Quim Salvi.

1. Quim Salvi. • Temari • Tema 1. Introducció. • Automatització. • Model CIM • L’empresa automatitzada. • Topologies de fabricació. • Planificació de tasques. • Tema 2. Actuadors. • Hidràulica, Pneumàtica i Elèctrica. • Actuadors Hidràulics i Pneumàtics. • Actuadors Elèctrics. • Transmissió de moviment • Tema 3. Transductors. • Adquisició de mesures i especificacions. • Mesura de desplaçament • Detecció de presència i proximitat. • Mesura de velocitat i acceleració. • Mesura de forces. • Mesura de distàncies llarges, forma i volum. • Tema 4. Aplicacions al Control de Qualitat. 1 Universitat de Girona.

2. Quim Salvi. 2 Universitat de Girona. • Bibliografia • Martin Clifford. Electric / Electronic Motor Data Handbook. Ed. Prentice-Hall, 1990. • G. Ferrate. Robotica Industrial. Ed. Marcombo, 1986. • K.S. Fu, R.C. Gonzalez, C.S.G. Lee. Robotica : Control, Detección, Visión e Inteligencia. Ed. McGraw-Hill, 1987. • Mikell P. Groover. Automation, Production Systems, and Computer Integrated Manufacturing. Ed. Prentice. Hall, 1987. • Mikell P. Groover, Mitchell Weiss, Roger N. Nagel, Nicholas G. Odrey. Robotica Industrial, Tecnologia, Programación y Aplicaciones. Ed. Mc.Graw-Hill, 1989. • J. Michel Jacob. Industrial Control Electronics, Applications and Design. Ed. Prentice-Hall, 1988 . • R.A. Jarvis. A Perspective on Range Finding Techniques for Computer Vision. IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence 5(2), 1983, pp 122-139. • Ray Jarvis. Range Sensing for Computer Vision. A.K. Jain and P.J. Flynn, Three-Dimensional Object Recognition Systems. Ed. Elsevier Science Publishers, 1993, pp 17-56. • Richard D. Klafter, Thomas A. Chmielewski, Michael Negin. Robotic Engineering, An Integrated Approach. Ed. Prentice-Hall, 1989. • Gordon M. Mair. Industrial Robotics. Ed. Prentice-Hall, 1988. • Adolf Senner. Principios de Electrotecnia. Ed. Reverte, 1980. • Wesley E. Snyder. Industrial Robots, Computer Interfacing and Control. Ed. Prentice-Hall, 1985.

3. Quim Salvi. 3 Universitat de Girona. • Tema 1. Introducció. • Automatització. • Model CIM • L’empresa automatitzada. • Topologies de fabricació. • Planificació de Tasques.

4. Quim Salvi. 4 Universitat de Girona. • Automatitzacio: • Tècnica basada en l’integració de la mecànica, l’electrònica i l’informàtica en els processos de fabricació. • Processament automàtic de peces mitjançant màquines eina. • Assemblatge automàtic de peces. • Utilització de robots industrials. • Transport i enmagatzamament automàtic de materials. • Sistemes automatics d’inspecció i control de qualitat. • Control de processos mitjançant automats i ordinadors industrials • Aplicació dels ordinadors en el disseny de peces, planificació de la producció i presa de decisions en el procés de fabricació.

5. Quim Salvi. 01 63 90 98 05 69 89 04 45 00 47 45 85 00 26 30 31 48 51 92 90 44 48 49 51 5 Universitat de Girona. • Breu història: • L’inici de l’automatizació es fixa al voltant del 1770 amb la revolució industrial i els primers invents de màquines de vapor i elèctriques. • El boom es produeix en la decada dels 60 amb l’abaratiment de l’electrònica 1600 1700 1800 1900 Vapor G. Della Porta 1era. màquina de vapor E. Sommerset 2era. màquina de vapor Apl. idea Papin. 2 ona. Maq. Vap. bombament mines. } Noves idees d’estavi energia R. Trevithick. Vapor alta pressió. Impulsió de carruatges. A. Woolf. Doble expansio del vapor en cilindre. Gran augment rendiment. Desenvolupament màquina de Woolf. Aplicació generalitzada en l’indústria i el transport. D. Papin: Proposició obtenció treball per vapor en un cilindre. T. Savery. 1 era. Maq. Vap. bombament aigua per suministrament dels pobles. Sense aplicacions pràctiques Electricitat Electrònica W. Gibert 1era. utilització mot electricitat Otto Von Guericke 1era. màquina electrostàtica Invent condensador: magatzem d’electricitat Teoria Franklin concepte positiu / negatiu Llei de Coulomb: forces electrost. A. Volta Descobr. Pila. Corrent Continuo S. Ohm Estudi Resisti- vitat M. Faraday. Inducció magnetica, generació de corrent. W. Shockley. Transistor de junció o dopat. A. Ampère Equivalència electricitat i magnetisme = electromagnet. J. Bardeem & W. Brattain. Transistor de puntes de germani amb electrodes. Informàtica Primer ordinador fabricat en serie. C. Babbage. 1 era. automatizació teòrica. Massa ambiciós per possar-ho en pràctica Cens USA + 0.2 s. * 4 s. / 10 s. Mark I ENIAC 1s. = 5000 + Von Neumann: codi en mem principal. EDSAC

