Bài giảng Tự động hóa quá trình sản xuất - Trần Thanh Tùng

 UBND TỈNH QUẢNG NGÃI 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG 
------------------- 
BÀI GIẢNG 
TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ 
TRÌNH SẢN XUẤT 
DÀNH CHO BẬC ĐẠI HỌC TÍN CHỈ (30 tiết) 
Biên soạn: ThS.Trần Thanh Tùng 
Quảng Ngãi, tháng 5 năm 2014 
LỜI NÓI ĐẦU 
Tự động hóa quá trình sản xuất là xu hướng phát triển tất yếu trong giai đoạn hiện 
nay, tất cả các cải tiến, phát minh sáng chế trong kỹ thuật đều nhằm mục đích giải 
phóng con người khỏi sự tham gia trực tiếp vào quá trình sản xuất. 
Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành khoa học về điều khiển, 
công nghệ thông tin, tự động hóa, thì việc áp dụng các thành tựu của các ngành vào 
việc cải tiến các máy móc, dây chuyền sản xuất để tăng khả năng tự động hóa là yêu 
cầu cấp thiết hiện nay đối với nền sản xuất trong nước cũng như trên thế giới. Bên cạnh 
đó, việc áp dụng tự động hóa quá trình sản xuất sẽ đem lại những lợi ích to lớn cho con 
người như: tăng năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, hạ giá thành sản 
phẩm. 
Tự động hóa quá trình sản xuất là môn học nằm trong chương trình đào tạo kỹ sư 
cơ khí ở các trường đại học kỹ thuật, môn học nhằm cung cấp cho người học những 
kiến thức cơ bản về các cơ cấu tự động hóa, hệ thống thiết bị chính của dây chuyền sản 
xuất tự động, các hệ thống sản xuất tự động hiện đại ngày nay đang được sử dụng. 
Bài giảng được biên soạn trên cơ sở tham khảo các tài liệu chuyên ngành tự động 
hóa trong nước và quốc tế, cập nhật những kiến thức mới về lĩnh vực tự động hóa được 
áp dụng trong thực tế. Ngoài ra, bài giảng dựa trên những hiệu chỉnh thiếu sót trước 
đây trong quá trình giảng dạy môn học này và trong các bài giảng trước. Bài giảng là 
tài liệu tham khảo chính cho sinh viên, giáo viên giảng dạy môn Tự động hóa quá trình 
sản xuất. 
Trong quá trình biên soạn bài giảng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Mọi 
phản hồi góp ý cho tác giả xin gửi về Bộ môn cơ khí - Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ - 
Đại Học Phạm Văn Đồng. 
 Tác giả 
Chương 1 
Tự động hóa quá trình sản xuất 1 
CHƯƠNG 1 
 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 
Sau khi học xong chương này sinh viên cần nắm được những nội dung sau: 
+ Lịch sử và sự ra đời của tự động hóa quá trình sản xuất. 
+ Các khái niệm cơ bản về tự động hóa và cách phân biệt các dạng tự động 
hóa, hiểu được tại sao cần phải tự động hóa sản xuất trình các ngành sản xuất, hiệu 
quả mang lại của việc tự động hóa quá trình sản xuất. 
+ Cấu trúc cơ bản của một hệ thống sản xuất tự động gồm những thành phần 
chính nào. 
1.1 Lịch sử phát triển của tự động hóa quá trình sản xuất 
Tự động hóa theo tiếng Hy lạp có nghĩa là “ tự chuyển động ”. Ở đây chúng ta 
hiểu thuật ngữ tự động hóa là thực hiện quá trình sản xuất mà trong đó tất cả các tác 
động cần thiết để thực hiện nó, kể cả việc điều khiển quá trình được tiến hành 
không có sự tham gia của con người. 
Hiện nay tự động hóa đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất và 
trong công nghiệp người ta nói thế kỷ 21 này là thế kỷ của tự động hóa và điều 
khiển tự động . 
Nhưng nếu nhìn nhận kỹ nguồn gốc thì ta thấy TĐH có nguồn gốc từ cổ xưa. 
 + Vào thế kỷ thứ nhất sau công nguyên, Heerron ở Ai Cập đã làm những màn 
múa rối với nhiều loại con rối tự động. 
 + Đến thế kỷ 17-18 nhiều loại đồ chơi tự động và đồng hồ tự động đã xuất hiện. 
 + Sau đó đến thế kỷ 18 đầu thế kỷ 19 trong giai đoạn cách mạng công nghiệp ở 
Châu Âu tự động hóa mới thâm nhập vào thực tế sản xuất. 
 + Năm 1765 xuất hiện bộ điều chỉnh tự động mức trong nồi hơi của Pôndunnop 
 + Năm 1784 bộ điều chỉnh tốc độ trong nồi hơi của Giôn Oát đã xuất hiện. 
 + Năm 1798 Henry Nandsley ở nước Anh mới dùng vít-đai ốc để dịch bàn máy. 
 + Năm 1873 Spender đã chế tạo máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân phối 
với cam đĩa và cam thùng. 
Đến năm 1880 thì nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludwig Lowe (Đức), 
RSA (Anh) đã chế tạo máy tiện tự động Rowvonve dùng phôi thép thanh. Sau đó 
xuất hiện máy tiện tự động tiện dọc định hình. 
Chương 1 
Tự động hóa quá trình sản xuất 2 
Vào đầu thế kỷ 20 bắt đầu có máy tự động nhiều trục chính máy tự động tổ 
hợp đường dây tự động liên kết mềm và liên kết cứng dùng trong sản xuất hàng loạt 
hàng khối. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học và các quy luật 
chung của quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống có tổ chức đã góp 
phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hóa các quá trình sản xuất 
vào công nghiệp. 
Trong những năm gần đây, các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành 
rộng rãi tự động hóa trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của 
một nền kinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt 
nhỏ và hàng khối thay đổi. 
Nhờ những thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học 
khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối của thế kỷ 
20 đầu thế kỷ 21 đã có những thay đổi sâu sắc. 
1.2 Các khái niệm tự động hóa 
Tự động hóa quá trình sản xuất là một công nghệ sản xuất sử dụng các hệ 
thống cơ khí, điện tử, máy tính để hoạt động và điều khiển quá trình sản xuất. Tự 
động hóa quá trình sản xuất chia ra làm hai mức: 
 1.2.1 Tự động hóa từng phần. 
Tự động hóa từng phần là tự động hóa từng nguyên công riêng biệt, ví dụ 
nguyên công trên các máy có điều khiển tự động các máy CNC. 
1.2.2 Tự động hóa toàn phần. 
 Tự động hóa toàn phần là tự động hóa quá trình gia công, kiểm tra lắp ráp nhờ 
các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing systems). 
 Máy tự động là một cơ cấu tác động độc lập hoặc tổ hợp các cơ cấu có khả 
năng thực hiện tất cả các quá trình như tiếp nhận, truyền tải và sử dụng năng lượng 
mà không có sự tham gia trực tiếp của con người. 
 Các thiết bị công nghệ tự động hiện đại được dùng để hình thành kích thước, 
hình dáng và tính chất của chi tiết đồng thời cũng có khẳ năng hình thành thông tin 
(chương trình gia công, kết quả kiểm tra kích thước của chi tiết vv) Với sự tăng 
lên của mức độ tự động hóa vai trò của các quá trình thông tin trong sản xuất cũng 
Chương 1 
Tự động hóa quá trình sản xuất 3 
tăng theo đó chính là nguyên nhân tăng mức độ sử dụng máy tính để thiết kế và điều 
khiển sản xuất. 
Trong tự động hóa hoàn toàn thì công đoạn sản xuất, phân xưởng sản xuất và 
nhà máy sản xuất hoạt động như một khối thống nhất. Tự động hóa hoàn toàn có 
tính ưu việt trong điều kiện sản xuất phát triển ở trình độ cao trên cơ sở các phương 
pháp công nghệ tiên tiến và các phương pháp điều khiển có sự trợ giúp của máy 
tính. 
Hình 1.1: Mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt 
1.2.3 Dây chuyền sản xuất: Dây truyền là hệ thống các máy móc được lắp đặt 
cạnh nhau hoạt động độc lập với nhau, còn chi tiết gia công được chuyển từ máy 
này sang máy khác để thực hiện tất cả các nguyên công. Máy của dây chuyền về 
nguyên tắc thường là máy bán tự động, do đó việc cấp tháo phôi, vận chuyển phôi 
giữa các máy và kiểm tra chi tiết được thực hiện bằng tay. 
Hình 1.2: Mô hình một dây chuyền tự động 
Chương 1 
Tự động hóa quá trình sản xuất 4 
1.3 Các dạng tự động hóa ( TĐH cứng, linh hoạt, lập trình,v..v ) 
Hệ thống sản xuất tự động có thể phân loại thành 3 hình thức cơ bản sau: 
+ Tự động hóa cứng. 
+ Tự động hóa lập trình được. 
+ Tự động hóa linh hoạt. 
1.3.1 Tự động hóa cứng: là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động xử 
lý (hay lắp ráp) cố định theo một cấu hình thiết bị. Các nguyên công trong dây 
chuyền này thường là đơn giản. Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công 
như vậy vào một thiết bị làm cho hệ thống trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính 
của tự động hóa cứng là: 
+ Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng. 
+ Năng suất máy cao. 
+ Tương đối không linh hoạt trong việc thích nghi với các thay đổi sản phẩm. 
Sự biện hộ kinh tế cho tự động hóa cứng cũng được tìm thấy ở những sản 
phẩm với số lượng và tốc độ tiêu thụ cao. Chi phí ban đầu cao của thiết bị có thể 
được trải rộng ra trên một số lượng lớn sản phẩm so với các phương pháp khác. 
1.3.2 Tự động hóa lập trình: thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể 
thay đổi trình tự các nguyên công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác 
nhau. Chuỗi các hoạt động được điều khiển bởi một chương trình, tức là một tập 
lệnh được mã hóa để hệ thống có thể đọc và diễn dịch chúng. 
Những chương trình mới có thể được chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra 
sản phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hóa quá trình lập trình là: 
+ Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát. 
+ Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng. 
+ Sự linh hoạt khi có sự thay đổi trong cấu hình sản phẩm. 
+ Thích hợp nhất là sản xuất hàng loạt. 
Những hệ thống sản xuất tự động mà có thể lập trình được sử dụng trong sản 
xuất với sản lượng thấp và trung bình. Các bộ phận hoặc sản phẩm được sản xuất 
chủ yếu là hàng loạt. Để sản xuất một loạt sản phẩm khác, hệ thống phải được lập 
trình ứng với sản phẩm mới. Sự thiết lập vật lý của máy móc cũng phải được thay 
Chương 1 
Tự động hóa quá trình sản xuất 5 
đổi, các công cụ phải được nạp vào, các đồ gá phải được gắn vào bàn làm việc và 
những cài đặt máy móc cần thiết cần phải được nạp vào. 
Thủ tục thay đổi này tốn nhiều thời gian. Hậu quả là chu kỳ chính thức của 
một sản phẩm cho trước bao gồm nhiều giai đoạn trong đó việc cài đặt và lập trình 
theo sau đó là một giai đoạn các loạt được sản xuất. 
1.3.3 Tự động hóa linh hoạt: là sự mở rộng của tự động hóa lập trình được. 
Khái niệm của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 hay 30 
năm vừa qua, và những nguyên lý vẫn còn đang phát triển. Hệ thống tự động linh 
hoạt là một hệ thống có khả năng sản xuất rất nhiều sản phẩm hay bộ phận khác 
nhau mà hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang 
sản phẩm khác. Không mất thời gian sản xuất cho việc lập trình lại và thay thế các 
cài đặt vật lý (công cụ, đồ gá, cài đặt máy móc). Kết quả là hệ thống có thể lên kế 
hoạch kết hợp sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau thay vì theo từng loạt riêng 
biệt. Đặc trưng của tự động hóa linh hoạt có thể tóm tắt như sau: 
+ Đầu tư cao cho thiết bị. 
 + Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau. 
+ Tốc độ sản xuất trung bình 
+ Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế. 
Những đặc trưng cần phân biệt tự động hóa linh hoạt với tự động hóa lập trình 
được là: 
+ Khả năng thay thế các chương trình gia công mà không tốn thời gian sản 
xuất. 
+ Khả năng thay đổi các cài đặt vật lý mà cũng không mất thời gian sản xuất. 
Những đặc trưng này cho phép hệ thống sản xuất tự động tiếp tục sản xuất mà 
không tốn thời gian như so với việc sản xuất các loạt khác nhau trong tự động hóa 
lập trình được. 
Thay đổi một chương trình gia công thường được hoàn thành bởi việc chuẩn 
bị các chương trình trên hệ thống máy tính và truyền chương trình vào hệ thống sản 
xuất tự động. Vì vậy, thời gian cần thiết để lập trình cho công việc kế tiếp không 
cản trở việc sản xuất hiện tại. Những tiến bộ trong công nghệ hệ thống máy tính 
cho khả năng lập trình một cách linh hoạt. Thay đổi các cài đặt vật lý giữa các công 
Chương 1 
Tự động hóa quá trình sản xuất 6 
việc được hoàn thành bằng cách lập chương trình ngoại tuyến (bên ngoài máy) và 
sau đó thực hiện đồng thời với việc cho chi tiết mới vào gia công. Việc sử dụng các 
đồ gá vệ tinh mang chi tiết và di chuyển các chi tiết và đúng vị trí gia công cũng là 
một phương thức để thực hiện việc này. Để các phương pháp này có hiệu quả, 
người ta phải hạn chế tính đa dạng của những sản phẩm được chế tạo trên hệ thống 
sản xuất linh hoạt. 
1.4 Hiệu quả kinh tế của tự động hóa 
1.4.1 Các ưu điểm của tự động hóa trong quá trình sản xuất 
 Nâng cao năng suất lao động. 
 Giảm chi phí vật liệu và năng lượng. 
 Đảm bảo chất lượng và sản phẩm ổn định. 
 Giảm thời gian từ khâu thiết kế đến chế tạo hoàn chỉnh sản phẩm. 
 Có khả năng mở rộng sản xuất mà không cần tăng nguồn lực lao động. 
Tăng năng suất lao động trong tự động hóa sản xuất có thể đạt được nhờ: 
 Sử dụng toàn bộ thời gian làm việc của thiết bị tự động hóa. 
 Tăng tốc độ thực hiện quá trình sản xuất mà không bị giới hạn bởi khả năng 
của con người. 
 Giải phóng được số lượng lớn công nhân phục vụ sản xuất. 
Về ý nghĩa xã hội, ưu điểm của tự động hóa sản xuất bao gồm: 
 Nâng cao mức sống của toàn dân nhờ tăng năng suất lao động. 
 Tăng sản phẩm có chất lượng cao mà vẫn giảm được khối lượng lao động, 
nguyên vật liệu và năng lượng. 
 Giải phóng con người khỏi lao động cơ bắp nặng nhọc, đơn điệu, độc hại và 
nguy hiểm. 
 Có khả năng giảm thời gian làm việc nhờ tăng năng suất lao động. 
 Nâng cao trách nhiệm của người lao động. 
Vai trò của tự động hóa với nền kinh tế nước ta: 
Tự động hoá đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa nền 
kinh tế. Đây là ngành tích hợp các bộ môn khoa học rất phát triển như cơ khí, cơ 
điện tử, robot, công nghệ điều khiển, công nghệ thông tin,... Phát triển Tự động hóa 
Chương 1 
Tự động hóa quá trình sản xuất 7 
tức là phát triển hệ thống các loại công nghệ cao, tạo nền tảng cơ bản để đẩy mạnh 
quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa. 
1.4.2 Phạm vi áp dụng của tự động hóa 
 Các ngành công nghiệp cơ sở. 
Khai thác và chế biến (dầu hỏa, khoáng chất,..) những bán thành phẩm cần 
thiết bởi các ngành công nghiệp như : Luyện kim đen công nghiệp chế biến sắt và 
kim loại, hóa chất giấy, ciment. Chúng là những ngành công nghiệp cơ sở cho sự 
phát triển kinh tế. 
Công nghiệp chế tạo máy. 
Các ngành công nghiệp này chế tạo sản phẩm cuối cùng cần thiết bởi các xí 
nghiệp để chế tạo các máy móc bán cho khách hàng. Các ngành này thuộc loại công 
nhiệp nặng như: chế biến sắt, máy công cụ, lắp ráp và chế tạo máy móc cho công 
nghiệp. 
Các công nghiệp dịch vụ. 
Tất cả các hoạt động liên quan đến sản xuất và phân phối sản phẩm:Thương 
mại, các nghề tự do 
Bảng 1.1: Các ngành sản xuất ứng dụng tự động hóa 
Dịch vụ sơ cấp Dịch vụ cao cấp 
Thương mại và vận tải Một số ngành thương mại hiếm. Vệ tinh 
Viễn thông 
Hành chính sự nghiệp Giáo dục trung học và đại học 
Dược, y tế cộng đồng Các dịch vụ trung tâm của các bộ phận, 
ngân hàng 
Dịch vụ gia đình Dịch vụ y tế, bệnh viện, phòng thí 
nghiệm 
Dịch vụ bảo dưỡng, thu gom rác Nghiên cứu trong mọi lĩnh vực 
Sân khấu, du lịch Một số dịch vụ cần cho các xí nghiệp: 
luật sư, thông tin, thống kê. 
Giáo dục tiểu học 
Chương 1 
Tự động hóa quá trình sản xuất 8 
Các công nghiệp mũi nhọn 
Là các ngành công nghiệp sử dụng tất cả những sáng chế gần nhất như thông 
tin công nghệ sinh học, người máy, vật liệu mới, laser 
Các hoạt động công nghiệp được cho trong bảng dưới đây. 
Bảng 1.2: Các ngành công nghiệp ứng dụng tự động hóa 
Dệt 
Hóa chất 
Cơ khí / 
Luyện Kim 
 Xây dựng 
 điện 
Các ngành 
 khác 
 Sản xuất 
sợi nhân 
tạo,Sợi 
Bông 
Lọc hóa 
dầu, khoáng 
chất 
 ( acid..) 
Luyện kim 
đen,luyện 
kim màu, 
đúc.. 
 Xi măng vật 
liệu xây dựng 
 Máy cắt kim 
loại, xe tải, 
máy kéo, tàu 
hỏ ... tiến trình sản xuất 
hoặc lắp ráp đều được điều khiển bởi máy tính (hoặc thiết bị điều khiển số). 
 Cung cấp những chỉ thị cần thiết đến các trạm: Ở những trạm thông minh thì cần phải 
phối hợp từng tiến trình của các máy tại trạm, những chương trình phải được nạp vào 
từng máy. Ở đây người ta thường dùng phương pháp điều khiển DNC. 
 Điều khiển qúa trình vận chuyển phôi liệu trong hệ thống. 
 Theo dõi trạng thái của từng phôi liệu trong hệ thống. 
 Theo dõi và thông báo tình trạng hoạt động của hệ thống. Máy tính điều khiển trung 
tâm phải được lập trình để thu thập dữ liệu về qúa trình hoạt động của toàn hệ thống 
theo địng kỳ và tổng kết, lập thành bảng báo cáo để chuẩn bị cho qúa trình quản lý sự 
vận hành hệ thống. 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 105 
 Chuẩn đoán: chức năng này sẽ cho biết chính xác vị trí bị lỗi trong hệ thống trong 
trường hợp hệ thống xảy ra sự cố hoặc hoạt động sai chức năng. 
6.2 Hệ thống sản xuất tích hợp CIM 
Hệ thống sản xuất tích hợp – CIM (Computer Intergrated Manufacturing) là hệ thống sản 
xuất tự động hoàn chỉnh có sự trợ giúp của máy tính. Hệ thống CIM đang được ứng dụng ngày 
càng phổ biến trong các nước phát triển do hiệu quả của nó đem lại. 
Hình 6.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống CIM 
 6.2.1 Hệ thống sản xuất tích hợp là gì? (CIM system) 
CIM là một nhà máy sản xuất tự động hóa toàn phần, nơi mà tất cả các quá trình sản xuất 
được tích hợp và được điều khiển bởi máy tính. CIM quản lý tự động thông qua sự tích hợp 
các phân hệ: CAD, CAM, CAP, CAPP; Các tế bào gia công (CN, CNC, DNC); Hệ thống cấp 
liệu; Hệ thống lắp ráp linh hoạt; Hệ thống mạng LAN nội bộ liên kết cácthành phần trong hệ 
thống và mạng Internet; Hệ thống kiểm tra và các thành phần khác Hình 6.4 là một mô hình 
hệ thống sản xuất CIM của hãng Seiky – Nhật Bản. 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 106 
Hình 6.4: Hệ thống sản xuất CIM 
6.2.2 Hiệu quả ứng dụng CIM trong sản xuất 
Hệ thống sản xuất CIM tạo ra lợi nhuận vững chắc cho người sử dụng hơn các hệ thống 
khác nhờ tính mềm dẻo của hệ thống và tích hợp thông tin. CIM cho phép một nhà máy sản 
xuất thích ứng nhanh chóng với sự thay đổi của thị trường và cung cấp các hướng phát triển 
cơ bản của sản phẩm trong tương lai. Với sự trợ giúp của máy tính, các họat động phân đoạn 
của quá trình sản xuất được tích hợp thành một hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi 
chảy với sự giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. 
Hệ thống CIM cho phép sử dụng tối ưu các thiết bị, nâng cao năng suất lao động, luôn ứng 
dụng các công nghệ tiên tiến và giảm thiểu sai số gây ra bởi con người, kinh nghiệm sử dụng 
CIM bởi các hãng sản xuất trên thế giới cho thấy những lợi ích điển hình: 
- Nhanh chóng cho ra đời sản phẩm mới kể từ lúc nhận đơn đặt hàng. 
- Giảm 15 – 30% giá thành thiết kế 
- Giảm 30 – 60% thời gian chế tạo chi tiết 
- Tăng năng suất lao động lên tới 40 – 70% 
- Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được 20 – 50% phế phẩm 
- Quản lý vật tư hàng hóa sát thực tế hơn 
- Tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của thị trường 
- Hoàn thiện được phương pháp thiết kế sản phẩm nhờ ứng dụng các gói phần mềm CAD, 
CAM, Cimastron, Cata, Unigraphic, Proengineer, MEC, CAPP, CAE trong đó các phân hệ 
này cho phép tính toán rất nhanh nhiều vấn đề cụ thể: giải bài toán thiết kế, thẩm định trong 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 107 
đó phần tử hữu hạn cho phép tính toán nhanh gấp 30 lần so với tính toán thông thường để xác 
định ứng xuất tại từng điểm nhờ vậy mà hoàn thiện kết cấu cho sản phẩm nhanh hơn. 
6.2.3 Các thành phần hệ thống CIM 
Các thành phần chính trong một hệ thống CIM bao gồm các modul: 
- Lập kế hoạch sản xuất 
- Thiết kế sản phẩm 
- Lập qui trình sản xuất 
- Lập trình cho các trạm gia công 
- Thiết bị sản xuất 
- Vận chuyển, tích trữ 
- Kiểm tra 
- Tiếp thị, phân phối sản phẩm 
- Tài chính, các vấn đề khác 
Lập kế hoạch sản xuất: Khi nhận được đơn đặt hàng trực tiếp hay qua các phương tiện 
giao tiếp (internet) cùng với chiến lược phát triển sản phẩm, CIM quản lý bằng phần mềm 
chuyên biệt (CIMSOFT) nó liên tục được truyền đi tới các phân hệ quản lý, điều khiển hệ 
thống. Dựa trên kế hoạch này các phân hệ tự động cập nhật, xử lý thông tin để đảm bảo sự 
hoạt động nhịp nhàng, lưu loát cho toàn hệ thống. Vì vậy, việc lập kế hoạch có ý nghĩa rất 
quan trọng, nó quản lý toàn bộ hệ thống trên tầng vĩ mô. 
Thiết kế sản phẩm: Thiết kế sản phẩm là modul nhằm tạo ra các thông số về đối tượng 
cần sản xuất. Khi nhận sản phẩm mới thì modul quản lý tự động dò tìm trong thư viện dữ liệu 
sản phẩm về sự tồn tại của sản phẩm, nếu đã có thì chuyển đến phân hệ gia công, nếu chưa có 
thì đưa ra dạng sản phẩm đã tồn tại với mức độ giống nhất và chuyển đến cho hệ thống thiết 
kế. 
- Phân hệ CAD/CAM: Thiết kế CAD (Computer Aided Design) là đưa ra được các hệ 
thống số hình học về thực thể với đầy đủ dữ liệu cần thiết để chuyển giao cho phân hệ CAM. 
Phân hệ CAM (Computer Aided Manufacturing) bản chất là phần mềm trợ giúp gia công, 
nhận các thông số hình học từ phân hệ CAD và thông số công nghệ sau đó chuyển thể thành 
dữ liệu đầu vào cho tế bào gia công. 
- Phân hệ RP (Rapid Prototyping): Là một phân hệ tạo mẫu nhanh cho dữ liệu CAD hoặc 
CAD/CAM. Khi mô hình CAD được tạo lập thì RP sẽ tạo ra vật thể thực đây cũng là thông tin 
để hoàn thiện mô hình vật thể trên CAD. Phân hệ RP giúp cho quá trình thiết kế giảm được 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 108 
nhiều thời gian để đi đến kết quả cuối cùng cho ra dữ liệu CAD trước khi sản xuất. Ngoài ra 
công nghệ ngược của RP và RE (Revert Engineering) cho phép lấy thông tin CAD khi vật thể 
đã có, đây cũng là giải pháp rất hiệu quả cho quá trình thiết kế. 
Lập qui trình sản xuất: Là phân hệ mất nhiều thời gian và tài chính. CIM xử dụng các 
modul lập quy trình công nghệ tự động bằng giải pháp phần mềm lập trình. Phân hệ CAPP 
(Computer Aided Process Planning) là một giải pháp hữu hiệu. Với các thông tin đầy đủ phân 
hệ CAPP sẽ quyết định đưa ra một qui trình công nghệ hợp lý nhất để gia công chi tiết. 
Lập trình cho các trạm gia công: Các trạm gia công bao gồm các trang thiết bị tham gia 
trong quá trình chế tạo sản phẩm: Các máy CNC, Robot Lập trình cho các tế bào gia công 
CNC bao gồm các thông tin về hình học (CAD) và các thông tin công nghệ. Quá trình được 
mô phỏng trên phân hệ CAD/CAM. Lập trình cũng hoàn toàn tương tự với robot và các thiết 
bị khác và gửi lên mức xử lý thông tin cao hơn để phối hợp. 
Thiết bị sản xuất: Quá trình sản xuất được thiết lập khi các yếu tố chuẩn bị về kỹ thuật 
và tổ chức được thực hiện. Trong quá trình này chi tiết dần dần được hình thành. Đây cũng là 
quá trình trực tiếp làm biến đổi phôi liệu thông thành chi tiết. Trên các tế bào gia công chi tiết 
trực tiếp bị biến đổi về mặt hình học và cơ tính. Các tế bào gia công mà chủ yếu là các máy 
điều khiển số CNC, DNC Và các thiết bị khác. 
Hình 6.5: Tế bào gia công máy CNC 
Hệ thống vận chuyển-tích trữ: Vận chuyển các chi tiết gia công (phôi) trong kho hoặc 
trên các vệ tinh tới các vị trí tiếp nhận hay chuyển tích trữ dụng cụ. 
Hệ thống kiểm tra: Kiểm tra các thông số về đối tượng sản xuất trong hệ thống. CIM sử 
dụng nhiều máy kiểm tra tự động khả lập trình. 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 109 
Hình 6.6: Dây chuyền kiểm tra tự động 
 Tiếp thị, phân phối sản phẩm: Đây cũng là một modun quan trọng để phát triển chiến 
lược sản xuất. Doanh nghiệp phải có phương thức marketing và phân phối sản phẩm phù hợp 
đáp ứng các tiêu chuẩn thị trường. 
6.2.4 Hướng phát triển CIM 
 Để thúc đẩy sự phát triển của CIM cũng như phát triển sản xuất một số hướng nghiên 
cứu về CIM đang được tiến hành: 
- Hợp lý hóa CIM và chiến lược quản lý CIM. 
- Nhà máy tích hợp CIM với các ranh giới địa lý trên phạm vi toàn cầu: Cấu trúc và mô 
hình hóa các nhà máy tích hợp được nghiên cứu trên cơ sở hợp tác và liên kết nhằm nắm vững 
các nguyên tắc ứng dụng CIM trong sản xuất toàn cầu về quản lý và chia sẻ dữ liệu. 
- Mang liên kết của CIM: Nghiên cứu các ứng dụng mạng trên phạm vi rộng và Internet 
cho CIM, tăng cường sự trao đổi thông tin bằng dữ liệu tích hợp, mối quan hệ giữa khách 
hàng và nhà cung cấp, các dữ liệu về quản lí trong hệ thống CIM. 
- Công cụ và công nghệ tiên tiến cho việc ứng dụng CIM: Nghiên cứu về ứng dụng 
robot, nâng cao tính tự động hóa trong sản xuất, ứng dụng trí tuệ nhân tạo. Mô hình hệ thống 
sản xuất: Tích hợp các mô hình thông tin với các mô hình chức năng của CIM và các hệ thống 
thiết kế của CIM. 
- Ứng dụng trí tuệ nhân tạo như logic mờ, mạng nơron tích hợp và trong các hệ thống 
sản xuất. 
Dưới đây là vòng tròn CIM ảo với các mô tả: 
+ Vòng ngoài cùng mô tả tình hình thị trường toàn cầu 
+ Vòng thứ hai mô tả các hệ thống toàn cầu để đáp ứng với yêu cầu của thị trường toàn cầu. 
+ Vòng thứ ba giải thích các khái niệm, cách thức hệ thống thực hiện. 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 110 
+ Vòng thứ tư mô tả sự liên kết thông tin và giao tiếp toàn cầu, chia sẻ dữ liệu và liên kết trong sản 
xuất 
+ Vòng trung tâm thể hiện kết quả của hệ thống CIM như một nhà máy tích hợp về thông tin cũng như 
kết cấu hạ tầng trên phạm vi toàn cầu hay khu vực. 
Hình 6.7: Vòng tròn CIM ảo 
6.2.5 Kết luận 
Qua những phân tích trên để thấy rằng công nghệ sản xuất tích hợp (CIM) là quá trình 
ứng dụng phát triển và tất yếu. Việc nghiên cứu và ứng dụng CIM ngày càng được thực hiện 
rộng rãi. Hệ thống sản xuất CIM sẽ là những nhà máy sản xuất trong tương lai. Với những tính 
ưu việt của nó, ngày nay CIM đang được hoàn thiện để đi đến một hệ thống sản xuất tự động 
hoàn hảo nhất. Trong môi trường cạnh tranh toàn cầu, hệ thống CIM là giải pháp tháo gỡ khó 
khăn mà những nền kinh tế còn chưa phát triển. Các tập đoàn kinh tế lớn còn chưa phát triển. 
Các tập đoàn kinh tế lớn trên thế giới đang tham gia vào nền kinh tế Việt Nam rất mạnh mẽ, 
các dây truyền sản xuất mang tính chất của FMS (Flexible Manufacturing System) & CIM 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 111 
đang được chuyển giao do đó các doanh nghiệp Việt Nam cũng nên quan tâm nghiên cứu, ứng 
dụng hệ thống sản xuất này như một hướng phát triển mới. 
6.3 Hệ thống sản xuất biến hình RMS (Reconfigurable Manufacturing System ) 
 6.3.1 Định nghĩa RMS: Hệ thống sản xuất biến hình RMS là hệ thống có khả năng thay 
đổi cả phần cứng và phần mềm để nhanh chóng có thể điều chỉnh công suất và chức năng của 
nó trong phạm vi của hệ thống để đáp ứng với thị trường thay đổi đột ngột hoặc thay đổi của 
hệ thống nội tại. 
Hình 6.8 : Sơ đồ của một hệ thống RMS 
6.3.2 Cơ sở ra đời của RMS: Toàn cầu hóa đã tạo ra một cảnh quan mới cho ngành công 
nghiệp, một trong những cạnh tranh khốc liệt, cơ hội thị trường bị thu hẹp, và thường xuyên 
thay đổi trong nhu cầu sản phẩm. Sự thay đổi này thể hiện cả một mối đe dọa và cơ hội. Để 
tận dụng về cơ hội, công nghiệp cần phải có hệ thống sản xuất có thể sản xuất một loạt các sản 
phẩm trong một gia đình sản phẩm. Phạm vi sản phẩm phải đáp ứng các yêu cầu của nhiều 
quốc gia và nền văn hóa khác nhau, không chỉ là một trong những khu vực thị trường cụ thể . 
Một thiết kế có khả năng sản xuất được nhiều sản phẩm phải được kết hợp với các khả năng 
kỹ thuật mà cho phép chuyển đổi nhanh chóng sản phẩm và số lượng mà có thể thay đổi đáng 
kể, thậm chí trên cơ sở hàng tháng. Do đó sự ra đời của hệ thống RMS nhằm đáp ứng nhu cầu 
đó. 
6.3.3 Các nguyên tắc RMS 
 a) Các RMS được thiết kế cho các nguồn lực sản xuất có thể điều chỉnh để đáp ứng nhu 
cầu sắp xảy ra. Các công suất RMS là nhanh chóng mở rộng nhỏ, gia số tối ưu. Các chức năng 
RMS là nhanh chóng thích nghi với việc sản xuất các sản phẩm mới. 
 b) Để nâng cao tốc độ phản ứng của một hệ thống sản xuất, đặc điểm cốt lõi RMS nên 
được nhúng vào toàn bộ hệ thống cũng như trong các thành phần của nó (cơ khí, truyền thông 
và điều khiển). 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 112 
 c) Các RMS được thiết kế xung quanh một tập hợp các chi tiết, với sự linh hoạt, đủ tùy 
chỉnh chỉ cần thiết để sản xuất tất cả các phần trong tập hợp đó. 
 c) RMS chứa một hỗn hợp các thiết bị linh hoạt như máy CNC, và máy biến hình với sự 
linh động tùy biến, chẳng hạn như máy công cụ biến hình (Reconfigurable Machine Tools) , 
máy kiểm tra biến hình (Reconfigurable Inspection Machine) , và máy lắp ráp biến hình 
(Reconfigurable Assembly Machine). 
 d) RMS sở hữu phần cứng và phần mềm hoạt động có hiệu quả trong việc đáp ứng với các 
sự kiện không thể đoán trước - cả bên ngoài (thay đổi thị trường) và các sự kiện nội tại (máy 
hỏng). 
Hình 6.9: Cấu hình cơ bản của một RMS 
Chương 6 
Tự động hóa quá trình sản xuất 113 
Câu hỏi ôn tập chương 6 
1. Phân biệt sự khác nhau giữa hệ thống sản xuất CIM và FMS. 
2. Hiệu quả của việc ứng dụng hệ thống CIM trong sản xuất. 
3. Kể tên và nêu rõ các thành phần chính của hệ thống CIM gồm những gì. 
4. Hệ thống sản xuất biến hình là gì? 
MỤC LỤC 
---- 
Lời nói đầu 
Chương 1. Tổng quan tự động hóa quá trình sản xuất 
1.1. Lịch sử phát triển tự động hóa quá trình sản xuất... .....1 
1.2. Các khái niệm tự động hóa2 
1.3 Các dạng tự động hóa.4 
1.4 Hiệu quả kinh tế của tự động hóa. .6 
1.5 Cấu trúc chung của hệ thống tự động hóa. 8 
Chương 2. Các thiết bị cơ bản của hệ thống tự động hóa 
2.1. Cảm biến...12 
2.2. Cơ cấu chấp hành20 
2.3.Các hệ thống điều khiển tự động..32 
Chương 3. Hệ thống vận chuyển và lưu kho tự động 
3.1. Chức năng và nguyên tắc thiết kế hệ thống vận chuyển tự động37 
3.2. Các phương pháp vận chuyển.38 
3.3. Các hệ thống vận chuyển41 
3.4. Lưu kho tự động trong quá trình sản xuất...48 
Chương 4. Cấp phôi tự động 
4.1. Ý nghĩa và phân loại hệ thống cấp phôi tự động 58 
4.2. Cơ cấu định hướng phôi dạng phễu60 
4.3. Cơ cấu định hướng phôi dạng ổ tích...66 
4.4. Cơ cấu cấp phôi rung động. 70 
4.5.Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động. 74 
Chương 5: Kiểm tra và lắp ráp tự động 
5.1. Phân loại các phương pháp kiểm tra tự động. 83 
5.2. Kiểm tra tích cực trong các quá trình sản xuất tự động. 84 
5.3. Kiểm tra tự động khi gia công một số bề mặt cơ bản 87 
5.4. Các phương pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống kiểm tra tự động... 89 
5.5. Các vấn đề chung của lắp ráp tự động 90 
5.6. Định vị và liên kết chi tiết khi lắp ráp tự động. ..94 
5.7. Thiết kế quá trình công nghệ lắp ráp tự động..96 
5.8. Ứng dụng robot trong lắp rắp tự động.98 
Chương 6: Hệ thống sản xuất hiện đại 
6.1. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)...101 
6.2. Hệ thống sản xuất tích hợp (CIM).105 
6.3. Hệ thống sản xuất biến hình (RMS). 111 
Tài liệu tham khảo 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 [1] GS.TS Trần Văn Địch, Tự Động Hóa Sản Xuất, Nhà xuất bản khoa học kỹ 
thuật, 2006. 
 [2] GS.TS Trần Văn Địch, Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và tích hợp CIM, 
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2001. 
 [3] Geoffrey Boothroyd, Assembly Automation And Product Design. 
 [4] Christopher Killian, Moder Control Technology Components and Systems.