Productie Si Fabricatie

1. Producție și fabricație

Noțiunea de ,,producție”. Concept. Condiții

Prin producție se înțelege totalitatea activităților care presupun transformări ale bunurilor materiale sau serviciilor prin consum de forță de muncă (input-uri) în bunuri materiale sau servicii (output-uri), în scopul satisfacerilor unor necesități.

Cu alte cuvinte, un sistem de producție reprezintă un ansamblu de operații de transformare suferite de un produs/obiect aflat în stare brută( materie primă) utilizate în scopul obținerii stării finite a acestuia, în funcție de standardele clientului.

Strategia de realizare a operațiilor, precum și a amplasării într-un mod eficient a produselor în cadrul unei fabrici poartă denumirea de concept de producție.

Condițiile fundamentale de realizare a producției sunt:

Piesa/produsul brut- stadiul în care se află piesa/produsul inițial (înaintea

începerii produsului)

Mijloacele/aparatura tehnologică– totalitatea dispozitivelor/aparatelor utilizate

în cadrul procesului (se poate începe procesul)

Operatorul/Operatoriiuman/umani– totalitatea persoanelor implicate în cadrul

procesului (se poate finaliza procesul)

1.2 Activitățile producției

În cadrul operațiilor de transformare, înregistrate în urma funcționării unui ciclu de producție se înregistrează următoarele activități/sarcini:

Elaborarea conceptului de producție- se realizează în urma unei proiectări

minuțioase a operațiilor utilizate (proiectare).

2. Realizarea liniei de producție- ansamblul de operații tehnologice utilizat pentru transformarea produsului brut în produs finit (tehnologie).

3.Evidența serviciilor de vânzare- serviciile la care fabrica/firma respectivă livrează produsele finite.

4. Depozitarea într-un mod eficient a produselor nereușite (,,rebuturi’’) .

5. Numirea unei/unui persoane/ grup de persoane care țin evidența zilnică a tuturor acestor activități.

Activitatea procesului de producție are la bază două procese complexe:

a. Procesul tehnologic[2/pag.1]

b. Procesul de muncă[2/pag.1]

Procesul tehnologiccuprinde totalitatea mijloacelor de prelucrare automatizate. Executarea procesului tehnologic atrage după sine transformări fizice și chimice ale piesei/produsului executat.

Procesul de muncăreprezintă un ansamblu de activități realizate doar de operatorul uman în cadrul procesului de producție.

În anumite sectoare industriale există și așa-numitele procese naturale, în care obiectele muncii suferă o serie de transformări de natură fizică sau chimică sub acțunea unor factori naturali ( industria alimentară – procese de fermentație, industria mobilei – procese de uscare a lemnului etc.). [2/pag.1]

1.3. Producție automatizată

Din punctul de vedere al automatizării, mecanismul unui proces de producție

este caracterizat de:

a) Intrări (Input);

b) Ieșiri(Output);

c) Proces(System).

Caracteristica fundamentală a unui proces de producție automatizateste dată de absența operatorului uman în timpul executării operațiilor de transformare din cadrul procesului de producție, acesta având doar un rol de supraveghetor/supervizor al procesului.

Automatizarea unui proces de producție presupune participarea operatorului uman la desfășurarea procesului într-un mod parțial, dar optim. Scopul operatorului este ca, prin implicarea acestuia în cadrul procesului să obțină numărul cerut de produse finite într-un interval de timp optim.

Factorii care stau la baza automatizării procesului de producție sunt:

Operațiile de transformare;

Soluții tehnice;[1/pag.13]

Măsuri de organizare.

Exemplu:

Operațiile de acționare a sculei asupra obiectului implică o mișcare relativă, respectiv o variabilitate a parametrilor de acționare. Soluția tehnică pentru optimizarea operațiilor este automatizarea acționării. Măsura de organizare în acest caz este realizarea acționării. [1/pag.13] Se pot obține următoarele raporturi producție manuală-producție automatizată:

produsele în stare brută se pot optimiza cu ajutorul unei instalații specifice

acestora și/sau a unui robot în funcție de conceptul de producție utilizat;

mijloacele utilizate în cadrul operațiilor tehnologice se pot optimiza prin

automatizareamecanismului mașinii de prelucrare utilizat;

standardul calitativ (ISO) al procesului de producție se poate optimiza prin

verificări zilnice și săptămânale ale mașinilor de prelucrare (măsurători) ;

risipa de masa de material neutilizabil rezultat în urma procesului de producție se

poate reduce prin mijloace de transport automatizate de evacuare ;

optimizarea muncii depuse de operatorul uman se poate realizare prin mașini de

prelucrare cu comandă numerică de calcul.

O linie automatizată de producție prezintă proprietăți ca:

– integrabilitate[1/pag.14]

– adaptabilitate[1/pag.14]

– adecvare [1/pag.14]

– concepție dinamică [1/pag.14]

Orice proces de producție automatizat cuprinde atât activități de producție propriu-zise, cât si activități de laborator privind cercetarea si experimentarea noilor produse.

1.4 Noțiunea de ,,fabricație”. Proces de fabricație.

La modul general, noțiunea defabricațiereprezintă o mulțime de activități,

utilizând ca sursă de intrare/input o cantitate stabilită de materie primă, care în urma acționării unui flux tehnologic este transformată într-un număr stabilit de produse finite, utilizate ca sursă de ieșire/output.

Procesul de fabricațiereprezintă un ansamblu de operații, destinate prelucrării

unei piese/produs în funcție de cererea clientului. Operațiile de fabricație au la bază:

– operații de prelucrare;

– operații de manipulare.

Operațiile de prelucrare reprezintă un ansamblu de operații întâlnite în cadrul

procesului de fabricație în care produsul aflat în stare burtă îsi modifică forma, starea de agregare și structura în funcție de standardele cerute.[1/pag.3]

Operațiiile de manipularereprezintă ansamblul de operații întâlnite în cadrul

procesului de fabricație în care produsul aflat în stare brută îsi schimbă poziția și orientarea. [1/pag.3]

În cadrul unui proces de fabricație produsul utilizat poate fi sculă, dispozitiv, deșeuri,etc. Controlul și măsurarea produsului se realizează în timpul operației de manipulare. [1/pag.3]

Operatorul uman poate acționa în cadrul procesului de fabricație clasic,

mecanizat sau automatizat.[1/pag.3] În cadrul procesului de fabricație clasic, operatorul uman are o influență fundamentală în ambele seturi de operații, acesta reprezentând principala sursă de energie.

Dacă procesul de fabricațieeste mecanizat, influența operatorului uman este parțială, fiind esențială doar în cadrul activităților de planificaredin procesul, sursa principală de energie fiind artificială. (mașini de prelucrare, instalații, etc.)

Procesul de fabricație automatizat se caracterizează printr-o influență redusă a operatorului uman asupra procesului. Sarcina acestuia este aceea de a se asigura că mijloacele automatizate utilizate își desfășoară activitatea la parametrii optimi.

1.5 Flexibilitatea fabricației

Esențială pentru stabilirea eficienției unei linii de fabricație este flexibilitatea.

Flexibilitatea, din punct de vedere a fabricației, este o proprietate a acesteia care stabilește gradul de adaptare al procesului de fabricație la influența fenomenelor exterioare, care apar în timpul acestuia. Poate fi:

– de stare;[1]

– de acțiune.[1]

Flexibilitatea de stareeste caracteristică proceselor de fabricație care funcționează în regim variabil (trasee diferite, volum schimbător apărut în timpul procesului, schimbarea ordinii operațiilor utilizate pentru diverse calcule în cadrul procesului) . [1/pag.4]

Flexibilitatea de acțiuneeste caracteristică proceselor de fabricație care au nevoie de o anumită cantitate de volum pentru optimizarea parametrilor surselor de energie utilizate în cadrul procesului- în funcție de tipul procesului. Un proces de fabricație este rigid dacă se adaptează cu greu la cererile clientului.

Dacă bugetul necesar modificărilor cerute este mic, iar operatorul uman nu depune un efort mare realizarea modificărilor vorbim de un proces de fabricație flexibil.

1.6. Clasificarea flexibilității fabricației

În funcție de fluxul tehnologic utlizat, un proces de fabricație utilizează următoarele tipuri de flexibilitate : [1/10]

a) Flexibilitatea de utilizare (Fu)

Reprezintă gradul de eficiență a unui proces de fabricație de a efectua sarcinile

cerute de client dintr-o anumită cantitate de sarcini:

Fu= (1.1)

Unde:

Sr-sarcinile cerute de client;

St- cantitatea totală de sarcini.

b) Flexibilitatea de adaptare (Fa)

Reprezintă gradul de adaptareal operațiilorîntâlnite în cadrul procesului de fabricație de a se adapta la cererea clientului.