6. Quim Salvi. 6 Universitat de Girona. • Tipus Automatizació: • Automatizació fixa: La seqüència de processament be fixada per la configuració de l’equip. Cambiar la configuració implica cambiar l’equip. • Alt cost d’inversió. • Gran volum de fabricació. • Inflexible a canvis en el procés de fabricació. • L’elevat cost d’inversió queda amortitzat pel gran volum de fabricació. • Òptim per a produir productes de molta demanda. • Inici anys 1913 - 1924. • Automatització programada: El disseny de l’equip permet diferents canvis de configuració. Canviar la configuració implica cambiar el programa que el controla. • Alt cost d’inversió en la compra d’equips genèrics. • Menor volum de fabricació que l’automatització fixa. • Flexible a canvis en el procés de fabricació. • Elevat temps de latència en el canvi de configuració: Canvis manuals d’eines, etc. • Interessant en processos Batch. • Inici anys 1952 - 1961.

7. Quim Salvi. 7 Universitat de Girona. • Tipus Automatizació: • Automatització flexible: El disseny de l’equip li permet produir una varietat determinada de productes sense una perdua significativa de temps en els canvis de configuració. Aquest fet permet canvis dinàmics en els processos de fabricació sense necessitat d’aturar la planta. • Alt cost d’inversió en la compra d’equips específics. • Producció continua d’una varietat de productes determinada. • Volum mitjà de producció. • Flexible a canvis en el disseny de productes a fabricar. • Indicat per empreses amb volums variables de producció i que produeixin articles de característiques semblants. • Inici 1960 però consolidat a partir de 1970.

8. Quim Salvi. Number of different parts Programable automation High Product Variety Flexible Automation Medium Fixed Automation Manual Methods Low Low Medium High Parts per year Production Volume 8 Universitat de Girona. Comparació: Els tres tipus d’automatització comparats com un funció del volum de producció i la varietat de productes produits.

9. Quim Salvi. 9 Universitat de Girona. • Raons per Automatitzar: • Increment de producció. • Elevat cost dels salaris. • Reducció de les jornades i edad laboral. • Emigració dels treballs cap a sector serveis fugint de les cadenes de producció. • Seguretat. • Elevat cost de materies primes. • Millora de la qualitat del producte. • Reducció del temps de fabricació. • Reducció d’espai per magatzems de materia prima i producte acabat. • Imatge i publicitat.

10. Quim Salvi. 10 Universitat de Girona. • Arguments a favor d’automatitzar: • Reducció de la jornada laboral. Augment de les hores de lleure i la qualitat de vida. El 1950 la jornada era de 70 h./set.; el 1990 es de 40 h./set. i ja es parla de baixar-la a 35 h./set. • Major seguretat pels treballadors al no petir un contacte físic amb el procés de fabricació. • Disminució del preu dels productes i augment de la seva qualitat. Un producte fabricat manualment costa unes 100 vegades el seu preu de fabricació de forma automàtica. • Creació de nous llocs de treballs, però mes especialitzats. Especialment en Informàtica i Robòtica. • Augment del poder adquisitiu dels treballadors al reduir-se els costos per l’empresari. En aquest aspecte s’ha d’incrementar de forma sustinguda la producció per a no encarir el producte final i evitar aixi un puja d’inflació que faria perdre poder adquisitiu als treballadors.

11. Quim Salvi. 11 Universitat de Girona. • Arguments en contra d’automatitzar: • Automatizar pot portar a fer dependre el treballador d’una màquina. • Només les feines rutinaries i sencilles són les mes eficients a automatitzar. Automatitzar feines que necessitin de coneixement i presa de decisions esdevenen molt ineficients. • Reducció del nombre de treballadors creant desocupació. • Incorporació al mon laboral mes tard degut a la necessitat d’especialitzar-se. • Reducció del poder adquisitiu. Aquesta conclusio es deguda als dos arguments anteriors. La reducció de poder adquisitiu i l’augment de la producció produeix una saturació del mercat, augmentant-se els stocks i parant-se la producció. El resultat es una forta crisis econòmica.

