International Journal of Industrial Engineering & Production Management (2013)

-144144-24523

November 2013, Volume 24, Number 3
pp. 257-268

http://IJIEPM.iust.ac.ir/

A New Approach For Maximizing The Output Rate In
Robotic Manufacturing Cells

*
M. Fathain , I. Nakhai Kamal Abadi, M. Heydari & H. Farughi

Mohammad Fathain, Associate Professor of Industrial Eng-Iran University of Science and Technology, [email protected]
Isa Nakhaei Kamal Abadi, Professor of Industrial Eng-Tarbiat Modares University, [email protected]
Mehdi Heydari, Associate Professor of Industrial Eng-Iran University of Science and Technology Hiva Farughi, Phd student of Industrial Eng-Iran University of Science and Technology
Keywords 1ABSTRACT

1268732040127

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

Robotic Manufacturing Cell,
Scheduling,
Output Rate,
Cycle Time,
Robot Move Cycle This paper deals with robot move sequencing and scheduling in two and three machine robotic cells. The machines in the cell are CNC and because of having flexibility feature, they can perform all necessary operations to manufacture parts. The manufactured parts is identical. In the most past researches in this field, flowshop layout has been considered. In this paper we ignore this layout, so a new cycle for robot move sequences is considered. Also the machine layout differs with past studies and the robot has rotational move. We determine the cycle time of proposed cycle, then it is proved that proposed cycle time for two and three machine robotic cell is smaller than existing feasible cycle time that leads to maximize output rate in that cells.

© 2013 IUST Publication, IJIEPM. Vol. 24, No. 3, All Rights Reserved

*
Corresponding author. Mohammad Fathain
Email: , [email protected]

ارائه رویکردی جدید برای افزایش نرخ خروجی در سلولهای تولیدی رباتیک

محمد فتحیان*، عیسی نخعی کمال آبادی، مهدی حیدری و هیوا فاروقی

سلول تولیدی رباتیک، در این مقاله، تحلیل نرخ خروجی و توالی حرکات ربات در سلول های تولیدی رباتیک دو و سه ماشینه زمانبندی، برای تولید قطعات یکسان مدنظر قرار گرفته است. ماشین های موجود در این سلولها از نوع کنترل نرخ خروجی، عددی) CNC( می باشند. برای جابجایی مواد و قطعات بین ماشینها و ناحیه ورودی و خروجی در زمان سیکل، سلول تولیدی از یک ربات تک نگهدارنده استفاده می شود. حرکت ربات نیز به صورت چرخشی در نظر سیاست حرکتی ربات گرفته می شود. در این تحقیق، ضمن معرفی یک طرح استقرار پیشنهادی برای جانمایی ماشینها در سلولهای تولیدی رباتیک دو و سه ماشینه ،سیاست حرکتی جدیدی برای توالی حرکات ربات در این سلولهای تولیدی با در نظر گرفتن ویژگی انعطاف پذیری عملیات برای ماشینهای موجود در سلول تولیدی پیشنهاد شده است. در ادامه، زمان سیکل در سیکلهای حرکتی پیشنهادی برای سلولهای تولیدی دو و سه ماشینه محاسبه شده و ثابت شده است که زمان این سیکلها در مقایسه با زمان سیکل سایر سیاستهای حرکتی شدنی موجود در سلولهای رباتیک دو و سه ماشینه کمتر بوده و افزایش نرخ خروجی در سلولهای تولیدی رباتیک را به دنبال خواهد داشت.

