Lucrarea de licență acordată studentului . …………………………………………………. 1. Tema proiectului… [623909]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMI ȘOARA
FACULTATEA DE MECANICĂ
DEPARTAMENTUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ
SPECIALIZAREA MECATRONICĂ

LUCRARE DE LICENȚĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:
Conf. Dr. Ing. Valentin CIUPE
STUDEN ȚI:
Albert -Iosif CĂLIN
Raul -Sebastian DUMITRAȘ

Timișoara
2019

UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMI ȘOARA
FACULTATEA DE MECANICĂ
DEPARTAMENTUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ
SPECIALIZAREA MECATRONICĂ

Sistemul Pick to Light

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:
Conf. Dr. Ing. Valentin CIUPE
STUDEN ȚI:
Albert -Iosif CĂLIN
Raul -Sebastian DUMITRAȘ

Timișoara
2019

UNIVERSITATEA POLITE HNICA TIMIȘOARA Aprobat ……………(data)
DEPARTAMENTUL DE MEC ATRONICĂ
…………………………………

PLAN TEMATIC
pentru lucrarea de licență

Lucrarea de licență acordată student: [anonimizat]
1. Tema proiectului …………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………….. ……
………………………. ………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………….. ……
…………………. ……………………………………………………………………………..
2. Termenul de predare a proiectului ………………………………………………………….
3. Elementele inițiale pentru proiect………………………… ………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………….. ……
………………………………………………………………………… ………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
4. Conținutul memoriului de calcul (enumerarea problemelor care vor fi
rezolvate)………….. ………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………….. ……
…………………… ……………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………….. ……
……………… …………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
5. Enumerarea materialului grafic (cu indica rea precisă a desenelor
obligatorii)…………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………….. ……………………
…………………………………………………………………………………………………………….. ……
……………………………………………………………………………………….. ……….
6. Consultații pentru proiect (cu indicarea părților din proiect care necesită
consultarea)………………………………………………………………………………………………….
……………………………………… …………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………….
7. Data eliberării temei…………………………..
Tema a fost primită pentru rezolvare.

Data…………………. Coordonatorul lucrării

…………………………………. ……………………………….
(semnătura) (semnătura

1
Cuprins
Figuri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 2
Tabele ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 4
1. Motivație Poka -Yoke, Pick to Light ………………………….. ………………………….. …………………………. 5
2. Mecatronica. Descriere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 7
3. Poka -Yoke. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 9
3.1. Utilizare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 9
3.2. Istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 10
3.3. Implementarea în producție ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 11
3.4. Beneficiile implementării sistemelor Poka -Yoke ………………………….. ………………………….. …… 13
4. Pick to Light ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 14
4.1. Ce este un sistem Pick to Light ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 14
4.2. Cum funcționează un sistem Pick to Light ………………………….. ………………………….. …………… 15
4.3. Beneficiile sistemului Pick to Light ………………………….. ………………………….. ……………………… 16
4.4. Aplicații a le sistemelor Pick to Light ………………………….. ………………………….. …………………… 16
4.4.1. Preluarea componentelor pentru asamblare ………………………….. ………………………….. ….. 16
4.4.2. Preluarea componentelor pentru împachetare ………………………….. ………………………….. .. 17
5. Alegerea variantei optime de terminale ………………………….. ………………………….. ……………………… 18
6. Descrierea standului experimental (HARDWARE) ………………………….. ………………………….. …….. 23
7. Funcționarea standului experimental ………………………….. ………………………….. ………………………… 34
8. Calculul puterilor electrice si al curenților din circuit ………………………….. ………………………….. …. 42
9. Implementarea software a sistemului Pick to Light. Schema bloc ………………………….. ……………. 46
10. Analiza economică a proiectului. Justificarea componentelor ………………………….. …………………. 51
11. Concluzie sistem Poka Yoke, Pick to Light ………………………….. ………………………….. ………………. 53
12. Îmbunătățiri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 55
13. Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 57
Anexe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 59

2
Figuri

2.1 Structura sistemului mecatronic……….. ………………………….. ………………………………… ………….. 7
3.1. Ce presupune sistemul Poka -Yoke ………………………………………………………………………………. .9
3.2. Shingeo Shingo. Fondatorul conceptului Poka -Yoke… ………….. ………………………………. …….10
3.3. Poka -Yoke …………………………………………………………………………………………………………….. ..11
3.4. Prevenția erorilor …………………………………… …………………………………………………………… ……1 2
4.1. Conceptul Pick to Light prezent în industrie …………………………………………………… ……………1 4
4.2. Preluarea componentelor pentru asamblare.. ………………………………………………….. ……………1 7
4.3. Preluarea componentelor pentru împachetare.. ……………………………………………….. …………..1 7
5.1. Terminal cu buton….. ………………………………………………………. ………………………………………..1 9
5.2. Terminal cu levier……. ……………………………………………………… ……………………………………….1 9
5.3. Terminal cu fotorezistor …………………………………………………….. …………………………………….. 20
5.4. Terminal cu cortină laser…………………………………….. …………………………………….. …………….. 20
5.5. Terminal cu ușă………………………………………………….. …………………………………………………… 21
6.1. Țeavă de polipropilenă cu Φ32mm……………………. ………………………….. ………………………. …24
6.2. Coturi și ramificații de polipropilenă cu Φ32mm……… ………………………………………………… ..25
6.3. Realizarea structurii mecanice a standului……………….. ………………………….. ………………….. …25
6.4. Cutie pentru depozitare………………………… ……………………………………………….. …………… ……26
6.5. Poziționarea cutiilor pe structura standului……………….. ………………………………………………. ..27
6.6. Cablu Ethernet…………………………………. ………………………………………………. ……………………..2 8
6.7. Fotorezistor……. ………………………………………… ……………………………………………… ……………..2 8
6.8. Plasarea fotorezistorului pe cutie…………………. ………………………………………………. …………….2 9

3
6.9. LED -uri………………………………………………………. …………………………………………….. ……………2 9
6.10. Poziționarea LED -urilor pe cutiile standului………. ………………………………………… …………… 30
6.11. Laser……………………………………………………….. …………………………………………… ……………… 30
6.12. Poziționarea laserului pe stand…………………… ………………………………………….. ……………….. 31
6.13 Placa Arduino Mega………………………………….. …………………………………………. ………………… 31
6.14. Breadboard………………………… ………………… ……………………………………………………… ………..3 3
7.1. Starea inițială a standului. Etapa de asamblare num ărul 1…. ………………………………….. ………3 4
7.2. Prezentarea afișajului LCD în starea inițială……….. ……………………………………….. ……………..3 5
7.3. Introducerea mâinii de către operator……………………. ………………………………………. ……………3 6
7.4. Etapa de asamblare num ărul 2………………………………. ………………………………………. …………..3 6
7.5. Afișarea etapei 2………………………………………………. ……………………………………… ………………3 7
7.6. Num ărul de piese corespunzător etapei 2…………… ………………………………………. ……………….3 7
7.7. Etapa de asamblare numărul 3………………………… ………………………………………. …………………3 8
7.8. Afi șarea etapei 3……………………………………………. ……………………………………… …………………3 8
7.9. Piesa corespunzătoare etapei 3……………………. ………………………………………. …………… ……….3 9
7.10. Finalizarea asamblării ind icată de LED -uri…… ………………………………………. ………………….. 39
7.11. Mesajul ”Asamblare Finalizată!”……………… …………………………………………. ………………….. 40
7.12. Introducerea mâinii într -un terminal greșit……. …………………………………………. ………………..4 0
7.13. Mesajul ”Atenție! Terminal greșit”………………. ……………………………………. …………………….4 1
8.1. Circuit LED -Rezistor…………………………………….. …………………………………….. …………………..4 2
8.2. Circuit fotorezistor.Situația 1(când laserul cade pe fotorezistor) ……………… …………….. ………43
8.3. Circuit fotorezistor Situația 2 (când nu exist ă lumin ă)……. …………………………… ………………..43
9.1 Schema bloc a implementării software………. …………………………………………………………………5 0

4
Tabele

5.1 Matricea decizională a terminalelor…………………………… ………………………………………. …….. …22
6.1 Caracteristici de material pentru țeava de polipropilenă…… …………………………………….. ……..2 4
6.2 Specificații tehnice ale cutiei pentru depozitare…………. ……………………………………. ……………2 6
6.3 Caracteristici tehnice ale plăcii d e dezvoltare Arduino Mega….. ………………………………. ……..3 2
10.1 Analiza cheltuielilor cu sistemul Pick to Light………. …………………………….. …………………. …52
11.1 Analiza timpului de asamblare…………….. ……………… …………………………….. …………………….5 3

5
1. Motivație Poka -Yoke, Pick to Light

Sistemul Pick to Light reprezintă o metodă simplă de automatizare, ușor de implementat și
cu rezultate imediate. Acest sistem constă dintr -un controler, o structură mecanică ce ajută la
organizarea terminalelor și a depozitelor de piese, senzori pentru detectarea preluării piesei, un
sistem de indicare a piesei ce urmează a fi ri dicată și o minte creativă care să îmbine toate aceste
elemente într -un tot unitar.

