Automated Manufacturing Technology Lecture PDF

Automated of Manufacturing Technology MCT 402 1  Overview Introduction Types of Manufacturing Automation Automated Production Systems Software Systems for Automation Automation in Services Automation Issues Deciding Among Automation Alternatives Wrap-Up: What...

Automated of Manufacturing Technology MCT 402 1  Overview Introduction Types of Manufacturing Automation Automated Production Systems Software Systems for Automation Automation in Services Automation Issues Deciding Among Automation Alternatives Wrap-Up: What World-Class Companies Do 2  Introduction In the past, automation meant the replacement of human effort with machine effort, to save labor costs. Today, automation means integrating a full range of advanced information and engineering discoveries into operations processes for strategic purposes. Today, automation is applied not only for labor cost savings, but also for: Improved quality Faster production and delivery of products/services Increased flexibility 3  1a- Automation: Defined ‫تعريف األتمتة‬ It is the technologies concerned with the application of mechanical, electrical, and computer-based systems to carry the following function: -:‫يمكن تعريف األتمتة بأنها التقنية المتعلقة بالتالي‬ Operation and control of production activities without interference of people ‫ التشغيل والتحكم لمجموعة من العمليات التسلسلية دون تدخل من اإلنسان‬ Adjusting and controlling operating condition as requested.‫ القيام بتعديل وضبط ظروف تشغيل العمليات وفقا لمتطلبات التصنيع‬ These technologies include hardware and software such as: :‫حيث تتضمن هذه التقنيات العديد من عتاد وبرامج مثل‬ Motor actuators and mechanisms -‫آليات ومحركات الحركة األوتوماتيكية‬ Computer and processing units -‫أجهزة الحاسب والمعالجات الحاسب الدقيقة‬ Measuring and monitoring equipment and programmable controller ‫أجهزة للقياس‬ -‫واالستشعار والتحكم‬ Operating and analysis Programming -‫برامج التشغيل والمقارنة والتحليل‬ ETC. ‫وغيرها‬ 4 1b- Automation Functions in Manufacturing ‫وظائف األتمتة في التصنيع‬ Two Basic main functions for automation in manufacturing ‫هناك وظيفتان أساسيتان هما‬ 1) Manufacturing Facility Automation [Equipments] ‫أتمتة معدات التصنيع‬ 2) Manufacturing Support Automation [Information] ‫أتمتة معلومات التصنيع‬ These two function are developed to build a self operating manufacturing system; using computer as standard to operate all activities in integrated form. ‫وتستخدم هاتين المهمتين معا االن الستراتيجية إنشاء نظام تصنيع ذاتي التشغيل‬ ‫تستخدم الحاسبات بطريقة قياسية لتنفيذ جميع أوجه وظائف وأنشطة العمل الصناعي‬. ‫بصورة متكاملة عند تحديد المنتجات وطرق تصنيعها‬ 5 1c- Automation Functions in Manufacturing ‫وظائف األتمتة في التصنيع‬ Production System Functions ‫وظائف نظام اإلنتاج‬ 1- Manufacturing system support ‫نظم التصنيع المساندة‬ o Product design / CAD-CAM o Process planning o Production planning and control o Maintenance planning and control, o Quality operation and management, etc. 2- Manufacturing system facilities ‫تسهيالت التصنيع المساندة‬ o Production machines & production line technologies o Material handling system technologies o Automation and control technologies o Storage retrieval system technologies, o Quality inspection system technologies, etc. Automating of all Production functions to have CIM 6 2c- Automation Generations ‫أجيال أتمتة نظم التصنيع‬ [A1] Powered Machine Tools (1st Generation) 7  2d- Automation Generations ‫أجيال أتمتة نظم التصنيع‬ [A2] Single Cycle Semi Automatic and Self Feeding Machine of Mass Production Era 8 9  2e- Automation Generations ‫أجيال أتمتة نظم التصنيع‬ [A3] Automatic Repeat Cycle Machine Tools With Open Loop Control Concepts [A4] Automatic Self Measuring and Adjusting Machine Tools With Feedback Closed Loop Control Concepts 10 11  ‫متطلبات األتمتة ‪3c- Automation Requirements‬‬ ‫‪1. Process Automation (shaping, handling, Packaging, storing,‬‬ ‫)‪inspection‬‬ ‫أتمتة األسلوب الصناعي (التغيير والتجميع والفحص والقياس والمناولة والتعبئة)‬ ‫‪2. Information Automation‬‬ ‫أتمتة المعلومات وبرامج التشغيل والرقابة‪.‬‬ ‫‪3. Integration of operation and control‬‬ ‫تكامل العمليات والتشغيل والمراقبة والتحكم األوتوماتي لها‪.‬‬ ‫‪4. Monitoring and adjusting‬‬ ‫مقارنة وتعديل العمليات‪.‬‬ ‫‪5. Analysis and reporting‬‬ ‫تحليل وتقرير األداء‬ ‫‪12‬‬  ‫أنواع أنظمة األتمتة ‪4a- Types of Automation‬‬ ‫األتمتة الثابتة ‪1- Fixed Automation‬‬ ‫هو نظام من مجموعة عمليات صناعية متسلسلة معا بنمط إنتاجي متكامل ثابت إلنتاج وحدة منتج‪.‬‬ ‫األتمتة البرمجية ‪2- Soft Automation‬‬ ‫هو نظام من مجموعة عمليات صناعية متسلسلة معا بواسطة برامج ألوامر مبرمجة وتشتمل علي نوعين‪-:‬‬ ‫األتمتة المبرمجة ‪A- Programmable Automation‬‬ ‫هو نظام يعمل بمجموعة من األوامر لعدد من العمليات المسلسلة إلنتاج مشغوالت أو وحدة منتج‪.