Verslag voorstudie reis Verenigde Staten. WPB-rapport nr aei 1983

Verslag voorstudie reis Verenigde Staten WPB-rapport nr. 0024 aei 1983

I NH0 UD

+ Inhoud

bl-:c. i.

+ Voorwoord

61 ~. !.

+ Verslag voorstudiegroep CAD/CAM

bl'i . 3

+ Verslag voorstdiegroep Planning/Werkvoorbereiding

b\ i! . 2.5

+ Verslag voorstudiegroep Numerieke Besturing

bl~. ;5

+ Verslag voorstudiegroep Flexibele Automatisering

bl~

. St·

Voorwoord

Uit II Report of the committee on the machinery of the United States of America. Presented to the House of Commons in pursuance of their address of the 10th July 1855. II voIgt dit fragment.

The c.on:C!tiv-i.ng and mafU.ng 06 mac.fWteJtlj h.a.6 bec.ome -60 c.ommon -i..n. thiA c.oun:t!tlj , and -60 ma.l1lj he.a.d6 and haY1.ii6 Me a.:t wOllk w,Uh ex:tJr.a.oJT.di..n.aJr.lj eneJtg lj, tha.:t u.nlU.6 :the example iA 6allowed a.:t home , rr.ot wliJud.a.nd-i..n.g the d.i.66eJtenc.e 06 UklgU , U -fA to be 6ecvr.ed :tha.:t Ame.tUc.an manu6ac.:tuJr.eJt.6 wil..l be60lle tong bec.ome ex.polt:teJt.6 rr.ot ol1tlj to 60llUgn c.oun:C!tiu, but even :to Engta.l1d , and .6houtd :thiA oc.c.uJr. , the bta.me mu-6t 6a.U on the ma.nu6ac.:tuJr.eJt.6 06 Engtand , 601l «Xtn:t 06 eneJtg lj -i..n. ..i.mpllov-i..n.g theht mac.fWteJtlj a.I1d apptlj-i..n.g U to .6peu.al pUJr.pO-6U. Zoals het commite in 1855 vreesde dat de Verenigde Staten een exporterend land zouden worden, zelfs naar Groot Brittannie, is het ook gebeurd. De Verenigde Staten vervullen in het huidige economische leven de rol van een centrale spil zowel in productie als in R&D ontwikkelingen. De studiereis naar de Verenigde Staten heeft een analoog karakter aan de reis die het commite maakte in 1855. De hoofdzaak van onze reis is echter de toepassingen van de microelectronica in de werktuigbouwkunde en niet het gebruik van machines in de Verenigde Staten. Toch is er uit deze passage lering te trekken. De opstellers van het rapport hebben in de Verenigde Staten een ontwikkeling gezien waarvan zij zich realiseerden dat deze van groot belang zou worden voor de toekomstige ontwikkelingen, ook in eigen land. Nu het tijdperk van de informatica zijn aanvang neemt is het belangrijk om kennis te nemen van de II vergevorderde II ontwikkel ingen aan de andere kant van de Atlantische Oceaan om Nederland ( West-Europa in de toekomst niet afhankel ijk te maken van technologie die aIleen maar buiten Europa kan worden ingekocht. Naast het primaire doe1 van deze studiereis kunnen wij ieder aanbevelen om gedurende de 3 weken dat we in de Verenigde Staten zijn het leven daar te beleven zoals het is. De indruk die je eraan overhoud zal je in de toekomst aIleen maar van nut kunnen zijn ..

Namens het organiserend commite Jan W. Rietdijk.

-~-

CAD/CAM

Luc Cartigny Mat Cuijpers Marcel Stakenborg ~aul Stuyvenberg Chris Verroste

-~-

INLEIDING -========= Een precieze omschrijving van het begrip CAD/CAM te geven is, evenals een juiste definitie te formuleren nauwelijks mogelijk. Echter, CAD/CAM is een deelgebied van het alles omvattende CAE: Computer Aided Engineering. Het volgende overzicht geeft de plaats van CAD/CAM weer, waardoor toch een bepaalde afbakening duidelijk wordt.

J

Ontwerp (design) ~ Berekening (analysis) - - -. CAD: design Tekenen (details) I Documentatie (doc.) rCADD : drafting

CADD: design+ drafting CAD/CAM

Gereedschap (tooling)~ NC-programmeren ~CAM: manufact. Fabrikage (manufacturing) ------------' Montage (assembly) ;;;} Onderdelenbeheer (inventory CAP: producing control)

CAE

=~~-~~~ROBOTING

Kwaliteitsbeheer (qUality} control) CAQC: CAT Simulatie en test (testing) Nadruk bij CAD/CAM ligt op de A: computer is slechts hulpmiddel. CAD is ontstaan als special purpose rekenprogramma d.w.z. de nadruk lag op het berekenen van constructies, een programma kon slechts een onderdeel b.v. vliegtuigvleugel, scheepsschroef berekenen. Deze rekenprogramma's werden ontwikkeld in technisch hoog ontwikkelde industrien en universiteiten waar men voldoende kennis en geld ter beschikking had. Ook waren nog grote computers vereist. Tegenwoordig echter zijn CAD/C&~ systemen ook bereikbaar voor kleinere bedrijven, vooral omdat de computer (hardware) goedkoper en krachtiger geworden is. Redenen waarom CAD/CAM nu voor een groter "publiek" bereikbaar is: - hardware wordt goedkoper, vooral geheugens - hardware wordt krachtiger (8 bits -16 bits --32 bits) - computer wordt kleiner mini, micro - verbetering van invoer-media, lichtpen, tablet e.d. - grafische representatie op beeldscherm mogelijk (3D-techniek) - betaalbare plotters . - software wordt uitgebreider - software wordt gebruikersvriendelijker, betere training/cursussen, ook communicatie met machine via lichtpen/tablet, kleurweergave, "3D"-weergave - turnkey systemen beschikbaar (direkt klaar voor gebruik) - computer wordt reeds in opleiding geintroduceerd.

- I.i -

Verder geeft onderstaande tabel een overzicht van de invloed van CAE op diverse disciplines.

Deinvloed van CAEop verschillende ingenieurswerkzaamheden CAE·ttl8tl8UingB• _ _ _ _ _ _ _ _ _ Slmulatle'l8ndeproduttte,opdrachtanlllyR.f1_ cliIe anaIyM Eersta ~ antwerp. opper¥lakte-deflnltJe. lIIy-out, e1ndlgeo4le~lIIyM._rmte-analy-

... ~ n g , ~ 1 y R Produktlelllln.....Ingen, opdnIclIWn _

Ne.m.

c:IIlna, pcl8lIIolMl'lnG Iftlt-t HerotItw.1'. routlIrin9. gereedllctl8pplannlng, ~

paulnggroepentectmologie SlandHrdlHrlng 'I8n artIelcl.. en nNIC/Ilnetlld. an.. IyRmllCll.......,...uttIng t.ay.outvan tal:lrleken ... geftlllllchllPPtn. ~

lnfrutruc1uur

~

K_IIteibcontrOIlt. _ _ co4nIInaten pragramnMring mactIInes. toutenanalyR

!en ICbeta 'I8n de mogellJkelnvtoed ,,8ft de computer en bet dkgebled .,... computeMIIded engtnaeIlng oc» lie ~ I k .Oeln detaOel ungeg_ mogeIllldlllclenZUl.... ectltetnieteen ~d.... gereelluerd worden.

-5-

Inleiding Een CAD-systeem bestaat uit een mJ.nJ.- of microcomputer met de daarbij behorende randapparatuur en de programmatuur.

Bij de keuze van de hardware moet men dat systeem vooral bekijken op de mogelijkheid van interaktief werken en op de betrouwbaarheid van het systeem. Dit laatste heeft er voordeel bij dat de laatste trends zich richten naar kleinere, weinig plaats innemende eenheden met weinig werkstations. De hier direkt mee verbonden voordelen zijn tweeerlei: 1. de aanschafprijs ligt lager 2. bij het uitvallen van een apparaat zijn niet direkt aile werkstations buiten werking. Op het moment wordt gewerkt aan een betere ergonomische opbouw van deze werkstations. De huidige werkstations bestaan uit een grafisch beeldscherm, een toetsenbord en een menutablet. Daarnaast staan meestal nog opgesteld: een alfanumeriek beeldscherm, een hardcopy-eenheid en eventueel een digitizer. De plotters staan meestal apart opgesteld.

\

-6 -

DIe beIdeft BDd... zeigen, wleviel Phttzeine Arbeft8..

IT

atation ben6tigt. werkbll-. dar. Kongaberg

....

-r;fJ. ~ Achtereenvolgens zullen beschreven worden: 1. Rekensystemen 2. Invoersystemen 3. Uitvoersystemen 4. In- en uitvoersystemen S. Databuffers.

_.

I

1i: KEJ.lli.I~

[Nli-ii=.i.F.. LAY.owT "-c;< F-J.I iNG

-

INPUT

VE.J<.ANDERjk~

~ELI)SCH£::::J

/ I

/OFETS£k. E>OI~O

rEKEN3TATiDN

/

I hi-FE

C.P.u.

PAPE.n.rAPf

!'1/c.t<.o

"PUNCH

~ 1'LoriER.

/

1

I

~ kc _ TAPES.

/'1 iCR§FiLN

"'-

LiNE.-

0p.,I+PH_

?!OTTF.:R.

-

I

-

Vic.iris£.J<.!

COHPI.ATEf2.

I -~

-

1

DETAil _

/

/

-

(

/

/

Ou TPUT

/

,/ Sl'lJKL ids,.

of

M ONTAc.£, _ TE KF. N iAJ(..

- f -

'Pl4iNT£J<.

~

Rekensystemen De eerste CAD/CAM - pakketten lieten zich aIleen verwerken op grote computers. Naderhand werden de programmasystemen geschikt voor minicomputers, welke toendertijd opgebouwd waren rond 16-bitsprocessoren. Door de ontwikkeling van 32-bitsrekenmachines bestaat de mogelijkheid ook uitgebreide CAD/CAi.'1-programma' S op minicomputers te verwerken. De grens tussen micro- en minicomputers verdwijnt bij zulke applicaties volledig. Enkele 32-bits processors zijn de Motorole 68020, National 16032 en de aangekondigde Zilog Z 80000. Het voornaamste voordeel van te werken met de zgn. dubbele woordbreedte (32 bits) is het sneller werken. De adresseringsmogelijkheden nemen toe alsmede de mogelijkheid tot verwerking van complexere programma's, bijvoorbeeld in hogere programmeertalen. De meeste fabrikanten bieden een he Ie familie aan van 32-bits computers. De software is in vele gevallen uitwisselbaar binnen zo'n familie wat doorgroei naar meer werkeenheden of meer grotere eenheden minder :l.-:,,,,i-C'::u. '""_ maakt. Invoersystemen De tekening die we op het beeldscherm willen zien kan op twee manieren ontstaan: Door het invoeren van een bestaande tekening via een digitizer of door het uitwerken van de gedachten van de kontrukteur op een grafische terminal. Een t.ekening kan op verschillende manieren in het systeem gebracht worden: 1. Via het alfanumerieke toetsenbord. Hiermee kunnen niet aileen niet-grafische data ingevoerd worden, maar ook een cursor bewogen worden. 2. Via een zgn. lichtpen kunnen we rechtstreeks op het refreshbeeldscherm tekenen. In de punt van de pen Ztt een lichtgevoelig element. Per refreshcycle (elke SQ s) wordt het element belicht door het scherm. Door de hieraan verbonden schakelingen wordt het op het scherm aangestipte puntje opgenomen in het geheugen en per cycle opgelicht. Op deze manier kan men dus een lijn tekenen. 3. Via een menutablet met een stift. Door met de stift bepaalde voorgedefinieerde hokjes op de tablet, de menu's, aan te stippen wordt automatisch op de aan dit hokje toegekende functies overgegaan. Het is een voordeel als gelijktijdig met het aantippen van de menu's op het alfanumerieke scherm de functies toegelicht worden. Dit neemt de contructeur veel werk uit banden. De tablet is opgebouwd uit een draadrooster, waarbij door het plaatselijk drukken een kleine capaciteit tussen stiftpunt en rooster ontstaat. Hierdoor wordt de positie van de stift eenduidig vastgelegd. Het oplossend vermogen van de tablet is 0,1 mm, wat betekent dat er bij een gangbaar formaat als A4 ongeveer 6 miljoen onderscheidbare punten zijn. Het voordeel van een menutablet is, dat eigen funkties gemakkelijk definieerbaar zijn. Een variant op het losse menutablet is het projecteren van het menutablet op het beeldscherm. Aflezing en aftasting wordt dan geheel volgens de tweede werkwijze uitgevoerd. 4. Via een functietoetsenbord. De werkwijze is hierte vergelijken met het menutablet, waarbij in plaats van een stift en draadrooster een drukknop wordt ingedrukt, die een ingebouwd lampje laat oplichten om aan te geven dat het signaal doorgeleid is. 5. Via een stuurknuppel, kartelwieltjes of een zgn. trackerball is een tekening aan te passen die reeds in het systeem zit. Hiertoe wordt een kruisdraad over het scherm verschoven tot bepaalde punten, waarna bepaalde instructies gegeven kunnen worden. 6. Via een digitizer is het mogelijk bestaande tekening punt voor punt in he~ systeem in te voeren. Deze zeer precieze apparaten hebben een oplossend vermogen tot 0,025 mm. Dit apparaat bestaat uit een platte tekentafel waarop capacitief of inductief gemeten posities elektronisch worden verwerkt.

- &-

Bij de verschillende fabrikanten treft men deze systemen. aan. Bij Kongsberg kan men de eerste methode zien, bij Aristo de derde, terwijl Mc Auto met het aparte functietoetsenbord werkt. Stuurknuppels en digitizers zijn bij de meeste systemen nog extra aan te koppelen. Wat betreft de toekomst kunnen we de invoermogelijkheden via mondelinge opdrachten, via een spraakverwerker dus, via videocamera's en meetmachines verwachten. Uitvoersystemen Stel: we hebben de tekeningen opgebouwd in de rekenmachine. Deze kunnen we via berekeningen testen en via simulaties beproeven. Dan willen we, na verloop van tijd, toch werktekeningen hebben om het produkt te maken. Denkt men dat in de toekomst ook in de werkPlaats een beeldscherm zal worden geinstalleerd, de realiteit is dat we nog altijd tekeningen nodig hebben voor de aanmaak van NC-ponsbanden of andere databuffers ten behoeve van NC-machines We ktinnen tekeningen uit laten plotten op verschillende soorten platters, maar we kunnen ook via een narmale televisiemanitor of via een filmplotter de tekening zichtbaar maken. De plotters zijn vooral teanderscheiden in electromechanische en electrostatische. Hiernaast zijn de Ink-Jet-plotters, laser plotters, filmplatters en hardcopy-units bekend. De electromechanische plotters werken met pennen die relatief over het papier bewegen. We kennen: a. De drumplotter, waarbij het papier aver een roterende trommel loopt. Samen met de loodrechte beweging hierop van de pennen krijgen we dus de mogelijkheid krammen te tekenen, echter slechts in een beperkt aantal richtingen. De curven worden dug opgebouwd uit stappen van 0,1 mm of 0,2 mm. De kwaliteit voor werktekeningen is redelijk, maar de tekeningen zijn niet za netjes. Drumplotters hebben twee voordelen: de relatief hage snelheid waarmee getekend wardt en de mogelijkheid "aneindig" lange tekeningen te maken. b. De flatbed-platter, waarbij ap een tafel een papiervel wardt gelegd. Hierover kan een wagen met pennen bewegen. Het oplossend vermogen bedraagt tat 0,0025 rom, wat beduidend nauwkeuriger is c.~~ wat de drumplotter kan. Vaar technische tekeningen zijn platters gebruikelijk in formaat Al en AO. Grotere machines tot 2 m x 7 m zijn ook leverbaar. Herhalingsnauwkeurigheden zijn, valgens de fabrikant tot 0,025 mm mogelijk. Voorgedrukte tekenvellen kunnen heel precies gepositianeerd worden. Een nadeel van de flatbed-platter is de tekensnelheid. Hier komen we later nog op terug. c. Bij de electrostatische plotter wordt een electrostatisch gevoelig papier tussen elektroden en schrijfkoppen daorgevoerd. Bij spanningsdaorgang gedurende karte tijd wordt lading overgedragen overeenkomstig de grafische structuur. Hierna wordt het ladingsbeeld door een chemische vloeistof, de zgn. toner, gezwart en gefineerd. Deze plotters kunnen desondanks tach tien maal zo snel werken als de electromechanische plotsystemen. Net als bij de drumplotter wordt oak hier het papier over een trammel geleid, wat "oneindige" tekeningen mogelijk maakt. d. Een moderne antwikkeling is de Ink-Jet-plotter, die kleurplaatjes kan maken. In verschillende behouders zijn de gewenste kleuren voorhanden die door aangepaste sproeiers op het papieroppervlak gebracht worden. e. Laserplotters bieden een heel haog oplossend vermogen, wat bij het ontwerpen van electronische componenten een grote rol speelt. f. Filmplotters leggen de tekeningen vast op film, waarmee microfiches gemaakt worden. g. Een speciale plotter is de zgn. hardcopy-unit, waarmee de inhoud van beeldschermen kan afgedrukt worden op A4-formaat.

-~-

Zoals genoemd bij de flatbed-plotter is z~Jn nadeel de tekensnelheid. Bij andere plotters treedt dit verschijnsel ook in meer of mindere mate op. Daarom is het het overwegen waard om plotters "off-line" te gebruiken. Hierbij wordt een deel van de grafische software naar de grafische stuurapparatuur overgebracht. De voordelen van deze methode zijn: a. de hoeveelheid computergeheugen nodig voor verwerking wordt kleiner b. de process-time kan gereduceerd worden en c. door geschiktere structurering van de data kan dataverwerking efficienter geschieden. Bij off-line systemen wordt na verwerking de data opgeslagen op magneetband of andere media. Op een ander tijdstip kan deze data door de plotter opgevraagd worden ter verwerking. Zo kunnen 's nachts de tekeningen vervaardigd worden, terwijl overdag de,computer beschikbaar is voor verwerking van rekenprogramwa's. In- en uitvoersystemen Voor interactieve grafische input-zowel als output-procedures is een grafische terminal nodig, die veel sneller werkt dan een plotter. Het belangrijkste onderdeel hieruit is het beeldscherm, in het engels cathode-ray-tube (CRT).

hoofdcomputer

display processor

-waarde----I intensiteit-----t

We kennen voar beeldschermen twee afbuigtechnieken, ook hier weer electromagnetisch en electrostatisch. Gezien de eerste methode een kleinere spot oproept, wordt dit scherm beter adresseerbaar, gevoeliger en sneller. In CAD-schermen treft men dan ook aIleen electromagnetische afbuiging aan. Bij een vektorbeeldscherm wordt de electronenstraal direkt gestuurd, terwijl bij een rasterbeeldscherm een deelmatige afbuiging met een helder-donker-sturing van bepaalde rasterpunten geschiedt.

