Proiectarea ciclogramelor de functionare

Integrarea temporala a componentelor SFF este o activitate de conceptie prin care se realizeaza planificarea desfasurarii automate a activitatilor necesare fabricatiei in cadrul sistemului. Prin integrarea temporala a activitatilor componentelor SFF se urmareste corelarea in timp a activitatilor subsistemului de prelucrare cu subsistemul de manipulare.

Activitatea unei componente a SFF este suma de actiuni desfasurate de catre un echipament automat care are ca si scop realizarea unor operatii de prelucrare (o operatie de prelucrare este suma actiunilor de modificare a caracteristicilor piesei) sau de manipulare (modificarea situarii in spatiu si timp a unui obiect de lucru) si care determina la incheierea activitatii, pornirea activitatii unei alte componente.

Activitatile componentelor se pot desfasura succesiv (incheierea unei activitati determina pornirea unei alte activitati), simultan (componente diferite desfasoara activitati, corelate sau nu, in acelasi timp).

Activitatile se caracterizeaza prin:

suma de actiuni realizate de catre componenta ;

durata de desfasurare in timp (unitati de timp: secunde, minute, ore);

(1)

unde L_i este suma lungimilor portiunilor de traiectorie descrise de punctul caracteristic atasat obiectului prelucrat/manipulat in timpul miscarii acestuia sau de elementele in miscare (de exemplu, degetele dispozitivului de prehensiune al robotului sau paravanul de protectie al spatiului de lucru al masinii) si q_mi este viteza medie generalizata a axei/axelor comandate, care realizeaza miscarea.

In DIN 69 900 sunt prezentate notiuni suplimentare legate de planificarea temporala. In sinteza SFF se utilizeaza cu precadere valoarea medie a duratei procesului/activitatii.

Momentele de timp ale inceputului/sfarsitului activitatii sunt precizate in ciclograma de functionare si sunt exemplificate in Figura 4.

Ciclograma de functionare a unei componente este o diagrama unidimensionala in raport cu timpul, care arata starea de functionare/nefunctionare (miscare/repaus) a componentei respective. Ciclograma pentru intregul sistem este o suma de ciclograme corelate ale componentelor SFF. In literatura de specialitate se prezinta si alte instrumente de lucru asemanatoare pentru planificarea activitatilor, ca de exemplu diagramele Gantt.

Notatiile utilizate in figura4 sunt: t_ik+1 este momentul in care incepe activitatea k+1, t_sk+1este momentul in care se incheie activitatea k+1, intre cele doua momente de timp exista relatia: t_sk+1=t_ik+1+t_k+1, unde t_k+1 este timpul necesar activitatii k+1 (timp calculat cu formula 1). In figura 8.1, activitatile k, k+2 sunt urmate de activitatile k+1 si k+3 (succesiune), iar activitatile k+3 si k+4 se suprapun partial in timp (simultaneitate).

Un exemplu de interblocare este schimbul de semnale intre sistemul de comanda CNC al masinii de frezat (MF) si sistemul de comanda al robotului (RI) din sistemul cu planul de amplasament prezentat in figura 5. Robotul a preluat piesa din depozit si ruleaza programul de aducere a semifabricatului la masina. Cand efectorul final a ajuns intr-o pozitie exterioara (POS_ext) spatiului masinii, sistemul sau de comanda transmite un semnal (OUT[*]) sistemului CNC, pentru deschiderea menghinei (dispozitiv de lucru) in care urmeaza sa se fixeze piesa. Ca urmare, sistemul CNC comanda pornirea motorului electric care actioneaza deplasarea falcii mobile a menghinei. La atingerea capatului cursei falcii mobile, rezistenta mecanica care se opune miscarii determina cresterea intensitatii curentului de alimentare a motorului, ceea ce determina intreruperea circuitului de alimentare al motorului si oprirea functionarii acestuia. Ca urmare, sistemul CNC al masinii transmite un semnal (IN[**]) sistemului de comanda al robotului prin care se confirma deschiderea menghinei si se permite continuarea miscarii robotului pentru aducerea piesei la menghina (POS_int). Secventa programului

care comanda activitatea de aducere a piesei la masina este:

MOVED POS_ext (comanda de miscare a efectorului final al robotului pana in pozitia POS_ext)

SET OUT[*]=1 (comanda de deschidere a menghinei, data prin semnalul OUT[*] de la sistemul de comanda al robotului la sistemul CNC al masinii)

WAIT IN[**]=1 (suspendarea rularii tuturor programelor pana se indeplineste conditia ca IN[**]=1, semnalul corespunzator provenind de la sistemul CNC al masinii)

MOVED POS_int (comanda de miscare a efectorului final al robotului pana in pozitia POS_int)

Aplicatie:

Sa se realizeze ciclograma de principiu a functionarii sistemului din figura6 pentru activitatile de aducere a semifabricatului la masina de frezat. Sa se stabileasca conditiile de interblocare necesare desfasurarii succesive a activitatilor.

