PROJEKTOWANIE SYSTEMÓW TRANSPORTU WEWNĘTRZNEGO

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA PROJEKTOWANIE SYSTEMÓW TRANSPORTU WEWNĘTRZNEGO Piotr Lubiński Podręcznik niniejszy zawiera podstawową wiedzę z zakresu projektowania systemów transportu wewnętrznego. Jest on adresowany do Studentów drugiego stopnia studiów technicznych kierunków logistyka. Przedstawione w nim treści mogą być też przydatne na kierunkach pokrewnych, takich jak zarządzanie oraz transport. Zaprezentowane informacje będą przydatne zarówno w sytuacji budowania nowego systemu transportu wewnętrznego oraz podczas modernizacji systemu już istniejącego. Ponieważ zagadnienia dotyczące budowy i zasad działania środków transportu i ich elementów zawarte są w podręczniku dedykowanym do przedmiotu Technika, technologia i infrastruktura logistyczna, powtórzenie ich w niniejszej pracy uznano za nieuzasadnione. Pojęcia transport wewnętrzny i transport bliski traktowane są w dużym stopniu zamiennie, zostały one zdefiniowane w pierwszym rozdziale. Proces projektowania systemu transportu wewnętrznego został przedstawiony jako prowadzony równolegle (a w zasadzie łącznie) z projektowaniem systemu magazynowego. Uzasadnieniem takiego stanowiska jest fakt, że systemy te są ze sobą bardzo ściśle powiązane i w tej postaci wspierają proces podstawowy.

2 2 1. Pojęcia podstawowe Dla właściwego zrozumienia tematyki projektowania systemów transportu wewnętrznego niezbędna jest znajomość poniżej przedstawionych, podstawowych zagadnień. Istotnym jest, aby poruszone tematy rozumieć w jednolity sposób. Dla zapewnienia takiej jednolitości oraz pożądanej wysokiej sprawności procesu dydaktycznego wydaje się niezbędnym ich przybliżenie Projektowanie Najbardziej ogólna definicja projektowania wg Patzaka: projektowanie jest procesem, który prowadzi działalność ludzką od stanu początkowego do stanu końcowego, którym jest pożądany wynik. Za stan początkowy należy uznać problem do rozwiązania lub potrzebę do zaspokojenia. Stanem końcowym czyli wynikiem procesu projektowania zazwyczaj będzie system; może on być identyfikowany jako wyrób, obiekt, organizacja, proces czy też program komputerowy. Poszczególne procesy projektowania będą różniły się pomiędzy sobą ze względu na rodzaj projektowanego systemu. Różne podejście do procesu wymagane jest w odniesieniu do różnych systemów (systemu technicznego, socjotechnicznego czy też organizacyjnego). Zasadnicze różnice będą widoczne w elementach procesu projektowania. Z analizy literatury dotyczącej zagadnienia projektowania wynika też najszersze ujęcie procesu projektowania, od formułowania potrzeby aż do planów czynności na każdym etapie życia systemu. Ponad to na każdym kroku czy też etapie planowania wyróżnić można trzy rodzaje problemów określonych w następujących pytaniach: - problem informacji czyli co ja muszę wiedzieć? - problem innowacyjny czyli jak to osiągnąć? - problem decyzyjny czyli jak optymalizować decyzję? Powyżej wskazane problemy rozwiązuje się przez iteracyjne stosowanie syntezy i analizy poszczególnych rozwiązań wariantowych. W takim przypadku synteza jest procesem innowacyjnym, pokazującym nam możliwe warianty rozwiązania określonego problemu. Proces analizy pozwala na weryfikację deklarowanych i pożądanych cech wybranego wariantu rozwiązania. Ostatnim etapem jest podjęcie decyzji dotyczącej spełnienia warunków końcowych uwzględniając określone kryteria jakości. Przed podjęciem decyzji dopuszczającej analizowany wariant projektowanego systemu, zespół projektowy musi skonfrontować zbiór uzyskanych możliwości wariantu systemu z wzorcowym systemem idealnym. System wzorcowy lub system wartości zaprojektowany jest w konfrontacji z wymogami środowiska oraz Odbiorcy. Istotną częścią inżynierii systemów jest teoria i metodologia