12. Quim Salvi. 12 Universitat de Girona. • CIM - Computer Integrated Manufacturing. • El terme apareix per denotar la contínua presència dels ordinadors en totes les etapes per les que passa un producte des de que es dissenya fins que arriba al mercat. • Model de processament d’una empresa: Product Design Manufacturing Planning Business Functions Factory physical activities Raw materials Finished Products Manufacturing Control

13. Quim Salvi. 13 Universitat de Girona. Relació entre el model CIM i el model de processament. El modus CAD - Computer Aided Design Recognition of need CAD Problem Definition Product Design Geometry Modelling Synthesis CIM Customers Factory Physical Activities Business Functions Manufact. Planning Engineering Analysis Analysis and Optimization Manufact. Control Design reviw and Evaluation Evaluation CAM Automated Drafting Presentation Product Design CAD

14. Quim Salvi. 14 Universitat de Girona. Relació entre el model CIM i el model de processament. El modus CAM Planning - Computer Aided Manufacturing CAD Cost Estimating Product Design Process Planning CAPP CIM Master Schedule Customers Factory Physical Activities Business Functions Manufact. Planning NC part programming Requeriment Planning Manufact. Control Computerized work sheeds CAM Capacity Planning MRP Capacity Planning Manufacturing Planning CAM

15. Quim Salvi. 15 Universitat de Girona. Relació entre el model CIM i el model de processament. El modus CAM Control - Computer Aided Manufacturing CAD Product Design Shop floor Control Process Control CIM Inventory Control Process Monitoring Customers Factory Physical Activities Business Functions Manufact. Planning Quality Control Computer Aided Inspection Manufact. Control CAM Manufacturing Control CAM

16. Quim Salvi. 16 Universitat de Girona. Relació entre el model CIM i el model de processament. El modus CIM Business CAD Marketing Product Design Order Entry CIM Customers Factory Physical Activities Business Functions Manufact. Planning Computerized Business Systems Accounting Manufact. Control Payroll CAM Customer billing Business functions CIM

17. Quim Salvi. 17 Universitat de Girona. • Elements en una empresa automatitzada: • Màquines eina o màquines de control numèric. • Robots. • Sistemes de transport de material. • Alimentadors de peces. • Magatzems automàtics de material. • Autòmats i Ordinadors industrials.

18. Quim Salvi. 18 Universitat de Girona. • Màquines eina o màquines de control numèric: • Definició de CN - Control Numèric: Control numèric és una forma automàtica de programar mitjançant la qual l’èquip es controlat amb l’utilització de números, lletres o qualsevol altre tipus de símbols. Quan el treball a realitzar cambia, només cal cambiar el programa d’instruccions per que l’èquip realitzi la nova tasca. • L’aplicació més coneguda del control numèric és l’utilitzat per controlar màquines eina. Aquesta fou la primera aplicació del CN i ha esdevingut la més popular. Programa de control Unitat de control Maquina eina

19. Quim Salvi. Work Work Work Work 19 Universitat de Girona. Aplicacions de les màquines eina: Mecanització: a) Turning o Tornejat b) Milling o Rebaixat e) Grinding o Pulit c) Drilling o Fresat d) Cutting o Tallat Work • Altres aplicacions: • Pintat • Insertat de components • Plotting o Dibuixat. • Palpadors o mesura volumètrica. • Tallat per flama, arc o laser. Major precisió.

20. Quim Salvi. 20 Universitat de Girona. Exemples de màquines eina: Màquina eina del tipus fresadora amb 5 graus de llibertat. L’eina s’allotja en la caixa vertical central de l’imatge, a la dreta es pot veure un producte de sortida ja mecanitzat.

21. Quim Salvi. 21 Universitat de Girona. Exemples de màquines eina: Màquina eina del tipus talladora mitjançant feix laser.

22. Quim Salvi. 22 Universitat de Girona. • Robots: • Els robots són utilitzats en un ampli ventall d’aplicacions en l’indústria, fins al punt que comença a ser molt natural de veure robots que realitzen funcions de màquines eina. Es doncs molt normal que la seva classificació segons aplicacions sigui tan genèrica: • Aplicacions: • Transport de material. • Operacions de processat. • Assemblatge i inspecció. • El robot ha de substituir l’humà en els següents entorns: • En entorns perillosos per la salut humana, ja sigui per contaminació atmosfèrica com per alts riscos d’accident. • Treball repetitiu. • Manipulació de materials pesats. • Velocitat de treball. • Totes les peces a manipular arriben en la mateixa posició i orientació.

