Projekt výrobného systému je model:

• vyjadrujúci technologickú podstatu výrobného procesu
• organizačnú štruktúru výrobného procesu
• usporiadanie prvkov v procese
• náväznosti
• plynulosti

1. Technologické usporiadanie – jednému úseku sú priradené rovnaké technologické funkcie (napr. a1, a2, a3 sú sústruhy a b1, b2, b3 frézovačky).
2. Predmetové usporiadanie – stroje a zariadenia v úseku nasledujú za sebou v poradí sekvencie technologického postupu – pevná nádväznosť – napr. sústruh-brúsenie-balenie.
3. Modulové usporiadanie – úsek sa skladá z pevne viazaných modulov. Technologické funkcie v module sa môžu zamieňať.
4. Bunkové usporiadanie – úsek predstavuje bunka – v bunke sú stroje usporiadané podľa skupinového postupu

Vo výrobnom procese má prvotný význam tok materiálu pred tokom informácií. Cieľom je znižovať neusporiadanosť.

Výrobná bunka - zoskupuje vyšší počet výrobných zariadení v module (viacstrojová obsluha), resp. zoskupuje viaceré moduly do jedného celku a integruje funkcie na jeden obslužný prvok (robot, človek).

Výrobná skupina – vzniká integráciou výrobných modulov, resp. buniek príbuzného typu do celku.

Výrobné systémy a zoskupenia - vznikajú integráciou výrobných modulov, buniek – integrujúcim činiteľom je systém materiálových a informačných tokov.

Výrobné linky – od výrobných systémov sa odlišujú tvrdou nadväznosťou modulov, resp. buniek v slede výrobného postupu. Vo výrobných linkách je rozčlenený výrobný cyklus na postupnosť rovnakých úsekov – taktov. Počas výrobného taktu sa v linke ukončí technologické spracovanie daného objektu.

Výrobné prevádzky – závody - okrem riešenia výrobných funkcií majú vyriešené na komplexnej úrovni aj otázky prípravy výroby, organizácie, plánovania a riadenia výrobného procesu.

Projektovanie informačného toku a systému riadenia dnes tvorí podstatnú zložku v projektovaní výrobných systémov, ktorú nie je možné oddeľovať od projektovania kapacít alebo materiálového toku. Tak ako musíme analyzovať tok materiálu vo výrobe a navrhovať prostriedky pre prepravu a skladovanie súčiastok, musíme analyzovať i tok informácií vo výrobnom procese a navrhnúť spôsob ich prenosu a spracovania. Od spôsobu riadenia výroby potom do značnej miery závisia i kapacity jednotlivých pracovísk, prvkov dopravného systému, veľkosti skladov, zásobníkov a ďalšie časti výrobného systému.

Pri projektovaní informačného toku existuje podobná zásada ako pri projektovaní pracovísk a materiálového toku – projekt musí byť tým detailnejší, čím je vyššia úroveň automatizácie v systéme. Pri klasickom výrobnom systéme, bez počítačovej podpory riadenia je potrebné navrhnúť hlavne tok informácií a základnej výrobnej dokumentácie.

Hlavné úlohy, ktoré musí riešiť projektant vo fáze projektovania informačného toku vo výrobnom systéme sú:

1. definovanie informačných tokov medzi jednotlivými prvkami vo výrobnom systéme a medzi výrobným systémom a jeho okolím. Definovanie vlastností jednotlivých informačných väzieb – informačný obsah, frekvencia a spôsob prenosu
2. definovanie jednotlivých funkcií systému riadenia – príprava výrobnej dokumentácie, výrobné rozvrhovanie, sledovanie rozpracovanej výroby a pod.
3. výber vhodného systému riadenia – táto úloha sa často redukuje na problém výberu niektorého z dostupných programových systémov. Ešte predtým, ako sa podnik rozhodne zakúpiť konkrétny programový systém, je potrebné vyriešiť otázku princípov riadenia, ktoré budú použité. MRP, vyťažovacie riadenie, Kanban, OPT, DBR a i.). Výber princípov riadenia závisí hlavne na odganizácii výroby a opakovateľnosti výroby a na ďalších faktoroch.

Pri navrhovaní informačného toku je nutné popísať:

• miesto, kde vzniká daná informácia
• struktúru informácie
• väzby na ostatné prvky informačného systému
• spôsob aktualizácie danej informácie
• frekvenciu prenosu informácie – časové intervaly
• veľkosť informácie s ohľadom na počítačový prenos

Funkčné a priestorové zóny pracoviska vo výrobných systémoch

Zóna – ohraničený priestor, v ktorom prebieha určitá funkčná činnosť, resp. celý výrobný proces.

Subzóna – ohraničený priestor v rámci zóny, v ktorej prebieha iba určitá elementárna funkčná zložka výrobného procesu (manipulácia s nástrojom, meranie a pod.), resp. v ktorom sa nachádza niektorý z prvkov pracoviska.

Pri podrobnejšom skúmaní sa javí účelné analyzovať na technologických pracoviskách ako funkčné a priestorové zóny:

• technologickú zónu ako priestor, v ktorom sa vykonávajú technologické operácie na výrobkoch
• manipulačnú zónu ako priestor, v ktorom sa vykonávajú manipulácie (operačné a medzioperačné) s výrobkami, nástrojmi a odpadom
• riadiacu zónu ako priestor, v ktorom sa vykonávajú riadiace operácie
• zónu obsluhy ako priestor, v ktorom sa vykonáva nastavovanie, údržba, opravy a pod.

