PROJEKTOWANIE DLA MONTAŻU OCENA POŁĄCZEŃ ELEMENTÓW I ZESPOŁÓW MASZYN

Transkrypt

1 PROJEKTOWANIE DLA MONTAŻU OCENA POŁĄCZEŃ ELEMENTÓW I ZESPOŁÓW MASZYN Michał SĄSIADEK Streszczenie W artykule przedstawiono ocenę połączeń montażowych zgodną z ogólnie przyjętymi zasadami projektowania dla montażu. Szczegółowo opisano wskaźnik charakteryzujący stopień skomplikowania połączenia dwóch części oraz przedstawiono jego zastosowanie do oceny i wyboru najkorzystniejszej sekwencji montażu. Słowa kluczowe projektowanie dla montażu, ocena połączeń montażowych, planowanie sekwencji montażu Wprowadzenie Projektowanie dla montażu (ang. Design For Assembly DFA) ukierunkowane jest przede wszystkim na uwzględnianie wymogów procesu montażu w możliwie wczesnym etapie procesu projektowo-konstrukcyjnego. W literaturze spotkać można wiele różnych sposobów oceny konstrukcji zgodnie z zasadami DFA [1 4]. Zaproponowany w wskaźnik oceny połączeń montażowych, według jego autorów, stosowany może być do analizy stopnia skomplikowania konstrukcji ze względu na wymogi procesu montażu. Wskaźnik ten autor niniejszego artykułu wykorzystał do oceny poszczególnych połączeń w algorytmie generowania wariantów sekwencji montażu celem ich wartościowania i wyboru najkorzystniejszej z nich. Ocena połączeń montażowych Do oceny procesu łączenia dwóch części zaczerpnięto z literatury wskaźnik, który opracowany został na podstawie wiedzy ekspertów oraz wielu analiz prowadzonych w przedsiębiorstwach. Składowymi wskaźnika E rodzaj łączenia części, zależny od powierzchni styku pomiędzy nimi, F ograniczenia dostępu i/lub kontroli połączenia, G osiowanie i inne możliwe utrudnienia, H opory łączenia części. Poniżej przedstawiono poszczególne składowe wskaźnika oraz ich możliwe wartości na podstawie własnego opracowania. Zamieszczone rysunki i ich tłumaczenie przez autora niniejszego artykułu na język polski pochodzą ze źródła. Wartości ocen poszczególnych składowych (A H) odnoszą się do montażu zautomatyzowanego oraz manualnego (wartości w nawiasach). Składowa A (rys. 1) charakteryzuje niepoprawność montażu części ze względu na zakładaną funkcję połączenia, przy założeniu, że połączenie dwóch części zrealizowane nieprawidłowo nie wyklucza dalszego montażu kolejnych części, a nawet kompletności całego wyrobu. Eliminuje natomiast prawidłowość spełnienia funkcji tego połączenia. = h p są: charakterystyka podawania i chwytania komponentu oznaczona jako h p, charakterystyka procesu łączenia komponentów. Wskaźnik = A B C D E F G H uwzględnia: A poprawność łączenia części ze względu na funkcję zespołu, B wymagania dokładnego wzajemnego pozycjonowania dwóch łączonych części, C łatwość orientowania łączonych części, D kierunek łączenia części, Rys. 1. Ocena składowej A wskaźnika Fig. 1. Evaluation of the component A of indicator Składowa B (rys. 2) dotyczy pozycjonowania dwóch części względem siebie w odniesieniu do uciążliwości tej czynności pomocniczej. W przypadku kiedy czynność ta wymusza zastosowanie kontroli operatora i ewentualnych 16