Valoarea flexibilității de adaptare este dată de relația:

Fa= (1.2)

Unde:

Cai- bugetul necesar pentru realizarea procesului;

V- aparatura utilizată necesară procesului.

În funcție de flexibilitatea de adaptare se poate stabili cât de flexibil este sistemul.

c) Flexibilitatea de acces (Fa)

Reprezintă gradul de adaptare a unei mașini de prelucrare la o situație de suprasolicitare.

Fa= (1.3)

Unde:

Nr- cantitatea inițială de piese;

Nf- cantitatea finală de piese.

d) Flexibilitatea de redundanță (Fred)

Apare la liniile de producție la care se pot utiliza mai multe mașini de prelucrare.

Fred= (1.4)

Unde:

Npr – mașinile de prelucrare care pot fi utilizate pentru mai multe piese;

Np – numărul total al mașinilor.

f) Flexibilitate de stocaj (Fstocaj)

Reprezintă gradul de interacționare dintre două mașini de prelucrare:

Fstocaj=Ci-Ci+1 (1.5)

Unde :

Ci, Ci+1– mașinile de prelucrare ,,i’’ și,,i+1’’ .

g) Flexibilitatea de programare(Fac)

Reprezintă intervalul de timp în care mașina de prelucrare acceptă programele

cerute.

Fac= (1.6)

Unde:

nprr–programele cerute;

nprt–programele totale.

În concluzie, un proces de fabricație este flexibildacă:

– prezintă o structură variabilă; [1/11]

– mijloacele de funcționare se pot schimba/înlocui în funcție de sarcinile de

fabricație; [1/11]

– mijloacele de funcționare se pot programa sau reprograma în funcție de cererea

operatorului. [1/11]

1.7 Flux de fabricație

Vorbim de flux de fabricațieatunci când se organizează procese de fabricație în masă.Mai exact, în momentul în care cererile de produse finite depășesc media normală de produse fabricate în mod normal.

Astfel, pentru a face față volumului crescut de produse cerute se adoptă un regim de organizare special. Acesta cuprinde măsuri ca:

-găsirea unei succesiuni optime a executării operațiilor, pentru un timp de realizare a

produsului cât mai mic;

– adoptarea unor sectoare de fabricație restrânse;

– organizarea posturilor de lucru în funcție de succesiunea executării operațiilor;

– mutarea produsului brut de la un post de lucru la altul, într-un mod care consumă cât

mai puțin timp;

– utilizarea simultană a două sau mai multe linii de producție;

– utlizarea unor mijloace de transport rapide pentru deplasarea pieselor de la un

sector de fabricație la altul;

– prelucrarea simultană a unei game mai largi de produse brute asemănătoare din

punct de vedere tehnologic.

1.8. Ierarhia fabricației

Fig.1 Ierarhia fabricației dispusă piramidal

2. Sistem de producție

2.1. Sistem. Definiție. Proprietăți

La modul general, un sistemeste definit ca totalitatea componenteloromogen, între care pot exista diverse interacțiuni. Ca și natură lingvistică, cuvântul ,,sistem’’ provine din limba greacă. ( ,,to systema’’ = tot unitar [1/21] ). Întreg mediul înconjurător utlizează sisteme.

Noțiunea de “sistem” este utilizată pretutindeni, apărând într-o gamă variată de domenii: sistem uman, sistem de calcul, sistem de date, sistem de programe, sistem fizic, sistem chimic, sistem electric, ș.a.m.d.

Pentru ca mai multe elemente să formeze un sistem este necesar să:

– comunice între ele;

– fiecare element să aibă o funcționare bună;

– se conceapă organizarea funcționării sistemului inițial;

– existe o legătură bine-definită între toate elementului sistemului;

– realizeze o funcționare mult mai optimă și mai rapidă, decât dacă fiecare element

ar acționa individual.

Dacă sistemul interacționează cu exteriorul sistemul utilizat este deschis. [1/21]

Dacă sistemul este izolat și nu permite implicarea surselor de energie exterioare

în funcționarea sa, sistemul utilizat este închis. [1/21]

2.2. Input. Output. Reprezentare grafică.

Intrarea /Input-ul unui sistem reprezintă modul în care acționează exteriorul acestuia asupra sa. [1/21]

Ieșirea/Output-ulunui sistem este dată de modul în care acesta acționează

asupra exteriorului. [1/21]

Fig.2 Reprezentarea unui sistem în funcție de intrări și ieșiri

2.3. Sistem complex. Proprietăți.Clasificare.Schemă bloc.

Dacă un sistem are la bază mai multe subsisteme corelate printr-o legătură

stabilită inițial sistemul respectiv este un sistem complex. Dacă un sistem este complex prezintă, prin urmare, și următoarele proprietăți: [3/17]

– integritate/omogenitate;

– sumativitate;

– centralizare;

– subordonare;

– adaptabilitate/variabilitate.

Înainte de a executa un sistem complex, este necesar să ne asigurăm de faptul că subsistemele din cadrul acestuia sunt funcționabile.

Un sistem este omogen dacă în urma schimbării unui element din cadrul acestuia se schimbă întreaga structură a sa. [3/17]

Sumativitatea reprezintă acea proprietate a unui sistem prin care o schimbare apărută în cadrul funcționării sistemului este dată de suma schimbărilor din subsistemul/subsistemele apărute. [3/17]

Dacă subsistemele din alcătuirea sistemului prezintă o legătură între ele sistemul respectiv este un sistem simetric.

Un sistem este centralizat dacă punctul/locul de unde începe funcționarea acestuia este bine-definit.Un sistem este subordonat dacă începând cu subsistemul care conduce întregul proces de funcționare și până la subsistemul care semnalează terminarea procesului există o relație de subordonare.

Capacitatea unui sistem de a funcționa în funcție de o anumită cerere, care apare pe parcursul desfășurării funcționării acestuia se numește variabilitate.

Condițiile ca un sistem să fie funcționabil sunt:

-un set de mărimi de intrare (input-uri) ;

– un set de mărimi de ieșire (output-uri) ;

– o organizare a funcționării acestuia, stabilită inițial;

– o evidență a mărimilor, conceptelor, relațiilor utilizate, stabilită inițial.

Clasificarea sistemelor este variată. Aceasta se realizează după mai multe criterii.[1/21]

1. După relația dintre input-uri și output-uri:

– sistem determinat (relația dintre cele doua elemente există) ;

– sistem nedeterminat (nu avem o legătură între input-uri și output-uri) .

2. După cunoașterea materialului/materialelor din alcătuirea unui sistem:

– sistem concret;

– sistem abstract.

3. În funcție de scopul realizării sistemului:

– sisteme care au un scop prestabilit (exemplu: un sistem de acționare electrică) ;

– sisteme care au un scop indirect (apare o consecință neprevăzută a funcționării

sistemului respectiv- exemplu: o atomocentrală) .

4. În funcție de implicarea omului în funcționarea sistemului:

– sisteme naturale(exemplu: un ecosistem) ;

– sisteme artificiale(exemplu: sistemul de funcționare al unui lac de acumulare) .

Orice sistem complex are la bază un principiu matematic( de cele mai multe ori o funcție- din punct al reglării automate o funcție de transfer- ). De cele mai multe ori, este necesar ca un sistem să fie modelat conform cerințelor. Pentru ca acest lucru să se poată realiza, trebuie stabilite inițial intrările, ieșirile și funcția/funcțiile utilizate.Pentru ca un sistem să se poată modela este necesar să aibă la bază o reprezentare matematică grafică numită schemă bloc. Scopul unei scheme bloc este acela de a realiza o legătură între subsisteme, intrări și ieșiri.

Fig.3 Schema bloc a unui sistem de calcul [1/23]

2.4. Funcție.Perturbații. Sistem continuu.Sistem discret.

Din punct de vedere matematic, un sistem are la bază o funcție matematică, care are rolul de a lega intrările și ieșirile acestuia. Pentru ca sistemul să înregistreze performanțe mai mari, majoritatea sistemelor folosesc mai multe intrări, respectiv ieșiri.

( vezi fig.3)

În aceste cazuri schema bloc, acumulează intrările și ieșirile în câte un vector:X,Y.

X- vectorul mărimilor de intrare;

Y- vectorul mărimilor de ieșire .

Pentru a se obține un răspuns al sistemului, este necesar ca input-urile să fie

prelucrate de sistemul/subsistemul utilizat, în funcție de complexitatea acestuia. Astfel se va obține relația:

X=FY (1.7)

Prin urmare, funcția sistemului este dată de raportul dintre vectorul mărimilor de

intrare și vectorul mărimilor de ieșire.

F= (1.8)

În cazul ideal, sistemul este format din intrări, ieșiri și funcția/funcțiile utilizate.

Funcția/funcțiile din cadrul sistemului au rolul de a orienta intrările către ieșiri.