23. Quim Salvi. Production machine Conveyors Robot Production machines Conveyor Work Robot Tracks Robots Mobile Base 23 Universitat de Girona. Topologies de Robots: a) Cel·la de robot centrat b) Cel·la de robots en línea b) Cel·la de robot mòvil

24. Quim Salvi. 24 Universitat de Girona. Exemples de Robots: Robot en topologia de cel·la de robot centrat dedicat a la carrega i descarrega de màquines eina.

25. Quim Salvi. 25 Universitat de Girona. Exemples de Robots: Robots en topologia de cel·la de robots en línea dedicats a la soldadura de components en una planta de fabricació d’automòbils.

26. Quim Salvi. 26 Universitat de Girona. Exemples de Robots: Robots en topologia de cel·la de robots en línea dedicats al tall de material mitjançant injecció d’aigua d’alta pressió.

27. Quim Salvi. 27 Universitat de Girona. • Transport i Manipulació de Material: • El propòsit de la manipulació de material en una empresa és el de moure materies primes, productes en procés de fabricació i productes acabats des d’un lloc a un altre per a facilitar la producció. • Tenir en compte: • Seguretat en el transport. • Eficiència (que el coll d’ampolla no es produeixi en el transport). • Precís (el material adequat, amb la quantitat adequada al lloc adequat). • Tipus de manipuladors: • Plataformes manuals. • Plataformes motoritzades conduides per humans. • Grues, montecàrregues i monorails. Normalment governats per humans. • Cintes transportadores. Automatitzades. Poden ser de tipus: tobogan, rampa o planes i accionades per rodets, cintes, cadenes, carretes penjades, carretes amb rodes impulsades per cadenes o carretes sobre rails impulsades per bisensfins. • Vehicles guiats automàticament. Elèctrics. Disenyats per seguir determinats camins prefixats. Inclou: Trens, porta-palets i porta-càrregues. • Altres tipus de manipuladors com: Robots, ascensors, contanidors, etc.

28. Quim Salvi. 28 Universitat de Girona. • Transport i Manipulació de Material: • Característiques del material a transportar: • Categoria Descriptors • Forma física Sòlid, líquid o gassos. • Tamany Llargada, amplada i alçada. • Pes Pes per peça i per unitat de volum. • Forma Llarg, pla, rodó o quadrat. • Perill Fràgil, resistent, deformable,... • Seguretat Explosiu, tòxic o corrosiu. • Condició Calent, húmit, sec o enganyós.

29. Quim Salvi. 29 Universitat de Girona. Exemples de cintes transportadores: Cinta transportadora accionada per rodets.

30. Quim Salvi. 30 Universitat de Girona. Exemples de cintes transportadores: Cinta transportadora formada per carretes penjades al sostre.

31. Quim Salvi. 31 Universitat de Girona. Exemples de cintes transportadores: Cinta transportadora formada per carretes de rodes accionades per cadenes fixades en el terra. Les carretes segueixen el camí determinat per les cadenes

32. Quim Salvi. 32 Universitat de Girona. Exemples de vehicles guiats automaticament: Vehicle autònom del tipus porta-càrregues dedicat al transport de contenidors.

33. Quim Salvi. 33 Universitat de Girona. Exemples de vehicles guiats automaticament: Vehicles autònoms del tipus porta-palets.

34. Quim Salvi. 34 Universitat de Girona. Exemples de vehicles guiats automaticament: Vehicle autònom del tipus porta-càrregues, en aquest cas la càrrega va allotjada sobre el vehicle enlloc de ser arrosegueda.

35. Quim Salvi. 35 Universitat de Girona. • Feeders o Alimentadors de peces: • És un cas particular de manipulador de material. Els feeders es basen en asegurar que el material suministrat als robots o màquines eina arribin en la correcte cadència (temporització), orientació i posició. • Exemples de feeders d’orientació i posició: Els fan passar en fila única i els reorienten

36. Quim Salvi. 36 Universitat de Girona. • Exemples de feeders d’orientació i posició:

37. Quim Salvi. 37 Universitat de Girona. • Exemples de feeders d’orientació i posició: • Existeixen també alimentadors en forma d’ambut. El material cau dins de l’ambut. Aquest ambut vibra de manera que només el material que es situa en l’orientació desitjada pot sortir del mateix. • Exemples de feeders reguladors de cadència:

