Módulo 7 - SFM.pdf

7/25/2019 Mdulo 7 - SFM.pdf

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Mdulo 7:Sistema Flexvel de Manufatura e Sistemas Especialistas

Prof. Andr Pedro Fernandes Neto


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7.1 Conceitos iniciais7.2 Histrico do SFM7.3 Vantagens e desvantagens

7.4 Componentes de SFM

7.5 Aplicaes do SFM7.6 Conceitos de sistemas especialistas7.7 Aplicaes de sistemas especialistas7.8 Arquitetura e desenvolvimento de sistemas

especialistas

Mdulo 7 Sistemas flexveis demanufatura e automao e sistemasespecialistas


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7.1 Conceitos iniciais

A grande questo: mtodos de fabricaoque aliem o baixo custo e o prazo deentrega da produo em massa com orespeito aos desejos ntimos do

consumidor, tpico da produo sobencomenda;

Esse meio-termo, constitudo pela chamadaproduo em lotes, com quantidades

inferiores a 50 peas, necessitava de formasde produo mais flexveis. E flexibilidade,ou seja, capacidade de se adaptarrapidamente a mudanas justamente a

caracterstica principal de uma mquinachamada computador.

Produo sob encomenda

Produo em massa


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A expresso sistema demanufatura no nova. Anovidade est no adjetivo

flexvel. Essa caractersticafoi se incorporando aossistemas de produo medida em que a presena

dos computadores nesses

sistemas se tornava mais

frequente.

Um SFM pode ser definidocomo uma configurao

controlada por computador deestaes de trabalho semi-

independentes, conectadas pormanuseio de materiais e

carregamento de mquinasautomatizados



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Um sistema flexvel de manufatura consiste em um grupo de

estaes de processamento (CNC e outros) interconectadas porum sistema automtico de transporte e de armazenamento,controlados por um sistema de computadores integrados.

SFM - dado este nome devido capacidade de produzir uma

variedade de diferentes tipos de peas simultaneamente, sob ocontrole de programas numricos em cada estao;

Um SFM mais que uma tecnologia... Trabalha com o conceito detecnologias integradas em um sistema, que tem potencial para ser

melhor que a soma das partes; A idia que uma sequencia de produtos, todos diferentes, mas

dentro do pacote de capacitaes do sistema, poderia serprocessada em qualquer ordem e sem demora para troca entre

produtos...



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Um SFM engloba vrias ferramentas, como:

Estaes de trabalho NC, sejam mquinas-ferramentas oucentros de trabalho mais sofisticados, automatizados,que desempenham operaes mecnicas;

Instalaes de carga/descarga, frequentemente robs,que movem as peas de e paraas estaes de trabalho;

Instalaes de transporte/manuseio de materiais, quemovem as peas entre as estaes de trabalho;

Sistema central de controle por computador, que controlae coordena as atividades do sistema.



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7.2 Histrico do SFM


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Maior utilizao das mquinas

Motivos:

Funcionamento 24 horas por diaprovavelmente justificaria o investimento

Troca automtica das ferramentas Troca automtica de paletes nas estaes

Filas de peas nas estaes

Programa de produo dinmico quecompensa irregularidades

Menos mquinas necessrias

Reduo do espao necessrio no cho de fbrica

7.3 Vantagens e desvantagens


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Maior capacidade de resposta a mudanas

Necessidades reduzidas de estoque

Peas diferentes so processadas juntascontinuamente em vez de separadas em lotes

Prazos de manufatura menores

Menor necessidade de trabalho direto

Maior produtividade

Oportunidade para produo autnoma

Mquinas funcionam durante a noite("operao de luzes apagadas")



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Reduo do lead time e do tempo deatravessamento entre 60 e 70%;

Economia de estoque (especialmentede material em processo) e fluxo de

materiais uniforme ao longo dafbrica;

Utilizao aumentada: reduo daespera, pelas mquinas, dos produtosserem colocados nelas;

Nmero de mquinas ou operaesreduzidos;

Qualidade aumentada.


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7.4 Componentes de SFM - Onde aplicar

a tecnologia

A fbrica atualmente:

Produz peas em lotes, ou

Usa clulas de Tecnologia de Grupo comoperadores, mas a gerncia deseja automatizar

possvel agrupar em famlias uma parte das peasproduzidas

As semelhanas entre as peas permitem que elassejam processadas nas estaes de trabalho do FMS

As peas e produtos esto na faixa de produo de mdiovolume


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7.4 Componentes de SFM Definio

Clula de manufatura Tecnologia de Grupo (TG) altamenteautomatizada, composta por um grupo de estaes deprocessamento (geralmente mquinas-ferramenta CNC)interligadas por um sistema automatizado de manuseio e

armazenamento do material e controladas por um sistemadistribudo de computao

O FMS baseia-se nos princpios da TG

Nenhum sistema de manufatura pode produzir uma gama

ilimitada de produtos Um FMS capaz de produzir uma nica famlia de peas ou

um nmero limitado de famlias de peas


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7.4 Componentes de SFM

Para que os equipamentos de produo trabalhem de

forma cooperativa, necessrio que estejam integrados,ou seja, conectados a um controle central, encarregado decomand-los de forma harmnica.


