Linhas de produção automatizadas

Linhas de produção automatizadas

1. Aplicações

   • Projeto de produto estável
     • porque mudanças frequentes no projeto são de difícil acomodação em uma linha de produção automatizada.
   • Longa vida do produto
     • pelo menos vários anos na maioria dos casos.
   • Múltiplas operações
     • no produto durante sua manufatura.
   • Alta demanda
     • exigindo altas quantidades de produção.

2. Benefícios

   • Baixa quantidade de mão de obra direta.
   • Baixo custo do produto
     • porque o custo do equipamento rígido é distribuído ao longo de muitas unidades.
   • Alta taxa de produção.
   • Minimização dos itens
     • em processamento e do tempo de passagem (do inglês, Lead time, o tempo entre o começo da produção e o término de um produto acabado).
   • Uso mínimo do espaço de chão de fábrica.

3. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DAS LINHAS DE PRODUÇÃO AUTOMATIZADAS

   • dispositivo de fixação em palete
     • Mover peças
     • Fixar peças
   • linha de transferência livre
     • Evitar custos
   • Configurações de sistemas
     • fluxo de trabalho
       • em linha
         • consiste de uma sequência de estações em um arranjo de linha reta
       • segmentado em linha
         • A configuração segmentada em linha consiste de duas ou mais seções de transferência de linha reta, nas quais os segmentos são normalmente perpendiculares um ao outro.
         • espaço de chão de fábrica disponível pode limitar o comprimento da linha
         • em uma configuração em linha segmentada, uma peça pode ser reorientada para apresentar diferentes superfícies para usinagem
         • o layout retangular proporciona um retorno rápido dos dispositivos de fixação de peças para a frente da linha para reutilização.
       • rotativos
         • as peças são fixadas a dispositivos em torno da periferia de uma mesa de trabalho circular, e a mesa é dividida (girada em angulos fixos) para posicionar as peças nas estações de trabalho para processamento.
   • Mecanismos de transferência de peças
     • sistemas de transporte linear para um sistema em linha
       • transportador de esteira
         • O transportador de esteira também pode ser adaptado para o movimento assíncrono de unidades de trabalho utilizando o atrito entre a esteira e a peça para mover peças entre as estações. O movimento para frente das peças é parado em cada estação utilizando pinos ejetados de um dispositivo ou outros mecanismos para fazer parar.
       • Transportadores de carrinhos em trilhos
         • Transportadores de carrinhos em trilhos proporcionam movimento a peças assíncronas e são projetados para posicionar seus carrinhos dentro de uma distância em torno + 0,12 milímetro (+ 0,005 polegada), o que é adequado para muitas situações de processamento.
       • balancins
         • nos quais as peças são sincronicamente erguidas das suas respectivas estações por um balancim de transferência e movidas uma posição à frente, para a próxima estação.
     • mecanismos rotativos indexados para máquinas de mesa rotativa.
       • roda de Genebra
         • utiliza um sistema motor continuamente em rotação para dividir o giro da mesa por meio de uma rotação parcial.
       • Came
         • são utilizados para proporcionar um método preciso e confiável de indexar uma mesa rotativa.
         • Apesar de ser um mecanismo propulsor relativamente caro, a vantagem é que o came pode ser projetado para proporcionar uma variedade de características de velocidade e pausa.
   • Buffers
     • Um buffer de armazenamento é um local na linha de produção onde peças podem ser coletadas e temporariamente armazenadas antes de proceder para estações de trabalho subsequentes. Buffers de armazenamento podem ser operados manualmente ou ser automatizados.
     • Manual
     • Automatizado
     • Objetivos
       • Para reduzir o impacto de quebras nas estações
         • Buffers de armazenamento entre estágios em uma linha de produção permitem que um estágio continue a operação enquanto outro estágio está parado para reparos.
       • Para fornecer um banco de peças para abastecer a linha.
         • Peças podem ser coletadas em uma unidade de armazenamento e automaticamente alimentar um sistema de manufatura. Isso permite a operação do sistema sem assistência entre reabastecimentos.
       • Proporcionar um local para colocar a produção da linha.
       • Permitir tempo de cura ou outro atraso de processo.
         • Permitir tempo de cura ou outro atraso de processo. Um tempo de cura é exigido para alguns processos como pintura ou aplicação de adesivo. O buffer de armazenamento é projetado para proporcionar tempo suficiente para que a cura ocorra antes de fornecer peças para a estação seguinte.
       • Suavizar as variações de tempo de ciclo
         • Suavizar as variações de tempo de ciclo. Apesar de geralmente não ser considerada em uma linha automatizada, é relevante em linhas de produção manual, nas quais variações de tempo de ciclo são característica inerente do desempenho humano.
   • Controle da linha de produção
     • Funções de controle
       • controle de sequência
         • coordenar a sequência de ações do sistema de transferência e das estações de trabalho associadas
       • monitoramento de segurança
         • A função de monitoramento de segurança assegura que a linha de operação não opere de maneira insegura.
       • controle de qualidade.
         • Na função de controle de qualidade, determinados atributos das peças são monitorados. A finalidade é detectar e possivelmente rejeitar itens defeituosos produzidos na linha.
     • CLP's
       • IHMs
       • Diagnósticos
         • Rotinas de diagnóstico para executar prontamente manutenção e reparos quando ocorrem problemas na linha e para reduzir a duração dos incidentes de paradas do equipamento.
       • Cronogramas de manutenção
         • Geração automática de cronogramas de manutenção preventiva indicando quando determinadas atividades devem ser realizadas. Ajuda a reduzir a frequência de incidentes de paradas do equipamento.
       • Gravação de dados
         • Gravação de dados sobre o desempenho do processo, confiabilidade do equipamento e qualidade do produto para análise posterior. Em alguns casos, registros de qualidade do produto têm de ser mantidos por razões legais.
       • Melhorar software de controle
         • Oportunidade para melhorar e incrementar o software de controle, como acrescentar funções de controle específicas não antecipadas no projeto do sistema original.