Conceptul de Poka -Yoke este din ce în ce mai întâlnit în industrie datorită eficienței
dovedite în timp. Oriunde am arunc a privirea într -o fabrică găsim exemple conclu dente în ceea ce
privește conceptul de prevenție a erorilor: cortine de laser pentru a sesiză prezența operatorului în
interiorul spațiului de lucru al unui robot, cablul de Ethernet poate fi introdus doar intr -un singur
mod, până și te șiturile pot fi con siderate Poka -Yoke deoarece cresc rata de succes a înserării unei
tije într -o gaură.

Sistemele robotizate sunt din ce în ce mai căutate, dar acestea au un cost de implementare
ridicat, iar dacă dorim ca acest robot să fie controlat inteligent, costul acestuia va crește exponențial.
Sistemul Pick to Light reprezintă cheia automatizării cu un cost de implementare redus,
beneficiind, totodată, de flexibilitatea de care d ă dovadă omul.

Prin acest sistem se încearcă o colaborare dintre om și mașină, o “automatizare” a omului
în cadrul procesului de producție. Sistemul Pick to Light reduce timpii “morți” dintre două preluări
succesive, atunci când omul trebuie să își reamintească următorul pas pe care trebuie s ă îl execute.
În același timp se poate profita de flexibilitatea umană, acesta din urmă reușind să se adapteze unei
posibile erori de poziționare în cadrul unei asamblări, continuând procesul productiv.

Controlerul are o capacitate ridicată de stoca re și redare a informației, în timp ce omul
suferă de pierderi de informații dacă este suprasolicitat. De aceea sistemul Pick to Light vine în

6
ajutor omului pentru a duce la capăt toți pașii necesari unei asamblări, fără ca acesta să fie nevoit
să își aduc ă aminte de fiecare data de ce pas urmează să efectueze .

Profitând de flexibilitatea umană și de capacitatea mare de memorare și redare a
controlerului, sistemul Pick to Light poate avea mai multe secvențe pe care le poate reda în funcție
de piesele ce sunt introdu se în magaziile de piese. Astfel omul se poate adapta ușor la orice secvenț ă
de producție, fără a fi necesar o pregătire în prealabil deoarece omul va urmări secvența afișată de
controler prin ledurile conectate la ieșirile controlerului, ac esta nefiind nevoit să țină minte zeci de
secvențe de producție, astfel reducând u-se erorile umane ce ar putea să apară.

Motivele de mai sus sunt suficiente pentru a lua în considerare acest sistem, obținând un
proces automatizat cu o investiție minimă.

7
2. Mecatronica . Descriere
Ingineria mecatronică reprezintă o parte a ingineriei ce integrează mai multe discipline,
cum ar fi: sisteme electrice și mecanice, sisteme electronice, calculatoare, telecomunicații, iar cea
mai elevată ramură a mecatronicii o reprezintă robotica.
Aceasta ramura a ingineriei a apărut ca răspuns al avansului tehnologic și a intercon ectării
dintre diferitele domenii de interes tehnic. Înainte de apariția mecatronicii, sistemele aveau o
diviziune clară în subdomenii, cum ar fi: echipamente electrice, echipamente mecanice etc. Având
o astfel de separare a domeniilor, evoluția tehnologic a risca sa stagneze, de aceea a apărut nevoia
de a implementa sisteme din ce în ce mai complexe care să ne facă viața din ce în ce mai ușoară.
Următorul nivel tehnologic a fost interconectarea sistemelor electrice, mecanice și informatice cu
scopul de a ob ține un nou sistem capabil sa efectueze acțiuni imposibile pana la apariția acestuia.
Numele de mecatronica provine în combinarea termenilor mecanica și electronica ( din
limba engleza mecha nics + elec tronics =mechatronics ). Termenul de mecatronică a fost prima
dată folosit de către Tetsuro Mori din cadrul companiei Yaskawa Electric Corporation. Termenul
a fost înregistrat în 1971, cu toate acestea, compania a renunțat la drepturile de autor, astfel
termenul poate fi utilizat de oricine.
Figura 2. 1 Structura sistemului mecatronic.[2]
Inginerul mecatronist reunește cunoștințele de mecanică, electronică, calculator și controlul
sistemelor, fiind considerat “omul bun la toate”. Cunoștințele acumulate de către inginerul
mecatronist îi permit sa activez e în domenii precum: [2]

8
• Automatizare și robotizare
• Servo -mecanica
• Automotive
• Mecatronica medicala, aparate medicale
• Computer Aided Design
• Ingineria sistemelor de fabricație
• Microcontrolere și PLC -uri

9
3. Poka -Yoke . Introducere

Termenul Poka -Yoke provine din japoneza și înseamnă “anti -eroare” sau “prevenirea
erorilor”. Un sistem Poka -Yoke reprezintă orice proces sau mecanism care ajuta un operator de
echipamente sa evite (yokeru) greșelile (poka). Scopul acestuia este de a elimina defectele
produse lor prin prevenție, corectare sau atenționare a operatorului asupra erorilor umane ce ar putea
apărea. Conceptul de Poka -Yoke a fost adoptat de către Shigeo Shingo, parte a Toyota Production
System. La început conceptul era denumit “baka -yoke” ce însemna “ anti-prost”, dar numele a fost
schimbat deoarece termenul de “baka -yoke” a fost considerat ofensiv. [1]

3.1. Utilizare
Figura 3.1. Ce presupune sistemul Poka -Yoke [3]
In general, termenul este folosit pentru a descrie procesul de reorganizare a
comportamentului utilizatorului pentru a reduce acțiunile incorecte din partea acestuia.
Un exemplu de Poka -Yoke poate fi considerat pedala de ambreiaj, prezentă în mașinile cu
cutie manuală. Pedala trebuie apăsată pentru a putea schimba viteza sau a pleca de pe loc.
Un alt exemplu se găsește la mașinile cu cutie automata ce sunt prevăzute cu un întrerupător
ce nu permite ca mașina sa fie pornită daca aceasta nu este în modul “Park” sau “Neutral”. [1]

10
3.2. Istoric
Figura 3 .2. Shingeo Shingo. Fondatorul conceptului Poka -Yoke [5]

Sistemul Poka -Yoke a fost aplicat pentru prima dată de către inginerul Shigeo Shingo în
anii ’60 având ca scop reducerea erorilor umane. Acesta a reproiectat un proces de asamblare a
unui întrerupător observând faptul că de multe ori muncitorii uitau sa introducă un arc sub unul din
butoanele de comutare.

Sistemul a fost reproiectat astfel încât arcurile sa ajungă într -un compartiment din care
muncitorii preluau arcurile. În cazul în care muncitorul uita cel de -al doil ea arc atunci acesta
observa arcul prezent în compartiment și își putea rezolva eroarea.

Shigeo Shingo a diferențiat ideea de eroare umana și de defectele de producție. Defectele
apar atunci când sunt permise erori umane. Scopul sistemului Poka -Yoke este de a crea un proces
prin care erorile pot fi detectate și corectate astfel eliminând cauzele defectelor. [1]

11
3.3. Implementarea în producție

Figura 3.3. Poka -Yoke [4]

Sistemul Poka -Yoke poate fi implementat în orice etapa a procesului de producție unde este
nevoie sa se prevină o eroare, ori unde se petrec greșeli repetate. De exemplu, o îmbinare ce susține
piesele pentru a fi prelucrate poate fi modificată pentru a permite susținerea doar având o orientare
corectă.
Shigeo Shingo a determinat trei soluții Poka -Yoke pentru reducerea erorilor din producție:
1. Metoda “prin contact” determina defectele unui produs prin testarea formei,
mărimii, culorii sau a altor caracteristici fizice.
2. Metoda “valorii fixe” presupune alert area operatorului daca nu este îndeplinit
numărul de pași
3. Metoda “secvențială” ce presupune daca operatorul a urmat numărul impuși de pași.

