us - automatizacija, proizvodni sistemi i računarski integrisana proizvodnja

Automatizacija, proizvodni sistemi i raunarski integrisana proizvodnja

Autori:dr Duan Regodi, redovni profesordr Dragan Cvetkovi, vanredni profesor

Recenzenti:Prof. dr Slavko Pei, Mainski fakultet Univerziteta u BeograduProf. dr Aleksandar Bengin, Mainski fakultet Univerziteta u Beogradu

Izdava:UNIVERZITET SINGIDUNUMDEPARTMAN ZA INENJERSKI MENADMENTBeograd, Bulevar Zorana inia 44

Za izdavaa:Prof. dr Milovan Stanii

Tehnika obrada:Dragan Cvetkovi

Dizajn korica:Milo Markovi

Godina izdanja:2011.

Tira:300 primeraka

tampa:Mladost GrupLoznica

ISBN: 978-86-7912-367-1

Sadraj

Predgovor vii

1 Osnove proizvodnje i automatizacije 11.1. Denisanje proizvodnje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Tipovi proizvodnje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3. Denisanje automatizacije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.1. Tipovi automatizacije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4. Raunarski integrisana proizvodnja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5. Denisanje fabrikih raasporeda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.5.1. Tipovi fabrikog rasporeda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2 Ukratko o automatizaciji 292.1. Osnovni elementi automatizovanog sistema . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.1.1. Potrebna energija za ostvarenje automatizovanog procesa . . . . . 302.1.2. Sistemi kontrole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.2. Nivoi automatizacije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3 Industrijski sistemi kontrole 373.1. Odnos kontinualne i diskretne kontrole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.1.1. Kontinualni kontrolni sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.1.2. Diskretni kontrolni sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.1.3. Oblici kontrole procesa pomou raunara . . . . . . . . . . . . . 44

4 Hardverske komponente za automatizaciju i kontrolu procesa 534.1. Senzori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.1.1. Tipovi senzora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544.1.2. Klasikacija mernih greaka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564.1.3. Bioloki senzori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

ii Automatizacija, proizvodni sistemi i raunarski integrisana proizvodnja

4.1.4. Geodetski senzori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584.2. Aktuatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584.3. Analogno-digitalni pretvarai A/D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.4. Digitalno-analogni pretvarai D/A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5 Numerika kontrola 615.1. Osnove NC tehnologije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.1.1. Osnovne komponente NC sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615.1.2. NC koordinatni sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.1.3. Sistemi kontrole kretanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5.2. Raunarska numerika kontrola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675.2.1. Karakteristike CNC-a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685.2.2. MCU za CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

5.3. Distribuirana numerika kontrola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695.4. Programiranje numeriki kontrolisane izrade delova . . . . . . . . . . . . 71

5.4.1. "Runo" programiranje dela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725.4.2. Programiranje dela uz pomo raunara . . . . . . . . . . . . . . . 74

6 Industrijska robotika 776.1. Anatomija robota i odreeni atributi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.1.1. Zglobovi i spone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 786.1.2. Uobiajene konguracije robota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796.1.3. Zajedniki sistemi za pokretanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

6.2. Zavrni efektori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846.2.1. Hvataljke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846.2.2. Alati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.3. Senzori u robotici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

7 Kontrola upotrebom PLC-a i PC-a 877.1. Proces diskretne kontrole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

7.1.1. Logika kontrola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887.2. Programabilni logiki kontroleri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

7.2.1. Komponente PLC-a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

8 Fleksibilni automatizovani unutranji transport 958.1. Ciljevi i zadaci oblikovanja unutranjeg transporta . . . . . . . . . . . . . 96

8.1.1. Izbor transportnih sredstava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 988.2. Funkcija unutranjeg transporta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

8.2.1. Analiza sistema unutranjeg transporta . . . . . . . . . . . . . . . 1008.3. Projektovanje sistema unutranjeg transporta . . . . . . . . . . . . . . . 104

8.3.1. Principi unutrunjeg transporta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Sadraj i predgovor iii

8.4. Tipovi opreme unutranjeg transporta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1068.4.1. Industrijska kolica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

8.5. Sistemi automatizovanog voenog vozila . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098.5.1. Kvantitativna analiza AGV sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

8.6. Transportna sredstva sa kontinualnim (neprekidnim) dejstvom . . . . . . 1158.6.1. Transportna sredstva sa periodinim dejstvom . . . . . . . . . . . 1168.6.2. Trakasti transporteri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1188.6.3. Valjasti transporteri rolganzi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1218.6.4. Transporteri sa modularnom trakom . . . . . . . . . . . . . . . . 123

8.7. Fleksibilni transporteri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

9 Fleksibilni automatizovani skladini sistemi 1299.1. Zadaci i performanse skladinog sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1309.2. Tipovi opreme skladinih sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1349.3. Sistemi automatizovanog uskladitenja i/ili iskladitenja . . . . . . . . . . 135

9.3.1. Kvantitativna analiza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1399.4. Skladitenje proizvodnje u toku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1409.5. Povezivanje transporta i skladitenja sa

proizvodnjom i razlozi automatizacije skladita . . . . . . . . . . . . . . . 144

10 Automatska identikacija i zapisi podataka 14710.1. Znaaj automatske identikacije za lance snabdevanja . . . . . . . . . . . 14710.2. RFID tehnologija u logistiko-distributivnim centrima . . . . . . . . . . . 150

10.2.1. Tehnoloke komponente RFID sistema . . . . . . . . . . . . . . . 15110.2.2. Podela i osobine RFID tagova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15310.2.3. Primena RFID tehnologije u industrijskim sistemima . . . . . . . . 15410.2.4. RFID tehnoloki standardi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15710.2.5. RFID problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

10.3. Bar-kod optiko predstavljanje podataka . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16110.3.1. Bar-kod kroz istoriju . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16110.3.2. Bar-kod danas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16110.3.3. Elementi bar-kod tehnologije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16210.3.4. Simbologija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16210.3.5. Tipovi bar-kod simbola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16410.3.6. Ureaji za oitavanje linijskog bar-koda (skeneri) . . . . . . . . . 16710.3.7. Znaaj bar-kod tehnologije u lancu snabdevanja . . . . . . . . . . 169

11 Grupna tehnologija 17111.1. Familije delova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17211.2. Analiza toka proizvodnje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17511.3. Projektovanje proizvodnih elija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

iv Automatizacija, proizvodni sistemi i raunarski integrisana proizvodnja

12 Fleksibilni proizvodni sistemi 18512.1. Istorijski razvoj eksibilnih proizvodnih sistema . . . . . . . . . . . . . . . 18512.2. Osnovni pojmovi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18612.3. Osnovne komponente eksibilnih proizvodnih sistema . . . . . . . . . . . 188

12.3.1. FMS obradne elije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18912.4. Sistemi unutranjeg transporta i skladitenja . . . . . . . . . . . . . . . . 195

12.4.1. Izbor transportnog sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19912.5. Raunarski upravljaki sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

12.5.1. Pozivanje programa putem obratka . . . . . . . . . . . . . . . . . 20512.5.2. Pozivanje obratka putem programa . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

12.6. Tehnike karakteristike eksibilnih proizvodnih sistema . . . . . . . . . . 20612.7. Matematiki model eksibilnog proizvodnog sistema . . . . . . . . . . . . 208

12.7.1. Kvantitativna analiza eksibilnih proizvodnih sistema(opte postavke) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

12.7.2. Model smetnje ili uskog grla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20912.7.3. Operativni parametri u FMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21012.7.4. Pokazatelji karakteristika sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21212.7.5. Proiren model uskog grla ili smetnje . . . . . . . . . . . . . . . . 218

13 Fleksibilne automatizovane protone linije 22313.1. Automatizovane protone linije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22313.2. Transport radnih delova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22613.3. Transfer linije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22813.4. Optimalni raspored delova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

13.4.1. Formulacija 01 programiranja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22913.5. Metode redosleda delova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

14 Fleksibilni automatizovani montani sistemi 23114.1. Osnovi automatizovanih montanih sistema . . . . . . . . . . . . . . . . 23214.2. Konguracija sistema za montau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23314.3. Dostavljanje montanih delova radnim stanicama . . . . . . . . . . . . . 23514.4. Matematiki model sistema za montau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

14.4.1. Sistem za dostavljanje delova na radnim stanicama . . . . . . . . 23814.4.2. Multi-stanice za automatsku montau sistema . . . . . . . . . . . 23914.4.3. Samostalne radne stanice za automatsku montau sistema . . . . 24314.4.4. Parcijalna ili delimina automatizacija . . . . . . . . . . . . . . . 243

15 Dizajn proizvoda i CAD/CAM u proizvodnom sistemu 24715.1. Dizajn proizvoda i CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

15.1.1. Proces dizajna, tj. projektovanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24815.1.2. Raunarske aplikacije u dizajnu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Sadraj i predgovor v

15.2. Hardverske komponente CAD sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25415.3. CAM, CAD/CAM i CIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

15.3.1. CAM Computer Aided Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . 25815.3.2. CAD/CAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25915.3.3. CIM Computer Integrated Manufacturing . . . . . . . . . . . . 260

15.4. Razvoj funkcije kvaliteta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

16 Proces planiranja i konkurentni inenjering 26516.1. Proces planiranja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

16.1.1. Proces planiranja za izradu delova . . . . . . . . . . . . . . . . . 26616.1.2. Proces planiranja za montau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26716.1.3. Praviti ili kupiti? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

16.2. CAPP Computer Aided Process Planning . . . . . . . . . . . . . . . . 26916.2.1. Pronaeni i preuzeti CAPP sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27016.2.2. Proizvodni (generativni) CAPP sistemi . . . . . . . . . . . . . . . 271

16.3. Konkurentni inenjering i dizajn za proizvodnju . . . . . . . . . . . . . . 27116.3.1. Dizajn za proizvodnju i montau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27316.3.2. Ostali ciljevi dizajna proizvoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

16.4. Napredno planiranje proizvodnje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

17 Tehnologije za kontrolu 27917.1. Istorijski razvoj, cilj i znaaj primene koordinatnih mernih maina . . . . . 27917.2. Osnovni pojmovi o metrologiji i koordinatnom merenju . . . . . . . . . . 28217.3. Konstruktivna reenja numeriki upravljane merne maine i vrste senzora . 28617.4. Greke rezultata merenja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

17.4.1. Tanost i preciznost merenja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29217.4.2. Ponovljivost merenja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

17.5. Merna nesigurnost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29217.5.1. Termalni uticaji na mernu nesigurnost . . . . . . . . . . . . . . . 29317.5.2. Greke merenja sloenih prostornih oblika . . . . . . . . . . . . . 294

17.6. Parametri kvaliteta NUMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29617.6.1. Uticajni faktori na rezultate merenja NUMM . . . . . . . . . . . . . 29617.6.2. Vrste parametara kvaliteta NUMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

17.7. Uticaj operatera na tanost NUMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29717.8. Uticaj okoline na tanost NUMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29717.9. Standardi za prijem i kontrolu NUMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29817.10.Koordinatni sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30117.11.Merni senzori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

vi Automatizacija, proizvodni sistemi i raunarski integrisana proizvodnja

18 Planiranje proizvodnje i sistemi kontrole 30318.1. Ukupno planiranje proizvodnje i glavni (master) plan proizvodnje . . . . . 30518.2. Planiranje materijalnih potreba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