4. APLICAÇÕES DE LINHAS DE PRODUÇÃO AUTOMATIZADAS

   • Sistemas de usinagem
     • Linhas de transferência
       • transporte
         • síncrono
         • assíncrono
         • Fixado
           • paletes
       • Administração
         • monitoramento
         • Controle
       • Rotativa
         • Uma máquina de transferência rotativa consiste de uma mesa de trabalho circular horizontal, sobre a qual são fixadas as peças que serão processadas e em torno de sua periferia estão localizados cabeçotes estacionários.
         • Limites
           • Peças
             • Menores
             • Leves
           • menos estações de trabalho.
         • Variantes
           • máquina de coluna central
             • Na máquina de coluna central, cabeçotes de usinagem vertical são montados em uma coluna central além dos cabeçotes de usinagem estacionários localizados do lado externo da mesa de trabalho horizontal, aumentando o número de operações de usinagem que podem ser realizadas.
           • máquina de munhão
             • A máquina de munhão é assim chamada devido a uma mesa de trabalho verticalmente orientada, ou munhão, para a qual estão fixados prendedores de peças para fixar as peças para usinagem. Já que o munhão gira em torno de um eixo horizontal, proporciona a oportunidade de realizar operações de usinagem em lados opostos da peça.
   • Considerações para o projeto de sistemas
     • Linhas unificadas são geralmente capazes de taxas de produção mais altas e exigem menos espaço de chão de fábrica. Entretanto, o alto custo as torna adequadas somente para operações de produção muito longas em produtos que não são submetidos a mudanças frequentes de projeto.