3 3 projektowania systemów. Obejmuje ona zagadnienia twórczego procesu projektowania systemu, którego celem jest umieszczenie w projektowanym wytworze wzoru projektowego; mówiąc inaczej zapewnienie osiągnięcia przez zbudowany system efektów uzgodnionych w zadaniu projektowym. Wynikiem procesu projektowania może być zarówno nowa technologia czy też konstrukcja, nowa organizacja pracy, nowa organizacja sposobu kierowania procesami. Nadler podzielił projektowanie systemowe na 10 etapów: oznaczenie celu i przeznaczenia, poszukiwanie systemu idealnego, zbieranie informacji, synteza wstępna, ocena i decyzja, synteza projektu technicznego, weryfikacja projektu, próby, uruchomienie oraz pomiary System transportu wewnętrznego System transportu wewnętrznego to system logistyczny. System taki definiowany jest jako celowo zorganizowane i zintegrowane przepływy materiałów oraz informacji, obejmujące wszystkie fazy tworzenia i dostarczania wartości logistycznych - od miejsca pozyskiwania surowców poprzez produkcję, do ostatecznego klienta, w celu zaoferowania odpowiednich towarów we właściwym miejscu i czasie, we właściwej ilości i jakości, przy uzasadnionych kosztach oraz z wykorzystaniem nowoczesnej technologii informatycznej. Procesy fizycznego przepływu materiałów, utrzymania zapasów, a także procesy informacyjne w systemach logistycznych wymagają rozmaitych środków technicznych. Środki te, technologie ich użycia, a także systemy ich zorganizowanego wykorzystania czy też eksploatacji tworzą określoną infrastrukturę procesów logistycznych Zbigniew Korzeń (Logistyczne systemy transportu bliskiego i magazynowania. Tom II. Projektowanie, modelowanie, zarządzanie, ILiM 1998) [3]. Istotnym wydaje się fakt, że systemy transportowe zazwyczaj należą do kategorii systemów techniczno-społecznych, ze wszystkimi zaletami i wadami takich systemów. Jeżeli poszukujemy rozwiązania o wysokiej niezawodności, dużej odporności na kapryśność załogi, należy skupić się na rozwiązaniach automatycznych lub półautomatycznych, umożliwiających minimalizację niezbędnego personelu. Działanie takie zazwyczaj prowadzi też w dłuższym okresie czasu do zmniejszenia kosztów eksploatacji systemu jako całości. Efekt ten uzyskujemy przede wszystkim poprzez ograniczenie sukcesywnie rosnących kosztów osobowych. Wobec powyższego, uzasadnionym wydaje się zalecenie możliwie wysokiej mechanizacji i automatyzacji procesów w projektowanym systemie. Równocześnie należy pamiętać, że w wielu sytuacjach, szczególnie w warunkach wymaganej wysokiej elastyczności systemu transportowego połączonej z dużą różnorodnością zadań, automatyzacja procesów będzie nie tylko trudna, ale może okazać się nieefektywna ekonomicznie. W takim przypadku system będzie funkcjonował w oparciu o procesy z wysokim udziałem pracy ludzkiej wspoma-

4 4 ganej narzędziami mechanicznymi. Uzasadnionym jest monitorowanie parametrów funkcjonowania takich systemów oraz okresowe kontrolowanie możliwości mechanizacji całości lub ich fragmentów. Ilustracją takiego postępowania może być wykrycie dużej powtarzalności operacji transportowych realizowanych pomiędzy dwoma punktami za pomocą kilku wózków widłowych i powiązanie tego faktu z wysoką stabilnością powtarzalności tych operacji. Przy założeniu ciągłości zapotrzebowania należy poddać analizie zmianę systemu transportowego na automatyczny transport za pomocą sterowanych indukcyjnie wózków (zachowując względnie dużą elastyczność) lub wprowadzając na tej linii przenośnik taśmowy (mocno ograniczający elastyczność). Każdej propozycji modyfikacji systemu lub jego części musi towarzyszyć ocena wpływu tego kroku na pozostałe obszary. Powinna ona