Solutie:

Ciclograma este prezentata in figura 6. Pe langa reprezentarea grafica a duratei activitatilor s-au inclus si semnalele de interblocare dintre sistemul CNC al masinii si sistemul de comanda al robotului. Sagetile indica sensul de transmitere al semnalelor.

Semnificatiile notatiilor utilizate sunt: 1 - activitatea de preluare a unei piese din depozit si de deplasare a efectorului final pana in pozitia POS_ext; ca urmare, numarul de semifabricate din depozit (SF) scade cu 1; 6 - semnal de interblocare pentru comanda deschiderii dispozitivului de lucru; 4 - deschiderea dispozitivului de lucru; 2 - miscarea efectorului final in pozitia POS_int si situarea semifabricatului in menghina; 7 - semnal de interblocare pentru inchiderea dispozitivului de lucru; 5 - inchiderea dispozitivului de lucru si fixarea semifabricatului in menghina; 3 - retragerea efectorului final in POS_ext; 8 -semnal de interblocare pentru inceperea prelucrarii semifabricatului; 9 - rularea 'programului piesa'.

Datele rezultate din ciclograma de functionare sunt: timpul petrecut de o piesa de un anumit tip in SFF (timpul petrecut de piesa in sistem este egal cu intervalul de timp de la intrarea piesei in sistem pana la iesirea acesteia, dupa ce s-au efectuat toate operatiile de prelucrare necesare in SFF), cele privind posibilitatile de suprapunere a activitatilor, capacitatea productiva a sistemului si coeficientul de utilizare al componentelor sistemului. Coeficientul de utilizare a componentei este raportul dintre suma timpilor in care componenta a functionat si timpul total de realizare a ciclogramei.

Figura 6 Portiune din ciclograma de functionare a componentelor sistemului din figura 6

Intrebari si probleme

Enumerati activitatile unui robot de servire a unei masini de lucru.

Continuati elaborarea ciclogramei de functionare din figura 8.3 dupa incheierea prelucrarii piesei la masina de frezat.

Ce conditii generale trebuie indeplinite pentru suprapunerea activitatilor a doua componente in timp?

Stabiliti conditiile de interblocare impuse functionarii robotului pentru servirea masinii de prelucrat prin electroeroziune cu piese si electrozi profilati.

Proiectarea planului de amplasament (layout)

Planul de amplasament are un numar de 2 (3) vederi ale unui desen de ansamblu in care se reprezinta situarea relativa a componentelor SFF. Ciclogramele si layout-ul se conditioneaza reciproc. Cand apar modificari majore la ciclograma, trebuie operate modificari si la planul de amplasament.

Planul de amplasament al SFF este reprezentarea geometrica a tuturor componentelor, proiectate sau realizate, in situarilor lor relative. Planul de amplasament se poate reprezenta in plan, in una, doua sau trei vederi ale ansamblului de componente sau in spatiu, prin reprezentare tridimensionala a modelelor echipamentelor sistemului. Pentru conceptia planului de amplasament se tine cont de amplasamentul sistemului in hala fabricii si de spatiile de lucru ale componentelor. Spatiul de lucru al unei componente este multimea pozitiilor posibile ale punctului caracteristic atasat obiectelor de lucru care sunt manipulate/prelucrate de catre acest echipament.

In diferitele etape de sinteza ale SFF se utilizeaza planuri de amplasament cu grade de detaliere diferite. De exemplu, in etapa de alegere a tipurilor de masini de lucru si de echipamente de manipulare a obiectelor se utilizeaza scheme de principiu, in care componentele sunt reprezentate schematic, fara a se tine cont de situarea relativa precisa si de dimensiunile reale ale acestora (figura 7). In etapa de sinteza de detaliu se elaboreaza planuri de amplasament detaliate, stabilindu-se pozitiile de fixare pe sol a echipamentelor, cotele de legatura si gabaritul intregului sistem (figura 8). In aceasta etapa se utilizeaza tehnici CAD si, daca sistemul are in componenta roboti, se pot utiliza modelele obtinute din programarea "Off-line" a acestora. Programarea "Off-line" utilizeaza programe de modelare a componentelor SFF si a mediului acestora pentru scrierea programelor de miscare.

Conditiile care trebuie respectate in amplasarea relativa reciproca a echipamentelor sistemului sunt:

de realizare a fluxului de material in sistem (transferul pieselor de la un echipament la altul) si minimizarea timpilor de manipulare a obiectelor de lucru;

de evitare a coliziunilor si strivirilor in decursul miscarii relative pe trasee planificate prin programare sau pe trasee fixe ale elementelor mobile ale componentelor sistemului. Coliziunea este un accident provocat de lovirea unei componente de catre elemente aflate in miscare, strivirea este un accident prin care un element in miscare lenta exercita o presiune neprogramata asupra unei componente;

de functionare corecta a tuturor echipamentelor.