18.2.1. Ulaz u sistem planiranja materijalnih potreba . . . . . . . . . . . 30718.2.2. Kako sistem za planiranje materijalnih potreba radi? . . . . . . . 309

18.3. Planiranje kapaciteta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30918.4. Kontrola pogona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

18.4.1. Zahtevi za nabavke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31218.4.2. Planiranje nabavki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31218.4.3. Progres nabavki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31318.4.4. Fabriki sistem za prikupljanje podataka . . . . . . . . . . . . . . 314

19 Just In Time i Lean proizvodnja 31719.1. Lean proizvodnja i gubici u izradi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31719.2. J-I-T proizvodni sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

19.2.1. Kanban planiranje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32119.3. Autonomija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

19.3.1. Zaustavljanje procesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32419.3.2. Prevencija greki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32519.3.3. Ukupno produktivno odravanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

19.4. Ukljuenost radnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32819.4.1. Kontinuirano poboljanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32819.4.2. Vizuelni menadment i 5S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32919.4.3. Standardizovanje radnih procedura . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

Literatura 333Sajtovi sa Interneta u vezi sa materijom . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

Predgovor

Raunarski integrisana proizvodnja predstavlja novu naunu disciplinu. U srpskoj strunojliteraturi primetan je manjak tekstova i udbenika za raunarski integrisanu proizvodnju.Na pragu XXI veka razvojem tehnologija i proizvodnih procesa naunici su uspeli da in-tegriu obradne procese i obezbede njihovo automatsko regulisanje i upravljanje. KrajemXX veka unapreen je proces automatizacije proizvodnje i integrisani su tokovi informacijai materijala. Razvoj obradnih sistema, kao i raunarske tehnologije, bili su od presudnoguticaja za razvoj i integraciju novih generacija metrolokih sistema, zasnovanih na ele-mentima eksibilne automatizacije. Zadatak kontrole u industriji bio je da se obezbedifunkcija proizvoda, uz visoke tolerancije sastavnih delova. Uspostavljanjem koncepta se-rijske proizvodnje uveden je princip zamenjivosti delova, pri emu je kontrola dobila novuulogu (serijalnost i poveanje tanosti). Danas se roboti inegriu u proizvodnju delova,transport i montau nalnih proizvoda i na taj nain zamenjuju oveka u proizvodnomprocesu.

Razvojem i uvoenjem novih obradnih sistema, poveana je tanost, kompleksnost i ek-sibilnost obraenih delova. Kontrolom se identikuje geometrijska tanost obraenog delai parametri za upravljanje procesom obrade (podeavanje alata, parametri proizvodnje islino). Krajnji cilj CIM koncepta je na integraciji projektovanja, proizvodnje i geometrijskeinspekcije. Ova integracija je uslov bez koga nije mogue izvriti optimizaciju i upravljanjekvalitetom.

Autori su u udbeniku obradili osnove proizvodnje i automatizacije, industrijske kontrolnesisteme, hardverske komponente za automatizaciju i procese kontrole, numeriku kontrolu,industrijske robote, posebnu kontrolu uz upotrebu PLC i personalnih raunara, eksibilniautomatizovani unutranji transport i skladine sisteme, automatsku identikaciju i pri-kupljanje podataka.

U veem delu udbenika autori su posvetili posebnu panju eksibilnim proizvodnimsistemima i automatizovanim protonim linijama, eksibilnim automatizovanim mon-tanim sistemima, tehnologijama za kontrolu (NUMM), planiranju proizvodnje i CAD/CAMu proizvodnim sistemima, procesima planiranja i konkurentnom inenjeringu, planiranjuproizvodnje i kontrolnim sistemima, Just-In-Time i Lean proizvodnji.

U udbeniku se posebno analiziraju ciljevi optimizacije upravljati proizvodnjom bez de-fekata, smanjenje broja operacija mainske obrade, skraenju vremena meufaznih merenjai obezbeenju pouzdanih podatke za naredne operacije grupnih tehnologija. Objedinjenosvi nabrojani ciljevi govore o dostizanju visokog kvaliteta proizvoda za to krae vreme.

viii Automatizacija, proizvodni sistemi i raunarski integrisana proizvodnja

Proizvodno inenjerstvo poetkom XXI veka predstavlja sve vie simbiozu raunarskih iproizvodnih tehnologija, to se odnosi i na kontrolne sisteme, koji se koriste u proizvodnojkontroli i zavrnim merenjima. Primena konvencionalnih metrolokih sistema i procedu-ra koje ih podravaju, postala je ograniavajui faktor u smislu eksibinosti i tanostimerenja.

Knjiga je namenjena studentima Univerziteta Singidunum i inenjerima koji se bave rau-narski integrisanom proizvodnjom, proizvodnom tehnologijama i njenim sastavnim delovi-ma, jer su na jednom mestu date sve potrebne informacije, ukljuujui i praktinu primenuna razliitim klasama objekata i razliitim oblastima proizvodnje. Pored toga knjigu mogukoristiti studenti master i doktorskih studija za oblast Naprednih proizvodnih tehnologija.

Uvereni smo da e udbenik svojom problematikom zainteresovati sve one koji ele dauvedu napredne proizvodne tehnologije u proizvodni proces. Poveanje kompleksnostii eksibilnosti, uz sve otrije zahteve u smislu tanosti, danas se ogledaju u razvoju iprimeni koncepta upravljanja kvalitetom komformnosti u realnom vremenu. Autori, up-ravo iz tih razloga, u udbeniku posebno razmatraju serije meuoperacijskih kontrola imodele upravljanja proizvodnjom, tako da sve greke i odstupanja geometrije nalnogproizvoda budu u okviru granica projektovanog tehnolokog procesa. elja autora jeda se kroz predmet Kompjuterski integrisana proizvodnja CIM budui inenjeripripreme za optimizaciju proizvodnog procesa. Krajnji cilj je realizacija proizvoda visokogkvaliteta, smanjenju trokova, minimiziranju ukupnog vremena izrade uz primenu posto-jee tehniko-tehnoloke opremljenost ili naprednih proizvodnih tehnologija.

Na kraju je prikazan spisak literature, s tim to treba napomenuti da je koriena literaturaprikazana na krajnje proizvoljan nain.

Sledi jedna napomena. Deo knjige, poglavlja 1, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 i 17, napisaoje Duan Regodi, a preostali deo, poglavlja 2, 3, 4, 5, 6, 7, 15, 16, 18 i 19 napisao jeDragan Cvetkovi.

Neizmernu zahvalnost dugujemo porodicama za svesrdnu podrku i strpljenje tokom iz-rade udbenika. Na kraju, bili bismo veoma zahvalni i itaocima na njihovom miljenju,uoenim grekama i primedbama koje se mogu poslati elektronskim putem na sledeeadrese: [email protected] i [email protected].

Beograd, juli 2011. godine Autori

Glava 1

Osnove proizvodnje i automatizacije

Tehnologija (od grkih rei tehnos zanat, logos nauka) je nauka koja prouava procesei postupke prerade sirovina (ruda i sl.) u polufabrikate i gotove proizvode. Ona obuhvatamaterijalne i nematerijalne procese i deli se na:

neproizvodnu ili nematerijalnu, proizvodnu ili materijalnu tehnologiju.

Neproizvodne tehnologije prouavaju problematiku transformacije ili prerade energije iinformacija, transporta i organizacije transporta, skladitenja, uvanja i ispitivanja mate-rijala i proizvoda i sl.

Proizvodne tehnologije su tehnologije prerade sirovina i izrade polufabrikata i proizvodarazliitih tipova i namena (alatnih maina, automobila, aviona, brodova). To su tehno-logije kojima se menja:

sutina materije (dobijanje gvoa, elika, bakra i drugih metala, granulata zaizradu sinterovanih delova i delova od plastike, drobljenje, mlevenje i rastvaranjesirovina, ...),

oblik, dimenzije i karakteristike delova i proizvoda, struktura materijala i estetski izgled proizvoda (termika i hemijsko-termika

obrada, povrinska zatita, tehnologija modikovanja povrina, ...).

Razvoj tehnologija je inicirao veliki broj postupaka izrade proizvoda u razliitim oblastimaivota, tako da se prema nameni proizvodne tehnologije dele na:

tehnologije mainogradnje, tehnologije prerade plastinih masa, tehnologije prerade drveta, tehnologije prerade papira,

2 Automatizacija, proizvodni sistemi i raunarski integrisana proizvodnja

tehnologije prehrambene industrije, tehnologije dobijanja cementa itd.

Termin proizvodno mainstvo kod nas je nastao po uzoru na production engineering(proizvodno inenjerstvo) koji se koristi u Evropi i Japanu, dok je u Americi ekvivalentantermin manufacturing engeenering (tehnoloko inenjerstvo) a obuhvata sve industrijskeaktivnosti.

Proizvodno mainstvo predstavlja osnovnu naunu disciplinu proizvodne prakse i sadrigeneralni kompleks aktivnosti za dobijanje industrijskih proizvoda. Obuhvata sredstvai metode proizvodnje u industriji. Proizvodno mainstvo obuhvata sredstva i metodeproizvodnje u industriji. Proizvodno mainstvo obuhvata tri osnovne oblasti i to: proiz-vodne tehnike, proizvodne tehnologije i proizvodnu kibernetiku.

Opta podela i klasikacija proizvodnih tehnologija u proizvodnom mainstvu prikazanaje na slici 1.1.

Slika 1.1. Osnovna podela proizvodnih tehnologija u mainstvu

Proizvodne tehnike obuhvataju iroki spektar maina, robota, automatizovanih sistemaza rukovanje materijalom, sistema za automatizovanu montau i eksiblinih tehnolokihsistema.

Proizvodne tehnologije obuhvataju konvencionalne mehanike tehnologije, nekonven-cionalne tehnologije, kompjuterske tehnologije i nove visoke tehnologije mikro i nano kojesu u sprezi sa novom generacijom konstrukcionih materijala (slika 1.2).

1.1. Denisanje proizvodnjeProizvodnja je proces koji se odnosi na neposrednu realizaciju proizvoda, odnosno trans-formaciju ulaznog materijala u gotove proizvode koji imaju vrednost na tritu.

Na slici 1.3. prikazan je proces proizvodnje kao proces pretvaranja ulaznih elemenata uizlazne.

Osnove proizvodnje i automatizacije 3

Slika 1.2. Proizvodne tehnologije

U ulazne elemente spada sve ono to je potrebno za obavljanje procesa proizvodnje:materijal (ulazne sirovine, gotove komponente), energija (elektrina, gas, komprimovanivazduh, para), rad (maina i ljudi), kapital (nansijska sredstva) i informacije (doku-mentacija za proizvodnju), a izlazni elementi su odreene vrste proizvoda (hardverski,procesni, softverski proizvodi ili usluge), kao rezultat procesa proizvodnje.

Slika 1.3. Proces proizvodnje kao proces transformacije

Proizvodi se izrauju kombinovanjem runog rada, maina, alata i energije. Proces trans-formacije obino obuhvata niz koraka, a svaki korak dovodi materijale blie eljenomnalnom stanju. Pojedinani koraci se pominju kao proizvodne operacije.


U proizvodnju se mogu svrstati sledei procesi:

procesi izrade delova (procesi obrade), procesi montae, procesi unutranjeg transporta, i procesi skladitenja (ulaznog materijala, poluproizvoda i gotovih proizvoda).

Na slici 1.4. je prikazana opta ema procesa u jednom proizvodnom preduzeu.

Slika 1.4. Opta ema procesa u proizvodnom preduzeu

Razvoj proizvoda se odnosi na projektovanje i razvoj, odnosno osvajanje novih proizvodai on obuhvata sledee procese:

utvrivanje ulaznih zahteva (karakteristika) za proizvod, projektovanje proizvoda (izrada konstrukcione dokumentacije), projektovanje tehnoloke dokumentacije za proces proizvodnje.

Proizvodnja se odnosi na neposrednu realizaciju proizvoda, odnosno transformaciju ulaz-nog materijala u gotove proizvode. U proizvodnju se mogu svrstati sledei procesi:

procesi izrade delova (procesi obrade), procesi montae, procesi unutranjeg transporta i


procesi skladitenja (ulaznog materijala, poluproizvoda i gotovih proizvoda).Kontrola proizvoda se odnosi na razliita kontrolisanja i ispitivanja u toku realizacijeproizvoda i najee obuhvata:

ulaznu kontrolu materijala, procesnu kontrolu kvaliteta, i zavrnu kontrolu proizvoda.

Upravljanje proizvodnjom se odnosi na upravljake procese i aktivnosti, neophodne zaefektivno i ekasno odvijanje proizvodnje. Tu spadaju:

planiranje proizvodnje utvrivanje operativnog plana na osnovu zahteva prodaje, provera kapaciteta, materijala, alata izdavanje naloga za nabavku materijala i

alata,

terminiranje i lansiranje proizvodnje (izdavanje radnih naloga za proizvodnju i tre-bovanja materijala i alata),

praenje proizvodnje (preko radnog naloga), izvetavanje o realizovanoj proizvodnje, analiza utroaka u procesu proizvodnje.

Postoji iroka raznovrsnost organizacija koje proizvode robu na industrijski nain. One semogu podeliti na dva tipa, u zavisnosti od prirode njihovih proizvodnih operacija. Ta dvatipa su proizvodne i procesne industrije. Proizvodne organizacije tipino se identikujusa diskretnom/komadnom proizvodnjom: avioni, automobili, raunari, maine alatljike ikomponente koje ine ove proizvode. Procesne industrije predstavljaju se preko hemikalijai plastike, prehrambenih i naftnih proizvoda, elika, cementa i drugih proizvoda. Na slici1.5 je prikazan proces ubrizgavanja se primenjuje za proizvodnju elektro delova, zaptivaa,kutija, poklopci za ae, vealice, drke.

Slika 1.5. Ubrizgavanje plastike


1.2. Tipovi proizvodnjeSvi procesi proizvodnje se, kako je prikazano na slici 1.4., s obzirom na obim (koliinu)proizvoda mogu klasikovati na:

pojedinanu (maloserijsku) proizvodnju, serijsku proizvodnju, veliko serijsku proizvodnju, masovnu proizvodnju.

etiri tipa proizvodnje zavise od obima proizvodnje, kao to je prikazano na slici 1.6.

Slika 1.6. Opta ema procesa u proizvodnom preduzeu

Pojedinana (maloserijska) proizvodnja se odnosi na proizvodnju jednog ili nekolikoproizvoda. Ovakav tip proizvodnje se pojavljuje kod preduzea koja rade iskljuivo poporudbini kupca - naruioca (projektni biroi, graevinska preduzea, zanatlijske radnje,alatnice, serviserske radionice itd.). U ovaj tip proizvodnje spadaju projekti, odnosno velikii skupi proizvodi koji se izrauju po ugovoru sa naruiocem (graevinski objekti, brodovi,avioni, specijalna postrojenja) i proizvodnja specijalnih proizvoda, odnosno proizvoda kojinisu u standardnoj ponudi preduzea, npr. ivenje garderobe, izrada obue po zahtevu,izrada specijalnog alata, kao i drugi slini radovi. Ako iskljuimo projekte, kao posebnuvrstu proizvoda, osnovne karakteristike pojedinane proizvodnje su:

lansira se jedan (ili nekoliko komada) proizvod i to tek kada je poruen, sredstva rada su eksibilna i univerzalna (da mogu da se koriste za irok asortiman

razliitih proizvoda),

standardizacija postupaka rada je na veoma niskom nivou (poto je svaki proizvodpraktino nov, malo se postupaka u realizaciji proizvoda moe unapred denisati,odnosno velik je nivo improvizacije),


podela rada je na niskom nivou (esto jedan izvrilac obavlja sve aktivnosti u reali-zaciji proizvodnje i denisanje karakteristika proizvoda, i projektovanje proizvodai tehnologije rada, i samu izradu proizvoda),

osposobljenost izvrilaca je na veoma visokom nivou (jedan izvrilac obavlja sveposlove ili velik deo poslova u realizaciji proizvoda; alatniari koji izrauju specijalnealate, krojake ili obuarske zanatlije moraju da budu najsposobniji u svojoj struci).

Serijska proizvodnja se odnosi na proizvodnju manjih serija istog proizvoda (nekolikodesetina, nekoliko stotina, pa i nekoliko hiljada proizvoda u seriji). Ovakav tip proizvodnjese pojavljuje kod preduzea koja u svom programu proizvodnje imaju irok asortimanrazliitih proizvoda sa relativno malim koliinama. Primeri serijske proizvodnje su pekare,mainske radionice za izradu delova ili proizvoda u manjim serijama, obrazovanje, prav-ljenje nametaja i slino. Osnovne karakteristike serijske proizvodnje su:

lansira se serija proizvoda (ili ara) i serija prolazi kroz ceo tok proizvodnje, sredstva rada treba da su dovoljno eksibilna i univerzalna, a ne moraju da budu

naroito produktivna (da mogu da se koriste za irok asortiman razliitih proizvoda),

standardizacija postupaka rada je na viem nivou (sam proizvod i tehnologija su veosvojeni),

podela rada je na viem nivou (proizvod u svom procesu proizvodnje prolazi krozrazliite operacije, a svaku operaciju obavlja drugi izvrilac na svom radnom mestu),

osposobljenost izvrilaca je na relativno visokom nivou (jedan izvrilac obavlja od-reenu vrstu operacije, ali mu dolaze veoma razliiti proizvodi, pa mora da ima iraznanja).

Velikoserijska proizvodnja se odnosi na proizvodnju velikih koliina odreenih proizvoda(nekoliko hiljada, desetina hiljada ili ak stotina hiljada proizvoda u seriji). Ovakav tipproizvodnje se pojavljuje kod preduzea koja u svom programu proizvodnje imaju relativnouzak asortiman proizvoda sa velikim koliinama, obino za nepoznatog kupca. Potranjana tritu je uglavnom stabilna. U proizvode, koji su rezultat ovakve proizvodnje, spadajuautomobili, televizori, kuni aparati, raunari i veina robe iroke potronje. Osnovnekarakteristike veliko serijske proizvodnje su:

lansira se serija proizvoda (ili ara) i serija prolazi kroz ceo tok proizvodnje, sredstva rada su produktivna i na visokim nivou mehanizacije i automatizacije, a

ne moraju da budu eksibilna (naglasak je na to broj realizaciji proizvodnje zbogvelikih koliina),

standardizacija postupaka rada je na visokom nivou (sam proizvod i tehnologija suve osvojeni, dokumentacija za proizvodnju je detaljna),

podela rada je na visokom nivou (proces proizvodnje je ralanjen na jo vie ope-racija, a pojedine operacije su jo prostije da bi takt proizvodnje bio krai),


osposobljenost izvrilaca je na niem nivou (jedan izvrilac obavlja odreenu vrstuoperacije, uvek na istom ili veoma slinom proizvodu, pa ne mora da ima ira zna-nja).

Masovna proizvodnja se odnosi na proizvodnju veoma velikih koliina jednog ili nekolikorazliitih proizvoda (nekoliko stotina hiljada ili nekoliko miliona jedinica). Ovakav tipproizvodnje se pojavljuje kod preduzea koja u svom programu proizvodnje imaju jedanili nekoliko proizvoda sa veoma velikim koliinama, obino za nepoznatog kupca. Ovakvapreduzea su izgraena za odreeni proizvod i proizvode ih tokom cele godine (ranerijenafte, cementare, eerane, hidro i termoelektrane itd.). Osnovne karakteristike masovneproizvodnje su:

proizvodnja je neprekidna i proces traje 24 asa neprekidno, sredstva rada su namenska (namenjena samo za odreeni proizvod), veoma produk-

tivna i na veoma visokom nivou automatizacije,

standardizacija postupaka rada je na veoma visokom nivou (sam proizvod i tehnolo-gija su ve osvojeni, dokumentacija je veoma detaljna postoje detaljne procedurei uputstva za rad i odravanje svakog postrojenja),

podela rada je na veoma visokom nivou (proces proizvodnje je ralanjen na jo vieoperacija, a pojedine operacije su jo prostije da bi takt proizvodnje bio krai),

osposobljenost izvrilaca je na niskom nivou.

1.3. Denisanje automatizacijeAutomatizacija je tehnologija koja se odnosi na primenu mehanikih, elektronskih i rau-narskih sistema u radu i upravljanju proizvodnjom. Automatizacija se uvodi radi:

poveanje radne produktivnosti, smanjenje trokova radnika, otklanjanje radnih nedostataka radnika, smanjenje rutinskih kancelarijskih i zikih poslova, unapreenje bezbednosti radnika, unapreenje kvaliteta proizvoda, optimizacija vremena proizvodnje, realizacija teko izvodljivih operacija.

Automatizacija ukljuuje:

raunarske sisteme za planiranje, prikupljanje podataka i odluivanje u proizvodnji,


upravljanje sa povratnom spregom i raunarsko upravljanje procesom, automatske sisteme pregleda za kontrolu kvaliteta, automatske sisteme unutranjeg transporta i skladitenja, industrijske robote, automatske maine alatljike za obradu delova, automatske montane maine.

Automatizovane industrije koje koriste ove tipove sistema ukljuuju: preradu metala,elektroniku, automobilsku industriju, mainogradnju. vazduhoplovstvo i mnoge druge.

1.3.1. Tipovi automatizacije

Jedan od moguih naina klasikacije automatizovanih proizvodnih sistema na tri osnovnatipa, slika 1.7:

1. ksna automatizacija,

2. eksibilna automatizacija, i

3. programabilna automatizacija.

Slika 1.7. Raznolikost u funkciji koliine proizvoda za atomatizovane proizvodne sisteme

Fiksna automatizacija je sistem u kome je redosled operacija obrade (ili montae) ksiransa konguracijom namenske opreme. Operacije u redosledu obino su jednostavne. Toje integracija i koordinacija mnogih lakvih operacija u neki deo opreme koja ini slozenisistem. Tipina svojstva i ksne automatizacije su:

velika poetna investicija, veliki obim proizvodnje, relativno neeksibilna u prilagoavanju izmenama proizvoda.


Ekonomska opravdanost za ksnu automatizaciju nalazi se u proizvodima sa bilo velikimobimom tranje. Veliki poetni trokovi opreme mogu da se podele na vrlo veliki brojjedinica, to ini jedinine trokove privlanim u poreenju sa alternativnim metodamaproizvodnje. Primeri ksne automatizacije ukljuuju mehanizovane montane linije (za-poete oko 1913. proizvod se kretao du mehanizovanih konvejera, ali se na radnimmestima du linije runo radilo) i transfer linije (otpoete oko 1924.).

U programabilnoj automatizaciji proizvodna oprema se projektuje sa mogunou izme-ne redosleda operacija da bi se prilagodila razliitim konguracijama proizvoda. Redosledoperacija se kontrolie pomou programa, koji je skup instrukcija kodiranih tako da ihsistem moze itati i interpretirati. Novi programi mogu da se pripreme i unesu u opremuda bi se proizveli novi proizvodi. Svojstva koja odlikuju programabilnu automatizacijuukljuuju:

veliku investiciju u univerzalnu opremu, mali obim proizvodnje u odnosu na ksnu automatizaciju, eksibilnost u vezi sa izmenama u konguraciji proizvoda, veliku pogodnost za srednjeserijsku proizvodnju.

Automatizovani proizvodni sistemi koji su programabilni upotrebljavaju se u proizvodnjimalog i srednjeg obima. Delovi ili proizvodi tipino se rade u serijama. Za proizvodnjusvake nove serije razliitog proizvoda sistem mora da se reprogramira sa skupom main-skih instrukcija koje odgovaraju novom proizvodu. Fizika priprema maine takoe morada se uradi: Moraju da se postave alati, delovi pribora moraju da se privrste na mainskisto i moraju da se unesu potrebna podeavanja maine.

Ova procedura prelaza zahteva vreme. Prema tome, tipian ciklus za dati proizvod uklju-uje period u kome priprema i reprogramiranje zahtevaju mesto, posle ega sledi periodu kome se proizvodi serija. Primeri programabilne automatizacije ukljuuju numeriki up-ravljane maine alatljike (prvi prototip demonstriran 1952) i industrijske robote (poetneprimene oko 1961. godine), mada tehnologija ima svoje korene u Jacquardovom razboju(1801. godine).

Fleksibilna automatizacija je proirenje programabilne automatizacije. Koncept eksi-bilne automatizacije razvijen je samo za poslednjih 20 godina, a principi se jo razrauju.Fleksibilni automatizovani sistem je sistem koji je sposoban da proizvodi raznovrsneproizvode (ili delove) praktino bez gubitaka vremena za prelaze sa jednog proizvodana drugi. Nema gubitaka vremena proizvodnje dok se reprogramira sistem i menja zikapriprema (postavljaju alati, delovi pribora, podeava maina). Prema tome, sistem moeproizvoditi razliite kombinacije i redoslede proizvoda, umesto da se zhteva da se oni radeu odvojenim serijama. Svojstva eksibilne automatizacije mogu da se sumiraju kao tosledi:

velika investicija za sistem prema zahtevima kupca, neprekidna proizvodnja promenljivih meavina proizvoda,


srednji obimi proizvodnje, eksibilnost u vezi sa promenama dizajna proizvoda.

Bitna svojstva koja izdvajaju eksibilnu automatizaciju od programabilne automatizacijesu:

1. kapacitet menja programe delova bez gubitaka vremena proizvodnje,

2. sposobnost preorijentisanja zike pripreme, bez gubitka vremena proizvodnje.

Ova svojstva doputaju da automatizovani proizvodni sistem nastavi proizvodnju bezprekida izmeu serija koji su svojstveni programabilnoj automatizaciji.

Menjanje programa delova generalno se izvrava pripremanjem program "o-line" na rau-narskom sistemu i elektronskim prenosom programa do automatizovanog proizvodnog sis-tema. Zbog toga vreme potrebno za programiranje sledeeg posla ne prekida proizvodnjutekueg posla. Unapreenja u tehnologiji raunarskih sistema neophodna su za tu sposob-nost programiranja u eksibilnoj automatizaciji. Menjanje zike pripreme izmeu delovaizvrava se vrenjem prelaza "o-line" i onda premetanjem toga na mesto istovremenokad sledei deo doe u poziciju za obradu. Upotreba paletnih ureaja koji dre delove iprenose ih u poziciju na radnom mestu predstavlja jedan nain sprovoenja ovog prilaza.Da bi ovi prilazi bili uspeni, raznovrsnost delova koji se mogu izraditi na eksibilnom au-tomatizovanom proizvodnom sistemu obino je ogranienija nego u sistemu upravljanompomou programabilne automatizacije. Primeri eksibilne automatizacije su eksibilniproizvodni sistemi za izvravanje mainskih operacija koji datiraju od kasnih esdesetihgodina prolog veka.

Relativne pozicije tri tipa proizvodnje kao funkcija obima proizvodnje i raznovrsnosti pro-izvoda za razliite faze prikazane su slici 1.8.

U svetu su uvedeni novi termini da bi se opisali razni aspekti tehnologije automatizacijeproizvodnje. Skraenice engleskih naziva koriene u daljem tekstu:

Fleksibilni proizvodni sistemi (FMS: Flexible Manufacturing System); Raunarski integrisana proizvodnja (CIM: Computer Integrated Manufacturing); Proizvodnja pomou raunara (CAM: Computer-Aided Design); Projektovanje pomou raunara (CAD: Computer-Aided Design); Sistem automatizovanog uskladitenja i iskladitenja (AS/RS: Automated Storage

and Retrieval System);

Sistem automatizovanog voenog vozila (AGVS: Automated Guided Vehicle Sys-tem);

Inenjering uz pomo raunara (CAE: Computer Aided Engineering); Direktno numeriko upravljanje (CNC: Computer Numerical Control);


Humano orijentisan CIM (HOCIM: Human Oriented CIM); Planiranje i upravljanje proizvodnjom (PPC sisteme: Producton Planning and Con-

trol);

Slika 1.8. Odnos tri tipa proizvodnje kao funkcija obima proizvodnje i raznovrsnostiproizvoda za razliite faze

Koordinatna merna maina (CMM: Coordinate Measuring Machine); Raunarska integracija poslovnih sistema (CIE: Computer Integrated Enterprise); Raunarski integrisani industrijski sistemi (CAI: Computer Aided Industry); Raunarski integrisani poslovanje (CIB: Computer Integrated Bussines); Komunikacionih sistema (CS: Communication System); Upravljanje bazama podataka (DBMS: Data Base Management System); Fleksibilne automatizacije (FA: Flexible Automatisation); Projektovanje tehnolokih procesa primenom raunara (CAPP: Computer Aided

Process Planning);


Sistemi za podrku odluivanju (DSS: Decision Support System); Kontrola kvaliteta pomou raunara (CAQ: Computer Aided Quality) Integrisana kontrola kvaliteta pomou raunara (CIQ: Computer Integrated Quality) Kompjuterom podran dizajn i proizvodnja CAD/CAM je akronim (Computer Aided

Design/Computer Aided Manufacturing);

Grupna tehnologija (GT: Group Technology); Adaptivno upravljanje (AC: Adaptive Control); Numerika kontrola (NC: Numerical Control); Raunarom numeriko upravljanje (CNC: Computer Numerical Control); Direktno numeriko upravljanje (DNC: Direct Numerical Control); Planiranje proizvodnje i kontrola (PPC: Production Planning and Control) i Integracija aplikacija u preduzeu (EAI: Enterprise Application Integration).

Stara re, kao to je mehanizacija praktino su iezle iz tehnikih renika. Automatizacijaje dinamina tehnologija koja predstavlja neprekidan evolutivan proces. Dokazuje se daje taj proces zapoet sa industrijskom revolucijom (oko 1770. godine), kada su mainepoele da preuzimaju poslove prethodno izvravane runim radom. Automatizacija je pro-ces tehnolokog razvoja koji e se nastaviti u dogledno vreme.

Naziv NC (Numerical Control) potie od toga to se upravljanje ostvaruje preko odgo-varajuih programa sastavljenih od odgovarajuih naredbi denisanih preko numerikihveliina (0 i 1). Programska naredba se sastoji iz simbola koji se registruju na buenojtraci u vidu razliitih kombinacija otvora. Svakom otvoru odgovara signal 0 ili 1 kojise registruje iza itaa buene trake. Na taj nain se ostvaruje numeriko upravljanje.Program za upravljanje NC alatnom mainom se naziva NC izvorni program. NC alatnamaina predstavlja sistem koji se sastoji od pod sistema: alatne maine, mernog sistema,pogonskog sistema, upravljake jedinice.

Razvoj raunara i nagli pad njihove cene na tritu omoguio je njihovu primenu u up-ravljanju alatnim mainama. Pri tome raunar preuzima jedan deo upravljakih funkcija,koje su kod NC maina bile reene hardverskim putem.

Raunarom numeriko upravljanje (CNC Computer Numerical Control) najeese denie kao numeriko upravljanje u koje je integrisan raunar. U njegovoj memoriji susmeteni programi za realizaciju nekih ili svih funkcija upravljake jedinice. Prema uput-stvu kompjutersko numeriko upravljanje se denie kao: numeriko upravljanje kojesadri programabilni raunar za upravljanje radom alatnih maina, mernih mainaili nekoliko jedinica iste vrste koje simultano izvode radne operacije. ProgramiranjeNC i CNC maina moe da bude: runo, runo sa pomagalima (polu automatizovano) iautomatizovano (mainsko).


Izmena bilo koje komponente NC sistema indukovala bi velike trokove, zbog zamene idrugih komponenti sistema, pa se javila potreba za eksibilnim interfejsom. Ovo je usloviloveu primenu programabilni logiki kontroleri (PLC Programmable Logic Controler).

Kod PLC sistema zadate funkcije se realizuju softverskim putem. One se unose u vidu pro-grama u memoriju takvih sistema. Sve veu ulogu imaju "inteligentni" kontroleri kojimainteligenciju omoguuje ugraeni mikro raunar, ije svojstvo programibilnosti odreujei njihov naziv. Zadatak PLC sistema je da: preuzme ulazne informacije, prenese ih doprocesora, na izlazu ostvari upravljake instrukcije.

Adaptivno upravljanje je vid upravljanja koji se zasniva na svojstvu adaptacije sistema,a adaptacija ili prilagoavanje sistema je proces menjanja osobina sistema radi posti-zanja najboljeg, ili u krajnjoj meri, prihvatljivog funkcionisanja u promenljivim uslovimaokruenja. Kod AC maina se reim rada maine menja u zavisnosti od veliine poreme-ajnih dejstava za vreme procesa (to nije sluaj kod NC, CNC, PLC sistema). Adaptivnoupravljanje karakterie zatvorena povratna sprega koja se ostvaruje preko mehanizma zaadaptaciju. Razlikuju se:

Granino regulisanje (ACC Adaptive Control Constraint); Optimizaciono regulisanje (ACO Adaptive Control Optimisation).

Direktno numeriko upravljanje (DNC-Direct Numerical Control) prema se deniekao sistem za direktno numeriko upravljanje veeg broja alatnih maina preko pri-dodatog procesnog raunara. Na ovaj nain je povean nivo automatizacije uz evidentanvisok nivo eksibilnosti. U optem sluaju DNC sistem ine dva raunara, jedan nadreeniili "veliki" raunar jedan i jedan podreeni ili "mali" raunar dva, koji preuzima odgovara-jue programe od raunara jedan i memorie ih u svojoj eksternoj memoriji. Raunar dvadostavlja odgovarajui program obrade odgovarajuoj NC alatnoj maini.

CAD sistem (Computer Aided Design) se denie kao primena raunara u smislu alataza podrku pri kreiranju, analizi, modikovanju ili optimizaciji neke konstrukcije. Primenaraunara obuhvata korienje odgovarajueg hardvera i softvera. CAD hardver obuhvata:raunar (CPU), jednu ili vie grakih jedinica, tastaturu i ostale periferijske ureaje (mi,palica, digitajzer...).

CAD softver obuhvata: programe za primenu kompjuterske grake, aplikacione programe,programe za ostvarivanje komunikacije izmeu razliitih CAD sistema.

CAM sistemi predstavljaju raunarom podranu proizvodnju. Ulaz u svaki CAM sis-tem je opis geometrije predmeta. U prvom koraku je potrebno denisati tehnoloki procesto obezbeuje tzv. CAPP modul (CAPP Computer Aided Proces Planning). CAPPmodul sadri tri osnovna segmenta:

ulaz geometrije, opis tehnologije, generisanje upravljajuih informacija i pratee dokumentacije.

Hardver CAM sistema je slian hardveru CAD sistema, a softver CAM sistema obuhvatasoftver:


CAPP sistema, za izvoenje operacija na CNC mainama i IR.

Osnovni pravac razvoja automatizacije u proizvodnim sistemima usmeren je na auto-matizaciju projektovanja proizvoda i projektovanje tehnolokih procesa. Automatizacijaprojektovanja proizvoda uspeno se reava primenom raunara i razvijenih CAD sistema.

Projektovanje tehnolokih procesa primenom raunara je veoma sloeno i ostvarujese primenom CAPP (Computer Aided Process Planning) sistema. Oni predstavljaju skupraunarom podranih funkcija, koje potpomau rad projektanata tehnolokih procesa.Zavisno od strategije razvoja CAPP sistema, postoje tri nivoa podrke koju CAPP sistemiomoguuje projektantu tehnolokih procesa i to:

1. Nii nivo podrazumeva primenu raunara za memorisanje i pretraivanje podataka,za tehnoloke procese koji su prethodno projektovani klasinim metodama. Prematome, ovi CAPP sistemi omoguuju, pretraivanje postojeih tehnolokih procesa,koji mogu da poslue kao osnova za projektovanje novog tehnolokog procesa.

2. Vii nivo CAPP sistema automatski generiu projekte tehnolokih procesa, zaodreene delove jednostavnijeg geometrijskog oblika. Projektant tehnolokih pro-cesa u odreenim sluajevima koriguje tako izraene tehnoloke procese, premaspecinostima proizvodnje.

3. Najvii nivo razvoja CAPP sistema podrazumeva ukljuivanje u sistem znanja iekspertnosti za projektovanje tehnolokih procesa. Tako projektovan CAPP sistemu potpunosti preuzima ulogu projektanta tehnolokih procesa.

Prema datim mogunostima, strategija najnieg nivoa CAPP sistema, omoguuje ubrzanjeprocesa projektovanja a CAPP sistemi najvieg nivoa potpunu automatizaciju projekto-vanja.

Sistemi najvieg nivoa, da bi omoguili potpunu automatizaciju, treba da obezbede vezuizmeu CAD i CAM sistema. Baza podataka i baza znanja CAPP sistema najvieg nivoatreba biti integrisana sa bazama spregnutih CAD i CAM sistema.

U zavisnosti od naina projektovanja, odnosno od ugraene logike za odluivanje, moguse identikovati tri sistema za automatizovano projektovanje tehnolokih procesa i to:

varijantni, generativni, sistemi zasnovani na znanju.

Kontrola pomou raunara (CAQ Computer Aided Quality) predstavljaju odgovorposlovnih sistema na zahteve okruenja u pogledu unapreenja kvaliteta. Na najniemnivou (1) raunar se koristi za obuhvatanje podataka iz proizvodnje. To su podaci iz oblastimerenja. Na drugom nivou (2) je neposredno upravljanje kvalitetom pomou raunara, ana osnovu podataka iz proizvodnje. Na viem upravljakom nivou (3) su CAQ sistemi u


uem smislu koji sadre i modul planiranja kontrole kvaliteta i obrade rezultata kontrolekvaliteta. Na najviem nivou (4) je CIQ sistem (CIQ Computer Integrated Quality)koji obezbeuje integraciju svih pod sistema poslovnog sistema uz unapreenje kvalitetau svakom od njih.

1.4. Raunarski integrisana proizvodnjaZahtevi trine ekonomije postavljaju pred preduzea brojna pitanja i probleme. Kao izlaziz takve situacije, mnogi poslovni sistemi vide integraciju poslovnih aktivnosti (informacijai procesa). Ovu integraciju omoguio je pre svega brz razvoj informacionih tehnologija uposlednjih nekoliko godina. Svi moderni proizvodni sistemi koji se danas implementirajuupotrebljavaju raunarske sisteme. Raunar je imao i ima dramatian uticaj na razvojtehnologija automatizacije pioizvodnje.

Slika 1.9. Integracija proizvodnje i informacionih tehnologija

Jedan od proizvoda tog razvoja jesu i raunarski integrisani proizvodni sistemi (CIM:Computer Integrated Manufacturing). Oni integriu sve poslovne informacije i procesepoev od nivoa planiranja i upravljanja (strategijski i taktiki nivo) pa do operativnognivoa upravljanja.

U sutini, CIM predstavlja savremeni koncept razvoja poslovnih sistema koji nudi pravacreavanja problema koristei raunar (C Computer) za integraciju (I Integrated)proizvodnih ili poslovnih aktivnosti (M Manufacturing). Integracija proizvodnih iinformacionih tehnologija se ne vri sama za sebe, ve ona proizilazi iz osnovnih potrebai ciljeva preduzea, slika 1.10. Ti ciljevi su najee poveanje eksibilnosti, kvaliteta iproduktivnosti. Pogotovu za poveanje produktivnosti je izuzetno bitan ovaj tehnolokifaktor. Naravno, ne treba zanemariti ni ostale faktore, pogotovo ljudski, u ijim je rukamaznalako i optimalno korienje tehnolokog faktora.

Termin raunarski integrisana proizvodnja (CIM) uveden je da oznai prodor upotreberaunara u projektovanju proizvoda, planiranju proizvodnje, upravljanju operacijama iizvravanju raznih funkcija u vezi s poslovanjem neophodnih u proizvodnoj rmi.

Fizike aktivnosti ukljuuju celokupnu proizvodnu obradu, montau, unutranji transport,skladitenje i kontrolne preglede koji se izvravaju na proizvodu. Ove operacije dolaze udirektan kontaki sa proizvodom za vreme proizvodnje. One dodiruju proizvod. Sirovine


ulaze s jedne strane fabrike, a gotovi proizvodi izlaze s druge strane. Fizike aktivnosti(obrada, montaa, itd) nalaze mesto u fabrici. Funkcije obrade informacija formiraju prstenkoji okruuje fabriku, obezbeujui podatke i potrebno znanje za uspenu proizvodnjuproizvoda. Ove funkcije obrade informacija ukljuuju:

poslovne aktivnosti (marketing i prodaju, nabavku, nansije, itd), projektovanje proizvoda, planiranje proizvodnje, upravljanje proizvodnjom.

Ove etiri funkcije formiraju ciklus dogaaja koji se mora pridruiti zikim aktivnostimaproizvodnje.

Slika 1.10. Raunarski integrisan proizvodni sistem

Sada se razmatra razlika izmeu automatizacije i CIM-a. Automatizacija se odnosi na zi-ke aktivnosti u proizvodnji. Automatizovani proizvodni sistemi se projektuju za izvrenjeobrade, montae, unutranjeg transporta, skladitenja i kontrole kvaliteta sa malim (ili


bez) ueem ljudi. Prema poreenju, raunarski integrisana proizvodnja vie se odnosina funkcije obrade informacija koje su potrebne u podravanju proizvodnih operacija.CIM obuhvata upotrebu raunarskih sistema u izvravanju etiri tipa funkcija obrade in-formacija. Ba kao to je automatizacija u vezi sa zikim aktivnostima, CIM je u vezis automatizovanjem aktivnosti obrade informacija u proizvodnji. Rastue primene rau-narskih sistema u proizvodnji vode prema raunarski automatizovanoj fabrici budunosti.

CIM predstavlja arhitekturu integrisanja funkcije inenjeringa, marketinga i proizvodnjepomou informacionih tehnologija, slika 1.11. U irem smislu, CIM obuhvata integracijusvih poslovnih procesa od snabdevaa do kupca. CIM se koristi kao strategija za planiranjeresursa preduzea na irokom poslovnom nivou integracije.

Slika 1.11. CIM Y-model (Scheer, 2004)

Da bi se realizovao koncept upravljanja prema ciljevima, potrebno je razviti model ciljevakoji obuhvata najmanje sledee ciljeve: eksibilnost (F), produktivnost (P), kvalitet (Q).

Prva celovita denicija CIM sistema je iz 1980. godine u vidu CIM toka (CASA/SME),gde su u sreditu toka dati zajednika baza podataka i ostali zajedniki informacioniresursi, slika 1.12. Pristup novim zajednikim informacionim resursima imaju sve poslovne


funkcije, grupisane u inenjering proizvoda, planiranje proizvodnje, upravljanje proizvod-njom i automatizaciju proizvodnje.

Slika 1.12. CASA/SME model CIM sistema

Druga karakteristina denicija CIM sistema proizilazi iz CIM modela koji je 1985. godinerazvilo nemako udruenje AWF, kao to je prikazano na slici 1.13. Po toj deniciji CIMobuhvata informaciono tehnoloke interakcije izmeu CAD, CAP, CAM, CAQ i PPCsistema.

Slika 1.13. AWF model CIM sistema


Imajui u vidu postojee zahteve poslovanja kao i razvoj raunarskih tehnologija dolazimodo pojma CIM sistema odnosno raunarski integrisana proizvodnja, slika 1.14. Zato jenaglasak na I u akronimu CIM. Kod ovih sistema proizvodnja je shvaena u irem smislui ne obuhvata samo procese proizvodnje i montae ve i ostale procese poslovnih sistema.Pojam CIM sistema je dalje evoluirao tako da dolazimo do pojma HOCIM sistema sanaglaenom ulogom ljudskih resursa u razvoju CIM sistema i CIE sa naglaenim vezamaposlovnog sistema sa ostalim poslovnim sistemima. Kasnije do pojma CAI sistema sanaglaenom integracijom izmeu vie poslovnih sistema u okviru iste grane i industrije ucelini, i pojma CIB poslovanja u celini.

Slika 1.14. Helbergov model CIM sistema

CIM arhitektura je informacioni sistem, koji omoguuje da se u poslovnom sistemuintegriu informacije i proizvodni procesi, tako to se najpre deniu pravci integracije iinterfejs izmeu korisnika. CIM arhitekturu ine tri kljuna bloka:

Komunikacije (komunikacije i distribucije podataka); Upravljanje podacima (denisanje, memorisanje i korienje podataka); Prezentacija.

Komunikacioni sistem u CIM okruenju je od fundamentalnog znaaja, bez koga jenemogue ostvariti uspenu integraciju informacija i procesa. Zbog toga je izuavanjekomunikacionih sistema (CS) od sve veeg znaaja za uspeno poslovanje.

Kljuna denicija komunikacije podacima je da je to: "kodirana transmisija (prenos)podataka elektrinim ili optikim putem". Komunikacija, kao proces, sastoji se iz trikoraka (tzv. I P O model) i to:


podaci ulaze u CS, podaci se obrauju u CS, podaci se predaju na izlazu iz CS-a.

Osnovni koraci (faze) u komunikaciji podacima su:

prijem podataka, ispitivanje podataka, odluivanje o nainu, slanje podataka do eljenog odredita.

Osnovni procesi i elementi komunikacije su:

kodiranje, komunikacioni softver, paralelni port/serijski port, serijski (modemski) kabl, modem, modularni kabl, usluge prenosa, lokalne i druge mree.

Drugi kljuni blok, u CIM arhitekturi, je upravljanje podacima koje obuhvata denicijupodataka, relacije izmeu njih, arhiviranje i pristup podacima. Znaaj ovog bloka postajesve vei, jer je u industriji instaliran veliki broj raznovrsnih raunarskih sistema sa razliitimupravljanjem podacima. Da bi se ostvarila integracija razliitih sistema potrebno je daupravljanje podacima obuhvati:

suverenitet nad podacima, bazu podataka, ukljuivanje lokalnih baza podataka.

Baza podataka je veliki skup meusobno povezanih podataka pomou softvera za uprav-ljanje bazama podataka (DBMS - "Data Base Management System") napisanog pomoujednog od programskih jezika. Postoji jo jedna, znatno potpunija denicija DB-a i onaglasi: "Baza podataka je skup meusobno povezanih i usklaenih podataka, skladitenihzajedno bez tetne i nepotrebne redundanse, kako bi na optimalan nain sluila jednomili vie informacionih sistema (aplikacija) i kako bi podaci u njima bili nezavisni odprograma koji ih koriste".


Trei kljuni blok u CIM arhitekturi je prezentacija, koja omoguuje dostavljanjeneophodnih podataka do korisnika na nivou radionice ili poslovnih funkcija. Ostvari-vanje CIM arhitekture pretpostavlja da se, pri razvoju CIM sistema, respektuju sledeeprepreke: korienje standardnih platformi, integracija podataka, osiguravanje investicijau CIM opremu, korienje razliitih sistema, korienje industrijskih standarda i otvorenihinterfejsa, smanjenje trokova za podrku aplikacija, kastomizacija reenja, fazna primena,selektivnost u primeni CIM reenja, unapreenje poslovnog procesa.

U fazi izrade aplikativnog softvera respektuju se potrebe za preuzimanjem i manipulacijomistih podataka od strane veeg broja korisnika iz razliitih funkcija poslovnog sistema.Neki od lanaca integracije su posebno vani kod CIM sistema, kao na primer izmeu:CAD/CAM, CAD/CAM i PPC, PPC i DSS aplikacija.

CIM arhitektura treba da omogui smanjene trokove za podrku aplikacija, jer se pravilnorasporeuju kadrovski resursi i ne vri se dupliranje mnogih aktivnosti. Time se smanjujevreme i trokovi izrade i trokovi odravanja aplikacija.

Iz prethodne analize sistema moe se zakljuiti da CIM arhitektura predstavlja integracijuinformacionih i proizvodnih resursa. Integracija ovih resursa ostvaruje se, pre svega, po-mou komunikacione tehnologije. U oblasti proizvodnje koriste se dva osnovna protokolaza razmenu podataka bazirana na ISO standardima i to:

MAP ("Manufacturing Automation Protocol"), TOP ("Tehnical and Oce Protocol"),

Iako je u to vreme postojalo nekoliko razliitih modela CIM sistema, oni su imali neko-liko zajednikih karakteristika. Svi modeli su vrili integraciju proizvodnih i informacionihtehnologija uvoenjem zajednikih baza podataka. Baze podataka su mogle biti centra-lizovane za celo preduzee i povezane sa ostalim poslovnim funkcijama ili distribuiranepo poslovnim funkcijama pa zatim meusobno povezane. Tako su svi modeli koji sunastajali zadravali tri osnovne karakteristike CIM strukture i bile prilagoene potrebamapreduzea, zahtevima trita i vaeim standardima.

Karakteristian je i CIM OSA referentni model koji je razvijen u okviru programa Evropskezajednice, a u okviru AMICE. To je CIM referentni model arhitekture otvorene za povezi-vanje, to znai da svako preduzee moe na ovoj osnovi da gradi svoj CIM model, slika1.15. Arhitektura CIM OSA referentnog modela moe se iskazati u tri dimenzije i to:

Nivo optosti: referentni, parcijalni i posebni. Nivo primene: potrebe, specikacije, opis primene Nivo poslovanja sa aspekta: funkcija, informacija, resursa, organizacije.

Sa aspekta nivoa optosti najvii nivo ima referentni nivo na osnovu koga se projektujuparcijalni nivoi a najnii posebni nivo. Upravljanje u CIM modelu moe se predstavitisa veim brojem upravljakih nivoa. U osnovnom CIM modelu postoje etiri nivoa up-ravljanja: operativno, funkcionalno, generalno, izvrno. Poslednja dva mogu se spojiti ujedno. Zadatak generalnog upravljanja je da denie elemente tzv. konceptualnog plana


CIM sistema, koji obuhvata: misiju, ciljeve i opte pravce razvoja poslovnog sistema,raspoloive resurse, sagledavanje znaaja sinergijskog efekta pri integraciji poslovnih podsistema, organizacioni okvir za razvoj CIM sistema.

Slika 1.15. CIM/OSA referentni model

Ciljevi organizovanja CIM sistema proizilaze iz osnovnih ciljeva preduzea. Prema analizidatoj u literaturi utvrena je dinamika strategijskih ciljeva. Poslednjih godina dominantniciljevi su poveanje eksibilnosti, kvaliteta i produktivnosti. Od poslovnih sistema zahtevase sve vee respektovanje vremena i kvaliteta, uz praktino ksiranje cena proizvoda,odnosno produktivnosti. Poveanje produktivnosti ostvaruje se na razliite naine, ali seuoava da je najvei uticaj tehnolokog faktora.

Slika 1.16. Tok dokumenata u CAD/CAM aplikacijama


Da bi primena CIM sistema bila uspena, proizvodne tehnologije treba da budu povienognivoa automatizacije i eksibilnosti kao i pouzdanosti i tanosti.

CAM sistemi obuhvataju sisteme za pripremu i realizaciju upravljakih zadataka za CNCmaine, industrijske robote i eksibilne tehnoloke elije.

Povezivanje CAD i CAM sistema se vri u skladu sa povezivanjem bilo koja dva raunarskasistema, slika 1.17. Ovaj interfejs meutim ima neke svoje znaajne osobenosti. Najeese povezivanje vri preko zajednike baze podataka. Najvanija je veza izmeu CAD iNC modula CAM sistema.

Slika 1.17. Povezivanje CAD/CAM aplikacija

Dve su osnovne mogunosti povezivanja CAD i NC funkcija, slika 1.18:

Na nivou jezikog interfejsa, gde CAD generie geometrijske podatke. Podaci sedalje obrauju preko eljenih procesora (NC jezika, kao npr. APT, EXAPT);

Na nivou desktriptivnih interfejsa, tj.interfejsa podataka. To se ostvaruje pomouIGES post procesora (npr. CADCLP) ili kao individualno reenje kod nestandardnihformata podataka.

Slika 1.18. Povezivanja CAD i NC funkcija


Interfejs treba da omogui izmenu :

grakih podataka, koji obuhvataju 2D/3D vektorsku graku i 2D/3D raster graku, podataka sa tehnikog crtea, koji obuhvataju 2D geometriju, razmeru i kote, pog-

lede i preseke, organizacione podatke,

geometrijskih podataka i to za 2D/3D linijske modele, 3D povrinske modele i/ilizapreminske modele,

podataka o modelu proizvoda,tj. podataka o strukturi proizvoda, geometriji proiz-voda, tehnologiji i elementima oblika.

1.5. Denisanje fabrikih raasporeda

Uz organizacionu strukturu, proizvodna organizacija mora se takoe baviti i njenim -zikim objektima. Termin fubriki respored d (engl. plant layout) se odnosi na logikoi ziko ureenje svih objekata u proizvodnoj fabrici. Logiki (konceptualni) projekatukljuuje uglavnom logiku toka materijala. Fiziki (realizacioni) projekat sadri topologijui konguraciju proizvodnih maina i sredstava unutranjeg transporta i skladitenja. To od-vajanje je neophodno, naroito u projektovanju i u toku reprojektovanja automatizovanihproizvodnih sistema.

Slika 1.19. Izgled proizvodnog pogona preduzea

1.5.1. Tipovi fabrikog rasporeda

Raspored koji pristaje protonom tipu velikoserijske i masovne proizvodnje nije pogodanza pojedinanu i maloserijsku proizvodnju i obrnuto. Razlikujemo tri glavna tipa fabrikograsporeda koji asociraju na tradicionalne proizvodne radionice:

ksni/pozicioni raspored, procesni raspored, i


predmetni/protoni raspored.

Danas postoji znatna korelacija izmeu tipova fabrikog rasporeda i tipova proizvodnjeprethodno klasikovanih prema koliini.

Slika 1.20. Procesni fabriki raspored

Fiksni/pozicioni raspored. U ovom tipu rasporeda, termin "ksna-pozicija" odnosi se naproizvod. Zbog njegove veline i teine, proizvod ostaje na jednoj lokaciji, a oprema kojase koristi u njegovoj fabrikaciji donosi se na lokaciju. Montaa velikog aviona i brodograd-nja primer su operacija u kojima se upotrebljava ksni/pozicioni raspored.


Projektni raspored se koristi za graevinske objekte kao to su zgrade, mostovi i brane.Kao i u ksnom/pozicionom rasporedu, proizvod je veliki i graevinska oprema i radnicimoraju da se kreu do proizvoda. Suprotno ksnom/pozicionom uredenju, kada se posaozavri, oprema se seli sa mesta izgradnje. Za ksni pozicioni raspored, proizvod se selivan fabrike, a fabrika se namenski koristi za sledei posao. Ovaj tip uredenja esto sepovezuje sa pojedinanom i maloserijskom proizvodnjom u kojoj se fabrikuju kompleksniproizvodi u vrlo malim koliinama.

Procesni/predmetni raspored. U procesnom rasporedu, proizvodne maine su ureeneu grupe prema optem tipu proizvodnog procesa. Strugovi su u jednom odeljenju, gloda-lice u drugom, builice u sledeem odeljenju i tako dalje. Prednost ovog tipa rasporeda jenjegova eksibilnost. Slika 1.20 ilustruje predmetni/protoni raspored.

Razliiti delovi, pri emu svaki trai svoj sopstveni redosled operacija, mogu da se kreukroz odeljenja u odgovarajuem redosledu. Viljukari i runa kolica upotrebljavaju se zapomeranje materijala od jednog radnog centra do sledeeg. Montani objekti se smetajudu linije toka proizvoda. Delovi u obradi se kreu pomou konvejera ili slinih sredsta-va od jednog radnog mesta do sledeeg. Proizvod se progresivno fabrikuje dok protiekroz redosled radnih mesta. Ovaj tip rasporeda je podesan za protoni tip velikoserijske imasovne proizvodnje. Ureenje objekata unutar fabrike je relativno neeksibilno i jedinoje umeno kada su koliine proizvodnje dovoljno velike da opravdaju investicije.

Ova tri rasporeda (ksni/pozicioni, procesni i protoni/predmetni) uobiajeni su tipovi kojise nalaze u dananjim proizvodnim fabrikama. etvrti tip, nazvan grupno tehnolokiraspored, predstavlja pokuaj kombinovanja ekasnosti protonog rasporeda sa eksibil-nou procesnog rasporeda.


Slika 1.21. Proizvodni automatizovani procesi

Glava 2

Ukratko o automatizaciji

Automatizacija se moe denisati kao tehnologija kojom su postignuti proces ili proce-duru bez ljudske pomoi. Implementirana je pomou programa sa uputstvima u kom-binaciji sa sistemom kontrole koji izvrava instrukcije. Da bi se automatizovao proces,potrebna je snaga (pogon), i to da pokree sm proces i da omoguava rad programai sistema kontrole. Iako automatizacija moe da se primeni u irokom spektru oblasti,najblie je povezana sa industrijom. Bilo je to u kontekstu proizvodnje koju je prvobit-no denisao tehniki direktor kompanije "Ford Motor" u 1946. godini, kako bi opisaorazne automatske prenose ureaja i potrebnih mehanizama, koji su instalirani u Fordovimproizvodnim pogonima. Ironino je da se, skoro sva, moderna primena automatizacijekontrolie pomou raunarskih tehnologija koje nisu bile na raspolaganju u 1946. godini.

Slika 2.1. Elementi automatizovanog sistema

U ovom delu knjige, pomenute su tehnologije koje su razvijene za automatizaciju proizvod-nih operacija. Poloaj automatizacije i kontrole tehnologija u veem proizvodnom sistema


je prikazan na slici 2.1. Takoe, obezbeeni su i odgovarajui pogledi na samu automati-zaciju i odgovarajue elemente:

Koji su elementi automatizovanog sistema? Koje se napredne funkcije "pojavljuju" izvan osnovnih elemenata? Na kojim nivoima preduzea moe da se primeni automatizacija?

2.1. Osnovni elementi automatizovanog sistema

Automatizovani sistem se sastoji od tri osnovna elementa:

1. energija (snaga) da omogui (ostvari) proces i rad sistema,

2. program instrukcija da usmeri proces, i

3. sistem kontrole iji je zadatak da podstakne uputstva.

Slika 2.2. Automatizacija i kontrola tehnologija unutar proizvodnog sistema

Odnos izmeu ovih elemenata je ilustrovan na slici 2.2. Svi sistemi, koji se kvalikuju kaoautomatizovani, ukljuuju ova tri osnovna elementa u jednom ili drugom obliku.

2.1.1. Potrebna energija za ostvarenje automatizovanog procesa

Ako se koristi automatizovani sistem kako bi neki proces funkcionisao, onda je neophodnapogonska snaga za pokretanje procesa, kao i kontrolu. Glavni izvor snage (pogona) uautomatizovanim sistemima je elektrina energija (struja). Elektrina energija ima mnogeprednosti u automatizovanim, kao i u neautomatizovanim procesima:

Elektrina energija je iroko dostupna po umerenoj ceni. To je vaan deo industrijskeinfrastrukture.

Elektrina energija moe lako da se konvertuje (pretvori) u alternativne oblike ener-gije mehaniku, termiku, svetlosnu, akustinu, hidraulinu i pneumatsku.

Elektrina energija moe da se koristi na niskom nivou kako bi se ostvarile funkcijekao to su prenos signala, obrada i uvanje podataka i komunikacije.

Ukratko o automatizaciji 31

Elektrina energija moe biti uskladitena u dugotrajne baterije za korienje namestima gde spoljanji izvor elektrine energije nije prigodno dostupan.

Alternativni izvori energije ukljuuju fosilna goriva, solarnu energiju, vodu i vetar. Meu-tim, njihova upotreba je izuzetno retka u automatizovanim sistemima. U mnogim slua-jevima kada se alternativni izvori energije koriste za pokretanje samog procesa, elektrinaenergija se koristi za elemente kontrole (upravljake elemente) koje automatizuju opera-cije. Na primer, pri procesu livenja i termikoj obradi, pei mogu da se zagrevaju fosilnimgorivima, ali upravljaki sistem za regulisanje temperature i vremena ciklusa je elektrini.U drugim sluajevima, energija iz ovih alternativnih izvora se pretvara u elektrinu energijuza pokretanje procesa i njegovu automatizaciju. Kada se solarna energija koristi kao izvornapajanja za automatizovani sistem, onda se obino pretvara na ovaj nain.

Potrebna energija za proces. U proizvodnji, termin proces se odnosi na proizvodnu ope-raciju koja se izvodi na radnoj jedinici. Pored pokretanja proizvodne operacije, energija jepotrebna i za sledee funkcije po pitanju rukovanja materijalom:

Utovar i istovar radnih delova. Pojedinani procesi se, uglavnom, odnose na po-jedinane delove. Ovi delovi, ako uestvuju u kreiranju sklopova, moraju biti pre-meteni u odgovarajui poloaj i da budu odgovarajue orijentacije, kako bi procesbio izvren, a energija je potrebna za ovaj transport i za funkcije plasmana. Nakraju procesa, radne jedinice (delovi) moraju, isto tako, biti uklonjene. Ako je pro-ces potpuno automatizovan, onda se koristi neka forma (oblik) mehanike energije.Ako se proces radi runo ili poluautomatizovano, tada ljudska snaga moe da sekoristi za pozicioniranje i pronalaenje radnih jedinica (delova).

Prevoz (transport) materijala izmeu operacija. Pored utovara i istovara unutardenisane operacije, radne jedinice (delovi) treba premetati izmeu operacija.

Potrebna energija za automatizaciju. Iznad i izvan osnovnih uslova za napajanje pos-tupka izrade, dodatno napajanje je potrebno za automatizaciju. Dodatna energija koristise za sledee funkcije:

Upravljanje jedinicom. Savremeni industrijski kontroleri su zasnovani na digitalnimraunarima, koji zahtevaju elektrinu energiju da uitaju programske instrukcije, danaprave kontrolne proraune i izvre instrukcije koje su posledica primene odgovara-jue komande za pobuivanje ureaja.

Energija za aktiviranje signala kontrole. Komande, koje je poslao kontroler je-dinica, obavljaju se pomou elektromehanikih ureaja, kao to su prekidai i motori,koji se zovu aktuatori. Komande se, uglavnom, prenose putem kontrolnih signalaniskog napona. Da bi se to postiglo, komande aktuatora zahtevaju vie energije,i tako kontrolni signal mora da bude pojaan kako bi obezbedio odgovarajui nivoenergije za pobuivanje ureaja.

Prikupljanje i obrada informacija. U veini sistema za upravljanje, podaci morajubiti prikupljeni iz procesa i koriste se kao ulaz za upravljake algoritme. Poredtoga, zahtevi procesa mogu da sadre voenje evidencije o procesu rada ili kvalitetu


proizvoda. Ova akvizicija podataka i funkcije voenja evidencije zahtevaju energiju(snagu), iako u skromnim koliinama.

2.1.2. Sistemi kontrole

Upravljaki element (element kontrole) automatizovanog sistema izvrava program uput-stava. Sistem kontrole omoguava procesu da ostvari svoje denisane funkcije, da izvrineku operaciju za proizvodnju. U ovom delu bie dat kratak uvod u sisteme kontrole

Slika 2.3. Sistem kontrole sa povratnom spregom

Kontrole u automatizovanom sistemu mogu biti zatvorene petlje ili otvorene petlje. Kon-trolni sistem sa zatvorenom petljom, poznat je i kao sistem sa povratnom spregom,u kojem se izlazna uporeuje sa ulaznim parametrom, i bilo koja razlika izmedu ove dvevrednosti koristi se korekciju ulaza na osnovu izlaza. Kao to je prikazano na slici 2.3,sistem kontrole sa zatvorenom petljom se sastoji od est osnovnih elemenata:

1. ulazni parametar,

2. proces,

3. izlazna promenljiva,

4. senzor povratne sprege,

5. kontroler i

6. aktuator (pokreta).

Ulazni parametar, esto se naziva i podeena taka, predstavlja eljenu vrednost izlaza. Usistem za kontrolu kune temperature, podeena taka je eljeno podeavanje termostata.Proces je kontrolisana operacija ili funkcija. Konkretno, to je izlazna promenljiva koja sekontrolie u petlji. U ovoj diskusiji, proces na koji se obraa panja je obino proizvodnaoperacija, kao i izlazna promenljiva koja predstavlja neki varijabilni proces, moda kritinemere u procesu, kao to su temperatura ili primena sile ili protok. Senzor se koristi zamerenje izlaznih promenljivih i za zatvaranje petlje izmeu ulaza i izlaza. Senzori obez-beuju funkciju povratne informacije u zatvorenom sistemu za kontrolu petlje. Kontrolerporedi izlaz sa ulazom i ini potrebna prilagoavanja u procesu da se smanji razlika izmeunjih. Podeavanje se vri pomou jednog ili vie aktuatora (pokretaa), koji su hardver-ski ureaji koji obavljaju ziku kontrolu radnji, kao to su elektrini motori ili ventili za


regulisanje protoka. Treba napomenuti da model na slici 2.3 pokazuje samo jednu petlju.Veina industrijskih procesa zahteva vie petlji, po jednu za svaku promenljivu procesakoja se mora kontrolisati.

Slika 2.4. Sistem kontrole sa otvorenom petljom (bez povratne sprege)

Za razliku od zatvorenog sistema za kontrolu petlje, psistem kontrole sa otvorenom petljomradi bez povratne sprege, kao na slici 2.4. U ovom sluaju, kontrole rade bez merenjaizlazne promenljive, tako da nema poreenja izmeu stvarne izlazne vrednosti i eljenogulaznog parametra. Kontroler se oslanja na tane modele dejstva njegovih aktuatora napromenljive procesa. Uz sistem sa otvorenom petljom uvek postoji rizik da aktuator neebiti dovoljno ekasana po pitanju procesa, a to je nedostatak otvorene petlje. Njegovaprednost je da je generalno jednostavniji i jeftiniji od sistema sa zatvorenom petljom.Sistemi sa otvorenom petljom (bez povratne sprege) su obino prikladno kada su sledeiuslovi u opticaju:

akcije koje sistem kontrolie su jednostavne, funkcije pobuivanja su veoma pouzdane, i bilo kakve reaktivne sile u odnosu na aktuator su dovoljno male, tako da nemaju

nikakav uticaj na aktuator.

Ako ove karakteristike ne vae, onda sistem kontrole sa zatvorenom petljom moe bitivie odgovarajui.

Slika 2.5. Jednoosni sistem pozicioniranja koji se sastoji od galvnog vretena kojepokree motor na jednosmernu struju

Slika 2.5 moe da pomogne da se uoi razlika izmeu sistema sa zatvorenom i otvorenompetljom po pitanju pozicioniranja radnog stola. Sistemi za pozicioniranje su uobiajeni uproizvodnji kako bi se locirao radni deo u odnosu na alat ili ostale elemente. Slika 2.5pokazuje sluaj sistema pozicioniranja sa zatvorenom petljom. U radu, sistem je usmerenda premesti radni sto na navedenu lokaciju, koja je denisana vrednostima koordinata uDekartovom koordinatnom sistemu. Veina sistema za pozicioniranje ima najmanje dveose (na primer, x y pozicioniranje radnog dela) sa sistemom kontrole za svaku osu, aliskica na slici 2.5 ilustruje samo jednu od tih osa. Jednosmerni servomotor je povezansa glavnim vretenom, kao zajedniki aktuator za svaku osu. Signal, oznaen vrednoukoordinate (na primer, x vrednost), je poslat iz kontrolera da motora koji pokree glavno


vreteno, ije se rotaciono kretanje pretvara u linearno pozicioniranje radnog stola. Kakose radni sto pribliava eljenoj x vrednosti koordinate, razlika izmeu stvarne x pozicijei ulazne x vrednosti je smanjena. Aktuelna x pozicija se meri senzorom povratne sprege(na primer, optiki enkoder). Kontroler nastavlja da pogoni motor sve dok stvarni poloajradnog stola ne odgovara vrednosti ulaznepozicije.

Za sluaj otvorene petlje, skica sistema za pozicioniranje e biti slina prethodnoj, osimto nema prisutnu povratnu spregu i koristi se korani motor umesto jednosmernog servo-motora. Korani motor je dizajniran tako da rotira vreteno u preciznim koracima za svakiimpuls dobijen od kontrolera. Sve dok je vratilo motora povezano sa glavnim vretenomi dok glavno vreteno translira radni sto, svaki impuls se pretvara u malo stalno linearnokretanje stola. Da bi se premestio radni sto na eljenu udaljenost, broj impulsa odgovararastojanju koje se alje motoru. Ako se uzme u obzir pravilna primena i ako su karakte-ristike usaglaene sa spiskom operativnih poslova, sistem za pozicioniranje sa otvorenompetljom radi sa visokom pouzdanou.

2.2. Nivoi automatizacije

Koncept automatizovanih sistema moe se primeniti na razliitim nivoima operacija unu-tar fabrike. Normalno je da se u automatizaciju sa pojedinanim proizvodnim mainama.Meutim, sama proizvodna maina se sastoji od podsistema koji mogu i sami biti au-tomatizovani. Savremena numeriki kontrolisana (NC) maina alatka je automatizovanisistem. Meutim, sama NC maina sama se sastoji od vie sistema kontrole. Svaka NCmaina ima najmanje dve ose kretanja, a neke maine imaju do pet osa. Slino tome, NCmaina je esto deo veeg proizvodnog sistema i veih sistema koji mogu sami po sebi bitiautomatizovani. Na primer, dve ili tri alatne maine mogu biti povezane sa automatizo-vanim delom operativnog sistema za rukovanje pod kontrolom raunara. Alatne maine,takoe, mogu dobiti i uputstva (na primer, deo programa) iz raunara. Tako se dolo dotri nivoa automatizacije i kontrole koje su ovde ukljuene (nivo pozicioniranja sistema,nov maine alatke, kao i nivo proizvodnog sistema). Za potrebe u ovom delu knjige, moese identikovati pet moguih nivoa automatizacije u proizvodnom pogonu. Denisani suu nastavku, a njihova hijerarhija je prikazana na slici 2.6.

1. Nivo ureaja. Re je o najniem nivou u hijerarhiji automatizacije i u njega su uk-ljueni aktuatori, senzori i ostale hardverske komponente koje ine nivo maine. Ureajisu kombinovani u pojedinane kontrole sa zatvorenom petljom (na primer, informacijapovratne sprege jednoosne CNC maine ili zajedniki zglob na industrijskim robotima).

2. Nivo maina. Hardver na nivou ureaja je sastavljen u pojedinane maine. Primeriukljuuju CNC maine alatke i slinu proizvodnu opremu, industrijske robote, elektrinetrake za transport i automatski voena vozila. Kontrolna funkcija na pomenutom nivouobuhvata obavljanje koraka, koji su denisani u programu uputstva, po ispravnom re-dosledu i omoguava korisniku da se uveri da li je svaki korak pravilno izvren.

3. Nivo jedinica ili na nivou sistema. To je proizvodna elija (jedinica) ili nivo sis-tema, koji deluje po instrukcijama nivoa fabrike. Proizvodna jedinica ili sistem je grupaod maina ili radnih stanica povezanih i podranih od strane sistema za rukovanje ma-


terijalom, raunara i ostale opreme odgovarajueg proizvodnog procesa. Proizvodne linijesu ukljuene u ovaj nivo. Funkcije ukljuuju slanje i montiranje delova na maine, koor-dinaciju izmeu maina i sistema za rukovanje materijalom, kao i prikupljanje i procenupodataka.

Slika 2.6. Pet nivoa automatizacije i kontrole u proizvodnom sistemu

4. Nivo fabrike. Ovde je re o nivou fabrike ili proizvodnog sistema koji prima instrukcijeod korporativnog informacionog sistema i prevodi ih u operativne planove za proizvodnju.Funkcije ukljuuju proces obrade, proces planiranja, kontrole zaliha, planirane nabavkematerijala, kontrolu pojedinanih pogona i kontrolu kvaliteta.

5. Nivo preduzea. To je najvii nivo, koji se sastoji od korporativnog informacionogsistema i koji se bavi svim funkcijama koje su neophodne za upravljanje kompanijom, kaoto su: marketing i prodaja, raunovodstvo, dizajn, istraivanje, glavni proizvodni plan iagregatno planiranje.

Veina tehnologija koje se pominju u ovoj knjizi su na nivou 2 (nivo maina), iako je biloprie o nivou 1 automatizacije tehnologije (ureaji koji ine sistem kontrole). Tehnologijedrugog nivoa obuhvataju pojedinane kontrolere (na primer, programabilni logiki kontro-leri i kontroleri digitalnih raunara), numeriki kontrolisane maine i industrijske robote.Oprema koja se bavi "nabavkom" i distribucijom materijala oprema, takoe, predstavljatehnologiju na nivou 2, iako neka oprema i sama predstavlja sosticirane automatizo-vane sisteme. Automatizacija i kontrola na nivou 2 vode rauna o osnovnim operacijamaopreme i zikim procesima koje obavljaju.

Kontroleri, maine, materijali i oprema su objedinjeni u proizvodnu eliju, proizvodne linijeili sline sisteme, koji ine trei nivo. Proizvodni sistem je denisan u ovoj knjizi kao skup


integrisanih oprema dizajniranih za neke specijalne misije, kao to su mainsko denisanjeporodice delova ili sklapanje odreenih proizvoda. Proizvodni sistemi, takoe, ukljuujuljude. Odreeni visoko automatizovani proizvodni sistemi mogu da rade due vreme, bezljudi, gde bi trebalo voditi rauna o njihovim potrebama. Meutim, veina proizvodnihsistema ukljuuje radnike kao vane i bitne elemente sistema. Dakle, proizvodni sistemisu dizajnirani sa razliitim stepenom automatizacije, neki su visoko automatizovani, drugisu potpuno automatski, a postoji i irok spektar izmeu ove dve kategorije.

Proizvodni sistemi u fabrici su komponente veeg sistema, sistema proizvodnje. Sistemproizvodnje su denisani kao ljudi, oprema i procedure koje se organizuju kroz kombinacijematerijala i procesa koji ine proizvodne operacije kompanije. Proizvodni sistemi su naetvrtom nivou, nivou fabrika, dok su grupe maina za izradu na treem nivou u hijerarhijiautomatizacije. Proizvodni sistemi su ne samo grupe maina i radnih stanica u fabrici,nego i podrka procedurama koje e ih "naterati" da rade. Ove procedure ukljuuju uprav-ljanje proizvodnjom, kontrolu zaliha, nabavku planiranih materijala, kontrolu pojedinanihpogona i kontrolu kvaliteta.

Slika 2.7. Proizvoljni nivoi automatizacije i kontrole u proizvodnim sistemima

Glava 3

Industrijski sistemi kontrole

Sistem kontrole je jedna od tri osnovne komponente automatizovanog sistema. U ovompoglavlju obratie se panja na industrijske sisteme kontrole, a posebno kako se koristedigitalni raunari za sprovoenje funkcija kontrole u proizvodnji. Industrijska kontrolaje ovde denisana kao automatska regulacija operacija i pratee opreme, kao i integracijai koordinacija operacija u veem proizvodnom sistemu. U kontekstu ove knjige, terminoperacija obino se odnosi na proizvodne operacije, meutim, termin se takoe odnosi narukovanje materijalom i na rad sa drugom industrijskom opremom.

3.1. Odnos kontinualne i diskretne kontroleIndustrijski sistemi kontrole koji se koriste u procesnoj industriji imaju tendenciju da nagla-se kontrolu kontinualnih promenljivih i parametara. Nasuprot tome, proizvodna industrijaizrauje diskretne delove i proizvode, a njihovi kontroleri imaju tendenciju da naglasediskretne promenljive i parametre. Kao to postoje dva osnovna tipa promenljivih i para-metara koji karakteriu proizvodne operacije, tako postoje i dva osnovna tipa kontrole:

kontinualna kontrola, u kojoj su promenljive i parametri kontinualni i analogni, i diskretna kontrola, u kojoj su promenljive i parametri diskretni, uglavnom binarno

diskretni.

Neke od razlika izmeu kontinualne i diskretne kontrole su u tabeli 3.1.

U stvarnosti, veina operacija u procesu proizvodnje i diskretnoj industriji delova obuh-vata i kontinualne i diskretne promenljive i parametre. Shodno tome, mnogi industrijskikontroleri su dizajnirani sa mogunou da primaju, prenose i rade sa obe vrste podatakai signala.

Da bi se dodatno zakomplikovale stvari, poela je zamena analognih kontrolera digitalnimraunarima u kontinualnom procesu kontrole oko 1960. godine, i dovela je do toga da sepromenljive kontinualnog procesa vie ne mere kontinualno (neprekidno). Umesto toga,oni su povremeno uzorkuju, u sutini stvara se diskretni sistem uzorkovanih podataka, kojije priblian stvarnom kontinualnom sistemu. Slino tome, kontrolni signali koji se alju


procesu su obino "stepenaste" funkcije, koje aproksimiraju prethodne signale kontinualnekontrole prenete od strane analognih kontrolera. Dakle, u digitalnom raunarskom pro-cesu kontrole, ak i kontinualne promenljive i parametri poseduju karakteristike diskretnihpodataka, a ove karakteristike treba uzeti u obzir prilikom dizajna raunarskog interfejsaprocesa i upravljakih algoritama koje koristi kontroler.

Tabela 3.1. Uporeenje kontinualne i diskretne kontrole

3.1.1. Kontinualni kontrolni sistemi

Prilikom kontinualne kontrole, uobiajeni cilj je da se odri vrednost izlazne promenljive naeljenom nivou, slino radu sistema povratne sprege kao to je denisano u prethodnompoglavlju. Meutim, veina kontinualnih procesa u praktinom svetu se sastoji od mnogoposebnih povratnih sprega, koje moraju biti kontrolisane i koordinisane da bi se odralaeljena vrednost izlazne promenljive. Primeri kontinualnih procesa su sledei:

Kontrola izlaza hemijske reakcije koja zavisi od temperature, pritiska, protoka i stopeunos nekoliko reagenasa. Sve ove promenljive i/ili parametri su kontinualni.

Kontrola relativnog poloaja radnog dela u odnosu na rezni alat u operaciji gloda-nja u kojoj se generie kompleksna zaobljena povrina. Poloaj dela je denisan x,y i z vrednostima koordinata. Kako se deo pomera, x, y i z vrednosti mogu dase smatraju kontinualnim promenljivama i/ili parametrima koji se menjaju tokomvremena.

Postoji nekoliko naina za postizanje kontrolnog cilja u kontinualnom sistemu procesakontrole. U sledeim paragrama, istraene su najznaajnije kategorije.

Regulatorna kontrola. U regulatornoj kontroli, cilj je da se odre performanse procesana odreenom nivou ili u okviru date tolerancije tog nivoa. To je prikladno, na primer,

Industrijski sistemi kontrole 39

kada atribut performansi predstavlja neku meru kvaliteta proizvoda, i vano je da kvalitetostane na odreenom nivou ili u okviru odreenog opsega

us - automatizacija, proizvodni sistemi i računarski integrisana proizvodnja

Documents