GYÁRTÁSI FOLYAMATOK ÉS RENDSZEREK

1. GYÁRTÁSI FOLYAMATOK ÉS RENDSZEREK -az előadások prezentációs anyaga- Tárgyjegyzők: Dr. Cser István - Dr. Kundrák János Miskolc, 2008

2. Annotáció: • Gyártási folyamatok és rendszerek fogalomköre, fő jellemzői. • A gyártástervezés és technológiai tervezés viszonya, fő feladatai. • A technológiai tervezés elméleti alapjai, törvényszerűségei, módszertana. • A technológiai előtervezés, műveleti sorrend-, művelet-és műveletelem-tervezés menete, információs háttere, adat-és tudásbázisa. • A gyártási környezet hatása a technológiai tervezésre. • A gépgyártás korszerű technológiai eljárásai, eszközei és technikája. • Gyártórendszerek fajtái, struktúrája, tervezésének technológiai, szervezési és módszertani alapjai. • A „Lean Factory” konceptuális alapjai. • A rugalmasan automatizált gyártás rendszerei és eszközei. • Optimálás és szimuláció a gyártási folyamatok és rendszerek tervezésében.

3. Kötelező irodalom: • Dudás I. – Cser I.: Gépgyártástechnológia IV.Gyártás és gyártórendszerek tervezése, Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 2004. p.1-335. • Dudás I.: Gépgyártástechnológia II. 12. fejezet, A technológiai folyamatok tervezésének alapjai, Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 2001. p.254-313. • Sági György – Mátyási Gyula: Számítógéppel támogatott technológiák. CNC, CAD/CAM, Műszaki Kiadó, Budapest, 2007.

4. Ajánlott irodalom: • Horváth M. – Markos S.: Gépgyártástechnológia, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1995. p.1-436. • Szegh I.: Gyártástervezés, Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1996.

5. Angolszász terminológia CIM Computer Integrated Manufacturing Számítógéppel Integrált Gyártás CAM Computer Aided Manufacturing Számítógéppel Támogatott Gyártás CLDATA Cutter Location Date Processor-posztprocesszor közbenső adatok (szerszámhelyzet-adatok) CAST Computer Aided Storage and Transportation Számítógéppel Segített Tárolás és Szállítás CAQ Computer Aided Quality Assurance Számítógépes Minőségbiztosítás MRP Manufacturing Resources Planning Gyártási Erőforrások tervezése. (TIR funkció)

6. TIR Termelésirányítási Rendszer PPS Production Planning System Termelésirányítási Rendszer CAE Computer Aided Engineering Számítógéppel Támogatott Műszaki Tervezés IAARIntegrált Anyag- és Adatfeldolgozó Rendszerek (CIM, FMS) LAN Local Area Network Helyi Hálózat (számítógépi) TOP Technical Office Protocol (GM fejlesztés, MAP része) Iroda-Automatizálási (ügyviteli) Protokoll

8. MAP Manufacturing Automation Protocol (GM fejlesztés, kvázi nemzetközi szabvány) Gyártásautomatizálási Protokoll FMU Flexible Manufacturing Unit Rugalmas Gyártóegység FMC Flexible Manufacturing Cell Rugalmas Gyártócella FMS Flexible Manufacturing System Rugalmas Gyártórendszer GT Group Technology Csoportmegmunkálás AI Artificial Intelligence Mesterséges Intelligencia

9. Gyártmánytervezés (CAD): gyártandó termék, gyártmány • (konstrukció) tervezése. • Gyártástervezés: adott gyártmány vagy gyártmányok teljes • gyártási folyamatának megtervezése, beleértve a gyártási fő- • és segédfolyamatok (anyagmozgatás, raktározás, minőség- • biztosítás, csomagolás, stb.) megtervezését. • Gyártóeszköz tervezés: a gyártáshoz szükséges szerszámok, • készülékek tervezése.

10. Gyártórendszer tervezés: a gyártáshoz szükséges gyártó- • berendezések összetételének, elrendezésének meghatározása, • az anyagmozgatás és raktározás megtervezése a • gyártástervezési eredmények alapján. Gyártórendszer: • üzem(ek), műhely(ek), gyártósor(ok), gyártórészleg(ek) • rendszerbe foglalva. • Technológiai tervezés (CAPP): a gyártástervezés része. A • gyártási folyamaton belül a gyártás tárgyának minőségét • befolyásoló állapotváltozások, folyamatok tervezése. • Egyszerűbben: pl. alkatrészgyártásnál magának a megmunkálási • folyamatnak a tervezése.