Vektor

[~] Direktablenkung

Zeilenablenkung

Bildwiederholrohre 1.• R.fr••h"·Technlk

Speicherbildrohre I..Store;.· Tub." ·T.chnik

-10-

Voor de beeldbuizen kennen we daarnaast drie soorten: de refresh-beeldbuis, de storage-buis en de storage-refresh-buis. De laatste is een buis, waarin getracht wordt de voordelen van de twee andere systemen te kombineren. Bij de refresh-buizen worden de vectoren in het algemeen SO maal per seconde op het beeldscherm herhaald weergegeven, om een mogelijk flikkervrij beeld samen te stellen. Het voordeel zit hem hierin, dat een hoge mate van interactie mogelijk is. Het flikkeren, wat vooral bij complexe tekeningen optreedt, wordt als groot nadeel beschouwd. Bij de storage-buizen wordt een fosforlaag b~lnvloed, waardoor deze, tot ca. I uur na de beeldvorming licht uitzendt. Het beeldscherm kan zeer exact werken, maar is echter trager bij het veranderen van tekeningen. In zo'n geval moet de gehele tekening opnieuw afgebeeld worden. Een ander nadeel is de kontrastarme weergave, waardoor in liefst weinig verduisterde ruimten gewerkt moet worden. Een oplossing voor de genoemde problemen heeft men getracht te vinden in de zgn. storage-refresh-tube. Hierbij werkt een deel in refresh-vorm, n1. het onderhanden werk, terwijl de andere delen in de storage-vorm werken. Een andere oplossing wordt gevonden door de toepassing van een multiplexer waarbij de besturing geschiedt door de computer zelf waardoor ov.erdracht van grafische informatie flink versneld wordt. Het probleem bij rasterbeeldschermen is het oplossend vermogen. Deze schermen worden in punten aangestuurd, waardoor afhankelijk van de buis meer of minder trapvormige lijnen ontstaan. Via software heeft men getracht het oplossend vermogen schijnbaar te vergroten. Het oplossend vermogen kan verhoogd worden door een verbetering van de hardware. De wensen voor grotere geheugenruimten kunnen bevredigd worden door een dalende prijs van deze hardwarecomponenten. De toekomst ligt dus geheel open voor het rasterbeeldscherm. De toekomst van het rasterbeeldscherm wordt nog meer zeker gesteld door de mogelijkheden kleuren toe te passen bij het ontwerpen. De huidige kleurenrasterbeeldschermen hebben een grootte van 1200 x 1200 punten. Als minimale eis voor grafische CAD-beeldschermen worden groottes genoemd van 1000 x 1000 punten, wat betekent dat op het moment kleur nog niet interessant is. Zwart-wit-schermen hebben op het moment tot 8192 x 8192 punten voor heel grote systemen beschikbaar. Kleurbuizen werken met drie kanonnen voor de drie hoofdkleuren rood, groen en blauw. Door menging ontstaan meer kleuren. Voor de technisch grafische weergave heeft men een betere buis nodig dan in de normale TV-ontvanger. Door de betere weergave en lagere kosten ligt op het moment de Precision-In-Line-buis (PIL) beter in de markt dan deze in raster-scanning-color-graphics-systemen. Ook deze hebben problemen met het oplossend vermogen. Bij de huidige buizen heeft men weer een fosforlaag, waarvan bepaalde plaatsen gevoelig zijn voor bepaalde kleuren, of met andere woorden die slechts door een bepaalde kleurkanon beinvloed kunnen worden. De intensiteit van de drie kleuren worden bestuurd vanuit de refresh-controller. De frame-buffers waarin de grafische gegevens opgeslagen zijn, hebben drie velden elk, voor iedere primaire kleur een. De hoofd-CPU kan bij kleurweergave zowel intensiteit als kleur specificeren. Voor "full color" heeft men echter drie keer zoveel bits nodig als voor zwart/wit, dus dan heeft men per picture-element (pixel) 18 tot 24 bits nodig. Het gevolg is een hoge prijs. Daarom werkt men op het moment liever via color-maps, geheugens waar kleurkombinaties gespecificeerd staan. De frame-bufferwaarde wijst een bepaald adres aan in deze color-map, die de "kleuren" op dat adres doorgeeft aan de digitizer/analoog converter van de electronenkanonnen. Host computer

~

, I

I~

Computer interface

i

~

I

Graphics-input devices

- Il-

I

~

Display generator

c:J Graphics-output deVices

Tot slot nog een opmerking over de gewenste display kenmerken zoals deze door Tektronix-marktonderzoek gevonden zijn. Display fe.ture requirements for graphics al.Jpflcatlons. FEATURE SCREEN SIZE BRIGHTNESS CONTRAST RATIO COLOR CAPABILITY GREY LEVELS LINE QUALITY SELECTIVE ERASE PICTURE DYNAMICS FLICKER FREE CONTENT PRICE TYP1CAL MTBF HARDCOPY RESOLUTION AREA FILLING MEMORY COSTIBIT Key

5 4

3 2 1

0

CAOIE

CAM

CART

MIS

OAC

CAl

4

3

5

2 2

4

3 3

2 2 2

4 4 4

4

1 1

1 1

4

3 0

5 3

2 3

1 1

1 1

2 2 2 5 2 2

3 2

4

3

2

5

3

0

5

3

5

1

4

2

4

3 5 2

1 4

0

3

5 2

0 0 2

4

4

4

4 4

5 5 2 2

5 3 2

5 5

5 2

4

3

2

4 4

5 4

5 4

2 2

Critical Necessary, Out can be compromised Imponant. Out not necessary Wouio enhance operation, but nol necessary NIce to nave, but no ennancement No neeo or deSire lor tnlS

Source: TektrOniX Information DiSplay Markellng Stuoles

I'AB EL

2..

Databuffers In de voorgaande hoofdstukken is ingegaan op de verwerkings- en transporteenheden. Hierbij was er steeds sprake van buffers die behoorden bij bepaalde processoren. In deze geheugens stond de programmatuur voor de processors. Voor de opslag van tekeningen worden andere apparaten gebruikt, zoals disc- en tapedrives. De data wordt hierbij gecodeerd opgeslagen volgens bepaalde systemen. Door plaatsen op het medium al dan niet~magnetiseren wekt men fluxveranderingen op in spoeltjes in lees- en schrijfkoppen. Enkele codes zijn: NRZI (non-return to zero one or non-return to zero invert) PE (phase-encoding) FM (frequency-modulation) Deze codes worden gebruiktom zgn. bitcellen te aktiveren op het medium. We kennen als opslageenheden: a. Discs. Dit zijn schijven van aluminium met daarop een coating van magnetiseerbaar materiaal. In het apparaat wordt de schijf continu rondgedraaid. De koppen om te lezen en te schrijven staan dicht bij het schijfoppervlak maar raken deze niet. Zodoende wordt slijtage vermeden, maar is de overdracht van data slecht. Men kiest daarom voor de systemen met flying-head. Door de rotatie van de schijf onder de stilstaande kop wordt deze laatste door de wind opgetild tot een hoogte van 0,5 tot 3pm. . In de zgn. Winchester-drives kan de kop dalen en stijgen op een, overigens gesmeerde, disk. Hierdoor kan een kleinere "vlieghoogte" aangehouden worden met de mogelijkheid meer data op de disk te bewaren. Er is hierbij weI grotere precisie nodig in de geleiding van de kop. Bij discs is er een onderscheid te maken tussen fixed-head en moving-head configuraties. Bij de laatste is het mogelijk disks uit te wisselen. b. Floppy-discs. Deze schijven hebben een kleinere diameter (19,7 cm) dan de grate discs (38 cm) en zijn flexible. De schijf wordt minder snel geroteerd.

- 12. -

c. d. e. f.

De koppen raken de schijf nooit, behalve bij lezen en schrijven. Oorspronkelijk was slechts een zijde beschikbaar, nu is dubbelzijdig gebruik mogelijk. De koppen zijn als moving-head uitgevoerd, die door een helin-drive met een stappenmotor gepositioneerd worden. De zgn. "diskettes" zijn uitwisselbaar, om de laag te beschermen zit deze schijf in een plastic omhulsel met alleen gaten voor de koppen en voor de aandrijving. Mini-floppy's. Deze hebben een diameter van 12,7 cm en zijn eveneens flexible. De snelheid is nog lager, evenals de capaciteit die omtrent het kwart is van een normale floppy. De prijs is echter het laagst. Tapes. Per spoor is hierbij een lees- en schrijfkop aanwezig. De breedte is ! inch of 1 inch, bij een spoeldiameter van IO! inch. Cassettes. Digitale cassettes, de zgn. Cartridges. Terwijl cassettes tot 1 million bytes kunnen opslaan, kunnen cartridges tot het twintig-voudige opslaan.

De codering op discs is vnl. PE-code, terwijl op floppy's en mini's FM-docering favoriet is. Voor tapes wordt vooral de NRZI-code gebruikt. Cassettes of cartridges kunnen als een interessante ontwikkeling gezien worden, mede als een soort vervanging van de NC-tape. De apparatuur wordt bestuurd vanuit tape- en disccontrollers die typische intructies kunnen geven ten behoeve van adressering en bediening. Een kritisch punt bij zowel discs als tapes zijn de opslagcondities. De reeds genoemde vlieghoogte staat in geen verhouding tot de vervuilingsmogelijkheden. Vingerafdrukken of sigarette-as laten al twee keer de vlieghoogte zien als kenmerkende grootte. Extreme zuiverheid is dus geboden. Na verloop van tijd wordt de magnetiseringsgraad van de schijf of band minder. In dat geval is herschrijven noodzakelijk. Voor de toekomst zullen we misschien optische lees- en schrijfmiddelen als beeldplaten met laseraftasting kunnen tegemoetzien.

Defining computer-graphics jargon Many computer-graphics phenomena are perceived subjectively, and definitions of commonly used terms may vary someWhat among manufacturers and users. The terms defined in this section relate to a number of fundamental graphics ~ that play key roles in computer~cs systems (see illustration).

Color--Embodies the charac:teristics of Iiglt, other than brightness or luminance, by which a human observer may distinguish between two structure-free patches of light of the same size and shaQe. • Calhode-tay tube (CRT)-An electron-beam tube in which the beam. or beams. can be focused to a desired cross section on a SlM'face and varied in position and intensity to produce a visible or otherwise detectable pat-

tern. DIIpIay gel*ator-An eIeclroniC deviee that interfaces computer-graphics display information with a graphicsdisplay device. Typically. the Interlace is made between a digital computer and a CRT. In general. a display generator for raster-scan display contains four subsystems: display controller, display processor, refnJsh memory, and video driver.

Dlst»Iay prCICft8Or-A component of the display generator used to add "intelligence." Typically, the device is .a microcomputer with stored programs that perform high-level graphics functions. Flicker-The sensation of image intermittence or of brightness or color variation. Flicker occurs when the frequency of the otlserved variation is less than the screen's flicker fusion frequency. Ketl Iactoc'-A deficiency inherent in the scanning process of analog television data converters that effecllvely reduces the of raster-scan lines by about 30 percent. Since the scanning beam is of finite dimensions. and the input information Is applied independently of the scanning beam. the beam misses information elements smaller than a certain size.

numoer

Plxef-Pleture element, a term used to describe the information contained in one unit of display surface. Rast.-A predetermined regular pattern of scanning lines that provides suOstantiaily uniform coverage 01 an area. R~epeated writing of display frames on the CRT display surface. Since the image Is retained by nonstoring phosphor for only short intervals. it must be continually rewritten (refreshed) in arder to rsmain visible. Raolutloft-A measure ot ability to delineate picture detail: also. the smallest discernible or measurable detail in a visual presentation. Resolution may be stated in terms of modulation transfer function. spot diameter, line width. or raster lines. Spectral cnaracterlstlc-The relation. usually shown by a graph. between the emitted radiant power per wavelength interval and the wavelength. ~-The smallest luminescent area of the screen surface instantaneously excited by the impact of an etee-

tron beam.

s,ot

*artlon-Undesirable asymmetry or defect in

the spot shaQe.

Stor8gjt CRT-A CRT that can retain a visual image for some length of time so that it Is not necessary to refresh to avoid flicl<er. Thus. the picture can be written at a slower rate. The absence of refresh eliminates the refresh memory, and reduces dlsplay~t1ection and video-bandwidth requirements. The resultant system Is available at a price below that of most other systems. However, it does have deficiencies such as low luminance and contrast. and the need to rewrite an entire picture If any element is

changed.

nme of l*'Ilstence-The time that elapses between the instant of removal ot the excitation and the instant at which the luminance or radiance has dropped to a stated fraction of its initial value. usually 10 percent. Trace 11M-The visible or recordaDle path lraCed on the screen by a moving spot.

lABEL. 3

-I! -

SOFTWARE van CAD en CAM systemen.

-=-=••==

Allereerst iets over CAD. In de inleiding is reeds genoemd dat er verschil1ende criteria Zl.Jn waarom een bedrijf een CAD/CAM pakket aan zal schaffen. De eisen aan de software zijn dan ook grotendeels hiervan afhankelijk. We onderscheiden 3 gevallen: 1) tekenprogramma~s 2) rekenprogramma~s 3) een compleet systeem, rekenen en tekenen. Indien we de bestaande, in de handel zijnde, CAD pakketten bekijken blijkt het merendeel uit zuivere tekenprogramma~s te bestaan. De nadruk ligt vooral op het eenvoudig en snel invoeren van de tekening, ook de uitvoer via de plotter is belangrijk maar verwerking en herberekening speelt geen role ad 1) Tekenprogramma~s leiden tot zekere randapparatuur zoals een grafisch beeldscherm, een lichtpen of tablet met pen en een plotter. Al het tekenwerk dat tot nu toe met de hand gedaan werd moet sneller en eenvoudiger kunnen m.b.v. de computer, ook reeds bestaande tekeningen moeten eenvoudig in te voeren zijn. Het is dus noodzakelijk dat men over verschillende lijntypes en lijndikten kan beschikken, arcering en maataanduiding moeten zoveel mogelijk automatisch kunnen. Ook andere tekentechnieken zoals het trekken van cirkelbogen en hartlijnen, het maken van afrondingen moeten ter beschikking staan. Een eigenschap van de computer die we goed kunnen benutten is het feit dat alle reeds bestaande tekeningen direct (snel) beschikbaar zijn. De mogelijkheid om delen van bestaande tekeningen samen te voegen tot een nieuwe kan tot een aanzienlijke besparing leiden. We kunnen zo een bibliotheek van standaard oplossingen maken. Vroeger was alle geautomatiseerd tekenwerk Z-dimensionaal, twee aanzichten van eenzelfde onderdeel werden als twee onafhankelijke tekeningen beschouwd. Tegenwoordig begint er vraag te komen naar 3-D (3-dimensionaal) systemen waarbij vanuit bv. het vooraanzicht het systeemzicht zoveel mogelijk automatisch geconstrueerd wordt. Een wijziging in het ene aanzicht leidt dan tot automatische aanpassing van elk ander aanzicht. In zo~n geval wordt het dan ook mogelijk een ruimtelijke 3D weergave te produceren. Het 3D weergeven van gekromde oppervlakken is tegenwoordig in ontwikkeling. Er wordt dan gebruik gemaakt van schaduw-werking op een kleurenmonitor, het verwijderen van "onzichtbare" lijnen die achter het oppervlak liggen of het aanbrengen van een raster over het oppervlak. In het bovenstaande verhaal zijn enkele punten genoemd die tot eisen aan de software kunnen leiden, om algemeen een eisenpakket op te stellen is moeilijk. . Voordat een bedrijf overgaat tot aanschaf van een CAD systeem moet men goed nagaan wat men eigenlijk nodig heeft, teveel eisen leidt tot duren en gecompliceerde systemen. Aanschaf van een CAD systeem moet daarom eerst vooraf gegaan zijn door een onderzoek naar de te stellen eisen en natuurlijk deskundig advies. ad 2) Rekenprogramma~s Zl.Jn berekeningsmethoden volgens "eindige elementen methode", het kiezen van een lager uit een lagerbestand, berekenen van een as, construeren van een nok e.d. Ook optimalisatie-programma~s behoren hiertoe. Een CAD-systeem voor het zuivere rekenwerk stelt minder eisen aan de invoermogelijkheden, arceringen, maatlijnen e.d. zijn niet nodig. Meestal wordt er gerekend aan een bestaand ontwerp dat op tekening staat of afkomstig is van een ander deel van het CAD-systeem.

Een rekenpakket bestaat vaak uit een aantal losse programma~s die elk hun eigen invoer hebben en geheel onafhankelijk van elkaar zijn. Het veranderen van een aslengte leidt dan tot het opnieuw aanroepen van de asberekening, lagerkeuze., nokberekening etc. Als gebruiker zou men willen dat alle consequenties van een verandering ook meteen in de hele constructie doorwerken. Helaas is zo~n systeam nog verre toekomst. Ervaring van de constructeur zal een belangrijke rol blijven spelen bij het construeren en wijzigen. Zoals genoamd is de invoer bij een rekenprogramma meestal beperkt, de nadruk ligt op het rekenproces en de uitvoer van resultaten. De resultaten zijn namelijk in de vorm van getallen die moeilijk te interpreteren zijn. Het is daarom gewenst de resultaten op een "gebruikersvriendelijke" wijze weer te geven. De uitvoer moet bestaan uit grafieken, plaatjes van vervormingen en een enkele tabel. Het moet niet zo zijn dat een gebruiker verplicht is alle mogelijke uitvoer door te worstelen, hij wil alleen die uitvoer die hij nodig heeft. Als we nu overs tappen naar het 3e punt: een combinatie van tekenen en rekenen, dan is het duidelijk dat zowel de teken- als de rekenfaciliteiten aanwezig moeten zijn. Het probleam is de koppeling! Een detailtekening moet eenvoudig als invoer voor een rekenprogramma kunnen dienen. En andersom, een berekend onderdeel moet eenvoudig in een tekening ingepast kunnen worden. Deze koppeling zijn wij in onze voorstudie niet tegengekomen, we hopen in de V.S. toch enkele (toekomstige?) ontwikkelingen in deze richting te vinden. Tenslotte nog enkele opmerkingen m.b.t. C&~. CAM is de koppeling tussen ontwerp en de Numeriek bestuurde werktuigen, de navolgende werkvoorbereiding en productie-Worden hier buiten beschouwing gelaten. In het onderdeel ''Planning en "Werkvoorbereiding" wordt dit laatste behandeld. Het doel van CAM is het aansturen van de numeriek bestuurde machine, eisen aan de CAM-programmatuur zijn dus grotendeel bepaald door de numerieke besturing. Ook deze Nube is, zoals uit het onderdeel "Machinebesturingen" blijkt, steeds in ontwikkeling. Een van deze ontwikkelingen is het integreren van een "CAM-computer" in de besturing. De geometrie-beschrijving, enkele gereedschaps- en materiaalgegevens z~Jn dan voldoende om de numeriek bestuurde machine te voeden. Indien deze ontwikkeling zich voortzet tot de CAM grotendeels overgenomen worden door de numeriek bestuurde bank. Het is dan aIleen nog noodzakelijk dat het CADsysteem een geometrie-definitie aflevert op ponsband, magneetband of direct aan de besturing van een machine. Tegenwoordig bestaat de meeste CAM-sofware uit een aantal losse programma~s. Vooral de "APT-taal" en zijn varianten zijn bekend en veel toegepast. Integratie in CAD-systemen is beperkt, de meeste CAM-programma~s zijn bestaande programma~s die onafhankelijk van CAD-systemen ontwikkeld worden. Terugkoppeling tussen CAD en CAM is niet nodig, het CAD-systeem hoeft alleen de juiste gegevens in de juiste vorm aan het CAM-systeem aan te bieden. De keuze welkCAM~ysteem, moet iets bv. gedraaid of gefreesd worden, is nog een menselijke beslissing. Voor verdere gegevens wordt verwezen naar de onderdelen "Machine Besturingen" en "Planning en Werkvoorbereiding".