zawierać między innymi określenie możliwości wykorzystania posiadanych urządzeń. Konieczna jest też rzetelna analiza ekonomiczna uwzględniająca zarówno niezbędne nakłady inwestycyjne oraz przewidywane koszty eksploatacyjne Środki transportu Środki transportu maszyny i urządzenia techniczne umożliwiające wykonanie czynności transportowych (proste i złożone). Dobrą definicję możemy znaleźć w Słowniku terminologii logistycznej wydanym przez Instytut Logistyki i Magazynowania [1]: Środki transportu to maszyny transportowe lub istoty żywe, dzięki którym możliwe jest przemieszczanie ludzi lub ładunków, czyli transport. Podział środków transportu jest zbliżony do podziału transportu. Najprostszy obejmuje środki transportu wewnętrznego zwanego też transportem przemysłowym lub bliskim czyli wewnątrz danego obiektu (np. magazynu) oraz środki transportu zewnętrznego (dalekiego). Klasyczny podział środków transportu oparty był o kryterium jego zasięgu powiązanym z rodzajem odpowiedzialności za transportowany towar oraz rodzajem niezbędnej dokumentacji towarzyszącej procesowi transportu. Oddzielny problem stanowi dziś jednoznaczne określenie granicy pomiędzy środkami transportu wewnętrznego i zewnętrznego. Należy pamiętać, że podobnie jak rozwija się nauka i technika, podobnie powinny rozwijać się pojęcia i terminy opisujące te obszary. Przed kilkadziesiąt laty powszechnie stosowanym określeniem było pojęcie transport wewnątrzzakładowy w ocenia autora, dziś używane z przyzwyczajenia, nie oddaje ono stanu rzeczywistego. W sytuacji kiedy powstające przedsiębiorstwo było zazwyczaj zorganizowane na jednym terenie ( otoczonym jednym płotem ), podział na transport wewnętrzny i zewnętrzny był naturalny i jednoznaczny. Transport wewnątrz płotu to transport we-

5 wnętrzny; transport za płot lub zza płotu to transport zewnętrzny. Obecnie większość przedsiębiorstw ma strukturę wielowydziałową lub zorganizowane one są w szereg współpracujących fabryk o lokalizacjach często znacznie od siebie oddalonych. Wobec powyższego wydaje się, że pierwotny podział na środki transportu wewnętrznego i zewnętrznego przestał być zgodny z rzeczywistością. Zdecydowanie lepiej sytuację przedstawia podział środków transportu ze względu na jego zasięg, czyli na transport bliski i daleki. System transportu wewnątrz przedsiębiorstwa niewątpliwie odgrywa służebną rolę w stosunku do systemu produkcyjnego. Zasada ta obowiązuje bez względu na sposób organizacji przedsiębiorstwa. Stąd, pomijając aspekt odległości pomiędzy poszczególnymi jednostkami produkcyjnymi oraz stosowane środki transportu, uzasadnionym jest używanie pojęcia transport wewnętrzny. Wobec powyższego, w podręczniku tym, w znacznym stopniu za równorzędne traktuje się pojęcia transport wewnętrzny i transport bliski. Dobrym przykładem współczesnego przedsiębiorstwa zorganizowanego na rozproszonym terenie są fabryki należące do koncernu samochodowego Volkswagen-Audi. Droga jaką pokonuje wybrany detal prowadzi często nie tylko przez granicę wydziału/fabryki należącej do przedsiębiorstwa, ale przecina też granice państw. Jedna z odlewni elementów ze stopów lekkich jest zlokalizowana w Poznaniu, fabryka silników to już teren śląskich Polkowic, podczas gdy montaż kompletnego silnika do nadwozia nastąpi w jednej z wielu należących do koncernu montowni (np. Mlada Boleslaw w Czechach lub okolicach Moskwy w Rosji). Niewątpliwie, do transportu pomiędzy wymienionymi miejscowościami użyjemy środków transportu dalekiego, jednak będzie to zdecydowanie transport wewnętrzny w ramach przedsiębiorstwa VW-Audi. W tym kontekście nowego, niezgodnego z pierwotnym, znaczenia nabierają pojęcia transport wewnętrzny i zewnętrzny. Poruszając się w obszarze praktyki spedycyjnej