2 Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2013 tolerancji pozycjonowania wartość oceny wynosi 2,5 (dla montażu ręcznego), natomiast dla montażu zautomatyzowanego uzależniona jest od ilości kierunków, w których należy utrzymać tolerancję co najmniej 0,1 mm i wówczas wartość oceny przyjmuje różne wartości. Składowa C dotyczy dwóch grup łączonych części (rys. 3). Pierwsza z nich to części, które zachowują się niestabilnie i wymagają w dalszym przebiegu procesu montażu dodatkowych czynności pomocniczych (np. chwytanie, dociskanie itp.) celem ich połączenia. W grupie tej ustalono dwie możliwości: częściowe podtrzymywanie celem uzyskania poprawnej orientacji, całkowite podtrzymywanie do uzyskania poprawnej orientacji w zależności od poziomu trudności. W drugiej grupie łączonych części założono, że jedna z nich jest łącznikiem (lub spełnia jego funkcję) i ustalono cztery przypadki połączeń: wciskowe, gwintowe, nitowe oraz zginane (uzyskanie połączenia poprzez zginanie plastyczne jednego z elementów połączenia względem drugiego). Składowa E (rys. 5) określa połączenie dwóch części ze względu na liczbę biorących w nim udział krawędzi czołowych. Wyodrębniono możliwości udziału w połączeniu jednej krawędzi czołowej lub więcej niż jednej z rozróżnieniem równoczesności łączenia krawędzi. Rys. 4. Ocena składowej D wskaźnika Fig. 4. Evaluation of the component D of indicator Rys. 2. Ocena składowej B wskaźnika Fig. 2. Evaluation of the component B of indicator Rys. 5. Ocena składowej E wskaźnika Fig. 5. Evaluation of the component E of indicator Składowa F (rys. 6) rozróżnia dwa przypadki dotyczące widoczności realizowanego połączenia. Rys. 3. Ocena składowej C wskaźnika Fig. 3. Evaluation of the component C of indicator Składowa D (rys. 4) dotyczy kierunku łączenia dwóch części. Zdefiniowano trzy przypadki. Pierwszy z nich określa proces łączenia dwóch części w osi prostej w kierunku wertykalnym od góry; drugi łączenie dwóch części w osi pionowej, ale w innym kierunku niż pionowy od góry (przykłady kierunków na rysunku) oraz trzeci przypadek montaż w pojedynczej osi prostej z dodatkową zmianą kierunku ruchu jednej z łączonych części. Rys. 6. Ocena składowej F wskaźnika Fig. 6. Evaluation of the component F of indicator Składowa G (rys. 7) dotyczy osiowania (ustawienia) łączonych części w pierwszej fazie wykonywania połą- 17

3 czenia. Podziału dokonano ze względu na stopień trudności: przypadek 1 kiedy konstrukcja części (np. fazy, zaokrąglenia lub inne cechy) ułatwia poprawne osiowanie lub wzajemne ustawienie dwóch części przypadek 2 i 3 kiedy występuje trudność z osiowaniem (ustawieniem) w zależności od rodzaju połączenia (wg schematu). Dostosowanie wskaźnika do oceny sekwencji montażu W przyjętym przez autora algorytmie oceny sekwencji montażu, opisanym szczegółowo w [5, 6] wartość wskaźnika ich oceny Q wyliczana jest jako suma wartości poszczególnych połączeń w ocenianej sekwencji. Im niższa wartość funkcji Q, tym korzystniejsza sekwencja montażowa, przy czym minimalna wartość Q wynosi Q = n 1,0, gdzie n jest liczbą połączeń składających się na ocenianą sekwencję. Składowa D może wpływać na wartościowanie sekwencji montażu i preferowanie tych sekwencji, które cechują się najmniejszą liczbą zmian kierunków łączenia części. W tym celu wprowadzony został współczynnik przekserowania d. Przy każdorazowej zmianie kierunku montażu w generowanej sekwencji wynikającej z dołączanych kolejno części wartość oceny D mnożona jest przez wartość współczynnika przekierowania d (współczynnik ten definiowany jest bezpośrednio przez użytkownika). W rezultacie niekorzystną większą wartością ocenione zostaną te sekwencje, w których występują niekorzystne częste zmiany kierunków dołączania kolejnych części. Według takiego podejścia, preferowane będą te sekwencje, w których dołączanie kolejnych części odbywa się przy minimalnej liczbie zmian kierunków montażu. Współczynnik przekierowania oznaczono małą literą d. Uzupełniony o ten współczynnik wskaźnik = A B C (d D ) E F G H. Zastosowanie wskaźnika Q do oceny sekwencji montażu Rys. 7. Ocena składowej G i H wskaźnika Fig. 7. Evaluation of the component G and H of indicator Ostatnia składowa H (rys. 7) dotyczy występowania oporów podczas wykonywania połączenia. Opór podczas montażu dwóch części może być rezultatem zbyt małych luzów, obróbki lub montażu z reakcją wywołującą przeciwną siłę (np. sprężyna). Na skutek niepożądanych oporów może dojść do uszkodzenia części (zniekształcenia, rozregulowanie efektów tolerancji) i w rezultacie do konieczności ich demontażu. Wskaźnik h p funkcji oceny zależy od sposobu podawania i wrażliwości elementu. Uwzględnia on trzy warianty podawania: ręczne podawanie i chwytanie, podawanie z wykorzystaniem podajnika (chwytanie: mechaniczne, podciśnieniowe, magnetyczne), podawanie zautomatyzowane (z uwzględnieniem: podajnika i przenośnika; chwytanie: mechaniczne, podciśnieniowe, magnetyczne). Wrażliwość elementu zależy od jego podatności na uszkodzenia mechaniczne, zmiany temperatury, zanieczyszczenia (chemiczne, mechaniczne). W analizach przedstawionych w niniejszym artykule wartość wskaźnika h p ocenianych połączeń przyjęto na poziomie 1,0. Przykładową ocenę dwóch różnych sekwencji montażu i składowych połączeń montażowych dla łącznika zobrazowanego na rys. 8 przedstawiono w tabelach 1 i 2. Założono, że montaż realizowany jest ręcznie i celem zwiększenia czytelności pominięto części składowe nieoznaczone odnośnikami na rysunku występujące z prawej strony łącznika. Rys. 8. Konstrukcja łącznika oraz jego specyfikacja Fig. 8. Connector design and specifications 1 korpus łącznika, 2 tuleja zaciskowa, 3 tuleja zabezpieczająca, 4 uszczelka_1, 5 uszczelka_2, 6 nakrętka, 7 uszczelka_3 18

4 Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2013 Tabela 1. Ocena poszczególnych połączeń według wskaźnika Table 1. Evaluation of the different combinations according to the indicator Połączenie montażowe Składowe wskaźnika: = A B C D E F G H A B C D E F G H h p 1 2 1,0 2,5 1,2 1,2 1,1 1,0 1,0 1,5 5,94 1,7 10, ,0 2,5 1,2 1,2 1,1 1,0 1,0 1,5 5,94 1,7 10, ,0 1,0 1,1 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,32 1,0 1, ,0 2,5 2,2 1,0 1,1 1,0 1,4 1,5 12,705 1,0 12, ,0 1,0 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,1 1,0 1, ,0 1,0 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,1 1,0 1,1 W tabeli 1 zestawiono ocenę poszczególnych połączeń montażowych zdefiniowanych na podstawie relacji pomiędzy częściami składowymi łącznika. Ocenę każdego połączenia wykonano według składowych wskaźnika. Tabela 2. Ocena sekwencji montażowych z uwzględnieniem współczynnika d Table 2. Evaluation of the assembly sequence with d indicator Kolejność połączeń Sekwencja I: Z uwzględnieniem zmiany kierunku montażu * Składowa D 1 4 1,32 1,32 1, ,098 10,098 1, ,098 10,098 1, ,1 2,2 2, ,705 12,705 1, ,1 1,1 1,0 Wartość Q 36,421 37,521 Kolejność połączeń Sekwencja II: Z uwzględnieniem zmiany kierunku montażu * Składowa D 1 4 1,32 1,32 1, ,1 2,2 2, ,098 20,196 2, ,705 25,41 2, ,098 20,196 2, ,1 2,2 2,0 Wartość Q 36,421 71,522 W tabeli 2 zestawiono ocenę dwóch różnych sekwencji i ich składowych połączeń montażowych bez i z uwzględnieniem współczynnika przekierowania d. Wartość oceny połączeń uwzględniającą współczynnik przekierowania d oznaczono gwiazdką oraz cieniowaniem. W tabeli 2 celowo zestawiono dwie różne sekwencje, z których jednoznacznie wskazać można korzystniejszą. Bez zastosowania współczynnika przekierowania obie sekwencje charakteryzowałaby ta sama wartość wskaźnika oceny Q. Obie przykładowe sekwencje ( i ), dla współczynnika przekierowania d = 1,0 charakteryzują się wskaźnikiem Q = 36,421. Jednak jednoznacznie zauważyć można, że w drugiej sekwencji występuje wiele niekorzystnych zmian kierunku montażu kolejno dołączanych części składowych. W przypadku pierwszej sekwencji zmiana kierunku montażu następuje jednokrotnie po zmontowaniu sekwencji i dołączaniu pozostałych Bez uwzględnienia współczynnika przekierowania mogą w niektórych przypadkach pojawić się problemy z jednoznacznym wskazaniem najkorzystniejszych rozwiązań. Wprowadzenie współczynnika przekierowania pozwala na uwzględnienie zmian kierunków montażu. W tabeli 2 dwie omawiane sekwencje oceniono z uwzględnieniem wartości współczynnika d = 2,0. W takim przypadku, przy każdorazowej zmianie kierunku montażu wartość składowej D wskaźnika połączenia w innym kierunku mnożona jest przez wartość współczynnika d. W rezultacie uzyskano zróżnicowane wartości Q wynoszące dla sekwencji i odpowiednio Q = 37,521 i Q = 71,522, na podstawie których jednoznacznie można wskazać korzystniejszy wynik (mniejsza wartość wskaźnika Q). Podsumowanie W artykule przedstawiono jedną z możliwości oceny połączenia montażowego zgodną z zasadami projektowania dla montażu. Przedstawiono jej zastosowanie do oceny i wyboru najkorzystniejszej kolejności procesu 19

5 montażu na przykładzie łącznika. Przedstawiony w artykule wskaźnik oceny połączenia dwóch części w pełni nadaje się zarówno do oceny pojedynczych połączeń montażowych, jak i ich sekwencji (np. kolejność montażu), ale również do analizy połączeń ukierunkowanych na uproszczenie procesu montażu poprzez np. zmianę sposobu lub metody łączenia części. LITERATURA 1. Boothroyd G., Dewhurst P.: Design for Assembly. Boothroyd Dewhurst, Inc., Wakefield, RI, Anderson D.M.: Design for Manufacturability & Concurrent Engineering. CIM Press, Whitney D.E.: Mechanical Assemblies: Their Design, Manufacture, and Role in Product Development. Oxford University Press, Booker J.D., Raines M., Swift K.G.: Designing Capable and Reliable Products. Butterworth-Heinemann, Sąsiadek M.: Planowanie i wybór sekwencji montażu w projektowaniu współbieżnym. Technologia i Automatyzacja Montażu, nr 2, Sasiadek M.: A method of mechanical assembly sequence planning with accordance to the DFA principles. Modelování a optimalizace podnikových procesů - MOPP 2011, 13. ročnik mezinárodního semináře. Plzeň, Republika Czeska, Dr inż. Michał Sąsiadek Zakład Zintegrowanych Systemów Produkcyjnych w Instytucie Informatyki Zarządzania Produkcją na Wydziale Mechanicznym Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra, ul. prof. Szafrana 4, m.sasiadek@iizp.uz.zgora.pl DESIGN FOR ASSEMBLY EVALUATION OF PARTS AND SUBASSEMBLIES CONNECTION Abstract This paper presents an evaluation of the assembly connections in accordance with generally accepted principles of design for assembly. A detailed description of the indicator characterizing the complexity of the two parts connection and its application to the evaluation and selection of the best assembly sequence are presented. Keywords design for assembly, evaluation of assembly connections, assembly sequence planning 20