Dispozičné riešenie výrobných pracovísk a výrobných systémov

Na základe algoritmu kombinácie vznikajú základné varianty usporiadania výrobného pracoviska:

• Výrobné prostriedky a operátor majú stále miesto – tento prípad je typický pre väčšinu pracovísk v strojárskej výrobe (klasická jednostrojová obsluha) – najpoužívanejší.
• Všetky prvky pracoviska sú pevné – ide o prípad, keď sa na jednom stroji vykonávajú všetky operácie – pracoviská s NC obrábacími centrami a automatmi.
• Pevné miesto majú iba výrobné prostriedky – pracoviská s viacstrojovou obsluhou.
• Pevné miesto majú výrobné prostriedky a výrobky – viacstrojová obsluha NC obrábacích centier a automatov.
• Pevné miesto má iba robotník – ojedinelý prípad strojových karuselov, kde niekoľko strojov umiestnených na otočnej platni sa otáča.
• Pevné miesto má iba výrobok – výroba ťažkých rozmerných objektov.
• Pevné miesto má výrobok a obsluha.
• Všetky prvky pracoviska sú pohyblivé.

Priestorové rozmiestnenie výrobných zariadení na pracovisku ovplyvňuje viaceré činitele. Z nich najvýznamnejšie sú:

• minimálne dopravné cesty
• minimálne odkladacie a pomocné plochy
• výhodnosť manipulačných operácií
• rešpektovanie základných stavebných podmienok (rozvody energie, osvetlenie, nosnosť podláh a pod.)

Zdroje výrobnej kapacity sa určujú:

• druhom výrobného zariadenia (profesnou skladbou, technickými parametrami)
• počtomvýrobných zariadení
• využiteľným časovým fondom výrobného zariadenia
• skladbou a kapacitou výrobných robotníkov

Nároky na výrobnú kapacitu sa určujú:

• výrobným plánom (druh, množstvo výrobkov, resp. súčiastok, ktoré sa majú v určitom období vyrobiť)
• normou času výrobného zariadenia potrebného na vykonanie určitej jednotky produkcie (kapacitnou normou pracnosti produkcie)

Výrobné kapacity sa v podstate bilancujú dvoma spôsobmi:

1. za určenú veličinu sa pokladá výrobný plán a výpočtami sa zisťujú potrebné kapacity na jeho zabezpečenie, čiže potrebný počet strojov, pracovníkov a pod.
2. za určenú veličinu sa pokladá výrobná kapacita a hľadá sa taký výrobný plán, ktorý zabezpečí optimálne využitie daných kapacít pri splnení požadovaných ekonomických cieľov (napr. dosiahnutie minimálnych nákladov, max. zisku a pod.)

Rozhodujúcimi veličinami, ktoré sa uvažujú pri kapacitných výpočtoch sú:

• časový fond výrobného zariadenia
• normy času výrobného zariadenia, čiže kapacitná norma prácnosti výrobku a operácie

Časový fond výrobného zariadenia

Stanovuje sa plánovaným počtom dní (hodín) jeho činnosti za rok, resp. kratšie časové obdobie, napr. mesiac, dekáda a pod. Pri výrobnom zariadení sa rozlišujú tieto časové fondy:

1. kalendárny časový fond, ktorý je daný počtom dní v roku
2. nominálny časový fond, ktorý sa vypočíta z kalendárneho časového fondu odpočítaním počtu nepracovných dní (nedele, voľné soboty a sviatky)
3. využiteľný časový fond výrobného zariadenia, ktorý sa vypočíta odčítaním plánovaného času na opravy a údržbu od využiteľného časového fondu pracoviska. Obvykle plánovaný čas opráv a údržby sa určuje percentuálnym podielom z nominálneho časového fondu výrobného zariadenia a pohybuje sa v rozmedzí 3 až 6%.
4. efektívny časový fond
5. skutočný časový fond, ktorý sa vyjadruje skutočne odpracovanými hodinami v sledovanom roku. Od efektívneho časového fondu sa líši nadčasovými hodinami a rozdielom medzi plánovanými a skutočnými stratami času

Pre časové fondy výdobných zariadení a pracovísk sa za základ berie dvojsmenná prevádzka, iba v niektorých prípadoch, napríklad ak nie je možno celkom zabezpečiť pracovníkov na druhú smenu, možno počítať s nižšou smennosťou. Naopak pri unikátnych strojoch, automatoch, ozubárenských strojoch a pod. treba rátať s trojsmennou prevádzkou.

Najbežnejším výpočtom efektívneho časového fondu výrobného stroja je výpočet podľa vzorca:

T_ef = p.h.(1-t_pr/100) [h]

• T_ef – ročný efektívny časový fond stroja
• p – počet pracovných dní v roku
• h – počet pracovných hodín v jednom dn
• t_pr – plánované prestoje v percentách z nominálneho časového fondu

Normy času výrobného zariadenia

Určujú množstvo času potrebného na výrobu určitej jednotky produkcie alebo na vykonanie určitej operácie. Normy prácností sa vyjadrujú v normominútach (Nmin) alebo v normohodinách (Nh). Normovaná prácnosť sa vzťahuje na operáciu, súčiastku alebo celý výrobok.

Normovaná prácnosť operácie (norma času výrobného zariadenia) sa stanoví podľa vzorca:

t_op = t_k/60 + t_d/60d [Nh/kus]

• t_op je prácnosť operácie [Nh]
• t_k – čas jednotkovej práce (kusový čas) [Nmin]
• t_d – dávkový čas [Nmin]
• d – výrobná dávka [kus]

Normovaná prácnosť súčiastky je súčet normovaných prácnosti včetkých operácií. Normovaná prácnosť výrobku je daná súčtom normovaných prácností všetkých súčiastok a množstvom živej práce potrebnej pri jeho kompletovaní (montáži).

Na základe normovanej prácnosti možno vypočítať výrobnú kapacitu výrobných zariadení. Napríklad, pri výrobe jedného druhu výrobkov možno výrobnú kapacitu skupiny výrobných zariadení (Q_k) vyjadriť vzťahom:

Q_k = T_ef.n.k_s/t_op

n – počet výrobných zariadení v skupine

Q_k – počet výrobných skupín

Ak prácnosť operácie je vyjadrená v naturálnych jednotkách (kusoch, kg, a pod.) a treba ju vyjadriť v pracovných hodinách, vypočíta sa pomocou koeficienta plnenia výkonových noriem (kn):

t = t_op/k_n

• Zostavenie údajovej a poznatkovej základne potrebnej pre tvorbu systému a jej podrobná analýza
• Zostavenie virtuálneho modelu
• Zostavenie konštruktívneho modelu – podrobná projektová dokumentácia
• Impklementácia na reálnej výrobnej ploche

Úlohou virtuálnej etapy projektovania je určenie základných štruktúrnych prvkov systému, ich vzťahov a funkcií. Konštruktívna etapa projektovania rieši podrobné špecifikácie systému až do úrovne projektovej dokumentácie.

