Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.93 MB, 114 trang )
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Nguyễn Quang Tuyến
GIÁO TRÌNH
HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT
(Lưu hành nội bộ)
Hà Nội năm 2012
Tuyên bố bản quyền
Giáo trình này sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội bộ trong
trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội
Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử
dụng và không cho phép bất kỳ cá nhân hay tổ chức nào sử dụng
giáo trình này với mục đích kinh doanh.
Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình này với mục đích khác
hay ở nơi khác đều phải được sự đồng ý bằng văn bản của
trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
*Mục lục
1
*Đề cương chi tiết học phần
4
CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA
QTSX
11
A. Phần 1: Phần lý thuyết
11
1.1. Những khái niệm cơ bản.
11
1.2. Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất
15
1.3. Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất
17
B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập
17
CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QTSX
18
A. Phần 1: Phần lý thuyết
18
2.1. Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động.
18
2.2. Các hệ thống điều khiển tự động.
25
B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập
29
CHƯƠNG III: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CẤP PHÔI VÀ DỤNG CỤ
30
A. Phần 1: Phần lý thuyết
30
3.1. Tự động hóa quá trình cấp phôi.
30
3.2. Tự động hóa cấp phát và kẹp chặt dụng cụ
35
B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập
43
CHƯƠNG IV: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH KIỂM TRA
44
A. Phần 1: Phần lý thuyết
44
4.1. Vai trò, chức năng của hệ thống kiểm tra tự động.
44
4.2 Phân loại thiết bị kiểm tra.
45
4.3. Các loại Đattric
45
4.4. Các thiết bị kiểm tra tự động
50
4.5. Một số hình thức kiểm tra
50
B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập
57
CHƯƠNG V: TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ
58
A. Phần 1: Phần lý thuyết
58
5.1. Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh tĩnh
59
PDF by
1
5.2. Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh động
61
5.3. Tự động điều khiển thành phần lực cắt dọc trục
62
5.4. Tự động điều khiển độ mòn dụng cụ cắt
63
5.5. Tự động điều khiển nhiều yếu tố công nghệ
64
B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập
64
CHƯƠNG VI: DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG
65
A. Phần 1: Phần lý thuyết
65
6.1. Sự phát triển của dây chuyền tự động
65
6.2. Chủng loại chi tiết trên dây chuyền tự động
66
6.3. Yêu cầu đối với phôi trên dây chuyền tự động
66
6.4. Định vị chi tiết khi gia công trên dây chuyền tự động
67
6.5. Lập QTCN cho dây chuyền tự động
67
6.6. Các loại dây chuyền tự động
68
6.7. Cấu trúc của dây chuyền
70
B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập
70
CHƯƠNG VII: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS
71
A. Phần 1: Phần lý thuyết
72
7.1. Cấu trúc thành phần của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
72
7.2. Các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
72
7.3. Rôbôt công nghiệp trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
80
7.4. Hệ thống kiểm tra tự động của FMS
80
7.5. Hệ thống vận chuyển – tích trữ tự động của FMS
91
7.6. Xác định thành phần thiết bị của hệ thống FMS
98
7.7. Kho chứa tự động trong hệ thống FMS
104
7.8. Hệ thống điều khiển FMS
105
7.9. Kinh nghiệm ứng dụng FMS ở một số nước trên thế giới
106
B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập
106
CHƯƠNG VIII: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA TỰ ĐỘNG HÓA QTSX
107
A. Phần 1: Phần lý thuyết
8.1. Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt
107
8.2. Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền
108
8.3. Sản xuất tự động hóa linh hoạt
108
PDF by
2
8.4. Môđun sản xuất linh hoạt
109
8.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần
109
8.6. Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao
110
8.7. Ứng dụng kỹ thuật CIM
110
8.8. Ứng dụng rôbôt công nghiệp
110
8.9. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo
111
B. Phần 2: Phần thảo luận, bài tập
111
* Tài liệu tham khảo
112
PDF by
3
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN
1. Tên học phần: Tự động hóa QTSX 1a – Mã số: 110711.
2 . Số tín chỉ: 02
3. Trình độ cho sinh viên năm thứ 5.
4. Phân bổ thời gian giảng dạy trong học kỳ: (2,1,4)/12
Số tiết thực lên lớp: 3 tiết/tuần x 12 tuần = 36 tiết
- Lý thuyết: 3 tiết/tuần x 8 tuần = 24 tiết chuẩn
- Bài tập, thảo luận: 3 tiết/tuần x 3 tuần = 9 tiết chuẩn
- Kiểm tra giữa kỳ: 3 tiết
- Thí nghiệm, thực hành:
Tổng số: 24 tiết chuẩn + 9 tiết chuẩn + 03 tiết = 36 tiết chuẩn
5. Các học phần học trước: Các môn chuyên ngành: Máy, Công nghệ CTM, Đồ gá,
Dụng cụ cắt
6. Học phần thay thế, học phần tương đương: không
7. Mục tiêu của học phần:
Trang bị cho sinh viên những kiến thức về một phương pháp sản xuất đạt hiệu
quả kinh tế, năng suất cao nhất. Đủ kiến thức để thiết kế được một hệ thống cấp phôi
tự động, hệ thống kiểm tra tự động, hệ thống điều khiển tự động và dây chuyền tự
động trong gia công cơ khí, cũng như các phương hướng để nghiên cứu nhằm hoàn
thiện một quá trình sản xuất đạt được hiệu quả tối ưu.
