Módulo 04 2019 FMS - Sistemas Flexíveis de Manufatura

Prévia do material em texto

Sistemas de Manufatura
FMS – Sistemas Flexíveis de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
O processo de produção tem sofrido considerável mudança nos últimos anos 
	Diminuição do ciclo de vida dos produtos,
	Aumento na diversificação exigida pelo mercado consumidor
	Aumento da qualidade
	Necessidade de entregar o produto com mais rapidez (redução dos lead times de produção).
	Readequação no sistema de produção para que se possa diminuir os estoques intermediários durante a produção e aumentar a diversificação sem perder produtividade
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Um Sistema Flexível de Manufatura ou FMS (Flexible Manufacturing Systems) pode ser caracterizado como uma célula que contém máquinas altamente automatizadas, normalmente equipamentos CNC, interligadas por um sistema transporte, manipulação e armazenagem, também automatizadas e controladas por um sistema computacional. Além disso, são capazes de executar uma variedade de peças diferentes de forma simultânea sendo necessária apenas a troca dos programas NC
GROOVER, 2007
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Nem todos os sistemas “altamente” automatizados podem ser considerados FMS. Para que essa caracterização seja feita, o sistema deve satisfazer os seguintes critérios:
• Produzir diferentes peças simultaneamente; 
• Permitir mudanças no sequenciamento da produção; 
• Não parar o sistema em caso de falha ou manutenção em algum equipamento (reorganizando a sequência de produção); 
• Permitir a introdução de novas peças no sistema. 
Sistemas de Manufatura
Para se qualificar como sendo flexível, um sistema de produção deve satisfazer os seguintes critérios (resposta "sim" para cada pergunta):
1. Ele pode processar diferentes estilos de peças ?
2. Pode aceitar mudanças na programação de produção?
3. Pode responder de forma ágil para o mau funcionamento do equipamento?
4. Permite a introdução da novas peças ?
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Sistemas de Manufatura
Um FMS integra muitos conceitos e tecnologias:
	 Automação Flexível
	 Tecnologia de grupo
	 Máquinas CNC
	 Transporte de materiais entre estações automatizados
	 Controle de máquinas por computador
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Sistemas de Manufatura
	Com o aumento na utilização das máquinas CNCs , foi desenvolvido o conceito de sistemas flexíveis de manufatura ou células de manufatura, que nada mais é que um conjunto de maquinas CNCs interligadas por sistemas de transporte e manipulação de peças e controlados por sistemas computacionais que coordenam quais recursos serão associados a determinadas peças a serem produzidas (REYES et al., 2002). 
	Esses sistemas possuem a capacidade de produzir uma variedade de peças diferentes, pois a máquina CNC pode realizar a troca automática das ferramentas usadas no processamento das peças. Outra característica é a melhora na qualidade dos produtos.
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
	Manufatura e a montagem flexível: única forma para competir eficientemente no mercado com variedade de produtos 
	Consumidores têm buscado cada vez mais variedade de produtos feitos sob medida para suas necessidades em vez de produtos produzidos em massa. 
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
	Sistemas de produção automatizados, capacitados a produzir uma grande variedade de produtos e peças, usando os mesmos equipamentos e sistemas de controle.
	Volumes médios de produção
	Customizações (grande variedade)
	Flexibilidade (mix de produtos)
Sistemas de Manufatura
	Um sistema flexível de manufatura  (FMS) é um tipo de processo industrial que permite que as máquinas  sejam utilizadas para mais de uma finalidade;
	O equipamento é muitas vezes aproveitado na fabricação de peças personalizadas que serão destinadas a várias aplicações. 
	Este tipo de sistema de manufatura flexível pode ser controlado manualmente, mas é mais provável que seja realizado por softwares de computador especializados.
Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS)
Sistemas de Manufatura
	O principal objetivo de um sistema de manufatura flexível é oferecer a velocidade necessária para alterar as condições de mercado rapidamente, mas não sacrificar a qualidade do produto acabado. 
	O equipamento que faz isso de forma mais eficaz é provavelmente concebido para duas ou mais finalidades. 
	Nas indústrias de automóveis os mesmos equipamentos utilizados para a montagem das portas de um sedan, ao receber apenas alguns ajustes simples, podem operar nas linhas de montagem de um veículo utilitário esporte ou outro tipo de automóvel.
Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS)
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS)
Sistemas de Manufatura
	várias máquinas programáveis, onde, de acordo com a demanda para fabricar um dado produto, são interligadas a uma unidade de produção com o auxílio de programas de planejamento e de controle.