Projektovanie výrobných pracovísk, systémov a zoskupení vzhľadom na špecifické technické a organizačno-ekonomické podmienky využíva nové meotdické postupy a algoritmy činnosti. Z obsahového hľadiska pri projektovaní výrobných pracovísk, systémov a zoskupení je potrebné zabezpečiť spracovanie súboru funkcií podľa technického zadania. Tieto funkcie je možné štrukturalizovať do nasledovných typových modulov projektovej činnosti.

Spracovanie vstupných údajov a cieľových funkcií v zmysle technického zadania – predstavuje analýzu všeobecnej množiny obmedzujúcich podmienok a optimalizačných funkcií, vrátane výberu tých, ktoré sú pre daný projekt rozhodujúce so stanovením ich priority.

Profilácia výrobkov a výrobných zariadení – analyzuje a vyhodnocuje súčiastkovú základňu a výrobky z hľadiska technologických, manipulačných, skladových, systémových a resp. iných kritérií. Realizuje sa výber výrobných metód a štruktúr.

Kvantifikácia potrieb a zdrojov – kapacitné výpočty – pre uvažovaný sortiment vyrábaných objektov na výrobnom pracovisku a systéme sa na základe príslušných výpočtových postupov stanovuje potrebný počet výrobných, manipulačných, skladovacích, riadiacich a systémových prostriedkov a prvkov zaznamenaných v informačnom systéme – s vektorom požadovaných vlastností.

Syntéza štruktúr výrobného pracoviska – systému – zabezpečuje sa zlúčenie funkcií realizovaných technickými prostriedkami a prvkami realizačného celku. Zlučovanie sa vykonáva na základe vyhodnocovania vhodnosti technických prostriedkov a prvkov plniť funkcie výrobných metód a štruktúr.

Riešenie zonálnych a priestorových vzťahov, materiálových a informačných rozhraní – v tejto etape sa riešia zonálne problémy v 2D, resp. 3D priestore. Optimalizácia rozmiestňovacích úloh sa vykonáva na základe geometrických prepočtov a výpočtov a vyúsťuje do grafického znázornenia výrobného systému.

Spracovanie funkčného režimu činnosti a jeho simulácia – spracováva sa funkčný režim činnosti výrobného pracoviska, resp. systému, t.tj. sled technologických, manipulačných, riadiacich a pomocných operácií, plán činnosti a pod.

Výpočet technicko-ekonomických ukazovateľov – rozpracované, resp. zvolené varianty riešenia výrobného pracoviska, resp. systému, posudzujú sa na základe presného výpočtu technických a ekonomických ukazovateľov.

Vypracovanie výstupnej dokumentácie – vypracováva sa v dvoch formátoch:

• grafický záznam príslušneho riešenia (dispozičné, priestorové riešenie, grafy manipulačných cyklov, atď…)
• výpis kvantitatívnych údajov na príslušné tlačivá (špecifikácia technických prostriedkov a prvkov, výpis technicko-ekonomických ukazovateľov a pod.)

Progresívne technológie sú založené na elektrických, chemických a tepelných princípoch. využívajú elektrickú, chemickú a tepelnú energiu na úber materiálu. V mieste oddeľovania častíc materiálu nevzniká rezný odpor, rezná sila, preto sa obrobky nedeformujú vplyvom mechanického zaťaženia. Úber materiálu nezávisí a mechanických vlasatostiach materiálu. Ako pevnosť, tvrdosť, húževnatosť a klasický pojem obrobitelnost stráca svoj význam.

Úber materiálu – oddeľovanie častíc je počas jedného cyklu a dochádza k nemu na veľkom počte lokalít súčasné. Úber materiálu môže byť vyjadrený jedno, dvoj, alebo trojrozmernými hodnotami (dĺžkou, plochou alebo objemom obrábaného materiálu).

Delenie:

1. Mechanické – obrábanie ultrazvukom, vodným lúčom, abrazívnym lúčom
2. Chemické a elektrochemické -chemické obrábanie, elektrochemické obrábania
3. Tepelné a elektrotepelné – obrábanie laserom, plazmou, elektroerozívne obrábanie

Vodný lúč

Technologický proces využíva úzky vysokotlakový a vysoko-rýchlostný prúd vody (tlak vody okolo 400MPa) ako rezný nástroj. Pridaním jemného brusiva sa jeho použitie rozšírilo – Abrazívny vodný lúč AWJM.

Z hľadiska použitého pracovného média sa rozlišujú dve základné metódy:

• WJM – čistý vodný lúč
• AWJM – abrazívny vodný lúč

Princíp rezania vodným lúčom spočíva v odoberaní materiálu mechanickým účinkom dopadu úzkeho vodného prúdu s vysokou rýchlosťou a kinetickou energiou. Lúč vody preniká do obrobku, postupne stráca svoju kinetickú energiu a vychyľuje sa. V každom bode materiálu sa lúč pohybuje po zaoblenej dráhe. Lúč alebo prúd je generovaný vysokým tlakom vody, ktorý prechádza cez medzeru dýzy okolo 0,3 mm. Rozdiel medzi čistým a abrazívnym vodným lúčom je v pridávaní jemného brusivá do prúdu vody. Rezanie AWJM a WJM je definované ako vysoko-rýchlostný erozívny proces.

Obrábanie ultrazvukom

Predstavuje proces, ktorý využíva ultrazvukové vlny s frekvenciou okolo 20 kHz na úber materiálu rozrušovaním povrchu nárazovým účinkom rozkmitaného brusiva. V súčasnosti ním obrábame tvrdé a krehké, nevodivé a tiež nekovové materiály.

