FLUXURILE PIESELOR IN FABRICATIE - PARAMETRII SISTEMELOR DE TRANSPORT

FLUXURILE PIESELOR IN FABRICATIA FLEXIBILA SI PARAMETRII SISTEMELOR

DE TRANSPORT

1. DETERMINAREA SARCINILOR DE TRANSPORT PENTRU SISTEMELE UTILIZAND ROBOCARE

Sistemele de transport utilizand robocare sunt frecvent folosite in sistemele flexibile de prelucrare pentru automatizarea functiilor de transport si de alimentare cu semifabricate a posturilor de lucru. Evacuarea pieselor din sistem se efectueaza similar cu functia de alimentare a acestora. Uzual, aceste sisteme de transport sunt evidentiate ca fiind parti componente ale sistemelor de prelucrare cu functionare discreta.

Sistemul de transport al semifabricatelor pentru deservirea posturilor de lucru este configurat in functie de aplicatiile concrete existente. Proiectarea detaliata a unui astfel de sistem depinde de gabaritul pieselor, de configuratia acestora (tip arbore, placa sau carcasa cu trei dimensiuni de acelasi ordin de marime), de ritmul de introducere si circulatie a materialelor in sistem, de distantele impuse pentru transport, de complexitatea sistemului flexibil de prelucrare ce trebuie deservit, de alti factori printre care foarte important este costul total al sistemului.

Sistemele de tip FMS (Flexible Manufacturing Systems) sunt cele care necesita, alaturi de celulele de fabricatie (FMC), sisteme de transport aferente functiilor privind circulatia materialelor. Diversitatea acestor sarcini, care deriva din diversitatea aplicatiilor concrete si a cerintelor acestora, a condus la dezvoltarea a numeroase variante de sisteme de transport.

Sistemele de transport prevazute cu robocar sunt versatile, existand posibilitatea de indeplinire a functiilor de transport in mai multe variante. In cazul sistemelor complexe, aceasta proprietate complica determinarea eficientei de transport si a numarului de elemente necesar indeplinirii acestei functii.

Pentru a efectua transportul, cele mai eficiente sisteme sunt cele la care deplasarile se efectueaza in linie dreapta. Daca acest tip de deplasare poate fi realizat, se impune aceasta limitare tehnica proiectantului de FMS care va dispune masinile de lucru in linie dreapta.

Notand cu Q=(q_ij) ritmul transferurilor de material (exprimat in piese pe ora sau tone pe ora etc.) intre diferite posturi de lucru ale sistemului si cu D=(d_ij) distantele (in metri) intre punctele in care se fac livrarile de material, produsul parametrilor Q si D reprezinta sarcina de transport T_w:

, (1)

unde T_w are ca unitati de masura piese ori metri pe ora si n reprezinta numarul de posturi de lucru din cadrul sistemului. In aceste conditii, sarcina totala de transport, T_tw, poate fi evaluata utilizand relatia:

. (2)

Distanta medie a livrarilor de material, d_m, in metri, se calculeaza utilizand relatia:

. (3)

Sistemul de transport trebuie proiectat astfel incat sa asigure o sarcina totala de transport mai mare decat T_tw, din cauza unor pierderi si ineficiente existente in cadrul sistemului, care includ: timpii de incarcare si descarcare a pieselor, curse efectuate in gol (fara sarcina), timpii de mentenanta, timp de blocaj al traficului, timpi consumati inutil din cauza planificarii gresite a sarcinilor de transport. Pentru a include aceste pierderi, excluzand timpii de incarcare si descarcare si timpii consumati in cursele de gol, se defineste parametrul adimensional denumit factor de trafic (f). Pentru sisteme ideale, acest factor are valoarea 1,0; in cazuri reale f

Eficienta unui sistem de transport inclus in cadrul unui sistem flexibil de prelucrare, E, este data de relatia:

, (4)

in care v reprezinta viteza liniara de regim a sistemului de transport, in metri pe minut, t_i - timpul necesar incarcarii piesei, in minute, t_d - timpul de descarcare, in minute, distanta medie a curselor in gol, in metri, ritmul transferurilor de material considerand numai cursele in gol, in piese ori metri pe ora.

Pentru sisteme simple, cu o singura bucla de transport, sau in cazul in care ritmul livrarilor pieselor sau semifabricatelor este acelasi cu ritmul efectuarii curselor in gol, relatia (3) devine:

, (5)

in care numitorul reprezinta timpul total necesar efectuarii unui circuit complet de catre un singur robocar, atunci cand nu se considera efectul de congestionare al traficului.