	Equipamentos de manufatura e montagem, em conjunto com equipamentos de transporte e manuseio fornecem o suporte à produção integrada
 
	Tais equipamentos utilizam comando numérico.
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Sistemas de Manufatura
 Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
	Cada peça tem um número de operações pré-definidas,
das quais uma ou mais são executadas em cada estação de máquinas ou de montagem;
	A ordem em que essas peças são manufaturadas é dada por uma lista (schedulling). A programação define, por um período de tempo, qual operação obrigatoriamente será executada, em qual peça e máquina.
Sistemas de Manufatura
	O Controle Numérico Computadorizado (CNC) é um sistema de controle onde a principal variável a ser controlada é a posição da ferramenta em relação a peça a ser usinada. 
	Todas as informações pertinentes à produção da peça são inseridas em um programa que, ao ser executado, permite que a máquina realize seu trabalho de forma totalmente automática
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemas de Manufatura
	O Controle Numérico Computadorizado (CNC) é um sistema de controle onde a principal variável a ser controlada é a posição da ferramenta em relação a peça a ser usinada. 
	Todas as informações pertinentes à produção da peça são inseridas em um programa que, ao ser executado, permite que a máquina realize seu trabalho de forma totalmente automática
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemas de Manufatura
	Essas máquinas são muito flexíveis, pois ao término de um processo de usinagem, pode-se alterar o programa e produzir outra peça diferente da primeira. Com isso, os equipamentos CNC tornam-se muito úteis nas linhas de produção. 
	Objetivo da utilização de CNC 
	 Redução do custo da produção. 
	 Redução no tempo de programação, 
	 Redução do tempo de usinagem
	 Redução do custo de fixação e armazenagem das ferramentas 
	Aumento no tempo de vida da ferramenta 
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemas de Manufatura
Um sistema CNC pode ser decomposto em três partes principais, 
Programa – comandos que detalham passo a passo as ações que devem ser executadas pelo equipamento, como por exemplo, o posicionamento da ferramenta de corte, velocidade de rotação, avanço, profundidade de corte, seleção da ferramenta. O que fazer? (peça), Onde? (dados geométricos da peça), Quando? (sequência de operação), Com quê? (ferramenta) e Como? (dados tecnológicos); 
 Unidade de controle – é o sistema micro processado, responsável por receber os programas, interpretá-los e enviar os comandos para os acionamentos mecânicos. Ou seja, executa as instruções do programa e as converte em ações mecânicas; 
 Sistema mecânico – responsável por efetivamente transformar a matéria prima em produto acabado ou semiacabado. São os elementos de comando, acionamentos e medição. 
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemasde Manufatura
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Comandos que detalham passo a passo as ações que devem ser executadas
Responsável por receber os programas, interpretá-los e enviar os comandos para os acionamentos mecânicos.
Responsável por efetivamente transformar a matéria prima em produto acabado ou semiacabado
Groover, 2008
Sistemas de Manufatura
	Componentes importantes de uma máquina NC:
	controle por computador, 
	acionamentos,
	sistemas de medição. 
	Ferramentas, posições, trajetórias, velocidade de corte, avanço, profundidade de corte, forças e momentos são ajustados automaticamente usando-se o controle por computador. 
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemas de Manufatura
	Máquina NC  elemento básico necessário para a produção flexível. 
	“NC”  máquina controlada por números obtidos a partir da descrição da peça que permite uma adaptação flexível a peças diferentes, particularmente na produção em pequenos e médios lotes. 
	Instruções geométricas e tecnológicas para a manufatura de uma peça codificadas em termos de números e armazenados na memória do computador.
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemas de Manufatura
	“Programação NC”  geração de dados para a usinagem automática de uma peça  produz uma série de registros NC para uma peça  cada registro contém dados dimensionais para gerar uma peça e informações para a operação da máquina.
	Informações de manufatura são alimentadas ao sistema NC  dividem-se em dados geométricos para a ferramenta ou peça (G, X, Y, ...) e dados tecnológicos para o controle da máquina (F, S, T, M).
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemas de Manufatura
	Geometria  gerada usando-se 3 tipos de controle: ponto-a-ponto, linha reta e trajetória contínua
	Instruções para o posicionamento individual dos eixos  geradas por um interpolador e enviados através de um amplificador para um atuador.
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemas de Manufatura
	Equipamentos para a manufatura flexível utilizados para a usinagem automática de peças diferentes. 
	Permitem uma adaptação rápida a novas tarefas de usinagem. 
	Razões para a manufatura flexível:
	Redução do tamanho de lote ;
	Redução dos tempos de produção ;
	Redução do estoque;
	Aumento da disponibilidade e utilização dos equipamentos.
Controle Numérico Computadorizado (CNC)
Sistemas de Manufatura
CENTROS DE USINAGEM
	Centro de usinagem CNC  capaz de efetuar várias operações de usinagem e de executar mudanças de ferramentas ou de outro dispositivo de armazenamento, de acordo com um programa. 
	Método de manufatura  por lote  mudanças no lote normalmente implicam numa mudança manual das ferramentas.
Sistemas de Manufatura
CENTROS DE USINAGEM
Centros de usinagem, os elementos básicos de uma célula flexível de manufatura
Sistemas de Manufatura
CENTROS DE USINAGEM
	Centros de torneamento  equipados com um ou mais castelos para o armazenamento de ferramentas.
	Castelos  menos comuns em centros de fresamento, onde normalmente as ferramentas são trocadas de um magazine na árvore principal. 
Sistemas de Manufatura
CENTROS DE USINAGEM
	Centro de usinagem para peças prismáticas  em muitos casos, além do magazine de ferramentas, também possui a facilidade de mudança automática de pallet
	Peças são fixadas a um pallet, no qual elas podem ser transportadas ao longo do sistema de manufatura. 
	O pallet  usado quase como uma mesa de máquina em cada centro de usinagem.
	Durante a usinagem da peça  próxima peça é fixada a um novo pallet e preparada para a usinagem  tempos mortos são reduzidos ou eliminados, pois a fixação e a usinagem são executadas em paralelo. 
Sistemas de Manufatura
CENTROS DE USINAGEM
Centro de usinagem com um magazine para 103 ferramentas, trocador de pallets e esteira para cavacos
Cavaco é o termo utilizado para designar os pedaços de material removidos da peça durante o processo de Usinagem
Sistemas de Manufatura
TOOL MAGAZINE : Magazine multiferramenta para troca automática de ferramenta
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Máquinas CNC
Sistemas de Manufatura
	Adotada para produções de baixo/médio volume e alta variedade de produtos.
 Algumas características podem ser citadas: 
	Produções com pequenos e médios tamanhos de lote, de uma unidade a centenas de unidades, e também para produções com grande variedade de produtos, já que o setup é efetuado de forma mais rápida;
	 Repetibilidade e qualidade: o programa de usinagem da peça permite que o processo seja repetido inúmeras vezes com a mesma precisão. Assim, mesmo a produção de grandes lotes e/ou pouca (ou nenhuma) variedade de produtos num equipamento CNC pode ser interessante, quando se considera a qualidade obtida; 
Tecnologia CNC
Sistemas de Manufatura
	Geometrias complexas: torna-se viável a execução de superfícies complexas que seriam de difícil realização em máquinas-ferramenta convencionais; 
	Diferentes operações de usinagem na mesma peça: uma peça pode necessitar de vários processos de usinagem diferentes, exigindo dessa forma diferentes ferramentas de corte. No processo manual, o tempo de setup seria muito mais longo para realizar os mesmos ajustes que em uma máquina CNC.
Tecnologia CNC
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
	Uma célula flexível de manufatura (FMC) é um sistema de produção utilizado em empresas que produzem vários produtos diferentes, mas que compartilham os mesmos equipamentos, dispostos numa sequência definida. 
	O desafio do FMC é atingir o melhor aproveitamento dos equipamentos disponíveis. 
	FMCs  facilitam a manufatura de pequenos lotes com poucos operadores  com o manuseio e armazenamento automático de ferramentas e peças, é possível o seu uso em turnos extras, sem operadores.
	Mudanças nos lotes  nem sempre necessitam de uma mudança de ferramentas, sendo que uma mudança simples do programa NC pode ser tudo o que é necessário.
CÉLULAS FLEXÍVEIS DE MANUFATURA (“FMCs”)
Sistemas de Manufatura
CÉLULAS FLEXÍVEIS DE MANUFATURA (“FMCs”)
Groover, 2011
Sistemas de Manufatura
CÉLULAS FLEXÍVEIS DE MANUFATURA (“FMCs”)
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Groover, 2011
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Sistemas de Manufatura
Groover, 2011
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
	Sistemas de alta produção e flexibilidade, existentes entre linhas de transferência e máquinas CNC;
	Combinam os benefícios da alta produção da linha de transferência flexível com a flexibilidade da máquina CNC;
Sistemas de Manufatura
Aspectos de Flexibilidade relacionados aos componentes do FMS:
• Flexibilidade de Máquina: Facilidade com que a mesma pode variar de uma operação a outra;
• Flexibilidade de Materiais: Habilidade no transporte de peças e na localização das mesmas;
	Flexibilidade de Operação: Possibilidade de haver diversas formas de processar diversos materiais, com distintas sequências de operações (planos de processo).
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
• Capacidade de processar diferentes componentes, com pouca ou nenhuma intervenção humana para adaptação das máquinas, ou interrupção do processo de fabricação para reconfiguração do conjunto de equipamentos;
• Capacidade de processar simultaneamente peças diferentes;
	Capacidade de processar uma determinada variedade de peças, utilizando o mesmo equipamento e o mesmo sistema de controle;
Sistemas de Manufatura
Características do FMS:
	Alto grau de flexibilidade na escolha de uma ou mais estações para cada operação e na conservação da continuidade da produção, mesmo quando uma estação de trabalho está fora de serviço, devido a falha ou manutenção;
	Alto grau de automação devido à utilização de máquinas e equipamentos com capacidade de operação autônoma e interfaces inteligentes para acesso demateriais e troca de informações;
	Fluxo intensivo de informações a serem tratadas pelo sistema de controle;
	Capacidade de adaptação à alterações no projeto dos produtos e processos.
Sistemas de Manufatura
Sistemas Flexíveis de Manufatura – FMS
Componentes:
	Estações de Processamento interconectadas através de um Sistema de Manipulação de Materiais (Movimentação e Armazenamento) e controlados por um Sistema Computacional
 Integrado .
	São Flexíveis por serem capazes de processar uma variedade de diferentes peças, simultaneamente, nas várias unidades de
 trabalho.
Sistemas de Manufatura
FMS – Componentes
Estações de Processamento:
• Centros Automatizados CNC, que realizam operações de
usinagem em famílias de peças;
• Estações de Montagem Automatizada;
• Estações de Inspeção;
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistema Automatizado de Manipulação de Materiais
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistema Automatizado de Manipulação de Materiais
Movimentar Matéria Prima, material em Processo, produtos acabados, Ferramentas e Suprimentos, de uma posição para outra, a fim de facilitar ou realizar operações do processo de produção
Requisitos:
	Segurança, Eficiência, Precisão.
Sistemas de Manufatura
Sistema de Transporte de Materiais
É o cerne do Sistema Automatizado de Manipulação de Materiais. Possibilita a automação da transferência de materiais de uma localidade para outra sobre relativamente pequenas distâncias dentro de um instalação
Sistemas de Manufatura
Sistema de Transporte de Materiais
É o cerne do Sistema Automatizado de Manipulação de Materiais. Possibilita a automação da transferência de materiais de uma localidade para outra sobre relativamente pequenas distâncias dentro de um instalação
Sistemas de Manufatura
Sistema de Transporte de Materiais
Realiza diversas operações incluindo operações de carga e descarga de materiais de e para diferentes sistemas de processamento, tais como máquinas CNC de células flexíveis de manufatura ou centros de distribuição.
Sistemas de Manufatura
Sistema de Transporte de Materiais
Utilização: Aplicações onde o elemento a ser transportado. Possui rota fixa
	Transportadores de Roletes;
	Transportadores por Correias.
Sistemas de Manufatura
Transportadores de Roletes
Transportadores por Correias
Transportadores
Sistemas de Manufatura
Veículos Comandados
• Veículos Automotores
	Veículos com motor elétrico de bordo, os quais trafegam em trilhos dispostos ao longo da rota
 • Veículos de Transferência
	Utilizados em substituição aos transportadores. Podem transportar pequenas cargas ou mesmo pallets.
• Veículos Guiados Automaticamente (AGV´s- Automatic Guided Vehicles)
	São veículos sem operador, acionados por baterias, operados por um computador de bordo através de um sistema de comunicação de dados
Sistemas de Manufatura
Veículos Automotores
Veículos de Transferência
Veículos Guiados Automaticamente (AGV´s)
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
AGV´s Pallets
Sistemas de Manufatura
Normalmente, o sistema de controle deste tipo de veículo é mais simples, uma vez que sua trajetória já se encontra predefinida pelo próprio trilho. Os RGVs são muito utilizados para carga e descarga de pallets em armazéns verticais
Sistemas de Manufatura
Sistema de Armazenamento de Materiais
Carrosséis Horizontais e Verticais
Carrosséis Horizontais 
Carrosséis Verticais
sistema de Picking intensivo com armazenamento horizontal. As estantes (módulos de armazenamento) deslocam-se num movimento horizontal tipo carrossel. 
