Wat is een flexibel productiesysteem? Soorten, kenmerken en opbouw

Traditionele automatisering op grote schaal is star. Deze zorgt voor een uitstekende productiviteit bij een beperkt aantal stabiele producten, maar kan niet efficiënt inspelen op kleine series en een grote productvariëteit. Om aan die behoefte tegemoet te komen, zijn flexibele geautomatiseerde apparatuur en productiesystemen ontwikkeld.

Flexibele productieapparatuur

De basisuitrusting van een flexibel productiesysteem bestaat uit CNC-bewerkingsmachines, robots, automatisch geleide voertuigen en geautomatiseerde opslag.

Een CNC-machine wordt aangestuurd door een computer of een speciale elektronische besturing. De bewerkingsvolgorde, de procesparameters en de machinebewegingen worden gecodeerd in een numeriek besturingsprogramma en ingevoerd in de CNC, die de machine vervolgens automatisch aanstuurt. Vaak wordt een positieterugkoppelingslus toegevoegd om een gesloten regelkring te vormen en de nauwkeurigheid te verbeteren. Zelfs ervaren gebruikers hebben nog steeds kennis nodig van procesplanning, de keuze van snijparameters, de juiste gereedschappen en opspanningen, het meten van gereedschappen, machinekennis en programmeervaardigheden.

1. Indeling naar proces

1. Algemene CNC-machines. CNC-draaibanken, freesmachines, boormachines, slijpmachines, tandwielvormfreesmachines en tandwielhobbelmachines voeren dezelfde basisbewerkingen uit als hun conventionele tegenhangers, maar produceren automatisch complexe vormen.
2. Bewerkingscentra met automatische gereedschapswisseling. Een bewerkingscentrum is uitgerust met een magazijn voor ongeveer 10 tot 100 gereedschappen en een automatische gereedschapswisselaar. Na éénmalige instelling kan het werkstuk automatisch worden gefreesd of gedraaid, geboord en geruimd.
3. Meerassige CNC-machines. Deze machines sturen een groter aantal assen aan, doorgaans drie tot vijf.

2. Indeling op basis van het gereedschapspad

1. Punt-tot-punt-besturing. De besturing verplaatst zich nauwkeurig van de ene positie naar de andere zonder tijdens de verplaatsing te onderbreken. Coördinatenboormachines en CNC-boormachines zijn typische voorbeelden hiervan.
2. Lineaire besturing van punt naar punt. De besturing regelt zowel de positie van het eindpunt als het rechte traject tussen de punten, doorgaans langs een machineas. Het snijden kan langs één coördinaatas plaatsvinden, en er zijn nog meer extra functies beschikbaar.
3. Contourregeling. Bij besturing met continu traject worden twee of meer assen gecoördineerd en worden de snelheid en positie gedurende de gehele snijbewerking geregeld, waardoor complexe vormen kunnen worden vervaardigd. Typische machines zijn onder meer CNC-draaibanken, slijpmachines, freesmachines en bewerkingscentra.

Een contourbewerkingscentrum zoals de FHN100T is doorgaans uitgerust met bewegingsunits voor de X-, Y- en Z-as, een draaitafel voor meerzijdige bewerking, een automatische gereedschapswisselaar (ATC) en een CNC-besturing.

Het besturingssysteem maakt gebruik van sequentiebesturing in combinatie met aanraakdetectie, beheer- en adaptieve functies. Met T-codes worden gereedschappen geselecteerd, met S-codes wordt het toerental van de spil ingesteld en zorgt de draaitafel voor de indexering.

Aanraakgevoelige functies kunnen een gereedschap automatisch centreren ten opzichte van het spindelreferentiepunt, gereedschapsbreuk detecteren en de machine tot stilstand brengen, de luchtverspaningstijd verkorten door met een dubbele snijvoeding te werken totdat er contact wordt gemaakt, de X/Y/Z-referentievlakken corrigeren om thermische variaties en variaties in werkstukafmetingen te compenseren, en de diameter van gaten meten zodat het systeem het gereedschap automatisch kan aanpassen.

De besturingsfuncties vergelijken de vooraf ingestelde standtijd met het daadwerkelijke gebruik, vervangen automatisch een gereedschap dat in reserve staat en houden bedrijfsgegevens bij voor foutdiagnose.

Bij adaptieve regeling (AC) worden sensoren op de assenvoeding en de spindelmotoren gebruikt om de belasting te bewaken. Een belasting binnen het ingestelde bereik is normaal. Als de belasting onder het bereik daalt, kan de voedingssnelheid worden verhoogd om de cyclustijd te verkorten; als de belasting boven het bereik stijgt, wordt de voedingssnelheid verlaagd om het gereedschap te beschermen.

Flexibele productiesystemen: kenmerken, soorten en opbouw

Een flexibel productiesysteem (FMS) integreert een informatie- en besturingssysteem, materiaalopslag en -behandeling, en een groep CNC-machines. Op basis van groeps technologie definieert het processen voor een familie van werkstukken, selecteert het compatibele machines en logistieke oplossingen, en maakt het gebruik van computerbesturing om verschillende onderdelen efficiënt in series te produceren, terwijl de productmix wordt aangepast aan veranderingen in de vraag.

Kenmerken en toepassingsgebied

Een FMS bestaat doorgaans uit meerdere CNC-machines en bewerkingscentra, met automatische be- en ontlading, opslag en materiaaltransport onder gecentraliseerde computerbesturing. In vergelijking met starre automatisering biedt het:

• Grote flexibiliteit voor verwante onderdelen met verschillende procesvereisten.
• Hoge mate van automatisering, inclusief onbemande werking.
• Hoge benuttingsgraad van de apparatuur doordat de insteltijd en andere neventijden worden beperkt.
• Hoge productiviteit.
• Lagere directe arbeidskosten en een beter economisch rendement.

Een FMS kan zowel eenmalige opdrachten en kleine series als gemengde productie in middelgrote en grote volumes ondersteunen, waarbij flexibiliteit, kwaliteit en efficiëntie worden gecombineerd.

Soorten FMS

1. Flexibele productiecel (FMC). Een computergestuurde CNC-machine of bewerkingscentrum wordt gecombineerd met een ronde of ovale pallettransportband of een industriële robot. De machine kan werkstukken verwisselen zonder te stoppen en vormt de basiseenheid van een groter FMS.
2. Flexibel productiesysteem. Twee of meer CNC-machines, bewerkingscentra of cellen worden met elkaar verbonden door middel van railgeleide of autonome voertuigen of robots, automatische pallet- of robotbelading, geautomatiseerde opslag en geïntegreerde computerplanning, -roostering en -bewaking.
3. Flexibele productielijn. Verschillende bewerkingscentra of CNC-machines, waarvan sommige gedeeltelijk gespecialiseerd zijn, zijn in procesvolgorde opgesteld. De lijn kan een productietakt hebben, maar kan snel worden aangepast aan productwijzigingen en behoudt de FMS-functionaliteit.

Systeemsamenstelling en besturing

Een FMS bestaat uit logistieke en informatiesystemen, die elk uit verschillende subsystemen zijn opgebouwd. De belangrijkste verwerkingsapparatuur bestaat doorgaans uit twee tot zes verticale of horizontale frees- en boorcentra en draaicentra. Transportbanden, geleide of autonome voertuigen en industriële robots kunnen lineaire, lusvormige of genetwerkte transportsystemen vormen. Voor de opslag kan gebruik worden gemaakt van een geautomatiseerd hoogbouwmagazijn met een stapelkraan of van vloeropslag en palletstations.

Een pallet fungeert als een verplaatsbare opspanning. Deze vervoert de opspanning met het werkstuk als één geheel, wordt door het transportsysteem verplaatst en wordt automatisch op de machinetafel gepositioneerd en vastgeklemd. Palletstations kunnen tevens dienen voor tijdelijke opslag en buffering. In afzonderlijke opslagruimtes kunnen halffabricaten, afgewerkte onderdelen, gereedschappen en opspanningen worden bewaard. Reinigings-, ontbraam-, meet- en inspectiestations kunnen naar behoefte worden opgenomen.

Het besturingssysteem verbindt verschillende computers en besturingsunits van apparatuur via een netwerk in een hiërarchische architectuur. De werking ervan omvat vier gebieden:

1. Procesplanning. Stel processen op basis van productvereisten vast en pas deze dynamisch aan bij wijzigingen in de planning.
2. Productieplanning en -roostering. Zorg voor een evenwichtige productie en een hoge bezettingsgraad van de apparatuur.
3. Beheer van werkstations en apparatuur. Zorg voor de coördinatie van bewerkingsmachines, materiaaltransport en -opslag, meetmachines, reinigingsapparatuur, robots en andere apparaten.
4. Conditiebewaking en kwaliteitsborging. Het systeem bewaken en regelen, zodat het veilig, betrouwbaar, normaal en met een stabiele kwaliteit functioneert.