Numarul de livrari pe ora, R, efectuat de un robocar, este dat de relatia:

. (6)

Similar, numarul de intoarceri in gol pe ora pentru un robocar se determina utilizand relatia:

. (7)

Numarul total de robocare, N, se calculeaza utilizand relatia:

, (8)

valoarea obtinuta fiind rotunjita superior la numar intreg. Utilizand relatiile (8.6) si (8.7), relatia (8.8) devine:

. (9)

Daca elementele de transport de tip robocar sunt utilizate pentru incarcarea piesei semifabricat, dar si pentru descarcarea piesei din postul de lucru respectiv, timpul parcurs in gol va fi minimizat.

Exemple

Se considera sistemul de transport din figura 1, care trebuie sa asigure un ritm al livrarilor q₁₂ = 40 piese/ora din postul de incarcare 1 in cel de descarcare a pieselor 2. Sunt, de asemenea, cunoscute: viteza de transport v = 45 m/min, timpul de incarcare si cel de descarcare a piesei t_i = t_d = 0,75 min, factorul de trafic f = 0,9.

Pe baza acestor valori rezulta:

distanta medie de livrare a piesei, d_m = 135 m;

distanta medie parcursa in gol, = 90 m;

eficienta sistemului de transport, E = 0,415;

numarul de robocare pentru indeplinirea sarcinii de transport, N = 5.

Fig. 1. Sistem de transport de tip bucla inchisa.

Pentru sistemul de transport reprezentat in figura 2 se considera ritmul livrarilor de material intre diferitele posturi de lucru, prezentat sub forma tabelara sau de graf, conform figurii 3.

Fig. 2. Configuratia unui sistem de fabricatie cu doua bucle.

Fig. 3. Definirea ritmului de introducere in fabricatie a pieselor semifabricat.

Presupunand ca toate robocarele trebuie sa se intoarca la posturile 5 si 1 dupa ce au incarcat sau descarcat piese in posturile 2, 3 si 4, cunoscand timpii de incarcare si descarcare t_i = t_d = 0,5 min, viteza de transport v = 45 m/min si considerand factorul de trafic f = 0,85, au fost determinate: distanta medie a livrarilor de material, d_m = 111 m distanta medie de parcurs in gol, = 76 m eficienta sistemului de transport, E numarul necesar de robocare, N

Daca se considera acelasi sistem de transport reprezentat in figura 2 si aceleasi date cunoscute, se obtine o situatie cu totul noua daca robocarele pot sa descarce piesele finite si sa incarce piesele semifabricat, de la si, respectiv, la aceleasi posturi (2, 3, 4), astfel incat sa se minimizeze distanta de parcurs in gol. Vor rezulta in aceasta situatie urmatoarele: distanta medie de parcurs in gol,
= 30 m; eficienta sistemului de transport, E = 0,55; numarul necesar de robocare, N Transferurile in gol se efectueaza numai intre posturile 5 si 1; =20 piese/ora

Configuratia geometrica a unui modul de transport cu benzi transportoare, care face parte din sistemul CIM - FESTO, dotare a Universitatii POLITEHNICA din Bucuresti, este reprezentata in figura 4.

Acest sistem poate fi analizat pe baza aceluiasi model prezentat anterior. Robocarele sunt inlocuite cu elemente de tip suport-paleta care se deplaseaza in sistem prin intermediul benzilor transportoare.

Fig. 4. Configuratia unui modul de transport de tip conveior.

Fig. 5. Fluxul de materiale intre diferite celule.

Pe baza fluxului de materiale prezentat in figura 5 sau pe baza datelor prezentate in tabelele 1 si 2 se poate determina distanta medie a livrarilor d_m:

.

Tabelul 1  Tabelul 2

Distantele intre celule [m] Fluxul orar de piese [piese/ora]

Fig. 6. Traseele tehnologice urmate de piesele semifabricat.

Cele patru trasee urmate de piesele semifabricat sunt prezentate in figura 6. Considerand ca date cunoscute: viteza liniara a benzilor transportoare
v = 5 m/min, timpul de incarcare si de descarcare a pieselor semifabricat
t_l = t_u = 0,25 min, factorul de trafic f = 0,85, se poate determina eficienta sistemului de transport E = 0,37 si numarul de elemente de transport N = 2.