8. Mô tả vắn tắt nội dung học phần:
Học phần trình bày nhiệm vụ, ý nghĩa của tự động hoá quá trình sản xuất cơ khí.
Những tính toán cần thiết về các bộ phận của hệ thống cấp phôi tự động và các quá
trình khác như: kiểm tra, điều khiển các yếu tố công nghệ và những công việc cần giải
quyết của dây chuyền tự động.
9. Nhiệm vụ của sinh viên
1. Dự lớp ≥ 80 % tổng số thời lượng của học phần.
2. Chuẩn bị thảo luận.: SV chuẩn bị ở nhà
3. Khác: Thực hành trên dây chuyền Open CIM tại TTTN Trường ĐH KTCN
10. Tài liệu học tập
- Sách, giáo trình chính:
[1]. KS. Hoàng Văn Quyết, Bộ môn Chế tạo máy - Bài giảng tự động hóa QTSX
1a – 2009.
- Sách tham khảo:
[1] – PGS.TS. Trần Văn Địch - Tự động hóa quá trình sản xuất – NXB KHKT,
2001
PDF by
4
[2] - PGS.TS. Trần Văn Địch – Sản xuất linh hoạt FMS và tích hoạt CIM – NXB
KHKT, 2007
[3] – TS. Trương Hữu Trí, TS. Võ Thị Ry – Cơ điện tử - Các thành phần cơ bản
– NXB KHKT, 2005.
[4] – TS. Trương Hữu Trí, TS. Võ Thị Ry – Cơ điện tử - Hệ thống trong chế tạo
máy – NXB KHKT, 2005.
[5] – Robert H. Bishop - The Mechatronics Handbook – NXB CrcPness, 2002
Bản dịch: Cơ điện tử Tập 1 – Biên dịch: Phạm Anh Tuấn – NXB ĐHQG Hà Nội, 2006
[6] – Mechatronics – Principles, Concepts and Applications – NXB McGraw –
Hill, 2005
[7] – Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến – Cảm biến – NXB KHKT, 2000
11. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên và thang điểm.
* Tiêu chuẩn đánh giá
1. Chuyên cần;
2. Thảo luận, bài tập;
3. Kiểm tra giữa học phần;
4. Thi kết thúc học phần;
5. Thực hành;
* Thang điểm
+ Điểm đánh giá bộ phận chấm theo thang điểm 10 với trọng số như sau:
- Chuyên cần:
10%
- Thảo luận, bài tập:
10%
- Thí nghiệm:
10%
- Kiểm tra giữa học phần: 20%
- Thi kết thúc học phần: 50%
12. Nội dung chi tiết học phần
Tuần
thứ
1
Nội dung
Chương I: Những khái niệm cơ bản trong tự động
hóa QTSX.
1.1. Những khái niệm cơ bản.
1.1.1. Cơ khí hóa
Tài liệu học
Hình
tập, tham thức học
khảo
1,2,3,4,5,6,7 Giảng
1.1.2. Tự động hóa sản xuất
1.1.3. Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất.
1.1.4. Tự động hóa sản xuất linh hoạt.
1.1.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt
PDF by
5
1.1.6. Môđun sản xuất linh hoạt.
1.1.7. Rôbôt công nghiệp.
1.1.8. Tổ hợp Rôbôt công nghệ.
1.1.9. Dây chuyền tự động linh hoạt.
1.1.10. Công đoạn tự động hóa linh hoạt.
1.1.11. Phân xưởng tự động hóa linh hoạt.
1.1.12. Nhà máy tự động hóa linh hoạt.
1.2. Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất.
1.2.1. CAD
1.2.2. CAP
1.2.3. CAM
1.2.4. CAQ
1.2.5. CAD/CAM
1.2.6. PP & C
1.2.7. CIM
1.3. Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất.
Chương II: Các thiết bị cơ bản và hệ thống điều
khiển trong tự động hóa QTSX
2.1. Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động.
2.1.1. Cơ cấu chấp hành
2.1.2. Cảm biến
2.1.3. Các thiết bị điều khiển.
2
2.2. Các hệ thống điều khiển tự động.
2.2.1. Khái niệm và chức năng.
1,2,3,4,5,6
Giảng
2.2.2. Phân loại.
Chương III: Tự động hóa quá trình cấp phôi và
dụng cụ.
3.1. Tự động hóa quá trình cấp phôi.
3.1.1. Tự động hóa cấp phôi rời.
3.1.2. Cấp và kẹp phôi thanh trên các máy tự
động.
3.2. Tự động hóa cấp phát và kẹp chặt dụng cụ.
3.2.1. Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt
dụng cụ tự động.
