân biệt với những phôi trên.
Động cơ : Đẩy phôi ra máng khi có tín hiệu từ van điện.
Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từ PLC.
Cánh tay Robot : Cánh tay xoay và ghắp phôi sang trạm tiếp theo
Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến, van điện.
Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.
Module mở rộng EM 223.
Module truyền thông PROFIBUS EM 277.
Cảm biến quang : Sử dụng loại khuếch tán, phát hiện phôi ở cơ cấu cấp phôi.
Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC.
Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch và đèn báo.
Trạm lắp ráp sản phẩm
Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm xử lý gia công phôi
Trạm xử lý gia công nhận phôi từ trạm cấp phôi. Mâm xoay sẽ xoay từng bước
phù hợp với yêu cầu nhờ tín hiệu từ cảm biến và động cơ một chiều. Động cơ

khoan sẽ di chuyển lên xuống nhờ cơ cấu xy lanh. Khi phôi dừng tại vị trí
khoan, động cơ khoan sẽ được hạ xuống và khoan lỗ, quá trình này thực hiện
trong vài giây sau đó động cơ khoan trở về vị trí ban đầu nhờ xy lanh đẩy lên.
Tiếp theo, quá trình kiểm tra lỗ vừa khoan nhờ một xy lanh.


Hình 1.2: Trạm xử lý gia công phôi.

Kết cấu thiết bị bao gồm :
Cơ cấu mâm xoay 6 vị trí : Di chuyển phôi lần lượt đến các vị trí gia công.
Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến, động cơ
khoan.
Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập trình.
Module mở rộng EM 223 : Module mở rộng vào/ra số.
Module EM 277 : truyền thông PROFIBUS – DP.
Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC.
Cảm biến tiệm cận : Phát hiện loại phôi có tính chất từ tính.
Cơ cấu khoan : Gia công phôi.


Xy lanh khí : Giữ phôi để khoan dễ dàng.
Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.
Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo.
Trạm lắp ráp sản phẩm
Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lắp ráp sản phẩm
Phôi được chuyển đến trạm lắp ráp sản phẩm nhờ Robot. Khi phôi được đưa đến
đầu băng tải, cảm biến quang sẽ phát hiện, gửi tín hiệu về PLC S7 200 yêu cầu
cơ cấu giữ sản phẩm thực hiện nguyên công giữ. Khi sản phẩm được giữ chắc
chắn, cơ cấu lắp ráp sản phẩm sẽ thực hiện. Sau khí lắp ráp xong, cơ cấu kẹp vật
nhả ra, sản phẩm chạy đến cuối băng tải, sẵn sàng cho trạm tiếp theo

Hình 1.3 Trạm lắp ráp sản phẩm
Kết cấu thiết bị bao gồm:
Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến.
Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.


Module mở rộng EM 223.
Module truyền thông PROFIBUS EM 277.
Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ băng
tải
Cảm biến quang : Phát hiện sản phẩm đã có trên băng tải.
Cơ cấu lắp ráp sản phẩm.
Xy lanh khí : Giữ phôi để lắp ráp.
Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.
Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo.
Trạm phân loại sản phẩm
Tìm hiểu về quy trình công nghệ trạm kiểm tra sản phẩm
Khi trạm lắp ráp hoàn thành công đoạn cấp phôi, trạm kiểm tra sản phẩm có
nhiệm vụ kiểm tra phôi bị lỗi hay không (dài quá hoặc ngắn quá coi là phôi lỗi phế phẩm) nhờ hai cảm biến từ đo độ cao của phôi. Phế phẩm sẽ bị đẩy xuống
thùng chứa phía dưới. Phôi không bị lỗi sẽ được đẩy đến cuối băng tải.

Hình 1.4: Trạm kiểm tra và phân loại sản phẩm.


Kết cấu thiết bị bao gồm:
Mô hình băng tải : Di chuyển phôi.
Cơ cấu kiểm tra phôi : Kiểm tra phôi có phải là thành phẩm hay phế phẩm.
Xy lanh khí : Đẩy phôi xuống băng tải hoặc thùng đựng phế phẩm khi có tín hiệu
từ van điện.

Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từ PLC.
Bộ nguồn 24 VDC : Cấp nguồn 24 VDC cho mạch điện tử, cảm biến, van điện.
Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.
Module mở rộng EM 223.
Module truyền thông PROFIBUS EM 277.
Cảm biến quang : Sử dụng loại khuếch tán, phát hiện phôi ở cuối băng tải.
Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ Băng tải.
Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch và đèn báo.

3.2Trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển sản phẩm
3.2.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot vận chuyển
Sau khi sản phẩm được phân loại ở trạm phân loại, một tín hiệu sẽ được bật
lên để gọi cánh tay khí nén hoạt động, chuyển động sang trái về phía sản phẩm
cần gắp. Cánh tay khí nén di chuyển bằng cơ cấu khí nén hành trình được điều
khiển chính xác tại vị trí của sản phẩm. Sau khi kẹp được sản phẩm, tay khí nén
di chuyển sang phải và đặt sản phẩm cho trạm kế tiếp.
Trạm robot vận chuyển sản phẩm giúp chuyển phôi đã được phân loại từ
trạm phân loại tới trạm kho chứa để lưu kho.


Hình 1.5 Cánh tay khí nén di chuyển vật

3.2.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:


Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, van điện.



Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập

trình.


Module mở rộng EM 223 : Module vào/ra số.



Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP.



Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và van điện.



Xy lanh khí : Kẹp sản phẩm




Cánh tay khí nén : Ghắp vật sang trạm tiếp theo.



Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.



Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo.

3.3 Trạm lưu kho sản phẩm
3.3.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lưu kho sản phẩm
Sản phẩm lắp ráp hoàn thiện được cánh tay khí nén gắp sang băng tải của trạm
lưu kho. Băng tải di chuyển sản phẩm đến cuối hành trình gắp vật và đưa vào
kho chứa sản phẩm.

Hình 1.6 Trạm lưu kho sản phẩm

3.3.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:


Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, van điện,

cảm biến, động cơ băng tải.


Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập

trình.


Module mở rộng EM 223 : Module vào/ra số.



Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP.




Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và van điện, động cơ

băng tải


Robot lưu kho tự động.



Xy lanh khí : Kẹp sản phẩm.



Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.



Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo.

3.4 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm
3.4.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm điều khiển và giám sát trung tâm
Trạm điều khiển và giám sát sử dụng bộ điều khiển PLC S7 300 CPU
313C-2DP và màn hình giám sát HMI – TP 177A. Bộ PLC S7 300 sẽ nhận tín
hiệu từ 7 bộ PLC S7 200 truyền lên và xuất tín hiệu điều khiển xuống các trạm
thông qua mạng PROFIBUS. Đồng thời, màn hình HMI – TP 177A sẽ điều
khiển và giám sát các biến nhớ, các đầu vào/ra, tín hiệu từ cảm biến...hiển thị lên
màn hình.

Hình 1.7 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm

3.4.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:


Bộ nguồn PS 2A : Cung cấp nguồn cho PLC S7 300 và màn hình



TP 177A.



Bộ điều khiển lập trình PLC S7 300 CPU 313C-2DP.



Màn hình giao tiếp HMI – TP 177A.



Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo

Hình 1.8 Màn hình giám sát TP 177A và PLC S7 300
3.5 Nguyên lý hoạt động của MINICIM

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình hệ thống CIM.