Înpractică, însă răspunsul sistemului suferă transformări venite de la mărimile dinexterior. Acestea acționează asupra funcției/sarcinii utilizate, în funcție de natura

mediului cu care interacționează sistemul.

În funcție de complexitatea sistemului, numărul acestor mărimi poate fi mai mare sau mai mic, fiind înmagazinate în cadrul unui vector Z, numit vectorul mărimilor de perturbație. În cazul în care apare un număr mai mare de mărimi de intrare, ieșire, respectiv de perturbație, se vor utiliza doar vectorii X,Y și Z. Pentru a se diminua efectul perturbațiilor apărute se va lega în reacțieun dispozitiv de reglare R. Acesta poate fi un element integrator, derivator, proporțional, în funcție de standardele cerute.

Fig.4 Schema bloc a unui sistem cu perturbații [1/24]

Fig,5 Schema bloc a unui sistem cu element de reglare [1/24]

Un sistem este de natură discretădacă la intrarea acestuia se aplică un semnal

discret, cu scopul de a se obține un răspuns de aceeași natură.

Semnalul discret este un semnal alcătuit dintr-o mulțime numerică, determinată în momente discrete de timp, semnalate prin eșantioane de calcul. Funcția utilizată în cadrul sistemului are rolul de a prelucra vectorul semnalelor discrete de intrare, în scopul obținerii unor semnale de ieșire de același fel. Prin urmare, expresia semnalelor de ieșire reprezintă funcția semnalelor de intrare:

Y[n]=Z(X[n]) (1.9)

În cazul în care sistemul suferă influența perturbațiilor venite din exteriorul acestuia, răspunsul discret al acestuia se va obține cu o întârziere ,,t’’ .Astfel:

tY[n]=Z(X[n]) (1.10)

Pentru o prelucrare optimă a vectorului semnalelor de intrare X, funcția de prelucrare va conține variabile de stare, gestionate de un vector de forma:

Zt(n)=[Z1(n) Z2(n) Z3(n)… Zt(n)] (1.11)

Pentru o determinare analitică a expresiei sistemului, se va utiliza transformata

Fourier.Prin analogie cu sistemul discret, mecanismul de funcționare al sistemului continuu este format din două semnale de natură continuă și o funcție de prelucrare a semnalului de intrare. Prin semnal continuuînțelegem toate acele semnale realizate într-un interval de timp ,,t’’, care poate fi finit sau infinit, de natură reală sau complexă. La modul general, conceptul care stă la baza funcționării sistemului este dat de funcția:

y=f(x) (1.12)

2.5. Sistem de producție. Definiție. Caracteristici.

Pentru o funcționare optimă, se urmărește un timp de prelucrare cât mai rapid, pentru obținerea pieselor/produselor cerute în intervalul de timp cerut, fapt pentru care în majoritatea fabricilor sistemele de producție sunt automatizate.

Datorită acestui fapt la fiecare post de lucru există câte un operator uman, care are rolul de supervizor. Seturile de operații de funcționare, respectiv manipulare sunt realizate pe mașini de prelucrare specializate, care funcționează în condiții și parametrii specifici.

Fiecare mașină se caracterizează printr-un timp prin care produsul aflat în stare brută se prelucrează numit timp de ciclu. Fiind un sistem complex, sistemul de producție este afectat de perturbații. Mai exact, la un anumit interval de timp, mașina de lucru produce piesa/produsul cu o anumită eroare, fapt pentru care produsul respectiv este eliminat din cadrul procesului. Aceste piese poartă denumirea de rebuturi.

O mașină de lucru scoate un rebut la un interval regulat de timp. Calculul acestui timp în procente se realizează pentru fiecare mașină de prelucrare, obținându-se astfel gradul de funcționare al mașinii respective.

Un sistem de producție produce și un număr de produse cu o eroare de calcul mai mică, care pot fi remediateprin repetarea unor anumite operații. Timpul în care piesele sunt reluate și remediate reprezintă o pierdere, întrucât se consumă din intervalul de timp cerut de client.

3.Structura unui sistem de producție

3.1. Structura generală a unui sistem de producție

Ca și alte sisteme complexe, un sistem de producție are la bază mai multe subsisteme. Principiul de funcționare al acestuia este același cu al unui sistem clasic.Acesta dispune de un set de mărimi de intrare, pe care le prelucrează în cadrul funcției/sarcinii sistemului cu scopul obținerii unui răspuns, exprimat printr-un set de mărimi de ieșire.

Sectorul în care sunt utilizate sistemele de producție este cel industrial.

Sistemul de producție industrial reprezintă o mulțime de elemente de funcționare – dispozitive, oameni, concept de producție care funcționează într-o ordine stabilită inițial în scopul funcționării ca un întreg.

Condițiile de funcționare ale sistemului de producție sunt următoarele:

– sistemul trebuie să se adapteze la orice schimbare apărută într-un mod

neprevăzut;

– sistemul trebuie să interacționeze cu orice sursă de energie care apare la

exteriorul său;

– este necesar ca un sistemul să aibe minim o experiență de funcționare

anterioară, pentru a stabili noi optimizări.

Din punct de vedere al reglării automate, sistemul de producție prezintă

perturbații. Pentru diminuarea acestora și obținerii a unui răspuns cât mai eficient se utilizează elemente de reglare în reacție. În cadrul unui sistem de producție, identificăm mai multe subsisteme. La modul general, un sistem de producție prezintă următoarea ierarhie:

Fig.6 Ierarhia sistemelor

Întrucât sistemul de producție este un sistem complex, funcția de prelucrare are la bază mai multe subsisteme, fiecare dintre acestea reprezentând o operație de funcționare. La baza funcției de prelucrare stau procesele de producție și fabricație. În funcție de conceptul de producție utilizat de fiecare fabrică, structura unui sistem de producție diferă de la caz la caz.

Totuși, se poate stabili o diagramă în funcție de procesele de producție și de fabricație:

Fig.7 Structura generală a unui sistem de producție

3.2. Structura particulară a unui sistem de producție

De la caz la caz, sistemele de producție diferă în funcție de natura intrărilor( materia primă) , respectiv a ieșirilor( produsul finit). Datorită acestui fapt, se adoptă strategii diferite de prelucrare( funcția sistemului) .

Tot acest sistem este format din mai multe operații, fiecare având câte o funcție stabilită de la începutul procesului.

Exemplu

Pentru producerea a mai multor tipuri de rulmenți o fabrică folosește următoarea strategie/concept de producție:

Se preia materia primă( sub forma unor bare de oțel) de la un furnizor. Odată ajunsă în fabrică, aceasta suferă următoarele operații:

– forjare;

– strunjire;

– calibrare;

– rectificare;

– asamblare;

– expediție.

Forjareaconstă într-o transformare termică a barelor de oțel. De cele mai multe ori sunt folosite cuptoare electrice.

În cazul de față fabrica încălzește barele la o temperatură de 1000 de grade Celsius. În urma acestui proces de încălzire, barele vor căpăta o culoare roșiatică, scăzându-se considerabil din duritatea lor.

Pentru ca rulmentul să capete o formă circulară, barele trebuie să se strunjească.În urma operației de strunjire rulmentul semifabricat are aceeași formă circulară, însă unele sunt mai mari, altele sunt mai mici, în funcție de mașina de lucru utilizată pentru această operație. Spre exemplu, pentru patru mașini de strunjire ies patru tipuri de rulmenți cu diametre diferite. Fapt pentru care se utilizează operația de calibrare, pentru ca piesele să aibă același diametru interior.Deși piesele sunt rotunde și au aceeași mărime, suprafața lor prezintă zgârieturi pe alocuri, drept consecință a operației de strunjire. De aceea pentru a se remedia acest dezavantaj piesele se rectifică. După operația de rectificare, piesele capătă o culoare neagră.

Pentru ca produsul să fie în stare finită, este necesar un ultim control. În cazul de

față, sistemul este prevăzut cu un filtru prin care trece piesa, astfel încât în cazul în

care piesa prezintă vreo defecțiune, aceasta va rămâne blocată acolo. În urma

operației de asamblare, rulmentul este în perfectă stare pentru a fi expediat către

client.

În cazul de față, pentru a se produce expediția către client fabrica folosește un

departament suport de logistică. Aici, la comuna înțelegere între fabrică și client piesele sunt luate direct din fabrică de către client sau aduse printr-un mijloc de transport direct la client.

Fiind un sistem complex automatizat, fiecare operație are la bază mai multe mașini de lucru, cu câte un operator uman, care are rolul de supervizor. Pentru ca mașinile să fie supravegheate tot timpul, se realizează o planificare în trei schimburi, astfel încât câte o persoană va sta la câte o mașină de lucru opt ore din zi.

Un element fundamental care îl găsim în cadrul strategiei de producție este principiul First In First Out(FIFO) .În cazul de față acest lucru constă în faptul că piesele sunt depozitate în containere., respectiv depozite. Acestea nu vor fi pline niciodată, ci se vor pune piese undeva până la 70% , pentru a nu se vărsa.

Mașinile de lucru sunt prevăzute cu avertizare luminoasă. În momentul în care mașina are culoarea verde, aceasta funcționează la parametrii optimi. De la caz la caz mașina/mașinile de lucru de la operația următoare preia piesele de la operația precedentă. Acest lucru se realizează fie prin intermediu operatorului uman, fie direct de către mașină.

În cazul în care senzorul luminos este roșu, s-a detectat o defecțiune la nivelul mașinii. Aceasta este remediată de personal autorizat( tehnolog sau reglor- de la caz la caz) . De asemenea, în cadrul liniei de producție remarcăm și un controlor, care are sarcina de a întocmi periodic protocoale de evaluare a mașinilor. Muncitorul își poate intra în atribuții după ce primește aceste protocoale.

Fig.8 Structura particulară a unui sistem de producție

4. Automatizarea sistemului de producție

4.1 Conceptul de automatizare

Tendința de automatizare a apărut încă din istoria modernă a secolului al XIX-lea,

odată cu apariția revoluției industriale. Astfel, producția manuală se înlocuiește cu

mașinismul(producție automatizată) .

Conceptul de automatizare a revoluționat lumea, atribuind omului doar rolul de

supervizor. Procesul de automatizare reprezintă totalitatea activităților pe care

sistemul de producție le face utilizând o sursă de energie care funcționează automat.

Avantajele conceptului de automatizare

timp rapid de execuție a produselor finite;

reducerea riscului de apariție a aglomerării pieselor între stațiile de prelucrare ale

sistemului de producție (stocuri) ;

reducerea timpilor de așteptare apăruți la fiecare stație de prelucrare(risipă) ;

eliminarea riscului de suprasolicitare a operatorului uman;

posibilitatea de adaptare a sistemului de producție la eventualele modificări

cerute de client(flexibilitate).

4.2 Programmable Logic Controller (PLC)

Automatul programabil reprezintă ,,creierul’’ producției automate. Acesta are rolul de a implementa în cadrul sistemului funcții logice cerute de utilizator.

Fig.9 Automat programabil(PLC)

4.2.1 Componentele unui automat programabil

unitatea centrală;

unitatea de programare;

module de intrare/ieșire;

șina.

Unitatea centrală

Reprezintă partea de conducere a automatului. Aceasta este formată din procesor, memorie și sursă de alimentare.

Procesorul are rolul de a da instrucțiunile dorite de utilizator automatului prin intermediul unor programe. În funcție de viteză și de mărimea datelor care sunt manipulate distingem mai multe tipuri:

cu viteză de 4 MHz pe 8 biți;

cu viteză de 10 MHz pe 16 biți;

cu viteză de 50 de MHz pe 32 de biți.

Memoria poate fi, la rândul ei, de două feluri: volatilă( în care se încarcă programele scrise de utilizator) și fixă (care este încărcată de producătorul automatului).

Tipurile de memorie întâlnite în cadrul unui automat sunt:

ROM;

RAM;

PROM;

EPROM;

EEPROM;

NOVRAM.

Memoria are la bază mai multe blocuri:

memoria utilizator( cuprinde programul scris de utilizator) ;

imaginea intrarilor procesului( cuprinde datele care intră în process) ;

imaginea iesirilor procesului( cuprinde datele care ies din process) ;

starea timerelor;

starea numărătoarelor;

date numerice;

alte funcții.

Sursa de alimentare are rolul fundamental de a alimenta automatul cu 5 V, în curent continuu.

Unitatea de programare

Are rolul de a stoca programul încărcat de utilizator într-un singur loc în cadrul automatului, pentru a fi transmismis unității centrale și rulat. În funcție de automat, aceasta poate avea diverse mărimi.

Module de intrare/ieșire

Pot fi cu 4, 8, 12, 16 sau 32 de canale. Pentru intrările automatului semnalul este primit de la butoane sau senzori, în timp ce pentru ieșiri se folosesc diverse elemente de execuție( relee, electrovalve, ș.a.m.d) .

Șinareprezintă spațiul pe care sunt montate unitatea centrală, modulele de intrare/ieșire și alte module de extensie suplimentare( dacă este cazul) .

4.2.2 Avantajele și dezavantajele unui PLC

Avantaje:

detecția rapidă a erorilor;

flexibilitate;

cost redus;

posibilități de testare;

viteză de operare bună;

facilitare programării prin metode booleene de programare și diagrame ladder;

gamă variată de documentare prin inserarea comentariilor;

securitate mărită.

Dezavantaje:

sensibilitate la temperatură ridicată;

automatul programabil poate fi utilizat doar pentru procese complexe;

utilizarea automatului doar în cazul apariției schimbărilor.

4.3 Programarea automatului utilizând diagrame ladder

Permite realizarea diverselor aplicații într-un mod facil. Diagramele ladder sunt preluate din electrotehnică, utilizând elemente caracteristice acesteia. În acest caz, semnalele de intrare sunt reprezentate de contacte, iar semnalele de ieșire de bobine.

Fig.10 Tipuri de contacte

Contactele sunt valori binare( 1 sau 0/ închis sau deschis), fapt pentru care se pot grupa în octeți. Sunt simbolizate cu literele I, E sau alte litere( în funcție de numărul acestora) . Pentru recunoașterea octeților, se folosesc două cifre( una reprezintă numărul octetului, iar cealaltă numărul bitului din octet) .

Fig.11 Tipuri de bobine

Bobinele reprezintă ieșirile automatului spre proces. Sunt simbolizate cu litera Q.

4.3.1 Implementarea funcțiilor logice utilizând contacte și bobine

Funcția AND

Q0.0=I0.1∙I0.1

Funcția OR

Q0.0=I0.0+I0.1

Aprinderea/ Stingerea unei instalații utilizând bistabili

Instalația poate fi pornită/oprită prin acționarea butonului RS/SR.

4.4 Programarea automatului utilizând diagrame bloc( FBD)

Ieșirile se reprezintă prin blocuri. Este similară programării prin diagrame ladder.

Fig.12 Simboluri fundamentale pentru programarea în FBD

4.5 Utilizarea TIMER-ului

În cadrul aplicației prezentate, timer-ul rolul de a reține piesele un interval de timp

în stațiile de prezentare, în scopul simulării unui timp de așteptare.În funcție de memoria automatului, numărul de timere variază.

Acesta generează un semnal de delay pentru anumite ieșiri ale automatului, în funcție de cerințele utilizatorului.

4.5.1 Programarea TIMER-ului

S- timer-ul funcționează;

TV- valoarea este încărcată în timer;

R-oprire timer (reset) ;

Ieșiri.

Valoarea scrisă în timer la un anumit moment de timp poate fi citită atât în cod binar cât și în cod zecimal (BCD și binary) .

Funcționarea timerului poate fi reprezentată de o diagramă de timp de forma:

Fig.13 Diagramă de timp pentru funcționarea timer-ului

Timerul se decrementează chiar și când intrarea de set este 0( S=0) . Astfel, la un impuls activ, timerul se incrementează indiferent dacă intrarea este sau nu activă.

4.6 Utilizarea numărătoarelor (Counter)

După cum reiese și din titlul, numărătorul are rolul de a înregistra și a număra semnalele, în funcție de condițiile cerute de utilizator. Acesta poate fi incrementat sau decrementat, în funcție de instrucțiunea cerută:

în sens crescător (CU);

în sens descrescător (CD);

în ambele sensuri (CUD).

Pentru a programara numărătorul, utilizăm contacte pe care le atașăm blocului.

În funcție de constrângerea dată, contactele pot fi închise sau deschise.

Fig.14 Programarea unui numărător de tip CUD

Contactul I0.0 este deschis pentru a permite incrementarea numărătorului. Pentru decrementare se utilizează I0.1. Setarea blocului se face cu ajutorul contactului I0.2, iar resetarea prin I0.3, urmând ca valoarea să fie ștearsă, iar mai apoi actualizată. Ieșirea Q0.0 poate fi 1, pentru o valoare diferită de 0 și 0 în caz contrar.

În cazul de față, se vor utiliza numărătoare pentru înregistrarea în memorie a numărului și tipului de piesă care trebuie produs.

5. Acționarea electrică a sistemului de producție

5.1 Sistem de acționare electrică (SAE)

Un sistem de acționare electrică reprezintă totalitatea subsistemelor care transformă energia electrică în energie mecanică, gestionând-o pentru alimentarea mașinii de lucru. La rândul lor, subsistemele sunt formate din mai multe dispozitive:

mașina electrică;

convertorul de putere;

sistemul de reglare;

sarcină.