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7.4 Componentes de SFM - Testes de flexibilidade em

sistemas automatizados de manufatura

Para qualificar-se como flexvel, um sistema demanufatura deve satisfazer os seguintes critrios (simcomo resposta para cada pergunta):

1.Pode processar diferentes tipos de peas em ummodo no lote?

2. Aceita mudanas no programa de produo?

3.Recupera-se tranquilamente de falhas de

equipamentos e paralisaes?

4. Acomoda a introduo de novos projetos de peas?


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1. FMS dedicado Projetado para produzir uma variedade limitada de tipos de

peas

O universo completo de peas que sero fabricadas no sistema

previamente conhecido A famlia de peas provavelmente baseada na uniformizao

do produto e no na semelhana geomtrica

2. FMS de ordem aleatria

Prprio para grandes famlias de peas

Novos projetos de peas sero introduzidos

O programa de produo sujeito a alteraes dirias

7.4 Componentes de SFM Nvel de flexibilidade

em sistemas automatizados de manufatura

d


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7.4 Componentes de SFM Comparao entre FMS

dedicado e de ordem aleatria


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1. Estaes de trabalho

2. Sistema de manuseio e armazenagem dematerial

3. Sistema de controle computadorizado

4. Mo de obra humana

7.4 Componentes de SFM - Elementos de umsistema de manufatura


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Estaes de carga/descarga Interface entre o FMS e o resto da fbrica

Manual ou automatizada

Inclui interface de comunicao com o trabalhadorpara especificar peas a carregar, fixaes necessriasetc.

Mquinas-ferramenta CNC em sistema do tipo usinagem

Centros de usinagem CNC

Mdulos de fresamento

Mdulos de torneamento

Mquinas de montagem

7.4 Componentes de SFM - Estaes de

trabalho


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Funes: Deslocamento independente e aleatrio de peas

entre as estaes

Manuseio de vrias configuraes de peas detrabalho

Base-padro de palete

Dispositivo de fixao pode ser adaptado

Armazenagem temporria

Acesso conveniente para carga e descarga

Compatibilidade com o controle computadorizado

7.4 Componentes de SFM - Sistema de

manuseio e armazenagem de material


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Sistema primrio de manuseio estabelece o layoutbsico doFMS

Sistema secundrio de manuseio, com as funes:

Transferir trabalho do sistema primrio para as estaes

de trabalho Posicionar as peas com preciso e repetitividade

suficientes para executar a operao

Reorientao da pea para apresentar a superfcie que

dever ser processada Armazenagem de peas em bufferpara maximizar a

utilizao da estao

7.4 Componentes de SFM - Sistema de

manuseio e armazenagem de material


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O layoutdo FMS definido pelo sistema demanuseio de material

Cinco tipos bsicos de layoutde FMS

1. Em linha

2. Circular

3. Escada

4. Campo aberto

5. Clula centralizada em rob

7.4 Componentes de SFM - Cinco tipos de

layoutde FMS

d


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Fluxo em linha reta, sequncia de processamento bem definida esemelhante para todos os itens trabalhados

Fluxo da esquerda para a direita, atravs das mesmas estaes detrabalho

No h sistema secundrio de manuseio

7.4 Componentes de SFM - FMS com layoutem

linha

7 4 C d SFM


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Sistema de transferncia linear com sistema secundrio de manuseiode peas, em cada estao, para facilitar o fluxo nas duas direes

7.4 Componentes de SFM - FMS com layoutem

linha

7 4 C d SFM MS l


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Fluxo unidirecional, mas as variaes na sequncia de processo sopossveis para diferentes tipos de peas

Sistema de manuseio secundrio em cada estao de trabalho

7.4 Componentes de SFM - FMS com layout

circular

7 4 C d SFM FMS l


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O layout retangular permite a recirculao dos paletes para a primeiraestao da sequncia, aps a descarga na ltima estao


retangular

7 4 C d SFM FMS l


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Loopcom degraus permitindo maior variao na sequncia de processo


em escada

7 4 C t d SFM FMS l d


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Mltiplos loopse escadas, adequado para uma grande famlia de peas

7.4 Componentes de SFM - FMS com layout de

campo aberto

7 4 C t d SFM L t d


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Bem adaptado para o manuseio de peas rotativas e operaes de torneamento