i logistyki transportu spotykamy znane nam pojęcia transportu wewnętrznego i zewnętrznego. W przypadku transportu wewnętrznego jest to zwyczajowe pojecie określające środki transportu będące naszą własnością; w odróżnieniu od transportu zewnętrznego czyli wynajętych środków transportowych będących własnością podwykonawcy. Wyżej zasygnalizowany obszar i stosowane tam pojęcia nie będą przedmiotem naszego zainteresowania. Klasycznie środki transportu dzielone są na [1]: - środki transportu dalekiego (dawniej zewnętrznego) - środki transportu lądowego - pojazdy - pojazdy szynowe - pojazdy samochodowe - pojazdy jednośladowe (motocykle, rowery) - środki transportu wodnego 5

6 6 - śródlądowego - morskiego - środki transportu lotniczego - środki transportu specjalnego (poduszkowiec, amfibia) - rurociągi (na lądzie, w wodzie, podwieszone ) - środki transportu bliskiego (dawniej przemysłowego lub wewnętrznego) - urządzenia o ruchu przerywanym - wózki - dźwignice, suwnice, podnośniki, żurawie - urządzenia o ruchu ciągłym - przenośniki, transportery - pompy z rurociągiem - wentylatory z rurociągiem Należy pamiętać, że powyższa definicja i podział środków transportu są poprawne w warunkach współczesnego nam otoczenia gospodarczo-społecznego. W wielu współczesnych społecznościach, szczególnie o niższym poziomie rozwoju technicznego ciągle aktualnym (a w nielicznych wypadkach nawet dominującym) jest transport oparty o siłę pociągową istot żywych lub możliwość bezpośredniego obciążenia tych istot ładunkiem. Dobrym określeniem dla tego rodzaju transportu jest termin transport pierwotny. Obecnie rozwiązania takie stosowane są zazwyczaj w odniesieniu do transportu lokalnego. Wybrane przykłady istot żywych jako środków transportu: zwierzęta juczne (np. wielbłąd, słoń, koń, osioł, delfin ), zwierzęta pociągowe (np. koń, słoń, wół, pies ), ludzie-tragarze (np. wsparcie wypraw alpinistycznych, przenoszenie mebli). Wybrane przykłady maszyn jako środków transportu: samochód (osobowy, ciężarowy, autobus ), statek (śródlądowa barka motorowa, morski statek handlowy, śródlądowy lub morski tankowiec ), wagon (platforma, cysterna, nośnik kontenerów ), samolot (pasażerski, transportowy, prom kosmiczny ), rower. W Polsce podział i definicje środków transportu w zakresie urządzeń jest określany przez normę PN-72/M Ładunek Ładunek to określona ilość materiału przeznaczona do transportu i magazynowania, oznaczający się specyficznymi właściwościami wynikającymi z jego cech fizykochemicznych. Ze względu na postać techniczną ładunki można podzielić na: bezkształtne (olej napędowy, mleko), plastyczne (masa do budowy dróg), włókniste (siano, słoma), roślinne (buraki, ziemniaki), sproszkowane (in-

7 7 aczej pyłowe: mleko w proszku, pasze dla zwierząt), ziarniste (zboże, żwir), kawałkowe i bryłowe (kamień, węgiel), w sztukach (pralki do prania, krzesła), żywe (krowy, konie). Najbardziej ogólnie ujmując ładunek to wszystko co możemy przemieścić za pomocą środków transportu. W większości przypadków ładunek może być dostosowany do możliwości transportowych urządzeń i dróg transportu. W wyjątkowych przypadkach budowane są specjalne urządzenia transportowe i wytyczane są drogi spełniające wymagania transportowanego ładunku. Interesującym przykładem dostosowania ładunku do parametrów drogi transportowej jest budowa dużych statków śródlądowych w polskich stoczniach. Stocznie te połączone są z europejskim systemem dróg wodnych szlakami o niższej kategorii. Problem polega na tym, że najczęściej spotykane w Polsce śluzy o długości około 60 metrów nie pomieszczą kadłuba o długości 120 metrów. W takiej sytuacji nowo budowany statek transportowany jest w rejon operacyjny w dwóch częściach i dopiero tam następuje ich