Giáo trình Hệ thống sản xuất linh hoạt

 FMS 
phức tạp thêm. Tuy nhiên, phương pháp thay đổi từng dụng cụ riêng biệt vẫn là 
phương pháp tiên tiến, bởi vì nó cho phép nâng cao năng suất của máy và giảm diện 
tích sản xuất. 
7.7. Kho chứa tự động trong hệ thống FMS. tham khảo tài liệu – [2] 
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. 
PDF by  105
7.8. Hệ thống điều khiển FMS. 
7.8.1. Đặc tính của máy tính trong hệ thống điều khiển FMS. 
 Các đặc tính chủ yếu của máy tính là: khối lệnh, dung lượng bộ nhớ, tốc độ, độ 
ổn định và giá thành. 
1. Khối lệnh. 
 Khối lệnh phản ánh khả năng tính toán của máy tính. Khả năng này là tất cả các 
hình thức thể hiện dữ liệu và phép tính được thực hiện để nhập thông tin, xử lý và 
truyền thông tin. Các mô tả lệnh của máy tính xác định: 
 - Hình thức thể hiện các dữ liệu trong máy tính (các loại dữ liệu, phạm vi và độ 
chính xác của các giá trị số). 
 - Các phương pháp xác định địa chỉ của các dữ liệu trong máy tính. 
 - Các phép tính được thực hiện bằng bộ xử lý và thiết bị đầu vào – đầu ra. 
 - Cách viết lệnh. 
2. Dung lượng của bộ nhớ. 
 Dung lượng của bộ nhớ được đặc trưng bằng số lượng thông tin được lưu giữ 
trong nó và được tính bằng kilobai. 
3. Tốc độ của máy tính. 
 Tốc độ của máy tính được xác định bằng số phép tính được thực hiện trong một 
giây. Thời gian thực hiện các phép tính khác nhau trong máy tính cũng khác nhau. Do 
đó, tốc độ của máy tính được đặc trưng hoặc là bằng số các phép tính đơn giản trong 
một giây hoặc bằng số các phép tính trung bình trong một giây có tính đến tần suất 
xuất hiện các phép tính khác nhau khi thực hiện một loại chương trình đã định. 
4. Độ ổn định của máy tính. 
 Độ ổn định của máy tính được đặc trưng bằng khoảng thời gian trung bình (tính 
bằng giờ) giữa hai lần máy bị hỏng. 
5. Giá thành của máy tính. 
 Giá thành của máy tính là tổng giá thành của tất cả các cơ cấu của máy tính và nó 
phụ thuộc vào loại máy tính (như dung lượng bộ nhớ, tốc độ và các cơ cấu đi kèm). 
7.8.2. Con người trong hệ thống điều khiển FMS. 
 Hoạt động của con người trong hệ thống điều khiển có thể được xem như việc 
thực hiện các chức năng điều khiển: kiểm tra, điều chỉnh và điều khiển linh hoạt. 
Kiểm tra là thu nhận thông tin về những biến đổi của hệ thống để thực hiện tác 
động đã định tới đối tượng điều khiển. 
Điều chỉnh là giữ lại cho các biến số của hệ thống điều khiển nằm trong giới hạn 
đã định hoặc thay đổi theo chương trình đã lập. 
Điều khiển linh hoạt là tác động điều khiển đến hệ thống theo chức năng hoạt 
động và đảm bảo sự tồn tại của hệ thống đó. 
PDF by  106
Khi thiết kế hệ thống điều khiển không được quên khả năng của con người tham 
gia trong điều khiển. Con người đóng vai trò “người nhận thông tin” từ đối tượng điều 
khiển, phân tích và xử lý thông tin, lập chương trình, quan sát và kiểm tra chương 
trình, thực hiện các lệnh khác nhau. Con người có khả năng: 
- Tiếp nhận nhiều loại thông tin khác nhau một cách linh hoạt. 
- Định hướng theo các tín hiệu gián tiếp. 
- Sử dụng thông tin thừa và các dữ kiện có xác suất thấp. 
- Chuyển thông tin từ dạng này sang dạng khác. 
Như vậy, trong các hệ thống điều khiển con người là một “khâu vạn năng và linh 
hoạt”. Tuy nhiên, so với máy thì con người còn thua về tốc độ, đôi khi độ chính xác 
thực hiện và chế độ làm việc trong thời gian dài. Vì vậy, hệ thống tối ưu bao gồm con 
người và thiết bị tự động chỉ có thể được thành lập với điều kiện sử dụng một cách tốt 
nhất khả năng của cả hai yếu tố thành phần: con người và máy. 