2. CONFIGURATIA SISTEMULUI SI PARAMETRII DE TRANSPORT LA FABRICAREA UNUI ANSAMBLU MECANIC

Sistemul de fabricatie contine mai multe bucle inchise, alimentarea cu semifabricate a sistemului efectuandu-se prin intermediul unor elemente de transport de tip robocar "AGV - Automated Guided Vehicle". Robocarele transporta cate doua palete, pe fiecare paleta putand fi asezate doua piese identice sau diferite, astfel incat capacitatea de transport a robocarului este de maximum patru piese.

Sistemul poate prelucra piese avand o varietate constructiva si complexitate relativ mare, putand realiza operatii de: strunjire, frezare, danturare, mortezare, rectificare si asamblare. In fiecare post de lucru procesul se desfasoara complet automat, masinile fiind prevazute cu sisteme automate de prelucrare a semifabricatelor si livrare a piesei, precum si cu sisteme automate de schimbare a sculelor.

Intrarea semifabricatelor in sistem se face prin intermediul unui post de incarcare P.I. (fig. 7) in urma prelucrarii piesele fiind depozitate, in prima faza, intr-un depozit de piese finite D.P.F, aceasta deoarece pentru asamblare este necesara cate o piesa din fiecare tip.

Amplasarea posturilor de lucru si stabilirea distantelor intre acestea in planul XOY

Fig. 7. Configuratia sistemului de transport.

Asamblarea se realizeaza in postul 8, subansamblurile obtinute sunt depuse in depozitul de subansambluri D.S. Conditiile care trebuie respectate pentru ca un robocar sa transporte piesele finite in vederea asamblarii sunt:

postul de asamblare sa fie liber;

in depozitul de piese finite (D.P.F.) sa existe cel putin cate o piesa din fiecare tip.

Piesele prelucrate in sistem sunt:

caseta rulmenti (fig. 8),

roata melcata (fig. 9),

arbore (fig. 10).

Numarul total de piese prelucrate este egal cu 9, cate 3 pentru fiecare tip. Astfel, in urma asamblarii rezulta trei subansambluri (fig. 11).

Amplasarea exacta a posturilor de lucru si a distantelor intre acestea in planul XOY sunt prezentate in figura 7, in care:

postul 1 - post de incarcare (P.I.);

postul 2 - in care se realizeaza operatiile de strunjire;

postul 3 - destinat operatiilor de frezare;

postul 4 - in care se realizeaza operatiile de danturare;

postul 5 - post desinat operatiilor de mortezare;

postul 6 - in care se realizeaza operatiile de rectificare;

postul 7 - depozit de piese finite (D.P.F.);

postul 8 - post de asamblare;

postul 9 - depozit de subansambluri (D.S.).

Stabilirea configuratiei pieselor ce vor fi prelucrate in cadrul sistemului

Fig. 8. Caseta rulmenti. Fig. 9. Roata melcata.

Piesele prelucrate in cadrul sistemului sunt: caseta rulmenti (fig. 8), roata melcata (fig. 9), arbore (fig. 10), iar subansamblul din care acestea fac parte este prezentat in figura 8.11.

Fig. 10. Arbore.

Estimarea timpilor necesari pentru operatiile specifice posturilor de lucru. Timpii de incarcare / descarcare se considera in domeniul 15 . 45 s. Viteza de transport a semifabricatelor intre doua posturi de lucru se considera in domeniul 5 . 30 m/min. Factorul de trafic specific sistemului de transport f 0,8 . 0,85. Sistemul de productie va trebui sa asigure un numar constant de livrari pe ora, in postul de descarcare.

- surub, 2 - caseta rulmenti, 3 - capac, 4 - carcasa, 5 - roata melcata, 6 - roata dintata, 7 - inel de siguranta, 8 - arbore, 9 - rulment radial-axial cu role conice pe doua randuri, 10 - piulita.

Fig. 11. Ansamblu mecanic.

Se vor considera:

timpul de incarcare t_i = 0,5 min;

timpul de descarcare t_d = 0,5 min;

viteza de transport a semifabricatelor intre doua posturi de lucru v =
= 30 m/min;

factorul de trafic f = 0,8;

pentru reperul caseta rulmenti operatia de strunjire dureaza 15 min, iar operatia de rectificare 4 min;

pentru reperul roata melcata operatia de strunjire dureaza 7 min, operatia de danturare 30 min, operatia de mortezare 9 min, iar operatia de rectificare dureaza 15 min;

pentru reperul arbore operatia de strunjire dureaza 7 min, operatia de frezare 3 min, operatia de danturare 12 min, iar operatia de rectificare 8 min;

operatia de asamblare dureaza 3 min.

Determinarea sarcinilor de transport efectuate de robocare. Sarcinile de transport efectuate de robocare se calculeaza cu relatia:

in care: w_ij - sarcina de transport, in [piese m/ora];

q_ij - ritmul transferurilor de materiale, in [piese/ora];

d_ij - distantele intre punctele in care se fac livrarile, in [m].

Efectuand calculele se vor obtine valorile din tabelul 3.

Tabelul 3

Sarcinile de transport corespunzatoare transferurilor de materiale

Determinarea eficientei sistemului de transport, a capacitatii acestuia si a numarului de robocare necesare. In tabelul 4 se prezinta, pentru fiecare piesa care se prelucreaza pe acest sistem, traseul pe care aceasta il parcurge precum si numarul de piese prelucrate din fiecare categorie, astfel:

Tabelul 4

Trasee si ritmul livrarilor intre posturile de lucru

primul traseu corespunde reperului caseta rulmenti (v. fig. 8) aceasta trecand succesiv din postul de incarcare in postul de strunjire, postul de rectificare si in final in depozitul de piese finite;

traseul 2 corespunde reperului roata melcata (v. fig. 9) aceasta trecand succesiv din postul de incarcare prin posturile de strunjire, danturare, mortezare, rectificare si in final in depozitul de piese finite;

traseul 3 corespunde reperului arbore (v. fig. 10) acesta trecand succesiv din postul de incarcare prin posturile de strunjire, frezare, danturare, rectificare si in final in depozitul de piese finite;

traseul 4 corespunde operatiei de asamblare, subansamblurile ajungand in final in depozitul de subansambluri.

Tabelul 5 prezinta livrarile intre diferitele posturi din sistem, in timp ce, in figura 12 aceste livrari sunt prezentate sub forma unui graf.

Tabelul 5

Livrarile de materiale intre posturile de lucru

Fig. 12. Graful actiunilor de transport.

In tabelul 6 sunt prezentate distantele intre diferitele posturi din sistem.

Tabelul 6

Distantele intre posturile de lucru

Se calculeza:

C - cerinta totala de transport a sistemului:

[piese·m/ora]

[piese·m/ora]

q_ij - ritmul transferurilor de materiale, in [piese/ora];

d_ij - distantele intre punctele in care se fac livrarile, in [m];

U - numarul total de livrari/ora:

distanta medie a livrarilor;

=30,76 m.

Tabelul 7 prezenta livrarile in gol.

Tabelul 7

Ritmul livrarilor in gol

Se calculeaza:

distanta medie a livrarilor in gol

unde: C^' - cerinta totala a sistemului la mersul in gol:

[piese·m/ora]

U^' - numarul de intoarceri in gol/ora:

.

Cu rezultatele obtinute se pot determina: eficienta sistemului de transport E, capacitatea acestuia K si numarul de robocare necesare N.

eficienta sistemului

unde: reprezinta distanta medie a livrarilor;

v - viteza de deplasare a elementelor de transport de tip robocar;

U - numarul total de livrari/ora;

t_i - timpul de incarcare;

t_d - timpul de descarcare;

- distanta medie a livrarilor in gol;

U^' - numarul de intoarceri in gol/ora;

f - factorul de trafic;

- capacitatea sistemului de transport pentru prima varianta:

unde: C - cerinta totala a sistemului;

E - eficienta sistemului;

- numarul de robocare necesare pentru transport:

robocare.

Numarul de produse finite din fiecare categorie dupa 24 ore de functionare este:

caseta rulmenti - 10,

roata melcata - 8,

arbore - 8.

Cresterea eficientei sistemului, in sensul minimizarii curselor de gol, se poate obtine prin efectuarea incarcarii semifabricatelor la postul de lucru simultan cu evacuarea piesei prelucrate.

In tabelul 8 este prezentat numarul de livrari / ora intre diferitele posturi in cazul in care robocarele pot sa incarce semifabricate la postul de lucru simultan cu evacuarea piesei prelucrate.

Tabelul 8

Livrarile de materiale atunci cand robocarele se deplaseaza in plin

Determinarea eficientei sistemului de transport si a numarului necesar de robocare in acest caz se face astfel:

distanta medie a livrarilor in gol:

,

in care: 9 reprezinta numarul de piese executate, iar 40 reprezinta distanta in metri intre postul 9 si postul

eficienta sistemului:

;

numarul de robocare necesare pentru transport:

;

robocare.