\

CAD IN HET ONTWERPPROCES EN IN DE TEKENKAMER

==============3=._.======_====:=============

In het kort zal hier behandeld worden hie CAD in het ontwerpen kan worden toegepast en wat de invloed hiervan is op de organisatie van de tekenafdeling .

•

CAD in het ontwerpproces Het ontwerpproces kan worden onderverdee1s in 3 fasen, n1. de prob1eemdefinierende-, de werkwijze bepa1ende- en de vormgevende fase.

I

I

abstract

I _L probleem definiirende

lase werkwijze bepalende fllll8

vormgewnde fase

~

I

1 I

T ,opIossing

......_---'

I

concreet

I

VerdeUng TlUl aIgoritmiKbe eo heuristiscbe activiteiten

tijdeas bet oatwerpproces

h"o. b In iedere fase springt de ontwerper heen en weer tussen twee denkwijzen, n1. de "heuristische"- of "intuitieve" denkwijze, en een a1gorithmische of analytische denkwijze. Deze 1aatste denkwijze is rationee1 en systematisch; deze zou derhalve door computergebruik kunnen worden geautomatiseerd. Naarmate het ontwerp meer en meer vorm krijgt tijdens het ontwerpproces, neemt het aandeel van de heuristische denkwijze af en het aandee1 van de algorithmische denkwijze toe. , Uit afb.1 blijkt dat voora1 in de vormgevende fase (en in mindere mate in de werkwijze bepa1ende fase) de computer een be1angrijk dee1 van de ontwerpwerkzaamheden kan ondersteunen. Tot en met de eindfase b1ijft er echter behoefte aan nieuwe ideeen en aan creativiteit, dit za1 van de constructeur zelf moeten komen. Bovenstaande gedachtengang heeft in zijn totaliteit betrekking op het ontwerpen van een gehee1 nieuw produkt. Hiervan zal echter in de praktijk lang niet a1tijd sprake zijn. Er bestaan n1. verschil1ende types van contructies, n1. een nieuw ontwerp, een aanpassingsontwerp en een variantontwerp (of herhalingscontructie).

- Ib-

<

0ClfI!'l0"~ Mnmalige ~ hertlalings-

constrUCtilt comI1Netie

tlIChniKh

G

syatwm

i.1:

!

Cons1Netie

~~t

IUbIyateem

~ ~~

-n..ig component

onderdeel

A1IJeelcIiq': aIp'ibDische ell heurisdadae oatwerpacttrite, l"'lnkelijk ftIl oonpl"Ollkelijkheid ea compIe*it ftIlllet ODderwerp

Bij een nieuw ontwerp moet men beginnen met het zoeken naar een principe-oplossing en een ontwerpstructuur; hiervoor is een zuiver heuristische denkwijze noodzakelijk. Voor een aanpassingsconstructie zijn zowel de hoofdfunctie als de principe-oplossing bekend, doch d.m.v. constructieve wijzigingen dient het ontwerp te worden aangepast aan nieuwe eisen. Bij het streven naar standaardisering en type-indeling wordt een verzameling variantontwerpen opgebouwd, die allen een identieke ontwerpstructuur bezitten. ..

gegevens bestand invoergegevens

omwerpproces

bllPaling

wen:wii:e; keuze utt pnnclpe· oplossingen met ontwerp structuren

Yormgeving

voorlopigl definirief

fekenf
analyse Onderdefen .,..

geh""l

Detatlleren

Globaal CADI CAM schema

geometriel afmetingen

fabricage gegevens

-11-

CAO/CAM~

gegevens bestand rewltaten ontwerpproces

Het zal duideIijk zijn, dat vooral bij deze Iaatste categorie de variantconstructie, doch ook bij de aanpassingsconstructie, het gebruik van een computer tot werkeIijke voordelen zal leiden; terwijl voor nieuwe ontwerpen het gebruik van CAD een vraagteken zal blijven, 3f men dient hier een computersysteem te hanteren dat stuk interactief werken toelaat. Er kan dus gesteld worden dat toepassing van CAD stuk produkt afhankelijk is en tevens afhangt van de fase waarin het ontwerpproces zich bevindt. Tabel 4 geeft een overzicht van het CAD-karakter ais functie van het ontwerp in het proces. Oeeltaken in ontwerpproces Karakter van CAD

Probleem deUnl.rende fase

Werkwljze bepalende fase

Vormgevende fase

Nleuw ontwerp

hoofdzakelijk optimafiserendl zoekend

opbouw van specificatie· bestanden

genereren van/kiezen uit alternatieven voor principe-oplossingenl ontwerpstructuren

dimensionering (rekenkundige analyses) keuze uit materiaal en fabricagemethoden

aanpasslngs ontwerp

zowel optimafi.

mutaties in speci·

genereren van/kiezen uit structuuralterna· tieven binnen gegeven principe-oplossing

dimensionering van nieuwe onderdelen + controle van gehele constructle

genereren van varianten binnen gegeven werk· wijze/ontwerpstructuur

dimensionerlng door wijziging van schaalgrootte en/of her· groepering bestaande onderde· len

serend/zoekend als ficatiebestanden

procedureel

variant ontwerp

hoofdzakelijk procedureel

mutaties in speci. ficatiebestanden (beperkt)

CAD in de tekenkamer en de gevolgen voor zlJn organisatie Van belang voor de teken- en ontwerpafdeling is te weten welke werkzaamheden door de constructeur worden verricht. Van 456 ondervraagde constructeurs kwamen de volgende opgaven:

J

~e.n

, ,

,~%

Ontwerpea. ?Je.rek.u, 'l/JgeJ2.

62 0,6

1JtG;;JlIere.a

[~telle.n. ~~

J ='d% 14l1%

Wffu9~

I MjU.9/ngJlJ7edM'~11-' ",---Of,-S_t.
163% §2 %

---IJ 11 %

_In_tem_'t:_kDrres._-,,-t?aJ_~~ ' _Kor._~--.:.;p_a_'n_aE_'VJ_Ql_~_.....l' 5 f 0/0

73 '%

Werkzaamheden van de konstrukteur

-lS -

6'6%

89"10

Uit het oogpunt van constructeurswerkzaamheden lijkt het beter, om tijdrovend routinewerk (detailleren, samenstellen, raderen, wijzigen etc.) uit handen van de ontwerper te nemen, waardoor deze meer tijd krijgt om zijn creativiteit, zijn inzicht en capaciteit in te zetten. Het maken van tekeningen zal vermoedelijk wel blijven bestaan want de werktekening is natuurlijk een communicatiemiddel bij uitstek onder technici. Veel werk dat nu gaat zitten in het handmatig tekenen en beschriften van ontwerpen kan echter geautomatiseerd worden of zelfs worden ondergebracht in bepaalde functiegroepen. Een voorbeeld van tijdsbesteding op een tekenkamer A.lllt.

4

GL

Ii

C

,

~

Onproduktief wcrk ~ Org:U1isercnd wcrk. 60 10

Cat. 30

15

T-e

i6

T

t)

A-T

45 Tckcnwerk.

0

53 I 00 11 :11 best~'Jc

tijd

Wat het tekenwerk betreft, schat men, dat met de huidige generatie CAD-tekensystemen een versnelling van 1 op 2 a 3 mogelijk is. De taak van de technisch tekenaar zal dan ook gestadig veranderen. Daarentegen zal de' tekentafel niet verdwijnen; deze zal juist gebruikt gaan worden voor het voorbereidend werk dat moet gebeuren voordat de ontwerper achter het beeldscherm gaat zitten. Ter indicatie: Bij ZF in Duitsland, fabrikant van versnellingsbakken voor vrachten personenauto's, past men gedurende enkele jaren op bepaalde schaal CAD toe. Hier houdt'men een maximale tijdsbesteding achter het beeldscherm van 2 uur per dag aan voor elke constructeur. Resumerend kan worden gesteld dat, v.w.b. computergebruik op de tekenkamer het volgende geldt: - voor'de tekenaar (en evt. aspirant-tekenaar) zal er in de toekomst steeds minder plaats zijn, aangezien deze functie door computers voor een groot deel kan worden overgenomen ' - de toekomst zal niet tot een totale verdwijning van het handwerk leiden, doch wel tot een overname van veel repeterend werk door b.v. de plotter - alle werkzaamheden, vallende onder "creatief werk", blijven voor een gedeelte normaal bestaan. Organisatie van de tekenkamer . Organisatorisch zal het mogelijk worden het tekenwerk tot plotterwerk te herle~­ den en een onderscheid te maken tussen het tekenproces en het ontwerpproces. Hierdoor zal men in de toekomst op de tekenkamer ontwerpgroepen en plottergroepen kunnen onderscheiden, waarbij er dan echter niet een directeverbinding zal zijn tussen deze plottergroepen en de CAD-constructeurs. Invoering Aangezien CAD/CAM. door sommige deskundigen wordt aangeduid als een "nieuwe methode van werken en organiseren" heeft de invoering van een CAD/CAM. systeem bij een bedrijf nogal grote gevoigen voor de infrastructuur van zo'n bedrijf.

Men dient een invoeringsstrategie te hanteren, die uitgaat van een analyse van het bestaande proces van ontwerpen en produceren. Deze analyse moet erop gericht zijn om te bepalen of en zo ja, waar in het hele bedrij£sproces van idee tot eindprodukt een computer het meeste rendement kan opleveren. Dit is dan een voorstudie die veelal een geheel jaar in beslag neemt. Indien er uiteindelijk besloten is om een CAD/CAM systeem in te voeren, moet men niet vergeten voor opleidingen te zorgen. Evenzo is het best mogelijk dat het hele invoeringsproces moe~ worden aangepast aan de eisen van het computergereedschap, met alle sociale en bedrijfskundige gevolgen van dien. Het gevaar is nl. niet denkbeeldig dat bij invoering, de computerwerkwijze de organisatie gaat bepalen. Middelgrote- en kleine bedrijven, die vaak niet de mankracht en deskundigheid hebben om een systeem in te voeren, dienen zich te laten adviseren. Liefst door een onafhankelijk adviesbureau. Economie van CAD/CAM systemen en infrastructuur Een cempleet systeem inclusief rekencapaciteit en grafische werkstations komt al gauw op een tot anderhalfmiljeen gulden aan investering, inclusief opleiding, invoeringsanalyse e.d. Afgeschreven voer vijf jaar komt dat per jaar neer op een slordige 3 ton. Tellen we daar nog onderhoud bij van 80.000 gulden per jaar dan is het duidelijk dat voor de meeste bedrijven CAD eenvoudigweg niet haalbaar is. Er bestaan in Nederland zo'n dertigduizend bedrijven die zich bewegen in de sfeer van ontwerpen en industriele produktie. Van die dertigduizend bedrijven heeft 68 procent minder dan 10 mensen in dienst. Op grond van deze cijfers valt nu reeds op te maken dat het merendeel van de bedrijven de boot mist. Duidelijk is dat het in het nederlandse bedrijfsleven ontbreekt aan een infrastructuur voor CAD/CAM. Niet aileen op macroschaal, doch ook op microschaal. Waar in de USA computersystemen rendabel worden gemaakt door in ploegendienst te werken, blijkt dit in Europa door a.a. CAO's en vakbondsbewegingen niet mogelijk. Het rendabel maken van dure CAD/CAM apparatuur is dan ook een van de vele struikelblokken. De overheid zou een rol kunnen spelen bij het scheppen van een infrastructuur, doch zij heeft weinig middelen voor een middellang termijn beleid gericht op de versterking van de infrastructuur. Onderzoekcijfers uit de machinebouw geven aan dat globaal gesproken de bedrijfskosten voor 5+10% door het ontwerpen en voor 45% door de fabricage wordt bepaald. Ontwerpen is dus een "goedkope" activiteit. Daarentegenover staat dat de kosten van van het te maken produkt alvoor 75% in de ontwerpfase worden vast~gesteld, terwijl de invloed van fabricagemethoden voor slechts 15% in de produktkosten wordt teruggevonden. Het grote aandeel van het ontwerpen in de beinvloeding van de produktkosten wordt veroorzaakt door het feit dat het ontwerpen in sterke mate de efficiency van de produktie bepaald. Nu is echter bij CAD niet duidelijk aan te geven, wat de bijdrage aan de produktiviteitsverhoging is, alhoewel de 70% produktkosten in de ontwerpfase enig licht hierop doen schijnen. Deze onduidelijkheid (door sommigen vergeleken met kunstmest:welk gedeelte van de plantengroei moet nu precies worden toegeschreven aan de kunstmest?) is er de oorzaak van dat voor bepaalde bedrijven de merites van een eventuele CAD/CAMtoepassing dubieus zijn.

- 10 -

GEVOLGEN VAN HET TOEPASSEN VAN=•• CR-TECHNOLOGIE~N (voor de groot-serie montage! = -= - •••••• ===-=-••===.== fabricage-industrie). CAD-systemen ontwerpgroepen!afdeling: het ontwikkeltraJect wordt versneld en ontwerpen worden kwalitatief beter. standaardisatie wordt noodzaak. -minder codenummers -minder produktiewijzigingen -wanneer er toch wijzigingen doorgevoerd zullen worden, dan vergen deze minder tijd en dus minder geld. produkt~~ineering:

materiaalkosten:

deze groepen hebben een "vertaal" functie; informatie uit tekeningenpakket wordt, vertaaHen op maat gemaakt voor een specifieke productie-aktiviteit bv.: het maken van aparte tekeningen t. b.v. aanmaak van mallen en gereedschappen. aanlooptraject wordt aanzienlijk verkort, (gunstig voor de flexibiliteit). besparing op materiaalkosten, door vermindering aantal codenummers, waardoor de "overblijvende" items op grote series gekocht worden en doordat de hoeveelheid "incourant" verminderd is (minder wijzigingen) •

CAM produktieafdeling:

~

~korte doorlooptijden -hoge constante kwaliteit -lagere loonkosten -produktie flexibeler omdat CAD!CAM-systeem een hoop produkt-en produktie-informatie reeds in digitale vorm bezitten.

(computeraided testing)

produktieproces:

-sneller meten met computer gestuurde apparatuur -foutzoeken gaat sneller -reparatiewerk neemt af doordat produktieproces beter wordt beheerd weer te bereiken dankzij computermeetapparatuur

produktie-engineering:

-een CAT~systeem kan grote diversiteit aan elektrische circuits testen er zijn niet steeds nieuwe specifieke meetopstellingen nodig.

kwaliteitsdienst:

-kwaliteit van het meten hoger, CAT-systeem kan meetresultaten direct statistisch verwerken waardoor een snelle terugkoppeling met het proces, en als gevolg daarvan een snelle bijsturing mogelijk wordt. Kwaliteitsbewaking zit dus voor een groat deel in het geautomatiseerde proces zelf ingebakken-..minder kwaliteitskontrole is nodig.

after-saleskosten:

-door het introduceren van modulair opgebouwde meetsystemen in de belmgrijkste serviQe-werkplaatsen, alsmede door de hogere meetnauwkeurigheid in de produktie, worden de after-saleskosten lager.

\

-,U -

CAL (computeraided logistics)

= koppeling

tussen de verschillende computer-

systemen.

lager kader:

aantal codenummers kan met de helft verminderd worden --. besparingen op materiaalvootzienic.gskosten en magazijnkosten. een (groot) deel van de werkzaamheden van het lager kader; het beslissen wat en wanneer en door wie geproduceerd gaat worden, komt hierdoor te vervallen. Dit geld ook voor de personen die zich bezighouden met administratieve besturing van de produktie-afdelingen.

materiaalkosten:

als gevolg van verdere standaardisatie en het daarmee gepaard gaande seriegrootte effect, zullen voornamelijk de materiaalkosten afnemen.

after-saleskosten:

zullen afnemen: -service-documentatie goedkoper, omdat deze m.b.v. CAL eenvoudiger samen te stellen is -door standaardisatie, verminderen van het codenummerbestand en het aantal wijzigingen worden ook de servicekosten minder.

CAD/CAM en de gevolgen voor struktuur en funktioneren van de onderneming Accentverschuiving in richting van de produktie: Concurrentieslag zal zich meer en meer spitsen op produktietechnieken vgl. Japan. Japans succes vindt zijn oorzaak in produktie I niet in de basis• • J.nnovatJ.e. Philips bv.: weI veel innovatie, nieuwe produktietechnieken om de innovaties tijdig te realiseren in produkten ontbreken echter. Design for automation: Produkt(ontwerp) moet aangepast zJ.Jn aan de produktie, alleen zo kan flexibele automatisering optimale resultaten leveren. De steeds verder geautomatiseerde en kapitaalintensieve produkties die voor de optimale benutting veel meer uren per jaar moeten draaien, houden ook in dat er sterker dan voorheen gezocht moet worden naar marktuitbreiding. Computergestuurde technieken moeten zoveel mogelijk integraal (met elkaar verweven) worden toegepast: het geheel levert meer op dan de som van de delen. Anders gezegd: het integraal toepassen van de verschillende computergestuurde technieken levert grotere voordelen op dan de afzonderlijke technieken. Integrale aanpak betekent een grotere onderlinge afhankelijk~eid tussen de verschillende afdelingen. Speculatie over CADDontwikkelingen in nabije toekomst Een tendens is reeds nu in toekomst gedecentraliseerd Decentraal betekent in dit ligenter worden, zodat zij laatste heeft 2 voordelen:

1983 merkbaar: CAD/C&~ systemen worden in de nabije apgebouwd. geval dat de afzonderlijke arbeidsstations inteloak zonder achtergrondcomputer kunnen werken. Dit

1) De gebruiker kan met een beduidend lagere investering dan nu het geval is starten. Het wordt dan eerder rendabel om een systeem met 1 of 2 arbeidsplaatsen in te voeren. 2) Er zal gewerkt kunnen worden met een grotere arbeidszekerheid omdat men minder gevoelig is voor overbezetting van, of storingen in de achtergrondcomputer.

Kleiner bedrijven zullen de mogelijkheid hebben om zich aan te sluiten op een tlopenbaartl CAD/CAD-net. De achtergrondcomputer, die ontlast wordt van lokale beefmanipulaties en rekenfunkties kan gaan fungeren als centrale database met zowel technische als niet-technische dataverwerking. Het zal volgens schattingen echter nog ca. 15 jaar duren voordat alle tekenplanken vervangen zijn door beeldschermen. Een tweede tendens is de uitgaande integratie ~an DNe (= direct numerial control).

~an

CAD en CAM, bv. in de vorm

Softwaretrends Binnen korte tijd zullen aile belangrijke CAD-systemen over een zogenaamde "Festkorper- tl of Volumemodel beschikken. Men zal immers op den duur graag een echte afbeelding van de te construeren geometrische vormen op het beeldscherm generen. abor het gebruik ~an zo~n model zal mogelijk een nieuwe manier van construeren ontstaan; n1. een ontwerpwij ze die veel lijkt op het modelleren (bv. m.b.v. gips) zoals dat door "Designers" (= industriele vormgevers) vaak wordt toegepast. Alleen is de vorm te geven massa (bv. het gips) vervangen door een natuurgetrouwe afbeelding van de cons truetie op het beeldscherm. Ook zal de arbeidsplaats achter het beeldscherm steeds meer gaan fungeren als een proefstand. In de toekomst zal steeds meer software beschikbaar komen die de simmulatie van allerlei processen mogelijk maakt.