Pozostáva z dvoch metód:

1. ultrazvukové opracovanie s použitím brúsnej suspenzie a nerotujúceho nástroja
2. ultrazvukové opracovanie rotačným nástrojom bez použitia abrazívnej suspenzie

Princíp ultrazvukového opracovania je založený na brúsnom účinku suspenzie kvapaliny a jemného brusiva cirkulujúceho medzi obrobkom a nástrojom. Nástroj kmitá frekvenciou v oblasti ultrazvukového vlnenia. Nástroj rozkmitaný na frekvenciu 18 – 25 kHz. Počet zŕn dopadnutých na 1 cm² povrchu je 30 000 pri týchto kmitoch. Vysokofrekvenčný zdroj aktivuje zväzok magnetostričného materiálu, ktorý vytvára kmitanie s nízkou amplitúdou v držiaku nástroja. Tento kmitavý pohyb je prenášaný malým tlakom nástroja suspenziu, ktorá obrusuje povrch, vytvára požadovaný tvar obrobku a zároveň odplavuje triesky.

Elektrochemické obrábanie

Proces, pri ktorom sa úber materiálu dosahuje elektrochemickým rozpúšťaním anodicky polarizovaného obrobku. Základom procesu je elektrolýza. V súčasnosti patrí medzi bežne progresívne metódy opracovania ťažkoobrobitelných mat a predmetov zložitých tvarov. Je to bezsilové opracovanie. Majú ďaleko väčšie úbery, väčšiu presnosť tvarov a rozmer oproti chemickým postupom úberu materiálu.

Špeciálne postupy výroby ECM opracovania:

• elektrochemické brúsenie ECG
• elektrolytické obrábanie tvarovou trubkou STEM
• elektrolytické vŕtanie prúdom elektrolytu
• kombinované metódy elektrochem. a elektroerozívneho uberu mat ECAM, ECDM, ECSM

Princíp ECM:

ECM je riadený lokalizovaný úber materiálu jeho anodickým rozpúšťaním v elektrolyte, kde obrobok je anóda a nástroj katóda, ktorej tvar sa kopíruje na obrábanú plochu. Elektrolyt preteká v medzere medzi elektródami zapojenými do obvodu jednosmerného napätia. Princíp úberu materiálu nastáva počas elektrolýzy. Elektrolýza ako základný jav elektrochemického obrábania je chemicky proces rozkladov elektrolytu pôsobením elekrickeho prúdu, ktorý prechádza medzi dvoma kovovými elektródami. Prenos elektrického náboja je pohybom iónov a elektrónov. Katóda privádza prúd do elektrolytu vo forme elektrónov. V elektrolyte prenášajú elektrický náboj ióny a z anódy je odvádzaný opäť elektrónmi. Katódy prijímajú elektróny a z anódy sa elektróny uvoľňujú. Z chemického hľadiska na katóde prebiehajú redukčné deje a na anóde dochádza k oxidácii iónov alebo molekúl.

Elektorerozívne obrábanie

Elektroerozívne EDM metódy obrábania materiálu sú založené na využití tepelnej energie, na ktorú sa premení elektrický výboj vznikajúci medzi elektródami.

V závislosti od druhu výboja poznáme:

• elektroiskrové
• elektroimpulzné
• elektrokontaktné
• anodomechanické elektroerozívne obrábanie

V súčasnosti sa klasifikuje podľa technologických možností – hĺbenie alebo tvarové elektroerozívne obrábanie, drôtové rezanie, brúsenie.

Princíp:

K úberu materiálu dochádza elektricky, pomocou rýchlo sa opakujúcich periodických impulzov iskrového výboja za prítomnosti dielektrika (kvapálne médium). Veľmi malé častice vo forme dutých guličiek sú odstraňované z materiálu tavením a odparením t = 3000°C. Medzi obrobkom a nástrojom je pracovná medzera. Obrábanie prebieha medzi dvoma elektródami ponorených v dielektriku s vysokým odporom. Na povrchu obrobku vznikajú krátery, ktoré majú svoj priemer, hĺbku a veľkosť krátera závisí od veľkosti privedenej energie a doby výboja. Veľkosť krátera ma vplyv na drsnosť obrobenej plochy, presnosť rozmerov a celkovej účinnosti procesu. Impulzy získavame z jednopólových impulzných generátorov zo striedavých impulzov a dvojpolových symetrických impulzov. Všetky impulzy sa vytvárajú pomocou generátorov.

Obrábanie plazmovým lúčom

Plazma je elektricky vodivý stav plynu. Vzniká ionizáciou plynu pri vysokých teplotách nad 20 000°C alebo ako elektrický výboj medzi anódou a katódou. Podlieha účinkom elektrického a magnetického poľa. Môže sa tvoriť najčastejšie ohriatím látky na vysokú teplotu alebo elektricky oblúkovým výbojom medzi dvoma uhlíkovými elektródami. Ako zdroj tepla pre ionizáciu plynov sa najviac používa elektricky oblúk.

Zváranie plazmovým oblúkom – teplota plazmy je závislá od toho, aké plyny sa budú uvádzať do plazmového stavu. Jednotlivé plyny majú rôzne fyzikálne vlastnosti, vrátané ionizačných potenciálov a kontrolovaný elektrický oblúk ma vzhľadom na použité plyny tieto teploty:

• dusíková plazma 7 000 °C
• argónová plazma 15 000 °C
• héliová plazma 20 000 °C

Je charakterizovaný veľmi vysokou koncentráciou tepla a vysokou pracovnou teplotou. Na mieste natavenia kovov pri zváraní sa využíva predovšetkým najhorúcejšia časť oblúka – plazma. Podobá sa oblúkovému zváraniu v ochrannej atmosfére netaviacou sa elektródou (metóda TIG/GTAW). Používa sa plazmový horák s výtokovou dýzou veľmi malého priemeru, ktorú oblúk tvaruje, a tak sústreďuje tepelnú energiu na pomerne malú plochu zváraného predmetu. Na vytvorenie vhodného stavu plazmového oblúka sa zaužíval názov stabilizácia oblúka.

Obrábanie laserom

Laser – kvantovo elektronický zosilňovač a generátor svetelných vĺn. Využíva tzv. stimulovanú emisiu žiarenia na produkciu svetelného lúča.

Rezanie laserom:

• vytavením materiálu – pri rezaní a delení materiálu vytláčaním prúdom plynu, pri rezaní je potrebné dodržať konštantu vzdialenosť rezacej hlavice od obrobku a zväzok lúčov sústrediť, rez je rovný pri vstupe lúčov, pri výstupe je okraj natavený.
• vyvolaním tepelných pnutí – na delenie krehkých materiálov, využíva teplotný spad, ktorý vzniká pri ohreve vonkajších vrstiev, na povrchu – tlak, vo vnútri – ťah

Technológie:

• technológia rezania
• technológia vŕtania
• technológia mirkroobrábania
• Laserové obrábanie/opracovanie LM
• Laserom podporovane obrábanie LAM
• technológia ELACAM

LM – predstavuje alternatívu k tradičnému opracovaniu a používa sa pre rezanie, vŕtanie a tvarové opracovanie rôznych materiálov. Z technologického hľadiska sa LM rezanie delí na 2 metódy:

• rezanie/delenie materiálu.
• tvorenie drážky na povrchu materiálu a potom jeho lom, aplikuje sa na krehké materiály ako sklo a keramika

Na rezanie sa najviac používa CO2 lasery. Vo všeobecnosti je možné výhody a poznatky v procesoch obrábania LM zahrnúť nasledovne:

• laserom sa obrábajú všetky druhy materiálov bez ohľadu na tvrdosť, krehkosť, pevnosť
• šírka rezu je úzka a získavajú sa ostré hrany
• vysoká rýchlosť a presne rezanie je možné zabezpečiť vhodnou voľbou prídavného plynu
• tvar rezu môže byť riadený NC a CNC
• deformácia rezných časti je veľmi malá
• bezkontaktné opracovanie materiálov
• spoľahlivé a veľmi vysokokvalitné rezanie v automatickom cykle

Ovplyvňuje výrobnosť, kvalitu výrobkov a ekonomické výsledky výrobného procesu.

Projektovanie operácií je základnou úlohou pri tvorbe nových výrobných zariadení, pri projektovaní výrobných liniek, pružných výrobných systémov, a počítačom riadených systémov.

Na navrhovanie operácií je potrebné koncentrovať tvorivé aktivity technológov a projektantov, využívať progresívne metodické postupy a poznatky z praxe na zabezpečenie optimálnosti výrobných operácií a ich zoskupenia do výrobných postupov.

Projektovanie metódy technologickej operácie:

1. Po konštrukčne-technologickom posúdení výkresov súčiastky a prehodnotení spôsobu výroby polovýrobku sa vymedzia jednotlivé funkcie plochy súčiastky a vykoná sa celková množina technologických postupov.
2. Z množiny technologických postupov sa pre konkrétne hodnoty parametrov objektov vyberú varianty, ktoré vyhovujú z hľadiska obmedzení na tvar, polohu a rozmerov plochy.
3. Množina týchto variantov sa ďalej analyzuje z hľadiska zabezpečovania vyžadovaného stavu, povrchu a presnosti výroby.
4. Pre varianty sa vypočítajú a porovnajú technologické parametre a hodnota strojového času. Optimálny variant (technologická metóda) je ten, ktorý má minimálny strojový čas.
5. Pre optimálny variant sa urobí kontrolný prepočet kinematickej nepresnosti vytváranej plochy a drsnosti povrchu.
6. Urobí sa súhrnná analýza možností výroby viacerých plôch súčiastky súčasne a vykonajú sa príslušné korekcie vo výbere.
7. Experimentálne skúšky, korigácia výberu.

Projektovanie štruktúry technologickej operácie:

Rozvoj výroby sa zakladá predovšetkým na rozvoji štruktúr technologických operácií. Každú technologickú operáciu možno skúmať z hľadiska skladby jej prvkov.

Projektovanie manipulačných operácií:

V pôvodných technológiách strojárskej výroby sa operačná manipulácia vykonávala ručne. V súčasnosti v súvislosti so širokým nástupom automatizovaných manipulačných zariadení sa tento prístup javí nesystémovým a žiada sa manipulačné operácie analyzovať v nadväznosti na technologické operácie.

Identifikácia manipulačných operácií – metódy analýzy

1. Študijná karta – čo, ako, kto, kde., Otázky v karte sú v poradí: účel, prostriedok, poradie, miesto, zodpovedná osoba
2. Diagram pohybov oboch rúk – sú zaznamenané priebehy pohybov rúk pomocou formálnych symbolov, analyzuje, či sú obidve ruky zosúladené, identifikujú sa stratové časy
3. Mikropohybové štúdie robia sa filmovými kamerami a a vyhodnocujú pomocou synogramov
4. Metóda MTM – metóda je určená na normovanie ručných manipulačných úkonov podľa predpísaných kritérií

Metóda a štruktúra manipulačných operácií:

Pri manipulačnej operácii sa odlišuje metóda a štruktúra. Metóda súvisí s funkciou operácie a vyjadruje, ako dochádza k zmene polohy súčiastky, jej orientácie a pod. Štruktúru manipulačnej operácie možno vyjadriť časovou skladbou jednotlivých úkonov a skladbou prvkov zúčastňujúcich sa na jej realizácii.

Výber výrobných strojov pre technologický postup alebo technologický projekt sa v praxi často spravidla rieši iba približne, najčastejšie intuitívne. S ohľadom na veľký počet premenných parametrov, s ktorými sa pri výbere výrobného zariadenia uvažuje, je potrebné využívať výpočtovú techniku a metódy rozhodovania podľa heuristických postupov.

Osobitným problémom je obnova výrobných zariadení s ohľadom na ich fyzické a morálne opotrebovanie. Okrem výberu typu zariadenia je potrebné riešiť aj optimálny čas, v ktorom sa obnova realizuje.

Metóda výberu výrobných zariadení

Je potrebné si ujasniť celkovú koncepciu technológie výroby. Stupeň detailizácie technológie závisí od toho, či výber výrobných zariadení sa robí:

• Pri zostavovaní technologického postupu v existujúce výrobe
• Pri riešení technologického projektu novej alebo rekonštruovanej, resp. modernizovanej výroby
• Pri obnove výrobných zariadení

Je potrebné uvažovať vstupné údaje pri výbere výrobných zariadení a to:

• Výrobný program a objem výroby
• Určenie metód a štruktúr technologického spracovania, manipulácie a riadenia
• Technologicko-organizačnú štruktúru výroby, špecifikovanú najmä sériovosťou, stupňom automatizácie a pružnosti

Pri kategórii priemyselných robotov a iných manipulačných zariadení pri ich priraďovaní sa vychádza z charakteru toku materiálu, nadväznosti na technologické zariadenia, flexibility a stupňa automatizácie.

Pri kategórii riadiacich zariadení sa vychádza z hierarchie riadiacich funkcií a nadväznosti na manipulačné zariadenia.

Osobitný prístup si vyžaduje, ak jednotlivé výrobné zariadenia budú súčasťou výrobných komplexov, najmä:

• Výrobných liniek
• Integrovaných výrobných úsekov
• Pružných výrobných systémov
• Robotizovaných systémov
• Integrovaných výrobných zoskupení riadených počítačom

Obnova výrobnej základne

So zvyšovaním inovačnej úrovne výroby vznikajú problémy súvisiace s optimálnym využívaním výrobných prostriedkov, ich modernizáciou a postupnou obnovou.

Potrebné je optimalizovať protiklady medzi prehnanou preventívnou modernizáciou a obnovou, ktorá zaručuje stopercentnú bezporuchovosť, nízke prevádzkové náklady, vysokú výrobnosť a medzi oneskoreným riešením problému spojeným so stratami, narastajúcimi nákladmi na obsluhu a údržbu zastaralých výrobných prostriedkov a systémov.

Riešenie stanovenia optimálneho času používania výrobných prostriedkov a systémov vyplýva zo všeobecných štádií ich využívania počas ich životnosti.

Je potrebné rozlišovať:

• Začiatočné obdobie, v ktorom výrobné prostriedky a systémy majú konštantné východiskové technické, technologické a ekonomické parametre
• Obdobie využívania, počas ktorého sa stav výrobných prostriedkov a systémov v závislosti od času, resp. od počtu vyrobených výrobkov mení lineárne
• Obdobie používania výrobných prostriedkov a systémov, počas ktorého sú opotrebované časti obnovované výmenou a opravami, resp. sú modernizované za účelom zlepšenia prevádzkových a iných vlastností
• Obdobie zvyšujúcich sa nákladov na prevádzku výrobných prostriedkov a systémov
• Obdobie, keď sa prevádzkové vlastnosti výrobných prostriedkov a systémov vyčerpajú, odstavujú sa z prevádzky a realizuje sa jeho zvyšková hodnota
• Výpočet optimálneho času pre začatie modernizácie, resp. obnovy, zohľadňuje ekoekonomické hľadiská.

• optimalizácia dopravných trás a dopravných systémov – potenciál pre redukciu nákladov (15 až 70% z celkových nákladov na výrobok)
• veľký počet pracovníkov sa venuje manipulácii a doprave (až 25%)
• dopravný, manipulačný a skladovací systém zaberá až 55% plôch
• manipuláciu vykonávajú aj výrobní robotníci – straty času
• časy prepravy, manipulácie a skladovania majú významný podiel na priebežnej dobe výroby (až 87% z celkového času)
• doprava a manipulácia ovplyvňuje aj kvalitu výrobkov (3 až 5% materiálu sa znehodnocuje nesprávnou prepravou, manipuláciou a skladovaním)

Projektovanie dopravy a manipulácie:

• medziobjektová doprava
• medzidielenská doprava
• medzioperačná doprava a manipulácia
• operačná manipulácia

Snahy o racionalizáciu vnútrozávodnej dopravy, ktorá patrí ku podsystému dopravy, sa sústreďujú na organizačné zlepšovanie priebehu dopravy; cieľom je optimálne využitie disponibilných dopravných prostriedkov. Prieskumy totiž potvrdzujú, že najväčší vplyv na priebeh dopravy majú organizačné faktory – význam technických parametrov dopravných prostriedkov je zanedbateľný.

Prvým krokom projektu racionalizácie vnútrozávodnej dopravy musí byť exaktné zachytenie a vyhodnotenie súčasného stavu. Vyhodnocuje sa využitie vozidiel, analyzuje sa účelnosť dopravných trás, zisťujú sa prázdne – nevyužité jazdy. Tak je možné odhaliť slabé miesta dopravného systému.

Ciele optimalizácie systému vnútropodnikovej dopravy je možné teda zhrnúť do nasledovných bodov:

• optimálne využitie (zariadení, ľudí, času)
• vysoká úroveň služieb (kráke časy prepravy, krátke časy čakania)
• pružnosť (schopnosť prispôsobiť sa novým podmienkam prepravy – nové prepravované položky, prevádzkové zmeny atď.)
• vysoká transparentnosť (prehľad o stave plnenia prepravných úloh a hospodárnosti a produktivity výkonu týchto činností)

Vnútropodnikový dopravný systém je v podstate týmito základnými prvkami:

1. Prepravovaný materiál – východiskom účelného výkonu prepravných a manipulačných operácií je klasifikácia materiálu podľa hlavných fyzikálnych a ostatných kritérií. Zoskupenie materiálových položiek podľa príbuznosti umožňuje efektívne navrhovať manipulačné jednotky a zariadenia využité pri manipulácii s materiálom.
2. Prepravné a manipulačné jednotky – množstvo materiálu s ktorým sa v procese prepravy manipuluje ako s jedným kusom.
3. Dopravné prostriedky a manipulačné zariadenia – aktívne prvky logistického prepravného systému – zariadenia, ktoré sprostredkovávajú premiestnenie materiálu z miesta dodávky do miesta spotreby.
4. Personál – pracovníci zodpovední za riadenie a výkom prepravných a manipulačných operácií.
5. Systém organizácie a riadenia prepravných procesov v podniku.

Všeobecný postup projektovania dopravy, manipulácie a skladovania:

1. Analýza materiálových tokov a prepočet dopravných výkonov
2. Spracovanie výrobnej dispozície (rozmiestnenie výrobných prostriedkov)
3. Analýza existujúcich prostriedkov (dopravné zariadenia, pomocné zariadenia, sklady, zásobníky, manipulačné zariadenia)
4. Spracovanie variantov systémov dopravy, manipulácie a skladovania:
   - topológia dopravného systému – rozmiestnenie dopravných zariadení, nakladacie a vykladacie miesta, dopravné cesty
   - statické dimenzovanie prvkov materiálového toku – počty dopravných prostriedkov, parametre (nosnosť, rýchlosť, časy nakladania a vykladania)
   - vyriešenie prepojenia dopravného systému s pracoviskami – spôsoby prekladania paliet a nástrojov
   - spracovanie systému riadenia dopravy, manipulácie a skladovania
5. Simulácia – dynamické dimenzovanie komponentov materiálového toku (analýza úzkych miest, blokovania systému, veľkosti zásobníkov, vyťaženie dopravných a skladovacích zariadení, riadiace pravidlá)

Čo? - definovanie materiálu, ktorý má byť prepravovaný (fyzikálne charakteristiky, množstvo)

Kde? Kedy? – identifikácia potrebných manipulačných a dopravných činností

Ako? Kto? - definovanie správnych metód na prepravu

Aký systém? - návrh vhodného riešenia materiálového toku

Cieľ projektovania materiálových tokov → minimalizácia dopravy, manipulácie a skladovania → zjednodušiť systém na minimum – minimum spotreby nákladov a času ⇒ riešenie dôležitých súvislostí:

• pracoviská a ich kapacity – nesprávne navrhnuté kapacity spôsobujú nevyvážený materiálový tok, hromadenie zásob, potrebu medziskladov a zásobníkov a dodatočné manipulačné úkony
• informačný tok a systém riadenia – správne riedenie vstupov výrobných úloh do systému, synchronizácia nákupu, výroby a expedície, koordinácia systému riadenia výroby s dopravným systémom
• všetky prvky výrobného systému musia byť projektované vo vzájomných súvislostiach a je ideálne ak sú všetky ešte pred inšatláciou overené na simulačnom modeli

Technické prostriedky skladového hospodárstva

Technické prostriedky skladového hospodárstva zahrňujú:

1. Paletizačné a nosné jednotky – slúžia pre ukladanie materiálu a tvorbu ucelených nosných jednotiek, ktoré umožňujú pomocou vhodných mechanizačných prostriedkov hospodárnu manipuláciu v priebehu celého skladovacieho procesu. Patria sem všetky druhy paliet, plošiny, ukladacie debny a kontajnery.
2. Skladovacie zariadenia – do tejto skupiny patria zariadenia slúžiace pre ukladanie a skladovanie materiálu voľne loženého alebo tvoriaceho ucelené skladovacie jednotky. Ide predovšetkým o rôzne typy regálov a zásobníky.
3. Obslužné manipulačné prostriedky – slúžia pre realizáciu zaskladňovacích, vyskladňovacích a prepravných operácií v skladovom hospodárstve. Do tejto skupiny zariadení patria predovšetkým rôzne druhy dopravných vozíkov, stohovacie žeriavy a regálové zakladače.

Najvýznamnejšie dopravné zariadenia používané v praxi:

Dopravné trate, dopravníky – jednoduché, spoľahlivé, lacné; doprava sypkých ale aj drobných kusových materiálov na vzdialenosti od niekoľko metrov až po niekoľko km.

• kladičkové trate
• gravitačné trate a sklzy
• skrutkovicové dopravníky – uzavretý žľab, v ktorom sa otáča skrutkovica
• pásové dopravníky – ťažným orgánom je pás, vysoké pracovné rýchlosti: 1,2 až 8 m/s, materiál dopravného pásu – guma, hmoty na bázi PVC (požiadavka na nehorľavosť pásu), oceľový pás, typy pásových dopravníkov: stabilné, prenosné, diaľkové (dĺžka do 1600 m)
• článkové dopravníky – ťažným orgánom sú dve reťaze ku ktorých článkom sú pripevnené nosné časti dopravníka (korýtka, dosky, tvarované plechy, unášače rôznych tvarov), najčastejšie konštruované ako stabilné s dĺžkou do 100 m, rýchlosti 0,12 až 0,65 m/s

Závesné reťazové dopravníky – ťažným elementom je reťaz (výnimočne lano), môžu byť realizované ako podlahové alebo podvesné dopravíky

Podvesné dopravníky – ťažným element (reťaz) je umiestnený pod dráhou, sú vhodné pre menšie sklony vo vertikálnej rovine (max. 45°), pre väčšie sklony sú špeciálne konštruované tzv. priestorové dopravníky – ťažná reťaz je vo vnútri dráhy; slúžia na medzioperačnú aj medziobjektovú dopravu a zároveň môžu plniť aj funkciu
visutého medziskladu

Koľajové vozíky

Nízkozdvižné alebo vysokozdvižné vozíky – manipulácia s paletami – vidlicový spôsob manipulácie; kritériá pre voľbu vozíka: voliť také parametre vozíka, ktoré sú nevyhnutné pre zvládnutie danej úlohy (nosnosť, zdvih, rýchlosť, polomer otáčania); ručne vedené vozíky voliť len pre občasnú manipuláciu na kratšie vzdialenosti; voliť druh vozíka podľa prevádzkových podmienok (uzavreté priestory – akumulátorový alebo plynový vozík,  otvorené priestory – benzínový alebo naftový vozík, brať do úvahy ekonomické ukazovatele – cena, prevádzkové náklady, stupeň využitia, atď. )

Základné typy vozíkov:

• ručné vozíky- nízkozdvižné (paleťáky), vysokozdvižné (s ručným alebo elektrickým zdvihom), plošinové vychystávacie vozíky
• motorové vozíky – vysokozdvižné (akumulátorové, plynové, benzínové, naftové) – výška zdvihu 1500
  až 4500 mm (špeciálne až 6 m), možnosť vybavenia klasickými vidlicami resp. inými prídavnými zariadeniami (otočné vidlice, nosný čap, žeriavové rameno, zverné čeluste) a plošinové vozíky a ťahače (určené pre medziobjektovú a medzidielenskú manipuláciu)

Automaticky vedené vozíky (indukčná doprava)

Žeriavy – umožňujú súčasnú manipuláciu v horizontálnom aj vertikálnom smere, určené na premiestňovanie ťažkých a rozmerných bremien, používajú sa tam, kde nie je dostatok miesta na manipuláciu po zemi, používajú sa tam, kde sa materiál premiestňuje na obmedzenej a stále rovnakej ploche

Typy žeriavov:

• mostové – najčastejšie používané v strojárskych závodoch, pohyb po žeriavovej dráhe umiestnenej navrchu na stĺpoch haly
• stĺpové a konzolové – majú otočné rameno (otáčanie o 360° resp. o 180°) o portálové: používané obvykle pre prácu vonku
• vozidlové: mobilné žeriavy neviazané na dráhu o vežové: používané hlavne v stavebníctve

Najvýznamnejšie manipulačné zariadenia:

1. Automaty a zakladače
2. Roboty
3. Portálové manipulátory

Priemyselné roboty sú príliš drahé – použitie len pri náročnejších prevádzkach, kde sú ekonomicky odôvoditeľné.

Perspektívne sa využívajú stavebnicové jednoúčelové stroje – využívajú sa najmä – malé štandardné mechanické, hydraulické a pneumatické jednotky, ktoré sú samostatnými strojmi a zabezpečujú technologické spracovanie.

Najvyšší stupeň integrácie dosahujú jednoúčelové stroje vystrojené zariadenia na automatickú operačnú manipuláciu a na centrálne riadenie počítačom. Číslicové riadenie sa najviac uplatňuje v technológii obrábania. V súčasnosti z celkového počtu NC strojov je 80% obrábacích NC strojov. Rozširujú sa NC obrábacie centrá s automatickou výmenou nástrojov. Zámerom rozvoja NC obrábacích strojov a centier je opustenie profesného prístupu pri projektovaní strojov. Tendencie sa odrážajú v architektúre strojov a centier.

Výrobné prostriedky sa členia do troch základných skupín:

1. Technologické zariadenia – stroje a zariadenia, nástroje a prípravky.
2. Manipulačné zariadenia.
3. Riadiace zariadenia.

Najdôležitejším faktorom klasifikácie výrobných strojov je druh výroby, pretože určuje technologickú koncepciu stroja a stupeň automatizácie.

Klasifikačné systémy výrobných strojov rozoznávajú:

1. Univerzálne výrobné stroje
2. Špecializované výrobné stroje
3. Špeciálne jednoúčelové stroje
4. Číslicovo riadené stroje
5. Číslicovo riadené výrobné centrá
6. Číslicovo riadené stroje pre automatizované výrobné systémy.

Technický progres a zdokonaľovanie výrobných strojov

Smery rozvoja výrobných strojov sa určujú požiadavkami technologických procesov úrovňou špecializácie výroby strojov a vedecko-technickými úspechmi v rade nadväzujúcich priemyselných odvetví.

Hlavné programy sa zameriavajú na rozvoj:

1. Číslicového riadenia výrobných strojov
2. Ťažkých a unikátnych výrobných strojov
3. Veľmi presných strojov na dokončovacie práce
4. Technologických zariadení na výrobu polovýrobkov
5. Automatických a poloautomatických liniek
6. Pružných výrobných systémov

Vo všetkých týchto kategóriách sa rozvíjajú konštrukčné zlepšenia zamerané na:

• Zvyšovanie výrobnosti pri zabezpečovaní požadovanej presnosti tvaru a požadovanej kvality povrchov súčiastok.
• Zjednodušovanie a uľahčovanie obsluhy strojov.
• Nízku hmotnosť a malé rozmery, resp. veľký výkon na jednotku hmotnosti stroja a na jednotku zastavanej plochy.
• Ekonomickosť stroja, čiže nízke nadobúdajúce a prevádzkové náklady.
• Technologickosť konštrukcie stroja, čiže jednoduchá výroba všetkých súčiastok stroja a jeho jednoduchá montáž.

ZÁKLADNÉ PARAMETRE VÝROBNÝCH STROJOV

Výrobné stroje sa koncipujú tak, že ich konštrukčná schéma sa viaže predovšetkým na technologickú medótu (sústruženie, frézovanie, vŕtanie, pod…).

K základným charakteristikám patrí výkon a rozmery stroja.

Pre rozmerové rady výrobných strojov sú základným parametrom najväčšie rozmery súčiastky. Štátne normy udávajú parametre, ktoré charakterizujú veľkosti strojov a ich rozmery.

Pri rozmerových radoch sa zohľadňuje skutočnosť, že rozmery stroja sa vytvárajú skladbou z:

• Hlavných uzlov
• Pomocných uzlov

Hlavné uzly nesú objekt výroby (vreteno, stôl), nástrojové uzly nosné, resp. základné častí stroja (lôžko).

Východiskom charakteru je výrobnosť – väčšinou rozhoduje o výbere stroja pre technologický projekt. Určuje sa počtom súčiastok vyrobených na výrobnom zariadení za pracovný cyklus. Výrobnosť závisí od spojitosti výrobného cyklu. Koeficient, ktorý to určuje sa môže vyjadriť pomerom hlavného času k dĺžke pracovného cyklu.

Pokiaľ ide o malosériovú a sériovú výrobu hodnotí sa mobilnosť výrobného zariadenia – charakterizuje spôsobilosť výrobného stroja na rýchle prestavenie na nové výrobné úlohy.

Ďalšou charakteristikou je stupeň automatizácie výrobného stroja.