הפקולטה להנדסה - המגמה להנדסה מכנית

יולי 2002

מתקן לאוטומצית שינוע ואחסון תבניות

תקציר לספר הפרוייקטים

פרוייקט גמר

הכין:אלון לוין ת.ז. 011817343

מנחה:איתי קוריאל

מקום ביצוע הפרוייקט:

אוניברסיטת ת"א ומאפיית אנג'ל לוד

1.תקציר מנהלים:

1.1.תאור הנושא:

אוטומצית מאגר איחסון תבניות הכולל שינוע אוטומטי של תבניות לחמניות מסוגים שונים מהמאגר ואליו-לקו אוטומטי קיים ליצור הלחמניות הנ"ל.

כיום עומדים שני פועלים המעבירים ידנית את התבניות מהמאגר לקו היצור ומקו היצור חזרה למאגר. זו עבודה פיזית קשה ומונוטונית בתנאים של חום גבוה (במיוחד בקיץ). בשל אופי העבודה הקשה, העובדים אינם מרוכזים מה שגורר תאונות קטנות כגון הפלת מגשים ופגיעה בציפוי (ציפוי סיליקון גלייז) מה שמוסיף עלויות של ציפוי חדש. בנוסף קורות טעויות במספר המגשים, כיוון שהמפעיל בקשר צעקות עם הפועלים מעל רעש המכונות, דבר הגורר טעויות אנוש במספר המגשים המועמסים.

מסיבות אלו ואחרות כגון הורדה בכוח אדם והורדה כללית בהוצאות, נדרשת אוטומצית מאגר האיחסון.

1.2. מטרות הפרוייקט:

· עמידה בדרישות הלקוח

· מערכת זולה ככל האפשר

· מערכת אמינה

· סכנה מינימלית לעובדים

· תיפעול קל של המערכת

· מערכת עצמאית (כמה שיותר אוטומציה)

· עמידה בלוח זמנים

1.3.מהות העבודה:

על מנת להבין את מהות העבודה עלינו לבחון את מפרט הדרישות מהלקוח:

· המערכת תקבל הגדרה מהמפעיל של סוג התבניות הדרוש ואת מספרן. המערכת תזהה את סוג התבניות הדרוש במאגר ותעביר את המגשים לקו הייצור. המערכת תהייה מצויידת באמצעים שונים על מנת לוודא שאכן הועברו התבניות הרצויות, אם לא – המערכת תקבל הוראה לחזור על הפעולה. כמו כן המערכת בצוייד במונה על מנת לוודא שהועברו מספר התבנויות הנכון אל קו הייצור.

· המערכת תדע מבעוד מועד כאשר מגיעות תבניות לפינוי ותזהה את סוג התבניות המיועדות לפינוי. המערכת תבצע פינוי חזרה למקום המתאים במאגר האיכסון תוך וידוא באמצעים שונים שאכן הועברו התבניות.

· דרוש טיפול בארבעה סוגי מגשים או יותר (קיימת אפשרות לסוג חמישי ושישי של תבניות- ראה פרוט בטבלת הגדרות קו הייצור).

· על המערכת לזהות את הקיבולת המכסימלית של המסוע כדי לדעת מתי להפסיק להעמיס. המערכת תדע לספור כמה תבניות עברו כאשר המערכת בקיבולת מכסימלית כדי שתדע מתי להתחיל פינוי (כאשר הכמות הנדרשת של תבניות סופקה).

· דרושה יכולת פינוי סוג מסויים של תבניות והעמסה במקביל של סוג אחר של תבניות.

· דרושה יכולת פינוי תבניות למאגר עקב עצירות יזומות בקו הייצור- "באפר".

· דרושה אפשרות להעמסה ידנית במקרה של תקלה במערכת.

· דרושה תחזוקה קלה מכיוון שהמקום חם ולא נח לגישה.

· לבדוק צורך/אפשרות בתקשורת בין מערכת הפינוי והעמסה לקו היצור הראשי.

· דרושה עלות מינימלית למערכת ועלויות תחזוקה ותיפעול מינימליות.

הגדרת נושא הפרויקט ומפרט הדרישות מהלקוח מגדירות בעצם את מהות העבודה שהיא פיתוח ותיכון של מיתקן לאוטומצית שינוע ואיחסון תבניות.

העבודה התחלקה לשלושה שלבים עיקריים:

1. לימוד התחום על ידי סקר שוק וסקר ספרות בנושא מערכות אוטומציה קיימות. לימוד התחום כלל הצגת הקונספטים הגלובליים השונים למערכת והצגת אפשרויות שונות לתת המערכות של המכונה-הצגת אלטרנטיבות שונות לשלבים ולחלקים השונים של המערכת.

2. פיתוח -לאחר הצגת המערכות השונות ודרך השתלבותן האפשרית בקו הייצור הקיים, החלה בחינה איכותית וכמותית של כל אחד מהאספקטים השונים של המערכת על מנת לבחור את הפיתרון האופטימלי לכל חלק במערכת.

3. תיכון – בשלב זה, לאחר בחירת האלטרנטיבות הטובות ביותר, החל תיכנון המערכת כולה על כל חלקיה. ראשית הוגדרו כל חלקי המערכת הנידרשים לביצוע פעולות ההעמסה, הפינוי וסידור מאגר האיחסון כפי שהוגדרו במיפרט הדרישות מהלקוח. השלב הבא בתיכון היה בחירת החלקים המתאימים לכל שלב במערכת. על מנת ליבחור את מערכת הפיקוד והבקרה המתאימה ביותר היה צורך באיפיות מהלכי הרובוט השונים (כלומר פינוי, העמסה ופינוי והעמסה במקביל) שידרשו כדי להבין כמה רכיבים דורשים בקרה. השלב האחרון של התיכון היה תכן מפורט של הגריפר. תיכון הגריפר חולק לבחירת הקוטספט המתאים לאחר מכן הגדרת כל חלקי הגריפר שידרשו לאחר מכן בחירת החומרים המתאימים ביותר לכל חלק ולבסוף שירטוטים של כל החלקים, שירטוטי הרכבה ואנליזה של מבנה הגריפר.

1.4. הפתרון שנבחר:

על מנת להבין את הפתרון שנבחר עלינו לבחון את חלקי המערכת הנדרשים על מנת לעמוד במפרט הדרישות:

1. מערכת זיהוי- מכיוון שעל המערכת לטפל במספר סוגים שונים של תבניות דרוש זיהוי של סוג התבנית.

2. מונה- מכיוון שדרוש לספק מספר תבניות מוגדר על פי דרישות קו הייצור ויש צורך לעקוב בכל רגע ורגע על מספר התבניות במאגר האיחסון ובפס הייצור- יש צורך במונה (מניית התבניות תוגדר בתוכנת מערכת הבקרה).

3. גריפר- על מנת להעביר את התבנית מה- stack .

4. רובוט- דרוש רובוט שיעביר את התבנית במרחב מה- Stack למסוע ולהפך.

5. מערכת שינוע- דרושה מערכת שינוע של התבניות ממאגר האיחסון לקו הייצור ומקו הייצור למאגר האיחסון.

6. חישנים- דרושות מערכות חישה שונות במערכת לדוגמא- וידוא שהגריפר אכן מחזיק מגש, הודעה למערכת שמגיעים מגשים לפינוי וכדומה.

7. מערכת בקרה- דרושה מערכת בקרה אשר תשלוט על פעולות המערכת.

לאחר בחינת החלופות הקיימות בשוק, ובחינת התאמתן לדרישות הקו הקיים במפעל ולדרישות הלקוח, ניבחרו הקונספטים והחלקים המתאימים ביותר בצורה אנליטית, על ידי השוואה איכותית וכמותית בין הקונספטים השונים ותת המערכות השונות, על מנת להגיע לפתרון האופטימלי לבעיה הניצבת מולנו.

ראשית הפיתרון הניבחר לקונספט הכללי הוא מכונה אחת אשר מבצעת את כל שלושת הפעולות הנדרשות דהינו העמסה, פינוי וסידור מאגר האיחסון (להבדיל מחלוקת הבעיה לשלוש מכונות כאשר כל אחת מבצעת פעולה אחת).

צורת זיהוי המגשים שנבחרה היא על ידי מערך של חיישנים (sensor array) אשר יופעלו לגבי כל מגש באופן שונה על פי גאומטרית המגשים השונים.

סוג הרובוט הנבחר הוא Gantry Robot (רובוט קרטזי) אשר פועל לאורך ציר X (הכיוון האופקי) ולאורך ציר Z (הכיוון האנכי). סוג זה של רובוט נבחר כיוון שהוא יתן את הפתרון הזול, הפשוט והאמין ביותר. בפרויקט נבחנו סוגי רובוטים שונים ורובוט זה נמצא המתאים ביותר לעמידה בדרישות הלקוח ובדרישות קו הייצור הקיים.

ישנם סוגים שונים של גריפרים מכניים הקיימים בשוק הניבדלים ביניהם בצורת האחיזה של המגש ובצורת ההנעה המכנית של הגריפר. הקונספט של שתי זרועות מקבילות אשר נסגרות על שורה של מגשים (העברת שישה מגשים בכל מהלך של הרובוט מה שמקטין את מספר המהלכים שעל הרובוט לבצע) הוא הפיתרון האופטימלי לבעיתנו. בחירה זו שוב נותנת את הפתרון הזול, הפשוט והאמין ביותר מתוך מגוון האפשרויות הקיימות בשוק.

למערכת נבחרה מערכת בקרה העונה על דרישות הפיקוד והבקרה על המערכות השונות של המיתקן כולו כולל שליטה במנועים, מסועים וחיישנים.

1.5. תקציר כדאיות כלכלית

אין בידי נתונים מדויקים לגבי עלויות חלקי המערכת ולכן אין באפשרותי להראות האם מערכת האוטומציה אכן כדאית אך מובא להלן דרך חישוב הכדאיות הכלכלית במידה ויוחלט להיתבסס על פרויקט זה לבנית המכונה.

נוסחת עלויות מול רווחים:

S – עלות מערכת האוטומציה.

T – זמן לתיקון תקלה (ימים) על פי MTTR

M – רווח ביום ייצור עם מערכת האוטומציה

‘M – רווח ביום ייצור ללא מערכת אוטומציה

N – מספר תקלות לשנה על פי MTBF

P – עלות החזקת כוח אדם לביצוע פעולוה ההעמסה והפינוי ליום.

[P-‘M] * [ימים] * [שנים] < S-N * T * M-M * [ימים] * [שנים]

אנו נשאף שצד שמאל של נוסחא זו יהיה גדול יותר מאשר צד ימין (תוך מספר שנים מוגדר M) כלומר אוטמציה של מאגר איחסון התבניות יהיה רווחי יותר מאשר כוח אדם שמבצע את הפעולה.