Prezentare stiintifica sintetica

In prezent, companiile care furnizeaza sisteme mecanice trebuie sa faca fata evolutiilor rapide ce au loc in lume, atat in domeniul tehnic, cat si cel economic sau comercial. Principalele evolutii sunt urmatoarele:

     - Globalizarea economiei, avand drept consecinta accentuarea concurentei.

     - Individualizarea nevoilor, ceea ce determina personalizarea produselor.

     - Dinamizarea capitalului, ceea ce genereaza exigente sporite privind eficienta impusa investitiilor.

 - Discretizarea structurilor industriale si comerciale, ceea ce face ca locul marilor intreprinderi sa fie luat   de grupuri de IMM-uri independente.

    Aceaste evolutii impun un nou echilibru intre economie, tehnologie si societate. Pentru a face fata concurentei in acest nou mediu economic, companiile trebuie sa fie capabile sa reactioneze rapid si cu cheltuieli minime la actualele solicitari ale pietei, care se caracterizeaza prin:

- cresterea frecventei de introducere a unor noi produse;

- reducerea volumului comenzilor si cresterea varietatii produselor comandate;

- schimbari in continutul reglementarilor guvernamentale (de exemplu cele legate de mediu sau de siguranta produselor);

- schimbari rapide in ceea ce priveste tehnologiile de fabricatie aplicate.

        Solutia conceptuala pe care proiectul o ofera la aceasta provocare este dezvoltarea unei noi generatii de sisteme tehnologice, care sa fie reconfigurabile si sa aiba urmatoarele caracteristici definitorii:

a) Modulele din care sunt alcatuite sa fie universale, ceea ce ar face ca biblioteca de module pe care  intreprinderea o are trebuie sa contina un numar mic de module; ca urmare numarul modulelor neutilizate la un moment dat este restrans, tinzand spre zero ( chiar in conditiile unei productii de serie mica si foarte diversificata, asa cum este cazul actualmente pe piata); ca efect, capitalul stagnant, atat de mare in prezent, se diminueaza spre zero, iar durata de recuperare a investitiei se reduce la 4-5 ani, in loc de 15..20 de ani cat este in prezent.

b) Conducerea acestor sisteme tehnologice reconfigurabile are caracter adaptiv, in sensul ca, prin reidentificare periodica online, modelul de conducere urmareste evolutia in timp si spatiu a comportarii sistemului; pe de alta parte, conducerea are caracter predictiv intrucat corectia precede aparitia erorii.

  In dezvoltarea acestei noi generatii de sisteme tehnologice, echipa proiectului a plecat de la observatia ca, dupa reconfigurare, un sistem de fabricatie reconfigurabil este practic un sistem nou, foarte putin cunoscut, ce trebuie condus pentru fabricarea unui obiect, care este, de asemenea, foarte putin cunoscut. Intrucat, nici sistemul si nici obiectul nu sunt suficient cunoscute, este necesara dezvoltarea unor tehnici de identificare on-line a sistemului si procesului de prelucrare (indiferent deconstructia sistemului sau natura fizica a procesului: aschiere, deformare plastica, injectia maselor plastice, electroeroziune, presarea pulberilor etc.), finalizata cu obtinerea unui model, care sa reprezinte o descriere la momentul curent a interactiunii dintre cele doua elemente. Modelul astfel obtinut este folosit pentru simularea functionarii ansamblului, prelucrarea virtuala a produsului si elaborarea setului de comenzi preventive, necesare pentru compensarea  deviatiilor constatate in cursul prelucrarii virtuale.

Pentru prezentarea la nivel conceptual a ideii de mai sus, sa consideram prelucrarea unui lot de piese cu sisteme tehnologice de aceasta noua generatie. In prima faza, folosind modulele universale de care intreprinderea dispune, sistemul tehnologic este reconfigurat, astfel incat sa aiba caracteristici adecvate procesului de prelucrare ce urmeaza a se desfasura.

Apoi are loc prelucrarea de proba a primului exemplar din lot (care reprezinta prima experienta in algoritmul de identificare online). Urmeaza prima identificare on-line, la care se vor folosi rezultatele obtinute din monitorizarea prelucrarii de proba a primului exemplar, precum si cunostintele acumulate in baza de cunostinte a sistemului tehnologic. Modelul astfel obtinut se va folosi pentru a simula prelucrarea exemplarului urmator si, functie de rezultatul obtinut, se vor aplica, preventiv, corectiile necesare pentru compensarea deviatiilor. Dupa prelucrarea fiecarui exemplar, rezultatele acumulate in baza de date vor fi folosite pentru re-identificarea sistemului, simularea exemplarului urmator, prelucrarea virtuala a acestuia, prognoza deviatiilor care este de asteptat sa apara si elaborarea comenzii necesare in vederea prelucrarii reale, fara deviatii, a  respectivului exemplar.

Pe de alta parte, la aceasta noua generatie de sisteme tehnologice, potrivit proiectului, evolutia in timp si spatiu, atat a comportarii sistemului, cat si a caracteristicilor mecanice ori dimensionale ale semifabricatului este surprinsa folosind actualele facilitati oferite de ICT (senzori wireless si supplyless, sisteme incorporate, tehnici data-mining, etc) pentru costructia unor modele simple, localizate in spatiu,  efemere, construite cu date recente, in loc de modele complexe, generale, perene, construite din date istorice.

 In prezentul proiect a fost conturat un grup de idei cheie, pe baza carora a fost apoi dezvoltat conceptul noii generatii de sisteme tehnologice. Acest nou concept a fost concretizat in cazul sistemelor tehnologice de aschiere si a celor de ambutisare,  controlate dimensional si economic.

Pentru exemplificare, mai jos se prezinta concretizarea conceptului  in cazul conducerii dimensionale a sistemelor tehnologice de aschiere, programate numeric. In figura 1, se considera cazul in care suprafata programata este cea tinta. Ca urmare a erorilor de sistem si de proces, suprafata reala difera de cea programata, rezultand o eroare efectiva de prelucrare. Daca insa (figura 2), in locul suprafetei tinta, se programeaza o suprafata ce reprezinta imaginea in oglinda a suprafetei reale, atunci este de asteptat ca diferentele dintre suprafata reala si cea tinta sa se anuleze. Pentru aceasta este insa necesara prelucrarea virtuala a exemplarului urmator, in vederea prognozei deviatiilor dimensionale care este de asteptat sa apara. Eroarea reziduala nu depinde, nici de erorile de sistem si nici de intensitatea procesului, ci doar de precizia cu care au fost prognozate deviatiile corespunzatoare exemplarului urmator.

Fig.1 Prelucrare fara compensare

Fig.2 Prelucrare cu compensare adaptiva

Figura 3 Schema conceptuala a sistemului experimental

Pentru derularea acestor actiuni este necesara utilizarea unui sistem senzorial adecvat si a tehnicilor de inteligenta artificiala (in principal retele neuronale, algoritmi genetici, baze de date si baze de cunostinte), care sa fie implementate in conexiune cu noua configuratie hardware a sistemului reconfigurat.

In cadrul proiectului a fost experimentat sistemul prezentat in figura 3 si au fost testate tehnicile de modelare, identificare, simulare si productie virtuala dezvoltate in cadrul proiectului. In ceea ce priveste abaterea dimensionala, rezultatele experimentale au fost spectaculoase. Aceasta a scazut de 5 pana la de 110 ori in raport cu prelucrarea conventionala, asa cum arata rezultatele obtinute prin experimentari in conditii de laborator sau industriale..

Pot fi delimitate trei arii in care proiectul aduce elemente de noutate majore. Acestea sunt:

- o noua abordare a notiunii de sistem deprelucrare care sa fie reconfigurabil si mult mai adaptabil la schimbarile rapide ce apar pe piata;

- prin identificarea on-line a sistemului, conducerea acestuia este, atat adaptiva cat si predictiva;

         - prin simulare si productie virtuala  (on-line sau in-cycle), conducerea sistemului de prelucrare este     predictiva;

- dezvoltarea unei noi generatii de sisteme tehnologice care poate conduce la reducerea capitalului investit, la utilizarea eficienta a acestuia, la obtinerea unui nivel inalt de calitate, si toate acestea fara a folosi echipamente tehnologice precise si scumpe si fara a diminua intensitatea procesului in vederea reducerii erorilor.

    Proiectul are un nivel de complexitate ridicat datorita faptului ca:

-este abordat intregul ansamblu format din procesul de fabricatie, constructia sistemului de fabricatie reconfigurabil, sistemul de monitorizare si sistemul de control al acestuia;

-sistemul este studiat, atat din punct de vedere al calitatii productiei, cat si al economicitatii acesteia;

-in cadrul proiectului se realizeaza o sinteza a sistemului hardware cu componentele software necesare,  urmarindu-se reconfigurabilitatea ambelor elemente.