zespawanie. Działania takie istotnie podnoszą koszty budowy statku, jednak koszt budowy nowych śluz jest nieporównywalnie większy. Przykładem dostosowania drogi do ładunku są standardowe procedury transportu ładunków ponadgabarytowych. Zależnie od rzeczywistych wymiarów ładunku w różnym stopniu modyfikuje się drogę. Zazwyczaj wystarczającym jest zmiana organizacji ruchu (transport szerokością dwóch pasów ruchu), ponad to w praktyce stosuje się czasowe usunięcie znaków drogowych czy też elementów przydrożnej infrastruktury (barierki na moście, latarnie uliczne ). Różnorodne zapotrzebowanie odbiorców oraz pożądane obniżenie kosztów transportu drogą łączenia przewidzianych do transportu towarów było podstawą powstania pojęcia jednostki ładunkowej Jednostka ładunkowa Jednostka ładunkowa to ilość ładunku (stałego lub sypkiego) o kształcie nadanym przez opakowanie; ładunek utworzony przez podział większego ładunku na mniejsze (możliwe do przewiezienia) lub zazwyczaj z szeregu ładunków mniejszych z zastosowaniem elementów dodatkowych (pojemnik, folia ), traktowany w procesie transportowym jako zwarta całość; cechy jednostek ładunkowych: zabezpieczone przed przypadkowym rozformowaniem, przystosowane do manipulacji (zazwyczaj mechanicznej lub zmechanizowanej) i transportu, przystosowane do piętrzenia i składowania, formowane zazwyczaj w oparciu o standardowe opakowania (wymiary). Na przestrzeni czasu stosowano różne rodzaje

8 opakowań i materiałów z których zostały one wykonane. Poczynając od opakowań naturalnych (duże liście), dalej skrzyń drewnianych (stosowanych do dziś) i worków jutowych poprzez opakowania metalowe i szklane do współczesnych pojemników wykonanych z tworzyw sztucznych możliwych do ponownego przetworzenia lub biodegradalnych. Wobec powszechnej potrzeby kompletacji ładunków, każde opakowanie jednostkowe powinno spełniać szereg cech konstrukcyjnych i materiałowych dla ułatwienia tego procesu. Ze względu na cechy materiałowe opakowania dzielimy na: sztywne (skrzynie, beczki, butle ciśnieniowe, puszki), półsztywne (elastyczne kosze, opakowania z elastycznych tworzyw sztucznych) oraz miękkie (worki, folie, torby). Jednym z podstawowych zadań w procesie formowania jednostki ładunku jest maksymalizacja podatności transportowej. Efekt ten uzyskuje się dwoma drogami. Pierwsza z nich prowadzi przez podział ładunku o dużych wymiarach lub masie na części możliwe do transportu. Dobrym przykładem jest demontaż dużej i ciężkiej maszyny górniczej na mniejsze zespoły i podzespoły możliwe do przewiezienia pod ziemię w ograniczonej wymiarowo i wagowo kabinie windy górniczej. Druga droga to łączenie drobnych wyrobów w większe całości, odbywa się ono zazwyczaj na trzech poziomach: tworzenie opakowań zbiorczych (pojemniki, opakowanie zbiorcze), paletyzacja tworzenie pakietów (pakiety, małe kontenery, opakowania kompletowane na paletach), konteneryzacja ładunki kompletowane w kontenerach przeznaczonych do transportu dalekiego. Tą drogę może ilustrować przykład przygotowania dostawy towarów do dużego sklepu spożywczego; pierwszy poziom to przygotowanie opakowań zbiorczych tzw. zgrzewek, zawierających określoną ilość pojedynczych produktów (12 sztyk kubeczków z jogurtem, kompletacja ta zazwyczaj realizowana jest u producenta/dystrybutora); dalej, na drugim poziomie (zazwyczaj w regionalnym centrum dystrybucji) utworzenie paletowej jednostki ładunkowej złożonej ze zgrzewek przeznaczonych na dział nabiał (masło + jogurty + mleko + śmietana ), na trzecim poziomie łączymy w jednym kontenerze wszystkie palety przeznaczone do jednego sklepu (zawierające towary przydzielone na pojedyncze palety wg klucza na którym dziale sprzedaży w sklepie będą rozpakowywane). Techniczna podatność transportowa to stopień odporności ładunku na warunki i skutki (w tym ewentualne uszkodzenia i utraty wartości) podczas załadunku, transportu, rozładunku i czasowego przechowywania. Istotne są tutaj następujące parametry: masa, objętość, kształt, stan skupienia, możliwość podziału na 8