Mașina electrică este utilizată pentru reglarea vitezei. În funcție de aplicația realizată, acesta poate fi de mai multe tipuri:

de curent continuu:

cu excitație separată;

în deviație;

mixtă;

cu magneți;

fără perii;

cu comutație electrică.

de curent alternativ:

asincrone;

cu rotor bobinat;

sincrone cu magneți.

speciale:

motoare pas cu pas;

cu reluctanță variabilă;

Convertorul de putere realizează alimentarea mașinii electrice cu o viteză optimă pentru funcționarea mașinii în parametrii normali. Acestea pot fi de mai multe tipuri:

redresoare comandate (mono sau trifazate) – generează o tensiune de ieșire

continuă variabilă alimentarea mașinei electrice (de curent continuu sau alternativ) ;

choppere/convertoare de c.c. – transformă tensiunea fixă generată la ieșire într-o

tensiune variabilă, care poate fi controlată și comandată;

invertoare- sunt alimentate de o sursă de tensiune continuă (baterie sau

redresor) și au rolul de a furniza curent de amplitudine de frecvență și tensiune variabilă;

cicloconvertoarele- realizează reglarea mașinii de curent alternativ, printr

transformarea valorii tensiunii de ieșire; se folosesc la viteză redusă.

Sistemul de reglare are rolul de a regla mașina de lucru (care funcționează în

regim continuu sau alternativ) la o valoare standard, având la bază modelul matematic al mașinii utilizate.

Sarcina reprezintă totalitatea curentului înmagazinat și eliberat de mașina electrică, care dezvoltă caracteristici mecanice, date de dependența dintre cuplu și turație.

Fig.15 Sistem de acționare electrică

5.2 Modelul matematic al mișcării

Acționarea electrică reprezintă un sistem care transformă energia electrică în energie mecanică. Dacă considerăm un corp în jurul unei axe, obținem o mișcare de rotație de forma:

w (5.1)

Unde:

w- viteza unghiulară;

J- momentul de inerție față de axa de rotație;

m- cuplul de acționare/electromagnetic;

Jw- impuls de rotație;

ms- cuplul de sarcină.

Dacă considerăm J J0ct, ecuația mișcării devine:

= J0 (5.2)

Relația obținută arată faptul că diferența dintre cuplu de acționare și cuplul de sarcină este egală cu accelerația unghiulară produsă de aceasta.

Cele două cupluri care intervin în modelul mișcării au următoarele roluri:

cuplul electromagnetic este produs în urma contactului unui camp

electromagnetic cu statorul motorului și are rolul de a furniza funcții electrice (tensiune, curent, rezistențe, reactanțe, impedanțe, etc. ) .

cuplul de sarcină ms este produs de mașina de lucru utilizată în urma unei

operații automizate a unui sistem de producție utlizat(vezi 3.2) și are rolul de a furniza un lucru mecanic asupra componentei electrice a sistemului de producție utilizat (motorul electric) .

În cadrul unui sistem de producție, intervin cupluri care acționează atât

față de componenta electrică (mașina electrică), cât și față de componenta mecanică (mașina de lucru) .

Din punct de vedere matematic, cuplul este o funcție care are ca

parametrii timpul și viteza unghiulară.

Pentru sensurile acestora, se adoptă următoarea convenție:

sensul pozitiv al cuplului electromagnetic se stabilește în funcție de sensul

pozitiv al vitezei unghiulare;

sensul pozitiv al cuplului de sarcină ms se stabilește în funcție de opusul

sensului pozitiv al vitezei unghiulare.

În funcție de valoarea cuplului, se pot stabili și alte sensuri, în funcție de

regimul de funcționare utilizat.

5.3 Motorul de curent continuu

5.3.1 Principiul de funcționare

Acționările electrice de curent continuu sunt utilizate în situația în care sistemul de acționare electrică are viteza de rotație variabilă, prezentând o variație într-o gamă largă de valori.

Deși posibilitățile de utilizare ale mașinilor electrice s-au extins considerabil, mașinile electrice de curent continuu sunt utilizate încă într-un număr foarte mare, întrucât mașinile electrice moderne se bazează pe principiul de funcționare ale mașinii electrice de curent continuu clasice.

Ca și dezavantaj, luăm în calcul costul ridicat al unei mașini de curent continuu.

Motorul de curent continuu clasic are la bază o parte statorică, pe care este dispusă o înfășurare de excitație, polii principali și un sistem de perii și portperii și o parte rotorică, pe care este dispus colectorul, alături de înfășurarea rotorică.

Astfel, înfășurarea rotorică acoperă uniform un număr de tole.

În momentul în care curentul străbate înfășurarea rotorică, mașina electrică produce un câmp magnetic, numit și câmp de reacție. Apariția acestuia aduce cu sine o serie de fenomene neprevăzute de natură magnetică, care nu sunt benefice pentru mașină.

Pentru prevenirea apariției acestora, mașinile moderne sunt prevăzute cu două înfășurări suplimentare, respectiv o înfășurare de compensație și o înfășurare de comutație. Cele două înfășurări sunt dispuse pe polii principali ai înfășurării statorice.

Fig.16 Desen de execuție pentru un motor de curent continuu de la un furnizor particular

Motorul de curent continuu prezintă următoarele regimuri de funcționare:

generator;

frână;

motor.

În regim de generator, mașina de curent continuu transformă energia mecanică în energie electrică. Factorul intermediar care realizează transformarea este un motor primar, care transmite arborelui energie.

Regimul de motor este procesul invers al funcționării în regim de generator. Mașina transformă energia electrică în energie mecanică. Scopul acestei transformări este punerea în funcțiune a mașinii.

5.3.2 Structura unui motor de curent continuu

Statorul motorului reprezintă partea fixă a motorului. După cum s-a prezentat și în subcapitolul 5.3.1, statorul are la bază polii principali, înconjurați de o înfășurare electromagnetică de excitație.

Înfășurarea de excitație este formată din două bobine prin care trece un curent magnetic, numit curent de excitație (Ie) .

Realizarea statorului necesită materiale cu proprietăți magnetice (oțel, fontă, ș.a.m.d.) .

Rotorul are la bază un pachet de tole rotorice, care permit dispunerea înfășurării rotorice. Distanța dintre tole/spire poartă denumirea de pas. În majoritatea cazurilor, această distanța este egală pe toată suprafața înfășurării. Grosimea spirelor variază între 0,5 și 1 mm, iar materialul utilizat pentru realizarea tolelor este oțelul.

Colectorul reprezintă un ansamblu de lamele de cupru și are rolul de a primi și stabiliza curentul care străbate înfășurarea rotorică. Pentru realizarea acestui lucru, colectorul este legat de rotor prin intermediul unei pene.

Fig.17 Secțiune prin mașina cu indus de tip inel

5.3.3 Clasificarea motorului de curent continuu

Odată cu extinderea mașinilor electrice, motorul de curent continuu a avut parte de mai multe modificări. Datorită modului de conectare dintre stator și rotor, identificăm următoarele tipuri de motoare de curent continuu:

cu excitație separată;

cu autoexcitație:

în derivație;

în paralel;

în serie;

mixte.

Fig.18 Motor cu excitație separată

Fig.19 Motor cu excitație derivație

Fig.20 Motor cu excitație serie

Fig.21 Motor cu excitație mixtă

Tipurile de mașini de electrice prezentate sunt similare, întrucât prezintă mici deosebiri.Cele mai practice motoare sunt motoarele de curent continuu cu excitație serie, utilizate la mașinile electrice pentru transport în comun.

5.3.4 Regimuri de funcționare ale motorului de curent continuu

Regimul static are la bază mărimi fizice de stare, care au în alcătuire o constantă de timp. Calculând astfel derivatele parțiale în raport cu timpul, vom obține rezultate nule.

Regimul staționar conține aceleași tipuri de mărimi, care pot prezenta transformări energetice.

Regimul nestaționar are la bază atât mărimi care au o constantă de timp, cât și transformări energetice. Prin urmare, regimul nestaționar este cel mai complet și utilizat regim de funcționare.

Vom analiza, așadar, cazul regimului nestaționar al unui motor de curent continuu cu excitație separată, reprezentând cel mai general caz de acționare electrică de curent continuu. Regimul static, respectiv regimul staționar prezintă componente care intră în alcătuirea regimului nestaționar.

Considerăm schema echivalentă a unei mașini de curent continuu:

Fig. 22 Schema echivalentă a unui motor de curent continuu cu excitație separată

Unde:

Ua- tensiunea de intrare a indusului;

Ue- tensiunea de ieșire a excitației;

Ms- cuplul de sarcină;

Φe- fluxul aplicat excitației;

M- cuplul electromagnetic;

J- momentul de inerție.