3.2.2. Yêu cầu và đặc tính của dụng cụ trong các
quá trình sản xuất tự động hóa.
3.2.3. Điều chỉnh vị trí của dụng cụ cắt trên trục
gá và đế dao.
PDF by
6
3.2.4. Cơ cấu chứa, thay thế và vận chuyển dụng
cụ tự động trên vị trí công tác.
3
Thảo luận chương 1,2,3
1,2,3,4,5,6
4
Chương IV: Tự động hóa quá trình kiển tra.
4.1. Vai trò, chức năng của hệ thống kiểm tra tự động.
4.2 Phân loại thiết bị kiểm tra.
4.3. Các loại Đattric.
4.3.1. Đattric tiếp xúc điện:
1,2,3,4,5,6
Thảo
luận
Giảng
1,2,3,4,5,6
Giảng
4.3.2. Đattric cảm ứng.
4.3.3. Đattric dung lượng điện.
4.3.4. Đattric rung tiếp xúc.
4.3.5. Đattric quang điện.
4.3.6. Yêu cầu đối với sử dụng và bảo quản
đattric.
5
4.4. Các thiết bị kiểm tra tự động.
4.4.1. Kiểm tra tự động bằng phương pháp trực
tiếp.
4.4.2. Kiểm tra tự động đường kính ngoài bằng
phương pháp không tiếp xúc trực tiếp.
4.4.3. Kiểm tra tự động đường kính lỗ.
4.4.4. Kiểm tra tự động sai số hình dáng và sai số
vị trí tương quan.
4.4.5. Máy kiểm tra phân loại tự động.
4.4.6. Đồ gá kiểm tra tự động nhiều thông số.
4.5. Một số hình thức kiểm tra.
4.5.1. Kiểm tra tích cực khi mài.
4.5.2. Kiểm tra tích cực khi mài khôn.
4.5.3. Thiết bị kiểm tra tích cực khi mài răng.
6
Chương V:Tự động hoá điều khiển các yếu tố công
nghệ
5.1 Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh tĩnh.
5.1.1. Gia công trên máy phay.
Giảng
5.1.2. Gia công trên máy tiện.
5.1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp điều
khiển kích thước điều chỉnh tĩnh.
5.2 Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh động.
5.3 Tự động điều khiển thành phần lực cắt dọc trục.
5.4 Tự động điều khiển độ mòn của dụng cụ cắt.
PDF by
7
5.4.1. Tầm quan trọng, cơ sở của tự động điều
khiển độ mòn dụng cụ cắt.
5.4.2. Phương pháp tự động điều khiển độ mòn
của dụng cụ cắt.
5.5. Tự động điều khiển nhiều yếu tố công nghệ
Chương VI: Dây chuyền tự động
6.1. Sự phát triển của dây chuyền tự động
6.2. Chủng loại chi tiết trên dây chuyền tự động
6.3. Yêu cầu đối với phôi trên dây chuyền tự động
6.4. Định vị chi tiết khi gia công trên dây chuyền tự
động
6.5. Lập QTCN cho dây chuyền tự động
6.6. Các loại dây chuyền tự động
6.6.1. Dây chuyền gồm các máy tổ hợp.
6.6.2. Dây chuyền gồm các máy xoay tròn.
6.6.3. Dây chuyền gồm các máy CNC.
6.6.4. Dây chuyền tự động điều chỉnh.
6.6.5. Độ ổn định của dây chuyền tự động.
7
8
9
6.7. Cấu trúc của dây chuyền
Thảo luận chương 4,5,6
KIỂM TRA GIỮA KỲ
Chương VII: Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
7.1. Cấu trúc thành phần của hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS
7.2. Các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS.
7.2.1. Từ các máy CNC tới FMS.
1,2,3,4,5,6
Thảo
luận
1,2,3,4,5,6
Giảng
7.2.2. Hiệu quả của tập hợp các máy CNC thành
hệ thống FMS.
7.3. Rôbôt công nghiệp trong hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS.
7.3.1. Rôbôt công nghiệp trong FMS có các đặc
tính công nghệ sau.
7.3.2. Ứng dụng của rôbôt công nghiệp trong
FMS.
7.4. Hệ thống kiểm tra tự động của FMS.
7.4.1. Chức năng của hệ thống kiểm tra tự động.
7.4.2. Cấu trúc của hệ thống kiểm tra tự động.
7.4.3. Chế độ hoạt động của hệ thống kiểm tra tự
PDF by
8
động.
7.4.4. Nguyên tắc kiểm tra trạng thái kỹ thuật của
các phần tử và các môđun trong FMS.
7.4.5. Cơ sở vật chất - kỹ thuật của hệ thống
kiểm tra tự động.
10
7.5. Hệ thống vận chuyển – tích trữ tự động của FMS.
7.5.1. Hệ thống vận chuyển – tích trữ chi tiết gia
công.
1,2,3,4,5,6
Giảng
7.5.2. Hệ thống vận chuyển – tích trữ dụng cụ
của FMS.