Ban đầu, phôi được vận chuyển đến và xếp đầy module cấp phôi. Khi hệ thống

hoạt động, phôi được vận chuyển sang module trung tâm gia công để gia công
lỗ. Sau khi gia công xong, tất cả sẽ được chuyển sang module lắp ráp. Tại đây,
phôi sẽ được lắp ráp thêm một chi tiết có sẵn và được chuyển sang module phân
loại sản phẩm. Ở module này, một camera kỹ thuật số sẽ phân biệt thành phầm
và phế phẩm. Phế phẩm sẽ bị loại bỏ, thành phẩm sẽ được module vận chuyển
chuyển sang module kho chứa để lưu trữ.
B. CẤU TRÚC HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN TRONG CIM
Một cách tổng quát CIM có thể được hiểu là một chiến lược để đạt được mục
đích thị trường của nhà máy. Đó là một khái niệm dùng để chỉ một phương thức
sản xuất tiên tiến dựa trên những thành tựu của công nghệ thông tin. CIM cho
phép thiết lập nên một hệ thống sản xuất toàn cầu có khả năng đáp ứng nhanh
nhất nhu cầu của thị trường, đạt được hiệu quả kinh tế cao, ứng dụng nhanh
chóng các sáng kiến và các công nghệ mới vào sản xuất. CIM chính là hướng
phát triển tất yếu của sản xuất hiện nay. Tuy vậy việc áp dụng CIM vào sản xuất
cũng gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là đối với nền sản xuất còn yếu của Việt
Nam. Để áp dụng được CIM vào sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, đó là
khả năng tài chính của nhà sản xuất, năng lực của người lao động, năng lực quản
lý, khả năng tiếp cận với công nghệ mới…Đặc biệt là CIM phải được áp dụng
một cách đồng bộ và triệt để. Vì chỉ khi nào được áp dụng đồng bộ và triệt để thì
CIM mới thực sự phát huy được tối đa những lợi thế mà nó mang lại so với
những công nghệ sản xuất khác.
Đối với lĩnh vực sản xuất nói riêng. CIM được hiểu là một hệ thống sản xuất
tự động toàn phần. Tất cả các bộ phận của hệ thống đều được tích hợp và điều
khiển qua phần mềm tích hợp. Một hệ thống CIM cơ bản bao gồm các máy
CNC, robot, hệ thống vận chuyển tích trữ, kho chứa, hệ thống kiểm tra và hệ
thống điều khiển.


Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống CIM
1. Robot.

Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng
dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất. Đặc biệt là trong các hệ
thống CIM, tính tự động hoá của hệ thống sản xuất tích hợp và yêu cầu linh hoạt
trong việc thay đổi sản phẩm đòi hỏi ứng dụng một số lượng lớn các robot công
nghiệp thực hiện các chức năng chủ yếu như cấp phôi cho các trung tâm gia
công, gắp các chi tiết ra sau khi đã gia công, thực hiện quá trình vận chuyển
phôi, lắp ráp tự động.
Cảm biến
ngoại

Cảm
biến nội

Hệ thống
điều khiển

Dụng cụ
thao tác

Máy tính
Hệ thống
truyền dẫn
động

Hình 1.11 Robot trong hệ thống CIM


Để tiêu chuẩn hoá công việc thiết kế, Robot được chia làm ba phần chính:
nguồn cung cấp năng lượng, bộ điều khiển và phần tay máy. Mỗi phần trong ba
phần chính trên bao gồm nhiều bộ phận và các bộ phận có thể biến đổi để đáp

ứng tiêu chuẩn và các thông số thiết kế của mỗi Robot nhất định.
Tuỳ theo chỉ tiêu phân loại có thể có rất nhiều kiểu phân loại robot.

- Phân loại theo số bậc tự do: Robot 1, 2, 3, ... bậc tự do
- Phân loại theo hệ năng lượng:
+ Robot hoạt động theo năng lượng điện
+ Robot hoạt động theo năng lượng thuỷ lực
+ Robot hoạt động theo năng lượng khí nén
+ Robot hoạt động theo năng lượng mặt trời
- Phân loại theo phương pháp điều khiển:
+ Robot có điều khiển số (CNC)
+ Robot có điều khiển logic khả trình (PLC)
+ Robot có điều khiển trí tuệ nhân tạo
+ Robot có điều khiển thích nghi
- Phân loại theo hệ truyền động: Phục thuộc vào nguồn động lực ta có thể
phân ra:
+ Robot với truyền động gián tiếp
+ Robot với truyền động trực tiếp
- Phân loại theo cấp chính xác:
+ Cấp chính xác tuyệt đối
+ Cấp chính xác lặp lại