9 9 mniejsze jednostki transportowe i inne (np. kruchość, ograniczenia w pozycjonowaniu, odporność na wysoką i niską temperaturę ). Bardzo istotne znaczenie we współczesnych systemach transportowych przypisuje się kompleksowej unifikacji i normalizacji wszystkich ogniw transportowych (maszyny i drogi transportowe, urządzenia przeładunkowe, budynki i budowle oraz urządzenia do magazynowania ). W takiej sytuacji konieczne są zdecydowane kroki normalizujące w skali globalnej systemy wymiarowe (w tym objętość, masa brutto i netto). Niezbędne wydają się być kroki normalizujące systemy zaczepów i uchwytów transportowych, rozwiązania techniczne i średnice sworzni sprzęgających, systemy sterowania oraz napędu dla sprzęgieł i hamulców itp. Wydaje się, że dominującą rolę w systemach transportowych pełnią obecnie jednostki oparte o standardową jednostkę ładunkową o wymiarach podstawy 800 x 1200 mm, zwaną potocznie europaleta. Teza ta znajduje potwierdzenie w fakcie określania przez producentów środków transportowych zdolności przewozowych oferowanych maszyn ilością europalet możliwych do jednorazowego załadunku i wspólnego transportu. 2. Infrastruktura techniczna w systemach transportu bliskiego Funkcjonowanie systemu transportu bliskiego oparte jest o elementy infrastruktury. Wśród podstawowych elementów infrastruktury transportu należy wymienić obok środków transportu, drogi z tunelami i mostami, węzły drogowe potocznie określane mianem skrzyżowań, miejsca załadunku i rozładunku bądź zmiany środka transportowego oraz systemy przekazu informacji i zarządzania. Charakterystyka wybranych środków transportu bliskiego oraz ich elementów umieszczona została w podręczniku do przedmiotu Technika, technologia i infrastruktura logistyczna, jest ona też tematem innych prac [2,3,4 i 5]. Poniżej scharakteryzowano podstawowe elementy infrastruktury technicznej niezbędnej w systemach transportu bliskiego Drogi Pod pojęciem droga transportowa w systemach transportu wewnętrznego będziemy rozumieć wydzieloną i odpowiednio oznakowaną przestrzeń po której mogą poruszać się pojazdy obsługujące transport wewnętrzny w przedsiębiorstwie. W przypadku transportu realizowanego w sposób ciągły, pod pojęciem

10 drogi transportowej należy rozumieć trasę (lokalizację) ułożenia urządzeń transportowych (rurociąg, przenośnik taśmowy, linia elektroenergetyczna ). Wymagania technologiczne, cechy transportowanego towaru i jego znaczenie w procesie znacząco wpływają na rodzaj użytych środków transportu wymuszając odpowiedni rodzaj i przebieg dróg transportowych. W odniesieniu do przedsiębiorstw o ograniczonej powtarzalności operacji transportowych (niewystarczające warunki do automatyzacji procesów) najczęściej stosowanym w praktyce rodzajem transportu jest transport oparty na pojazdach poruszających się po odpowiednio przygotowanej powierzchni zazwyczaj płaskiej lub specjalnym torowisku. Często spotykanym rozwiązaniem jest wydzielenie części powierzchni użytkowej hali lub placu na rzecz drogi dla środków transportu kołowego. W takim wypadku wyznaczenie drogi polega na odpowiednim oznaczeniu trasy oraz oznakowaniu jej przebiegu i przylegającej infrastruktury. Istotnym czynnikiem koniecznym do uwzględnienia podczas projektowania i budowy drogi transportowej jest jej dostosowanie do przewidywanego obciążenia. Przez obciążenie drogi transportowej rozumiemy typ i rodzaj pojazdów dopuszczonych do poruszania się po przedmiotowej