7.6. Xác định thành phần thiết bị của hệ thống FMS.
7.6.1. Xác định các thành phần của máy trong
FMS.
7.6.2. Xác định thành phần của thiết bị vận
chuyển chi tiết.
7.6.3. Xác định thành phần của thiết bị vận
chuyển dụng cụ.
7.7. Kho chứa tự động trong hệ thống FMS.
7.7.1. Chức năng và thành phần của kho chứa tự
động.
7.7.2. Các loại kho chứa tự động.
7.7.3. Bố trí kho chứa tự động trong hệ thống
FMS.
7.7.4. Thiết kế kho chứa tự động của hệ thống
FMS.
7.8. Hệ thống điều khiển FMS.
7.8.1. Đặc tính của máy tính trong hệ thống điều
khiển FMS.
7.8.2. Con người trong hệ thống điều khiển FMS.
7.8.3. Thiết kế hệ thống điều khiển FMS.
7.9. Kinh nghiệm ứng dụng FMS ở một số nước trên
thế giới
7.9.1. Một số hệ thống FMS ở CHLB Nga.
7.9.2. Hệ thống FMS ở Bun-ga-ri.
7.9.3. Hệ thống FMS ở Cộng hòa Séc.
7.9.4. Hệ thống FMS ở Ba Lan.
7.9.5. Hệ thống FMS ở Nhật Bản.
7.9.6. Hệ thống FMS ở CHLB Đức.
PDF by
9
7.9.7. Hệ thống FMS ở Mỹ.
7.9.8. Hệ thống FMS ở Pháp.
7.9.9. Hệ thống FMS ở Anh.
11
Chương VIII: Hướng phát triển của TĐH QTSX
8.1 Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt.
8.2 Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền.
8.3 Sản xuất tự động hoá linh hoạt.
8.3.1 Môđun sản xuất linh hoạt.
1,2,3,4,5,6
Giảng
1,2,3,4,5,6
Thảo
luận
8.3.2 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần.
8.3.3 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc
cao.
12
8.4 Ứng dụng kỹ thuật CIM.
8.5 Ứng dụng Robot công nghiệp.
8.6 Ứng dụng trí tuệ nhân tạo.
Thảo luận chương 7,8
PDF by
10
CHƯƠNG I : NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
I.1. Mục tiêu, nhiệm vụ.
1. Mục đích:
- Sinh viên sẽ được cung cấp những khái niệm về: Cơ khí hóa, tự động hóa quá
trình sản xuất, rô-bốt công nghiệp, dây truyền tự động, các thuật ngữ thường dùng
trong lĩnh vực tự động hóa như: CAD, CAM, CIM, FMS, NC, CNC, DNC, ....
- Được cung cấp thông tin cơ bản về sự phát triển của khoa học tự động hóa và
hướng phát triển trong tương lai.
- Sinh viên được hiểu rõ những ý nghĩa mà tự động hóa quá trình sản xuất đem
lại.
2. Nhiệm vụ của sinh viên:
- Hiểu và thuộc các khái niệm: Cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất, mức
độ linh hoạt của hệ thống tự động, dây chuyền sản xuất linh hoạt, rô-bốt công nghiệp.
- Hiểu đúng các thuật ngữ thường dùng trong lĩnh vực tự động hóa: CAD, CAM,
CIM, FMS, CAD/CAM, CAP, CAQ.
- Nắm được các vai trò của tự động hóa quá trình sản xuất.
- Tìm được các ví dụ sinh động cho các nội dung trên.
I.2. Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ
Nội dung
Hình thức học
1.1. Những khái niệm cơ bản.
Giảng
1.2. Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất
Giảng
1.3. Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất
Giảng
I.3. Các nội dung cụ thể.
A. NỘI DUNG LÝ THUYẾT.
1.1. Những khái niệm cơ bản.
1.1.1. Cơ khí hóa (Mechanicalize).
Để tạo ra sản phẩm, các quá trình sản xuất thực hiện việc biến đổi vật chất, năng
lượng và thông tin từ dạng này sang dạng khác. Các quá trình này bao gồm 2 dạng sau:
các quá trình chính (các chuyển động chính) và các quá trình phụ (các chuyển động
phụ).
- Các quá trình chính là các quá trình trực tiếp làm thay đổi tính chất cơ lý hóa,
hình dáng hình học ban đầu của phôi liệu để tạo ra sản phẩm yêu cầu.
- Các quá trình phụ là các quá trình không làm thay đổi trạng thái của đối tượng,
nhưng cần thiết kế cho các quá trình chính thực hiện được.
PDF by
11
Cơ khí hóa là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con người khi thực hiện các
quá trình công nghệ chính hoặc chuyển động chính bằng máy.
Đặc điểm: nâng cao năng suất lao động, một số trường hợp không thay thế được
con người (điều khiển, theo dõi ...).
Với quá trình sản xuất và công nghệ phức tạp khi mà số lượng các thông số tham
gia vào quá trình lớn và có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian thì khả năng hoàn
thành nhiệm vụ của người thợ thực hiện nhiệm vụ điều khiển sẽ bị suy giảm.