LOKALER PLATTENSPEICHER

PROOUKTlONSPLANUNG

;",.------.,

4. 1----..) "n_g_ ,,__ ..... . . -.. ,'6:1 . I

ZUSATZLICHES TERMINAL

,..0;....-

.....

OUALITATSSICHERUNG

~.-./

~ ~

CADI CAM·ARBEITSPLATZ

~_

atl ~

! .~ ~

CAD,CAM·ARBEITSPLATZ

1

,\\ '"'"

FA8RlKPLANUNG

....- .............. -., I " ' - . . - - - -......

:1~~1

'1

PLOTTER

ZENTRALRECHNER

I

~

~

t --,....._---_...1 t

SERVICEGRUPPE

ZENTRALE TEILE -

DATEN BAN K

CAD' CAM·AR8EITSPlATZ

-klein aantal mensen op vloer aanwezig -veel werk verricht door computergestuurde systemen, waakrobots, die alleen of in groepjes assembleren -grote voorraden zijn er niet, doorlooptijden z~jn erg kort -mensen houden zich voornamelijk bezig met bewaken van het proces en reageren op storingen -door modulair systeem gemakkelijk vervanging mogelijk -montageproces opgesplitst in blokken -computersysteem is dus geen groot centralistisch opgebouwd geheel, maar bestaat uit "onafhankelijke blokken" met goed gedefinieerde interfaces -uitgangspunt inkaop: continue goederenstroom -volcontinuedienst in verband met rentabiliteit van de machines wel kortere werktijden

Prpductie- en yqouaAdbeheer.

§1.

Wat is

prQducti~

cn vcqn.adbeheer.

Een productieproces kan men OpgCbCllwd zien al: cen voor:aad- en bewerkingsposten.

dat

net~~rk

Vt)or

een beli:ijf

J~s~2n

of

net~crk

van

~et ~ verwant:~ prc'~:lct~!l

::)!1

e: a13 voigt uit kunnen :ien:

grondstoffen

\1

VOO-1ItA"O

r

I

fig. 1.

Hierbij wordt de afname van het eindproduct door de

kl~nt b,~paald,

cn de

tussenvoorraden zijn in meer of mindere mate van deze v:aag afhankelijk. De productie- en voorraadbeheerzins of -sturing zorgt ervoor dat de

Jiv~r~c

voorraden op elk moment voldoende groat zijn, en dat de bepaalde bewerking2n 02

ce

j~iste

tijdstippen en in de juiste volgorde plaat=vinden.

Voora1 bij gecomp1iceerde producten, en bij proGucten met

~it~i3=elb~re

ondcrdelen is cit een erg gecompliceerde taak, als bovcndicn ccn levE~rtijc,

en minimale kosten

i;:'-;!~i;3t

wor,-:.:,D..

-15 -

k~~t~

GE'WEA",,,/~

De structuur van deze sturing ziet er in het geval van de Materials Resource Planning, eruit als in fig.2. (zie oak diktaat

~rof.

Monhcmius bIz. 165)

HnschmulVOOrh(!tb(!huningssystum MRP II (naar Plossl &: W~/ch).

SCHEMA

MAP II

industrieel

bedrijfsmidd.

plan

plan

hoofd prod. programma

globaal cap. plan

•

gedetaill. cap. plan

prioriteiten lijst

input/output

overzichten

J .:J

Het proces van de productiesturin; bcgint bij

opst~llc~ v~n ~cn

inJustrieel

plan, aan de hand van marktvoor3pellingen cn klantenwensen en orders. Hiermee wordt bepaald hoeveel

productiecapacite~t benodigd .~ v~or1ie

periode. Cit resulteert in een bedrijfsrniddelenplan op grond even:ueel het machinepark wordt

~aarvan

g~wijzigd.

Uit het industrieel plan voIgt globaal hoeveel er per periode

gepr')du~eerd

moet worden. Deze hoeveelheden worden nader gespecificeerd in een hoofdproductieplan ( HPP, master production schedule ),

~aarin

ook

verw~rkt

worden de orders die binnen gekornen zijn, en gegevens over de beschikbare capaciteit uit hetglobale capaciteitsplan. Het HPP en het globale capaciteitsplan zijn van elkaar afhankelijk, cn werden in cen itcratief proces bepaald. M.b.v. de Material Resource Planning (MRPI) kunnen uit hat HPP de beho2fte en de tijdstippen van bepaalde producten of halffabrikaten bcpaald worden. Bcvcndien kan hiermee een gedetailleerd

producticpl~n ~

~:~·Iui=e~cnts

Planning) opgesteld worden. Door de flexibiliteit in de doorlooptijden wordt er ock nog prioriteitenlij~t

bepaald, om bij vertraging bepaalde

~en

order~

te

k~nnen

voortrekken. Dc werkopdrachten moeten worden uitgegeven, en de productievoortgang moet bij gehouden worden. Bij eventuele afwijkingen moet dit

st~p.ds

teruggekoppeld worden, om tijdig de juiste maatregelen te ncmcn en om toekcmstige fouten te voorkornen. Dit hele systeem wordt geautornatiseerd door de MRPII ( Materials Resource Planning ), daarvan is dus de Material Requirements Planning ( MRPI ) een onderdeel.

~

..... \

-n-

Tegenover de MRP! staat de Statistic Inventory C':mtrol .( SIC ). Deze laat:;te methode werkt

~et ~e~ bcstel~cment.

Hiercnder wordt verstaan

2e:~ :t~::el

van

procedures, besllssingsrege13 en registers die bedoeld zijn om een voortdurende fysleke be::chikbaarheld te

vcr:~kc:2r. -"-2..11

2..l1e artikel.::n, die

samen de voorraad vormen t.o.V. een onzekere afname; dus voer elk onderdeel wordt een apart afnameverlcop beschouwd, en

~orden

J.part bestelniveau,

veiligheidsvoorraad etc. bepaald. Er is geen directe koppeling met het HPP, maar het is gebaseerd op gegevcns uit het verleden. Bij de MRPT wordt de behoefte aan onderdelen bcrekend. De vraag naJ.I of

d~

~~t

cen

~:hankelijke

vraag

behoefte aan een bepaald artikel wordt

afhJ.nkelijk genoemd, wanneer die vraag of die behoefte niet gerelJ.teerd is aan een vraag of een behoefte aan een ander artikel. Seze vr~ag ~O(:t voorspeld worden, cn staat omschreven in ~et HPP. D~ afhankelijke vraag is dlrekt gebaseerd aan oE afgeleid v.::.n de vraag naar de beheofte aan een ander voorraadartikel of eindprodukt. Deze afhankelijkheid staat beschreven in de "Bill of

~atcrials"

BOtJ! )

(ver?elijk met stuklijst). tijdsfascrik~g_

dimensie wordt toegevoegd door de informatie

ov~r 3~ecifiekc dat~ ~! ::~~

perioden te registreren. Hierdoor kunncn series :;amengevoegd ;rotere, rendabelere serie:, of piekproducties kunnen periode uitqesmeerd worden.

D.w.:.

:::1-

Een tweede belangrijk kenmerk van MRPI is de

worle~

ov~r e~n

~t~

tot

lang:re

Verschillen tissen SIC en MRPI: Veor de MRP is een rekenmachine nodig, door de vele gegevens die continu verwerkt moeten worden. Bij de

~RP 13

de

1~ans

ond~rdelen-groter,

op het tijdig

beschik~aar

zijn

v~n d~ ]EWenst2

het voorraadniveau ligt lager en er i3 een hogere

graad.

-28-

servi~~

De verklaring hiervoor is dat wanneer onderdelen worden

en

voor~peld

besteld, onafhankelijk van elkaar, dan zullen de voorrade:1

niet pa3scn

0r7~~

bij de behoefte uit de samenstellingen en dus is de cumulatieve dienstverleningsgraad veel lager dan die van

ce

cnderdelen als zodanig

gezien. Dit komt daordat de individuele prognosefouten van een groep onderdelen die gclijktijdig nodig zijn am een samenstelling te kunnen fourneren bij elkaar worden opgeteld. Als de waarschijlijkheid dat een artikel in voorraad het nedig i3, 90 \

i~,

lS

op het moment dat

dan zullen twee artikelen die gelijktijdig nodig zijn

een gecombineerde waarschijlijkheid hebben

v~n 31e~ht=

21

~

(0.9 * 0.9

0.81). Vaar 10 van die artikelen is de kans al gedaald to 2:1 (

.., ft

waarchijnlijkheid ). Zelfs met een dienstverleningsgraad van 95

~

waar~chijnlijkheid

~ ~;

(\ • '';

oJ

is de

50 ~

(zie

t~bel 1).

Deze gecombineerde waar3chijnlijkheden maken duidelijk dat het ni0t van een tekort ( en dus het ontbreken van de ncodzaak em tc gaan bij een samenstelling uit 20 of 30 ver:c~il:cndc o~;ier·j:::2n ( ~~

d~t

van het beztelmoment een puu: gelukje is. Let weI dat de:e tukcrtcn door onvoorzicne gebeurtenis:en maar dcor H:T

optrede~

c~a:~cren

onrealistische voorstelling ) die besteld zouden worden vol;cnz de ~eroorzaakt

til

van 10 verschillende artikelen minder dan 60 • en veor 11

artikelen daalt die al beneden

worden

~

is

]l~~n

meth~dc ~iet

:7:~EE~

)

Aanlal artikelen I

Dienstverleningsgraad 90% 95%

0.900 0.8\0 0.729 0.656 0.590 0.53\ 0,478 0,430 0.387 0.348 O.J 13 0.282 0.254 0.228 0.206 0.121 0.071

2 3 4

5 6 7 8 9 10

" 12 13 14

15 20 2S

0.950 0.902 0.857 0.8/4 0.774 0.735 0.608 0.663 0.630 0.599 0.569 0.540 0.513 0.488 0.463 0.358 0.260

tab-:l 1.

worden.

De

bestelmomentc~

~ethode

gaat, zoals gezcgd, ult van ecn mIn of mcer

gelijkmatig verbruik in kleine

echter dit

stapp~n v~n .~.~

uitgan~spunt onrealisti~ch

blijkt,

~ ,~ ..... "1 '..... -' '- ,~

-

1 (''';

.......

~crdt ia~:d~or

de voorraad uniform ell gelijkmatig afneemt, ontkracht. In

:1;.

de aanname

d~t

f~~ricaS~~~0-~:j

volgende fabricagestadia. Bij de MRP is aIleen het

Hrr

ecn onzekere factor. Die worjt

bepaald wat er zeker verkocht of resp. geproducecrd zich

da~

oak

~~n

ka~

~oor

een

wcrd2D, en waar

te houden heeft.

Het HPP is'e~n comprom:~ tU3sen beschikbare producti~capacit~it ~~ ~: markt"':raag.

- 60 -

perio~c

~€n

HOOFD Pl'OOUKTlE PlAN

Eindartiltelserie

MBP-SYSTEEM

JHogere P'lI~lIChl I SlImenSlelling

•

Bnilo-betloefta onclerdltel

I

I

VOORRAAOBEHEER -

•

•

Netto-betloefte onc/et'd..,1

-

1-

, 1-

J

J

~,,nltClOllbesteUi Lopende;nv!

LOQende 'llbricage-opdracht

I

I I

I

-

PR08LEMEN

• deltlti!19Slekort netto-benoetlen • lelCorf aan dOOr·IOOlltijd om de netlo-behoefte" te deltlten

VERWERVINGSPR08LEMEN

FA8R1CAGEPR08LEMEN

X Achterstllllige loelevertng. X Kweliteilsafkeuring. X Leverancier kan nMlt leveren.

X X X X

Achterstllilige werkopdracht UilVlIl. Proces onderbroken. Overbezetti!19.

fig. 3.

Veer het

voorraadbc~eer

behoeftc berekend of

zijn dus twec

gcsl:h~t,

en is

~r

Hieruit volgen vier methcden veer het

~unten

van bclang n.l.

cen tijdsfascri!lg. veerraadbe~eer.

Onderdela"behoetle:

vIe prognose

b'lhouden van de voorraadposllIegegevBf's

aileen aantallen

SlalJstlsch beslelmoment

aanlallen en lJjd

beslelmomenllJjdfasertngsmelhode

door berekening

SlIF1egroollebehoettaplannong

Male"aai Behoelle Planning

Proon......n on.fI\enl<elijl<.

Hoofd Prod...., ..

ord... 011

vr·ao

PI.n

onderdel.n

Voarr.ed· OOSIU.

reg...,.t.•

Esterne

Produl<'·

MBp· SYSTEEM

9_8no

output

InpUl-hrunnen vuur et'n 1,,1 BP-sys[eem

fig 5. Dc:e fi]uur geeft een cverzicht van de vereiste

input·-g2gcvC~~. B8':2~j~

meet a.in de vol
voorraadartik~l~n voorraadregistr~tie

- betrouwbaarhcid van gegcvens doorlocptijden bekend zijn van ieder artikel - ieder

voorra~d~rtikel

gaat in en uit voorraad

- aile enderdelen van cen samenstelling zijn nodig op hct moment dat de samenstellingsopdracht wordt uitgegeven - kwantitatieve overeenkomst tussen uitgifte en verbruik - proces-onafhankelijkheid van de te produceren artikelen - geed orgelcid personeel met goed teamwork in een goed systerID Twee elsen. aan het HPP; 7c~r

j~ ~r~~:t~~che

~ruikbaarheid

~cet

het nict tc

~eel ver:~hj_11c~de

.t

produktcn

bev~tten.

H!ertoe kan men de behoefte aan hoofdcomponenten eindpr8Juct~~.

be schouwen in plaats van de 2. Het HPP meet een

tijdsfa~ering bcva~t~n.

door" boekhouding van de toekomst • en daaxdoor: - cen gcede klantenservice

1age investeringen - rendabelc opcraties

Kritiek op het

3y~teem

die bin.n.,;n de r-1RPII veela1 gegeven wordt aan methode nocdzakel:jk/ ~~r.FI

i::

••• -..~.,.. ""l "

1

..... ,~ ........ ~

e~

kunncn oak

~4RPI.

goedkopere methoden

an~erci

positic

Niet altijd i::; die toegepa:~

"1"1"" II ......... 1

.

onderdelen zijn, waar montage van samengestelde cindproductcn freq~lent

ce

van Monhemius richt zich op het belang en

vaorkOffi0nde en nict te

la~ge

series

In

..

~·~:l.nl;;

wcr~t v2rri~ht.

hcb~en.

E~kele

technickcn die toegevoegd kunnen werden

• pegged requirements·

een bcpaald onderdec1 toepassen van "

fir~

zodat de

th~nz

ZlJn:

plannerdes;cw~n:t

kan

Zl~n

waartoe

gcfabricccrd moet worden.

planned orders

II

- zijn orders die geplanned

,~"

~

en nog niet gereleased, maar die niet door een computer-programma autamatisch buiten de planner

\-, -~("-.,.

;, l ...., '_~'"

De mogelijkheid am het " lijfelijk " uitzetten van ondcrdelcn en co~pcn8ntenvoor

Ged~mpt

mont~ge

te vervangen door :chriftelijk te

reag8rcn op een grate afzet. \

~~

"-' .... J.I.:

r2s~rV2r:~n.

Voorkemen meet worden: - HPP vaak te wijzigen - werkelijke b8s1issingen aan computers over te laten

in HP~ - hct invaeren van zo kart

-

wensdrom~n

~egelijke doorlooptijd~n

Numerieke besturing

- Geschiedenis van de numerieke besturing. - Huidige stand van zaken in de numerieke besturing. - Toekomstige ontwikkelingen. Geschiedenis van de numerieke besturing De eerste gedachte aan numerieke besturing ontstond in 1949 in de Verenigde Staten toen men numeriek berekende vliegtuigonderdelen direkt vanuit de berekeningen wilde gaan vervaardigen,zonder daarvan kopierinrichtingen te gebruiken. Op het Massachussets Institute of Technology (M.I.T.) werd in de jaren 1950 tot 1952 een driedimensionale baansturing in een freesmachine gebouwd. De invoering van numerieke besturing in de V.S. had snel succes op het gebied van de boormachines.Vooral omdat de bijbehorende bestu~ ringen eenvoudige puntsturingen waren.Daarnaast stonden in de V~S. komplexe besturingen voor 5-assen beschikbaar.(Bendix,General Electric).Al snel begreep men dat het niet allen mogelijk was komplexe geometrien te bewerken,maar dat het ook mogelijk was door verandering van datadragers tot een hogere flexibiliteit te komen.Daar invoering van automatische gereedschapswisselaars kon men de flexibiUteit nog meer verhogen. Tijdens de tentoonstelling van werktuigen in Parijs (1959) werden , de eerste numeriek bestuurde nachines verkocht in Europa. In 1959 had de firma Burkhardt & Weber het eerste bewerkingscentrum met automatische gereedschapswisselaars. Toch werden de numeriek bestuurde machines slechts aarzelend in gebruik genomen in Europa. Dit had ondermeer de volgende oorzaken: - Men was bezig konventionele machines te verbeteren. - Men beschikte niet over de financiele middelen. - Door de gelijktijdige eerstmalige toepassing van elektronische bouwstenen ontstonden er problemen met betrekking tot beschikbaarheid en de betrouwbaarheid. Terwijl de eerste Amerikaanse besturingen opgebouwd waren uit buizen relais etc. ontstond er rond 1960 een tweede generatie besturingen met halfgeleider bouwstenen". Door het grote aantal verschillende bouwstenen en door de verbindingstechnieken waren er problemen met de betrouwbaarheid. Deze werden pas opgelost bij produktie van grote aantallen,waardoor aIle mogelijke fouten geelimineerdkonden worden. Ook het verminderen van het aantal verschillende bouwstenen een positief effekt op de betrouwbaarheid. Naast de technische ontwikkelingen van de besturingen kwamen de volgende opdrachten naar voren: - Het aanpassen van de besturingen voor de verschillende machines en processen.

-

65'-

- Het inbouwen van apparatuur die het voor de operator mogelijk maakt correcties aan de brengen. - Het inbouwen van technologische informatie zoals nulpuntsverschuiving,gereedschaps- radius en lengte,snelheidsverandering. De benodigde informatie werd meestal door 8- bits code ingegeven. Bij baanbesturingen was dit niet voldoende. De eerste Amerikaanse besturingen hadden daarom een "buiteninterpolator",die de posities berekende en op een magneetband meegaf, die de machine bestuurde. Om ponsbanden te kunnen gebruiken werden later"alleen "binneninterpolatoren" gebruikt. . De werktuigmachine zelf moet ook aangepast worden: b.v. - Andere aanzetsijste~en. - Andere kracht- en snelheidsgebieden. - Toepassing automatische gereedschapswisselaars. Begin jaren 70 kwam er nog ~en keer~een grondige verandering in de n~erieke besturing. Niet langer werd toegepast "inwendige programmering (hardware)",maar een mikroprocessor (software). Het aantal bouwelementen werd hierdoor weer verminderd. De betrouwbaarheid steeg hie.rdoor weer. De verplaatsing van de interne afloop naar een programma (software) bleek even zo weinig flexibel als de hardware daarvoor,maar in elk geval konden de bedien~ . ingsmogelijkheden en funkties vergroot worden.Beslissend daarvoor was het toevoegen van een N.C.-programma geheugen,waarmee het mogelijk was een volledig programma voor de bewerking van een werkstuk in het geheugen te bewaren en te korrigeren. Eerst toen werden ook de handingavebesturingen mogelijk, waarmee het besturingsprogramma m.b.v. een toetsenbord ingegeven wordt. Huidige stand van de numerieke besturingstechniek De laatste jaren is de ontwikkeling in de numerieke besturing vooral op het kostenaspekt gericht. Dit leidde tot sterke rationalisering van de besturingsvervaardiging en tot de wens door gunstige inbouwtechniek, hoge integratiedichtheid van de bouwelementen en automatische controle van de bouwelementen een sterke kostenreducering te bereiken. Een wezenlijke stap hiertoe is de komst van de functie gesplitste besturing door geheugenprogrammeerbare besturing en door opbouw in modules. Enkele typerende bouwgroepen zijn: -Intelligent bedieningsveld (Eigen rekengedeelte). -Besturingselektronika. -Vermogensgedeelte. De noodzakelijkheid numerieke besturing in grote aantallen te bouwen, gaf een vasgelegde funktieomvang voor besturingen door een kompromis tussen besturingskosten en gebruiksmogelijkheden. Ie grote funktieomvang geeft te hoge kosten. Een te kleine funktieomvang geeft een te laag aantal toepassingsmogelijkheden.

De aanpassing van de besturing aan de verschillende besturingseisen geschiedt op verschillende wijze: 1 De enkele machine stelt eisen op het gebied van werkwijze en snel- heid. Veel van deze eisen kunnen door de programmering van de bijbehorende geheugen programmeerbare besturing vervuld worden.Treden er echter volledig andere tijdsafhankelijke zaken op,dan wordt ook de kern van de besturing geraakt. 2 Uit bedieningsoogpunt kunnen ook onderscheidbare eisen gesteld - worden. Tot voor kort werd als eis gesteld: Een goed afleesbaar bedieningspaneel. Tegenwoordig: Toepassing van grafische beeldschermen, waarop kontouren en bewegingen gevolgd kunnen worden. Besturingen onderscheiden zich verder nog in: 3 Besturingsomvang: Het aantal te besturen assen. Het aantal van elkaar afhankelijke assen, die van elkaar afhanke- lijke bewegingen uitvoeren. 5 In mogelijkheden gegevens uit het proces terug te winnen of het bij - besturing betrekken van inklem- en toevoerinrichtingen.

4

Dit alles leidt tot de eis van het toepassen van meervoudige bestu-_ ringen. Als we naar het aantal numeriek bestuurde machines kijken,dan blijkt dat Nederland nu achter loopt i.v.m. andere geindustrialiseerde landen. De volgende tabel geeft aan het aantal numeriek bestuurde machines in 1980 voor een aantal landen. Land:

Aantal (1980):

'1-. S.

52900 25000 16200 9500 5600 2300 2200 1100 1000

West-Duitsland Sovjet Unie Japan Groot Brittanie Italie Frankrijk Zweden Nederland

Bij het programmeren van numeriek bastuurde machines kunnen we drie methoden onderscheiden:

1

Werkplaatsprogrammering. 2 Handprogrammering. 1 Machinale programmering. ad.I: - Weinig komplexe produkten. - Bij series van la-50 produkten. ad.2: -. Meer komplexe produkten. Bij eenvoudige produkten kort handprogrammeren 2 a 3 x zoveel tijd als werkplaatsprogrammering. - Vooral bij seriefabrikage, omdat het optimaliseren van het bewerkingsproces hierbij een grote rol speelt.

-11 -

ad.3: - Bespaart bij eenvoudige produkten veel tijd t.o.v. handprogrammering (35 a·40 %). - Wordt ook gebruikt bij meer komplexe produkten. Ret aantal NC machines heeft nauwelijks invloed op de programmeermethode. Een goede organisatie is bij het toepassen van numeriek bestuurde machines een belangrijke zaak. Rierbij worden 3 eisen steeds be-' langrijker:

1

Ret beschikbaar zijn van aktuele informatie, zoals gereedsch~psg.egevens, verspaningstabellen. 2 Ret minimaliseren van stilstandtijd door correlatie van programmas. 3 De mogelijkheid grote hoeveelheden data op te kunnen slaan en op - gedefinieerde deelprogramma's terug te kunnen grijpen. Ret is belangrijk dat de huidige gebruikers van numeriek bestuurde machines zijn organisatie zo opbouwd, dat onafhankelijk van het aantal onderscheidbare programmeermethoden de noodzakelijke informatie op de snelste en meest economische manier bij de numeriek bestuurde machines geraakt. Toekomstige ontwikkelingen De grootste wensen met betrekking tot toekomstige ontwikkelingen van de numerieke bestuuring zijn: 1 Normalisatie van bedieningsfunkties. Koppeling van CAD/C.~ met numerieke bestuuring.

2 3 4

Vereenvoudiging van bestuuringsfunkties (Modulatie). Met grafische systemen:- Kontrole en test mogelijkheden. - Vakmanschap kan weer beter tot zijn recht komen. 5 Meer "On line" werkplaats programmering, waarbij meerdere numeriek - bestuurde machines direkt aan een terminal aangesloten zijn. Literatuur:

1 G. Stute - Numerische steurungen' fur werkzeugmachinen. Zeitschrift fur industrielle fertigung ; pg. 91 December 1981 1 w. Eversheim, D. Gebanes, B. Rolz Stand und Entwikkelungstendensen der NC- techniek. T.Z. fur Metallbearbeitung; no. 1, 1982 3 Metaalbewerking - 1982, no. 6, biz. 128.

- ;f1-

Signai:l1verwerking, aandrijvingen en meetsystemen bij numeriek bestuurde gereedschapsmach i nes •. Si gnaa 1ve rwerk i ng Taak van de besturing: a. Rekentaak: De gegevens over de contour of het materiaal van het werkstuk moeten verwerkt worden tot o.a. stuurgroogheden voor de sledeaandrijving, hoofdassnelheid teneinde een optimale verspaning te krijgen. b. Regeltaak: Het resultaat van de uitgegeven stuursignalen moet continue door terugkoppe lsystemen worden gecontro 1eerd en bi j geste 1d, zoa 1s_ o.a. de terugmelding van de snelheids- en pos)tiesturingen.·· Logische-taak: Van een aantai maa,inefi.lrlk-iies behoeft slechts de toestandsgrootheden (aan of uit) te worden bewaakt en/of geschakeld.

- c.-

Informatiebewerking De inforrnatie over een te bewerken werkstuk- vooraf in alpha-numerieke vorm vastgelegd in papierband, magneetband etc. wordt na inlezing opgeslagen in het geheugen van de besturing. De gewenste sledeposities, die in de informatiedrager zijn vastgelegd, moeten onder beheer van de besturing oak inderdaad gerealiseerd worden op een bepaald tijdstip. De nodige berekeningen en bewerkingen hiertoe worden bij de numerieke besturing uitgevoerd door een computer. De besturing (computer) zal aan de hand van de gegeven contourinformatie van het werkstuk begin, eindpunt en contour van de baa signaalwaarden berekenen op achtereenvolgende tijdstippen. Het signaal is dan nag niet continu, maar bestaat slechts op de genoemde tijditippen. Dit komt overeen met het begrip bemonsteren van een signaal : X (t). Tussen de genoemde tijdstippen kan geinterpoleerd worden. Metgeenvoudige functies wordt dan de signaalwaarde tussen 2 tijdstippen m.b.v. een interpolator benaderd met een koudcircuit (reconstructie- , laagdoorlaat filter) wordt het gevormde signaal X (t). Dit is een benadering van het oorspronkelijke signaal, maar wordt besch8uwd als het gewenste stuursignaal voor de servols.

j .S

§~

r ].

~

~

-s

~

~~ ~

1 '$" L.. .J

~ \)

\i ~ a s §

t\.;

~

SQ('VO

~

\

X

Van een tijdssignaal x(t) is het mogel ijk m.b.v. Founerintegralen een frequentiespectrum -signaalspectrum X{jw)- te bepalen. Dan wordt namel ijk vastgesteld uit welke freq"uenties en in welke mate (amplitude1 een bepaald tijdssignaal blijkt te zijn opgebouwd. AIleen voor periodieke signalen Is dit een verzameling van discrete frequenties, voor andere tijdssignalen is dit een continue varzamel ing: een frequent tespectrum. Voor prakd sch voorkomende s"igna len bestaat er in zoln spectrum een hoogste frequentie de grensfrequentie w . Dit hangt samen met het feit dat reele signalen een beperkt vermogeH hebben. Als nu zoln continu signaal X(t) wordt bemonsterd dan luit het IItheorema van shannon": Wanneer het frequentie spectrum van een signaal x(t) begrensd is tot een gebied o-w ,dan wordt dit signaal voldoende vaak bemonsterd met een bemonsterings~requentie waarvoor geldt:

21T

d.w.z. op tijdsttppen st met dus

=-

st

at

<

....!.

- Wg

Wil men uit het aldus verkregen bemonsterde signaal X~(t) zonder informatie verlies het oorspronkelijke signaal kunnen reconstrueren, m.a.w. om een volledige constructie mogel ijk te maken moeten per periode van de hoogst voorkomende frequentie minimaal 2 bemonsteringen worden gedaan. Het servosysteem is een onderdeel van het reconstructiefilter bepaald door de massatraagheden, wrijvingen kan het servosysteem slechts signalen beneden een bepaalde grensfrequentie doorlaten: het servosysteem heeft een bandbreedte: w . Positioneringssignalen met een hogere frequentie dan w worden doo~Shet aandrijfsysteem niet gereconstrueerd. Daarom wordt gekoz~~: wb = 2 wgs Het bemonsteringstheorema van shannon heeft gevolgen voor de programmering. Aannemende dat we met een constante contoursnelheid Uk willen verspanen, dan geldt voor de afstand

met

21T

tot = -

1T

=-

wb wgs vk· 1T . as = wgs-

(st

= bemonsteringsinterval)

volg

de kleinste zinvolle programmeerbare afstand

Oeze as is dus de kleinste contourafstand waarbinnen ingrijpen niet mogeliJk is. Interpolatie Onderverdeeld naar de bewegingen, die tusen begin- en eindpunt van een contour mogelijk zijn, onderscheidt men enkele besturingenj - puntbesturing " - lijnbesturing (eenvoudig) - lijkbesturing (uitgebreid) baanbesturing Bij de uitgebreide lijnbesturingen en bij baanbesturing worden zogenaamde interpo Iatoren toegepas t. Oi t z i j n dan mees ta I een 1 i nea ire respect ieve 1 i j k een circulaire interpolator.

- LjO-

Dec i nte.rpol ator berekent voor een betreffend stukje contour de gecoord i neerde bewegingsaktiviteit van de respectievelijke bewegingsrichtingen, zoals op deze wijze de gewenste contour zo goed mogelijk gerealiseerd wordt. Een interpolator moet voldoen aan de volgende eisen: - De door de interpolator berekende Krommen moeten zo goed mogelijk de contour van het werkstuk benaderen. - De resulterende contoursnelheid moet binnen ruime grenzen verstelbaar en onafhankel ijk van de contour zijn. - Het kumm. aangegeven eindpunt moet exact bereikt worden, opdat er namelijk geen sonrnatie van wegfouten plaatsvindt. Interpolatoren werken i .h.z. digitaal. De digitale interpolator bezit in principe een constante nauwkeurigheid, onafhankel ijk van de lengte in het te interpoleren stukje contour. De nauwkeurigheid hangt in de eerst plaats af van de kleinste wegeenheid (increment), waarop de berekeningen worden gebaseerd. De meest gebruikelijke methode is de numerieke integratie van snelheidscomponenten, de z.g. Digital Differential Analyzer (D.O.A.) methode. De interpolator berekent hierbij voor elke as een aantal pulsen, waarvan het aantal per tijdseenheid overeenkomt met de betreffende as-snelheid. De sledeaandrijving integreert de afzonderlijke snelheidscomponenten tot een weg. Kiest men de wegincrementen voldoende klein dan wordt deze integratie teruggebracht tot een sommatie van snelheidscomponenten. Voor de sturing van gereedschapsmachines is de lineaire en circulaire interpolatie het meest gebruikelijk. Andere interpolatiesoorten zoals de parabolische worden slechts in bijzondere gevallen toegepast. Aandr i jv i ngen Open en gesloten besturingen De besturing van een Nube-machine dient ervoor te zorgen dat de gewenste sledeposities, die in de informatiedrager - zoals papierband, magneetband zijn vastgelegd, inderdaad ook gerealiseerd worden op een bepaald tijdstip. Daartoe geeft deze besturing - vooraf berekende en via een interpolator verlopende - signalen af aan de aandrijfmotoren van de slede. De aandrijfmotor voert daarop met de gewenst snelheid een hoekverdraaiing van de as uit, die tegelijkertijd door de mechanische overdrachtselementen in een verplaatsing met gewenstesnelheid van de slede resulteert. Bij de besturing met aandrijving meot onderscheid gemaakt worden in 2 typen: a. Q~_ge~D_e~~!~rlng De aandfljfmotor is zo gebouwd, dat iedere stuurpuls die de besturing via de impulsversterker aan de motor afgeeft een bepaalde verplaatsing van de slede tot gevolg heeft. Bij dit systeem vindt geen controle plaats of de stappen werkelijk uitgevoerd worden omdat een terugkoppelsysteem ontbreekt. De hoeksnelheid wordt gestuurd met de frequentie van de stappenmotor. Oeze bepaalt dan ook de nauwkeurigheid.

b. Q~_g~~lg!~n_e~~!~rlDg Aan de slede is een meetelement gebouwd, dat de werkelijke sledepositie en de waarde d.m.v. een signaal aan-eenvergel ijk orgaan - verschilversterker - aanbiedt. Dit signaal wordt in dit orgaan vergeleken met de gewenste waarde uit de besturing. Afhankelijk van het verschil tussen beide waarden wordt de aandrijfmotor bekrachtigd. De nauwkeurigheid waarmee de gewenste positie bereikt kan worden, hangt voor een belangrijk deel af van' het gebruikte meetsysteem.

- 4' -

De door de sturing vastgestelde snelheids- en positiewaarde moet door de aandrijving met de grootst mogelijke nauwkeurigheid en zonder vertraging omgezet worden in de relatieve beweging tussen werkstuk en gereedschap. De ~. Ai~. we a.a!1_ ~~n _s 1e511:~a_an~r_~j v i ng s t~ 12 en z i j n: - Goed dynamisch gedrag. Veranderingen in het stuursignaal moeten met de geringste vertraging door de sledeaandrijving worden uitgevoerd. - Vervormingsvrije signaaloverdracht. De overgang van de ene positei naar de andere mag niet tot slingeringen van de aandrijving leiden. - Elimineren van storingen. Schommelinger1 in wrijvings- en snijkrachten vereisen een hoge statische en dynamische stijfheid van de aandrijving en de gehele regelkring. - De aanpassign bij meer-assige besturing. De overdracht van de verschillende assen moet gelijk zijn, d.w.z. de snellere aandrijvingen moeten aan de langzamere worden aangepast. De gesloten besturing bestaat uit de volgende componenten: - de regelinrichting - de aandrijving - het meetsysteem

*

In de regelinrichting wordt de werkelijke positie Xw vergeleken met de gewenste positie Xg . Het resultaat is de regelafwijking Xa = X - Xw en deze wordt toegevoegd aan de regelaar met een P, I of PID gkarakter (p = proportioneel, I = integrerend, 0 = differentierend). De regelaarkarakteristiek is zodanig gekozen dat het systeem een optimaal gedrag heeft. Overeenkomstig dit optimaliseringskriterium wordt in de regelaar uit Xa een tijdsafh. signaal voor de aandrijfmotor gevormd. Indien de regelafwijking Xa nul wordt, dan heeft de slede zijn gewenste positie bereikt. Het aandrijfsysteem bestaat uit de vermogensversterker, de servomotor en de mechanische overdrachtselementen. De vermogensversterker levert de benodigde energie voor de aandrijving. De gebruikelijke aandrijfmotoren zijn gelijkstroom- en hydraulische motoren. De rotatiebeweging van de as van de motor wordt meestal via een spindel-kogel omloopmoer omgezet in een translatiebeweging van de slede. Het meetsysteem levert de terugkoppeling van de regelkring. De werkelijke positie Xw van de slede wordt m.b.v. een hoek- of wegmeetsysteem gemeten en samen met het ingangssignaal Xg naar de regelaar gestuurd, ter vorming van een stuursignaal van de aandrljfmotor.

~

~

n

Door de regelkring en vooral het integrerende karakter daarvan, wordt de werkelijke positie Xw in overeenstemming gebracht met de gewenste positie Xg en de invloed van stoorkrachten geel imineerd. De eis dat de werkelijke sledepositie Xw zo goed mogel ijk en foutvrij de gewenste positie X voIgt kan gerealiseerd worden door; 1. Gering~ speling bij de mechanische overdrachtselementen 2. Hoge stijfheid van die mechanische elementen waarop grote krachten komen. 3. Kleine massa traagheidsmomenten van de roterende delen. ~_. Hogemechan i scl}~_ ~j g~r]f r~quenti e _. . _5· Geringe tijdconstante van d~ aandriJving . _6 Hoge roncl9Ea.!1ge_.Y~.r?_~_r~Lng __\:LaJLd~e.galkrlng-LHoge demping om instabiliteiten en opslingeringen te voorkornen

__

- yt -

Aandrijfsysteem

Positie-regelaar (hier P-karakter)

- vereenvoudigd blokschema van een positieregelkring. Stabiliteit van regelkringen

De verhouding tussen in- en uitgangssignaal (in frequentiedomein) wordt genoemd de voerdrachtsfunktei : H(jw) H(Ow) J

=~ xUw

anneer meerdere systemen achter elkaar in serie worden gezet kan kan uit de afzonderlijke overdrachten de overdrachtsfunktie van het gehele systeem worden bepaald. In het tijddomein is dit evenwel niet zo gemakkelijk. In het frequentiedomein kan van een combinatie van systemen. op een eenvoudiger wijze de overdrachtfunktie worden bepaald. De qua stabiliteit meest interessante combinatie is die met tegenkoppelingo Bij de tegenkoppeling geldt voor de overdrachtsfunktie van het totale teruggekoppelde systeem: H ,(oJW } -_ YPW~ X jw

=

- 43-

Y(jw)

= HI (jw).X(jw) =

,

r----tt)

l+ I

I

1 I

",I

-

X(jw)

I

Hq~)

I

~~

t

I I I

~L~'W)

I

I H' L~\..))

