PLANEJAMENTO DO PROCESSO ASSISTIDO POR COMPUTADOR - CAPP

Transcrição

1 PLANEJAMENTO DO PROCESSO ASSISTIDO POR COMPUTADOR - CAPP Prof. João Carlos Espíndola Ferreira, Ph.D. /jcarlos j.c.ferreira@ufsc.br Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Engenharia Mecânica GRIMA - Grupo de Integração de Manufatura GRUCON Caixa Postal 476, CEP Florianópolis, SC, Brasil

2 O planejamento do processo é a ponte que liga o projeto à manufatura. Portanto, esta atividade é fundamental em empresas que querem manter-se competitivas.

3 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO O QUÊ? Projeto de Produtos COMO? QUANDO? Programação da Produção

4 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO Produção em pequenos lotes flexibilidade de sistemas de manufatura Flexibilidade: equipamentos tomada de decisões de projeto planejamento do processo agendamento programação da produção ( scheduling ) manuseio gerenciamento

5 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO Volume de produção em países industrializados

6 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO Taxa de Produção X Variedade

7 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO Produção em massa não é mais efetiva como costumava ser. Como a manufatura tinha se tornado tão lucrativa, mais e mais fabricantes entraram neste mercado. N o de fabricantes competição N o opções para os consumidores mais fácil encontrar um produto num preço razoável O mercado passou a ser voltado para o consumidor, em vez de ser voltado para o fabricante. Quanto mais o consumidor encontra maiores opções de produtos, o desejo de ter mais opções torna-se mais forte. Variedade de produtos ; Ciclo-de-vida do produto

8 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO Os fabricantes não perceberam esta situação até a metade dos anos 70. Eles se depararam com uma situação em que a ferramenta efetiva (i.e. produção em massa) tornou-se ineficiente. Eles tiveram que procurar uma solução para o seguinte problema: produção de quantidade variedade de produtos alteração no projeto das peças estoque-em-processo volume de produção para cada produto

9 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO CIM integração de todos os aspectos da manufatura Automação flexível de todas as atividades de manufatura Coodenação e otimização de todo o sistema de manufatura. Palavra chave do CIM "integração" Componentes como CAD, CAM, FMS, CAPP, Computer-Aided Assembly (CAA), Computer-Aided Testing (CAT), Computer-Aided Inspection (CAI), MRP, Management Information Systems (MIS), etc., devem ser integrados. CAPP desempenha um papel extremamente importante.

10 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO Comunicação entre o CAD e o CAM é fundamental no CIM, o que pode até certo ponto determinar o sucesso do CIM CAPP pode ser considerado a ponte entre o CAD e o CAM. O CAPP determina como o projeto será feito num sistema de manufatura. Sem um bom CAPP, torna-se impossível transformar a informação de projeto em manufatura.

11 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO CAD (computação gráfica); CAM (programação de máquinas de comando numérico) sucesso! A importância do CAPP não havia sido percebida pela indústria de manufatura em geral até a década passada. POR QUÊ? tomada de muitas decisões tecnológicas muitos problemas técnicos e organizacionais não são determinísticos algumas decisões podem ser tomadas apenas através de métodos experimentais. N o de sistemas CAPP desenvolvidos ; poucos industriais "Sistemas comerciais CAD/CAM integrados" sistemas CAD/NC ou CAD/APT

12 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO

13 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO

14 Histórico de CAD, CAM, hardware e sistemas de manufatura

15 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE PLAN. DO PROCESSO Novos trabalhos em CAPP O desenvolvimento do CAPP satisfará as necessidades de implementações de CIM, e também os desafios cada vez maiores da indústria de manufatura. Desenvolvimento de um sistema CAPP: compreensão completa dos princípios e metodologias de planejamento do processo. Alguns pesquisadores importância do código de computador; não prestam atenção aos princípios e metodologias o sucesso impossível A discussão nesse curso focaliza-se nas teorias, princípios e métodos de planejamento do processo, para proporcionar a importante base tecnológica para o CAPP.

16 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E PLAN. DO PROCESSO Os processos: alteram a forma, dimensões e propriedades das matériasprimas ou produtos semi-acabados, ou então efetuam a montagem das peças nos produtos finais. fundição, forjamento, soldagem, puncionamento, estampagem, usinagem, tratamentos térmicos, tratamentos químicos etc. Usinagem: torneamento, fresamento, furação, retificação, brochamento, geração de engrenagens, etc., dependendo da forma desejada, dimensões, precisão e qualidade superficial da peça

17 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E PLAN. DO PROCESSO Projeto de um novo produto Planejamento dos processos para a fabricação dos seus componentes (tarefa preparatória para a manufatura) Documento resultante plano de processo serve de base para as regras referentes às operações de produção. Qualidade dos planos de processo influencia: grau de complexidade do trabalho preparatório para a manufatura; duração do estágio preparatório; qualidade das peças e produtos fabricados; grau de complexidade do escalonamento da produção seqüência de operações e nos custos de produção.

18 DOCUMENTAÇÃO GENERAL ELECTRIC CORPORATION Material No. da Operação Nome da Operação PLANO DE PROCESSOS Matéria- Prima Equipamento No. do Produto No. da Peça Nome da Peça Número de Peças por Unidade Disp. de Ferramenta Fixação Instr. de Medição Página Quantidade Tempos Padrões de Obs. Exemplo de um plano de processo Processista Aprovaçã o Data Data No. Alteração da Aprovação Data No. da alteração Data da alteração

19 DOCUMENTAÇÃO GENERAL ELECTRIC CORPORATION No. da Operação Nome da Operação PLANO DE PROCESSOS No. do Produto No. da Peça Noma da Peça Material Dureza Equipamento Disp. de Fixação Página de Tempos Padrões (DESENHO DE FABRICAÇÃO DA PEÇA) No. da Sequência Operação Elementar Ferramenta Instr. de Medição Rotação N (rpm) Avanço f (mm/rev) Prof. a p (mm) Obs. Exemplo de um plano de processo detalhando as operações elementares Processista Aprovação No. da Alteração Data Aprovação Data No. da alteração Data Data da alteração

20 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E PLAN. DO PROCESSO 1 peça n o de planos de processo > 1 Qualidade de um plano de processo avaliada sob os pontos de vista tecnológico e econômico. Plano de processo é bom quando: proporciona a qualidade desejada das peças fabricadas; reduz o custo de produção. No planejamento do processo, deve-se efetuar: uma análise pormenorizada da estrutura da peça, especificações do material, volume de produção e condições de fabricação

21 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E PLAN. DO PROCESSO Decisões que são tomadas no planejamento do processo: Seleção da matéria-prima e seu método de fabricação Seleção dos processos de usinagem das superfícies das peças Determinação da seqüência de operações Determinação da fixação da peça para cada operação Seleção do equipamento e ferramentas para as operações de usinagem Determinação das dimensões e tolerâncias operacionais para as operações de usinagem Seleção das condições de usinagem e determinação dos tempos padrões para cada operação

22 Algumas das atividades no planejamento do processo (no contexto de usinagem)

23 Um exemplo de plano (ou folha) de processo

24 Uma peça exemplo, para a qual será mostrado um plano de processo para a sua fabricação

25 Plano de processo para a fabricação da peça na figura anterior

26

27 Plano de processo para a fabricação da peça na figura anterior

28 Boxy

29 AP203e2 AP238 4-axis / 2 setups AP203 AP203

30 Diferentes estratégias de entrada da ferramenta no material

31 Diferentes estratégias de aproximação da ferramenta em relação à peça

32 Diferentes estratégias de fresamento (vistas superiores)

33 3-Axis / 6 setups Machining Setup 1 at Scania Machining Setup 1 at KTH

34 4-Axis / 2 setups Setup 1 Setup 2

35

36

37

38 Exemplo de peça com superfície generalizada ( sculptured )

39 Exemplos de peças complexas

42 Exemplo de trajetória da ferramenta para a usinagem de uma peça com superfície generalizada

43

44 COMPOSIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM Processo de usinagem n o de operações através das quais as matérias-prima são transformadas em peças acabadas. Componentes básicos de processos de usinagem operações. Uma operação = porção completa de um processo (p.ex. furação, retificação) para usinar uma peça (ou várias peças simultaneamente) numa única fixação. Uma operação utilização do mesmo equipamento e mesma peça, isto é, pela continuidade. Exemplo: se um lote de peças é usinado primeiramente num torno paralelo, e então numa fresadora, obviamente dois operadores estarão envolvidos.

45 COMPOSIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM A figura ilustra a usinagem do furo central e do rebaixo numa flange. Conceitos de "operação" e "operação elementar"

46 COMPOSIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM Se o lote de peças é usinado na seguinte seqüência: furação mandrilamento do furo mandrilamento do rebaixo, com três ferramentas diferentes na mesma máquina (p.ex. num torno), esta é uma única operação. Se estes furos são executados num torno e então mandrilados num outro torno, a usinagem das peças consistirá de duas operações. Operação todas as atividades diretamente relacionadas à usinagem, bem como as ações auxiliares e de manuseio.

47 COMPOSIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM Uma operação elementar é efetuada sem alterar a ferramenta (ou grupo de ferramentas usadas simultaneamente), a superfície usinada da peça, a velocidade e o avanço. Se um destes é alterado, tem-se uma outra operação elementar. Exemplo: a operação ilustrada na figura três operações elementares: 1- fazer furo; 2-mandrilar furo; 3-mandrilar rebaixo. Se o mandrilamento fosse subdividido em desbaste e acabamento (diferentes velocidades e avanços), o mandrilamento fino quatro operações elementares.

48 COMPOSIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM Maior eficiência e produtividade combinação de operações várias ferramentas para usinar diferentes superfícies da peça. Camada profunda de material operação elementar pode ser subdividida em vários passes. Mandrilamento do rebaixo na figura anterior poderá ser feito em vários passes. Porém, 1 só operação elementar (usinagem do rebaixo), pois não há alteração na ferramenta, na superfície sendo usinada, na velocidade ou no avanço.

49 COMPOSIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM Operações elementares complexas

50 COMPOSIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM Fresamento de duas superfícies planas (a) em duas fixações (b) numa única fixação

51

52

53 EXIGÊNCIAS PARA O PLAN. DO PROCESSO PP afeta diretamente: a qualidade do produto, a eficiência da produção e os custos. Um bom plano de processo deve satisfazer as seguintes exigências: proporcionar que todas as exigências de qualidade da peça contidas no desenho sejam atingidas. resultar numa elevada eficiência de produção para que os produtos sejam entregues no prazo estipulado. resultar em baixos custos de produção. proporcionar uma melhoria nas condições de trabalho, e promover o desenvolvimento da tecnologia de manufatura.

54 EXIGÊNCIAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Um dos maiores problemas no PP: como atingir a precisão especificada no projeto? Deve proporcionar que todas as exigências de qualidade sejam atingidas, sem depender da habilidade do operador. Outros problemas tecnológicos e econômicos: É apropriado adotar matérias-prima de precisão (fundidos ou forjados)? Vale a pena utilizar novos métodos de usinagem, máquinas ou ferramentas?

55 EXIGÊNCIAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Várias alternativas de planos de processos, ou algumas de suas operações, são avaliadas e comparadas para que o melhor plano seja selecionado. Melhor alternativa? Máquinas mais avançadas? Mais elevada eficiência de fabricação? Avaliação das alternativas pontos de vista tecnológico e econômico. Na maioria dos casos, o custo total é a base da decisão. Mas é importante que as alternativas satisfaçam as exigências de qualidade e produção imediata.

56 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Compreensão do Desenho e Especificações da Peça Processista deve entender claramente tudo que estiver especificado no desenho da peça, inclusive todas as vistas da peça, cotas, tolerâncias, acabamentos e outras especificações técnicas. Informações incompletas, incorretas ou indefinidas poderão resultar em decisões tecnologicamente ruins, e consequentemente em planos de processo ruins.

57 A partir da tolerância pode-se selecionar um processo de fabricação para uma dada superfície.

58 A partir da rugosidade superficial pode-se selecionar um processo de fabricação para uma dada superfície.

59 A partir da rugosidade superficial pode-se selecionar um processo de fabricação para uma dada superfície.

60 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Compreensão do Dimensionamento da Peça: Posições relativas entre superfícies podem ser dimensionadas de 3 maneiras diferentes: Três meios diferentes de dimensionamento: (a) em relação a uma superfície; (b) seqüencial; (c) combinado

61 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Desenho da Matéria-Prima: Matéria-prima selecionada de acordo com o desenho da peça, levando em consideração as exigências de propriedades mecânicas e o custo da peça determina os sobre-materiais de todas as superfícies da peça que devem ser removidos, e os métodos de fixação da peça nos estágios iniciais do processo de usinagem. Tipos de matérias-prima: fundidos, forjados, peças soldadas, laminados, etc. (ver figura). Tem-se procurado aproximar a forma e o tamanho da matériaprima o mais possível da peça quantidade de usinagem.

62 Exemplos de matérias-prima

63 Exemplos de matérias-prima, e a sua fabricação e inspeção

64 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Volume de Produção e Data de Entrega Tipos de produção uma única peça, em lote e em massa. Custo usinagem ponto de equilíbrio fundição + usinagem Cm N* GRIMA, Dep. Eng. Mecânica, N UFSC

65 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Um centro de torneamento CNC

66 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Tendência atual no layout da fábrica incorporar flexibilidade ao sistema de manufatura, para atender a variedade e mudanças freqüentes nos produtos a serem fabricados FMS (pequenos e médios lotes) Layout Celular (TG) X Layout Funcional (Departamental)

67 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Um sistema FMS na Vought Aircraft, EUA

68 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Equipamento de Produção O PP pode ser efetuado sob duas condições diferentes: 1. para uma nova planta ou oficina 2. para uma planta já existente Caso 1 selecionar as máquinas mais razoáveis, de acordo com as necessidades Caso 2 as máquinas devem ser selecionadas do equipamento existente disponível na planta ou oficina, a menos que se planeje a compra de algum novo equipamento. Algumas vezes a modernização de algumas máquinas é necessária, visando melhorar as suas funções e aumentar a sua produtividade.

69 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA O PLAN. DO PROCESSO Outras Informações sobre a Manufatura: ferramentas dispositivos de fixação