Robotii se amplaseaza relativ fata de componentele pe care le servesc respectand conditiile tehnice recomandate de producator, de functionare in siguranta, de amplasare rationala atat din punctul de vedere al incarcarilor dinamice ale sistemului mecanic al robotului cat si al realizarii unor cicluri rationale de manipulare a obiectului de lucru.

Prin realizarea planului de amplasament se pot calcula lungimile traiectoriilor descrise de catre punctele caracteristice ale obiectelor de lucru manipulate in cadrul sistemului, lungimi care se utilizeaza in calculul timpilor aferenti de manipulare a pieselor, utilizati in sinteza ciclogramelor de functionare.

In figura 9 se prezinta scheme de principiu ale planurilor de amplasament tipice SFF.

Sa se realizeze schema de principiu in vedere de sus al planului de amplasament al SFF pentru prelucrari prin electroeroziune, prezentat in Figura 10.

Intrebari si probleme

Care sunt elementele prin care difera o schema de principiu de un plan de amplasament de detaliu al SFF?

Care sunt informatiile necesare instalarii echipamentelor in hala determinate din planul de amplasament?

Observati, din Figura 9, corelatia intre componentele subsistemului de manipulare (acele echipamente care realizeaza transferul intre masinile de lucru ale sistemului) si dispunerea echipamentelor in spatiu.

Care sunt informatiile necesare instalarii echipamentelor in hala determinate din planul de amplasament?

Realizati o schema de principiu al planului de amplasament al unui SFF format din: 3 masini de lucru fiecare servite de cate un robot, conveior circular si depozit.

Functionarea unui robot montat pe o constructie portala ofera conditii mai favorabile evitarii coliziunilor fata de functionarea unui robot montat pe sol? De ce?

Cum se poate minimiza timpul de manipulare al obiectelor de lucru (viteza, spatiu de miscare)?

Ce conditie trebuie impusa spatiilor de lucru ale doua componente intre care exista transfer de material?

Realizati un plan de amplasament pentru o celula de fabricatie flexibila pentru prelucrari prin electroeroziune.

Figura 10 Componente ale unui sistem de fabricatie flexibila pentru prelucrari prin electroeroziune: 1) robot industrial de manipulare a obiectelor de lucru; 2) magazie de semifabricate, piese prelucrate si electrozi; 3) generator de curent; 4) dulap de actionare; 5) masina de prelucrat prin electroeroziune cu electrod profilat.

Solutia problemei este prezentata in figura 11.

Figura 11 Schema de principiu al planului de amplasament al sistemului format din componentele prezentate in Figura 10.

Masuri de protectia muncii in SFF

Consideratii generale

Scopul masurilor pentru protectia muncii in SFF urmareste masuri de       protectie a operatorilor umani in mediul industrial, de minimizare a defectarii instalatiilor automate si de siguranta impotriva deformarii/distrugerii obiectelor de lucru. In concluzie, atat oamenii cat si obiectele din cadrul SFF trebuie protejate. Norma DIN 31001 analizeaza situatiile in care obiectele pot deveni periculoase pentru persoane. Astfel de obiecte: scule, piese, deseuri, semifabricate etc., care pot fi: in miscare, ascutite, cu muchii taietoare sau fierbinti.

Analiza situatiilor periculoase aparute in SFF, identifica tipurile de energie ale obiectelor periculoase: cinetica, potentiala, electrica, termica sau radianta. Norma DIN EN292 trece in revista pericolele in functie de tipul de energie al obiectului. De exemplu: pericolul creat de instabilitatea obiectului (energia potentiala) care, sub actiunea propriei greutati se poate misca periculos sau situatia creata de contactul accidental al operatorului cu electrodul sau alte obiecte incarcate cu energie electrostatica periculoasa.

Accidentele sunt evenimente intamplatoare sau neprevazute care pot provoca ranirea oamenilor sau distrugerea echipamentelor. Cauzele accidentelor sunt: greselile umane, defectari ale masinilor, perturbatii din partea mediului sistemului, defectarea instalatiilor de protectie sau utilizarea unor echipamente de protectie ineficiente si neadecvate procesului de fabricatie.

Defectiunea, in general, este neindeplinirea unei cerinte de functionare exprimate printr-o valoare caracteristica.

In figura 12 sunt prezentate zonele de periculozitate ale unei componente a SFF si categoriile de personal care pot avea acces in ele.

Figura 12. Zonele de periculozitate ale unui SFF (1, 2, 3, 4) si categoriile de personal care pot avea acces in ele (A, B, C, D)

Notatiile utilizate pentru marcarea zonelor de periculozitate sunt: 1 - spatiul de lucru al componentei SFF, 2 - spatiul din apropierea componentei sau spatiul sistemului, 3 - frontiera spatiului sistemului, 4 - spatiul din afara frontierei sistemului.

Grupele de persoane a caror prezenta este permisa in diferite zone de periculozitate a SFF sunt: (A) - personal de intretinere si reparare, (B) - programatori si reglori, (C) -supraveghetori si personal de servire manuala a masinilor, (D) - operatori din apropierea sistemului, curiosi si straini. Zonele de acces interzise sunt marcate cu gri.

Accidentele provocate de obiectele / componentele in miscare sunt: coliziunea si strivirea. Toate componentele unui SFF trebuie protejate prin masuri adecvate care se stabilesc in etapa de sinteza a sistemului.

Masurile de protectia muncii in cazul unui SFF se pot imparti in: mijloace tehnice de protectie si masuri organizatorice.

Care sunt tipurile de energie ale obiectelor de lucru care pot periclita integritatea operatorilor umani, componentelor si obiectelor de lucru din SFF?

Care sunt cauzele accidentelor aparute in functionarea SFF?

Care sunt tipurile de activitati umane desfasurate in spatiul sau la granita SFF?

Mijloace tehnice si masuri organizatorice de protectia muncii

Masurile de protectia muncii pot fi realizate prin obiecte fizice, materiale ca, de ex.: echipamente automate suplimentare, dispozitive, senzori, arcuri, casti de protectie etc., sau informatii, ca de ex.: subprograme suplimentare ale programului de comanda si reguli de organizare.

Masurile de protectie a muncii sunt prezentate in cele ce urmeaza in functie de scopul urmarit de acestea:

a)      Scopul controlului pornirii / opririi miscarilor componentelor automate este ca acestea sa nu porneasca miscarea si sa nu se opreasca de la sine necontrolat (tabelul 1).

Tabelul 1

b) Scopul limitarii vitezelor, curselor este programarea manuala in siguranta a robotilor/masinilor unelte (tabelul. 2).

Tabelul 2

c) Scopul minimizarii pericolului coliziunilor este realizarea unui mediu de lucru cu o siguranta crescuta a operatorilor umani si o desfasurare corecta a procesului tehnologic (tabelul 3).

Tabelul 3

d) Scopul urmarit de asigurarea succesiunii fazelor de miscare (succesiunea activitatilor) este realizarea desfasurarii logico-secventiale a functionarii componentelor sistemului in ansamblu (de ex.: robotul intra in spatiul de lucru al masinii numai daca paravanul de protectie al masinii este deschis) (tabelul 4).

Tabelul 4

e) Scopul masurilor de minimizare a strivirilor este evitarea ranirii oamenilor si asigurarea integritatii pieselor din sistem. Intr-o situatie periculoasa, daca exista miscari necontrolate ale pieselor si se pot crea locuri inguste (colturi de strivire), persoanele sau parti ale echipamentelor pot fi strivite (tabelul 5).

Tabelul 5

f) Scopul controlului accesului operatorilor umani este siguranta desfasurarii activitatilor categoriilor de personal in spatiul sistemului sau la granita acestuia (tabelul 6).

Tabelul 6

g) Echipamente individuale de protectie sunt masuri de protectia muncii generale, ca de ex.: casti, masti, cisme de protectie, ochelari, veste pentru oameni si halat de protectie pentru robotii in aplicatii de vopsire in camp electrostatic.

h) Masurile organizatorice de protectia muncii sunt o suma de reguli care trebuie respectate in mediul industrial. Regulile se refera la activitatile desfasurate de operatorii umani astfel incat sa se minimizeze/elimine pericolele ce pot aparea.

Cele mai importante reguli sunt:

- stabilirea cu claritate a sarcinilor fiecarui operator uman;

- stabilirea de reguli amanuntite pentru operarea in spatiul sistemului;

- programe/planificari clare pentru intretinere, diagnoza si reparatii (de exemplu: efectuarea reparatiilor numai la scoaterea de sub tensiune a echipamentului);

- asigurarea de piese de rezerva in depozit;

- stabilirea conditiilor de munca neprielnice: daca omul lucreaza sub presiunea stresului, iluminare insuficienta, spatiu insuficient pentru miscari;

- instruire periodica si corecta a operatorilor;

- marcarea clara a zonelor periculoase, vopsirea elementului in miscare in culori de avertizare;

- micsorarea numarului de piese fixe in zone cu pericol crescut.

- existenta unor cunostinte solide ale domeniului in care lucreaza operatorul;

- sarcini clare ale fiecarui operator;

- interzicerea accesului in zone periculoase pentru persoane neantrenate;

- forme ergonomice ale uneltelor si instalatiilor utilizate.

Se va invata din notitele de curs capitolele si paragrafele: