Sistemi integrati di produzione

SISTEMI INTEGRATI DI PRODUZIONE

Evoluzione Italiana della produzione: si sono diffuse aziende che hanno optato per il “make” (supply chain,

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know how interni = problemi risolti velocemente, vicinanza con i produttori) “mass production” quindi

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linea di produzione modello Ford per produrre parti interscambiabili “mass customization” quindi il

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cliente personalizza il suo prodotto con le parti interscambiabili “personalized production” con lean

manufacturing quindi il cliente sceglie prima della produzione dei pezzi (cliente poi designer e poi make).

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Obiettivo: produzione (throughput) buona = produzione totale ∙ Yield (% buona qualità)

FMS Flexible Manufactoring System: sistemi altamente automatizzati dove interagiscono sottosistemi di

flusso di parti, di utensili, sistema di supervisione. Ci sono delle “unità di lavorazione” (modifiche di specie

spazio tempo eventualmente insieme) con macchine multiscopio (versatili) che si distinguono in

centri di tornitura (utensili rotanti) e centri di lavorazione (machining center: con sistemi automatici di

cambio utensile e pallet. Hanno il “cubo di lavoro” dove si lavora il pezzo e il “mandrino” dove viene

montato l’utensile. Quelli a mandrino verticale hanno una forza maggiore ma una peggiore asportazione

del truciolo; quelli orizzontali riescono a lavorare tutti i lati dell’oggetto grazie alla tavola rotante ma hanno

poca forza. L’asse z è l’asse di rotazione del mandrino e la direzione positiva è quella in cui allontano il

mandrino dal pezzo. Il sistema di controllo può essere in anello aperto oppure in anello chiuso, quando un

trasduttore di posizione invia ad un operatore la precisione della posizione: in più posso avere un controllo

a modello punto a punto, cioè quando ogni asse viene controllato separatamente, o a modello continuo,

cioè un dispositivo controlla tutti gli assi insieme ma lo svantaggio è che per coordinarli questi perdono

velocità). Ogni macchina ha 3 grandezze di qualità: accuratezza (legata all’errore medio di posizionamento

della macchina nelle coordinate), ripetibilità (posizione delle macchine posizionate dopo sulla retta di

dispersione) e risoluzione (il più piccolo spostamento dei componenti della macchina).

• FMS con trasportatore pallet: nella load/unload station i pezzi (più possibile) vengono

caricati/scaricati dal pallet (aiuto umano); il pallet trasporta i pezzi tra i vari machining center e li

riferisce (posizionamento corretto), li blocca correttamente sulla macchina, li supporta durante la

lavorazione ed agevola l’asportazione del truciolo. È composto da: supporto di base (piastra, cubo),

elementi di riferimento, elementi per il bloccaggio. La lavorazione di un pezzo può richiedere più

piazzamenti (set-up): o tutti sullo stesso pallet (su questo monto più attrezzi, carico i pezzi su lati

diversi del pallet: non ho bisogno di un magazzino/fase intermedia ma i pallet sono più complicati)

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oppure ogni set-up su un pallet dedicato (attrezzo/pezzi su un pallet scarico in buffer intermedio

 carico attrezzo/pezzi su un altro pallet). Come spostare i pezzi: movimentarli con un veicolo a

percorso (seguono delle guide come filo interrato: molto veloci) oppure utilizzare l’AVG Automated

Guided Vehicles (seguono percorsi complessi, sono gestiti dall’uomo, hanno una batteria, sistemi di

sicurezza, prossimità, segnalazione: poco veloci e molto costosi). Per evitare di far sostare i

trasportatori possono esserci un magazzino formato da un buffer (scaffalatura) oppure degli

scambiatori pallet ad ogni macchina (buffer intermedi) lineari o rotativi;

• FMS con trasportatore pezzi: il pallet resta fermo e un robot carica/scarica i pezzi: meno flessibilità

però meno pallet. Utile per produzione abbondante di pezzi uguali (standardizzazione): se però

vario i volumi devo richiedere l’intervento umano.

Flusso degli utensili: ogni macchina ha mandrino, sistema di scambio utensile e magazzino primario. Inoltre

c’è un sistema di trasporto utensile per sostituire gli utensili danneggiati (vita media utensile = 15/20 min).

Per il posizionamento corretto dell’utensile c’è il “portautensile” che garantisce centraggio, adduzione

liquido lubrorefrigerante, riferimento in profondità/angolare, bloccaggio, interfaccia per

scambio/manipolazione utensile: il “portautensile” può essere a forma conica (ISO: se lavoro ad alte

velocità può subire modifiche e creare vibrazioni) o di modello HSK (meno profondo).

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Componenti del sistema di flusso degli utensili:

▪ Magazzino primario : deposito degli utensili da montare. Deve portare il primo utensile da

utilizzare nella posizione di scambio: avviene in tempo mascherato se avviene mentre il pezzo viene

lavorato con un altro utensile (per lavorazioni brevi non avviene). Differenziati per: forma, tempo

medio ricerca utensile, spazio occupato in pianta, costo, tipo/quantità di utensili alloggiabili.