1.1.2. Tự động hóa sản xuất (Manufacturing Automation).
Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong
đó con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn được giải phóng
từ quá trình điều khiển sản xuất. Ở đây trách nhiệm của con người là theo dõi quá trình
sản xuất. Con người thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp – tháo phôi theo chu kỳ
cho máy (tùy thuộc vào mức độ tự động hóa).
Như vậy, tự động hóa QTSX là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế
các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiên tiến. Trên cơ sở của các quá trình sản
xuất và công nghệ đó, tiến hành lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động
thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần
sự tham gia của con người.
Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của các hệ thống tự động
- Hệ thống cảm biến: có chức năng tiếp nhận và biến đổi thông tin các loại, làm
cơ sở cho các quyết định điều khiển.
- Hệ thống điều khiển: có chức năng đưa ra các quyết định điều khiển quá trình
và các tác động tương ứng tới cơ cấu điều khiển trên cơ sở các thông tin nhận được từ
hệ thống cảm biến.
- Hệ thống phản hồi: có chức năng theo dõi thông tin, so sánh các tín hiệu nhận
được từ hệ thống cảm biến và điều khiển để tiến hành các tín hiệu bù tương ứng.
* QTSX cơ khí gồm: chuẩn bị sản xuất → tạo phôi → gia công cơ → lắp ráp...
Hầu hết các thiết bị tham gia vào quá trình chính như: cấp phôi, gá đặt, định hướng chi
tiết, vận chuyển, gia công, lắp ráp và kiểm tra... Có thể tự động hóa một số hoặc toàn
bộ, từ đơn giản đến phức tạp.
Thực tế hiện nay QTSX thường thực hiện theo phương pháp tự động hóa từng
phần. Tự động hóa từng phần là tự động hóa chỉ một số nguyên công riêng biệt của
quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự động
thông thường. Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tự động hóa và nó được ứng dụng ở
PDF by
12
những nơi mà sự tham gia trực tiếp của con người không thể thực hiện được (nguy
hiểm đối với con người) hoặc đối với những công việc quá nặng nhọc và đơn điệu.
Bảng 1.1: Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất
Các giai đoạn
Cơ khí hóa
Đặc điểm
Ví dụ
Xuất hiện
Thay thế lao động cơ bắp của con Động cơ máy
người bằng máy
tiện, băng tải...
1775
Tự động hóa Thay thế công việc điều khiển
NC, CNC, MRP
từng phần
thiết bị của công nhân bằng máy
1956-1960
Sản xuất tự động tích hợp có tính
Tự động hóa
đến môi trường của từng thành FMS,CAD/CAM
ở mức độ cao
phần riêng biệt
1970-1975
Trên cơ sở tự động hóa với sự trợ
CIM, nhà máy
Sản xuất tích
giúp của hệ thống máy tính để
tương lai
hợp
thực hiện các QTSX tích hợp
1985-1990
1.1.3. Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất.
Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo
nhiều loại sản phẩm khác nhau một chách nối tiếp hoặc song song.
Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức sau:
ML =
Ld
Ly
(1.1)
Trong đó: Ld – là tính linh hoạt đạt được.
Ly – là tính linh hoạt yêu cầu.
Nếu ML = 1 thì yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn. Khi ML > 1
thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt, có nghĩa là đối với các nhiệm vụ cụ thể
tính linh hoạt sử dụng không hết. Nếu ML < 1 thì không phải tất cả các sản phẩm được
chế tạo trong những điều kiện tối ưu hoặc là chỉ có một số sản phẩm được chế tạo.
Giá thành để tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố:
yếu tố kỹ thuật và yếu tố tổ chức.
- Yếu tố kỹ thuật: bao gồm công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng chạy
dao, số lượng các đầu mang dụng cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và
kho chứa, các thiết bị điều khiển, dung lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và đồ gá,
mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước của thiết bị công nghệ và kỹ
thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng của các thiết bị điều khiển.
- Yếu tố tổ chức: bao gồm chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản
phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm, độ ổn định của hệ thống sản xuất.
PDF by
13
Tính linh hoạt hợp lý sẽ cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong một thời
gian dài. Tính linh hoạt trong một chừng mực nào đó xác định hình thể của hệ thống
sản xuất, xác định công nghệ, tổ chức và điều khiển chức năng của nó, đồng thời tính
linh hoạt ảnh hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm.
1.1.4. Tự động hóa sản xuất linh hoạt.
Tự động hóa sản xuất linh hoạt được dùng trong sản xuất loạt vừa và nhỏ (sản
lượng ít, chủng loại nhiều), nó dựa trên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình với
sử dụng các máy CNC, các môđun sản xuất linh hoạt, các hệ thống khoa chứa và vận
chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị với điều khiển bằng máy tính. Tự động hóa sản
xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để chế tạo sản
phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm vi điều khiển (trong
giới hạn khả năng của thiết bị công nghệ).
1.1.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible manufacturing system - FMS).
Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự
động, các môđun sản xuất linh hoạt, các thiết bị công nghệ riêng lẻ và các hệ thống
đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảng thời gian đã định, cho
phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó.
1.1.6. Môđun sản xuất linh hoạt.
Môđun sản xuất linh hoạt là một đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình
để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó. Thiết bị này thực hiện một
cách tự động tất cả các chức năng có liên quan đến chế tạo sản phẩm và nó có khả
năng hoạt động trong FMS.
1.1.7. Rôbôt công nghiệp.
Rôbôt công nghiệp là một máy tự động đứng yên hoặc di động, nó gồm một cơ
cấu chấp hành dưới dạng tay máy, có một số bậc tự do và một cơ cấu điều khiển để
thực hiện các chức năng di chuyển trong quá trình sản xuất. Nó có thể sử dụng như
một thiết bị độc lập, có khả năng thay đổi nhanh, dễ hiệu chỉnh.
Các Rôbốt thường được trang bị các hệ thống điều khiển thích nghi, vòng kín
(P,PI, PD, PID – Proprotional Integral Derivative), các hệ thống điều khiển theo
chương trình lôgic (PLC – Programmable Logic Controllers), các hệ thống cảm biến
thực hiện các chức năng như nghe, nhìn, sờ, ngửi, nói...vì vậy chúng được sử dụng hầu
hết trong các lĩnh vực như y tế, dịch vụ, gia công, lắp ráp...
PDF by
14
Hình 1.2 Rôbôt công nghiệp
1.1.8. Tổ hợp Rôbôt công nghệ.
Tổ hợp rôbôt công nghệ là toàn bộ một thiết bị công nghệ, một rôbôt công nghiệp
và các thiết bị khác để thực hiện các chu kỳ lặp lại một cách tự động.
1.1.9. Dây chuyền tự động linh hoạt.
Dây chuyền tự động linh hoạt là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ được
lắp đặt theo trình tự các nguyên công đã được xác định.
1.1.10. Công đoạn tự động hóa linh hoạt.
Công đoạn tự động hóa linh hoạt là FMS hoạt động theo tiến trình công nghệ mà
trong đó có khả năng thay đổi trình tự sử dụng thiết bị công nghệ.
1.1.11. Phân xưởng tự động hóa linh hoạt.
Phân xưởng tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh
hoạt, công đoạn tự động hóa linh hoạt và tổ hợp rôbôt công nghệ được nối kết với
nhau theo phương án để chế tạo các sản phẩm của một chủng loại xác định.
1.1.12. Nhà máy tự động hóa linh hoạt.
Nhà máy tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh
hoạt, tổ hợp rôbôt công nghệ và phân xưởng tự động hóa linh hoạt được nối kết với
nhau theo nhiều phương án để chế tạo các sản phẩm của nhiều chủng loại sản phẩm.
1.2. Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất.
1.2.1. CAD (Computers Aided Design – thiết kế có trợ giúp của máy tính).
Nhờ các trang thiết bị tính toán thiết kế như máy tính, phần mềm chuyên dụng
(autoCAD, Matlab, Catia...) cho phép tạo ra các mô hình sản phẩm trong không gian
3D, thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá, sửa đổi ngay trên màn hình, lưu giữ, nhân
bản... Cho phép tiết kiệm thời gian, vật liệu và các chi phí khác của giai đoạn thiết kế.
1.2.2. CAP (Computers Aided Planning – lập kế hoạch có trợ giúp của máy tính).
Nhờ máy tính mà các hoạt động cần thiết để chế tạo sản phẩm được thiết lập một
cách nhanh chóng, chính xác và tối ưu. CAP đảm bảo kế hoạch sản xuất tối ưu của
PDF by
15
một nhà máy. CAP bao gồm hai công cụ sản xuất quan trọng là MRP (Manufacturing
Resource Planning – lập kế hoạch tiềm năng sản xuất) và CAPP (Computers Aided
Process Planning – lập quy trình có trợ giúp của máy tính). CAPP giúp người lạp quy
trình chọn thứ tự nguyên công tối ưu để chế tạo sản phẩm.
1.2.3. CAM (Computers Aided Manufacturing – sản xuất có trợ giúp của máy
tính).
Khâu điều hành quá trình chế tạo sản phẩm cũng được tự động hóa nhờ hệ thống
điều hành quá trình chế tạo tự động có sự trợ giúp của máy tính. CAM cho phép thực
hiện việc lập kế hoạch, điều khiển, hiệu chỉnh và kiểm tra nguyên công cùng toàn bộ
quá trình gia công chế tạo sản phẩm.
1.2.4. CAQ (Computers Aided Quality Control – kiểm tra chất lượng có trợ giúp
của máy tính).
CAQ cho phép kiểm tra chất lượng sản phẩm và chất lượng công việc trong toàn
bộ hệ thống sản xuất.
1.2.5. CAD/CAM (Computers Aided Design/Computers Aided Manufacturing –
thiết kế/sản xuất có trợ giúp của máy tính).
CAD/CAM là hệ thống kết hợp, nó bao gồm các kỹ thuật sản xuất CAD, CAP,
CAM và CAQ.
1.2.6. PP & C (Production Planning and Control).
Chức năng PP & C là hoạt động tổ chức của CIM. Nó liên quan đến kế hoạch
tiềm năng sản xuất, lập kế hoạch nhu cầu vật tư, nhu cầu thời gian và kiểm tra hệ
thống sản xuất.
1.2.7. CIM (Computer Integrated Manufacturing – sản xuất tích hợp có trợ giúp
của máy tính).
CIM bao gồm tất cả các hệ thống kỹ thuật: CAD, CAP, CAM, CAQ và PP & C.
Ví dụ: Hệ thống Open CIM
- ASRS: kho hàng tự động.
- Trạm gia công: CNC Lathe, CNC Mill...
- Băng tải (conveyor)
- Robot.
- Máy chủ + phần mềm (Server + software)
PDF by
16
Hình 1.3. CIM – 4a station (Intelitek)
1.3. Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất.
- Cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động.
- Cho phép cải thiện điều kiện sản xuất.
- Cho phép đáp ứng cường độ cao của sản xuất hiện đại.
- Cho phép cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất.
B. NỘI DUNG THẢO LUẬN.
C. NGÂN HÀNG CÂU HỎI, BÀI TẬP.
PDF by
17
CHƯƠNG II : CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
II.1. Mục tiêu, nhiệm vụ.
1. Mục đích:
- Cung cấp khái niệm về các thiết bị cơ bản trong hệ thống điều khiển tự động
hóa quá trình sản xuất.
- Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về vai trò của cơ cấu chấp hành, cảm biến và hệ
thống điều khiển trong hệ thống tự động.
- Cung cấp cho sinh viên đặc điểm một số cơ cấu chấp hành thủy lực, khí nén, cơ
cấu chấp hành điện, một số loại cảm biến, các hệ thống điều khiển.
2. Nhiệm vụ của sinh viên:
- Hiểu và thuộc các khái niệm về cơ cấu chấp hành, cảm biến, hệ thống điều
khiển.
- Hiểu được nguyên lý hoạt động của các cơ cấu chấp hành đã được giới thiệu
trong giáo trình.
- Nắm được nguyên tắc hoạt động của một số loại cảm biến thông dụng.
- Hiểu rõ các hệ thống điều khiển được dùng trong tự động hóa sản xuất.
- Phân biệt được vai trò của từng cụm thiết bị: hệ thống điều khiển, cơ cấu chấp
hành, cảm biến. trong hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất.
II.2. Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ.
Nội dung
2.1. Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động.
2.2. Các hệ thống điều khiển tự động.
Hình thức học
Giảng
Thảo luận
II.3. Các nội dung cụ thể.
A. NỘI DUNG LÝ THUYẾT.
2.1. Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động.
2.1.1. Cơ cấu chấp hành – Actuators.
1. Khái niệm: Cơ cấu chấp hành là một bộ phận máy móc, thiết bị có khả năng thực
hiện một công việc nào đó dưới tác động của tín hiệu điều khiển phát ra từ thiết bị điều
khiển.
PDF by
18
Hình 2.1. Sơ đồ chức năng của cơ cấu chấp hành
Hình 2.2. Cơ cấu chấp hành thủy lực và cơ điện
2. Phân loại:
* Dựa trên nguồn năng lượng chia làm 3 nhóm.
- Các cơ cấu chấp hành thủy lực, các cơ cấu chấp hành khí nén, các cơ cấu chấp
hành cơ điện.
* Theo mức năng lượng sử dụng có thể phân cơ cấu chấp hành theo các dải năng
lượng khác nhau:
- Cơ cấu chấp hành năng lượng thấp: nhiệt điện trở, điôt quang LED, màn hình
tinh thể lỏng LCD, màn hình Plasma...
- Cơ cấu chấp hành năng lượng trung bình: nam châm điện, động cơ điện, xilanh
khí nén, xilanh thủy lực, các động cơ thủy khí chuyển động quay, van khí, van thủy
lực...
- Các thiết bị truyền động: băng tải tự động, vitme bi, bộ cấp liệu rung, cơ cấu
phân độ, bộ truyền sóng...
- Một số hệ thống thiết bị chuyên dụng: bàn máy, máy NC, rôbốt, thiết bị lắp ráp,
máy hàn, thiết bị kiểm tra, hệ thống kho và cấp phát tự động...
3. Đặc điểm:
a/ Cơ cấu chấp hành thủy lực:
PDF by
19
Ưu điểm: kích thước nhỏ gọn, nhẹ, không gây ồn và công suất lớn.
Nhược điểm: giá thành cao.
Một số cơ cấu chấp hành thủy lực: bơm, van, xilanh động cơ thủy lực...
* Bơm: là trái tim của hệ thống, có chức năng tạo năng lượng thủy lực cho hệ thống
(tạo dòng nhưng không tạo áp). Các loại bơm thủy lực: bơm pitton, bơm cánh quạt,
bơm bánh răng, bơm cánh gạt.