12
Acest sistem permite ca operatorul sa fie alertat daca exista posibilitatea de a apărea o
greșeala sau sistemul Pok a-Yoke poate preveni apariția acesteia. Prima metoda este denumita de
Shingo “avertizare Poka -Yoke” în timp ce a doua metoda poarta denumirea de “control Poka –
Yoke”.
Shingo a menționat faptul ca erorile dintr -un proces de producție sunt inevitabile, dar, p rin
implementarea sistemului Poka -Yoke, se poate detecta o eroare și se poate preveni, astfel se evita
producerea de defecte din cadrul producției. Prin eliminarea defectelor, costul producției din cadrul
unei companii se va reduce semnificativ.

O abordar e riguroasa de a realiza masuri Poka -Yoke împotriva erorilor a fost propusa de
metodologia Applied Problem Solving (APS), care consta în analiza a trei criterii ce pot conduce
la reducerea riscului
1. Identificarea nevoilor
2. Identificarea posibilelor probleme/ greșeli
3. Managementul riscului înaintea satisfacerii nevoii.
Aceasta abordare poate fi utilizata pentru a susține aspectele tehniceîn găsirea soluțiilor
efectiveîn timpul ședințelor de brainstorming. [1]
Figura 3.4. Prevenția erorilor [25]

13
3.4. Beneficiile implementării sistemelor Poka -Yoke

Principalul rol al sistemului Poka -Yoke îl reprezintă capacitatea de evitare a erorilor într –
un proces dat. Cu toate acestea, sistemul include și alte avantaje, cum ar fi: [1]
• Mai puțin timp petrecut pentru pr egătirea operatorilor
• Eliminarea posturilor de control al calității
• Operatorul nu mai este nevoit sa efectueze o munca repetitiva
• Reducerea numărului de piese defecte/ respinse
• Acțiune corectiva imediata atunci când apar greșeli
• 100% controlul calității integrat.

14
4. Pick to Light
Tehnologia se află într -o continuă dezvoltare, dezvoltarea industriei urmărește
îmbunătățirea competitivității companiei prin aplicații ale tehnologiei informației, rezultând
produse cu un grad ridicat de tehnologizare. Un sistem ușor de implementat, care să realizeze
cerințele de calitate, flexibilitate și economicitate, este sistemul Pick to Light. O combinație de
elemente mecanice, electrice, electronice și tehnologia informației asigura creșterea produc tivității
unei linii de asamblare în care este implicat un operator uman.

Rolul unui sistem Pick to Light este acela de a reduce erorile de asamblare si, în același
timp, de a crește productivitatea, având un cost de implementare redus. Sistemul se bazea ză pe
colaborarea dintre om și mașina, o combinație ce utilizează flexibilitatea umană, capacitatea de
adaptare la noile condiții, pe care omul și le -a perfecționat de -a lungul a zecilor de mii de ani de
existenta ca Homo Sapiens, și capacitatea de stocare a informației și redare cu viteza ridicata a
acesteia de către un controler programat, având senzori ca elemente de intrare și oferind o reacție
prin semnalele de ieșire. [6]

4.1. Ce este un sistem Pick to Light
Sistemul Pick to Light reprezintă un ansa mblu mecatronic prin care se urmărește reducerea
erorilor de asamblare în cadrul unui proces de asamblare cu operator uman. [6]
Figura 4.1. Conceptul Pick to Light prezent în industrie [7]

15
In cadrul sistemului se întâlnesc:
• Structura mecanica, scheletul și magaziile pentru piesele ce urmează a fi asamblate
• Componentele electrice: sursa de alimentare cu energie electrica a componentelor
electronice, a senzorilor și a indicatorilor din sistem precum și totalitatea conductorilor
electrici ce distri buie energia electrica către componente.
• Componentele electronice: microcontroler, senzori având ca rol detecția prezentei
operatorului uman
• Componenta informaționala: structura programului microcontrolerului ce face posibila
utilizarea sistemului Pick to Light.

4.2. Cum funcționează un sistem Pick to Light
Sistemul este controlat de un program încărcat în microcontroler, acesta având atribuite
intrări sub forma de senzori și ieșiri sub forma de elemente luminoase sau sonore. În cadrul acestui
program se urmărește o secvența predefinita de asamblare pe care o va afișa prin intermediul
elementelor luminoase sau sonore, astfel încât operatorul să conștientizeze ca trebuie să ridice piesa
de la locul indicat. După ce operatorul a preluat piesa, mic rocontrolerul detectează preluarea prin
senzorii dedicați și va trece la următorul pas din program, indicând un alt loc de preluare de piesa.
După un ciclu complet de asamblare, programul poate rula în bucla sau poate trece la o alta secvența
de asamblare, în funcție de piesele ce apar în magaziile de preluare de piese.

Prin acest sistem se urmărește ghidarea operatorului uman în procesul de asamblare, astfel
povara aflata pe spatele muncitorului de reamintire a ordinii de preluare și asamblare a piesei ș i de
reamintire a diferitelor secvențe de asamblare intr -un sistem de fabricație flexibila va cădea pe
spatele microcontrolerului. [6]

16
4.3. Beneficiile sistemului Pick to Light
Unul din marile beneficii ale sistemului îl constituie productivitatea îmbună tățita. Acest
lucru se manifesta prin numărul crescut de ansambluri realizate, raportate la o perioada de munca
de 8 ore. Astfel, prin sistemul Pick to Light, operatorul este ghidat eficient către piesa necesara în
ansamblu, reducându -se timpul de căutare al acesteia și de reamintire a pasului aferent procesului
de asamblare.
Respectarea ordinii de asamblare este un alt beneficiu al sistemului. Operatorul este nevoit
să respecte secvența de asamblare impusa de către controler, astfel se reduc defectele de asamblare,
rezultând o eficiență ridicată producției.
Printr -un astfel de sistem se reduce costul producției, nefiind nevoie de personal calificat
pentru a lucra în astfel de stații prevăzute cu sistem Pick to Light. În același timp se reduc costurile
de pregătire ale personalului deoarece operatorul trebuie doar să urmărească setul de pași impuși
de controler. Prin acest lucru se pot obține mai multe produse diferite cu aceeași stație și același
operator, crescând astfel flexibilitatea și productivitate a producției.
Sistemul este controlat de un controller ce poate fi reprogramat la fiecare schimbare de
produs, dar pot fi create programe ce permit introducerea de referințe ale ansamblurilor, iar
controllerul poate extrage secvența de pași potrivita dint r-o baza de date atașata acestuia, astfel
crescând eficienta sistemului. [6]

4.4. Aplicații ale sistemelor Pick to Light
4.4.1. Preluarea componentelor pentru asamblare
Preluarea componentelor pentru asamblare reprezintă un proces ce folosește principiul Pick
to Light. Operatorul se afla la o stație de asamblare, prevăzută cu elemente de indicare a pașilor ce
trebuiesc urmați și senzori ce confirma preluarea pieselor. Piesele sunt poziționate în cutii din care
se vor prelua piesele. Aceasta apli cație permite îmbunătățirea timpului de lucru, creșterea
flexibilității și a productivității unei linii de asamblare cu operator. [10]

17

Figura 4.2. Preluarea componentelor pentru asamblare [10]
4.4.2. Preluarea componentelor pentru împachetare

Figura 4.3. Preluarea componentelor pentru împachetare [11]
Aplicația presupune preluarea unei piese dintr -o magazie cu diferite piese și introducerea
acestora în cutiile aflate pe conveier. Acest gen de aplicație este utilizata de obicei în magaziile
mari ce presupun livrări de produse diferite (de exemplu Amazon). Se facilitează împachetarea
produselor necesare coletului și se reduce timpul de căutare al pieselor/ produselor ce urmează a fi
împachetate și livrate. [11]

18
5. Alegerea variantei optime de term inale
În acest capitol vom determina varianta optimă de terminale având următoarele criterii de
alegere:
1. Costul de implementare, având o pondere de 0.1, se referă la prețul de achiziționare
a unui terminal/ crearea unui terminal. (10 – cost de implementare scăzut, 1 – cost de
implementare ridicat);
2. Eficiența, având ponderea de 0.3 reprezintă capacitatea terminalului de a detecta
prezența mâinii operatorului si de a transmite semnalul către controller. (10 –
capacitate ridicată de detecție a prezen ței mâinii operatorului, 1 – capacitate scăzută
de detecție a prezenței mâinii operatorului);
3. Timpul, având o pondere de 0.3 reprezintă perioada necesară pentru terminal de a
detectaprezența mâinii operatorului. (10 – timp foarte scurt, 1 -timp foarte lung);
4. Ușurința implementării, având o pondere de 0,05 reprezintă gradul de complexitate
al terminalului și cât de greu se poate intega într -un sistem. (10 – un terminal cu grad
de complexitate scăzut, usor de integrat în sistem, 1 – un terminal cu grad ridicat de
complexitate, necesitând un timp considerabil pentru implementarea acestuia în
sistem);
5. Ușurința utilizării, având o pondere de 0,25 reprezintă capacitatea terminalului de a
fi prietenos cu utilizatorul, câte mișcări din partea utilizatorului impune un ter minal
pentru a detecta prezența acestuia. (10 – un număr minim de confirmări/ mișcări, 1 –
un număr mare de mișcări).
Elementele analizate în cadrul acestui capitol vor fi următoarele:
• Terminal cu buton
• Terminal cu levier
• Terminal cu fotorezistor
• Terminal co rtină laser
• Terminal cu ușă.