‬‬ ‫األتمتة المرنة ‪B- Flexible Automation‬‬ ‫هو نظام من مجموعة عمليات صناعية متسلسلة معا بنمط إنتاجي متكامل مرن ببرامج إلنتاج وحدة منتجات مختلفة‬ ‫بصورة متزامنة‪.‬‬ ‫‪13‬‬ 6-3a- Automation Migration Strategy ‫إستراتيجية إرتحال األتمتة‬ Formulating plans with phases for automation: 1) Phase 1 – manual production: used when introducing new product and testing the market; quick start. 2) Phase 2- automate Facility components: independent cell automation (reduce labor cost and increase production. 3) Phase 3- automate integrated production: multi-cell and handling automation production for several years) :‫صياغة الخطط بمراحل األتمتة‬ ‫ يستخدم عند إدخال منتج جديد واختبار السوق ؛ بداية سريعة‬:‫ اإلنتاج اليدوي‬-1 ‫المرحلة‬.‫ أتمتة الخاليا المستقلة (تقليل تكلفة العمالة وزيادة اإلنتاج‬:‫ أتمتة مكونات المنشأة‬- 2 ‫المرحلة‬. )‫ التشغيل اآللي متعدد الخاليا والمناولة اإلنتاج لعدة سنوات‬:‫ أتمتة اإلنتاج المتكامل‬- ‫المرحلة الثالثة‬ 14  6-3b- USA Automating Principle ‫أساس األتمتة‬ Deal with implementation of automation: 1) Step 1 – Understand existing process: Comprehend current process in details. Use work design principles (charts & modeling indicating relations and operation conditions and process considerations ‫ استخدم مبادئ تصميم العمل (الرسوم‬.‫ افهم العملية الحالية بالتفصيل‬: ‫ فهم عملية‬- 1 ‫الخطوة‬ ‫البيانية والنمذجة التي تشير إلى العالقات وظروف التشغيل واعتبارات العملية‬ 1) Step 2- Simplify the process: use work design principles to simplify and eliminate unnecessary steps. ‫ استخدم مبادئ تصميم العمل لتبسيط وإزالة الخطوات غير‬:‫ تبسيط العملية‬- 2‫الخطوة‬.‫الضرورية‬ 1) Step 3- automate the process: consider possible forms of automation including the above strategies. 2) ‫ فكر في األشكال الممكنة لألتمتة بما في ذلك االستراتيجيات‬:‫ أتمتة العملية‬- 3 ‫الخطوة‬.‫المذكورة أعاله‬ 15  7b-Automation Structure for information ‫هيكلية أتمتة‬ ‫المعلومات‬ Data Bases Strategic Planning ‫التخطيط االستراتيجي‬ Marketing & Sale ‫التسويق والمبيعات‬ Economical Analysis ‫التحليل االقتصادي‬ Organization Wages & Personals ‫األجور واألفراد‬ Level Design & Drafting ‫التصميم والرسوم‬ Process planning ‫تخطيط األساليب‬ Programming ‫برمجة المعدات‬ Factory Tool & fixture design ‫تصميم أدوات‬ Level Material Planning ‫تخطيط متطلبات المواد‬ Resource planning ‫تخطيط متطلبات السعة‬ Production control ‫رقابة اإلنتاج‬ Equipment monitoring ‫رقابة المعدات‬ Line and Cell inventory control ‫رقابة المستودعات‬ Level Performance monitoring ‫رقابة الجودة‬ Operating and control of Equipment/device equipment ‫التنفيذ والسيطرة على‬ Level ‫المعدات‬  7c-Automation Structure for Hardware ‫هيكلية أتمتة العتاد‬ Co. Computer WAN ‫شبكة واسعة‬ Organization LAN ‫شبكة محلية‬ Level Factory control Factory Computer Computer Level LAN ‫شبكة محلية‬ Floor control Micro Micro Micro Line and Cell Bus ‫ناقل‬ Level ‫حقلي‬ M/c Control M/c Control M/c Control Equipment/device Process Process Process Process Process Process control control control control control control Level 17  8a- Automation tasks ‫مهام األتمتة‬ First: Automating the process & equipment ‫مهمة أتمتة المعدات‬ Three element of automation are: Power ‫ القدرة‬-1 ‫ برنامج التعليمات‬-2 Program of Instruction ‫ نظام التحكم‬-3 ‫األسلوب‬ Control System Process 18  ‫‪8a1 -1st step: process Automating element‬‬ ‫‪ :‬وهي القدرة المطلوبة لتحقيق التالي ‪-:‬‬ ‫‪ -1‬القدرة ‪Power‬‬ ‫أ‪ -‬أداء األسلوب (العملية الصناعية) ‪Power of Process‬‬ ‫ب‪ -‬أداء التحكم األوتوماتي ‪Power of Automation‬‬ ‫قدرة أداء األسلوب ‪ : Power of Process‬أمثلة ذلك كالتالي‪-:‬‬ ‫الفعل المحقق‬ ‫القدرة المستخدمة‬ ‫األسلوب‬ ‫صهر المعدن وصبه في قوالب‬ ‫حراري ‪Thermal‬‬ ‫السباكة ‪Casting‬‬ ‫تغير بنية الفيزيائية لخواص مطلوبة‬ ‫حراري‬ ‫معالجة حرارية ‪Heat Treatment‬‬ ‫ميكانيكي ‪ Mechanical‬تشكيل المادة في حالتها الصلبة‬ ‫الطرق على البارد ‪Cold Forging‬‬ ‫تشكيل المادة في حالتها الصلبة وساخنة‬ ‫الطرق على الساخن ‪ Hot Forging‬ميكانيكي و حراري‬ ‫تشكيل المادة في حالتها الصلبة وساخنة‬ ‫ميكانيكي و حراري‬ ‫البثق ‪Extrusion‬‬ ‫تشكيل المادة في حالتها الصلبة وساخنة‬ ‫ميكانيكي و حراري‬ ‫الحقن ‪Injection molding‬‬ ‫‪19‬‬  ‫‪8a2 -1st step: process Automating element‬‬ ‫قدرة أداء األسلوب ‪ : Power of Process‬أمثلة ذلك كالتالي‪-:‬‬ ‫الفعل المحقق‬ ‫القدرة المستخدمة‬ ‫األسلوب‬ ‫تشكيل الثقوب واألكواب واألشكال‬ ‫تشكيل األلواح المعدنية ‪ Forming‬ميكانيكي‬ ‫تشكيل بقطع المادة بالحركة النسبية بين‬ ‫ميكانيكي‬ ‫التشغيل ‪Machining‬‬ ‫المشغولة وأداة القطع‬ ‫قطع بالليزر‬ ‫القطع بأشعة ضوئية تولد طاقة حرارية‬ ‫حراري وضوئي‬ ‫‪Laser beam cutting‬‬ ‫إزاحة المعدن بالتفريغ الكهربي في منطقة‬ ‫قطع بالتفريغ الكهربي‬ ‫كهربي ‪Electrical‬‬ ‫المولدة لحرارة شديدة‬ ‫‪Electric Discharge‬‬ ‫توليد حرارة شديدة لمنطقة تندمج فبها المادة‬ ‫حراري‪/‬كهربي‪/‬ميكانيكيى‬ ‫اللحام ‪Welding‬‬ ‫قدرة أداء أسلوب المناولة ‪-:Power of Handling Process‬‬ ‫وتستخدم معدات تعمل بالطاقة الميكانيكية أو الكهربية وذلك للتالي‪:‬‬ ‫أ‪ -‬تحميل وتفريغ المشغوالت )‪ (Loading and Unloading of work unit‬ووضعها وتكيفها على‬ ‫الماكينات‪.