drodze, a szczególnie wielkość pojazdu wraz z ładunkiem i wielkość nacisku pojedynczej osi (czasem wartość nacisku odnosimy do pojedynczego koła) oraz częstotliwość z jaką poruszają się pojazdy. Oczywistą wydaje się konieczność dostosowania konstrukcji drogi, a szczególnie jej nośności do przewidywanych obciążeń. Osobny problem stanowi geometria drogi. W tym obszarze najwięcej uwagi należy zwrócić na dopuszczalne minimalne promienie zakrętów oraz możliwe do bezpiecznego pokonania wzniesienia i spadki nawierzchni. Projektując drogę należy bezwzględnie uwzględnić dane techniczno-ruchowe pojazdów przewidzianych do eksploatacji po tej drodze (np. kąt rampowy, kąty natarcia i zejścia). Należy przy tym pamiętać, że parametry te mogą ulec istotnej zmianie po załadunku pojazdu. Wobec powyższego należy spodziewać się istotnych różnic pomiędzy drogą przeznaczoną dla sporadycznego ruchu pieszego a głównym ciągiem komunikacyjnym na hali produkcyjnej. Różnice te spowodowane są zarówno samą konstrukcją drogi jak i wynikających z niej kosztów budowy i eksploatacji. Niewątpliwie istotne znaczenie ma też znaczenie konkretnej drogi dla sprawnego funkcjonowania przedsiębiorstwa. Intuicyjnie dostrzegamy konieczność dochowania wszelkich starań w odniesieniu do głównych dróg, po których przesyłamy mate- 10

11 11 riały podstawowe niezbędne dla prowadzenia procesu produkcji bez zakłóceń; inaczej traktujemy drogi po których prowadzimy operacje usuwania odpadów Tunele i mosty Tunele i mosty są elementami infrastruktury drogowej. Ze względu na wysokie koszty budowy oraz bardziej skomplikowaną i droższą eksploatację, tunele występują stosunkowo rzadko w systemach transportu bliskiego. Podobne ograniczenie, jednak w znacznie mniejszym stopniu dotyczy mostów. Można postawić tezę, że zarówno w systemach transportu bliskiego jak i dalekiego obserwujemy większą ilość mostów niż tuneli. Uzasadnieniem takiej sytuacji są zapewne koszty oraz problemy związane w powyższymi inwestycjami. Tunele pozwalają poprowadzić drogę wewnątrz niesprzyjającego środowiska, zazwyczaj w istotny sposób skracając czas niezbędny na dotarcie pojazdu do celu. W praktyce spotykamy też tunele pozwalające ominąć niesprzyjające środowisko. Dobrym przykładem jest sieć tuneli kolejki miejskiej pozwalającej ominąć utrudnienie w ruchu na powierzchni dużych miast. W szczególnych wypadkach, ze względu na wysokie koszty rozwiązań alternatywnych, tunele są jedynymi rozwiązaniami stosowanymi w praktyce. Trudno zaakceptować pomysł funkcjonowania kopalni węgla kamiennego w sposób stosowany dla węgla brunatnego (tzw. odkrywka). Pozyskiwanie obydwu paliw prowadzone jest metodami górniczymi. Istotna różnica polega na głębokości na której znajduje się złoże. Pokłady węgla kamiennego położone są nierzadko poniżej 1000 m pod powierzchnią ziemi. Wobec tak znacznych odległości do pokonania oraz powiązanych z nimi kosztów stosowana metoda tunelowa nie ma obecnie alternatywy. Budowle mostowe pozwalają zazwyczaj kontynuować budowę drogi, a później jej eksploatację bez konieczności istotnej zmiany wysokości względem poziomu morza. Zastosowanie takich rozwiązań w systemach transportowych zazwyczaj pozwala na bardzo wyraźne skrócenie rzeczywistej odległości pomiędzy punktami nadania i odbioru oraz kosztów niezbędnych dla funkcjonowania systemu transportowego. W innym przypadku wybudowany most jest alternatywą dla klasycznego skrzyżowania o ruchu przerywanym, z realną możliwością wystąpienia kolizji. W takiej sytuacji decydujemy o poniesieniu wyższych kosztów zarówno na poziomie nakładów inwestycyjnych jak i późniejszych kosztów eksploatacji. Równocześnie, rozwiązanie takie zapewnia zdecydowanie wyższe bezpieczeństwo i wzrost szybkości transportu.

