Productie si fabricatie

Prin productie se intelege totalitatea activitatilor care concura la realizarea unui produs.

Un produs este, un bun material sau prestare de servicii, menit sa satisfaca cerintele unui om sau a unui numar de oameni.

Prin bun material se intelege un produs care are ca elemente cu preponderenta obiecte. Prin prestare de servicii se intelege un produs care are ca elemente cu preponderenta activitati umane.

Sistemul de productie are ca si elemente mijloace materiale, echipamente (hardware), informatii (software) si forte umane care contribuie la realizarea productiei. Toate aceste elemente sunt grupate la randul lor pe subsisteme ale sistemului de productie.

Legaturile dintre subsistemele sistemului de productie se realizeaza prin fluxuri. Se intelege prin flux determinarea cantitativa a unei anumite intrari sau iesiri intr-un interval de timp dat (spre ex. buc/ora, biti/sec, etc.).

Intr-un sistem de productie exista mai multe fluxuri, cum ar fii: fluxul de materiale (semifabricate, piese, subansambluri etc.), fluxul de energie, fluxul informational si fluxul de munca umana, care asigura integrarea subsistemelor in sistemul de productie.

Se intelege prin integrarea unor subsisteme, incadrarea lor intr-un sistem, deci intr-o singura unitate.

In conditiile productiei moderne, rolul fluxului informational este cel mai important. El este realizat prin intermediul retelei informationale care interconecteaza subsistemele sistemului de productie. Un exemplu il reprezinta hipersistemul CIM - Computer Integrated Manufacturing - fabricatie integrata prin calculator.

Fabricatia reprezinta activitatea cheie a productiei de bunuri materiale. Prin fabricatie se transforma materia prima, semifabricatul, in produs finit, transformare care implica schimbarea formei, a dimensiunilor, a starii suprafetelor, a starii de agregare. Obiectele supuse procesului de fabricatie se numesc obiecte de lucru.

Procese de fabricatie

Procesul de fabricatie este totalitatea proceselor tehnologice ce au ca scop transformarea semifabricatului in produs finit. Printre procesele de fabricatie uzuale in industrie se cunosc: debitarea, deformarea plastica la rece sau la cald, aschierea, tratamente termo-chimice, decapare, galvanizare, sudare, vopsire, asamblare, dezasamblare etc.

Procesele tehnologice se compun din operatii. O caracteristica comuna a proceselor de fabricatie o constituie cele trei categorii principale de operatii ce intra in componenta lor, si anume: operatii de lucru, operatii de manipulare (transfer scurt) si operatii de transport (transfer lung). In acest sens o clasificare a proceselor de fabricatie este prezentata in Fig. 1.

Fig. 1 Clasificarea proceselor de fabricatie

Procesul de fabricatie poate fi clasic, mecanizat, mecanizat avansat sau automat.

Procesul de fabricatie clasic are la baza munca operatorilor umani.

In cadrul procesului de fabricatie mecanizat, operatorii umani sunt asistati in actiunile lor de catre masini, dispozitive, aparate, etc., care au ca principal scop usurarea efortului fizic pe care operatorul uman trebuie sa-l dezvolte.

O parte a operatiilor din cadrul procesului de fabricatie mecanizat avansat se desfasoara fara participarea operatorilor umani, cu ajutorul unor masini, dispozitive, instalatii, etc. automate; diminuandu-se pe aceasta cale, pe langa efortul fizic si efortul psihic, care trebuie depus de operatorii umani.

Procesul de fabricatie automat se desfasoara fara participarea operatorilor umani, carora le revine doar rolul de supraveghetori.

Procesul de fabricatie este rigid sau flexibil.

Procesul de fabricatie rigid necesita pentru schimbarea produsului, cheltuieli de mijloace materiale si/sau de munca umana ridicate.

Procesul de fabricatie flexibil se caracterizeaza prin faptul ca, pentru schimbarea produsului, se necesita eforturi reduse atat materiale si de munca umana.

Sisteme de fabricatie

Unui anumit proces de fabricatie ii corespunde un sistem de fabricatie, care contine totalitatea mijloacelor materiale si a programelor (software), care concura la realizarea procesului de fabricatie. Sistemul de fabricatie are in componenta sa trei subsisteme, dupa cum rezulta din Fig. 2, in functie de natura operatiilor care se executa in cadrul procesului de fabricatie.

Sistemul de fabricatie corespunde naturii procesului de fabricatie care se desfasoara in el. Astfel se disting sisteme de fabricatie clasice, mecanizate, mecanizate avansat si automate, respectiv sisteme de fabricatie rigide si flexibile.

Fig. 2 Clasificarea sistemelor de fabricatie

a)     Subsistemul de lucru, se compune din totalitatea mijloacelor tehnice si umane destinate efectuarii operatiilor de lucru si in cazul cel mai general contine operatori umani - OU, masini de lucru - ML, scule - S si dispozitive de lucru - DL specifice masinilor-unelte (Fig. 3):

p        in cazul operatiilor de prelucrare prin aschiere, scula este condusa pe traiectorie fie de un operator uman (manual), fie de un program adecvat (masini-unelte cu comanda numerica);

p        in cazul operatiilor de sudare si vopsire, scula (pistolul de sudare sau de vopsire) este manevrat manual de un operator uman - OU, sau automat de un robot industrial - RI, pe baza unui program de manipulare adecvat operatiei executate.

Fig. 3    Structura sistemului de fabricatie

Subsistemul de lucru clasic consta din operator uman manipuland o scula. Subsistemul de lucru mecanizat contine: operatorul uman, masina de lucru, scula si dispozitivele de lucru. Subsistemul de lucru mecanizat avansat contine in plus robotul industrial, care preia o parte din functiile operatorului uman. Subsistemul de lucru automat nu contine operatori umani.

b) Subsistemul de manipulare (transfer scurt), care poate fi insasi operatorul uman - OU, o instalatie de alimentare /evacuare - IA/E sau un robot industrial - RI.

Subsistemul de manipulare clasic se rezuma la operatorul uman. Subsistemul de manipulare mecanizat este compus din operatori umani si instalatii de alimentare /evacuare. Subsistemul de manipulare mecanizat avansat are in plus un robot industrial care preia o parte din sarcinile operatorului uman. Subsistemul de manipulare automat nu contine operatori umani.

Instalatia de alimentare /evacuare IA/E este constituita in cazul cel mai general din depozite locale, dispozitive de extragere din depozit, de ordonare, de transfer, de separare/reunire, de masurare/dozare, de livrare, de masurare/control, de sortare, de evacuare. IA/E este specializata pe manipularea semifabricatelor, materiei prime, materialelor prelucrate/pieselor finite, scule/dispozitive, deseuri etc.

b)    Subsistemul de transport (transfer lung) poate fi insasi operatorul uman - OU, transportoare cu furci - TF, transportor de palete - TP, conveiere - C, benzi transportoare - BT, sau roboti mobili (robocare) - RM, care asigura transportul pe intregul flux tehnologic al:

p        materialelor, de la un depozit central automatizat la celula sau linia de fabricatie, in cazul operatilor de lucru;

p        subansamblurilor, de la un depozit central sau intermediar automatizat la linia de montaj, in cazul operatilor de montaj.

Subsistemul de transport clasic este compus numai din operatorul uman. Subsistemul de transport mecanizat este compus din operatori umani si transportoare cu furci sau transportor de palete. Subsistemul de manipulare mecanizat avansat consta dintr-un conveier sau o banda transportoare, care preiau o parte din sarcinile operatorului uman. Subsistemul de manipulare automat nu contine operatori umani, el constand dintr-un sistem de vehicule ghidate automat (robocare).

Sisteme de fabricatie flexibile

Automatizarea productiei pune problema integrarii functionale a diferitelor subsisteme, astfel incat sa se obtina sisteme de fabricatie adecvate, care sa realizeze sarcinile variabile specifice fiecarui gen de productie in parte.

Structura unui sistem de fabricatie are la baza sarcinile de productie impuse simultan sistemului de fabricatie, care va fi astfel conceput incat toate subsistemele sale componente sa fie simultan integrate in procesul de fabricatie. In acest sens semnificative sunt liniile de transfer si centrele de prelucrare, ca fiind instalatii specializate destinate productiei de serie mare si de masa.

Compunerea unor sisteme de fabricatie, destinate productiei de serie mica si mijlocie, are la baza ansamblul sarcinilor de productie.

Cum problematica automatizarii functionarii unui sistem de fabricatie implica doua conditii esentiale:

conditia de integrare fizica a subsistemelor;

conditia de comanda integrata si coordonata.

intregul ansamblu va trebui orientat spre realizarea acestora, cu punerea unui accent deosebit pe a doua conditie.

Comanda si reglarea joaca un rol important in realizarea automatizarii, materializand cuplarea functionala a subsistemelor partiale si a structurii functionale a sistemului de fabricatie.

Cum informatia si fluxul de informatii constituie categorii caracteristice ale procesului de comanda, sistemul de fabricatie automat se va prezenta ca un complex de elemente, care comunica intre ele conform teoriei informationale, in vederea indeplinirii unei sarcini de productie.

Astfel conceput sistemul de fabricatie automat va fi un sistem tehnic caracterizat prin interactiunea materiei, energiei si informatiei, iar integrarea acestuia intr-o structura mai mare (un hipersistem), revine la a integra sistemul de fabricatie intr-o structura informationala mai complexa, prin conceperea sa ca un sistem de prelucrare a datelor.

Modelul general al unui sistem de fabricatie automat - SFA, prezentat in Fig. 4, contine urmatoarele subsisteme:

Fig. 4 Modelul general al unui sistem de fabricatie automat

Ø     subsistemul de comanda - SSC;

Ø     subsistemul de lucru - SSL;

Ø     subsistemul de manipulare - SSM cu subdiviziunile sale:

subsistemul de manipulare a pieselor - SSMP;

subsistemul de manipulare a sculelor - SSMS;

Ø     subsistemul de transport - SST a pieselor si subansamblurilor;

Ø     subsistemul de alimentare cu energie electrica - SSAE;

Ø     subsistemul de evacuare a deseurilor - SSED;

Ø     subsistemul de masurare si control - SSMC.

Prezenta operatorului uman - OU, este indispensabila chiar si in cazul sistemului de fabricatie automat - SFA, cand toate operatiile necesare transformarii semifabricatului intr-o piesa finita au loc integral fara interventia sa. In acest caz implicarea OU in SFA se rezuma la activitati de supraveghere, de intretinere, reglaje, pregatirea programelor si uneori controlul calitatii.

Flexibilitatea consta in capacitatea de modificare a sistemului de fabricatie in vederea adaptarii sale, in mod automat, la noi sarcini de productie.

Spre deosebire de sistemele de fabricatie automate rigide (ex. liniile de fabricatie rigide), care sunt concepute pentru realizarea unei singure sarcini de productie, sistemele de fabricatie automate flexibile, sunt astfel concepute incat sa se poata transforma (adapta) in vederea realizarii mai multor sarcini de productie diferite. Sarcinile de productie se refera la realizarea propiu-zisa a pieselor, subansamblurilor sau ansamblurilor, concretizandu-se in intreaga activitate intreprinsa de la transformarea semifabricatului in produs finit in cazul pieselor, sau a operatiei de montaj in cazul subansamblurilor sau ansamblului general. In continuare se prezinta cateva exemple de sisteme de fabricatie flexibile: liniile de fabricatie adaptive la cateva variante de sarcini de productie, centrele de fabricatie cu comanda numerica, liniile de fabricatie cu comanda numerica, sisteme integrate de masini-unelte si instalatii logistice (robocare) etc., toate fiind comandate de structuri ierarhizate de echipamente de prelucrare a datelor.