‬‬ ‫ب‪ -‬نقل المشغوالت بين العمليات )‪. (Material Transport between Operation‬‬ ‫‪20‬‬  ‫‪8a3 -1st step: process Automating element‬‬ ‫وهي القدرة على تحقيق تشغيل أجهزة‬ ‫قدرة أداء األتمتة ‪:Power for Automation‬‬ ‫األتمتة وهي عادة تستخدم الطاقة الكهربية للتالي‪-:‬‬ ‫وحدات التحكم ‪ :Controller Unit‬وهي وحدات نقل تعليمات األوامر لتفعيل األجهزة التنفيذية‪.‬‬ ‫أ‪-‬‬ ‫ب‪ -‬أجهزة التفعيل ‪ :Actuators‬وهي اجهزة تنفيذ األوامر (محركات‪-‬مفاتيح)بواسطة إشارات كهربية‬ ‫بضغط منخفض بعد تكبيرها‪.‬‬ ‫ج‪ -‬أجهزة جمع وحفظ البيانات ومعالجة المعلومات ‪Data Acquisition and Information‬‬ ‫‪ :Processing‬حيث يتم استخدام األجهزة في جمع البيانات من اسلوب اإلنتاج ومعالجتها بواسطة‬ ‫لوغاريتمات التحكم الستخدامها في المراقبة والتحكم‪.‬‬ ‫‪21‬‬  ‫‪8a4 -2nd step: process Automating element‬‬ ‫‪ -2‬برنامج التعليمات ‪:Program of Instruction‬‬ ‫وهو برنامج يصف دورة العمل إلنتاج المشغولة(برنامج المشغولة) ‪ ,‬وحيث يعرف‪:‬‬ ‫ عدد خطوات األساليب التي يتم أدائها و تدفق التسلسلي المنطقي لها بصورة مبرمجة‪.‬‬ ‫ العوامل المطلوبة إلتمام األسلوب‪.‬‬ ‫ التغيرات الواقعة في األسلوب‪.‬‬ ‫وعادة تتم كل خطوة أسلوب بنشاط أو عدة أنشطة له مدخالت ومخرجات كالتالي‪:‬‬ ‫مخرجات ‪ :Output‬متغيرات ‪Variables‬‬ ‫مدخالت ‪ Input‬عوامل ‪Parameters‬‬ ‫متغيرات تمثل الوضع الفعلي للعوامل مثل‪:‬‬ ‫عوامل يتطلب التحكم بها مثل‪:‬‬ ‫ درجة الحرارة الفعلية‬ ‫ ضبط حرارة فرن‬ ‫نشاط األسلوب‬ ‫ وضع إحداثي المحاور الفعلية‬ ‫ تنسيق إحداثيات محاور آلة في وضع معين‬ ‫)‪Process (i‬‬ ‫ معدل التدفق من الصمام‬ ‫ فتح أو غلق صمام‬ ‫ويكون هذا المتغير ‪:‬‬ ‫ تشغيل أو توقيف محرك‬ ‫ إما لحظيا ‪Discrete‬‬ ‫ أو متواصل )‪Gradual (Continuous‬‬ ‫‪22‬‬  ‫‪8a5 - 2nd step: process Automating element‬‬ ‫برمجة التخاذ القرار في برنامج التعليمات‪:‬‬ ‫برنامج دورة عمل إنتاج المشغولة عادة يكرر تعليماته كل دورة دون تغير وعليه يضاف عدد من البرمجيات‬ ‫التخاذ قرار تغير في العمليات خالل الدورة حيث يتم ادماجها في البرنامج والتي تشمل‪:‬‬ ‫التدخل اليدوي ‪ Manual Interface‬من خالل وحدة التحكم لتغير مدخالت معينة‬ ‫ ‬ ‫(السرعة) أو خطوات العمل‪.‬‬ ‫تغيير خطوات األساليب وتسلسلها ‪.Steps change‬‬ ‫ ‬ ‫تغيرات في بداية العمل ‪.Start changing‬‬ ‫ ‬ ‫تغيرات مدخالت العوامل ‪.Input parameters changes‬‬ ‫ ‬ ‫تغيرات لمشغوالت متغيرة ألنواع مختلفة‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪23‬‬  ‫‪8a5 - 2nd step: process Automating element‬‬ ‫أمثلة لبرنامج التعليمات ‪:Program of Instruction‬‬ ‫حالة ‪ :1‬مشغولة تنج بأسلوب أوتوماتي واحد‬ ‫هو أداء خطوة واحدة بعامل واحد مثل ‪:‬‬ ‫ معالجة حراري مطلوب ضبط الحرارة للفرن عند درجة معينة ولزمن معين‬ ‫(الحفاظ علي الحرارة)‬ ‫ سرعة قطع معدن معين (الحفاظ على السرعة)‬ ‫حالة ‪ :2‬مشغولة تنج من خالل عدة خطوات مثل ‪:‬‬ ‫ تحميل المشغولة على الماكينة (حركة مناولة من وضع إلى وضع )‬ ‫ أداء أسلوب عمل ( سرعة تغذية وسرعة قطع وعمق القطع)‬ ‫ تفريغ المشغولة من الماكينة(حركة مناولة من وضع إلى وضع )‬ ‫‪24‬‬  ‫‪8a7 - 2nd step: process Automating element‬‬ ‫أتمتة برنامج التعليمات ‪Program of Instruction Automation‬‬ ‫أتمتة بالحاسبات (حديثا)‬ ‫أتمتة بالعتاد (قديما)‬ ‫أسلوب‬ ‫األتمتة‬ ‫استخدام معدات ميكانيكية كالكامات ‪ /Cams‬استخدام معدات جمع البيانات كالمجسات‬ ‫‪ Sensors‬والمعالجة الحسابية ‪CPU‬‬ ‫كهربية كالمبدالت ‪ Relays‬والمفاتيح‬ ‫أمثلة‬ ‫والبرمجيات ومعالجة المعلومات وتخزينها‬ ‫‪. Switches‬‬ ‫للمعدات‬ ‫ونقلها ‪.Networks‬‬ ‫ تتطلب وقت طويل للتصميم والتنفيذ إمكانية تغير برامج دورة العمل‬ ‫والتحسين والتطوير‬ ‫ صعبة تغير دورة العمل بعد تنفيذها‬ ‫مالحظات عدم إمكانية تجميع البيانات مرونة تغير أسلوب العمل‬ ‫ مرونة جمع المعلومات وتخزينها‬ ‫ومعالجتها ونقلها‬ ‫ونقلها‪.‬‬ ‫‪25‬‬  ‫‪8a8 - 3rd step: process Automating element‬‬ ‫‪ -3‬نظام التحكم ‪:Control System‬‬ ‫وهي مكونات لتجهيزات التحكم والتي تنفذ تعليمات العمل (برنامج دورة العمل) وبناءا عليها يتم أداء‬ ‫األسلوب‪.‬ويبن الشكل التالي النظام األساسي ألنظمة التحكم المتعددة‪.‬‬ ‫أ‪ -‬نظام تحكم مفتوح ‪Open loop control system‬‬ ‫عامل مدخل‬ ‫متغير مخرج‬ ‫جهاز تحكم‬ ‫جهاز تفعيل‬ ‫األسلوب‬ ‫‪Input‬‬ ‫‪Output‬‬ ‫‪Controller‬‬ ‫‪Actuator‬‬ ‫‪Process‬‬ ‫‪parameter‬‬ ‫‪variable‬‬ ‫ب‪ -‬نظام تحكم مغلق ‪Closed loop control system‬‬ ‫عامل مدخل‬ ‫متغير مخرج‬ ‫جهاز تحكم‬ ‫جهاز تفعيل‬ ‫األسلوب‬ ‫‪Input‬‬ ‫‪Output‬‬ ‫‪Controller‬‬ ‫‪Actuator‬‬ ‫‪Process‬‬ ‫‪parameter‬‬ ‫‪variable‬‬ ‫مجس تغذية مرتدة‬ ‫‪Feedback sensor‬‬ ‫‪26‬‬  ‫مهام األتمتة ‪8b- Automation tasks‬‬ ‫مهمة أتمتة المعلومات ‪Second: Automation of information‬‬ ‫هناك العديد من البرامج التي تم اتمتها مثل معلومات التصميم والتصنيع والجودة والتخطيط وغيرها علي‬ ‫مستوي الصناعي‪.