L __

yl:t)

....,

.~

I I

-

I I

_

_ _ ..Jt

Het totale teruggekoppelde systeem is nu instabiel voor die frequentie waarbij de noemer van (1) mul wordt, d.w.z.: 1 + H(jw)G(jw) = 0 Dan kan volgens (2) de waarde van het uitgangssignaal Y(jw) zeer groot worden onafhankelijk van het ingangssignaal X(jw) Aandrijfmotoren Bij de moderne produktiemachines worden op diverse plaatsen aandrijvingen toegepast. De belangrijkste 'component van zoln aandrijving is meestal een motor met zijn voedingseenneid. De keuze van de motor wordt bepaald door de specifieke eisen, die aan de aandrijving gesteld worden, zoals o.a.: - nauwkeurige bestuurbaarheid - hoge snelheid of vesnell ing - eenvoud van constructie - eenvoudige of goed regelbare voedingseenheid. M.b.t. het gebruikte medium voor de energie-omzetting kan men deze aandrijvingen verdelen in: - e 1ekt r i s che - (elektro) hydraulische - pneumatische Beschouwen we hiervan uitsluitend de aandrijvingen met elektrische motoren, dan kan deze groep weer onderverdeeld worden in: - wisselstroommotoren, synchroon en asynchroom - gelijkstroommotoren

- ltneaire motoren - elektrische stappenmotoren

Bij de moderne machines worden hiE!r reeds vermogens vereist tot 50 kW of meer. Een veel toegepaste motor is de 3-fase asynchroon motor. Deze is in de regel goedkoop door de grote oplage en de eenvoudige bouw van de kooi anker rotor. Het toerental is echter aIleen continu regelbaar, door regeiing vande frequentie van het draaiveld. Een andere mogelijkheid tot toerentalregeling is d.m.v. een koppeling met tandwielkast. Daar tegenwoordig ook voor hoofdasaandrijvingen een continu regelbaar toerental gewenst is (optimale vespaningssnelheid) wordt steeds vaker hiervoor een gelijkstroommotor gekozen.

De huidige sledeaandrijvingen voor geredschapsmachines moeten aan de volgende eigenschappen voldoen: - iedere as separaat regelbaar - bereikbare ijlgangsnelheden van 10 tot 15 m/min - toerental regelbaar van ongeveer 1:20.000 orrrw/min - goede dynamische eigenschappen hebben (zoals kleine tijdsconstanten) om geringe aanloop- en vertragingstijden te bereiken. Als sledeaandrijfmotoren worden tegenwoordig uitsluitend nog gelijkstroommotoren en elektro(-hudraulische) stappenmotoren toegepast. Meetsystemen Indeling van meetsystemen 1. Analoge en digitale meetsystemen 2. Absolute en inkrementele meetsystemen 3. Meetsustemen voor roterende en lineaire bewegingen 4. dynamische en statische meetsystemen

* Analoge

en digitale meetsystemen: De kenmerkende eigenschap van een analoog meetsysteem is, dat elke posit ieverandering ~s een evenredige verandering in de uitgangsgrootheid Us veroorzaakt:

waarbij: k1 = konstante Een digitaal meetsysteem geeft als funktie in een positieverandereing een stapvormige verandering van de uitgangsgrootheid. Dus geen wijziging van de uitgansgrootheid tussen 2 stappen.

* Absolute

en inkrementele meetsystemen: Voor een absoluut meetsysteem geldt dat voor elke positievan de meetopnemer een ui·tgangsgrootheid vast ligt. Het nulpunt van net meetsysteem is niet te kiezen of te verplaatsen; de plaats van het systeem no een machine bepaalt het "nulpunt" van de machine. Inkrementele meetsystemen daarentegen hebben geen vast nulpunt (referentiepunt). Elke positie wordt in principe opgegeven t.o.v. de voorgaande positie. Is het systeem buiten bedrijf geweest dan moet voor ingebruikname het referentiepunt bepaald worden.

*. Meetsystemen voor roterende

e~ lineai~e bewegingen: Een meetsysteem voor' roterende beweglngen (rotatie) is over het alaemeen een meetsysteem, waarbij door middel van een uitstekende as een ronde merktekendrager verdraaid kan worden ten opzichte van de opnemer (of omgekeerd). Dit betekent dat de uitgangsgrootheid van een rotatiemeetsysteem overeenkomt met een hoekverdraaiing. Een meetsysteem voor lineaire verplaatsingen (translaties) is een meetsy5 teem , waarbij een opnemer lineair verplaatst wordt langs een rechtemerktekendrager (of omgekeerd). De uitgangsgrootheid van het systeem komt overeen met een lineaire verplaatsing (translatie). Vaak worden er meetsystemen gebruikt waarbij rotaties worden omgezet in translaties of translaties in rotaties, men spreekt dan van indirecte meetsystemen. Worden meetsystemen toegepast zonder gebruik van hulpmiddelen, met andere woorden hoekverdraaiingen rechtstreeks gemeten met rotatlesystemen en lineaire verplaatsingen met translatiesystemen dan spreekt men van directe meetsystemen. Rotatlesystemen zijn over het algemeen eenvoudiger van construct ie, goed afgedicht en beter beschermd tegen vuil, vocht en schadelijke invloeden van de omgeving; ook wat de kosten betreft steken deze systemen af tegen translatiemeetsystemen.

*

Dynamische en statische meetsystemen: De woorden dynamisch en statisch hebben betrekking op de manier waarop de merktekendrager bemonsterd wordt. Als het meetsysteem in rust is geeft de opnemer van een statisch meetsysteem een constant uitgangssignaal; slechts in geval van positieverandering verandert het uitgangssignaal. De opnemer van een dynamisch systeem daarentegen bemonstert de merktekendrager continu, de aard van het dynamisch signaal verandert als de positie verandert. Belangrijke eigenschappen van meetsystemen zijn: een goed oplossend vermogen, goede I ineariteit, nauwkeurigheid, grote mechanische sterkte, ongevoel igheid voor tri 11 ingen en schokken; vui I, water, koelmiddel, dampen en al1erlei narigheid die in het toepasslngsgebled kunnen voorkomen. Een oplossend vermogen van ± 1 ~m is niets bijzonders, toelaatbare snelheden boven 10 meter per minuut en toerentallen van 5 tot 6000 omw/min zijn alledaagse zaken, waarbij een levensduurverwachting van 50.000 uur, zonder onderhoud, nlet ongewoon is. Eigenfrequenties (resonanties) in meetsystemen moeten minimaal een factor 10 hoger zijn dan soortel ijke trill ingen of eigenschappen van de machine. (Voor verdergaande ontwikkelingen geldt: meting aan werkstukken in het bewerkingsproces.

SeJec~ion

criteria.

General Several machine tool and control equipment manufactures should be consulted before making a decision. Most manufactures offer a wide range of options, so that the user can find an optimum combination, both for specific immediate applications and for future plant requirements. When selecting a machine tool, first check whether working range (traverse path), drive power, feeds and speeds, accuracy and other factors directly affecting machining capacity correspond to those required for the workpieces to be produced. When comparing machines, special attention should be paid to features such as spindle rigidity and power, speed and feed ranges, guideways and leadscrews, recirculating ballscrews or rack and pinion mechanism. Factors ensuring high productivity, high metal removing capacity, present tooling, automatic toolchanging, pendulum workpiece loading or pallet changing, etc are equally important. Machinging accuracy can be adversely affected by high metal removing rates. Hence attention should be paid to vibration free machine frames, low-friction guideways, dynamically balanced feed drives, steplessly adjustable main drives, correct location of position sensors, rigid tool holding etc. Temperature rise and other factors affecting repeatability become particularly important when operating a machine on a 2 or 3 shift basis. When comparing control systems, attention should be paid to features comtri&uting to simpler, faster or improved operation since overall characteristics of an NC machine are significantly affected by the interface between machine tool and control equipment. Close operation between the manufactures of the machine and of the control unit is essential. Machine tool criteria Increased machine structure rigidity is needed to avoid vibrations and ensure high overall accuracy mechanical elements should have -

bearings with no play low friction no stick-slip low inertia no vibration.

+ Guideways: Accurate guideways are important. For high accuracy applications

+

+

+ +

anti-friction or hydrostatic guideways should be used. For short medium traverse paths, recircul ing ball screws are suitable. For long traverses, rack and pinion mechanism are needed. Gearing: Geartrains should have few gearwheels, the gears shou}d be rigid and preferably of low inertia. Shafts should be short and· torsionfree and provided with anti-friction bearings at both ends. Drives: Main criteria for drives are torque, response time, control range and size. Drives should be fast acting without overshoot and a separate drive for each axis is preferable. Compact drives enable the drive unit to be located where the power is required. Main drives: Speed steps are required for the spindle or main drive since a speed chanl)e from tape necessitates steps. Feed drives: Faster positioning is obtained with feed drive controls

-47 -

gIvIng 3 speed steps or alternatively by using drive controls with automatit. acceleration and deceleration. Infinitely or steplessly variable feed drives are necessary for continous path controls. + Motors: Constant speed motors such as the 3 phase motor require gearing and electromagnetic clutches for speed change. 3 phase motors ar~ used excusively for point to point and straight cut systems. The DC motor is particularly suitable as feed motor. Speed control is often obtained from single and 3 phase thyristor control units. Hydraulic motors for NC are either of the vane or axial piston type. The electrohydraulic stepping motor has attained wide spread use for open loop systems. This is an electric stepping motor combined with a hydraulic torque amplifier. Advantages: no measuring system required, exact positioning from any feed speed without intenmediate steps, and from the fast traverse with only one step. Disadvantages: overshoot and uncontrollable errors due to variations in tool reaction forces, friction, etc. Control systems criteria + !1e.!sl!.r.!.n.9.~y~t.!."'..:. pigital signals are easier to store, more reliable to transmit and errorfree to reproduce. Digital measuring systems require no separate analogI digital converter. The number of digits or decimal positions can be chosen as required. Digital readout can be fitted at low cost. Direct measurement has the advantage of el iminating mechanical transmission errors, but the disadvantage of high relative cost because accuracy must be maintained throughout measuring lenght. It has the further disadvantage of placing the full mechanical resonance of the machine inside the feedback loop. Indirect measurement has the advantages of low cost, simpler mounting on the machine tool and easier maintenance. Accuracy requirements can ~e reduced by combining coarse medium and fine devices. Indirect measurement is suitable for machine tools with long traverse paths. Incremental systems have the disadvantage that a previous measurement error influences all following measurements (a cumulative error). Hence dirt on scales and stray signals or vibrations can significantly affect accuracy. Analog systems are reliable and of low cost but have the disadvantage of an indirect system. They can cover only small paths. Direct analog systems are also limited to small paths. Both direct and indirect analog systems require digital/analog converters for the command signals from tape. + .B.a.!a_i.'lP.ut_&_o~t.e.u.!._

Incremental input is usually employed with continuous path controls. When used with leading zero suppression, it has the advantage of leading to shorter tape lenght since coordinate values are increments and not full. values. But program interruptions for gauging or tool changes by the operator necessitate going back to the program start or other reference points. Absolute input is frequently used with point to point controls since manua-l programning is simpler. Restart after tape or power supply breakdown (mid tape start) is easier, and accumulated error is less. Buffer storage display is useful for manual data input. This enables data to be checked before insertion into active storage. Floating zero is very useful since it enables workpiece to be located at any point on machine tool table.

Zero synchronisation or reset is useful for controls using an incremental measuring system (after mains breakdown, machine is manually moved to within a small amount, of origin on all axes. The operator then presses the zero synchronisation button to accurately position the machine to exact zero. ) Position readout: There are three types of readout. Tape input (or command position)readout displays coordinate dimensions as read from tape; it is used only for verifying tape. Interpolated data readout shows sl ide position as interpolated by the control system. True or actueal position readout displays slide position as determined by measuring system, more expensive than the other variants, this can be used as an operator aid for checking manual input and setting up the machine. Tape search: There are three types of tape search. Simplest method advances or rewinds tape one block at a time. The second method is to rewind the tape to a reference block, i.e. a referenced stopping point provided by the programmer with a special code. This block must contain full data for restarting the machine. The third method is sequence number search. It enables the tape to be advanced or rewound to any block number dialled in by the operator. However, operator must check whether this block has sufficient data for restarting the machine. Programming: Plus/minus programming:Enables part progranvning on both sides of zero with respect to absolute coordinates. Fixed cycles: provide sequences of fixed machining functions from single code word in a, program and substantially reduce programming time. Very useful for frequently used, repetitive operations such as milling, drilling, boring and taprag (particularly if automatic programming is ava i 1ab 1e) • Tape preparation: can be carried out manually or with the help of a universal programming language or machine tool or computer orientated systems. Control system selection +Lathes. - Control type: Continuous ~ath control with I ineair and circular interpolation is required for many operations. Circular interpolation saves considerable manual progamming time. For some applications, straight cut control is sufficient. Buffer storage: This is useful since it eliminates tool dwell, and hence toolmarks, while new data is being read by the tape reader. However, no tool mark is obtained if tape reader speed and servo system gain are ad~q~~~~. _ - Auxillary functions: spindle speed selection from tape is essential for full control of turning operations. Turrets can be controlled by step by step i~dexing or by direct turret face selections. Index control is sufficient for simple single turret lathes. Direct turret face selection is desirable if one tool is used repeatedly on a component but not in rotational order with other tools. Tool offset and automatic selection from tape is useful. Thread cutting is often essential. - Programming: Manual programming is adequate for simpler, single turret lathes if components are not very complex and control system has circular interpolation. Semi-automatic programming with aid of simulators is very useful. Automatic programming becomes essential for complex machining programs and if lathe operation involves two-head simultaneous movements.

- if') -

+l1l Ll.i.na, l!l~.£hin.!s~ - Control type: Continuous path control is essential for profi 1ing. Straight cut control can carry out one line milling operations. 2-axis control can mi 11 flat parts, where 21--axis control enables contouring in 2 axes and 1ine milling in the third. 3-axis contouring has depth of cut under control, thus enabling three-dimensional contouring to be carried out. Linear interpolation is essential. Circular interpolation is useful primarily ·for simple milling operations programmed manually. If automatic programming is used, circular interpolation is not useful except for shortening the tape lenght. Buffer storage: is essential for contour milling. Auxilary functions: Spindle speed selection is often effected manually. Feed selection from tape is standard for continuous path systems. Mirror image machining is useful for contour milling. Zero offset or floating zero is recommended for all milling.machines. Cutter diameter compensation is a useful option for contour mil1ing. Programming: Automatic programming is usually necessary since most milling operations are to complex for economical manual programming. APT progralll11ing becomes a necessity when the machine has more than 3 axes under numerical control.

-- --Con- t-ro 1- type: -,- - - For ""'S t

+Orilling machines.

d_,:"i 11 ing maclili nes, ~ int to po i ntis C!degua te:~ Simultaeous positioning in 2 or 3 axes is very useful, since it reduces the cycle-time. In some cases straight cut control is used, since this enables cuts to be made parallel to the axes. However, if accuracy and flexibility are required in these cases, the drilling machine should be replaced by another type of machine with contouring control.

- Buffer storage is not required. - Auxilary functions: Spindle speed selection from tape is essential for turret drilling machines. Cutter diameter compensation is useful for turret drilling machines used for carrying out 2-axis profiling. Drill turret can be controlled by indexing or by direct turret face selection, latter simplifies programming and speeds overall operation. Fixed or canned cycles are a very useful feature. - Programming: Manual programming is sufficient for a turret drill. However, automatic progralll11ing speeds up tape preparation~ reduces programming errors and eliminates much routine work. System Elements Control types Thee types of control are used on NC machine tools: a) Positioning or point to point control. The path taken by the tool to arrive at a specified position (target point) is of no importance since the machining operation only starts when the target point has been reached. b) Straight cut control: In straight cut control or 1ine motion control, the tool is moved along the axes along a straight line, at a specified feedrate, and machining is carried out during this motion.

-50 -

axis is positioned in steps. Control Loop Control systems can be of two basic types: a) Closed loop. The output is continuously measured by a feedback transducer and compared with the input, the difference (error signal)being used to correct the machine position (head or slide position). In proportional control systems the error signal is proportional to the difference between command and actual positions. In on/off systems the error signal is constant and is switched off when the target position is reached. b) Open loop. In an open loop system there are no feedback transducers and hence no comparison between command and actual position is carried out. Measuring systems Measuring devices or feedback transducers used for detennining the tool position or displacement can be based on (a) absolute or (b) incremental measurement, and be of (c) analog or (d) digital type. Absolute/incremental: In an absolute system all the coordinates are measured from a fixed datumpoint without reference to previous coordinates, whereas in an incremental system each displacement is measured as the increase in distance from the preceeding position. Analog: An analog system represents the numerical quantities by physical variables, e.g. it represents the linear displacement of a slide by an analog voltage. Analog position transducers are inductive, electromagnetic or electrical transducers whose output is continuously proportional to displacement. Dig ita 1: In a digital system position or displacement is measured by the use of discrete values. Digital measuring can be incremental or absolute. Direct measurement: A system with the position transducer directly coupled to the machine slide or table to be pos·isioned. It is independent of the leadscrew or drive element. Indirect measurement: A system with the position transducer mounted on the leadscrew or drive element of the machine member to be positioned. Programming systems Linear interpolation: Intermediate points of a straight line are computed by a linear interpolator. A linear interpolator can also be used for circular interpolation but requires a large amount of programming time, since the circular arc must be segmented into short, calculated straightline segments. The linear interpolator then computes the intermediate points of the straight-line segments. Circular interpolation: Intennediate points of a circular arc are computed by a circular interpolator. Only a few geometrical elements defining the arc have to be programmed, e.g. coordinates of the center and of the star~ing and endpoints. Manua I Prog ramm ins· Manual programming is mainly used for drilling, boring, simple milling and similar machining operations. Complex machining operations or complex workpiece contours involving several hunderd blocks of punched tape data are more economically programmed by automatic means.

- 51 -

The use of simulators, e.g. for simulating turret head movements in turning operations, and the use of desk calculators can significantly simplify the ted ious computat ion's oeedea in manua 1 progral1l1l i ng. Automatic progral1l1ling In contrast to manual and semi-automatic progral1l1ling methods, automatic progranming systems employ (a) a progranming language for coding the input data into a standard form recognisable by a computer, and (b) computer programs for interpreting these data and converting them into instruction5 for the machine tool control system, i.e. into punched tape of the required format. The progral1l1ling language describes part geometry, tools and tool path, as well as machine tool functions. The progral1l1ling language itself can be based e.ither on (a) the symbolic method, which uses one or two alphanumerical signs for addressing and definJn~ instructions, or on (b) the mnemonic representations of instructions, i-.e. on the use of words and symbols easily memorized by the progral111ler. These languages can also be classified as (a) machine tool or computer orientated and (b) as universal, i.e. machine tool and computer independent. The symbolic method, and the computer or machine tool orientated languages in general, have the advantage of requiring a relatively small computer capacity, but the disadvantage of being limited in application since they are dependent on either a computer or a machine tool manufacturer. The universal progral111ling languages are all based on APT (Automatically Progral111led Tools), a progral111ling system which has found widespread use because of its versability, the high degree of standardization achieved, and the continued development work being carried out in conjunction with user organ j sat ions. However, they have. the disadvantage of requ i ring a relatively large computer with capacities ranging from 32K to 256K. Since APT needs a computer capacity of 256K, simpler systems have been derived from it for specific applications, amongst the widest known are: EXAPT, Miturn, Miniapt,-----Programming All data are entered by the programmer directly through a teletype keyboard. Absolute or incremental coordinates are computed from the either absolute or incremental values. And decimals, fractions and mixed numbers are accepted in any combination. In addition, absolute and incremental values can be added or substracted without any intermediate calculation or conversion. All auxilary functions commonly required on multi-axes point to point machines are accepted. Since turning, drilling and milling have different program requirements, separate progral111ling methods are used for these three applications. This reduces the computer capacity needed.

- 52. -

Enkele economische aspecten bij het inzetten van numeriek bestuurde gereedschapswerktuigen. 1.

Algemeen Wanneer we kijken naar de inzetbaarheid van numeriek bestuurde machines en de economische verschijnselen hieramheen, dienen we ons goed te beseffen, dat hier veel, vaak niet direct meetbare, factoren een rol spelen. Te denken valt dan bijvoorbeeld aan de flexibiliteitstoename en de inzet van moderne computertechnieken ais voornaamste indirecte factoren. Maar ock verkorting van de bewerkingstijden van producten speelt een grate role Onderzoekingen wijzen uit dat met name deze laatste factor meestal van doorslaggevende betekenis is wanneer een bedrijf NuBe-machines aanschaft. Met de invoering van NuBe-machines zuIIen tevens de magazijninvesteringen dalen. Immers, het is, door de sterk ingekorte bewerkingstijd, niet meer nodig producten langere tijd op te slaan voordat zij een volgende bewerking ondergaan. Ten aanzien van uitval en kwaliteit zijn er aanzienlijke winsten te bceken. Het uitvalpercentage is bij NuBemachines klein en de produktkwali tei t hcog. Oi t alles dankzij de goede reproduceerbaarheid van de NuBe-machinei de productnauwkeurigheid is nu niet langer meer afhankelijk van arbeidsintensieve instelprocedures maar wordt langs electronische weg bepaaid. Machines met automatische gereedschapswisseling hebben nog het voordeel dat leeglooptijden en gereedschapsmagazijnkosten verder worden teruggedrongen. Tenslotte wijzen wij erop dat numerieke besturing steeds voordeliger zal worden bij stijgende loonkosten. Oit voordeel komt echter steeds dichterbij door de prijsdaling van NuBe hard- en software.

2.

Kwali tatieve keuzecri teria Ten aanzien van de keuze van een NuBe-machine kunnen we systematisch een aantal kwalitatieve aspecten bekijken, welke hierna in een drietal criteria zijn ondergebracht. 2. 1 Bewerking Wanneer we denken aan NuBe-machines is ten aanzien van de bewerking zelf vooral de winst in leeglooptijd aantrekkelijk. Oit wordt door de volgende punten bepaald: - Werkstukcomplexiteit. Bij complexere werkstukken zal een NuBe-machine in het voordeel zijn. - S06rt bewerking. Wanneer lange stukken met automatische aanzet verspaand kunnen worden zal een NuBe-machine di t goedkoper kunnen doen. Immers, in dezelfde tijd, dat de machine verspaant, staat de man achter de conventionele machine te wachten tot de vereiste hoeveelheid materiaal is afgenomen. terwijl de NuBe-machine dit geheel zelf regelt. - Snijsnelheid. Is een materiaal met hoge snijsnelheden te verspanen (bv. Al-legeringen in de vliegtuigindustrie) dan verdient de NuBemachine de vaorkeur. Vanwege zijn snelheid van uitvoering van opeenvolgende bewerkingsstappen zijn dan ten opzichte van conventionele machines bijzonder korte bewerkingstijden te verkrijgen.

- 53 -

- Spantijden. Zijn de conventionele spantijden lang dan kan de NuBemachine wederom verlichting brengen. Door het opgeven van enkele referentiepunten van het uitgangsmateriaal is de machine z~lf in staat een opspanningsfout te corrigeren, zodat de opspanning nu snel en niet zo exact kan zijn. - Gereedschapswisseltijden. Vooral NuBe-machines die met een gereedschap diverse bewerkingen kunnen uitvoeren hebben een sterke verkorting van deze tijd tot gevolg. - Meettijden. Bij complexere werkstukken en daar waar nauwe toleranties gewenst zijn zullen deze tijden sterk de overhand nemen bij de conventionele machine. Men denke bijvoorbeeld aan het boren van een blind gat 00 exact de juiste diepte. Conventioneel zal men hiervoor herhaaldelijk moeten meten, terwijl de NuBe-machine en een keer het gat op de juiste diepte boort. 2.2 Productie HLer zullen we de keuzefactoren presenteren-welke verband houden met d.e NuBe":machine- ten- opzichte -de pro-du-ctie-:-we -zien de volgende: _ ~a.C?E!tten . optreden: _ - - - . . - - .-. . -- . . Terugkerende kleine series. Hiervoor is de NuBe-machine zeer geschikt doordat de productinformatie op een ponsband of iets dergelijks is vastgelegd en derhalve direct operationeel te maken is. Eenmalige kleine series. Hier is het boven een zeker aantal producten aantrekkelijk de NuBe-machine te programmeren waardoor een efficientere productie kan plaatsvinden. - Het meervoudig produceren op een machine. Maakt dat er per machinerUn direct meerdere producten gemaakt worden (bv. bij de meerkoppige freesmachines). - Modificati.emogelijkheid. Door eenvoudige aanpassing kunnen van eenzelfde soort product een hele familie van afmetingen gecreeerd worden, met een basisprogramma. Ook productwijzigingen zijn op eenvoudige manier in te voeren. - Enkelstuks reserveonderdelen. Waar nodig is met een deel van het programma een enkel onderdeel te fabriceren. Dit is vaak het geval wanneer reservedelen nodig zijn (service). - Kosten van spanwerktuigen. Wanneer de kosten hoog oplopen zullen we eerder een NuBe-machine installeren die met eenzelfde spanwerktuig evenveel productie maakt dan meer conventionele machines met dezelfde dure spanmiddelen. - gpslag van spanwerktuigen. - Kwaliteitscontrole. Voor producten, die na een bewerking op conventionele machines nog een duur kwaliteitscontroleproces moeten doorlopen, is het vaak gunstiger ze op de NuBe-machine te vervaardigen welke een veel betere reproduceerbaarheid heeft.

-van-

2.3 Bedrijfsvoering Als laatste kijken we naar de gevolgen voor de totale bedrijfsvoering welke de NuBe-machine hierop hebben. - Bottle-neck situaties. Door aanschaf van NuBe-machines kunnen vaak bottle-necks in de productiestroom worden opgeheven. Dit, omdat -deze machines op die plaatsen dan sneller de betreffende "neck"bewerking uitvoeren. - Overhevelen van bewerkingen. Soms kan dit kostbare conventionele machineuren besparen wanneer van een NuBe-machine gebruik wordt gemaakt.

- 5'-1 -

- Personeelssamenstelling. Een tekort aan goed geschoolde mensen voor de (ambachtelijke) conventionele machine kan aanleiding zijn over te stappen naar de eenvoudiger te bedienen NuBe-machine. - Marktposi.tie. Wil men snel met veranderende producten komen omdat de markt hier gevoelig voor is, maar ook ten aanzien van serviceverlening, moet het productieapparaat flexibel zijn. - Opslagkosten. Voor grote delen is het voordelig de opslagkosten te drukken. Een snelle doorstroomtijd helpt hierbij. - Aanwezigheid randafdelingen. Dit kan het inzetten van NuBe-machines aanzienlijk vereenvoudigen omdat bijvoorbeeld ten aanzien van het maken van ponsbanden men al de nodige apparatuur en mankracht in huis heeft. Het zal duidelijk z~Jn dat niet aIle aspecten even zwaar tellen. Van bedrijf tot bedrijf zal het daarom verschillen waar het zwaartepunt ligt. We hebben echter nu al een instrument in handen waarmee we door het toetsen van een aantal kwalitatieve criteria een globale uitspraak kunnen doen of het zinvol is een NuBe-machine aan te schaffen. 3.

Kwantitatieve criteria De uiteindelijke keuze van een NuBe-machine zal afhangen van de uitkomsten van een (kwantitatieve) kostenanalyse. Er zijn vele methoden ontwikkeld om tot een beeld te komen van de kosten die een NuBe-machinen gedurende zijn leven, met zich meebrengt. Veelal zal men hierbij een keuze maken van specifieke werkstukken die geproduceerd gaan worden. Men trecht zo een gemiddeld beeld te krijgen van de totale machinekosten. De keuze moet echter zodanig zijn dat de werkstukken representatief zijn voor datgene dat de machine zal gaan produceren.Hierin ligt een ingewikkeld probleem opgesloten want het is vooraf moeilijk te zeggen wat je over enige jaren op een machine zal produceren die zo flexibel is dat er een diversiteit aan producten op gemaakt kan worden.

4.

Tot besluit Hiervoor is getracht een kort overzicht te geven van de economische problemen die zich voor kunnen doen bij de keuze van een NuBe-machine. Dit overzicht is geenzinds compleet te noemen. Voor verdere studie en informatie verwijzen we dan ook naar de literatuurlijst welke hierna opgenomen is en is ontstaan uit een literatuuronderzoekje naar dit betreffende onderwerp.

5.

Literatuur - Die numerische Steuring in der Fertigungstechnik,

KGK 71 HER

- computer integrated manufacturing,

DGM 73 HAR

- Erfahringen beim Einsatz von NC-Maschinen aus der Sicht des Anwendes: Beschaffung, Fertigungspraxis, Kosten,

ARK

- Fundamentals of numerical control,

KGK 68 LOC

- Management guide to NC

KGK 71 MAN

-55 -

20 VOl

- Numerical control and computer aided manufacturing

KG!< 77 PRE

- Planung und wirtschaftlicher Einsatz numerisch gesteuerter Fertugungskonzepte: Investitionsplanung und Wirtschaftlichkeitsrechnung KGK 77 JUN - Piniciples of numerical control

KGK 69 CHI

- Production automation and numerical control

KGB 67 LEO

- Determination and analysis of costs in NC and conventional machining

WBN 70 ACK

- Vergelijkende rentabiliteitsstudie van computer gesteunde programmeersystemen van numeriek gestuurde gereedschapswerktuigen: toepassingen op draaibewerkingen,

KGK 78 SOE

- De

keuze van een NC programmeersysteem

KGK 82 DOL

- An introduction to numerical control of machine tools,

KGK 68 PUC

- Die numerische Steuerungen von Werkzeugmaschinen: Grundlagen, Systemanalyse und industrielle Anwendung

KG!< 71 SIM

Introduction to numerical control in manufacturing, KGK 69 !NT - Numerical control

KGK 70 OLE

- Numerisch gesteuerte Maschinen,

KGK 68 SEM

- Numerisch gesteuerte werkzeugmaschinen,

DEW 77 PIE

- NC-Maschinen erfolgreich einsetzen: Voraussetzunge, Programmierung und Wirtschaftlichkeitsfragen fUr den Einsatz von numerisch gesteuerte Werkzeugmas chinen , ARK 05 TAW - Die Wirtschaftlichkeit der NC maschinen,

ARK 23

TEC

- Numerical control of machine tools, a bibliography, KGK 70 NUM - NC-guide - Dictaat 4.009 : Vervaardigingskunde 50 - Inverstitionsentscheidung NC-Technologie, Seminar Bericht, tz fUr Metallbearbeitung, 75. Jahrg. 1981, aeft 2/81, pp. 45-46

KGK 71 SHA

VOORSTUDIE FLEXIBELE AUTOMATISERING/ROBOTICA INLEIOING In dit artikel wordt eerst aandacht besteed aan flexibele automatisering in het algemeen, gevolgd dor een (kortel beschrijving van een flexibel fabrikage systeem (FMS-systeem). Vervolgens wordt sen deelgebied van de flexibele automa.tisering, de robotica besproken. Er wordt wat algemene informatie qegeven omtrent robots, gevolgd door beschrijvingen van specifiekere gebieden in de robotica. Om 'het-weten-waar-je-kijken-moet' tijdens de bedrijfsbezoeken wat te vergemakkelijken wordt een aanduiding gegeven over de problemen en probleemgebieden die binnen de flexibele automatisering en robotica spelen, eventueel aangevuld met vragen waar we in de USA graag een antwoord op willen krijgen.

FLEXIBELE AUTOMATISERING Om het voor een producent moqel~jk te maken om sneller in te spelen op een veranderende vraag van de consument is een zekere mate van flexibiliteit van het produktieproces noodzakelijk. Binnen de flexibele automatisering zijn een drietal basissystemen te onderscheiden (zie fig.1): 1.- Flexibele transferstraten 2.- Flexibele fabrikaqe systemen (FMS) ~.- Flexibele fabrikage cellen (FMC)

.

--

I

-._._-"-- I

.

----

---

~

- ---

---

--

F",ible

I'tesi4He __.fer ....

........'octuriftl

_ _ _ _ _1

. _....... ...,....-.c..........,.

Ftbib'e MoftU fOct"",,, e.tl

._-.._--.......... .=--,. ..... ....... -----._.,........... _---...... -,.- ..--_ ._-... -._ ...... . ---....... ---- .. -- 5yet••

• --. .--

. . . . .Ul

.

::::::r..':.,.._

..

.....,...

.

,....... Allto.otfOft

....._.-....

-.

...

• _ _ _ tIl..

.

.

---.

....

-

\

-5"1-

-----

De laatste tijd ZijA de systemen zeals genoemd in punt 2 en 3 sterk in opkomst. Hierop richten we dan ook onze aandacht. Oeze flexibele systemen omvatten een veelheid van automa~iseringsconcepten en technologieen in een systeem. Hier zijn o.a. te noemen:

*

grondsteffentranspert tussen machines machines en CNC machines Computergestuurde machines en materiaaltransport (ONC) toepassing van groepentechnolagie aut~matisch

* NuBe

* *

Het doel van de invoering van flexibele autamatisering is meerledig. Het beoogt dan oak-de volqende zaken:

* minder gaederen in bewerking * minder leeglaap van machines * kortere omsteltijden * kleinere (tussen)voerraden * kortere doorlooptijden * sneller inspelen op klantenbehaefte * konstante(re) kwaliteit * lagere kostprijs FMS SYSTEMEN Van een FMS systeem kunnen we dan oak zeggen dat 'het uit een groepering van machines bestaat. (meestal NuBe) die onderling verbonden ZlJn d.m.v. een automatisch werkstuk transportsysteem. Het geheel werkt als een totaal systeem onder controle van een (grate) computer.' Een FMS systeem is dan ook in staat am simultaan een (beperkt) aantal verschillende produkten te fabriceren. In de praktijk ligt het aantal verschiIlende produkten veelal tussen 5 en 20, terwijl het aantal gebruikte machinesvaak varieert tussen 2 en 15 stuks. De mate van flexibiliteit wordt afgemeten aan het aantal verschillende produkten dat op een flexibel systeem gemaakt kan worden. FMS ONOEROELEN Binnen een FMS onderscheiden:

systeem

zijn

een aantal hoofdcomponenten te

* Produktiemachines * Transportsysteem * Computergestuurd controlesysteemDE PRODUKTIEMACHINES Over het ook voor

algemeen zal het gaan em NC machines, maar het komt dat voor de verwerking van een bepaalde produktgroep

-5EJ -

speciale machines toegepast worden. In de meeste gevallen gaat het (draaibanken) waarbij de 4 of 5 meeste' flexibiliteit bieden. Deze 'automatic pallet changing' systeem Toepassingen van niet-verspanende systemen zijn er nog niet zo veel.

om verspanende machines assige bewerkingscentra de machines hebben veelal een (APe>. produktiemachines in FMS

PROBLEEMGEBIEDEN:

* universele gereedschapswisselsystemen * gereedschapstoestandsbewakinq *

interface machinebesturing/procescomputer

HET TRANSPORTSYSTEEM Het transportsysteem verzorgt de verbinding tussen de machines onderling. Deze verbinding kan op verscheidene manieren tot stand gebracht worden. Voorbeelden hiervan zijn a.a.:

*

rollenbanen met verschillende soorten produktdragers voor het laden en lossen van gereedschapsmachines geleid door een rails geleid door een elekt~ische leiding in de fabrieksvloer (snuffelkarren)

* robots, * wagens, * wagens,

Omdat het een zekere mate van "fle>:ibiliteit moet bezitten dienen er een aantal eisen aan gesteld te worden:

*

Willekeurige, onafhankelijke beweging van de gepalletteerde halffabrikaten tussen de diverse werkststions in een FMS systeem. Er moet een tijdelijke opslag aanwezig zijn, zodat ieder station een bepaalde voorraad heeft. Het moet makkelijk toeqankelijk zijn voor laden en lossen. Oit natuurlijk van twee kanten. Het moet te interfacen zijn met de procescomputer Uitbreiding van het transportsysteem moet eenvoudig mogelijk zijn. De diverse gereedschapsmachines moeten toegankelijk blijven voor reparatie, etc • • Het moet goed kunnen funktioneren in een produktie-omgeving; dus bestand zijn tegen spanen, olie, vuil, etc.

* * * *

*

Enlc:ele vragen die bij het bekijken van het eisenpakket van een dergelijk transportsysteem opkomen zijn de volgende:

* Hoe

worden de pallets gecodeerd? Hoe groot moet de positioneringsna~wkeurigheidvan de pallets zijn, en hoe wordt die gerealiseerd? Wat voor sensoren worden gebruikt? Hoe is het transportsysteem aan de procescomputer gekoppeld?

*

* *

-59 -

* Hoe

houdt het controlesysteem bij waar de afzonderlijke zich bevinden? Hoe qeschiedt de communicatie tU5sen de robots en het tran'Sportsysteem 7 p~llets

*

HET COMPUTERGESTUURD CONTROLESYSTEEM Binnen een FMS systeem moet het controlasysteem voor de uitvoering van aen aantal funkties zorgdragen. Deze zijn in het kort als voIgt te omschrijven:

* *

Opslag van de NuBe- en robotproqramma's in een massageheuqen Verzenden van de diverse NuBe- en robotprogramma's naar de Juiste NC machine of rabot, op het juiste moment en in het Juiste formaat. Controle van de produktie. Regeling van de materiaalstrooffi binnen het systeem~ zadat een aptimale machinebenuttinq verkregen wordt. Regaling van de bewegingen van de produktdragers binnen het systeem. Bijhcuden van de tcestand van de produktdraqers en de diverse produktsoorten. Coordinatie tussen het pallet~ysteem en de machines die zorgen voor het beladen en lossen van de produktiemachines. Controle van de qereedschappen, zowel v.w.b. waar ze zich bevinden als de standtijd. Hat bijhouden van de prastaties van het systeem en het genereren van rapporten hieromtrent.

*

*

* *

* *

Het computersysteem heeft dus tot taak te coordineren en te controleren. Binnen het totale systeem ziJn aen aantal nivo's te onderscheiden. Er is dU5 aen zekere hierarchie te onderkennen. (zie fiq.2 E!n 3)

- -..

I-~

-----------_._.-----------------........ .... ----------------..... --_ ...... . 1--~

...... _

_----

- --- .. =.. \

.........

\..::.1

I

J

I

I

~

~

IJII..

F"~.

..--

2.

-60-

4fI':

~

.....t,

Mainf~ame Computer voor CAD, Orderverwerking, Planning, etc

4

3

Besturingscomputer op de fabrieksvloer

DATA

SANK

......

2

~

Besturingscomputer van een fabricagecel

Besturingscomputer van een fabrikagecel

Besturingscomputer van een fabrikagecel

• 1

• • Fig. 3

PC

Ole Besturing

.'-

Hierarchische besturingsstruktuur van een computergestuurde,fabriek

-6.-

Robot Besturing

• • •

Het aantal nivo's zal nagenoeg nooit groter ZlJn dan vier.
* * * * *

Hoeveel tijd wordt besteed aan de ontwikkeling van de software van een FMS systeem? Welk percentage van de kostprijs maakt dat dan uit? Wordt de software 'in-house' ontwikkeld of gebeurt dat door externe software houses? Wat voor interface problemen ontstaan er bij de koppeling van de diverse deelsystemen? Hoe wordt het systeem beveiligd tegen storingen?

-6~-

RoaOTICA IN DE FLEXIBELE AUTOMATISERING

INLEIDING Een deelgebied binnen de flexibele automatisering is de robotica. Dit gebied is de laatste tijd sterk in opkomst en een grote hoeveelheid firma's zijn dan ook bezig met het ontwikkelen van robotsystemen. In de USA waren in 1981 al ca. 50 ~irma's aktief op robotgebied. Onder een robot wordt hier een 'industrie robot' (IRl verstaan. In de ontwikkelinq van robotsystemen technologieen te pas. Enkele daarvan zijn:

komen

een

aantal

* computertechniek * kinematika * meet- en regeltechniek * besturingstechniek * aandrijftechniek *

sensortechniek

Hat zal duidelijk zijn da~ het samenspel tussen de werktuigbouwer en de electrotechnikus bij de ontwikkelingen van robotsystemen heel belangrijk zal zijn. DEFENITIE VAN EEN ROBOT Het 'Robot Institute defenitie van een IR:

of

America'

(RIA) hanteert de volgende

'A reprogrammable multifunctional manipulator designed to move materials, parts, tools or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks.' De 'Japan Industrial Robot Industry Association' er iets aanders over:

(JIRIA) denkt

'An all purpose machine equipped with a memory device and a terminal, capable of rotation and replacing human labor by automatic performance of movements' ROBOTGENERATIES Men kan een drietal generaties onderscneiden: le GENERATIE Dit type robot is algemeen bekend en het meest verbreid. Het is een betrouwbaar en duurzaam systeem, maar heeft geen enkel kontakt met de buitenwereld omdat het niet voorzien is van sensoren. \

- 61.-

2e GENERAT"IE Dit type robot heeft sensoren tot zijn besc:hikking, waardoor het proces verbonden kan worden met de besturing van de robot. Het systeem kan op grond van de aangeboden sensorinformatie beslissingen nemen, waardoor het zich aanpast aan zijn omgeving. Robots van deze generatie beginnen de ontwikkelings+ase te ontgroeien. 3e GENERATIE Dit is de meest intelligente robotvorm. Deze robot heeft behalve sensors, oak de mogelijkheid om de sensorinformatie te onthouden en te gebruiken in een leerproces. Hier is dus sprake van leervermogen. Dergelijke robotsystemen bevinden zich nog in hun ontwikkelingsfase, en zijn nog niet commercieel inzetbaar. KLASSIFIKATIE VAN ROBOTSYSTEMEN Volgens JIRIA verdelen:

zijn

robotsystemen

in

een

zestal klassen te

1.- MANUAL MANIPULATOR Manipulator, bediend door een operator 2.- FIXED SEQUENCE ROBOT Een manipulator die in een vaste volgorde een aantal bewegingen uitvoert. De bewegingsinformatie kan niet of nauwelijks veranderd worden. 3.- VARIABLE SEQUENCE ROBOT Ais 2, echter nu is de bewegingsinformatie wei te veranderen. 4.- PLAYBACK ROBOT Een manipulator die vanuit een qeheugen bewegingen maakt die in eerste instantie onder menselijke kontrole ingevoerd zijn. De informatie kan repeterend uitgevoerd worden. 5.- NC ROBOT Een manipulator die ZlJn taak uitvoerd volgens de volgorde, condities en posities, zoals die geprogrammeerd zi jn in numerieke data. (ponsband, etc:) 6.- INTELLIGENTE ROBOT .Deze manipulator is uitgerust met sensoren (vision/tactile) en kan zelf .veranderingen in ZlJn werkomgeving konstateren, en vervolgens een beslissing nemen over hoe zijn taak verder uitgevoerd dient te worden onder de gegeven omstandigheden. Merk op dat volgens de RIA defenitie aIleen de typen van klasse 3 tim 6 robots zlJn, terwijl volgens de JIRIA defenitie aIle 6 klassen robots zijn.

- 6lf -

Een tweede manier van klassificeren is mogelijk door te kijken naar bepaalde bijzonderheden van het robotsysteem. Een dergelijke klassificatie ziet er dan als voigt uit: 1.- Vorm van de werkruimte (fiq.4) kubisch Cfiq •. 5) cilindrisch (fig.6) sferisch Cfig.7) torusvormig (fig.B)

* * * *

..

---~-_._

--

--_.

-------

...

KINEMATISCHE OPBOUW BEWEGINGSASSEN

C 't

TTl -

RTT

:1:: -

_W'

,

1::L~ .t'

SCHEMATISCHE AANDUIOING MET ASSENNOM£NCLATUUR

zYX

AZl

A.Z

ABC

SFERISCH

TORUSVORMIG

WERKRUIMTE KUBISCH t'6 . .t,

-

CYLINORISCH

BELANGR 1JKSTE 1R CONf 1GURATXES

2.- Soorten aandrijving hydraulisch pneumatisch ~ elektromechanisch

* *

3.- Soorten besturingen non-servo besturing * servo besturingen - point to point (PTP> - baansturing of continuous path (CP)

*

4.- Verschillende toepassinqen pick and place robot * universele robot special purpose robots

* *

-65-

5.- Manieren van programmeren d.m.v. handinvoer lead-through (PTP en CP robots) walk-through (leren door voordoen) o~~-line programmering NC programmerinq d.m.v. simulatie programmeertaal (b.v. VAL)

* * *

*

6.- Soorten meetinrichting analoog - resolvers - potentiometers digitaal absoluut incrementeel

*

*

tioriZcntal

Traverse

WriSt

6erd

FIG.S

fiG. b

- 6b-

TOEPASSINGSGEBIEDEN In de nu volgende paragrafen gaan we wat dieper in op enkele aspecten van de robot en het robotgebruik. Het betreft o.a.:

* het gebruik van sensoren * het besturingssysteem van de robots * robots in assemblage * robots bij het lasproces * robots bij meten en inspekteren

'/kist

~:..---- Swivel

VertiCal

Tt3ItCJSt

Tr.-sc

F'G r

F\G

S

HET

GEBRUIK

VAN

SENSOR EN

IN

F.M. SYSTEMEN

Sensoren %~jn ins~rUMenten die in staat zijn OM een fe Meten fysisch verschijnsel te transforMeren naar een ander gewenst fysisch signaal.

Het gewenste fysisch verschijnsel zal bij toepassing yan de sensor in een F M.S. door de logica van dit systeeM geinterpreteerd Moeten wordp.rl. Vaak z~l dit gewenste fysisch signaal daaroM een of Meerdere strooM of sp~nningssignalen zijn, lowel digitaal of analoog. BiJ naslag in de vakliteratuur bliJkt dit dan ook: Nagenoeg alle sensoren of sensorsysteMen die op cOMMerciele basis zijn gefabriceerd, geven als uitgangssignaal een electrisch s19naa1. ~

Een lndeling yan de yerschillende sensortypen Zil OM bovensta.nde reo denen worden ge~aakt op basis yan de onderscheidbare te Meten fysische verschijnselen waaryoor de sensoren zijn ontworpen.

E~n opsoM~in9 van aIle Meetbare uerschijnselen is gegeuen in ~t 1.

een deel van deze verzaMeling van Meetbare grootheden heeft de exploitatie uan de sensortechniek zich geworpen. Naast een literatuurstudie zal de studiereis naar de Verenigde Staten uon AMerica inzicht verschaffen ouer de Mate waarin dit tot nu toe is gereallseerd.

Up

LOM~erciele

De industrie heeft zich tot nu toe voornaMelijk beziggehouden ~e1 de Meting van Mechanische grootheden, zelfinductie~etingen en absolute lichtMetingen. . Echter J de nieuwste ontwikl<elingen 'betreTfen relatiev!:? lichtinTensiteits~etingen (verschillende grijswaarden onderscheidbaar) en kleuronderscheidingen. .

- 68-

EMS - robotica: besturing en software De besturing van een FMS (flexible manufacturing system) geschiedt veelal door een computer, als "hart" van een centrale besturing. Deze staat in nauw kontakt met de specifieke (d.i. apparaatgebonden) machinebesturingen, zoals die van NC-machines of die van robots. Er zijn in de ontwikkeling van de benodigde besturingssoftware diverse tendensen waar te nemen. Men streeft o.a. naar een modulaire opbouw en wel zodanig dat naar wens gemakkelijkprogrammamodules verwijderd of tQegevoegd kunnen worden. Tevens lijkt het wenselijk daarmee algemene, goed gestruktureerde FMS-besturingsprogramma's te ontwikkelen die voor een bepaald FMS en zelfs een produktserie binnen redelijke tijd resp. snel zijn aan te passen. Enkele van de voordelen zouden kunnen zijn dat het gebruik ervan minder specifieke programmeerkennis vereist en dat dergelijke programmapakketten op den duur betrekkelijk goedkoop zouden kunnen worden. Programmatuur kan ook rond een zgn. data-base ontwikkeld worden, waarin in theorie alle informatie (gegevens) kan worden opgenomen die bij de programma- afhandeling nodig is. De realiteit is echter dat de meeste systemen specifieke programmatuur hebben, in vele verschillende talen. Standaardisatie is zeer wenselij k. Bij de voorstudie voor de USA-reis ligt een van de accenten van de flexibele automatisering (FMS) bij de robot. Deze kan deel uitmaken van een a1 dan niet omvangrijk FMS, zodat de voorgaande beschouwing ook voor robots geldt. We willen de besturing van een robot wat nauwgezetter bekijken. Door het aanbrengen van sensoren C'zintuigen") en het terugkoppelen van de gemeten baan van het kinematisch systeem kan de besturing automatisch korrekties uitvoeren. Dit heeft ook gevolgen voor de robot-gebonden software, met name voor de complexiteit ervan. Ingewikkelde robots met vele graden van vrijheid, de bevei1iging van de werkomgeving tegen ongewenste akties, het door het robotsysteem verzamelen en uitwisselen van nuttige informatie ten behoeve van bijv. een centrale besturing en de programmeerflexibiliteit (bijv. het "aanleren" van een bewegingspatroon) zijn enkele van de problemen die voornamelijk voor rekening van de programmatuur komen. Tijdens de studiereis hopen we wat meer zicht te krijgen op de mogelijkheden en moeilijkheden die het gebruik van robots kent, met name in de besturingssfeer. Een vragenlijstje ten slotte: - in hoeverre is flexibiliteit gewenst en/of voor-/nadelig? - zal algemene of specifieke software de o~erhand krijgen bij FMSbesturing? - wordt er bewust een data-base opgebouwd of probeert men kleine data-bestanden (dus meer specifiek) op te bouwen? - hoe wordt een robot geprogrammeerd en wie levert de programmatuur? welke problemen van de besturingstechniek zijn nog verre van een .acceptabele oplossing? - zijn studenten tijdens hun opleiding voldoende toegerust om besturingsproblemen op te lossen? \

•

Toe.passinq v.-n robots in de assemblage De toep~singen van de robots in de assemblage waren tot op heden vrij

beperkt. Werd in 1980 van het totale aantal robots slechts ca. 1/6 deel in de assemblage toegepast, voor 1990 schat men

dit aandeel al op 1/3.

Het toepassingsgebied van robots binnen het totaal van assemblagewerkzaam-. heden wordt afgebakend door een minimale assemblagetijd

van ca. 15 sec.

per station. Boven deze grena kunnen robots over het algemeen geed toegepast worden. Robots zullen voornamelijk ingezet worden in de assemblage van kleine series van kleine produkten met veel varianten en typen, waarbij snelle aeriewisselingen kunnen voorkomen. Een aantal belangrijke obstakels voor rODottoepassingen in de assemblage zijn: 1. Toevoerinrichtingen voor robots zijn duurder als voor specialpurposeassemblagemachines. De toevoersnelheden van ondexdelen voor robot-asSemblage zijn nl. minder hoag, vanwege de serieproduktie van de robot (per machinecyclus wordt slechts een onderdeel toegevoegd). 2. Het asaemblage-proces bestaat uit een aantal moeilijk te automatisexen deel,taken, zoals b.v. visuele inspectie en adaptief optreden bij kwaliteitsgebreken van de onderdelen. 3. Het produktontwerp is in veel gevallen niet afgestemd op assemblage met robots. De robots die vcor assemblage gebruikt worden stellen geen eisen aan het

toe te passen coOxdinatensysteem. Zowel cylindxische coOxdinaten, als bolc06rdinaten (knikarmtype en geschutsk08peltype), als oak carthesische c06xdinaten (b.v. portaaltype) komen voor. De meeste assemblage-robots hebben servo-positieregeling, terwijl de besturing zowel "point to point", als ook "continuous path" kan zJ.Jn.

Een veel toegepast concept is een

pols met compliantie. Hierdoor wordt de vereiste positioneernauwkeurigheid verminderd, doordat b. v. bij pen-in-gat montage "een automatische ui tlljning vanult de pols gerealiseerd wordt. Het belangrijkate kenmerk van

assemblagerobot~

is echter de aanwezigheid van

contactsensoren (kracht, koppel en gev08l) en/of visuele sensoren, ten behoeve van positiebepaling en onderdeelherkenning.

Resumerend kan bij de beoordeling van assemblagesystemen met robots gelet worden op de volgende punten:

-7° -

- Hoe djn de toevoerinrichtingen

ui.tgevoerd?

- Is het produktontwerp aangepast aan assemblage met robots ? - Waar liqt het compromis tussen stijfheid (positioneernauwkeurigheid en reproduceerbaarheid) en anderzijds lichte constructie (snelheid) ? - Zijn de toegepaste

q~pers

universeel ? Hoe worden qrijperwisseltijden

geminimaliseerd ? - HOe intelligent reageert de robot op onderdelen van mnder goede kwaliteit ? - In welk coOrdinatensysteem werken de assemblagerobots ? - Welke besturingsmethode is toegepast

P'l'P of CP ?

- Hoeveel vrijheidsgraden heeft de robot ? - Is bet compliantieprincipe toegepast ? - Welke sensoren worden toegepast en waarvoor ? - Hoe lang duurt een machinecyclus ? - Welke produktafmetingen en -gewichten worden

gehanteerd?

- Hoe is de koppeling tussen gerobotiseerde en manuele assemblagestations ? - Enz.

-'71-

Dj.stributie van robots JIRIA def. incl. pick and place units'

58 % Japan 20 % USA 6 % W-:-Duitsland 3 % Zweden Anderen (incl. USSR) 12 %

38 % 25 % 22 % 7 % 4 % 2 % 2 %

Japan USA Frankr.ijk W-Duitsland Zwitserland USSR Anderen

RIA def.

In beide gevallen voeren Japan en de USA de lijst aan. We a·) b) c) d)

kunnen nu vijf typen robots onderscheiden: programmable, servo-controlled, continuous path programmable, servo-controlled, point-to-point programmable, non-servo robots for general purpose programmable, non-servo robots for die casting and molding (gieten en persen) e) mechanical transfer devices (pick and place) Bovenstaande onderverdeling bestaat dus uit vier niveaus.

~Gl~

Japan USA W":"Ouitsland Frankrijk Nederland Totaal

a

b 6899 2000 830 500

400 290 120 48 1774

c 1700 200

d 7347 600 100

e I 53189

3

5

40000 10000 38000 15

10924

2584

8299 150452

totaal 67435 44700 11420 38620 71 177386

~

Verdeling van robos naar toepassing

l~""rA ~

Japan USAx W-Ouitsland Frankrijk Nederland

lassen 4500 1500 998 400 20

verven/ afwerken 481 540 231 70 20

assemblage

loading unloading

gieten/ persen

9602 100 55 15000

14003 850 250 10000 10

2300 840 142 10

dive

600

Pri.jzen van robots in U$ Dollars (1981) van - tot Japan USA W-Ouitsland Frankrijk

6825 10000 13200 4000

-

100000 150000 123200 160000

Door de diverse instituten wordt overigens driftig gegoocheld met deze cijfers. Ze zijn dus alleen te gebruiken om een globale indruk van de verdeling van robots over de wereld te verkrijgen. In de rest van het verhaal zullen we voor de duidelijkheid uitgaan van de RIA ~efenitie, tenzij anders vermeldt. Gebruikte bronnen:

-Robot Institute of America -Robot Industry Association

Robots bij het lasproces Van alle toepassingsgebieden voor robots, mag lassen toch wel tot een van de grootste gerekend worden. In de USA staan lasrobots op de eerste plaats. In 1981 waren hier 1500 robots oftewel 36 % van de totale robotpopulatie betrokken bij het puntlassen (spot-welding). Het lassen in een baan werd tot voor enkele jaren niet commercieel toegepast. Hierin kwam verandering na 1975, toen tegelijkertijd met de opmars van het MIG {metal inert gas}lassen het gebruik van robots voor MIG-lassen opkwam. Puntlassen: -mens:. zwaar lichamelijk werk, het verplaatsen van een zware lastoorts over grote afstanden en het nauwkeurig positioneren (concentratie) -robot: niet zo snel als de mens, wel veel vermogen nodig. Er staat tegenover, een grote ..-.nifo.. _c. "spot location" nauwkeurigheid en een hoge "laszuiverheid".

Baan lassen: Voornamelijk MIG-lassen (arc welding) Het grote probleem bij het MIG-lassen met robots is; het op juiste afstand houden van de lastoorts tot de lasnaad. Er worden dus hoge eisen gesteld aan de nauwkeurigheid en de flexibele positionering. De toegepaste robots zijn dus voornamelijk sensor gestuurde robots met 5-6 assen kinematika. Voordelen robot-MIG-lassen: -hogere lassnelheden -geen koncentratieverliezen -geen personen meer in gevaarlijke en smerige omstandi gheden -vermindering kosten voor veiligheidsmaatregelen Op het moment gebruikt vrijwel iedere grote fabrikant van automobilen en vrachtwagens robots voor het puntlassen. De verwachting is dat de MIG-lasrobots in 1990 15% van de robotverkoop in de USA zullen uitmaken en dat zij de puntlasrobots voorbij zullen streven in aantallen. Er zijn, volgens de Robotics Industry Directory_list van, 1982, op het moment 42 robot-mogellen van 22 r6botfabrikanten leverbaar voor laswerk. Grote amerikaanse fabrikanten zijn o.a.: -Cincinnati ..,Milacron -General Electric Company -Unimation Inc.

- 774 -

11.11,. 1.

METING VAN ELEKTRISCHE

~ROOTHEDEN

-Stroo,","'eting -Spannings~e~ing

-Ladings~eting -I~pedantie~eting

en Zelfinduc'ie~e1ing -Frequentie en fase",etrng -Ver""ogens""eting

-Cap~ci'eits

HETING VAN OPTISCHE GROOTHEDEN -Meting van brekingsindex -Golflengte",eting -Meting van (spectrale) stralings en lichtintensiteit -Me~ing Met gepolariseerd licht

METING VAN TEHPERATUUR EN WARMTE -Te",per.tuursMeting -War",,'eMeting (caloriMetrie) -War",tegeleidingsMeting

METING VAN HECHAHISCHE GROOTHEDEN -Lengte -Massa -Tijd -Hoek -Oppervlak'te -Dichtheid -~ewegingssnelheid

-Versnellingen -Krachten -Oppervlakte sp.nning -Diffusieconstante -OsMotiscne druk -Viscositeit -etc.

KERNSTRALINGSMETINGEN

MICROGOLF EN RESONANTIE SPECTROSCOPIE

- rS-