19
Terminalul cu buton

Figura 5.1. Terminal cu buton [22]
Acest terminal este compus dintr -un buton ce necesită apăsat pentru a confirma preluarea
piesei și a trece mai departe la următorul pas din secvența de asamblare. Simplitatea acestui
terminal reprezintă un avantaj deoarece poate fi ușor înlocuit cu un simplu buton, astfel este ușor
de implementat și de înlocuit. Avertzarea operatorului se face printr -un semnal luminos emis de o
diodă luminiscentă (LED) [22]

Terminalul cu levier
Figura 5.2. Terminal cu levier [22]
În cazul acestui tip de terminal întâlnim avertizarea prin intermediul diodei luminiscente și
confirmarea prin atingerea levierului atașat. Confirmarea prezenței mâinii operatorului necesită
mai puține mișcări, având, totodată, o reacție mecanică asupra acestuia. Reacția din partea
terminalului asupra operatorului reprezintă avantajul terminalului. [22]

20
Terminalul cu fotorezistor

Figura 5.3. Terminal cu fotorezistor [21]
Terminalul cu fotorezistor este format din două elemente: fotorezistor ce are rolul de
receptor al semnalului și o diodă laser ce emite un fascicul de lumină, astfel creându -se o barieră
de lumină.
Acest tip de terminal nu oferă feedback operatorului, da r nici nu împiedică mișcarea
acestuia în vreun fel, astfel operatorul câștigă timp în momentul preluării unei piese din magazie.
Avantajul ar fi ușurința utilizării unui astfel de terminal de către operator.
Terminal cu cortină laser

Figura 5.4. Termina l cu cortină laser [22]

21
Acest tip de terminal funcționează după același principiu ca și terminalul cu fotorezistor,
doar că acesta permite acoperirea unor suprafețe mai mari de detecție. Se folosesc în locuri unde
spațiul de preluare al piesei este mai mar e și pot apărea erori de detectare. [22]

Terminalul cu ușă

Figura 5.5. Terminal cu ușă [22]
Terminalul cu ușă are un indicator LED ce atenționează operatorul asupra pasului curent
și o ușă care permite accesul la piesa curentă din cadrul procesului de asamblare.
Avantajul acestui tip de terminal îl reprezintă prezența ușii ce are rolul de a împiedica
accesul operatorului la o altă piesă față de cea corectă. Practic acest terminal este o versiune
îmbunătățită a terminalelor de mai sus. [22]

Matricea decizională a terminalelor
În tabelul de mai jos se compară diferitele variante de terminale conform criteriilor
specificate. Fiecare criteriu are atribuit o pondere, iar notarea fiecărei variante se va face de la 1
la 10.

22
Tabelul 5 .1 Matricea decizională a terminalelor
Criteriu Pondere Varianta 1
Buton Varianta 2
Levier Varianta 3
Fotorezistor Varianta 4
Cortină
laser Varianta 5
Ușă

Cost 0.1 10 9 8 6 5
Eficiență 0.3 10 10 10 10 9
Timp 0.3 6 8 10 10 5
Ușurința
implementării 0.05 10 10 8 7 5
Ușurința
utilizării 0.25 7 9 10 10 10

Total 1 8.05 9.05 9.7 9.45 7.45

În urma analizei variantelor constructive putem concluziona faptul că Varianta 3 cu
fotorezistor este varianta optimă pentru proiectul nostru, obținând o notă de 9.7 din 10.
Următoarele două variante sunt Varianta 4 cu Cortină laser, având o notă de 9.45 din 10 și
Varianta 2 cu Levier, având o notă de 9.05 din 10.

Decizia finală
Analizând cele trei variante rămase am ajuns la decizia să implementăm Varianta 3 cu
Fotorezistor deoarece a obținut punctajul maxim în urma analizei decizionale și are punctaj
maxim la primele 3 criterii de analiză.

23
6. Descrierea standului experimental (HARDWARE)
Standul experimental are î n componență următoarele elemente:
1. Țeavă de polipropilena, având diametrul Φ32mm și lungimi cuprinse între 250 mm și 500
mm
2. Cot și ramificație de polipropilena, având diametrul Φ32mm și 87°
3. Cutie pentru depozitare, Ecobox NP6 -S411, negru, 155 x 100 x 70 mm
4. Cablu Ethernet.
5. Fotorezistor
6. LED
7. Laser
8. Placa de dezvoltare Arduino Mega.
9. Breadboard.

24
Țeavă de polipropilena, Φ32mm, [250…500 mm]

Figura 6.1. țeavă de polipropilenă cu , Φ32mm [12]
Tabel 6.1 Caracteristici de material pentru țeava de polipropilenă [12]
Caracteristic ă materie prim ă PP-H
Densitate ~0,91 g/cm3
Coeficient de dilatare liniar ă ~0,15 mm/mK
Conductivitate termic ă ~0,23 W/mK
Modul de elasticitate ~1200 Mpa
Rezistivitate electric ă >1012 Ω
Caracteristic ă materie prim ă PP-B
Densitate ~0,91 g/cm3
Coeficient de dilatare liniar ă ~0,15 mm/mK
Conductivitate termic ă ~0,23 W/mK
Modul de elasticitate ~1000 Mpa
Rezistivitate electrica >1012 Ω

Țevile cu lungimea de 500 mm sunt folosite pentru a realiza suportul pentru rafturi și pentru
a rigidiza structura. Cele cu lungimea de 250 mm sunt folosite pentru înălțarea raftului, aceste
elemente fiind tăiate în jumătate pentru a obține înălțimea dorita. Elementele ramase în urma tăierii
sunt folosite c a adaptoare intre țevi și ramificații.

25

Cot și ramificație de polipropilenă, având diametrul Φ32mm și 87°

Figura 6.2. Coturi și ramificații de polipropilenă, , Φ32mm [13]
Coturile sunt folosite pentru a obține o structura de așezare pentru ansamblul mecanic.
Ramificațiile au fost folosite pentru a realiza rafturile din ansamblu.
Materialul acestor elemente este identic cu cel al țevilor.
După îmbinarea acestora cu țevil e s-a obținut structura următoare:
Figura 6.3 Realizarea structurii mecanice a standului

26
Pentru capetele de același fel am folosit resturile ramase din urma tă ierii țevilor de lungime
250mm.
Cutie pentru depozitare, Ecobox NP6 -S411, negru, 155 x 100 x 70 mm

Figura 6.4. Cutie pentru depozitare [14]
Tabel 6.2 Specificații tehnice ale cutiei pentru depozitare [14]
Destinație recomandata Hobby
Model Truck NP60
Material Polipropilena
Dimensiuni [mm] 155x100x70
Cantitate 1
Tip Cutie pentru depozitare
Finisare Lucios
Greutate [g] 37

Cutia este folosita pentru a depozita piesele ce urmează a fi asamblate. Acestea vor fi lipite
de țevile de polipropilena.

27
Figura 6.5. Poziționarea cutiilor pe structura standului
Cutiile sunt așezate în număr de patru pe fiecare rând, mai puțin rândul superior, formând
un total de 15 elemente de depozitare, procesul de asamblare având 15 pași.

28
Cablu Ethernet

Figura 6.6. Cablu Ethernet [15]

Pentru conexiunile electrice am folosit, în principal, cablu de ethernet deoarece acesta este
compus din opt fire, astfel dintr -un metru de cablu de ethernet obținem 8 m de conductori. Având
în vedere curenții din circuit, firele cablului de ethernet sunt suficiente pentru a realiza conexiunile.

Fotorezistor

Figura 6.7 Fotorezistor [21]
In cadrul acestui proiect fotorezistorul va fi utilizat pentru detectarea prezentei mâinii
operatorului uman. Acesta este iluminat permanent, iar atunci când operatorul introduce mana în
cutia de depozitare pentru a prelua piesa, lumina de pe fotorezistor va fi obturata, astfel un nivel al
luminozității mai mic va coincide cu prezenta mâinii. Conform specificaților tehnice ale

29
fotorezistorului, acesta trebuie să fie înseriat pe faza cu un rezistor de 10kΩ, creând astfel un divizor
de tensiune. [20]

Figura 6.8. Plasarea fotorezistorului pe cutie
Fotorezistorul are rezistenta de ordinul 1MΩ atunci când lumina este absenta în încăpere,
iar atunci când se afla în lumina puternica, rezistenta celulei fotoelectrice tinde către 0Ω.
Fotorezistorul vine montat pe marginea cutiei de depozitare, pentru a permite detectarea cat
mai precisa a mâinii operatorului.