‬إال أن هناك مهام يتم أتمتها لنظام التصنيع منها التالي‪:‬‬ ‫مراقبة السالمة ‪ : Safety Monitoring‬مجسات وأجهزة اإلنذار والتنبيه واإليقاف وبرامج التحكم في‬ ‫المخاطر والحماية منها‪.‬‬ ‫تشخيص الصيانة واالصالح ‪ : Maintenance and Repair Diagnostics‬تشخيص األعطال‬ ‫ومراقبة حالة المعدات ووضع توصيات إجراءات االصالح‪.‬‬ ‫اكتشاف الخطأ وتصحيحه ‪ : Error Detection and Recovery‬اكتشاف الخطأ وتحديد أسلوب حدوثه‬ ‫(عشوائي أو مفاجئ أو متكرر) ‪ ,‬وتحديد األداء التصحيحي لتعديل الخطأ واإلعالن عنه‪.‬أنظر كتاب‬ ‫‪ Groover‬لألمثلة‪.‬‬ ‫‪27‬‬ Jobs that can be made by computer-based manufacturing Design production analysis Planning purchasing marketing cost accounting inventory distribution 28  advantages of industrial automation or automation Laid off labor and the errors it causes in manufacturing, and legal problems, and Legal for Employers Speed and Accuracy Relatively high investment only at the beginning of establishment The ability to program the production line for different types of product. Automated systems require lower space than their manual counterparts. 29  Disadvantages of industrial automation or automation Reduce Labor attract and Possible Rise in Unemployment The design, installation, operation and reconstruction of automation systems is costly. The value of automation is more expensive than their manual counterparts. The difficulty of running and operating an automation organization. It is difficult to make use of automation equipment, machines and software in areas of others in case the project fails or there is no market to market the product 30 Examples of manufacturing methods for some parts Producing plastic bottles by extruding the plastic inside the mold and blowing air into it to take the shape of the bottle 31 Producing of plastic utensils in thermal moulds 32 Producing parts by extruding the material into the mould 33 Producing parts by centrifugal casting 34 Producing parts by shell casting 35 Producing parts by investment casting 36 Producing parts by deep drawing 37 Examples of Production Line 38 39 40  Part II AUTOMATION AND CONTROL TECHNOLOGIES ‫تقنيات األتمتة والتحكم‬ Chapters: 4. Industrial Control Systems 5. Hardware Components for Automation and Process Control 6. Numerical Control 7. Industrial Robotics 8. Discrete Control Using Programmable Logic Controllers and Personal Computers 41  Ch 4 Introduction to Automation Sections: 1. Basic Elements of an Automated System 2. Advanced Automation Functions 3. Levels of Automation 42  Automation Defined Automation is the technology by which a process or procedure is accomplished without human assistance. Basic elements of an automated system: 1. Power - to accomplish the process and operate the automated system 2. Program of instructions – to direct the process 3. Control system – to actuate the instructions ‫األتمتة هي التقنية التي يتم من خاللها إنجاز عملية أو إجراء بدون مساعدة‬.‫بشرية‬ :‫العناصر األساسية للنظام اآللي‬ ‫ إلنجاز العملية وتشغيل النظام اآللي‬- ‫القوه‬ ‫ لتوجيه العملية‬- ‫برنامج التعليمات‬ ‫ لتشغيل التعليمات‬- ‫نظام التحكم‬ 43  Power to Accomplish the Automated Process ‫القوه الالزمة إلتمام العملية اآللية‬ Power for the process ‫القوة الالزمة للعملية‬ To drive the process itself ‫لدفع العملية نفسها‬ To load and unload the work unit ‫لتحميل وتفريغ وحدة العمل‬ Transport between operations ‫لنقل بين العمليات‬ Power for automation ‫القوة التشغيل اآللي‬ Controller unit ‫وحدة تحكم‬ Power to actuate the control signals ‫القدرة على تشغيل إشارات التحكم‬ Data acquisition and information processing ‫الحصول على البيانات ومعالجة المعلومات‬ 44  Program of Instructions Set of commands that specify the sequence of steps in the work cycle and the details of each step Example: CNC part program During each step, there are one or more activities involving changes in one or more process parameters Examples: Temperature setting of a furnace Axis position in a positioning system Motor on or off 45  Decision-Making in a Programmed Work Cycle The following are examples of automated work cycles in which decision making is required: Operator interaction Automated teller machine ‫ماكينة الصراف اآللي‬ Different part or product styles processed by the system Robot welding cycle for two-door vs. four door car models ‫أجزاء مختلفة أو أنماط منتج يعالجها النظام‬ ‫دورة لحام روبوت لموديالت السيارات ذات البابين مقابل أربعة أبواب‬ Variations in the starting work units Additional machining pass for oversized sand casting ‫ ممر تشغيل إضافي لصب الرمل كبير الحجم‬46  Control System – Two Types Closed-loop (feedback) control system – a system in which the output variable is compared with an input parameter, and any difference between the two is used to drive the output into agreement with the input ‫ نظام تتم فيه مقارنة متغير اإلخراج‬- )‫نظام التحكم في الحلقة المغلقة (التغذية المرتدة‬ ‫ ويتم استخدام أي فرق بينهما لدفع اإلخراج إلى اتفاق مع المدخالت‬، ‫بمعامل إدخال‬ Open-loop control system – operates without the feedback loop Simpler and less expensive Risk that the actuator will not have the intended effect ‫ يعمل بدون حلقة التغذية الراجعة‬- ‫نظام التحكم في الحلقة المفتوحة‬ ‫أبسط وأقل تكلفة‬ ‫خطر أال يكون للمشغل التأثير المقصود‬ 47  (a) Feedback Control System and (b) Open-Loop Control System (a) (b) 48  Positioning System Using Feedback Control A one-axis position control system consisting of a leadscrew driven by a DC servomotor and using an optical encoder as the feedback sensor 49  When to Use an Open-Loop Control System Actions performed by the control system are simple Actuating function is very reliable Any reaction forces opposing the actuation are small enough as to have no effect on the actuation If these conditions do not apply, then a closed-loop control system should be used ‫اإلجراءات التي يقوم بها نظام التحكم بسيطة‬ ‫وظيفة التشغيل موثوقة للغاية‬ ‫أي قوى رد فعل تعارض التشغيل تكون صغيرة بما يكفي بحيث ال يكون لها أي تأثير‬ ‫على التشغيل‬ ‫ فيجب استخدام نظام تحكم مغلق الحلقة‬، ‫إذا لم تنطبق هذه الشروط‬ 50  Advanced Automation Functions ‫وظائف األتمتة المتقدمة‬ 1. Safety monitoring 2. Maintenance and repair diagnostics 3. Error detection and Data recovery ‫مراقبة السالمة‬ ‫تشخيصات الصيانة واإلصالح‬ ‫كشف الخطأ واالسترداد البيانات‬ 51  Safety Monitoring ‫مراقبة السالمة‬ Use of sensors to track the system's operation and identify conditions that are unsafe or potentially unsafe Reasons for safety monitoring ‫أسباب مراقبة السالمة‬ To protect workers and equipment ‫لحماية العمال والمعدات‬ Possible responses to hazards: ‫االستجابات المحتملة للمخاطر‬ Complete stoppage of the system‫توقف كامل للنظام‬ Sounding an alarm ‫دق ناقوس الخطر‬ Reducing operating speed of process‫تقليل سرعة التشغيل للعملية‬ Taking corrective action to recover from the safety violation ‫اتخاذ اإلجراءات التصحيحية للتعافي من انتهاك السالمة‬ 52  Maintenance and Repair Diagnostics ‫تشخيصات الصيانة واإلصالح‬ Status monitoring ‫مراقبة الحالة‬ Monitors and records status of key sensors and parameters during system operation ‫يراقب ويسجل حالة أجهزة االستشعار والمعلمات الرئيسية أثناء تشغيل النظام‬ Failure diagnostics ‫تشخيص الفشل‬ Invoked when a malfunction occurs ‫يتم االستدعاء عند حدوث عطل‬ Purpose: analyze recorded values so the cause of the malfunction can be identified ‫ تحليل القيم المسجلة حتى يمكن تحديد سبب الخلل‬:‫الغرض‬ Recommendation of repair procedure ‫توصية بإجراءات اإلصالح‬ Provides recommended procedure for the repair crew to effect repairs ‫ يوفر اإلجراء الموصى به لطاقم اإلصالح إلجراء اإلصالحات‬53  Error Detection and Recovery 1. Error detection – functions: Use the system’s available sensors to determine when a deviation or malfunction has occurred Correctly interpret the sensor signal ‫تفسير إشارة‬ ‫المستشعر بشكل صحيح‬ Classify the error 2. Error recovery – possible strategies: Make adjustments at end of work cycle Make adjustments during current work cycle Stop the process to invoke corrective action Stop the process and call for help 54  Levels of Automation ‫مستويات األتمتة‬ 1. Device level – actuators, sensors, and other hardware components to form individual control loops for the next level 2. Machine level – CNC machine tools and similar production equipment, industrial robots, material handling equipment 3. Cell or system level – manufacturing cell or system 4. Plant level – factory or production systems level 5. Enterprise level – corporate information system ‫ المشغالت وأجهزة االستشعار ومكونات األجهزة األخرى لتشكيل حلقات تحكم فردية‬- ‫مستوى الجهاز‬ ‫للمستوى التالي‬ ‫ ومعدات مناولة المواد‬، ‫ والروبوتات الصناعية‬، ‫ومعدات اإلنتاج المماثلة‬CNC ‫ أدوات آلة‬- ‫مستوى الماكينة‬ ‫ خلية أو نظام التصنيع‬- ‫مستوى الخلية أو النظام‬ ‫ مستوى المصنع أو أنظمة اإلنتاج‬- ‫مستوى المصنع‬ ‫ نظام معلومات الشركة‬- ‫مستوى المؤسسة‬ 55  Levels of Automation Fig. 4.6 56 57  Types of Manufacturing Automation ‫أنواع أتمتة التصنيع‬ Machine Attachments Inexpensive add-ons to machines Represent oldest technology in automation Typically perform one or a few simple operations ‫ملحقات اآللة إضافات‬ ‫غير مكلفة لآلالت تتمثل أقدم تقنية في األتمتة عادة ً ما يتم إجراء عملية‬ ‫واحدة أو بضع عمليات بسيطة‬ Examples: Strip feeders Quick centering and grasping devices 58 59  Types of Manufacturing Automation Numerically Controlled (N/C) Machines Have a control system that receives/reads instructions and translates them into machine operations N/C machines have evolved: CN/C – computer numerically controlled DN/C – direct numerically controlled (several machines controlled by a single computer) Examples: Weaving machines ‫آالت النسيج‬ Lathes 60  Types of Manufacturing Automation Robots Human-like machines performing production tasks Brain of these machines is a microcomputer Have grippers (vacuum, magnetized, adhesive) Have sensors (tactile, proximity, vision/optical) Can operate in environments hostile to humans (heat, noise, dust, darkness, skin irritants, …) Perform precisely and repeatedly without fatigue Weld, assemble, paint, inspect, transport, ….. 61  Types of Manufacturing Automation Automated Quality Control Inspection Take physical dimensions of parts Compare measurements to standards Determine if parts conform to specifications Also check performance (ex. - electronic circuits) Making 100% inspection economically feasible ‫فحص مراقبة الجودة اآللي‬ ‫خذ األبعاد المادية لألجزاء‬ ‫قارن القياسات بالمعايير‬ ‫حدد ما إذا كانت األجزاء تتوافق مع المواصفات‬ )‫ الدوائر اإللكترونية‬- ‫ضا من األداء (على سبيل المثال‬ ً ‫تحقق أي‬ ‫ مجدي اقتصاديًا‬٪100 ‫جعل التفتيش‬ 62 63  Types of Manufacturing Automation Automatic Identification Systems (AIS) Sense and input data into computers Use bar codes, radio frequencies, magnetic stripes, optical character recognition, machine vision Data read from products, documents, parts, and containers Used in warehouses, factory floors, retailing, wholesaling Example – scanner at grocery store checkout 64 65  Types of Manufacturing Automation Automated Process Controls Use sensors to obtain measures of performance Compare measures to standards Might use “expert system” to determine if/what process adjustment is necessary If necessary, change settings of process Long used in chemical processing, petroleum refining, paper production 66 67  Automated Production Systems (why) Automation technology becoming more sophisticated Focus has shifted away from individual machines More common are whole systems of automated machines linked together for broader purposes 68  Automated Production Systems Automated Flow Lines In-line, automated processing machines linked by automated material transfer Perform without need for human attendance Used to produce an entire component Also called fixed automation or hard automation Used when product demand is high and stable 69  Automated Production Systems Automated Assembly Systems Automated assembly machines linked by automated material transfer Operations are component insertion and joining Produce major assemblies or complete products Often use standard (lower cost) robots Product design appropriate for assembly by humans is not fitting for automated assembly 70 Redesigning Products for Automated Assembly ‫إعادة تصميم المنتجات للتجميع اآللي‬ Reduce the amount of assembly required Reduce the number of fasteners required Design components to be automatically delivered and positioned Design products for layered assembly and vertical insertion of parts Design parts so that they are self-aligning Design products into major modules for production Increase component quality to avoid machine jams ‫تقليل كمية التجميع المطلوبة‬ ‫تقليل عدد السحابات المطلوبة‬ ‫مكونات التصميم ليتم تسليمها ووضعها تلقائيًا‬ ‫منتجات التصميم لتجميع الطبقات واإلدخال الرأسي لألجزاء‬ ‫تصميم األجزاء بحيث تكون ذاتية المحاذاة‬ ‫تصميم المنتجات في وحدات رئيسية لإلنتاج‬ ‫زيادة جودة المكونات لتجنب انحشار الماكينة‬ 71  Automated Production Systems Flexible Manufacturing Systems (FMS) Kits of materials/parts for a product are loaded on the materials-handling system Code is entered into computer identifying product and its location in the sequence Each production machine (without a worker): Receives settings/instructions from computer Automatically loads/unloads required tools Carries out its processing instructions Product automatically transferred to next machine FMS)( ‫أنظمة التصنيع المرنة‬ ‫ األجزاء الخاصة بالمنتج على نظام مناولة المواد‬/ ‫يتم تحميل مجموعات المواد‬ ‫يتم إدخال الكود في الكمبيوتر لتعريف المنتج وموقعه في التسلسل‬ :)‫كل آلة إنتاج (بدون عامل‬ ‫ التعليمات من الكمبيوتر‬/ ‫يتلقى اإلعدادات‬ ‫ تفريغ األدوات المطلوبة تلقائيًا‬/ ‫يقوم بتحميل‬ ‫ينفذ تعليمات المعالجة الخاصة به‬ ‫ يتم نقل المنتج تلقائيًا إلى الجهاز التالي‬72 Flexible Manufacturing System (FMS) X Pallet Transfer Tools X System X X Machine 1 Workpiece X in queue X Tools X X Machine 2 Pallet with X Computer workpiece X Tools attached X X Machine 3 X Load Unload Parts Worker 73  Central Control Computer The central control computer will be the brains of the operation. It will be in control of the transition between producing different parts and changing the amount of production. The transition to making different parts must be a smooth and rapid process. 74  Production Machine The production machines are the muscle of the operation. They will be the computer numerical control (CNC) machinery or robots that take orders from the central control computer. These highly automated machines can change tasks rapidly when needed. This process assures production is each part as per the requirements. 75  Material Handling Systems The material handling systems are similar to the nutrients in the blood sent to the muscles to keep them moving and functioning properly. They will be moving the materials to the production machines to keep making the products. This part of the system is critical in getting the right materials to the right places. 76  Automated Production Systems Automated Storage & Retrieval Systems (ASRS) Receive orders for materials from anywhere in operations Collect the materials from locations in warehouse Deliver the materials to workstations in operations Three major elements of ASRS are: Computers and communication systems Automated materials handling/delivery systems Storage and retrieval systems in warehouse ‫تلقي طلبات المواد من أي مكان في العمليات‬ ‫جمع المواد من المواقع في المستودعات‬ ‫تسليم المواد إلى محطات العمل في العمليات‬ :‫هي‬ASRS ‫ثالثة عناصر رئيسية من‬ ‫❑ أجهزة الكمبيوتر وأنظمة االتصاالت‬ ‫ تسليم المواد اآللية‬/ ‫❑ أنظمة معالجة‬ 77 ‫❑ أنظمة التخزين واالسترجاع في المستودعات‬  Automated Production Systems Automated Storage & Retrieval Systems (ASRS) Main benefits of ASRS are: Increased storage capacity Increased system throughput Reduced labor costs Improved product quality :‫هي‬ASRS ‫الفوائد الرئيسية لـ‬ ‫زيادة سعة التخزين‬ ‫زيادة إنتاجية النظام‬ ‫انخفاض تكاليف العمالة‬ ‫تحسين جودة المنتج‬ 78  Software Systems for Automation Three “complex” computer-based systems Computer-Aided Design and Computer-Aided Manufacturing (CAD/CAM) Computer-Integrated Manufacturing (CIM) Enterprise Resource Planning (ERP) "‫ثالثة أنظمة حاسوبية "معقدة‬ CAD ( ‫التصميم بمساعدة الكمبيوتر والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر‬ / CAM) CIM)( ‫التصنيع المتكامل بالحاسوب‬ ERP)( ‫تخطيط موارد المؤسسات‬ 79  Software Systems for Automation Computer-Aided Design and Computer-Aided Manufacturing (CAD/CAM) CAD/CAM is a merger of two systems, CAD and CAM (described next) It is the automation of the transition from product design to manufacturing CAM ( ‫ و‬CAD ، ‫عبارة عن دمج لنظامين‬CAD / CAM ‫إنها أتمتة االنتقال من تصميم المنتج إلى التصنيع‬ 80  Software Systems for Automation Computer-Aided Design (CAD) Concerned with the automation of certain phases of product design Use of computer in interactive engineering drawing and storage of designs CAD systems are installed to: Increase designers’ productivity Improve the quality of designs Improve product standardization Improve design documentation Create a manufacturing database 81  Software Systems for Automation Computer-Aided Manufacturing (CAM) CAM capability progressing slower than CAD Concerned with automating the planning and control of production: Plan production Prepare product routings Generate N/C programs Fix the settings of machinery Prepare production schedules Control the operation 82  Software Systems for Automation Computer-Integrated Manufacturing (CIM) “All of the firm’s operations related to production are incorporated in an integrated computer system to assist, augment, or automate the operations.” Covers the chain of events from sales order to product shipment Output of one activity becomes the input to the next activity ‫"تم دمج جميع عمليات الشركة المتعلقة باإلنتاج في نظام كمبيوتر متكامل لمساعدة أو زيادة‬ ".‫أو أتمتة العمليات‬ ‫يغطي سلسلة األحداث من أمر المبيعات إلى شحن المنتج‬ ‫يصبح ناتج نشاط واحد هو المدخل إلى النشاط التالي‬ 83 Computer Integrated Manufacturing (CIM) Incorporates all manufacturing-related functions ASRS Process Controls Automated Assembly GT Systems CAD/CAM MRP II 84  Software Systems for Automation Enterprise Resource Planning (ERP) A complex set of software programs Integrates most of the business functions in an organization Accounting Human resources Purchasing Production Logistics E-Business … and more 85  Software Systems for Automation Enterprise Resource Planning (ERP) Five leading ERP software companies are: SAP ( their “R/3” software is top seller) Oracle J.D. Edwards PeopleSoft Baan Can take several years and $millions to implement (Chevron spent $160 million over five years) 86  Automation in Services Example Airlines – air traffic control, passenger reservation Banks – ATMs, computerized bank statements Gas Stations – automated payment (pay-at-the-pump) Health Care – MRI system, AGVS for waste disposal Grocery Store – self-service checkout stations Real Estate – web based house-for-sale tour video 87  Automation in Services Trend developing toward more-standardized services and less customer contact. Service standardization brings trade-offs: - Service not custom-designed for each customer + Price of service reduced, or at least contained Banking industry is becoming increasingly automated Service firm can have a manual/automated mix: Manual - “front room” operations Automated - “back room” operations 88 Degree of Customer Contact in Services and the Use of Automated Equipment Degree of Customer Contact High Manual Operations Mechanized Operations Automated Operations Low Capital Low High Intensity 89  Automation Issues Not all automation projects are successful. Automation cannot make up for poor management. Economic analysis cannot justify automation of some operations. Not technically feasible to automate some operations. Automation projects may have to wait in small and start-up businesses. 90  Automation Questions What level of automation is appropriate? How would automation affect the flexibility of an operation system? How can automation projects be justified? How should technological change be managed? What are some of the consequences of implementing an automation project? 91  Building Manufacturing Flexibility Manufacturing flexibility has become the cornerstone of operations strategy in the 2000s. The ability to improve/maintain market share because Customer orders can be delivered soon after receipt of the order Production can quickly be shifted from product to product Production capacity can be increased rapidly New products can be developed and introduced into production quickly and inexpensively 92  Justifying Automation Projects Payback period, NPV, IRR, and other conventional approaches alone are inadequate tools on which to base product/process design/redesign decisions Product/process technology must be seen as a long- term strategic choice Returns on investment include: Improved product/service quality Faster order delivery Increased flexibility Reduced production cost Increased market share 93  Managing Technological Change Have a master plan for automation. Recognize the risks in automating. Establish a new production technology department Allow ample time for completion of automation. Do not try to automate everything at once. People are the key to making automation successful. Don’t move too slowly in adopting new technology. 94 Worker Displacement and Training/ Retraining One result of automation is the elimination of jobs Some say that new jobs are created in engineering, manufacturing, programming, selling, and servicing the new-technology products Many firms realize they cannot afford NOT to train and retrain their current workers Firms are providing more training than ever before Still, US firms spend little on training compared to, say, German firms (4% of payroll cost on training) 95 Deciding Among Automation Alternatives Economic factors Effect on market share Effect on product/service quality Effect on manufacturing flexibility Effect on labor relations Amount of time required for implementation Effect of implementation on ongoing production Amount of capital required 96 Deciding Among Automation Alternatives Economic Analysis Economic analysis will always be an important, if not a predominant, factor in deciding among alternatives Frequently used approaches are: Break-even analysis Financial analysis By using only economic analysis, other important factors are ignored 97 Deciding Among Automation Alternatives Rating Scale Approach Automation alternatives are rated using, say, a 5-point scale on a variety of factors such as: Economic measures Effect on market share Effect on product quality Effect on manufacturing flexibility Effect on labor relations Amount of time required for implementation Effect on ongoing production 98  Wrap-Up: World-Class Practice World-Class companies utilize the latest technologies/practices. For example: Design products to be automation-friendly Use CAD/CAM for designing products Convert fixed automation to flexible automation Move towards smaller batch sizes Plan for automation Build teams to develop automated systems Justify automation based on multiple factors 99 100 101 102 End of Chapter 6 103