* Van: dùng để điều chỉnh công suất tới cơ cấu chấp hành, có chức năng ON/OFF
dòng dầu, hướng dòng, điều chỉnh áp suất và vận tốc. Các loại van:
+ Van hướng (directional valves): định hướng và phân phối dòng trong hệ thống
- van vị trí cố định (finite position), van vị trí bất kì (infinite position)...
+ Van điều áp (pressure valves): van an toàn – giới hạn áp trong hệ thống
(limiter/relief valve) ; van giảm áp – giảm áp ra để vào một nhánh của hệ thống; van
điều chỉnh tuần tự - áp suất được thiết lập phụ thuộc vào sự điều chỉnh tuần tự.
+ Van chỉnh lưu lượng (flow valves): van tiết lưu – điều chỉnh tiết diện dòng đi
qua. Thường chênh lệch áp tạo ra khi dòng đi qua, nó được kiểm soát bởi bộ bù áp
(bình tích áp).
+ Van ON/OFF: chỉ cho dòng chảy theo một chiều không cho chảy ngược lại –
van một chiều (nonreturn valves) hoặc van kiểm (check valves).
+ Van tỉ lệ (propotional valves) và van servo (servo valves): dùng để điều khiển
liên tục chuyển vị, tốc độ và lực của thành phần kích truyền động thủy lực.
* Xilanh – động cơ thủy lực: biến đổi năng lượng của dầu thành cơ năng.
- Xilanh thủy lực:
+ Xilanh hành trình đơn:
Fig 2.3. Linear single – rod single acting
+ Xilanh hành trình kép: có hai loại
Loại một đầu trục:
PDF by
20
Fig 2.4. Linear single – rod single double acting
Loại 2 đầu trục:
Fig 2.5. Linear double – rod double acting
- Động cơ thủy lực.
+ Động cơ bánh răng.
+ Động cơ cánh gạt.
Hình 2.6. Động cơ cánh gạt
+ Động cơ piston: hướng trục (hình 2.7a) và hướng tâm (hình 2.7b)
PDF by
21
a)
b)
Hình 2.7. Động cơ piston
b/ Cơ cấu chấp hành khí nén.
c/ Cơ cấu chấp hành cơ - điện.
*/ Động cơ điện:
- DC motors – động cơ điện một chiều.
- AC motors – động cơ điện xoay chiều.
+ Synchronous motor.
+ Induction motor.
+ Brushed DC and AC.
- Stepper motor – động cơ bước.
- Linear motor – động cơ tuyến tính.
- Servo motor – động cơ servo.
*/ Các truyền động cơ khí.
2.1.2. Cảm biến – Sensor.
1. Khái niệm: cảm biến là một thiết bị mà khi có một hiện tượng vật lý tác động vào
(nhiệt độ, dịch chuyển, lực...) sẽ tạo ra tín hiệu đầu ra (điện, cơ học, từ...) tỷ lệ.
Thuật ngữ bộ chuyển đổi (transducer) thường được dùng đồng nghĩa với cảm
biến.
PDF by
22
*/ Phân biệt transducer và sensor:
-
Sensor: y(t) = F{u(t)}
-
Transducer: U1(t) = φU(t) ; y(t) = φ2U1(t)
Như vậy, transducer là thiết bị biến đổi một dạng năng lượng này thành một dạng
năng lượng khác và thông thường đầu vào và đầu ra không cùng thứ nguyên.
2. Phân loại:
* Theo chức năng: cảm biến tuyến tính, cảm biến quay, cảm biến gia tốc, cảm biến
lực, mômen và áp suất, cảm biến dòng, cảm biến nhiệt, cảm biến vật liệu thông minh
,cảm biến micro và cảm biến nano...
* Cảm biến cũng được phân loại thành bị động và chủ động.
- Cảm biến bị động: năng lượng cần để cung cấp cho đầu ra được sinh ra từ chính
hiện tượng vật lý được cảm nhận (nhiệt kế).
- Cảm biến chủ động: cần nguồn năng lượng bên ngoài (đầu đo biến dạng).
* Ngoài ra, cảm biến cũng được phân loại thành hai dạng tương tự và số (A/D) dựa
trên dạng tín hiệu đầu ra.
- Cảm biến tương tự: cung cấp tín hiệu liên tục tỷ lệ với tham số cần đo và cần sự
biến đổi tương tự thành số (A/D) trước khi chuyển cho bộ điều khiển số.
- Cảm biến số: cung cấp đầu ra số có thể trực tiếp ghép nối với bộ điều khiển.
Các loại cảm biến và đặc tính tham khảo bảng 16.1 – [5].
3. Nguyên lý hoạt động.
a/ Cảm biến tuyến tính.
Các cảm biến vị trí đưa ra tín hiệu điện tỷ lệ với độ dịch chuyển cần đo.
Ví dụ: Cảm biến loại tiếp xúc như đầu đo biến dạng (lá điện trở - tensor điện trở).
Hình 2.8. Đo biến dạng pháp tuyến dùng đầu đo biến dạng.
PDF by
23