سلولی، انعطاف پذیری بیشتر این سیستم های تولید است. امروزه با گسترش استفاده از ماشین های CNC و سیستم های الکترونیکی در سیستم های ساخت و تولید، ماشین ها قابلیت انجام فعالیت های مختلفی را دارند. یک سلول تولیدی رباتیک انعطاف پذیر دو یا سه ماشینه دارای یک ناحیه ورودی و خروجی، دو یا سه ماشین برای پردازش فعالیت ها و کارها و یک ربات برای جابجایی مواد و قطعات بین ماشین ها و ناحیه ورودی و خروجی است. در این سلول های تولیدی، بازده سلول تحت تأثیر تعامل بین ربات و ماشین ها است .
زمان بندی در سلولهای تولیدی رباتیک از جنبه های متفاوتی در سلول های رباتیک تک، دو و سه ماشینه در حالت های مختلف تولید قطعات یکسان و مختلف بررسی شده است. تحقیقات انجام شده در این زمینه را می توان از چند جنبه مورد بررسی قرار داد .
برخی از این مطالعات روی سیکل های حرکتی ربات در سلول های تولیدی رباتیک متمرکز شده و سیکل های حرکتی موجه در این سلول ها را مورد بررسی قرار داده اند. در این تحقیق نیز توالی
1. مقدمه1
دنیای صنعتی امروز که به طور مستمر در حال پیشرفت است باعث شده است که تکنولوژی به صورت چشمگیری گسترش یافته و هر روز نوآوری ها و خلاقیت های جدیدی معرفی شوند. یکی از حوزه های جدید در زمینه توسعه تکنولوژی، ظهور سیستم های تولیدی رباتیک است. از مهمترین خصوصیات سیستم های تولید
تاریخ وصول: 3/6/39 تاریخ تصویب: 1/11/39
*نویسنده مسئول مقاله: دکتر محمد فتحیان ،دانشیاردانشکده مهندسی صنایع،دانشگاه علم وصنعت ایران،[email protected]
دکتر عیسی نخعی کمال آبادی ،استاد دانشکده مهندسی، بخش مهندسی صنایع،دانشگاه تربیت مدرس،[email protected]
دکتر مهدی حیدری، دانشیاردانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم وصنعت ایران، [email protected] هیوا فاروقی، دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم وصنعت
[email protected]،ایران
1268732040127

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

-13715259042

کلمات کلیدی چکیده:

1268732040127

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

173
حرکات ربات و جانمایی استقرار ماشین ها در سلول تولیدی رباتیک دو و سه ماشینه مورد توجه قرار می گیرد. از پایه ای ترین تحقیقات در مورد مسأله برنامه ریزی در سلول های انعطاف پذیر رباتیک می توان به مقاله ستی و همکاران ]1[ اشاره کرد. آنها در این تحقیق سیکل های حرکتی شدنی در سلول های رباتیک دو و سه ماشینه را تحلیل و بررسی کرده اند. همچنین کراما و ون ]2[ مدل های بهینه سازی ترکیبی در سیستم های ساخت و تولید رباتیک را ارائه کرده اند. هال و همکاران نیز ]3و4[ مسائل مربوط به سلول های انعطاف پذیر دو و سه ماشین را طبقه بندی کرده و پیچیدگی محاسباتی این مسائل را تحلیل کرده اند .
مرور کاملی از مسائل، الگوریتم های حل و پیچیدگی محاسباتی الگوریتم های حل این مسائل در مقالات کراما و همکاران ]5[ و داونده و همکاران ]6[ دیده می شود. آنها مسائل مربوط به سلول های تولیدی رباتیک را از سه جنبه محیط ماشین، محیط فرآیند و نوع تابع هدف مسأله دسته بندی کرده اند. مسائل مربوط به محیط ماشین از نظر تعداد و نوع ماشین ها، نوع و تعداد ربات در سلول تولیدی قابل بررسی است. بر این اساس مطالعات انجام شده در این زمینه ها قابل تفکیک است. در این تحقیق سلول رباتیک دو و سه ماشینه با ماشین های یکسان و یک ربات تک نگهدارنده بررسی می شود .
همچنین در مسائل مربوط به محیط فرآیند، معیارهای برداشتن /گذاشتن قطعه در سه حالت بلوکه، بدون وقفه و با وقفه بررسی می شود. از جمله تحقیقات انجام شده در این زمینه می توان به مطالعات هال و سریسکانداراجا ]7[ و اگنتیس ]8[ اشاره کرد .
همچنین در مسائل محیط فرآیند، معیار زمان جابجایی به سه صورت ثابت- جمع پذیر و اقلیدسی در نظر گرفته می شود؛ که در تحقیقات انجام شده در زمینه سلول های تولیدی رباتیک در هر مقاله، فرضیات مربوط به زمان جابجایی در نظر گرفته می شود. در اکثر این تحقیقات و از جمله در این مقاله زمان های جابجایی به صورت ثابت در نظر گرفته می شود .
بعلاوه مسأله دیگری که در محیط فرآیند قابل بررسی است تعداد و نوع قطعات تولیدی در سلول است که به صورت یکسان یا متنوع در نظر گرفته می شود. در این مقاله تولید قطعات یکسان مدنظر قرار خواهد گرفت. در مسائل مربوط به معیار بهینگی، تابع هدف مدنظر در هر تحقیق مورد توجه قرار می گیرد. در این تحقیق کمینه کردن زمان سیکل و به عبارت دیگر افزایش نرخ خروجی در سلول تولیدی رباتیک به عنوان هدف اصلی مساله مدنظر قرار گرفته است.
در مورد هر کدام از مسائل یاد شده، تحقیقات مختلفی با لحاظ نمودن فرضیات مربوطه در سال های اخیر انجام شده است .
جیسمر و همکاران در دو مطالعه جداگانه ]9و11[ توالی حرکاتربات در سلول های انعطاف پذیری که قطعات یکسان تولید می کند را بررسی کرده اند. آنها فرض کرده اند که تولید به صورت سیکلی بوده و برای تقریب زمان سیکل در سیکل های چند واحده در شرایط زمان های ثابت، جمع پذیر و اقلیدسی، الگوریتم های چند جمله ای ارائه کرده اند .
اخیراً نیز آکتورک و همکاران ]11[ فرض انعطاف پذیری در سلول های تولیدی رباتیک را مطرح کرده و تعیین توالی حرکات ربات و نحوه تخصیص عملیات لازم برای تولید قطعات یکسان به ماشین های موجود در سلول دو ماشینه را بررسی کرده اند. آن ها براساس تحلیل پارامترهای مدل به این نتیجه رسیده اند که در این سلول رباتیک ممکن است بسته به مقدار پارامترهای مدل ،سیکل های یک یا دو واحده بهینه باشد. همچنین تعدادی از محققین، سیکل های حرکتی با لحاظ نمودن محدودیت مخزن ابزار در ماشین های CNC موجود در سلول های تولیدی رباتیک را مورد بررسی قرار داده اند .
از مهمترین تحقیقات انجام شده در این زمینه می توان به تحقیقات گلتکین و همکارانش ]12و13[ اشاره کرد که در یکی از این مقالات نحوه تخصیص عملیات به ماشین ها و تحلیل پارامتری زمان سیکل در سلول های دو ماشینه با توجه به محدودیت مخزن ابزار ماشین ها مورد توجه بوده ]12[ و در تحقیق دیگر]13[، نحوه تخصیص فعالیت ها به ماشین های سه گانه در سلول رباتیک برای کمینه کردن زمان سیکل و با لحاظ نمودن فرض انعطاف پذیری ماشین ها مدنظر بوده است. از سایر تحقیقات انجام شده در زمینه موضوع این تحقیق می توان به مطالعات نخعی کمال آبادی و غلامی ]14[، گلتکین وهمکاران ]15[، داونده و همکاران]16[ اشاره کرد که جابجایی های ربات، توالی حرکات ربات و تحلیل نرخ خروجی در تولید سیکلی سلول های تولیدی رباتیک در حالات تک هدفه و دو هدفه بررسی شده است.
در این مقاله علاوه بر فرضیات معمول در زمانبندی سلولهای تولیدی رباتیک، فرضیات جدیدی در نظر گرفته شده و با پیشنهاد طرح استقرار جدیدی برای جانمایی ماشینها در سلول رباتیک، سیکل حرکتی جدیدی برای توالی حرکات ربات در سلولهای رباتیک دو و سه ماشینه ارائه می شوددر این سلولهای تولیدی از یک ربات تک نگهدارنده برای جابجایی مواد و قطعات بین ماشینها و ناحیه ورودی و خروجی استفاده می شود. هدف اصلی از معرفی این سیکل حرکتی، افزایش نرخ خروجی و به عبارتی کاهش زمان سیکل در سلول تولیدی رباتیک می باشد. در اینجا سلول تولیدی به عنوان بخشی از یک سیستم تولیدی در نظر گرفته شده است که به طور پیوسته قطعات را جهت پردازش وتکمیل به این سلول وارد می کند، لذا این سلول تولیدی در تولیدانبوه و یا حتی می تواند در تولید دسته ای مورد استفاده واقع شود.
در ادامه مقاله در بخش دوم ابتدا سیاستهای حرکتی شدنی سنتی در سلولهای تولیدی رباتیک دو و سه ماشینه مرورشده و سپس با در نظر گرفتن جانمایی پیشنهاد شده برای استقرار ماشین ها و لحاظ نمودن حرکت چرخشی ربات، سیکل حرکتی جدید معرفی شده و زمان آن نیز محاسبه گردیده است .
در بخش سوم، زمان سیکل درسیاستهای حرکتی پیشنهادی منطبق با جانمایی جدید ماشینها در سلول، با زمان سیکل سیاستهای حرکتی شدنی سنتی در سلول تولیدی رباتیک دو و سه ماشینه مقایسه شده و در بخش چهارم به تحلیل نتایج و پیشنهادات پرداخته شده است .

1. تعریف مسأله
در این بخش سیکل های حرکتی شدنی موجود در یک سلول رباتیک انعطاف پذیر را بررسی نموده و در ادامه سیاست حرکتی جدیدی منطبق بر استقرار ماشینها در جانمایی پیشنهادی در سلولهای رباتیک دو و سه ماشینه را معرفی می کنیم. آکتورک و همکاران ]11[ سیکل های موجود در سلول رباتیک دو ماشینه را بصورت سیکل های حرکتی 1S12S21,S2,S معرفی کرده اند. آنها همچنین با استناد به مقاله ستی و همکاران ]1[ سیکلهای حرکتی ساده شدنی در سلول رباتیک سه ماشینه رابه صورت1S و 2S و 3Sو 4S و 5S و 6S معرفی کرده اند.
آنها استقرار ماشین ها در سلول را به صورت خطی در نظر گرفته و فرض کرده اند که هر ماشین بخشی از عملیات مربوط به آن قطعه را پردازش می کند و مشابه اکثر تحقیقات انجام شده قبلی در این حوزه، آکتورک و همکاران ]11[ نیز فرض کرده اند که جابه جایی مواد بین ماشین ها توسط یک ربات تک نگهدارنده صورت می گیرد، به گونه ای که قطعه را از ناحیه ورودی گرفته و سپس جهت پردازش آنرا ابتدا به ماشین اول و سپس به ماشین دوم ودر سلول سه ماشینه در انتها به ماشین سوم جابه جا میکند و در نهایت پس از اتمام عملیات به ناحیه خروجی می برد .در این مقاله، ما با در نظر گرفتن فرضیات دیگری، سیاست جدیدی برای حرکت ربات در سلول رباتیک دو و سه ماشینه را معرفی می کنیم که ناشی از جانمایی و استقرار ماشینها با رویکرد پیشنهادی است.این سیاست حرکتی جدید در بخش )2-2( معرفی و به طور کامل توضیح داده می شود.

تعریف 1 :
فعالیت «Ai j » به این صورت تعریف می شود که ربات قطعه را از مکان i به مکان j ببرد. به این منظوردر زمان  قطعه را از
169
مکان i برداشته و در زمانj-i) ( آنرا به سمت مکان j می برد .
سپس در زمان قطعه را در مکانj تخلیه می نماید.

تعریف 1 :
یک سیکل n واحده به این صورت تعریف می شود که در هر سیکل ربات باید دقیقاًدقیقا n قطعه را وارد سلول رباتیک کرده و پردازش مورد نیاز آنها روی n قطعه انجام شده و ربات کلیه فعالیت های لازم را دقیقادقیقاً n بار تکرار کند و سپس در پایان سیکل n قطعه رااز سلول رباتیک خارج کند. حالت ابتدا و انتهای سیکل n واحده باید یکسان باشد.

تعریف 9 :
زمان سیکل n واحده (Ct): زمان لازم برای تولید n قطعه در یک فرآیند سیکلی به طوریکه ربات از یک وضعیت اولیه شروع به کار کرده و در یک توالی مشخص عملیات لازم برای تولید n قطعه انجام شده و سپس ربات به وضعیت اولیه بر می گردد.

پارامترهای مورد استفاده در این مقاله به صورت زیر در نظر گرفته می شوند.
a: مجموع زمان های پردازش عملیات توسط ماشین اول روی هرقطعه b: مجموع زمان های پردازش عملیات توسط ماشین دوم روی هرقطعه c: مجموع زمانهای پردازش عملیات توسط ماشین سوم روی هرقطعه P: زمان پردازش کامل قطعه روی هر یک از ماشینها در حالتیکه تمام عملیات پردازشی قطعه روی یکی از ماشینها انجام شود. )در مساله دو ماشینه P=a+b و در مساله سه ماشینه P=a+b+c(
 : زمان بارگذاری/ تخلیه توسط ربات
 : زمان حرکت ربات بین دو مکان متوالی wi : زمان انتظار ربات روبروی ماشین i
TSK: زمان سیکل طبق سیاست حرکتی SK

1-1. بررسی سیکل های حرکتی موجود در سلولهای تولیدی رباتیک
1268732040127

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

در این سیکل ها فرض شده است که ربات روی یک ریل حرکت خطی دارد و ماشین ها و ناحیه ورودی و خروجی روبروی رباتقرار دارند که نمونه ای از سلول رباتیک 2 ماشینه طبق مقالهکراما و ون] 2[ به صورت شکل) 1( می باشد.

1268732040127

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

Downloaded from ijiepm.iust.ac.ir at 14:15 IRST on Saturday November 4th 2017

1-1-1. سیکل های حرکتی موجود در سلولهای تولیدی رباتیک دو ماشینه
آکتورک و همکاران ]11[ با استناد به مقاله ستی و همکاران] 1[، سیکل های حرکتی موجود در سلول رباتیک دو ماشینه ) 1S12S21,S2,S ( را به صورت زیر معرفی نموده و زمان هر یک از این سیکلها نیز مورد بررسی و محاسبه قرار گرفته است.در این سلول تولیدی فرض شده است که زمان پردازش عملیات روی هر یک از ماشینها باهم برابرمی باشد، به عبارت دیگر ماشین ها یکسان فرض شده و زمان بارگذاری/ تخلیه توسط ربات ) ( و با هم برابر و زمان حرکت ربات بین دو مکان متوالی) ( نیز برابر میباشد.

سیکل حرکتی 1S :
در این سیکل متناسب با تعاریف ارائه شده در بخش قبل، توالی حرکت های ربات به صورت 23A01 A12 A می باشد که در سلول رباتیک دو ماشینه مکان صفر مربوط به ناحیه ورودی و مکان یک مربوط به ماشین اول و مکان دو مربوط به ماشین دوم و مکان سه مربوط به ناحیه خروجی میباشد. طبق حرکات تعریف شده ،سیکل 1S یک سیکل تک واحده می باشد و زمان سیکل مربوط به آن به صورت زیر محاسبه شده است. در ابتدای این سیکل هیچ قطعه ای روی ماشین ها قرار ندارد و ربات روبروی ناحیه ورودی میباشد.
Ts1    6 6  a b )1(

سیکل حرکتی 2S :
161
ناحیه خروجی ماشین 2 ماشین 1 ناحیه ورودی

ربات



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید