เครื่องจักรกลNC หุ่นยนต์อุตสาหกรรม ระบบขนถ่ายวัสดุอัตโนมัติ ระบบจัดเก็บและเรียกคืนวัสดุอัตโนมัติ อ.ภูมิ เหลืองจามีกร poom.l@chula.ac.th

ระบบการผลิตแบบยืดหยุ่น ปารเมศ ชุติมา ISBN 970-346-905-2

(Numerical Control Machine) NC MACHINE (Numerical Control Machine)

เครื่องจักรNC คืออะไร สามารถทำงานโดยอัตโนมัติ โปรแกรมการทำงานได้ ควบคุมด้วยรหัส ที่ประกอบด้วย ตัวหนังสือ ตัวเลข และ สัญลักษณ์

ตัวอย่าง CNC ซ้าย แผงควบคุม กลาง ตัวเครื่อง ขวา G-CODE

NC (Numerical Control) DNC (Direct NC) CNC (Computer NC)

NC โปรแกรม หน่วยควบคุม เครื่องจักรกล DNC เครื่องจักรกล คอมพิวเตอร์ศูนย์กลางขนาดใหญ่ เครื่องจักรกล CNC คอมพิวเตอร์ขนาดย่อม เครื่องจักรกล

ลักษณะพิเศษของ DNC ควบคุมจากศูนย์กลาง ตั้งคอมพิวเตอร์ห่างจากเครื่องได้

ลักษณะพิเศษของ CNC เก็บข้อมูลเป็น ไฟล์ สามารถ โอนถ่ายได้ เก็บโปรแกรมได้จำนวนมาก แก้ไขโปรแกรมที่เครื่องได้ เรียกโปรแกรมย่อยได้ มีระบบชดเชยชนิดต่างๆ

ข้อดีของเครื่องจักรNC มีความแม่นยำสูง ลดเวลาที่ต้องสูญเสียโดยไร้ประโยชน์ ลดเวลานำ เพิ่มความยืดหยุ่นในการผลิต เปลี่ยนลักษณะการทำงานได้ง่าย เชื่อมโยงกับ CAD ได้

ลักษณะงานที่เหมาะกับเครื่องจักรกลNC ชิ้นงานต้องการความเที่ยงตรงสูง มีความซับซ้อน มีการดำเนินงานหลายอย่างบนชิ้นงาน การเปลี่ยนแปลงแบบมีบ่อยครั้ง

การเปลี่ยนเครื่องมือโดยอัตโนมัติ Machining Center การเปลี่ยนเครื่องมือโดยอัตโนมัติ ความสามารถในการเคลื่อนที่ชิ้นงานโดยอัตโนมัติ ที่วางชิ้นงานแบบกระสวน (pallet shuttle)

ชนิดของNC แกนหลักอยู่แนวนอน ชิ้นงานหมุน Turning Machine ,Lathe เครื่องกลึง แกนหลักอยู่แนวตั้งฉากกับพื้น ใบมีดหมุน Milling Machine

ส่วนประกอบของเครื่องจักรNC Spindle เพลาหลัก (rpm) Work table โต๊ะงาน (milling) Tool ใบมีด ระบบน้ำมันหล่อลื่น ระบบเป่าทำความสะอาด

ระบบชดเชยการสั่นสะเทือน ระบบชดเชยความร้อน ระบบชดเชยชนิดต่างๆ ระบบชดเชยการสึกหรอ ระบบชดเชยการสั่นสะเทือน ระบบชดเชยความร้อน

หุ่นยนต์อุตสาหกรรม อุปกรณ์สำหรับหยิบหรือยักย้ายที่สามารถโปรแกรมใหม่ได้และทำงานได้หลายหน้าที่ ซึ่งถูกออกแบบมาใช้ในงานเกี่ยวกับการเคลื่อนย้ายวัสดุ ชิ้นงาน เครื่องมือหรืออุปกรณ์พิเศษ Robot Industries Association (RIA)

กายวิภาคของหุ่นยนต์ D.O.F. (Degree of Freedom) ระดับขั้นความเสรี Joint ข้อต่อ Link ส่วนประสาน Body and Arm ส่วนตัวและแขน Wrist ข้อมือ End Effectors เครื่องมือ

ข้อต่อ ข้อต่อแบบเชิงเส้น (Linear Joint , L joint) ข้อต่อแบบแนวตั้งฉาก (Orthogonal Joint , O joint) ข้อต่อแบบหมุนโรเตชั่น (Rotational Joint , R joint) ข้อต่อแบบบิด (Twist Joint , T joint) ข้อต่อแบบหมุนรีวอลวิ่ง (Revolving Joint , V joint)

ข้อต่อลำตัว : ข้อต่อข้อมือ ตัวอย่าง TLR : TR การเขียนข้อต่อ ข้อต่อลำตัว : ข้อต่อข้อมือ ตัวอย่าง TLR : TR

การจัดประเภทของหุ่นยนต์ Polar configuration Cylindrical configuration Cartesian configuration Jointed-arm robot SCARA

การใช้frameในการคำนวณหุ่นยนต์

เซนเซอร์ในหุ่นยนต์ Tactile Sensor Proximity Sensor Touch sensor Force sensor Proximity Sensor Machine Vision หรือ Optical Sensor เซนเซอร์ชนิดอื่น ๆ

End Effector

วิธีการป้อนโปรแกรมให้แก่หุ่นยนต์ จัดตั้งด้วยมือ (Manual Setup) การสอนนำโปรแกรม (Leadthrough Programming) ใช้โปรแกรมภาษาหุ่นยนต์ที่เหมือนกับภาษาคอมพิวเตอร์ (Computerlike Robot Programming Language) การโปรแกรมแบบออฟไลน์ (Off-Line Programming)

การใช้งานหุ่นยนต์ในอุตสาหกรรม ลักษณะของงานทางด้านอุตสาหกรรมที่ส่งผลให้มีการใช้หุ่นยนต์ สภาพการทำงานที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ งานที่มีรอบงานซ้ำ งานที่ก่อให้เกิดความลำบากในการขนย้าย งานในกะบ่ายและดึก งานที่มีการเปลี่ยนการจัดตั้งเครื่องจักรไม่บ่อย การวางตำแหน่งและทิศทางของชิ้นงานมีการกำหนดไว้อย่างแน่นอน

การนำหุ่นยนต์ไปใช้งานประเภทต่าง ๆ หน้าที่ของหุ่นยนต์ที่ใช้งานในระบบผลิตแบ่งได้ดังนี้ เคลื่อนย้ายวัสดุ ทำงานเกี่ยวกับกระบวนการต่าง ๆ ทำงานประกอบและตรวจสอบ

การออกแบบเซลล์หุ่นยนต์ แผนผังเครื่องจักรและอุปกรณ์เบื้องต้น มี 3 ชนิด คือ เซลล์หุ่นยนต์แบบหุ่นยนต์ศูนย์กลาง (Robot-Centered Cell) เซลล์หุ่นยนต์แบบอินไลน์ (In-Line Robot Cell) เซลล์หุ่นยนต์แบบเคลื่อนที่ (Mobile Robot Cell)

ระดับความซับซ้อนของตัวควบคุมหุ่นยนต์ หุ่นยนต์ลำดับจำกัด (Limited-Sequence Robot) หุ่นยนต์ทำงานตามโปรแกรมที่ตั้งไว้แบบควบคุมจุดต่อจุด (Playback Robot with Point-to-Point Control) หุ่นยนต์ทำงานตามโปรแกรมที่ตั้งไว้แบบควบคุมทางเดินต่อเนื่อง (Playback Robot with Continuous-Path Control) หุ่นยนต์ชาญฉลาด (Intelligent Robot)

ระบบขนถ่ายวัสดุอัตโนมัติ

ตารางแสดงลักษณะสมบัติของวัสดุ ประเภท ลักษณะสมบัติ รูปร่างทางกายภาพ ของแข็ง ของเหลว แก๊ส ขนาด ความยาว ความกว้าง ความสูง ปริมาตร น้ำหนัก น้ำหนักต่อชิ้น น้ำหนักต่อหน่วยปริมาตร รูปร่างภายนอก ยาวและเรียบ กลม สี่เหลี่ยม ความเสี่ยงต่อการเสียหาย เปราะบาง แตกหักได้ แข็ง ความปลอดภัย ระเบิดได้ เป็นสารพิษ เป็นสารกัดกร่อน เงื่อนไข ร้อน เปียก สกปรก ติดเหนียว

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการเงื่อนไขของการขนย้าย จำนวนของวัสดุที่ต้องการขนย้าย อัตราการไหลที่ต้องการ หมายกำหนดการของการขนย้าย เส้นทางที่วัสดุใช้ในการขนย้าย ปัจจัยอื่น ๆ

ผังโรงงานที่ดีควรจะให้ข่าวสารต่อไปนี้ ตำแหน่งรับเข้าหรือหยิบวัสดุ (Loading Station) ตำแหน่งส่งวัสดุ (Unload Station) เส้นทางเดินของวัสดุระหว่างสถานีต่าง ๆ ระยะทางที่ต้องเดินทางเพื่อขนย้ายวัสดุ รูปแบบของการไหล โอกาสที่จะส่งวัสดุรวมกันต่อหนึ่งครั้งของการจัดส่ง ตำแหน่งหรือเส้นทางที่น่าจะเกิดการจราจรติดขัดระหว่างการขนส่ง พื้นที่โรงงานทั้งหมดและพื้นที่ภายในของแผนกต่าง ๆ ที่อยู่ในผังโรงงาน การจัดอุปกรณ์ต่าง ๆ ในโรงงาน

ผังโรงงานอุตสาหกรรมจำแนกเป็น 3 ลักษณะ คือ ผังโรงงานอุตสาหกรรมจำแนกเป็น 3 ลักษณะ คือ ผังโรงงานแบบตำแหน่งตายตัว (Fixed Position Layout) ผังโรงงานแบบตามกระบวนการผลิต (Process Layout) ผังโรงงานแบบตามผลิตภัณฑ์ (Product Flow Layout)

ระบบสายพานลำเลียง (Conveyor) มีจุดรับส่งโหลดตายตัว มีเส้นทางการส่งวัสดุตายตัว มักจะใช้ส่งงานเป็นชิ้น อาศัยการทำงานทางกล บางครั้งมีการทำงานให้เป็นอัตโนมัติ มีทั้งการติดตั้งบนพื้นและเหนือศีรษะ การขับเคลื่อนจะเกิดที่สายพาน

ระบบ AGV (Automated Guided Vehicle System หรือ AGVS) เป็นระบบขนถ่ายวัสดุที่ใช้รถที่ทำงานได้โดยอิสระต่อกัน ขับเคลื่อนด้วยตนเอง ซึ่งถูกนำทางด้วยเส้นทางขนส่งที่ฝังอยู่บนพื้นโรงงาน รถจะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ที่ติดตั้งอยู่บนตัวรถซึ่งจะทำให้รถวิ่งได้ประมาณ 8-10 ชั่วโมง ก่อนที่จะมีการอัดแบตเตอรี่ใหม่ - Driverless Train - AGV Pallet Track - AGVS Unit Load Carrier

การใช้งาน AGV Driverless Train Operation Storage/Distribution System Assembly-Line Operation Flexible Manufacturing System

การนำทางและกำหนดเส้นทางเดินของ AGV การควบคุมการจราจรและความปลอดภัย การบริหารระบบ

การนำทางของ AGV ใช้สายไฟฟ้าและเซ็นเซอร์แม่เหล็ก ใช้แถบสีและเซ็นเซอร์แสง ใช้ไมโครคอมพิวเตอร์ควบคุมรอบหมุนของล้อ

วิธีการเลือกเส้นทางเดินให้แก่ AGV วิธีเลือกด้วยความถี่ วิธีเลือกโดยการสวิตซ์เส้นทางเดิน

การควบคุมการจราจรและความปลอดภัย Blocking(การป้องกันการชน) วิธีตรวจจับรถที่อยู่ข้างหน้า (On-Board Vehicle Sensing หรือ Forward Sensing) วิธีการโซน (Zone Blocking) กันชนฉุกเฉิน สัญญาณเตือน ระบบหยุดเมื่อออกนอกเส้นทาง

การบริหารระบบ ควบคุมจากแผงควบคุมที่อยู่บน AGV (On-Board Control Panel) เรียกจากสถานีที่อยู่ห่างไกล (Remote Call Station) ควบคุมโดยคอมพิวเตอร์ศูนย์กลาง (Central Computer Control)

ระบบการจัดเก็บและเรียกคืนวัสดุอัตโนมัติ

ระบบการจัดเก็บและเรียกคืนวัสดุอัตโนมัติ (Automated Storage/Retrieval System เรียกโดยย่อว่า AS/RS) คือ การรวมกลุ่มของเครื่องมือและอุปกรณ์ควบคุม ซึ่งมีความสามารถในการจัดการจัดเก็บ และเรียกคืนวัสดุ ด้วยความเที่ยงตรง ถูกต้องและรวดเร็ว ภายใต้การทำงานแบบอัตโนมัติในระดับที่กำหนดให้

ระบบ AS/RS แบ่งออกเป็นแบบต่าง ๆ ดังนี้ Unit Load AS/RS Miniload AS/RS Man-on-Board AS/RS หรือ Manaboard AS/RS Automated Item Retrieval System Deep-Lane AS/RS

องค์ประกอบพื้นฐานของระบบ AS/RS โครงสร้างที่เก็บวัสดุ (Storage Structure) เครื่อง S/R (Storage/Retrieval Machine) หน่วยของการเก็บวัสดุ (Storage Module) สถานีหยิบและฝากวัสดุ (Pickup and Deposit Station)

อุปกรณ์พิเศษของระบบ AS/RS รถเคลื่อนย้ายช่องทางขนส่งวัสดุ (Aisle Transfer Car) อุปกรณ์ตรวจสอบถังบรรจุวัสดุว่างเปล่า/เต็ม สถานีวัดขนาดโหลด (Sizing Station) สถานีบ่งชี้โหลด (Load Identification Station)

การประยุกต์ใช้ระบบ AS/RS จัดเก็บและเรียกคืน Unit Load หยิบวัสดุตามสั่ง (Order picking) ระบบจัดเก็บวัสดุระหว่างกระบวนการ

การจัดเก็บวัสดุระหว่างกระบวนการ ใช้เก็บชุดของชิ้นงานประกอบ สนับสนุนการผลิตแบบ JIT ใช้เป็นบัฟเฟอร์สำหรับจัดเก็บวัสดุ สามารถใช้งานร่วมกันกับระบบบ่งชี้ชิ้นงานแบบอัตโนมัติ ทำให้เกิดการควบคุมและการติดตามวัสดุอย่างมีประสิทธิภาพ สนับสนุนการทำให้เกิดการทำงานแบบอัตโนมัติทั้งโรงงาน

CAD/CAM CAE CAD = Computer Aided Design CAM = Computer Aided Manufacturing CAE = Computer Aided Engineer

ตัวอย่างการวิเคราะห์งานออกแบบ

ข้อดีของ CAD ความรวดเร็วและความเที่ยงตรง ความยืดหยุ่น ลดความขัดแย้งของแบบ การเปลี่ยนแปลงแบบ การรวบรวมจำนวน ความสามารถในการสร้างสรรค์ การจัดการข้อมูล, การทำเป็นมาตรฐาน และนำมาใช้ใหม่

ลำดับขั้นการพัฒนา CAD การวิจัย Graphic system  การกำเนิดของ Interactive graphic  ประยุกต์ใช้เป็น Computer Aided Design  การแพร่หลายของ Computer Graphic  การกำเนิดของ CAD  ใช้ร่วมกับ CAM  การกำเนิด CAD/CAM  การกำเนิดแนวคิด CAE,CIM, FA

ตัวอย่างการนำระบบCAD ไปใช้ในงานอุตสาหกรรม แผงวงจร เครื่องจักร โครงสร้างเครื่องจักร แม่พิมพ์ เครื่องบิน รถยนต์ การก่อสร้างและงานโยธา

ขั้นตอนการออกแบบแผงวงจร

การออกแบบโครงสร้างเครื่องจักร

การเก็บข้อมูลรูปร่าง (การทำแม่พิมพ์)

ขั้นตอนการทำแม่พิมพ์

ขั้นตอนการทำแม่พิมพ์

ขั้นตอนการทำแม่พิมพ์

การออกแบบเครื่องบิน

การออกแบบเครื่องบิน

การออกแบบรถยนต์

การออกแบบรถยนต์

การออกแบบรถยนต์

การออกแบบรถยนต์

งานก่อสร้างและโยธา

งานก่อสร้างและโยธา

ทบทวน การแปลงสภาพจุด(2D) S = R = T =

ทบทวน การแปลงสภาพจุด(3D) Rz=

ประโยชน์ของการแสดงรูปร่าง3มิติ การตรวจสอบและพิจารณารูปร่าง การคำนวณพื้นที่ผิวและปริมาตร การสร้างภาพหน้าตัด การตรวจสอบความเหลื่อมล้ำ การทดสอบการทำงาน

การแสดงรูป3มิติ Wire frame model Surface model Solid model

Wire frame model

วิธีการบันทึกข้อมูล

Surface model

วิธีการบันทึกข้อมูล

Solid model (B-reb)

Solid model (CSG)

การจัดการรูป Union Different Intersect

รูปมาตรฐาน ฐานข้อมูล การดึงผิว การหมุน

CSG กับ B-rep

เส้นโค้ง เส้นโค้ง Spline เส้นโค้ง พาลาโบราผสม เส้นโค้ง Bezier เส้นโค้ง B-Spline เส้นโค้ง Non Uniform Rational B-Spline

ผิวโค้ง ผิวโค้ง loft ผิวโค้ง Coons ผิวโค้งBezier