Esistono magazzini: a disco (dischi posizionati su un asse centrale e gli utensili stanno sui bordi dei

dischi: li estraggo in modo perpendicolare all’asse di rotazione del magazzino e l’asse degli utensili

è parallelo all’asse del magazzino), a tamburo (tutti gli utensili sono posizionati sopra al disco: li

estraggo in modo parallelo all’asse di rotazione del magazzino e anche l’asse degli utensili è

parallelo all’asse del magazzino), a torretta (estrazione e asse degli utensili perpendicolare/inclinata

rispetto all’asse del magazzino), a catena (posso scambiare solo l’utensile posto in una particolare

posizione: più lunga è, più utensili posiziono), planari (pareti con slot in cui mettere gli utensili per

poi essere prelevati da un robot);

▪ Scambiatori utensili : vincoli di peso/lunghezza; hanno un meccanismo di scambio e uno di

rototraslazione e sono formati da “braccia”. Il magazzino espone l’utensile, lo scambiatore lo

preleva e lo mette in posizione per il mandrino: tempo tool-to-tool. Un ottimo posizionamento

dello scambiatore è al di fuori dell’area di lavoro del mandrino;

▪ Magazzino secondario : utile per sistemi con molti e vari utensili. Varia per slot disponibili;

▪ Trasportatore utensili : può prendere il suo posto un uomo, non ha prestazioni importanti;

▪ Tool room: luogo di stoccaggio, montaggio, ricondizionamento e presetting (misurazione) degli

utensili.

✓ Gli utensili nei magazzini possono essere selezionati tramite: stazione codificata (l’utensile viene

montato in una posizione numerata del magazzino), utensile codificato (leggo le informazioni

contenute sull’utensile e capisco dove posizionarlo: tali informazioni contengono anche la vita

residua dell’utensile: non posso montarlo se vita residua < tempo di lavorazione), utensile

programmato (tabella che fa corrispondere utensile-posizione). La gestione degli utensili può

essere a dati permanenti o modificabili (costo >).

CONFIGURAZIONE DEL PALLET

1. Analisi del problema produttivo: definisco le specifiche del pezzo da lavorare (2D, 3D), le

manufactoring features (geometria del pezzo: quanto materiale asportare), le machinig operations

(informazioni non geometriche con cui effettuare la lavorazione), il ciclo di lavoro (precedenze), i

manufactoring requirements (esigenze produttive = quanto produrre);

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2. Definizione della configurazione del pallet (pallet configuration): definisco il posizionamento del

pezzo sull’attrezzatura (= piazzamento) e il numero di pezzi da montare sull’attrezzatura,

considerando l’architettura della macchina, il tipo di attrezzo (piastra base, squadra, cubo), la

disposizione dei pezzi sull’attrezzatura e la distanza minima tra essi. Il piazzamento rende possibile

l’esecuzione dei “machining workingsteps” (= azione precisa sul pezzo): il pezzo deve essere

staffabile (posizionato e bloccato) e devo seguire le precedenze tecnologiche. Obiettivi:

minimizzare il numero di set-up ( < T ) e massimizzare il numero di pezzi per set-up (trade off: se

ciclo

minimizzo i set-up ho meno pezzi sul pallet e quindi > T cambio utensile; se massimizzo il cubo di

lavoro ho meno accessibilità e quindi > T load/unload);

3. Valutazione della configurazione del pallet (simulation of machining): calcolo il tempo di

lavorazione del pallet. Fra tutte le soluzioni possibili scelgo quella ottimale (< costi e tempi).

• Tempo truciolo (dato) = tempo di contatto tra utensile e pezzo + overcuts (extra-corsa

considerata tempo truciolo perché la macchina si muove con i parametri di taglio) + rapid

traverse (tempo in cui l’utensile torna nella posizione di partenza per più passate o quando

si muove ad “S”) + movimenti per passare da una feature alla successiva con lo stesso

utensile sullo stesso pezzo. Come muoversi da una feature all’altra: “retract pane” (piano al

di là del quale devo trovarmi per essere autorizzata a muovermi in rapido quando faccio

lavorazioni di più feature sullo stesso pezzo), “security plane” (più restrittivo: piano al di là

del quale devo trovarmi quando passo da un pezzo all’altro sullo stesso pallet) oppure il

progettista specifica esattamente il tragitto;

• Tempo rapido = tempo di posizionamento sul cambio utensile + tempo di rotazione della

tavola + tempo per passare da un pezzo all’altro sull’attrezzatura. Devo conoscere velocità

ed accelerazione: questa è massima se il percorso è abbastanza lungo per poterla

raggiungere (trapezio: altrimenti triangolo)

Trapezio Triangolo

• Tempo di cambio utensile: posso calcolarlo con due formule

1) Tempo di cambio utensile truciolo-truciolo (calcolato dal costruttore con norma ISO) =

intervallo tra l’allontanamento del “vecchio utensile” dalla posizione P e

1 1

l’accostamento del successivo in P (per mandrino orizzontale X = corsa asse X, Y =

p p

2 4

1 1

corsa asse Y, Z = corsa asse Z – ( lato pallet – D min); per mandrino verticale X =

p z p

2 2

1 1

corsa asse X, Y = corsa asse Y, Z = corsa asse Z) = tempo di movimento dalla

p p

2 2

posizione P alla posizione C di cambio + tempo di ricerca dell’utensile successivo (se

non mascherato) + tempo di cambio + tempo per aprire/chiudere le protezioni mobili +

tempo per tornare dalla posizione C di cambio utensile alla posizione di riferimento P. Il

tempo viene stimato dopo 10 cicli di cambio senza interruzioni;

2) Tempo di movimento del mandrino al (e dal) punto di cambio utensile + tempo

impiegato dal dispositivo di scambio. Ipotesi: il tempo per portare il nuovo utensile sul

mandrino è noto, la posizione C di cambio è