11. A technológiai tervezés fő területei és kapcsolatai a gyártáselőkészítés és –irányítás más rendszereivel

13. Állapotváltozás: a rendszer (alkatrész) jellemezőinek változása. Állapotváltozási folyamat: pl. az alkatrész (munkadarab) minőségi jellemezőinek változása a kiindulási (nyers) állapotból a kívánt (kész) állapotba. Algoritmus: valamely feladat megoldására szolgáló olyan eljárás, melynek lényege, hogy a feladatot jól (egyértelműen) definiált elemi lépések sorozatára bontja. Megjelenési formája: pl. folyamatábra.

15. Optimálás Optimálás: valamely kritérium (jellemző) szerinti legkedvezőbb működés, állapot elérése. Optimálási kritérium: az a jellemző, melynek legkedvezőbb értékét el akarjuk érni, pl. a gépgyártásban: max. termelékenység, (min. gyártási idő) min. gyártási önköltség, max. profit, max. profitráta, egyenletes terhelése a gyártóberendezéseknek, stb. Célfüggvény: az optimálandó változó azon függvénye, melynek szélső értéke megvalósítja az optimálási kritériumot.

16. Korlátrendszer: mely meghatározza azt a keresési tartományt, ahol az optimálás elvégezhető. Többszintű optimálás: a magasabb tervezési szint célokat és korlátfeltételeket szab az alatta lévőnek, amelyik tovább pontosítja a célokat és szigorítja a korlátfeltételeket (szűkíti a keresési tartományt). Alkalmazása a műszaki tervezés (ezen belül a technológiai tervezés) többszintű, többlépcsős volta miatt elkerülhetetlen. Másodlagos optimálás: visszacsatolás

17. A szintenkénti optimálás elve bonyolult rendszerekben (többszintű optimálás)

18. Az optimálási feladatok matematikai módszerekkel való megoldásának feltételei • a feladat numerikus formában felírható legyen • az elérendő cél, célfüggvény formájában felírható • legyen • álljon rendelkezésre megfelelő számítási eljárás. • Ilyenkor egzakt optimálásról beszélünk. • A fenti feltételek hiánya esetén heurisztikus módszerek alkalmazhatók. Lényegük: gyakorlati tapasztalatok alapján az optimumesélyes (kvázioptimális) megoldások feltárása.

19. Gépipari termékek hierarchikus struktúrája

20. Az alkatrészgyártás technológiai folyamatának struktúrája • elemi mozgások (mozdulatok): a szerszámok a • munkadarabhoz viszonyított egyszeri elmozdulása. • elemi mozgások rendezett sorozat fogás: a szerszámnak • a mdb.-hoz viszonyított egyszeri befejezett mozgásciklusa

21. A fogás értelmezése forgácsolásnál

22. fogáscsoport műveletelem: • egy összefüggő felületcsoport egy szerszámmal végzett megmunkálása (egy gépen) (pl.: a fenti lépcső nagyoló hosszesztergálása) A technológiai folyamat alapvető építőeleme. • műveletelem-csoport  m.e. ciklus: • elemi megmunkálási sorrend: adott felületelem-csoport előállításához szükséges műveletelemek sorozata (pl. egy furat előállításához: központfúrás, fúrás, felfúrás, süllyesztés, dörzsölés);

23. művelet: • a technológiai folyamat azon befejezett része, amelyet egy szerszámgépen egy befogásban hajtunk végre. A művelet technológiai és gyártásszervezési fogalom. Lényege: a mdb. befogásától kifogásáig tart. • megmunkálási szakasz: • a megmunkálási folyamat azon része melynek révén a mdb-felületek azonos (előnagyolt, nagyolt, félsimított stb.) állapotba kerülnek. • gyártási folyamat: a megmunkálási szakaszok összessége • (rendezett sorozata)

24. Az alkatrészgyártás technológiai folyamatainak szakaszai

25. A megmunkálási folyamat fő- és segédelemekből áll. • Főelemek: A mdb. állapotát változtatják. Ezek a forgácsolási, • hőkezelési stb. elemek. • Segédelemek: A főelemek végrehajtásához • szükségesek. Ilyenek: szerszámcsere, szerszámváltás, a mdb. (fogásvétel helyének) megközelítése a szerszámmal stb. • Az alkatrészgyártási (megmunkálási) folyamat • jellege: • diszkrét (szakaszos) fogások, műveletelemek • sorozata • folytonos elemekkel: egy fogás során a forgácsolás.