38. Quim Salvi. 38 Universitat de Girona. • Exemples de feeders reguladors de cadència:

39. Quim Salvi. 39 Universitat de Girona. • Exemples de feeders reguladors de cadència:

40. Quim Salvi. 40 Universitat de Girona. • Magatzems Automàtics: • Un magatzem automàtic és una combinació d’equips i controls que manipula, guarda i suministra materials amb precisió, eficiència i velocitat amb un determinat grau d’automatització. • Tipus de materials a enmagatzemar: • Materia prima. • Material produit llest per vendre. • Peces parcialment acabades. • Producte rebutjat per no complir les especificacions. • Eines, recanvis, ... • Desperdicis. Material sobrat. • Documents d’oficina, registres de productes, ...

41. Quim Salvi. 41 Universitat de Girona. • Magatzems Automàtics: • Components d’un magatzem automàtic: • Estructura d’enmagatzamament. • Màquina dedicada a col·locar i retirar el material a guardar. • Mòduls d’enmagatzamament unitaris. • Estacions de Pick-up, d’entrada/sortida, de material. • Passadissos de transferència de material. • Detectors de mòduls plens. • Detectors de pes de càrrega en els mòduls. • Detectors d’identificació de material. Un magatzem pot allotjar material de diferent tipus.

42. Quim Salvi. 42 Universitat de Girona. Exemples de Magatzems Automàtics: Estructura d’enmagatzamament i màquina dedicada a col·locar i retirar el producte dels mòduls unitaris.

43. Quim Salvi. 43 Universitat de Girona. Exemples de Magatzems Automàtics: Màquina dedicada a col·locar i retirar el producte circulant per un dels passadissos de l’estructura d’enmagatzamament.

44. Quim Salvi. 44 Universitat de Girona. Exemples de Magatzems Automàtics: Màquina de Pick-up formada per una cinta transportadora i un ascensor automàtic.

45. Quim Salvi. 45 Universitat de Girona. • Autòmats i Ordinadors Industrials: • Equips dedicats al processament d’informació i presa de decisions normalment utilitzats per a controlar i monotoritzar sistemes. • Funcions: • Control de les estacions de treball. • Reprogramació (download de Sw.) dinàmica de les màquines. • Control de la producció. Política de prioritat de cues per a servir tots els productes en el periòde de temps dessitjat. • Control de tràfic. Control de funcions de routing de material. Governat per la variació de velocitats de les cintes, activació de comportes, etc..., sobretot en els moments de reprogramació de màquines eina. • Monotorització del sistemes de manipulació de material. • Control d’eines. Detectar quan s’han de canviar les eines de les màquines de CN i realitzar la previsió de recanvis pertinents.

46. Quim Salvi. 46 Universitat de Girona. • Parts d’un autòmata: • Entrades i sortides digitals. • Entrades i sortides analògiques. • Rellotges de temps real i temporitzadors. • Conversors A/D i D/A. • Contadors i registres. • Mòdul de comunicacions.

47. Quim Salvi. Work In Work Out LOAD UNLD MAN. PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT LOAD UNLD MAN. PROC AUT PROC AUT PROC AUT PROC AUT 47 Universitat de Girona. • Topologies de Fabricació: • En linea. • Fluxe en una sola direcció. Fluxe en les dues direccions. • Útil en processos de fabricació on les parts progressen d’una estació a una altra en una seqüència ben definida. Depenen de la flexibilitat del sistema d’enmagatzamament es pot modificar el sistema permeten una tornada enrera de les peces ja fabricades. • En bucle. Les peces flueixen en una sola direcció amb la capacitat d’aturar-se en una determinada estació. Igual que en el cas anterior existeix un sistema de transport bidireccional per cada estació, utilitzat per agafar i deixar materials del bucle.

48. Quim Salvi. LOAD UNLD MAN. PROC AUT. PROC AUT. PROC AUT. PROC AUT PROC AUT PROC AUT Conveyors Robot 48 Universitat de Girona. • Topologies de Fabricació: • En escala. • Es una adapatació de la topologia de bucle, amb l’avantatge de que es redueix el temps de transport del material. • Amb robot central.

49. Quim Salvi. 49 Universitat de Girona. • Topologies de Fabricació: • Open-field: Configuració ampliada del bucle (loop). Consisteix en l’utilització de múltiples bucles, línees i escales, organitzades de forma convenient.

50. Quim Salvi. 50 Universitat de Girona. • Topologies de Fabricació: • Exemple d’Open-field: