Meccanica degli Azionamenti

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1 Università degli Studi di Brescia Laurea in Ingegneria dell Automazione Industriale Parte I Introduzione all automazione industriale I.1 Automazione e Flessibilità Automazione Automazione: Impiego di mezzi artificiali in grado di operare in modo autonomo per il raggiungimento di determinati scopi alle origini Sostituzione dell intervento umano da parte di sistemi artificiali oggi e nel futuro Sostituzione dell intervento umano Svolgimento di attività non possibili all uomo Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 1

2 Automazione Settori dell Automazione: Industriale, domestico (domotica), bio-medicale, intrattenimento Operazioni nei sistemi automatizzati operazioni di processo e/o assemblaggio movimenti ispezioni immagazzinamenti Automation: termine coniato nel 1948 negli Stati Uniti Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.3 Automazione Industriale Automazione Industriale: Impiego di mezzi artificiali in grado di operare in modo autonomo (dotati di autonomia operativa) per lo svolgimento di compiti aventi interesse economico o sociale Produzione di beni Fornitura di servizi Processo Produttivo: Insieme delle attività tecnologiche che portano dalla materia prima al prodotto finito Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 2

3 Automazione Industriale Industrie manifatturiere: Settore produttivo che si occupa della lavorazione di materiali o dell assemblaggio di componenti pre-lavorati per ottenere prodotti commerciabili assemblaggio abbigliamento e pellame legno e mobili del tabacco metallurgica meccanica materiali non metallici. Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.5 Automazione Industriale Industrie di processo: Industrie in cui il processo di fabbricazione è continuo chimica petrolio e gas raffinazione farmaceutica alimentare smaltimento rifiuti lavorazione carta. Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 3

4 Automazione Industriale Processo produttivo continuo: Operano su un flusso continuo di materia, generando un prodotto finale in cui non sono identificabili entità separate processi settore chimico attività di produzione o trattamento di materie prime in genere Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.7 Automazione Industriale Processo produttivo discreto: Operano su un flusso discontinuo di materia, generando un prodotto finale in cui sono identificabili unità separate tutti i processi per la fabbricazione di beni di uso comune CICLO PRODUTTIVO = sequenza precisa di operazioni tecnologiche Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 4

5 Automazione Industriale Caratteristiche dei processi discreti: numero e tipologia delle unità di prodotto generate distribuzione temporale del processo JOB PRODUCTION Produzione di esemplari singoli BATCH PRODUCTION Produzione per numeri limitati Periodi di produzione poco estesi mel tempo MASS PRODUCTION Produzione di grandi numeri di esemplari uguali Periodi di produzione molto estesi Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.9 Automazione Industriale Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 5

6 Livelli di AUTOMAZIONE Tipologie di automazione: FISSA o RIGIDA PROGRAMMABILE FLESSIBILE Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.11 Automazione RIGIDA o FISSA Automazione La sequenza delle operazioni di processo e/o di assemblaggio è fissata dalla configurazione delle apparecchiature utilizzate Il prodotto che si realizza è unico per quella sequenza Le singole operazioni della sequenza sono usualmente semplici La complessità risiede nell integrazione e nel coordinamento di molte operazioni intrinsecamente semplici Caratteristiche dell AUTOMAZIONE RIGIDA ELEVATO INVESTIMENTO INIZIALE ELEVATA VELOCITA (cadenza) DI PRODUZIONE FLESSIBILITA DI PRODOTTO NULLA Volumi produttivi volumi molto elevati Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 6

7 Automazione Esempio Autovettura Ford Model T, 1908, 15 milioni le Model T prodotte Ogni cliente può avere una Model T del colore che desidera, purché questo sia nero Henry Ford Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.13 Automazione PROGRAMMABILE Automazione Sequenza delle operazioni variabile tramite programma Nuovi programmi per la realizzazione di nuovi prodotti possono essere preparati p facilmente Caratteristiche dell AUTOMAZIONE PROGRAMMABILE ELEVATO INVESTIMENTO INIZIALE PRODUTTIVITA RIDOTTA ELEVATA FLESSIBILITA DI PRODOTTO Volumi produttivi volumi medio-bassi elevata variabilità delle parti o dei prodotti da realizzare Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 7

8 Automazione FLESSIBILE Automazione È un estensione dell automazione programmabile Un SP flessibile è in grado di produrre una gamma di parti o prodotti senza perdite di tempo necessarie per passare da una tipologia di prodotto all altra. Riprogrammazione e setup fisico avvengono senza che vi siano perdite di tempo di produzione produzione. Caratteristiche dell AUTOMAZIONE FLESSIBILE ELEVATO INVESTIMENTO INIZIALE VELOCITA DI PRODUZIONE MEDIA PRODUZIONE CONTINUA DI UN MIX DI PRODOTTI VARIABILE FLESSIBILITA DI PRODOTTO MEDIA Volumi produttivi volumi medio-bassi Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.15 Automazione Collocazione delle tipologie di automazione in funzione dei volumi (cadenza) e della varietà dei prodotti Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 8

9 Vantaggi dell Automazione Miglioramento ed omogeneizzazione della qualità del prodotto riduzione dell incidenza del fattore umano sulla qualità finale maggiore costanza degli indici di qualità Aumento della produttività Riduzione dei tempi e dei costi di lavorazione operazioni più veloci e controllabili minor incidenza del costo della manodopera prolungamento periodo di attività esecuzione di processi non realizzabili manualmente Miglioramento delle condizioni generali di lavoro miglioramento delle condizioni di sicurezza degli operai sostituire l uomo in operazioni nocive, disagevoli, ripetitive) Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.17 Flessibilità FLESSIBILITA di un sistema di produzione automatizzato Capacità di un sistema di rispondere a variazioni nella domanda di produzione Variazioni nella pianificazione della produzione Variazioni dell obiettivo produttivo Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 9

10 Vantaggi della flessibilità nell automazione Possibilità di operare su vasti assortimenti Possibilità di variare il contenuto di lavoro del prodotto Possibilità di rapidi interventi di ristrutturazione in relazione alla variabilità del prodotto e delle tecnologie Possibilità di produzione a costi ridotti per bassi volumi Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.19 Automazione e Flessibilità Mezzi automatici di tipo RIGIDO o MONOSCOPO Struttura finalizzata ad un solo compito operativo Ridotta o nulla flessibilità Elevatissimi ritmi di produzione Idoneità ai processi di massa Elevata flessibilità Ridotta flessibilità Mezzi automatici di tipo FLESSIBILE o MULTISCOPO Struttura finalizzata a famiglie affini di compiti operativi flessibilità ritmi produttivi più bassi idoneità ai processi batch Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 10

11 FLESSIBILITA FLESSIBILITA OPERATIVA Assortimento dei prodotti e sequenze operative che l impianto può eseguire senza l arresto della produzione FLESSIBILITA DI RICONFIGURAZIONE Predisposizione dell impianto ad essere riutilizzato in tutto o in parte per produzioni diverse da quelle per cui è stato progettato Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.21 Motivazione dell esigenza di flessibilità MERCATO SISTEMI DI PRODUZIONE rapida evoluzione e breve vita dei prodotti difficoltà di previsione della domanda AUTOMAZIONE DEI PROCESSI INTEGRAZIONE DELLE ATTIVITA PRODUTTIVE FLESSIBILIZZAZIONE DEGLI IMPIANTI Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 11

12 Prodotto/Processo/Macchina Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.23 Sistemi flessibili di produzione FMS = Flexible Manufacturing Systems FAS = Flexible Assembly Systems Sistemi di fabbricazione e montaggio dotati di elevata flessibilità e caratterizzati da un alto livello di integrazione FMS e FAS CIM Computer Integrated Manufacturing Struttura del contesto aziendale basata sull integrazione dei mezzi produttivi Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 12

13 CIM INTEGRAZIONE dei mezzi produttivi Capacità di operare in modo omogeneo in tutte le fasi del processo (fabbricazione, montaggio, manipolazione del prodotto, confezionamento, controllo e misura,..), disponendo d di mezzi automatizzati ti ti con alto livello ll di funzionalità Coordinamento integrato e flessibile dei singoli mezzi operativi, governando l evoluzione dell intero processo produttivo Collegamento del processo produttivo a tutti i livelli superiori di sviluppo e pianificazione del processo stesso, con un integrazione in tempo reale del flusso infromativo e decisionale Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.25 CIM (Computer Integrated Manufacturing) Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 13

14 CIM (Computer Integrated Manufacturing) Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.27 Livelli di AUTOMAZIONE Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 14

15 Sistema di produzione automatizzato Mezzi artificiali in grado di operare autonamamente un processo di produzione Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.29 Macchina Automatica Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 15

16 Tipologia di operazioni Operazioni di TRASFORMAZIONE: Provocano trasformazioni irreversibili nella unità di prodotto, modificandone la geometria o le caratteristiche chimiche es.: deformazioni plastiche, lavorazioni per asportazione di truciolo, trattamenti termici,.. Operazioni di MANIPOLAZIONE: Modificano solo i parametri spazio/temporali dell unità considerata es.: orientazione, movimentazione,.. Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.31 Tipologia di operazioni Operazioni di MANIPOLAZIONE: in alcune tipologie di processo sono prevalenti (fino oltre il 70%) indispensabili in ogni processo talvolta difficili da realizzare in modo automatico incidono in modo rilevate sui costi e sui tempi del processo produttivo Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 16

17 Rappresentazione simbolica di un ciclo produttivo Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.33 Progettazione Modulare Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 17

18 Progettazione Modulare Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.35 Macchina Automatica Flessibile Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 18

19 Cellula Flessibile Braccio robotico: esempio di macchina di manipolazione a breve raggio totalmente flessibile applicabile in più settori tecnologici Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.37 Cellula Flessibile Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 19

20 Cruscotto realizzato in un Impianto Flessibile Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.39 Impianto Flessibile Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 20

21 Macchine automatiche intercollegate Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.41 Confronto differenti soluzioni d impianto Volume di Produzione Soluzione di impianto Flessibilità Operativa Flessibilità di Riconf. ALTO > 1500 cicli/h MACCHINE MONOSCOPO NO NO MEDIO ALTO cicli/h cicli/h MACCHINE PROGRAMMABILI circolari lineari SI LIMITATA NO MEDIO BASSO cicli/h LINEE ROBOTIZZATE SI SI Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 21

22 Confronto differenti soluzioni d impianto Tipo di stazione Tipo di movimentazione SEQUENZIALE a sequenza fissa a sequenza programmabile Stazioni orientate al Prodotto Programmabili Dedicate ad un nell ambito di una prodotto classe di prodotti Impianti dedicati monoscopo Impianti Pluriprodotto Impianti Pluriprodotto Impianti Pluriprodotto Impianti Flessibili Stazioni orientate al Processo Impianti Flessibili CASUALE Impianti Flessibili Impianti Flessibili Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I.1.43 Punti chiave della lezione 1. Che cos è l Automazione e l Automazione Industriale 2. Motivazioni che spingono ad automatizzare 3. Automazione e Flessibilità 4. Industrie Manufatturiere e di Processo e differenti Livelli di Automazione 5. Flessibilità Operativa e di Riconfigurazione 6. Esempi di sistemi che implementano differenti livelli di automazione 7. Confronto funzionale differenti livelli di automazione Tiboni Monica Automazione e Flessibilità I , Tiboni Monica pag. 22