5. ANÁLISE DE LINHAS DE TRANSFERÊNCIA

   • Considerar
     • balanceamento da linha
       • Em uma linha de produção automatizada, as tarefas consistem de passos de processamento cuja sequência e cujos tempos de execução são limitados por considerações técnicas.
       • Por exemplo, em uma linha de transferência de usinagem, determinadas operações têm de ser realizadas antes de outras. A furação tem de preceder o rosqueamento para criar um furo roscado. As superfícies de referência têm de ser usinadas antes que as operações que utilizarão aquelas superfícies de referência sejam usinadas. Essas ‘restrições de precedência’, como chamamos no Capítulo 15, impõem uma restrição significativa na ordem em que os passos de processamento podem ser dados. Uma vez que a sequência de operações tenha sido estabelecida, então o tempo de serviço em uma determinada estação depende de quanto tempo leva para realizar a operação nessa estação.
     • tecnologia de processamento
       • Muitos dos problemas encontrados na usinagem podem ser solucionados por meio da aplicação direta de bons princípios de usinagem. O mesmo acontece com outros processos. Em cada processo, uma tecnologia foi desenvolvida com muitos anos de pesquisa e prática. Ao fazer uso dessa tecnologia, cada estação de trabalho individual na linha de produção pode ser designada para operar no ou próximo de seu desempenho máximo.
     • confiabilidade do sistema.
       • A terceira área‑problema na análise e no projeto de linhas de produção automatizadas é a da confiabilidade. Em um sistema altamente complexo e integrado como uma linha de produção automatizada, a falha de um componente pode parar o sistema inteiro. Esse problema é o foco desta seção. Nossa abordagem é dividida em duas partes: (1) análise de linhas de transferência sem armazenamento interno de peças e (2) análise de linhas de transferência com buffers de armazenamento.
       • Linhas de transferência sem armazenamento interno de peças
         • Análise do tempo do ciclo.
         • Medidas de desempenho.
         • À medida que o número de estações de trabalho em uma linha de produção automatizada aumenta, a eficiência da linha e a taxa de produção são adversamente afetadas.
         • À medida que a confiabilidade das estações de trabalho individuais diminui, a eficiência da linha e a taxa de produção são adversamente afetadas.
     • Linhas de transferência com buffers internos de armazenamento
       • bloqueio
         • O bloqueio significa que uma estação não realiza seu ciclo de trabalho porque não consegue passar a peça recém‑completada para a estação seguinte.
         • Beffers
           • Buffers de armazenamento dividem a linha em estágios que podem operar independentemente por um certo número de ciclos, o número dependendo da capacidade de armazenamento do buffer.
           • Para qualquer número de estágios em uma linha de produção automatizada, os buffers de armazenamento permitem que cada estágio opere independentemente, com o grau de independência dependendo da capacidade dos buffers anteriores e posteriores.
           • n Estágio
             • n-1
           • Limites da efetividade
             • buffers de capacidade de armazenamento infinita
               • Se presumimos que cada zona de buffer é meio cheia (em outras palavras, tem uma provisão infinita de peças assim como a capacidade de aceitar um número infinito de peças adicionais), então cada estágio é independente do resto. A presença de buffers de armazenamento infinitos significa que nenhum estágio jamais será bloqueado ou passará por uma escassez de peças por causa de uma quebra em algum outro estágio. É claro, um buffer de armazenamento de capacidade infinita não pode ser realizado na prática.
             • nenhuma capacidade de armazenamento no buffer
               • No caso de não haver capacidade de armazenamento, a linha de produção atua como um estágio. Quando uma estação quebra, a linha inteira para.
             • estágio gargalo.
               • Isto é, a produção em todos os outros estágios é, em última análise, restrita pelo estágio mais lento.
               • Na prática, portanto, o limite superior da eficiência de toda a linha é determinado pela eficiência do estágio gargalo.
       • Análise de uma linha de transferência de dois estágios
   • máxima eficiência
     • estabelecer o número de estágios igual ao número de estações
     • utilizar buffers de grande capacidade.
   • lei de rendimentos decrescentes
     • medida que o número de buffers de armazenamento é aumentado, a eficiência da linha melhora a uma taxa cada vez menor
     • à medida que a capacidade do buffer de armazenamento é aumentada, a eficiência da linha melhora a uma taxa cada vez menor.