As estantes deslocam-se num movimento vertical tipo carrossel
Sistemas de Manufatura
Automated Storage and Retrieval System (AS/RS): Sistema de reaquisição e armazenamento automatizado, consiste num conjunto de equipamentos computorizados para depositar e recuperar automaticamente cargas com localizações definida
Sistema de Armazenamento de Materiais
Sistemas de Manufatura
Robô de Palletização
Robô de palletização automática trabalhando caixa a caixa ou por filas / uma ou várias linhas simultaneamente
Sistema de Distribuição Automática
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
	Um sistema FMS necessita de um computador central para coordenar a integração de todos os seus componentes. 
	Essa coordenação equivale a fazer comunicação com os sistemas computacionais individuais de cada máquina e enviar um comando para que um determinado equipamento comece a operar, receber um comando do equipamento avisando que um determinado procedimento está concluído e também, em caso de falha de algum dispositivo aplicar procedimentos de segurança. 
	O sistema central também pode determinar quais programas NC devem ser enviados às máquinas 
Sistemas de Manufatura
	Um sistema FMS é formado por computadores, máquinas CNCs, sistemas de transporte, manipulação e armazenagem, sistema de controle e a interligação de todos esses equipamentos através de redes industriais. 
	Assim, um grande obstáculo técnico a ser superado na implantação de um FMS é a grande variedade de equipamentos e fabricantes, pois os recursos de comunicação tendem a ser muito heterogêneos. 
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Há duas formas de implantar um FMS ou FMC, sendo uma pela aquisição de soluções prontas, onde normalmente não há a transferência de tecnologia e a segunda forma, construir o sistema através da integração física e lógica das máquinas, sistema de transporte, manipulação e armazenamento. 
Nesta segunda opção, é necessária a definição das interfaces para os equipamentos, fazer a modelagem do sistema, estabelecer o padrão de integração e comunicação entre os equipamentos e desenvolver o sistema de controle, gerenciamento e interface com o usuário
Sistemas de Manufatura
O layout de um FMS depende dos tipos de peças que serão fabricadas. Em função do tamanho, forma geométrica, peso e quantidade, é definido o sistema de transporte que irá interligar as máquinas-ferramenta que pode ser feito por esteiras, veículos auto guiados e robôs industriais. O layout possui alguns formatos típicos como: 
	Robô central;
	Em linha;
	Loop
	Retangular 
	Escada 
Sistemas de Manufatura
O formato robô central permite que um robô manipulador alcance todas as máquinas-ferramenta e posições de carga/descarga das peças. 
Groover, 2011
Sistemas de Manufatura
No formato em linha, o sistema de transporte desloca-se de forma linear entre as estações, podendo movimentar-se nas duas direções. 
Groover, 2011
Sistemas de Manufatura
No formato em loop as estações de trabalho estão dispostas de forma a rodear o sistema de transporte, conforme representado na figura, permitindo que qualquer sequência de produção seja criada 
Groover, 2011
Sistemas de Manufatura
No formato retangular as estações de trabalho também estão dispostas de forma a rodear o sistema de transporte permitindo que qualquer sequência de produção seja criada 
Groover, 2011
Sistemas de Manufatura
Na configuração em escada qualquer sequência de produção é conseguida com facilidade, pois as máquinas localizam-se na parte interna no sistema de transporte
Groover, 2011
Sistemas de Manufatura
Com equipamento tradicional, a fabricação de dois produtos diferentes não só pode exigir peças diferentes de equipamento, mas também duas linhas diferentes e, talvez, duas instalações diferentes. Portanto, um sistema de produção flexível pode reduzir a sobrecarga, apesar de custos iniciais mais altos.
As máquinas não só podem ser utilizadas para produzir ou montar peças diferentes para diferentes modelos, mas também para fazer personalizações. Estas customizações, sem um sistema flexível, levariam muito mais tempo e seriam muito mais caras para o cliente.
Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS)
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
Sistemas de Manufatura
FMS - Benefícios
	Possibilidade de operação 24 x 7 
	Mudança automática de ferramentas
	Mudança automáticade palletes em estações
	Maximiza a utilização das estações
	Oferece programação dinâmica de produção 
	Necessidade de menos máquinas
	Redução do espaço de chão de fábrica
	Maior Produtividade