LED
Figura 6.9. LED -uri[16]
In cadrul proiectului, LED -urile sunt folosite pentru a indica locul de unde se va face
preluarea piesei. Acestea vor fi integrate în cutia de depozitare pentru a fi în câmpul vizual al
operatorului și pentru a indica cutia cu piesa corespunzătoare.

30
Figura 6.10. Poziționarea LED -urilor pe cutiile standului
In fotografia de mai sus se observa poziționarea LED -urilor pe cuti ile de depozitare.

Laser

Figura 6.11. Laser [17]
Laserul este folosit în cadrul acestui proiect ca sursa de lumina pentru fotorezistor. Emițând
un fascicul de lumina concentrat pe suprafața fotorezistorului, ne permite să detectam o diferență
de lumina considerabila atunci când operatorul preia o piesa dintr -o cutie.

31
Figura 6.12. Poziționarea laserului pe stand
In poza de mai sus se observa cum laserul iluminează suprafața fotorezistorului.

Placa de dezvoltare Arduino Mega

Figura 6.13 Placa Arduino Mega [18]
Pentru programarea întregului ansamblu electric, folosim o placa de dezvoltare Arduino cu
microcontroler tip AtMega2560. Acesta are următoarele specificații:

32
Tabel 6.3 Caracteristici tehnice ale plăcii de dezvoltare Arduino Mega [18]
Microcontroler Atmega 2560
Tensiune de operare 5 V
Tensiune de intrare (recomandata) 7-12 V
Tensiune de intrare (limita) 6-20 V
Pini intrări/ieșiri digitali 54 (15 pini PWM)
Pini analogici 16
Curentul furnizat de un pin în C.C. 20 mA
Curent furnizat pe pinul de 3.3V 50 mA
Memorie Flash 256 kB dintre care 8 kB pentru bootloader
SRAM 8 kB
EEPROM 4 kB
Frecventa oscilatorului 16 MHz
LED integrat 13
Lungime 101.52 mm
Lățime 53.3 mm
Greutate 37 g

Criteriul principal pentru alegerea acestei placi de dezvoltare a fost numărul mare de pini
digitali și analogici. Fotorezistențele vor ocupa fiecare cate un pin analogic, fiind 15 fotorezistențe
în circuit.

33
Breadboard

Figura 6.14. Breadboard [19]
Folosim un breadboard pentru facilitarea conexiunilor dintre elementele electrice. Totodată
acesta permite distribuirea energiei electrice de la sursa de alimentare către componente.

34
7. Funcționarea standului experimental
Standul dezvoltat de noi a fost proiectat având în minte principiile Poka -Yoke. Astfel
standul nostru se adresează acelor procese de asamblare în care pot apărea erori involuntare. Prin
urmare, pe parcursul descrierii funcționării se vor observa elemente Poka -Yoke ce împiedică
operatorul sistemului Pick to Light să greșească. Cu toate acestea, standul nu este gândit să
împiedice erorile intenționate de către operator, fiind proiectat ca un ajutor al acestuia, nu ca un
obstacol ce trebuie depășit.
Sistemul Pick to Light este compus dintr -o structură mecanic ă alcătuită din țevi și de
polipropilenă și cutii pentru depozitare. În același timp are și o structură electrică compusă din
lasere, fotorezistoare,breadboard,fire ,ecran LCD și diode luminiscente. Structura electrică este
controlată de un program încărca t pe o placă de dezvoltare Arduino Mega.
Programul conține 15 etapei structurate într -o secvență de asamblare, fiecare etapă
corespunde preluării uneia sau mai multor piese de același fel. Programul începe să ruleze automat
după ce placa de dezvoltare va fi alimentată de la sursa de energie electrică. Standul se va afla în
situația inițială următoare:
Figura 7.1. Starea inițială a standului. Etapa de asamblare numarul 1

35
După cum se observă din figura de mai sus, o diodă luminiscentă este alimentată, cele lalte fiind
nealimentate. În același timp toate diodele laser emit un fascicul de lumină către fotorezistoare
pentru a detecta prezența greșită a mâinii operatorului. Pe ecranul LCD sunt afișate informații
legate de numărul etapei și câte piese trebuiesc r idicate din cutia respectivă.
Figura 7.2. Prezentarea afișajului LCD în starea inițială.

Operatorul va introduce mâna în cutia de depozitare indicată de către dioda luminiscentă
pentru a prelua piesa. Prezența mâinii operatorului este detectată de către controller prin
intermediul fotorezistorului care detectează permanent nivelul de luminozitate. Atunci când
intensitatea luminoasă scade sub un anumit prag, controllerul va determina prezența mâinii
operatorului. Fascicolul emis de către dioda laser ce lum inează fotorezistorul va fi obturat de către
mâna operatorului, astfel se va reduce intensitatea luminoasă detectată de către fotorezistor.
Odată indtorusă mâna în cutie, sistemul Pick to Light va aștepta retragerea acesteia pentru
a trece la o etapă urm ătoare. În figura de mai jos se observă acțiunea de preluare a piesei din cutia
de depozitare, urmând a fi inclusă în ansamblu.

36
Figura 7.3. Introducerea mâinii de către operator
După ce operatorul va prelua piesa din cutie și va retrage mâna, sistemu l va trece la
următoarea etapă, indicând o nouă cutie din care se va face preluarea piesei.
Figura 7.4. Etapa de asamblare numarul 2

37
Dioda luminiscentă de la cutia de depozitare precedentă s -a stins și s -a aprins o nouă diodă
luminiscentă ce va indica noua etapă. Totodată pe ecranul LCD se va afișa noua etapă și numărul
aferent de piese ce trebuiesc introduse în asamblare.
Figura 7.5. Afișarea etapei 2

În această etapă se observă faptul că trebuiesc introduse în ansamblu două piese în loc de
una. Prin afișajul LCD operatorul este avertizat asupra numărului de piese ce trebuiesc preluate,
astfel încât acesta să acorde o atenție sporită asupra numărului de piese ce le ridică din cutie. În
figura de mai jos se observă numărul de piese din cutie co respunzător etapei curente (2). (figura 6).
În situația de față poate părea irelevantă avertizarea afișată de ecranul LCD deoarece sunt doar
două piese în cutie, dar într -un proces industrial în care se vor încărca cutiile de depozitare cu un
număr mult ma i mare de piese, atunci se va justifica avertizarea vizuală oferită de afișaj.
Figura 7.6. Numarul de piese corespunzător etapei 2

38
Prin introducerea mâinii, acțiune prezentată în figura 3, se va trece la următoarea etapă de
asamblare.
Figura 7.7. Etapa de asamblare numarul 3
În această etapă se observă aprinderea diodei luminiscente de la terminalul din dreapta sus
și stingerea diodei luminiscente aferente etapei precedente. În figura 8 se observă shimbarea etapei
și a numărului de piese de prelua t.

Figura 7.8. Afișarea etapei 3

39
Piesa corespunzătoare etapei a 3 -a este prezentată în figura 9.
Figura 7.9. Piesa corespunzătoare etapei 3
Acest proces va continua până la îndeplinirea celor 15 etape, urmând o indicație distinctă
pentru a marca sfâr șitul procesului de asamblare. În figura 10 este prezentată indicația luminoasă
pe care sistemul o va face la sfârșitul procesului de asamblare.
Figura 7.10. Finalizarea asamblării indcată de LED -uri

40
Totodată ecranul va afișa mesajul ”Asamblare Finalizată! ” în același timp cu indicația luminoasă
realizată prin diodele luminiscente. În figura 11 se observă mesajul emis de stație către operator ca
înștiințare a completării procesului de asamblare.

Figura 7.11. Mesajul ”Asamblare Finalizată!”
Sistemul prez ent fiind proiectat folosind principiile Poka -Yoke are o funcție de prevenire a
erorilor de asamblare. Această funcție constă în avertizarea vizuală și sonoră a operatorului atunci
când acesta introduce mâna în terminalul greșit. În figura 12 se obseră int roducerea mâinii într -un
terminal greșit.
Figura 7.12. Introducerea mâinii într -un terminal greșit

41
Avertizarea sonoră este emisă de către un buzzer aflat în circuit și se menține pe tot parcursul
prezenței mâinii în terminalul greșit. După retragerea mâi nii din terminalul greșit, semnalul sonor
se oprește. În același timp un mesaj de atenționare va apărea pe afișaj, având textul ”Atenție!
Terminal greșit” prezentat în figura 13.
Figura 7.13. Mesajul ”Atenție! Terminal greșit”
O altă situație ce ar putea apărea este introducerea a fouă mâini în două terminale, unui
fiind terminalul corect, iar celelalt fiind unul greșit. În această situație mesațul de eroare și semnalul
sonor vor fi activate. Operatorul va trebui sa scoată prima dată mâna din termina lul greșit și mai
apoi din cel corect pentru a opri semnalele de avertizare și a trece la etapa următoare. Dacă
operatorul scoate mâna doar din terminalul greșit, semnalele de avertizare vor continua să fie emise.
Dacă operatorul scoate mâna din terminalul corect și menține mâna în cel greșit, semnalele de
avertizare vor continua până când se va retrage mâna din terminalul greșit.

42
8. Calculul puterilor electrice si al curenților din circuit
Laser:
• Tensiune =5V
• Curent =1 mA
• Putere= 5mW
LED

Figura 8.1 Circuit LED -Rezistor
U= Tensiunea de alimentare [V]
UR= = Tensiunea pe rezistență [V]
𝑈𝐿𝐸𝐷= Tensiunea de pe LED [V]
I= Curentul din circuit [A]
P= Puterea absorbită de circuit [W]
𝑈𝑅=𝑈−𝑈𝐿𝐸𝐷 =5−2=3𝑉 (8.1)
𝑅=𝑈𝑅
𝐼=3
0.02=150 𝛺 (8.2)

43

Pentru LED -ul din figură am ales o rezistență de 220Ω astfel obținem un curent pe LED de:
𝐼=𝑈
𝑅=3
220=13.6𝑚𝐴 (8.3)
Puterea absorbit ă de circuit este:
𝑃=𝑈∗𝐼=5∗0.0136 =0.068 𝑊=68𝑚𝑊 (8.4)
Fotorezistorul:

Figura 8.2. Circuit fotorezistor.Situația 1(când laserul cade pe fotorezistor)
Figura 8.3. Circuit fotorezistor Situația 2 (când nu exist ă lumin ă)

44
Situația 1

I=U
R+PR=5
10000 +0=5
10000=0.0005 A=0.5 mA (8.5)
P=I∗U=0.0005 ∗5=0.0025 W=2.5 mW (8.6)
Unde: I=Curentul din circuit [A]
U=Tensiunea din circuit [V]
R=Rezistența [Ω]
PR= Fotorezistorul [Ω]
P= Puterea absorbit ă de circuit [W]

Situația 2
I=U
R+PR=5
10000 +1000000=5
1010000=4.95∗10−6A=4.95µA (8.7)
P=I∗U=4.95∗10−6∗5=2.47∗10−5 W=24.7 µW (8.8)
Unde: I=Curentul din circuit [A]
U=Tensiunea din circuit [V]
R= Rezistența [Ω]
PR= Fotorezistorul [Ω]
P= Puterea a bsorbit ă de circuit [W]
Vom alege situația cea mai defavorabila in care se consum ă cea mai mare putere: Situația 1
Toate fotorezistoarele vor fi alimentate simultan, deci puterea consumat ă de acestea va fi
multiplicat ă cu 15:
𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 =15∗𝑃=15∗0.0025 =0.0375 𝑊=37.5 𝑚𝑊 (8.9)

45
Ecran LCD
Din datele tehnice ale acestuia aflam ca:
• Tensiunea maxim ă admisibil ă 𝑈𝑀𝐴𝑋 =5.5 𝑉
• Curentul maxim admisibil 𝐼𝑀𝐴𝑋 =160 𝑚𝐴
Din cele doua putem afla puterea maxim ă absorbit ă de LCD:
𝑃𝑀𝐴𝑋 =𝑈𝑀𝐴𝑋 ∗𝐼𝑀𝐴𝑋 =5.5∗0.16=0.88 𝑊 (8.10)
ARDUINO
Placa Arduino este alimentat ă cu o tensiune de 5V;
Curentul măsurat la ieșire este de I= 0.08 A= 80mA
Puterea absorbit ă de placă in timpul funcționarii este:
𝑃=𝑈∗𝐼=5∗0.08=0.4 𝑊=400 𝑚𝑊 (8.11)

Calculul puterii totale
Puterea total ă necesar ă este:
𝑃𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 =𝑃𝐴𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 +𝑃𝐿𝐶𝐷+𝑃𝐹𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑧𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟 +𝑃𝐿𝐸𝐷+𝑃𝐿𝑎𝑠𝑒𝑟 (8.12)
𝑃𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 =0.4+0.88+0.0375 +0.068 +0.00500 =1.3905 𝑊 (8.13)
Pentru a acoperi neces arul de putere absorbit ă de întregul circuit am ales o surs ă de
alimentare in curent continuu, având tensiunea de ieșire 𝑈𝑂𝑢𝑡=9 𝑉 si un curent de ieșire 𝐼𝑂𝑢𝑡=
600 𝑚𝐴. Conform acestor date, puterea furnizat ă de către sursa de alimentare este:
𝑃𝑆𝑢𝑟𝑠 ă=𝐼𝑂𝑢𝑡∗𝑈𝑂𝑢𝑡=9∗0.6=5.4 𝑊; (8.14)
Comparând necesarul de putere din circuit, 𝑃𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 , cu puterea furnizat ă de sursă, 𝑃𝑆𝑢𝑟𝑠 ă,
deducem ca sursa aleas ă pentru alimentarea circuitului face față necesarului din circuit.
𝑃𝑆𝑢𝑟𝑠𝑎 >𝑃𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟 (8.15)

46
9. Implementarea software a sistemului Pick to Light . Schema bloc

În realizarea programului sistemului Pick to Light a trebuit sa luăm în considerare mai multe
aspecte precum:
-alegerea unui prag al intensității luminoase optime, astfel încât să se poată detecta, fara
erori, diferența dintre momentul când operatorul și -a introdus sau nu mâna în terminal. Media
intensităților luminoase detectate de cele 15 fotorezistențe este de 900, in momentul când nu este
introdusă mâna, dintr -un minim de 0 și maxim de 1023. Rezoluția pinilor analogici ai plăcii de
dezvoltare Arduino Mega fiind de 10 bit ( 210). Media intensităților în momentul când este detectată
prezența mâinii este de 250. Având în vedere cele două medii am decis să alegem un prag al
intensității luminoase de 650, astfel creând o diferență considerabilă între cele două stări, detectat
sau nedetectat.
-înștiințarea operatorului că asamblarea a fost finalizată. Am decis să facem acest lucru prin
afișarea pe ecranul LCD a mesajului “Asamblare finalizată”, dar și prin aprinderea simultană a
LED -urilor standului timp de o secundă
-afișarea etapei curente și a numărului de piese care trebuie preluate din terminalul indicat
de LED
-împiedicarea utilizatorului din a prelua o piesa dintr -un terminal diferit de cel indicat de
către LCD. Introducerea mâinii într -un terminal greșit conduce atât la o avertizare sonoră cu
ajutorul unui buzzer cât și la o avertizare vizuală prin afișa rea unui mesaj de atenționare pe ecranul
LCD -ului
– împiedicarea operatorului din a trece la următoarea etapă în cazul în care o mâna este
introdusă in terminalul corect și cealaltă mână este introdusă într -un terminal greșit
-permiterea trecerii la etapa următoare doar după ce operatorul și -a retras mâna din
terminalul indicat.
Pentru a implementa aspectele de mai sus am definit mai multe variabile a căror rol le vom
explica în următoarele rânduri :

47
-15 variabile denumite “L1”, ”L2”,…, “L15”, care reprez intă LED -urile care au rolul de a
indica terminalul din care trebuie preluată piesa
-15 variabile în care se vor stoca valorile fotorezistențelor, variabile denumite “value1”,
”value2”,…, “value15”
-numărul etapei curente va fi stocat in variabila “etapa ”, aceasta având valori in intervalul
[1,15], la fiecare îndeplinire a condițiilor, aceasta va fi incrementata cu 1, iar când va avea valoarea
16 va fi resetată la valoarea inițiala 1. Aceasta variabilă este folosită și într -o structură de tip “Case”,
care in funcție de valoarea acesteia va aprinde LED -ul definit in etapa respectivă, va afișa pe
ecranul LCD -ului valoarea acesteia, precum și numărul de piese care trebuie preluate in acea etapă
-o variabilă denumită “eroare” a cărei stare ne va indica dacă av em sau nu o eroare, în cazul
în care aceasta are valoarea 1 atunci se va afișa un mesaj de avertizare pe LCD și va suna buzzer –
ul
-o valoarea afirmativă a variabilei “bagat” ne va indica faptul că mâna este introdusă într –
un terminal și se va trece la veri ficarea etapei și a senzorului în care a fost introdusă
-senzorul care a detectat prezența mâinii va fi indicat de variabila “last_senzor”
-posibilitatea trecerii la etapa următoare va fi indicată de variabila “trece”, aceasta având
valoarea 1 doar atunci când a fost detectată prezența mâinii de către senzorul definit in etapa
respectivă, în cazul în care este un alt senzor decât cel definit sau daca etapa este greșită atunci
aceasta va avea valoarea 0 și nu se va putea trece la următoarea etapă
-“last_baga t” ne va indica dacă operatorul și -a scos sau nu mâna din terminal, in această
variabilă se va memora valoarea variabilei “bagat”. În cazul în care “last_bagat” are valoarea 1 și
“bagat” are valoarea 0 înseamnă că de la ultima rulare a programului mâna a f ost scoasă din
terminal și se poate trece la următoarea etapă. Dacă “last_bagat” este 0 și “bagat” este 1 înseamnă
că am băgat mâna și variabila “trece” va primi valoarea 1 și care va fi verificată la scoaterea mâinii
din terminal.
Având în vedere cele spu se, în următorul capitol va fi prezentată schema logică a funcționarii
componentei software.

48

49

50

Figura 9 .1 Schema bloc a implementării software

51
10. Analiza economică a proiectului. Justificarea componentelor
Proiectul nostru a constat în replicarea unei stații cu 15 terminale, având ca scop ghidarea
operatorului în procesul de asamblare. Ca exemplu au stat numeroasele proiecte din industria
automotive, în special cea din Asia.
Analizând diferitele tipuri de terminale oferite de producător i din industria automatizării,
am ajuns la concluzia că putem reproduce un terminal ce folosește o barieră de laser. Pentru aceasta
am folosit un fotorezistor, ca element receptor, și un laser, ca element emițător.
Pentru crearea magaziilor am folosit cut ii pentru înmagazinarea șuruburilor și a altor piese
de dimensiuni mici.
Suportul a fost realizat din țevi și racorduri de polipropilenă (PP) deoarece montarea
elementelor era facilă, replicând astfel profilele de aluminiu.
Pentru piesa de asamblat am f olosit un puzzle Lego deoarece acesta se poate monta și
demonta ușor. Totodată permite montări și demontări succesive, fără să se degradeze semnificativ
în timp. Numărul de 15 terminale a fost determinat în urma analizării puzzle -ului, considerând că
este un număr suficient de pași pentru a demonstra eficiența sistemului Pick to Light.
Rezistoarele au fost alese în urma calculelor electrice și în urma consultării datelor tehnice
ale elementelor componente. Sursa de alimentare a fost aleasă în urma calculăr ii puterii totale
consumate de circuit și în funcție de preț.
Cablul de rețea a fost ales deoarece acesta conține 8 fire, astfel am obținut lungimea
necesară de fire pentru cablarea întregului sistem.
Pentru sistemul de comandă am ales o placă de dezvolt are Arduino Mega 2560, motivul
fiind numărul mare de pini ce ii oferă. Un alt motiv a fost ușurința programării prin interfața
dedicată Arduino.

52
În tabelul de mai jos se găsesc totalitatea elementelor care compun sistemul nostru, numărul
de bucăți și p rețul acestora.
Tabel 10 .1 Analiza cheltuielilor cu sistemul Pick to Light
Nr. Crt. Produs Cantitate Preț unitar
[RON] Preț total
[RON]
1 Țeavă PP 32 x 1.8 mm, 250 mm 16 1.25 20
2 Țeavă PP 32 x 1.8 mm, 500 mm 10 1.82 18.2
3 Ramificație PP HTEA, D 32 mm,
87° 32 1.79 57.28
4 Cot PP HTB, D 32 mm, 87° 8 1 8
5 Cutie pentru depozitare, 161 x 116
x 75 mm 15 2.71 40.65
6 Cablu de rețea STP Cat5e HAMA
20141, 7.5 m 1 22.99 22.99
7 Arduino MEGA 2560 R3 1 49.99 49.99
8 Puzzle LEGO 1 35 35
9 Modul cu Diodă Laser Roșie de 5V 15 4.49 67.35
10 LED Albastru 30 0.49 14.7
11 Fotorezistor 15 1.95 29.25
12 Rezistor 220Ω 30 0.1 3
13 Rezistor 10KΩ 15 0.1 1.5
14 Breadboard 1 9.79 9.79
15 LCD 1602 cu Interfață I2C și
Backlight Albastru 1 17.99 17.99
16 Fir Albastru, D 1 mm 6 1.95 11.7
17 Fir Negru, D 1 mm 6 1.95 11.7
18 Sursă Alimentare 5V 3A 1 30 30
TOTAL 449.09

53
11. Concluzie sistem Poka Yoke, Pick to Light
În urma testelor efectuate cu sistemul Pick to Light și fără în cadrul unui proces de
asamblare am obținut următoarele rezultate prezentate în tabelul de mai jos:
Tabelul 11. 1 Analiza timpului de asamblare
Nr.
crt Operator Timp cu Pick to Light
[s] Timp fără Pick to Light
[s]
1 Operatorul 1 175 207
2 Operatorul 2 193 241
3 Operatorul 3 178 202
4 Operatorul 4 216 309

Datele prezentate în tabel sunt rezultatul mediei a 3 încercări de asamblare cu și fără
ajutorul sistemului Pick to Light. Astfel durata medie de asamblare cu Sistemul Pick to Light este
de 190 secunde. Durata medie a asamblării fără sistemul Pick to Ligh t este de 239 secunde.
Din cele două rezultate se observă o diferență semnificativă, sistemul Pick to Light ajutând
la reducere timpului de asamblare cu 20.5%. Productivitatea sistemului creșete odată cu creșterea
timpului, manifestându -se într -un număr mai mare de asamblări realizate într -o oră. Numărul de
asamblări realizate într -o oră, operatorul fiind asistat de sistemul Poka Yoke, este de 19 asamblări,
în timp ce operatorul neasistat de sistem a realizat un număr de 15 asamblări.
Datele din tabelul de mai sus au fost prelevate la primele încercări de asamblare, ceea ce
înseamnă timpul cel mai ineficient oferit de operator. Cu toate acestea, după asamblări repetate
timpul va fi îmbunătățit în cazul ambelor sisteme. Totuși sistemul Pick to Light prezin tă avantajul
flexibilității, astfel că un operator poate produce un număr mare de asamblări diferite, singura
limitare fiind numărul de terminale din sistem, în comparație cu operatorul uman, neasistat de
sistem, care este limitat.
Un alt avantaj al acest ui concept îl reprezintă rapiditatea cu care poate fi utilizat, operatorul
neavând nevoie de o pregătire specializată. Acest avantaj permite companiilor să introducă în
procesul de producție operatori necalificați într -un timp foarte scurt de la angjare, a stfel că se redcu

54
costurile de pregătire cu personalul. Povara operatorilor de a reține un număr mare de pași este
preluată de sistemul Pick to Light, erorile neintenționate fiind astfel reduse.
În concluzie sistemul Poka Yoke, Pick to Light reprezintă o soluție viabilă în îmbunătățirea
procesului de producție, a reducerii cosurilor și a eliminării defectelor care pot apărea în procesul
de asamblare.

55
12. Îmbunătățiri
Ca orice proiect, și acesta poate fi perfecționat. În cadrul acestui proiect am dorit să
demonstrăm eficiența sistemului Pick to Light într -o aplicație de asamblare, similară cu aplicațiile
ce se întâlnesc în industrie. Cu toate acestea, acest sistem poate fi îmbunătățit pentru a obține o
performanță mai ridicată, o flexibilitate crescută și o interacțiune om -mașină mai prietenoasă.
O primă îmbunătățire a acestui sistem ar fi programarea online de tipul „Instruiește și
repetă” („Teach & Repeat”). Prin această idee se înțelege posibilitatea sistemului de a fi programat
de către programator sau operator, fără a fi nevoie sa te conectezi la controller și să aduci modificări
semnificative programului. Aceasta constă într -o primă etapă de învățare, la inițializarea
sistemului, când operatorul sau programatorul indică secvența ce urmează a fi rulată prin
introducerea mâinii în interiorul zon elor de preluare a pieselor. Astfel sistemul detectează mâna
programatorului și memorează poziția și numărul de ordine al terminalului. După ce s -a realizat o
succesiune de pași, se va apăsa un buton de confirmare, urmând ca sistemul să ruleze permanent
secvența învățată.
O a doua îmbunătățire constă în folosirea unor senzori și a unor surse luminoase mai
performante. Fotorezistoarele au fost suficiente pentru a demonstra capacitatea sistemului de a
îndruma operatorul în cadrul procesului de asamblare, dar pentru o sensibilitate de detecție mai
mare propunem să se folosească fototranzistoare ca elemente receptoare, deoarece acestea au o
inerție redusă și oferă un semnal digital 0 sau 1 logic. Pentru emitor propunem sa se folosească o
diodă laser de putere m ai mare de 5mW pentru o detecție mai precisă a mâinii operatorului.
O a treia îmbunătățire propusă de noi constă în implementarea unui automat programabil
în locul plăcii de dezvoltare Arduino Mega. În ultima perioadă, trendul automatelor programabile
tinde către modularizare. Prin modularizare, un PLC poate permite extinderea numărului de intrări
și ieșiri al unui sistem, astfel se poate realiza o extindere ulterioară a stației Pick to Light. Un alt
avantaj al folosirii PLC -urilor este limbajul de programa re standardizat, cunoscut de către toți
inginerii automatiști ce activează în fabrici, astfel nu mai este necesară o introducere în
programarea automatelor programabile.
Producătorii de automate programabile oferă soluții Pick to Light dedicate și terminal e
specializate pentru domeniul industrial.

56
O a patra soluție de îmbunătățire constă în folosirea unei interfețe om -mașină pe care să
ruleze animația asamblării. Prin această animație operatorul este îndrumat să realizeze corect
asamblarea a două componente . La etapa curentă de asamblare, pe ecran se va difuza o animație
ce va indica orientarea și modul de fixare al pieselor, în etapa următoare va fi o altă animație
corespunzătoare etapei. În acest fel operatorul are toate elementele necesare asamblării în c âmpul
vizual, reducând și mai mult timpul de asamblare. Prin prezentarea unei animații specifice fiecărei
etape, operatorul este pregătit să realizeze procesul de asamblare, fără a fi nevoie să fie calificat în
acest domeniu.

57
13. Bibliografie
[1]***https://en.wikipedia.org/wiki/Poka -yoke ……………… ……………. …accesat la data de 3.05.2019
[2]*** https://en.wikipedia.org/wiki/M echatronics …………….. ………… ………………………………………..
…………………………………………………………………………………… ………… ….accesat la data de 3.05.2019
[3]***http://www.academia.edu/6426752/Managementul_calit%C4%83%C8%9Bii_ –
POKA_YOKE ……………… ……… …………….. …………………………. ………. …accesat la data de 3.05 .2019
[4]*** https://www.smartspate.com/application -of-the-poka -yoke -principle -in-
programming/ ………….. ………………. ………………… ………………………. …….accesat la data de 3.05.2019
[5]***https://www.azquotes.com/author/44596 –
Shigeo_Shingo ……… ………………………………………………………………. ……accesat la data de 3.05.2019
[6]***https://www.andrzejewski.pl/images/kartykatENG/Pick -to-light-en-
web.pdf …………………………………. ………………………. ……………. ……………accesat la data de 4.05.2019
[7]*** https://ro3a.mitsubishielectric.com/fa/ro/solutions/industries/manufacturing/gos?banner_id
=39…….. ……………………………………….. ……………………………….. ………….accesat la data de 4.05.2019
[8]***https://learn.sparkfun.com/tutorials/light -emitting -diodes –
leds/all ……… ………. …………………………………… ………………… ……………….accesat la data de 7.05.2019
[9]***https://www.bastiansolutions.com/solutions/service/supply -chain -software/picking –
technology/pick -to-light/ …………. ……………. ……………. ………………. ……..accesat la data de 7.05.2019
[10]***https://lightningpick.com/products/pick -to-
light/ …………… ……………………………………….. …………………… ……….. ……accesat la data de 7.05.2019
[11]***http://orderpickingfastfetch.blogspot.com/2013/01/what -is-pick-to-light-pick-to-light-
or.html …………… …………………………………. ………………… …………………….accesat la data de 7 .05.2019
[12]***https://www.dedeman.ro/ro/teava -pp-pentru -canalizare -interioara -cu-inel-32-x-1-8-mm-
3-m/p/2006556 ………………………….. …………… …………………………………..accesat la data de 7.05.2019
[13]***https://www.dedeman.ro/ro/ramificatie -pp-htea-pentru -scurgere -d-32-x-32-mm-87-
grade/p/2000549 ………………………… ………………… …………………………….accesat la data de 7.05.2019

58
[14]***https://www.dedeman.ro/ro/cutie -pentru -depozitare -ecobox -np6-s411 -negru -155-x-100-
x-70-mm/p/1045201 ………………………… ………. ……………………………….accesat la data de 7.05.2019
[15]***https://www.google.com/search?q=ethernet+cable&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved
=0ahUKEwjcqMiXh s7iAhXNxqQKHbBnANkQ_AUIECgB&biw=1024&bih=449#imgdii=Sd8y
IzAdLURnpM:&imgrc=1kEy92L1AB6HXM: ………………………….. ………… ……………….
……………………………………………………………………………………………. ……accesat la data de 7.05.2019
[16]***https://www.123rf.com/photo_19706682_set -of-color -3-mm-led-diodes -isolated -on-
white -background.html ………………………….. ………. ……………………………accesat la data de 8.05.2019
[17]***http://www.nooraziz.com/product/5mw -laser -emitter -650nm -red-
line/…………………………………………………….. ……………. ……………………..accesat la data de 8.05.2019
[18]***https://store.arduino.cc/mega -2560 -r3…….. ………………………….accesat la data de 8.05.2019
[19]***https://www.sparkfun.com/products/12 615…………………………accesat la data de 8.05.2019
[20]***https://www.scribd.com/presentation/28168806/Fotorezistorul ……………………………………..
…….. ……………… ……… …………………………………………………………………..accesat la data de 8.05.2019
[21]***https 17://www.jsumo.com/ldr -photocell -light-dependent –
resistor ……….. ……………….. ……………………………………………………………accesat la data de 8.05.2019
[22]***https://www.anywire.jp/en/pokayoke/reason/index.html ………………………………………………
………………………………………………………. ……………………. …………………accesat la data de 23.05.2019
[23]***http://www.tech -faq.com/what -is-a-
phototransistor.html …………………………………….. ………………… …………accesat la data de 12.06.2019
[24]***https://www.alibaba.com/product -detail/24V -Red-Laser -Modules -650nm –
635nm_60726604937.html?spm=a2700.7724857.normalList.21.632c39ccUNltTH&s=p ……………
………………………….. ………………. ………………………………………. ………….accesat la data de 12.06.2019
[25]*** https://www.leansixsigmainstitute.org/post/poka –
yoke……………………………………………………………………………………………accesat la data de 7.05.2019
[26]*** http://fritzing.org/home/ ……………………. ……………… ……………accesat la data de 01.05.2019

59
Anexe

Anexa 1 Programul sistemului Pick to Light
Anexa 2 Schema electrică
Anexa 3 Desen 2D ansamblu
Anexa 4 Desen execuție extensie
Anexa 5 Desen 2D poziții cutii
Anexa 6 Desen 2D Vedere explodată și tabel componente

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE A
LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR

Subsemnatul________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_________, legitimat cu__________________,
seria______________________,nr._________________________,
CNP__________________________________________________________________________
____,autorul
lucrării______________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
___________ ___________________________________________________________________
__________elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de
_________________________________________ organizat de către Facultatea
___________________________________ ______________________________din cadrul
Universității “Politehnica” din Timișoara, sesiunea___________________________________a
anului universitar__________________________________, luând în considerare conținutul art.
39 din RODPI
– UPT, declar pe propri e răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități
intelectuale, nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea
legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Timișoara,

Data Semnătura

_______________________ ______________________

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE A
LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR

Subsemnatul________________________________________________________________
___________________________________________________________________ ___________
_________, legitimat cu__________________,
seria______________________,nr._________________________,
CNP__________________________________________________________________________
____,autorul
lucrării______________________________________________ ________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
__________elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studii lor de
_________________________________________ organizat de către Facultatea
_________________________________________________________________din cadrul
Universității “Politehnica” din Timișoara, sesiunea___________________________________a
anului univer sitar__________________________________, luând în considerare conținutul art.
39 din RODPI
– UPT, declar pe proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități
intelectuale, nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea
legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Timișoara,

Data Semnătura

_______________________ ______________________