7.8.3. Thiết kế hệ thống điều khiển FMS. (tham khảo tài liệu – [2]) 
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. 
7.9.7. Hệ thống FMS ở Mỹ. 
7.9.8. Hệ thống FMS ở Pháp. 
7.9.9. Hệ thống FMS ở Anh. 
(Tham khảo tài liệu – [2]) 
B. NỘI DUNG THẢO LUẬN. 
C. NGÂN HÀNG CÂU HỎI, BÀI TẬP. 
PDF by  107
CHƯƠNG VIII : HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA TỰ ĐỘNG HÓA 
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 
VIII.1. Mục tiêu, nhiệm vụ. 
1. Mục tiêu: 
- Giới thiệu về những nội dung cơ bản về hướng phát triển của tự động hóa quá 
trình sản xuất 
2. Nhiệm vụ của sinh viên: 
- Hiểu và nắm vững được các nội dung cơ bản cũng như hướng phát triển của tự 
động hóa quá trình sản xuất. 
VIII.2. Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ. 
 Nội dung Hình thức học 
8.1 Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt. Giảng 
8.2 Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền. Giảng 
8.3 Sản xuất tự động hoá linh hoạt. Giảng 
8.4 Ứng dụng kỹ thuật CIM. Giảng 
8.5 Ứng dụng Robot công nghiệp. Giảng 
8.6 Ứng dụng trí tuệ nhân tạo. Giảng 
VIII.3. Các nội dung cụ thể. 
A. NỘI DUNG LÝ THUYẾT. 
8.1. Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt. 
 Một trong những hướng tự động hóa trong sản xuất loạt vừa là sử dụng máy điều 
khiển theo chương trình số (CNC). Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy CNC có thể thấy 
rõ khi chi tiết gia công loạt với 20÷40 chi tiết. Trong điều kiện sản xuất đơn chiếc thì 
hiệu quả kinh tế do sử dụng máy CNC cũng có tuy không cao lắm. 
 Ưu điểm chính của máy với hệ điều khiển linh hoạt là khả năng hiệu chỉnh 
chương trình ngay tại chỗ làm việc. Trong điều kiện sản xuất đơn chiếc, loạt vừa và 
nhỏ thì máy CNC đảm bảo khẳ năng thay dao nhanh, nâng cao năng suất lao động, 
thay thế một cách có hiệu quả các máy điều khiển bằng tay. 
 Tất cả các nguyên công tiện trên máy tiện CNC được thực hiện bằng các dao tiện 
tiêu chuẩn mà không có các dao tiện định hình và cữ chặn. 
 Sử dụng máy với hệ điều khienr linh hoạt (máy CNC) là làm giảm nhẹ sức lao 
động của công nhân, giải phóng công nhân khỏi công việc có tính chất đơn ddieuj, lặp 
lại nhiều lần, giảm nhẹ quá trình điều khiển máy, tăng lợi ích của người công nhân và 
làm cho công nhân thích thú hơn với công việc. 
PDF by  108
8.2. Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền. 
 Các máy CNC làm việc dộc lập (mặc dù mức độ tự động hóa cao) vẫn không thể 
loại trừ được nhược điểm chính của sản xuất và lắp ráp cơ khí, đó là tính gián đoạn. 
Như vậy, nâng cao tính sử dụng của các máy CNC chỉ có thể đạt được khi các máy 
này làm việc trên dây chuyền để đảm bảo tính lien tục của quá trình sản xuất vfa thực 
hiện một phần quá trình tự động hóa. 
 Trong điều kiện sản xuất hàng loạt ở giai đoạn đầu để đạt được quá trình gia 
công liên tục nên tổ chức dây chuyền nhóm. Dây chuyền nhóm là dây chuyền để gia 
công nhóm chi tiết có chung một tiến trình công nghệ. Các máy dùng cho dây chuyền 
nhóm bao gồm các máy CNC và các máy chuyên dùng, máy vạn năng để thực hiện 
một số nguyên công riêng biệt. 
 Sau khi gia công xong một chủng loại chi tiết cần tiến hành điều chỉnh máy, thay 
đổi chương trình, điều chỉnh đồ gá gia công nhóm và thay dao để gia công chủng loại 
chi tiết khác. Như vậy, trên các chỗ làm việc khác nhau của dây chuyền có thể cùng 
lúc gia công được các chi tiết khác loại nhưng có chung một tiến trình công nghệ. 
 Sử dụng dây chuyền nhóm tạo ra được quá trình sản xuất liên tục, giảm chu kỳ 
gia công và nâng cao năng suất lao động. Hệ số sử dụng máy trong dây chuyền nhóm 
có thể tăng lên 0,8 ÷ 0,85. Chu kỳ gia công có thể giảm xuống (40 ÷ 50)%. Năng suất 
lao động tăng (25 ÷ 40)%. Giá thành gia công giảm (11 ÷ 15)%. 
8.3. Sản xuất tự động hoá linh hoạt. 
 Hệ thống sản xuất linh hoạt là toàn bộ những thiết bị có khả năng điều chỉnh tự 
động để chuyển đổi đối tượng gia công. Hệ thống sản xuất linh hoạt cấp 1 là các 
môđun sản xuất mềm. Hệ thống sản xuất linh hoạt cấp 2 là hệ thống sản xuất tự động 
hóa linh hoạt 
 Hệ thống sản xuất tự động hóa linh hoạt là hệ thống tự động hóa phát triển được 
điều khiển bằng máy tính. Hệ thống sản xuất này bao gồm các máy gia công được liên 
kết với nhau bằng hệ thống vận chuyển phôi tự động, tách phôi tự động, thay dao tự 
động, kiểm tra tự động, đồng thời bao hàm cả quá trình thiết kế sản phẩm tự động, 
chuẩn bị công nghệ tự động và điều khiển tự động. Đặc điểm chính của hệ thống sản 
xuất linh hoạt (hệ thống sản xuất mềm) là tính linh hoạt rất cao, nó cho phép: 
 - Trong điều kiện sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa ở bất kỳ thời điểm nào có thể 
dừng việc gia công chi tiết trên dây chuyền để điều chỉnh dây chuyền cho việc gia 
công chi tiết khác. 
 - Trên các máy khác nhau có thể gia công các chi tiết có hình dạng khác nhau với 
số lượng tùy ý. 
 - Có thể thay thế các máy bị hỏng bằng các máy của hệ thống linh hoạt mà không 
làm cho dây chuyền sản xuất ngừng trệ. 
PDF by  109
 - Có thể di chuyển chi tiết gia công theo những quỹ đạo tùy ý. Như vậy, hệ thống 
sản xuất mềm có thể giảm được số lượng máy và tăng hệ số sử dụng máy. 
8.4. Môđun sản xuất linh hoạt. 
 Môđun sản xuất linh hoạt là đơn vị máy được trang bị cơ cấu điều khiển tự động 
và các cơ cấu gia công tự động. Nhìn chung các cơ cấu tự động hóa của môđun sản 
xuất linh hoạt là: các ổ chứa, các đồ gá vệ tinh, cơ cấu cấp phôi, tháo phôi, thay đổi 
dao, thải phoi tự động, kiểm tra tự động, điều chỉnh tự động... 
 Trong trường hợp đặc biệt thì môđun sản xuất linh hoạt có thể là một trung tâm 
gia công có rôbôt hỗ trợ. Môđun sản xuất linh hoạt cho phép thay đổi đối tượng gia 
công (trong phạm vi công nghệ của thiết bị). 
 Dụng cụ cắt của môđun sản xuất linh hoạt được gá trong ổ chứa dụng cụ với số 
lượng khoảng 30÷80 dụng cụ. Từ đó dụng cụ được cung cấp cho máy khi cần thiết. 
Thay đổi dụng cụ được thực hiện theo các nguyên nhân sau: 
 - Khi điều chỉnh dao để gia công theo chương trình. 
 - Theo tuổi bền tính toán. 
 - Theo lượng mòn giới hạn được xác định bằng cơ cấu tự động kiểm tra kích 
thước gia công. 
 - Theo độ mòn cho phép của dụng cụ được xác định bằng cơ cấu kiểm tra lực cắt 
Px và Py , kiểm tra công suất dòng điện và mômen quay. 
 Hiệu quả sử dụng các môđun sản xuất linh hoạt có thể cao hơn nếu các môđun đó 
được kết nối với nhau tạo thành hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần. 
8.5. Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần. 
 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần là hệ thống sản xuất linh hoạt gồm nhiều 
môđun sản xuất linh hoạt được kết nối với nhau bằng nhiều hệ thống điều khiển tự 
động. Trong hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần tất cả công việc từ cấp phôi, gia 
công, vận chuyển, thay dao và kiểm tra chi tiết đều được tự động hóa. 
 Hiệu quả gia công trên hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần so với các máy 
thông thường và các trung tâm gia công khi làm việc hai ca được trình bày trong bảng 
8.1. 
Bảng 8.1. Hiệu quả sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần 
Chỉ tiêu 
Thiết bị 
Máy vạn 
năng 
Trung tâm 
gia công 
CNC 
Hệ thống SX linh 
hoạt toàn phần 
Số công nhân – người phục vụ 40 13 4 
Số công nhân vận chuyển, đứng 
máy và chuẩn bị trang bị công nghệ 
8 10 2 
PDF by  110
Số quản đốc và người kiểm tra 17 14 8 
Số người điều chỉnh máy - 13 8 
Số kỹ sư, lập trình viên - 20 18 
Tổng số cán bộ và công nhân 115 70 40 
Hệ số thay đổi máy 1,3 1,6 2 
Hệ số tải trọng máy 0,4 0,6 0,85 
Chu kỳ gia công (ngày) 45 9 4 
Chu kỳ chuẩn bị sản xuất 15 9 6 
 Nếu tổ chức sản xuất trong 3 ca thì hiệu quả sử dụng của hệ thống sản xuất linh 
hoạt toàn phần còn cao hơn nhiều, bởi vì số cán bộ, công nhân làm việc chỉ có 3 
người. 
8.6. Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao. 
 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao bao gồm từ hai hay nhiều hơn hệ 
thống sản xuất linh hoạt toàn phần, được kết hợp với nhau thành hệ thống tự động sản 
xuất linh hoạt. Hệ thống sản xuất này cho phép điều chỉnh công nghệ rất nhanh khi cần 
chuyển đối tượng gia công. Sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao đòi 
hỏi giải quyết nhiều vấn đề phức tạp, như tăng độ ổn định của thiết bị, thiết kế và chế 
tạo các hệ thống điều khiển thích hợp. 
 Đối với hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao thì vấn đề vận chuyển chi 
tiết có thể thực hiện bằng các rôbôt công nghiệp. Tuy nhiên, việc sử dụng rôbôt để vận 
chuyển chi tiết có một hạn chế nếu như các máy gia công không nằm trong phạm vi 
hoạt động của rôbôt. Như vậy, để tự động hóa việc vận chuyển chi tiết cần phải chế tạo 
các rôbôt có khả năng hoạt động trong phạm vi dây chuyền sản xuất. Các rôbôt này 
được gọi là các rôbôt vận chuyển. Sử dụng các rôbôt vận chuyển cho phép nâng cao 
năng suất và giảm giá thành sản phẩm của hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc 
cao. Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao có thể xem là xưởng sản xuất tự 
động hóa hoặc cao hơn nữa là nhà máy tự động hóa. 
8.7. Ứng dụng kỹ thuật CIM. 
 Với các dạng sản xuất loạt lớn và hàng khối cần tiến hành hoàn thiện các quá 
trình công nghệ trên cơ sở sử dụng các thiết bị, dây chuyền tự động có năng suất cao, 
độ ổn định tốt, ứng dụng hiệu quả kỹ thuật nối kết hai quá trình thiết kế và chế tạo 
thành một khối thông nhất (CIM). 
8.8. Ứng dụng Robot công nghiệp. 
 Sử dụng rôbốt công nghiệp trong các quá tình như cấp phôi, vận chuyển, lắp ráp, 
kiểm tra cũng như trong một số công việc cần đến tư duy logic khi thực hiện các quá 
trình công nghệ chính và phụ của quá trình sản xuất. Đặc biệt, càn nghiên cứu, phát 
triển công nghệ lắp ráp tự động bởi lắp ráp là một công đoạn tiêu tốn nhiều thời gian 
PDF by  111
và công sức của quá trình chế tạo. Việc ứng dụng rôbôt công nghiệp vào quá trình lắp 
ráp sẽ cho phép nâng cao năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. 
8.9. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo. 
Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI – Artifical Intellegent) 
trên cơ sở kỹ thuật liên kết nơron nhân tạo và logic ảo trong các quá trình sản xuất 
phức tạp, có nhiều thông số ảnh hưởng, trong thiết kế chế tạo các hệ thống rôbốt thông 
minh. Trí tuệ nhân tạo chính là một xu hướng phát triển của công nghệ máy tính, liên 
quan đến các hệ thống có khả năng mô tả lại các đặc tính thường thấy trong cách ứng 
xử của con người như học tập, suy luận, giải quyết các vấn đề, học ngoại ngữ... Các hệ 
thống trí tuệ có mục đích mô phỏng lại ứng xử của con người trên máy tính. 
B. NỘI DUNG THẢO LUẬN. 
C. NGÂN HÀNG CÂU HỎI, BÀI TẬP. 
PDF by  112
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] – PGS.TS. Trần Văn Địch - Tự động hóa quá trình sản xuất – NXB KHKT, 2001 
[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