7.4 Componentes de SFM - Layout centrado

em rob

7 4 C t d SFM F d


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1. Controle de estao de trabalho

Estaes individuais requerem controles, geralmentecomputadorizados

2. Distribuio de instrues de controle s estaes detrabalho

Inteligncia central necessria para coordenar oprocessamento nas estaes individuais

3. Controle de produo

Mix de produtos, programao da mquina e outrasfunes de planejamento

7.4 Componentes de SFM - Funes de

controle computadorizado de FMS

7 4 C t d SFM F d


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4. Controle de trfego Gerenciamento do sistema primrio de manuseio

que movimenta as peas entre estaes

5. Controle do carro transportador Coordenao do sistema secundrio com o sistema

primrio de manuseio

6. Monitoramento de peas

Monitoramento do statusde cada pea no sistema



7 4 C t d SFM F d


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1. Controle de ferramentas

Local da ferramenta

Monitorar cada ferramenta no sistema

Monitoramento da vida da ferramenta

Registro do uso de cada ferramenta de corte edeterminao de quanto deve ser substituda

2. Monitoramento e relatrio de desempenho

Disponibilidade, utilizao, contagem de peas em

produo etc.3. Diagnstico

Diagnstico da causa de defeitos e reparos recomendados



7 4 C t d SFM T f


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Carregar e descarregar peas do sistema

Trocar e preparar ferramentas

Manuteno e reparo de equipamentos

Programao de peas NC

Programao e operao do sistema de computador

Gerenciamento geral do sistema

7.4 Componentes de SFM - Tarefas

realizadas pela mo de obra humana

7 4 Componentes de SFM - Diferena entre


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7.4 Componentes de SFM - Diferena entreSMF e Clula de Manufatura

A clula consiste de um grupomquinas de operaes manuais,

automatizadas ou ambas. Pode terou no ter transporte automatizadoe controle computadorizado.

O SFM significa um sistematotalmente automatizado, onde

existem estaes de trabalhoautomatizadas, transporte dematerial automatizado e umcontrole da produo

computadorizado.
http://www.ppgia.pucpr.br/~maziero/lib/exe/fetch.php/so:celula-flexivel.png


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Usinagem aplicao mais comum datecnologia FMS

Montagem

Inspeo

Processamento de chapas metlicas(perfurao, recorte, dobra e conformao)

Forjamento

7.5 Aplicaes do FMS

7 5 A li d SFM Ti d FMS


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7.5 Aplicaes do SFM - Tipos de FMS

Tipos de operaes Processamento ou montagem

Tipo de processamento

Usinagem: peas rotativas ou prismticas

Nmero de mquinas (estaes de trabalho):

1. Clula de mquina nica (n = 1)

2. Clula flexvel de manufatura (n = 2 ou 3)

3. Sistema flexvel de manufatura (n = 4 ou mais)

7 5 Aplicaes do SFM Clula de


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7.5 Aplicaes do SFM - Clula de

manufatura de mquina nica

7 5 Aplicaes do SFM Clula flexvel


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7.5 Aplicaes do SFM- Clula flexvel

de manufatura

7 5 Aplicaes do SFM C t ti


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7.5 Aplicaes do SFM- Caractersticasdas trs categorias

7 5 Aplicaes do SFM- Componentes de


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1. Estaes de processamento:

2. Sistema de transporte e armazenamento3.Controle do sistema por computador:

4.Trabalhadores Humanos:

Mquinas ferramentas CNC

Estaes de controle de qualidade (Inspeo)

Estaes de montagem

Prensas de metal, etc.

Utilizado para coordenar as atividades das estaes de processamento e o

sistema de transporte de material no FMS

So necessrios para gerenciar as operaes do FMS;

Carregar matria-prima no sistema e descarregar peas terminadas;

Trocar e ajustes de ferramentas; Programao CNC; Manuteno e reparo do

sistema;

7.5 Aplicaes do SFM Componentes deum SFM
http://www.ppgia.pucpr.br/~maziero/lib/exe/fetch.php/so:celula-flexivel.png


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7.6 Conceitos de sistemas especialistas

Definio sistemas que empregam o conhecimento humano para

resolver problemas que requererem a presena de umespecialista.

rea de aplicao de mais sucesso da IA faz parte dos chamados knowledge-based systems

Utilidade capacitar no-especialistas servir de assistente a especialistas servir de repositrio de conhecimento valioso para a

empresa etc.

7 6 Conceitos de sistemas especialistas


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Expertise conhecimento especializado adquirido

por longo treinamento, leitura eexperincia

Especialista Quem possui o conhecimento,

experincia, mtodos e a habilidade deaplic-los para dar conselhos e resolverproblemas.