26. Az alkatrészgyártás technológiai tervezésének szintjei, feladatai • Technológiai előtervezés: • technológia-helyességi vizsgálat • a fő gyártási eljárás (forgácsolás, képlékenyalakítás, öntés stb.) meghatározása • gyártórészlegek (rendszerek) kijelölése • előgyártmány (rúd, öntvény, sajtolt, stb.) megválasztása

27. 2. Műveleti sorrendtervezés: • megmunkálási igények feltárása; • befogási sémák meghatározása; • gyártóberendezések kiválasztása, az egyes • berendezéseken végrehajtandó megmunkálási feladatok • kijelölése, technológiai változatok képzése, optimális • változat kijelölése (esetleg TIR-rel együttműködve). • műveletközi méretek, ráhagyások meghatározása; • befogókészülékek választása, készüléktervezési igény • megfogalmazása; • MŰVELETI SORRENDTERV szerkesztése.

28. 3. Művelettervezés: • műveletelemek kijelölése (generálása); • műveletelemekhez szerszámok választása (esetleg • szerszámtervezési igény megfogalmazása); • műveletelemek végrehajtási sorrendjének meghatározása; • szerszámelrendezés tervezése; • MŰVELETTERV I. szerkesztése. • 4. Műveletelem-tervezés: • forgácsolási paraméterek meghatározása; • szerszám mozgásciklusok tervezése; • normaidők számítása. • MŰVELETTERV II. szerkesztése.

29. 5. Adaptálás, posztprocesszálás: • az adott gyártási környezetben használt technológiai • dokumentáció szerkesztése: MŰVELETI • SORRENDTERV, MŰVELETTERV I. - II. • NC-CNC vezérlőprogramok kódolása, dokumentálása • A fenti tervezési szintek az automatizált (számítógépes) • technológiai tervezőrendszerek (ATTR-ek) fejlesztése során fogalmazódtak meg, de többnyire érvényesek a manuális tervezésre is.

30. ATTRCAPP Computer Aided Process Planning • Számítógéppel segített folyamattervezés • Automatizált Technológiai Tervező Rendszer • A technológiai tervezés eredményeként jelentkező gyártási dokumentációk fő fajtái: • Műveleti sorrendterv • Művelettervek. • Részletességük különböző lehet: • - művelet vázlatos leírása • (műveletelemek, megmunkált felületek, • szerszámok = MŰVELETTERV I.) • - részletes ábrás műveletterv • (MŰVELETTERV II.)

31. NC-CNC vezérlőprogramok (alkatrészprogramok) • Gépbeállítási utasítások, felfogási tervek • Műveletenként szerszámjegyzék, készülékigény, stb. • A technológiai tervezés – és ezzel összefüggésben a gyártási, technológiai dokumentáció – részletessége függ: • a gyártás tömegszerűségétől;  • a gépkezelő képzettségétől;  • a gyártóberendezés automatizáltsági szintjétől;  • a munkadarab méretétől, a nyersdarab értékétől;  • a gyártás szervezettségi szintjétől,  • és más körülményektől. • Az alkalmazott gyártási dokumentáció összetétele, tartalma, formai kivitelezése, megnevezése változó, helyi igényektől és szokásoktól függő.

32. A technológiai tervezés helye, ideje • Megelőzi a gyártást, új gyártórendszer létesítését: • tervezés adott gyártórendszeren történő gyártáshoz • tervezés új gyártórendszer létrehozásához • Azonos módszerekkel, csupán más korlátfeltételekkel megoldható. • Időben a konstrukciós tervezést követi, de célszerűen azzal együttműködik. (cél: technológia helyes konstrukció) • A tervezés egyes feladatai valós időben, a gyártás során is megoldhatók CNC-ben: • szerszámpálya generálása • forgácsolási paraméterek meghatározása • GOND: Túl későn keletkeznek adatok a gyártáselőkészítéshez és irányításhoz. • CÉL: olyan optimális technológiai tervek kidolgozása, amelyek biztosítják a gyártórendszer működésének optimumát. Ezért fontos: együttműködés a TIR-rel, CAD-del, CAM-mal.

34. Az alkatrészgyártás technológiai tervezésének fő elvei, módszerei, sajátosságai • Több megoldás lehetséges több technológiai változat • készíthető közülük kivá- • lasztható a legkedvezőbb • (optimális) • b)A technológiai tudás és megjelenési formája: • - receptek (pl.: típustechnológiai megoldások) • - modellek, általános érvényű tervezési eljárások (pl.: mozgásciklusok tervezése, rugalmas alakváltozások számítása stb.) • - intuitív (zavaros, hiányos ellentmondásos) főként a műveleti sorrendtervezés szintjén

35. c) A technológiai tervezés többlépcsős iterációs folyamat, mely fokozatosan lépésenként pontosbítja, részletezi a gyártás technológiai folyamatát. (lásd: technológiai tervezési szinteket) d) A technológiai döntések fokozatos illesztésének (adaptálásának) elve: Minden tervezési szinten a technológiai döntéseket az adott gyártórendszer technológiai lehetőségeinek figyelembevételével azokhoz illesztve kell meghatározni.

36. e)„Ökölszabályok” a megmunkálási sorrend kialakításához: • a bázisfelület megmunkálása megelőzi a többi felületet, • a hordozófelület megmunkálása megelőzi a hordozottét, • a nagy kiterjedésű felület megmunkálása megelőzi a • kicsikét, • a durva (nagyoló) megmunkálás megelőzi a finom- • megmunkálást (simítást) • Egyéb esetekben: invariáns a megmunkálási sorrend! • Illetve más szempontok befolyásolhatják. • f)Bázisváltások minimalizálásának elve • Bázisfelületek: 6 szabadságfoktól fosztják meg a mdb.-ot. • A konstrukciós, méretezési, technológiai, mérési • bázisok lehetőleg ne változzanak!  A technológiai • bázisok vonatkozásában megmunkálás egy befogásban, • pl.: megmunkáló központon.

38. g) Munkadarab felületek típusai • szabad felületek (nem munkálandók meg), • megmunkálandó felületek, • bázis- és szorítási felületek, • technológiai felületek: csak az alkatrész előállításához • szükségesek (pl.: csúcshely-furat, furat csapon • tájoláshoz stb.)

40. h) Felületcsoport: technológiai és/vagy konstrukciós egységet képező alakzat (pl.: rögzítőfurat, horony, lépcső, beszúrás stb.) Minden egyes típusához hozzárendelhetők a műveletelemek (megmunkálási módok) adott sorozatai elemi megmunkálási sorrendek melyekből a megmunkálási szakaszokba (nagyolás, simítás stb.) besorolással szintetizálható az alkatrészek megmunkálási folyamata. Alkatrész: a felületcsoportok rendezett halmaza, melyet megmunkálás előtt körbefognak a nyersdarab felületei Munkadarab: az alkatrész megmunkálás közben

41. Generatív, félgeneratív, típustechnológiai tervezési elv • 1. Generatív elv, vagy többlépcsős (többfázisú) iteratív tervezési elv • A tervezés a mérnöki heurisztika (a feltalálás módszertana) klasszikus szabályai szerint megy végbe. A technológus a feladat megoldását egy olyan terv létrehozásával keresi, melynél lépésről lépésre dönt a következő tervezési elemről. • Gondos előrehaladási stratégia mellett is előfordulhat, hogy a tervezés elakad, ellentmondáshoz vezet. Ilyenkor vissza kell térni egy korábbi tervezési állapothoz (fázishoz) és az ellentmondást kiküszöbölve újra felépíteni a technológiai folyamatot (iteráció). • A fenti módszer számítógépes megvalósítását nevezik generatívelvnek, melynek alkalmazásakor a technológiai terv a gyártandó alkatrész megmunkálási igényéből kiindulva a gyártórendszer technológiai lehetőségeinek figyelembevételével szintetizálódik.

42. Variáns (vagy típustechnológiai) elv • Az egy-egy alkatrészosztályt reprezentáló komplex, vagy vezér-, vagy reprezentáns alkatrészre kidolgozott technológiai folyamattervből alakul ki (egyszerűsítéssel,adaptálással) a konkrét alkatrész gyártásához alkalmazható technológiai terv. • 3. Variogeneratív (félgeneratív) elv • A tipizált felületcsoportokhoz rendelt elemi megmunkálási folyamatokból szintetizálódik az alkatrész megmunkálási folyamata.

43. 4. Jövő: variogeneratív + AI (Artificial Intelligence = Mesterséges Intelligencia • Genetikus Algoritmusok • Genotípus: a feladat megoldásának genetikai reprezentációja  FCS-ok állapotainak olyan permutációja, mely kielégíti a sorrendi korlátozásokat • Fenotípus: tényleges megoldások, melyeket az egyedek genotípusai a keresési teret behatároló környezet (többi korlátozás) együttesen határoznak meg.

44. Típus- és csoporttechnológiai folyamatok, alkatrészek technológiai osztályozása • Az alkatrészosztályozás célja lehetővé tenni: • a technológiai tervezést típustechnológiai folyamatok • alapján; • a gyártás szervezését a csoportmegmunkálás elvére • alapozva. • A csoportmegmunkálás (GT=Group Technology) elvét Mitrofanov Sz.P. (Szentpétervár, Műszaki Egyetem professzora) dolgozta ki. • Lényege, hogy a gyártástechnológiájuk alapján egy csoportba sorolható munkadarabokat egy gyártósoron lehet megmunkálni, azaz a megmunkálást olyan (valós vagy képzett) alkatrészre tervezzük, amely a csoportban lévők minden felületelemét tartalmazza, azaz reprezentálja az adott alkatrészcsoportot.

45. Előny a gyártás relatív tömegszerűségének növekedése, következésképpen: • a gyártóberendezések a technológiai sorrend szerint • telepíthetők (csökken a műveletközi szállítás) • az egységes szerszámozás, készülékezés; • a speciális szerszámok, készülékek alkalmazhatósága. • Az alkatrész technológiai kódja megmondja, hogy • az alkatrész mely megmunkálási csoportba tartozik; • az alkatrész milyen típustechnológiai folyamat révén • állítható elő.

46. A csoportmegmunkálás és a típustechnológia kapcsolatának lényege, hogy míg a • csoportmegmunkálás mindig típustechnológia • alkalmazására épít, addig a • típustechnológia nem feltétlenül igényli a • csoportmegmunkálás alkalmazását (mert csupán a • gyártás technológiai tervezésénél használjuk). • Reprezentáns, vezér vagy komplex alkatrész: amely képviseli az azonos technológiai sajátosságokkal bíró alkatrészek csoportját és amelyre a típustechnológiai folyamat készíthető. • Ebből egyszerűsítéssel, némi átszámítással előállítható az aktuális alkatrész előállításának a folyamata.

47. Az alkatrészek osztályozási, csoportosítási elveinek kialakítása függ a helyi gyártási körülményektől (gyártandó alkatrészféleségek és azok darabszáma, rendelkezésre álló gyártóberendezések és gyártóeszközök, stb.) • Célszerű olyan osztályozási rendszert kialakítani, melyben az adott alkatrész technológiai kódja a műhelyrajz alapján meghatározható. • Azaz,ha a kódrendszer a munkadarab • alakjára; • méreteire; • pontossági követelményeire épül.

48. Példa a technológiai kód felépítésére: [1] A mdb. jellege: 1 – forgástest 2 – prizmatikus 3 – lemez 4 – stb. Továbbiak a forgástestekre (1) vonatkoznak [2] Az l/d viszony 1  l/d  0,5  tárcsák 2  0,5  l/d  1  tárcsák, hüvelyek 3  1  l/d  3  hüvelyek, tengelyek 4  3  l/d  6  tengelyek 5  6  l/d  …  karcsú tengelyek

49. [3] Külső felületek jellege, alakja • hengeres felület • hengeres, kúpos • lépcsős egyik irányban • lépcsős egyik irányban, kúpos • lépcsős mindkét irányban • stb. • [4]Belső felületek jellege, alakja • hengeres • hengeres, kúpos • lépcsős egyik irányban • lépcsős egyik irányban, kúppal • lépcsős mindkét irányban • stb.

50. [5] Mellékelemek • menet • bordás felület • fogazás • stb. • [6] Mellékelemek • horony • rögzítőfurat • síkok, sokszögalakzatok • stb. • [7] Alkatrész maximális átmérője (Dmax) • 10 mm-ig • 10  Dmax  25 • 25  Dmax  50 • 50  Dmax  100 • stb.