design_for_assembly

ITS MAKER
Modulo industrializzazione di prodotto
Modena, febbraio 2017
Design for assembly-caratteristiche
I prodotti sono progettati in generale seguendo 6 particolari criteri
Minimo costo. I singoli componenti devono essere realizzati con i
macchinari appropriati ed in modo che vengano minimizzati i costi di
produzione.
Ad esempio: disegnare ottimizzando il processo rispetto alla posizione
della linea di divisione degli stampi dei pezzi; ottenere il minimo spreco
dalle lastre di materiale grezzo; assicurare che sia facilitata la produzione
partendo da barre o vergelle.
Industrializzazione prodotto
Design for assembly-caratteristiche
2.Funzionalità. Il prodotto deve essere strutturalmente abbastanza forte
per resistere indenne alle sollecitazioni alle quali sarà sottoposto in fase di
uso.
3. Sicurezza.
Il progetto è controllato da variabili e regole che definiscono i vincoli del
pezzo.
Ad esempio: max dimensione di apertura ; bisogni dei singoli componenti...
4. Estetica. L’aspetto della linea del prodotto normalmente riguarda solo i
pezzi la cui estetica è importante. Sulle superfici in vista è richiesta bassa
rugosità e assenza di danni, ma a volte le richieste non sono pienamente
compatibili con i criteri di produzione scelti per minimizzare i costi.
Industrializzazione prodotto
Design for assembly-caratteristiche
5.Assemblaggio.
Tradizionalmente i processi di assemblaggio sono sempre stati valutati
poco e per ultimi principalmente perché la manodopera costava poco ed
era abbondante, quindi i costi di assemblaggio non incidevano molto sul
costo totale di produzione.
Oggigiorno la situazione è cambiata, e la necessità di progettare in
funzione dell’assemblaggio automatico è essenziale per la sopravvivenza
sul mercato.
Questo cambiamento è avvenuto perché la vendibilità di un prodotto è
basata sulla qualità e sul prezzo, e tutti e due i fattori possono essere
ottimizzati tramite l’uso dei robot.
Industrializzazione prodotto
Design for assembly-caratteristiche
6.Smontaggio.
Si può progettare un elemento meccanico anche in funzione del suo
smontaggio successivo. In passato si considerava questo fattore
esclusivamente per facilitare la manutenzione, ma le recenti esigenze di
recupero della materia prima hanno spostato in tal senso l’approccio. Si inizia
scegliendo i materiali usati non solo per le loro caretteristiche meccaniche e
per i costi, ma anche in funzione della loro recuperabilità e del loro basso
impatto ambientale.
Si fa quindi attenzione nel cercare di unire dei pezzi in materiale recuperabile
in modo da poterli staccare con facilità.
In questo senso i sistemi di assemblaggio tramite vite anche se piu costosi e
impegnativi facilitano il lavoro di disassemblaggio.
Sono sconsigliati gli adesivi in quanto un terzo materiale estraneo al riciclaggio
aderisce con forza sul pezzo e bisogna eliminarlo con dei solventi che
complicano il processo di riciclo e inquinano il materiale di recupero.
E’ necessario scegliere anche i processi di produzione in funzione del
disassemblaggio.
Industrializzazione prodotto
Robot
I principali Robot esistenti sono:
• Robot cartesiano
• Robot cartesiano a portale
• Robot cilindrico
• Robot sferico
• Robot articolato (o antropomorfo)
• Robot SCARA
La caratteristica principale che distingue i robot sono le movimentazioni che
corrispondono ad i gradi di libertà. Le movimentazioni possono essere
traslazionali o rotazionali, in funzione di queste si classifica il robot. In generale
ogni robot possiede 3 gradi di libertà, più tre aggiuntivi del polso che non si contano
nella classificazione.
L’eventuale settimo grado di libertà è costituito da una
traslazione della base del robot. In alcuni casi si arriva a contare un ottavo grado di
libertà costituito dal movimento contemporaneo del pezzo dovuto a saldature o
fresature particolarmente complesse.
Industrializzazione prodotto
Robot cartesiani
Le movimentazioni dei robot cartesiani sono costituite da tre traslazioni
lungo i tre assi x,y e z.
Questi robot sono in assoluto i più precisi perché posseggono una struttura rigida e
riescono a garantire precisioni nell’ordine del centesimo.
Lo svantaggio è che non possiedono grande flessibilità di movimento e non
riescono a raggiungere con facilità qualsiasi punto.
Il volume di lavoro è un parallelepipedo.
Industrializzazione prodotto
Robot cartesiani a portale
Le movimentazioni sono identiche a quelle del cartesiano, solo che in
questo è presente una struttura che avvolge il volume di lavoro e permette
di lavorare dall’alto.
Per alcune applicazioni questa caratteristica è indispensabile.
Anche le precisioni sono uguali a quelle del cartesiano.
Industrializzazione prodotto
Robot cilindrici
Nei robot cilindrici una traslazione viene sostituita dalla rotazione della
base.
Il volume di lavoro è chiaramente un cilindro. Sono ormai in disuso.
Industrializzazione prodotto
Robot sferici
Nei robot sferici le movimentazioni sono costituite da due rotazioni e da
una traslazione.
Le rotazioni sono del basamento e della spalla. La spalla è la prima
articolazione dopo il basamento.
Il volume di lavoro si avvicina ad una sfera, ma non tutti i punti sono
raggiungibili.
In passato è stato molto usato nelle saldature
automobilistiche e nelle verniciature, ma ora è in disuso.
delle
scocche
Industrializzazione prodotto
Robot articolato (o manipolatore)
Industrializzazione prodotto
Robot articolato (o manipolatore)
Le movimentazioni del robot articolato sono costituite da tre rotazioni.
Grazie a queste rotazioni questo è il robot che più di tutti simula il braccio
umano, quindi possiede grande flessibilità di movimento e riesce a
raggiungere facilmente ogni punto.
Lo svantaggio principale è che inserendo rotazioni al posto di traslazioni si
perde di rigidezza, quindi di precisione.
Viene per questo usato molto nella manipolazione degli oggetti.
Ulteriore svantaggio: le coordinate di programmazione in termini cartesiani,
ma il computer di bordo deve convertire tutto in coordinate polari.
Il percorso è programmato secondo traiettorie rettilinee, ma quando i gradi
di libertà sono delle rotazioni è difficile percorrere delle linee, quindi si avrà
un maggiore onere computazionale.
Industrializzazione prodotto
Robot SCARA
Industrializzazione prodotto
Robot SCARA
Le movimentazioni di questo robot consistono in due rotazioni e una
traslazione.
E’ un robot molto usato nell’assemblaggio, soprattutto per i componenti
elettronici che richiedono elevate precisioni.
Le due rotazioni servono per il posizionamento e la traslazione per
l’assemblaggio.
E’ estremamente comodo per asservire due linee parallele.
La precisione raggiungibile è di circa 5 centesimi.
Non è preciso come il cartesiano ma lo è più dell’articolato, e inoltre
possiede anche una buona flessibilità di movimento.
Industrializzazione prodotto
Regole di progetto in funzione dell'assemblaggio
Necessità
Specifiche
Standardizzazione
Simmetria
Asimmetria
Posizionamento
Industrializzazione prodotto
Esempio-dopo le modifiche DFA
l numero di parti è sceso da
23 a 16
il 61% dei componenti del
nuovo
disegno
sono
compatibili
con
l’assemblaggio
tramite
robot, contro il 33% del
vecchio disegno
Industrializzazione prodotto
Esempio-prima delle modifiche
Industrializzazione prodotto
Esempio-dopo le modifiche DFA
l numero di parti è sceso da
23 a 16
il 61% dei componenti del
nuovo
disegno
sono
compatibili
con
l’assemblaggio
tramite
robot, contro il 33% del
vecchio disegno
Industrializzazione prodotto