Engenheiro de conhecimento Guia a aquisio, representao do

conhecimento especializado, bem como aimplementao e refinamento do SE.

7.6 Conceitos de sistemas especialistas

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7 7 Aplicaes de sistemas especialistas


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7.7 Aplicaes de sistemas especialistas

1) Construo da base de conhecimento Aquisio de conhecimento!!!

Representao de conhecimento (formalizao)

2) Implementao Codificao

Construo do sistema de explicao, interface,etc.

3) Refinamento e validao



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Aquisio de Conhecimento

Aquisio/Explicitao de conhecimento acumulao, transferncia e transformao de alguma

fonte de conhecimento para um computador (base deconhecimento).

Espcie de engenharia de requisitos mais complexa Pode originar-se de vrias fontes:

especialistas, livros e documentos, filmes, etc.

Principais fases da aquisio identificar caractersticas do problema isolar os conceitos principais e suas relaes (ontologia)

identificar inferncias sobre estes conceitos



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Modelo PropostoSistema Especialista

Modelo:

SEM, Regresso Linear, Anlise

Fatorial, Redes Neurais, Lgica

Fuzzy

Base de Dados

Clientes

Data

Mining

Analisar a BD

QualitativaVariaveis

latentes Questionrio



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Descoberta de Conhecimento em Bases de dados

Caracterizao do Processo de KDD

Pr-processamento

A etapa de pr-processamento compreende, s funes relacionadas captao, organizao,

tratamento e a preparao dos dados;

Minerao de Dados

Minerao de dados compreende a explorao e anlise de grandes quantidades de dados com o

objetivo de encontrar padres, regras e relaes interessantes e significativas para algum fim BERRY (2000);

Ps-Processamento

Corresponde a aplicabilidade dos resultados no contexto em que foi inserido a pesquisa. Esta fase

compreende a fase final onde todos os dados criados so direcionados para anlises e tomadas futuras decises.

7 8 Arquitetura e desenvolvimento de


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Engenheiro de

Conhecimento

Ferramentas,

Linguagens

Sistema

Especialista

Construtor de

Ferramentas

Construtor

do sistema

Especialista Equipe de

Suporte

Usurio

FinalVendedor

Conhecimento

DocumentadoAdquire

Conhecimento

Testa

Constri

Constri

Conecta

Coopera

Fornece

Suporte

Usa

Fornece

Usa

Usa

Constri

7.8 Arquitetura e desenvolvimento de

sistemas especialistas

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sistemas especialistas - Mtodos de aquisio

3 categorias: Manual, Semi-automtico e Automtico Manual

Entrevistas (estruturadas ou no estruturadas)

Tracking methods (anlise de protocolos e observao)

especialista

Base de

conhecimento

Engenheiro de

conhecimento

documentao

codificao



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sistemas especialistas - Mtodos de aquisio

Semi-automticos

ajuda ao especialista (grid repertory analysis)

ajuda ao engenheiro de conhecimento (editores,documentadores, etc.)

Automtico:

machine learning

Casos e exemplos Induo automtica Regras

especialista Ferramentas interativas

de entrevista

Base de

conhecimento

Engenheiro de conhecimento

7 8 Arquitetura e desenvolvimento de sistemas


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7.8 Arquitetura e desenvolvimento de sistemas

especialistas - Mtodos de aquisio

Mquina de

Inferncia

Usurio

Dados do

problema

Base de

conhecimento

Explicao

do raciocnio

Respostas

Engenheiro de

conhecimento

Especialista

Ferramentas

de aquisio

Memria

de trabalho



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especialistas - Ferramentas para construo de SEs

3 opes Shell (OPS, ExpertSinta, KAS, ...) : o mais utilizado Linguagens de programao para IA (Prolog) Linguagens de programao gerais (OOP) Linguagens hbridas (componentes de IA): regras +

objetos (CLIPS, JESS, NeOpus, JEOPS, etc.) Critrios de escolha

Facilidade de uso Flexibilidade Interface com sistema Desempenho Portabilidade

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sistemas especialistas - Benefcios do S.E.

Criao de repositrio de conhecimento

Crescimento de produtividade e qualidade

Habilidade de resolver problemas complexos

Flexibilidade e modularidade Operao em ambientes arriscados

Credibilidade

Habilidade de trabalhar com informaes incompletasou incertas

Fornecimento de treinamento

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7 8 Arquitetura e desenvolvimento de sistemas


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especialistas - Problemas e Limitaes

Avaliao de desempenho difcil

difcil extrair conhecimento especialista

S trabalham muito bem em domniosestreitos

Engenheiros de Conhecimento so raros ecaros

Transferncia de conhecimento est sujeito aum grande nmero de preconceitos

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