Ținând cont de teorema a doua a lui Kirchoff, vom obține pentru cele două tensiuni aplicate circuitului următoarele relații:

Ua=e+RaIa+La (5.3)

Ue=ReIe+ (5.4)

Prin urmare, tensiunea de intrareUaaplicată circuitului este direct proporțională cu suma dintre valoarea tensiunii electromotoare a circuitului indusă prin rotație, valoarea produsului dintre rezistența corespunzătoare tensiunii de intrare și curentul care trece prin circuit și valoarea produsului dintre inductanța circuitului și derivata curentului care trece prin circuit în raport cu constanta de timp.

Analog, tensiunea de ieșire Ue aplicată excitației este direct proporțională cu suma dintre valoarea produsului dat de rezistența corespunzătoare tensiunii și curentul care trece prin circuit și valoarea fluxului electromagnetic derivat în raport cu constanta de timp.

Întrucât, analizăm un regim nestaționar, identificăm mărimi cu variație în timp. Astfel, tensiunea electromotoare a circuitului indusă prin rotație se caractezează printr-o constantă caracteristică k de forma:

k= (5.5)

Unde:

k- suma conductoarelor înfășurării;

p- suma perchilor polilor;

a- suma perechilor de căi de curent ale înfășurării;

Tensiunea electromotoare e aplicată circuituluieste direct proporțională cu fluxul electromagnetic, viteza unghiulară și constanta caracteristică.

e=kω (5.6)

De asemenea, obținem cuplul electromagnetic aplicat rotorului este direct proporțional cu fluxul electromagnetic, curentul care trece prin circuit și constanta caracteristică:

m =kΦeia (5.7)

Fig.23 Schema bloc al motorului de current continuu cu mărimi absolute

5.3.5 Regimul de frânare al motorului de curent continuu

Regimul de frânare al unui motor de curent continuu reprezintă procedeul prin care energia electrică, respectiv energia mecanică produse de motor în regimurile dinamice se transformă în căldură.

Frânarea acționărilor electrice de curent continuu este optimă în situația în care este nevoie de o viteză constantă, redusă sau nulă. Cazurile în care se folosește regimul de frânare sunt variate : mijloace de transport, procese tehnologice, etc.

Avantajele frânării :

apariția unor forțe cu valori controlabile ;

mobilitate de utilizare (dispozitive cu masă mică) ;

consumarea unei cantități mici de energie.

5.3.5.1 Frânarea dinamică a motorului de curent continuu

Se realizează prin introducerea unei rezistențe adiționale Rf. Aceasta este utilizată pentru alimentarea rotorului. În momentul în care se realizează frânarea dinamică, se produc următoarele modificări :

se realizează inversarea polarității curentului ;

cuplul electromagnetic devine cuplu de frânare.

Timpul de variație al frânării este invers proporțional față de rezistența de frânare Rf.

Fig. 24 Funcționarea motorului de curent continuu în regim de frânare dinamică

Pentru ca procesul de frânare să se realizeze constant, se utilizează mai multerezistențe de frânare. Cuplul de frânare Mf este direct proporțional cu aceste rezistențe, având valori maxime Mfmax, medii Mfmed și minime Mfmin.

5.3.5.2 Frânarea indusă a motorului de curent continuu

Există două modalități:

prin inversarea bornelor de alimentare;

prin inversarea sensului curentului din circuit.

Frânarea indusă prin inversarea bornelor de alimentare se utilizează în situația în care mașina de lucru necesită schimbarea sensului de funcționare. Pentru realizarea procesului, se consideră Ua=-Ua și Ms=-Ms. Pentru ca frânarea să se realizeze constant, se va aplica în circuitul de funcționare o rezistență adițională R’ .În funcție de tipul de mașină electrică, circuitul de funcționare diferă.

Fig.25 Frânarea mașinii de curent continuu cu excitație separată

Fig.26 Frânarea mașinii de curent continuu cu excitație derivație

Frânarea indusă prin inversarea sensului curentului din circuit în situația în care se impun acționări electrice de putere ridicată. Procesul are rolul de a menține în trepte de viteză ridicarea unui corp. În acest caz, rezistența adițională R’ ia valori maxime R’max, medii R’med și nule. Cuplul de sarcină creat va fi constant pe tot parcusul procesului.

Fig.27 Caracterisitci de frânare indusă prin inversarea sensului curentului din circuit

5.3.6 Caracteristici de pornire a motorului de curent continuu

Pornirea mașinii de curent continuu realizează concomitent apariția unui curent rotoric IR, cu o valoarea invers proporțională cu turația n. În momentul în care turația n a atins valoarea maximă, curentul rotoric IR va avea o valoare egală cu a curentului nominal IN.

În cazul în care curentul rotoric depășește valoarea maximă IRmax, motorul se suprasolicită. Pentru prevenirea acestor fenomene, se va folosi o delimitare clară a curentului rotoric de forma:

IR€[IRmax,IRmin] (5.8)

Realizarea acestei delimitări, implică utilizarea unei rezistențe sau a unui grup de rezistențe de pornire. Astfel pornirea motorului realizează scurtcircuitarea fiecărei rezistențe în parte, până la eliminarea acestora.

Fig.28 Caracteristici de pornire ale motorului de curent continuu

5.4 Motorul de curent alternativ

5.4.1 Structura motorului asincron trifazat

Asemenea motorului de curent continuu, motorul asincron trifazat are în componență o parte statorică, respectiv o parte rotorică.

Statorul reprezintă partea conducătoare a mașinii electrice. Acesta este format dintr-o înfășurare trifazată statorică, pe care sunt dispuși în perechi polii principali. Alimentarea înfășurării se face trifazat (de la rețeaua RST) .

Întrucât apar defazaje, iar perechile de poli sunt dispuse inegal pe înfășurare, funcționarea motorului este inflluențată de apariția unor fenomene de natură magnetică, produs de un câmp magnetic învârtitor. Turația produsă de acesta variază invers proporțional cu perechile de poli.

Rotorul reprezintă partea condusă a mașinii electrice. Analog motorului de curent continuu, rotorul are în componență un pachet de tole rotorice, dispuse alături de polii auxiliari pe înfășurarea trifazată rotorică.

Aceasta comunică cu axul motorului prin intermediul colectorului.Cuplarea se poate face direct sau indirect, în funcție de tipul de acționare electrică dorit.

Fig.29 Motorul asincron trifazat

5.4.2 Principiul de funcționare

În prezent motorul asincron trifazat reprezintă cel mai utilizat tip de acționare electrică (peste 70% ) . Acesta prezintă:

alimentare directă la rețeaua trifazată;

cost redus;

gabarit ridicat.

Întrucât motorul asincron trifazat prezintă alimentare la rețeaua trifazată, curenții

rezultați vor produce un câmp magnetic propriu numit câmp magnetic învârtitor.

Statorul conține o înfășurare statorică principală, formată din trei înfășurări auxiliare de fază, conectate în stea sau în triunghi. Defazajul dintre acestea este de .

5.4.2.1 Obținerea câmpului magnetic învârtitor

Pentru explicarea fenomenelor magnetice produse de câmpul magnetic învârtitor, considerăm curenții rezultați, funcții sinusoidale în domeniul timpului.

Fig.30 Reprezentarea sinusoidală a curenților

Statorul, având în componență înfășurările de fază aflate la un defazaj de , produce curenții IA, IB și IC. Valorile acestora diferă în funcție de evoluția lor în timp (la momentul de timp inițial, circuitul statoric prezintă curenți pozitivi, negativi și nuli) .

Fig.31 Evoluția curenților la apariția câmpului magnetic învârtitor

6. Aspecte practice

6.1 Principiul de funcționare

Linia de producție prezentată are rolul de a pune în evidență contrastul dintre două procese de producție cu strategii diferite: un proces de producție convențional și un proces de producție flexibil.

Procesul de producție convențional implică un ciclu clasic de producție, prin care piesele aflate în stare brută devin produse finite. Procesul se realizează liniar, implicând timpi de așteptare la fiecare operație tehnologică.

Fig.32 Proces de producție convențional

Procesul de producție flexibil (lean) implică situația în care clientul dorește realizarea unei singure operații tehnologice. În acest caz, piesele utilizate vor fi în stare semifabricată.

Fig.33 Proces de producție flexibil

Din punct de vedere al sistemelor de calcul, sistemul de producție prezentat are ca intrări piese cu caracteristici diferite (piesele medii și mici reprezintă piese aflate în stare brută, iar piesele mari sunt piese aflate în stare semifabricată) , iar ca ieșiri produse finite.

În practică, clientul își alege piese cu caracteristici diferite, fapt pentru care sistemul de producție prezentat trebuie să se adapteze la nevoile acestuia.

Prin urmare, funcționarea liniei de producție prezentate implică următoarele aspecte:

clientul poate apela atât la procesul de producție convențional, cât și la procesul

de producție lean;

clientul poate comanda oricâte piese dorește;

ambele procese de producție sunt procese de producție automatizate.

Astfel, s-a implementat următoarea soluție: în momentul în care clientul dorește o piesă de o anumită dimensiune (mică, medie, mare) se dorește fabricarea unei piese de aceeași dimensiune.

Ideal este procesul de producție flexibil/lean, întrucât acesta reprezintă un sistem de producție complex, adaptabil și optimizat.

6.2 Procesul de producție

Un proces de producție reprezintă un ansamblu de activități, a cărei ordine a fost stabilită inițial având ca scop obținerea produselor finite într-un interval de timp optim. Procesul de producție are la bază un concept de producție pentru ca realizarea acestuia să se realizeze într-un mod cât mai optim posibil.

Conceptul de producție urmărește următoarele aspecte:

plasarea optimă a mașinilor care realizează operațiile tehnologice;

atribuirea operatorului uman rolul de supervizor;

timp de așteptare cât mai scurt;

reducerea riscului de aglomerare a pieselor în fața punctelor de prelucrare

(stocuri) ;

realizarea unei raportări cât mai bune între timpii de așteptare și numărul de

produse finite.

Ca și clasificare, producția poate fi:

manuală;

automatizată.

Producția manuală urmărește un ansamblu de activități în care unicul factor de realizare ale activităților producției este operatorul uman (exemplu: ambalarea produselor din hârtie din cadrul unei tipografii) .

Producția automatizată urmărește un ansamblu de activități în care activitățile producției sunt împărțite într-un mod strategic, operatorul uman având doar rolul de supervizor/supraveghetor (exemplu: o linie de producție din incinta unei fabrici care produce pompe de injecție) .

Activitățile producției se împart convențional și strategic. În funcție de tipul de producție, numărul activităților variază. În cadrul producției manuale, identificăm activități realizate doar de operatorul uman. În cadrul producției automatizate, activitățile sunt distribuite operatorului uman și operațiilor tehnologice.

Procesul de producție automatizat are la bază două procese auxiliare: procesul de muncă și procesul tehnologic. Procesul de muncă reprezintă totalitatea activităților realizate de operatorul uman, în timp ce procesul tehnologic implică activități automatizate conectate la o sursă de energie și realizate de mașini specializate.

6.2.1 Operații tehnologice

O mașină realizează o operație tehnologică. La rândul ei, aceasta poate fi privită ca un sistem complex, care are ca intrări piesele aflate în stare semifabricată și ca ieșiri piese aflate într-o stare semifabricată superioară (cu o etapă mai aproape de produsul finit) .

Mașina utilizată depinde de mai mulți parametri:

timpul de prelucrare al unei piese;

gabaritul și suprafața sa;

intervalul necesar de realizare a reviziei;

energia consumată pentru realizarea operației.

Producția diferă de la caz la caz. Întâlnim producție în toate domeniile industriei,

începând cu industria textilă și terminând cu industria mecanică. Prin urmare operațiile producției sunt foarte variate.

Însă, în pofida diversificații acestora, un ansamblu de operații pe care îl întâlnim mai frecvent față de alte operații în industria cotidiană sunt:

operația de frezare;

operația de strunjire;

operația de calibrare;

operația de rectificare;

operația de tratament termic;

operația de asamblare/montaj;

operația de control.

Ordinea operațiilor nu este aleatorie. Funcționarea acestor procese tehnologice

auxiliare în ordinea menționată duce la realizarea unui întreg proces de producție automatizat.

Frezarea reprezintă operația prin care materia primă este supusă unei temperaturi foarte ridicate în scopul obținerii unui produs de dimensiuni mai mici.

Strunjirea este operația care dă formă piesei frezate. Restul rezultat din rotunjirea piesei poartă numele de șpan.

Calibrarea reprezintă procesul tehnologic care are ca rol micșorarea diametrului interior al piesei.

Rectificarea duce la realizarea unor piese negre. În urma celor trei rectificări (interioare, exterioare, plană) piesa devine neagră pe toată suprafața sa.

Operația de tratament termic reprezintă un proces tehnologic auxiliar, realizat din mai multe mașini de producție conectate în serie, care au ca rol încălzirea și răcirea piesei, în scopul obținerii unei rezistențe proprii mai mare.

Montajul/asamblarea este operația premergătoare produselor finite. Aceasta are rolul de a finisa și ambala corespunzător piesa, conform standardelor clientului.

Controlul este definit ca o ultimă verificare a procesului. În urma operației de control, piesa este asamblată și ambalată pentru client.

6.2.2 Tipuri de piese

În cadrul unui proces de producție, identificăm trei tipuri de piese:

Funcționabile;

Remediabile;

Rebuturi.

Piesele funcționabile reprezintă piesele care au trecut prin minim o operație

tehnologică și prezintă disponibilitatea de a trece prin întregul proces.

Piesele remediabile sunt piesele care prezintă o eroare ușoară de fabricație, produsă în urma unei operații tehnologice, care se poate remedia cu ajutorul operației de rectificare.

Rebuturile reprezintă piesele care nu prezintă disponibilitatea de a trece prin ciclul de producție. Erorile/defectele acestora nu pot fi remediate.

Convențional, piesele sunt depozitate, într-o primă fază, în cutii plasate la ieșirile punctelor de prelucrare. Simbolic, detectăm cutii verzi pentru piesele funcționabile, cutii galbene pentru piesele remediabile și cutii roșii pentru rebuturi.

O a doua etapă de depozitare a pieselor constă în dispunerea acestora pe rafturi, în funcție de caracteristicile proprii: reper, gabarit, tip de piesă. Aceste rafturi poartă denumirea de supermarket-uri. Pentru o mai bună desfășurare a procesului de producție, piesele sunt așezate conform principiului FIFO (First In First Out) . Astfel, în momentul în care se dorește extragerea unei piese din raft, tot timpul se va lua piesa din față. Avantajul principiului este dat de timpul economisit.

Un alt principiu care se respectă în cadrul procesului de producție prezentat este principiul Pareto, principiu prin care containerele în care se depozitează piesele nu sunt umplute în totalitate, ci doar 70-80% . Avantajul principiului este dat de înlăturarea riscului de amestecare a pieselor (piesele funcționale nu riscă să fie amestecate cu rebuturile) .

Pentru realizarea unui ciclu de producție optim, cu un număr cât mai mic de rebuturi, liniile de producție specializate sunt dotate cu detecție automată prin care întregul proces de producție se blochează în momentul în care este detectat un rebut (principiul PokaYoke) .

În funcție de tipul de piesă dorit de client, procesul de producție se adaptează. Parametrii de care depind transformările din cadrul procesului de producție sunt:

tipul de materie primă;

numărul de piese comandate;

gabaritul pieselor.

6.3 Sistemul de producție

Prin noțiunea de sistem înțelegem un ansamblu de elemente interconectate între ele, care au ca scop obținerea răspunsului dorit la ieșire, într-un interval de timp optim.

Elementele care caracterizează un sistem sunt:

mărimea/mărimile de intrare;

mărimea/mărimile de ieșire (răspunsul) ;

procesul.

Întrucât termenul de sistemeste foarte general și utilizat într-o gamă largă de

domenii, cele trei elemente menționate anterior sunt foarte diversificate. Înțelegem prin intrări toate mărimile care transmit un semnal procesului. Prin ieșiri, înțelegem toate mărimile care sunt transmise de proces.Procesul reprezintă elementul fundamental al sistemului. Acesta are rolul de a prelucra semnalele primite de la mărimile de intrare, în funcție de parametrii la care este setat.

În funcție de calitatea elementului care este utilizat ca proces se stabilesc următoarele aspecte:

timpul de prelucrare;

calitatea ieșirilor rezultate;

modul de prelucrare.

Întreaga funcționare a sistemului poate fi afectată de mărimi prezente în

vecinătatea acestuia. Impactul acestora poate fi pozitiv sau negativ. În cazul în care, procesul prelucrează un răspuns cu erori ușoare de calcul, poate acționa un element de reglare din exterior, pentru obținerea răspunsului dorit. Aceste mărimi poartă numele de regulatoare.

De asemenea, există și situația în care mărimile aflate în vecinătatea sistemului pot produce un impact negativ asupra răspunsului rezultat, mărimi numite perturbații.

Influența mărimilor din exterior poate fi eliminată dacă sistemul utilizat este un sistem închis/izolat. În caz contrar, sistemul utilizat este predispus la influența acestora, fapt pentru care se recomandă utilizarea sistemelor închise.

Prin sistem de producție înțelegem un ansamblu complex de elemente conectate strategic și convențional, având ca scop principal obținerea unor produse finite, conform standardelor clientului.

Sistemul de producție este caracterizat de:

intrări (materia primă/produsul brut) ;

ieșiri (produsul finit) ;

două sau mai multe procese de producție.

Date fiind acestea, linia de producție prezentată formează un sistem de producție cu următoarele caracteristici:

intrări (piesele mici, medii, mari plasate în depozitul de materie primă) ;

ieșiri (piesele mici, medii, mari plasate pe reperele clientului) ;

douăprocese de producție (procesul convențional și procesul flexibil/lean) .

În continuare, vom urmări funcționarea celor două procese de producție.

6.3.1 Procesul de producție convențional

Prin producție convențională înțelegem un proces de producție clasic.

Desfășurarea acestuia este una liniară. Procesul nu duce sistemul de producție prezentat la predispunerea acestuia la perturbații, întrucât punctele de prelucrare ale procesului sunt izolate.

Un proces de producție convențional reprezintă o unitate complexă de lucru, formată din mai multe puncte de prelucrare, care are rolul de a capta piesele aflate în stare brută din depozitul de materie primă și de a le prelucra liniar, în scopul obținerii unor produse finite cu caracteristicile precizate de client inițial.

Avantaje:

punctele de prelucrare ale procesului sunt izolate;

procesul se desfășoară liniar și strategic, reducându-se riscul de apariție al rebuturilor ;

este un proces automatizat.

Dezavantaje:

procesul prezintă timpi de prelucrare mari;

procesul nu prezintă flexibilitate (nu se poate adapta la eventualele modificări);

procesul este predispus riscului de apariție a stocurilor ;

transportul între punctele de lucru este lent.

Ca și principiu de funcționare, procesul se comportă analog unui proces automatizat. Întreaga unitate de prelucrare are la bază două procese tehnologice auxiliare (stații/puncte de prelucrare) :

strunjire;

rectificare.

Ambele puncte de prelucrare sunt izolate. Acestea sunt acoperite de cutii brunate

(black-box) atât pentru protecție, cât și pentru confidențialitate. Viteza benzii este lentă în scopul de a arăta contrastul dintre cele două procese de producție.

Timpul de prelucrare/ciclu reprezintă intervalul de timp de care are nevoie o operație tehnologică pentru a prelucra o piesă. În momentul în care se adună mai multe piese în fața unui punct de prelucrare se crează stocuri/aglomerare de piese, un factor important care contribuie la creșterea risipei.

Risipa este definită ca o sumă totală a timpilor de așteptare din cadrul unui proces de producție. În cazul nostru întâlnim risipă atât la crearea stocurilor, cât și în cadrul fiecărei operații tehnologice (strunjire și rectificare) .

6.3.2 Procesul de producție flexibil/lean

Prin producție lean înțelegem strategii moderne de prelucrare ale unui proces de producție. Desfășurarea procesului este una semicirculară. Similar, procesului de producție convențional, procesul de producție flexibil nu duce la predispunerea sistemului de producție prezentat, întrucât stația de prelucrare a acestuia este izolată.

Un proces de producție flexibil/lean reprezintă un ansamblu de elemente interconectate, în scopul de a prelucra pe rând piesele primite din depozitul de materie primă într-un mod optim și flexibil.

Prin flexibil înțelegem nevoile clientului. În momentul în care în proces apar modificări cerute de client, procesul este obligat să se adapteze.

În cazul de față, pentru optimizarea flexibilității, procesul adoptă o rută mai scurtă pentru un al treilea punct de prelucrare : operația de montaj.

Pentru a descrie funcționarea procesului, prezentăm situația următoare : clientul vine cu piesa, aflată în stare semifabricată (strunjită și rectificată) , dorind doar montajul acesteia în cadrul sistemului de producție.

Avantaje :

procesul este automatizat ;

procesul prezintă timpi de prelucrare mici ;

procesul nu este predispus riscului de apariție a stocurilor ;

transportul piesei la operația tehnologică de montaj se desfășoară într-un

mod rapid ;

procesul prezintă flexibilitate (se adaptează la eventualele modificări/nevoile

clientului) .

Dezavantaje :

desfășurarea procesului nu este una liniară (pot apărea mici timpi de

așteptare în momentul în care se schimbă traiectoria piesei) .

Asemenea procesului de producție convențional, procesul de producție

flexibil/lean este un proces automatizat. Acestea primește piesele semifabricate din depozitul de materie primă, pentru a le prelucra într-un mod rapid și flexibil. Punctul de prelucrare întâlnit în cadrul procesului (operația de montaj) este, de asemenea, izolat, atât pentru protecție, cât și pentru confidențialitate.

Timpul de ciclu/prelucrare al montajului este mic, iar transportul care duce la acesta prezintă o viteză mare. Totodată, riscul de apariție a stocurilor este redus.

Prin urmare, risipa este mică, însă nu nulă. Aceasta este reprezentată de timpul de ciclu al montajului, precum și de cotiturile apărute pe traiectoria pieselor.

6.4 Semnalizarea sistemului de producție

Pentru o bună comunicare între materia primă (produsele brute) și client (produsele finite), sistemul de producție prezentat este prevăzut cu semnalizare luminoasă care avertizează stadiul de funcționare al acesteia.

Se emite lumina roșie, în momentul în care se semnalează o avarie la un anumit punct de prelucrare. În practică, pentru a se reduce riscul avariilor, mașiniile de prelucrare sunt prevăzute cu posibilitatea de realizare a mentenanței.

Mentenanța reprezintă procedeul de resetare al mașinilor de prelucrare. Aceasta nu este realizată de muncitori, ci de personal specializat (tehnologul liniei de producție) .

Se emite lumina verde, în momentul în care funcționarea stațiilor de prelucrare se realizează la parametrii optimi. În practică, pentru gestionarea raportului dintre piesele funcționale și rebuturi se realizează măsurători zilnice pe un eșantion de piese ales aleatoriu.

De asemenea, în practică, întâlnim și lumină albă intermitentă, utilizată pentru a semnala revizia unei mașini de prelucrare. Intervalul de timp dintre două revizii diferă de la caz la caz, în funcție de mașina de prelucrare.

Sistemul prezentat nu este prevăzut cu semnalizare albă, întrucât stațiile de prelucrare utilizate nu necesită revizii.

Ca orice mecanism electric, instalația este prevăzută cu un buton de decuplare de la sursa de alimentare numit ciupercă. Acesta previne apariția unui scurtcircuit în cadrul sistemului.

6.5 Compunerea sistemului de producție

Vom analiza, în continuare, fiecare componentă a sistemului de producție și rolul avut de acestea în cadrul instalației:

Depozitul de materie primă are rolul de a alimenta sistemul. Acesta este format din structuri rectangulare aflate în pantă, pe care sunt dispuse piesele. În cadrul depozitului, întânim piese mici, medii și mari, piese care reprezintă intrările sistemului. Piesele mici și medii sunt piese aflate în stare brută (clientul dorește realizarea tuturor operațiilor tehnologice) , în timp ce piesele mari sunt piese aflate în stare semifabricată (clientul dorește realizarea operației de montaj) .

Procesul de producție convențional are rolul de a prelucra intrările recepționate (piesele mici și medii) . Acesta este format din două puncte de prelucrare : strunjire și rectificare dispuse pe un conveyor, care asigura transportul pieselor de la un punct de prelucrare la altul.

Procesul de producție flexibil/lean are rolul de a prelucra intrările recepționate (piesele mari) într-un mod flexibil și optim.

Acesta este format dintr-un singur punct de prelucrare : operația de montaj. Transportul pieselor până la stația de prelucrare se face prin intermediul unui conveyor, cu posibilitate de revenire (structuri rectangulare) .

Comunicarea dintre depozitul de materie primă și cele două procesese face prin intermediul a trei mecanisme de culisare (prezintă posibilitate de rotire și de captare a piesei următoare) acționate pneumatic.

Clientuleste realizat de asemenea din structuri rectangulare, pe care sunt dispuse produsele finite.

6.6 Gestionarea risipei

După cum am menționat anterior identificăm risipă la fiecare proces.Prin urmare, vom realiza un bilanț al risipei pe întregul ansamblu:

depozitul de materie primă prezintă risipă ridicată la culisarea fiecărei piese în

operațiile tehnologice corespunzătoare ;

procesul de producție conventional prezintă risipă ridicată la apariția

stocurilor, respectiv la timpii de prelucrare/cicli de la fiecare stație;

procesul de producție flexibil/lean prezintă risipă scăzută la cotirea pieselor

către operația de montaj, respectiv la timpul de ciclu al operației de montaj ;

clientul prezintă risipă redusă în momentul în care se extrage o piesă din

depozit ;

instalația prezintă risipă redusă până când aceasta se pune în funcțiune

(comutatorul ON/OFF) .

Anexe

Fig.34 Transmisia benzii principale

Fig.35 Stații de prelucrare

Fig.36 Senzor inductiv

Fig.37 Cilindru pneumatic

Fig.38 Proiectarea în spațiul 3D a motorului de curent continuu

Bibliografie

[1] Tarca Radu , “Sisteme flexibile de producție”;

[2] Conf. Luminita Duta , “Sisteme de producție”;

[3] Prof. Ionel Teo, “Curs de automate programabile”.