12 12 Warto zauważyć, że zastosowanie tuneli lub mostów we wszystkich projektowanych systemach transportowych umożliwia istotne ograniczenie prawdopodobieństwa wystąpienia kolizji i powiązanych z nimi strat czasowych i rzeczowych. Należy spodziewać się też wzrostu średniej prędkości transportu. Powyższe zmiany wynikają bezpośrednio z możliwości ograniczenia ilości i rodzajów skrzyżowań dróg transportowych. Łatwo wyobrazić sobie większe bezpieczeństwo i wzrost szybkości podróży w sytuacji organizacji transportu bliskiego w sposób podobny do organizacji powszechnie znanych autostrad w transporcie dalekim. Zastosowanie tunelu lub mostu jest w wielu wypadkach jedynym możliwym rozwiązaniem zapewniającym bezkolizyjność dróg. Podczas projektowania tuneli i mostów w systemach transportowych należy pamiętać, że będą one stanowiły istotnie ograniczenie w przyszłej modernizacji poszczególnych odcinków dróg. Względnie łatwo będzie nam poszerzyć drogę na odcinku położonym na otwartej przestrzeni, zdecydowanie trudniejsze będzie to w odniesieniu do mostu czy też tunelu. Mosty i tunele stanowią istotne ograniczenia w przypadku transportu ponadgabarytowego. W przypadku transportu na terenie przedsiębiorstw może to mieć istotne znaczenie podczas prac remontowych czy też modernizacyjnych w odniesieniu zarówno do nowych urządzeń oraz niezbędnego dla ich instalacji sprzętu. Ważnym aspektem eksploatacji tuneli i mostów jest zwiększone ryzyko związane z poruszaniem się na takich odcinkach, na większości z nich obowiązują ograniczenia prędkości. Również działania ratownicze są znacznie utrudnione, a wobec tego ich skuteczność jest ograniczona. Powyższe uwagi dotyczą przede wszystkim stosunkowo długich odcinków mostów i tuneli, z zasady niewystępujących w systemach transportu wewnętrznego Węzły drogowe (skrzyżowania i rozjazdy) Praktycznie w każdym systemie dróg istnieją miejsca, w których poszczególne drogi spotykają się, krzyżują czy też rozchodzą. Miejsca takie możemy określić mianem węzłów drogowych. Do podstawowych zadań węzłów drogowych należy zaliczyć: umożliwienie zmiany kierunku przemieszczenia, umożliwienie zawrócenia pojazdu, umożliwienie sumowania strumieni materiałowych oraz umożliwienie różnicowania strumieni materiałowych. Łączenie i różnicowanie strumieni materiałowych zwykle jest powiązane ze zmianą obciążenia poszczególnych odcinków drogi transportowej. Istotne różnice, w obciążeniu odcinków

13 13 drogi pomiędzy węzłami, powinny być przesłanką do ich różnicowania pod względem konstrukcji oraz eksploatacji (w tym częstotliwość przeglądów infrastruktury i urządzeń oraz utrzymania ruchu). Zużycie techniczne infrastruktury jest zazwyczaj bezpośrednio powiązane z jej obciążeniem. Ważną funkcją węzłów drogowych jest stworzenie warunków do szybkiej modyfikacji systemu transportu na wypadek zaistnienia potrzeby wyłączenia z ruchu jednego czy też wielu odcinków. Funkcja ta zawiera się w zestawie czterech wcześniej wymienionych, jednak ze względu na jej istotę dla sprawności systemu jako całości wydaje się uzasadnionym przywołanie jej w osobnym miejscu. Projektując system transportu należy zastanowić się jakie kryteria oceny oraz cechy budowanego systemu będą istotne w okresie jego eksploatacji. Wskazane kryteria i cechy należy logicznie uszeregować zgodnie z ich ważnością. Projektant musi znać odpowiedzi na najważniejsze pytania: Czy ważniejszy jest koszt czy też niezawodność projektowanego systemu? Jakie są dopuszczalne różnice w niezawodności pomiędzy poszczególnymi odcinkami i węzłami? Jakiego rodzaju ładunki będą przemieszczane na poszczególnych trasach i jakie jest ich znaczenie dla całości przedsiębiorstwa? Odpowiedzią na powyższe pytania będzie projekt systemu transportowego zawierający optymalną ilość węzłów drogowych umożliwiających szybkie poprowadzenie tras zastępczych w wypadku awarii na poszczególnych odcinkach. System taki nie będzie najtańszym z możliwych rozwiązań, jednak będzie zapewniał minimalny uzgodniony z przyszłym użytkownikiem poziom bezpieczeństwa. Zastąpi on rozwiązanie o najniższych ilościach węzłów transportowych, najniższym koszcie i niedopuszczalnie niskim bezpieczeństwie Stacje przeładunkowe Węzły komunikacyjne lub odcinki dróg transportowych wyposażone w urządzenia do rozładunku i załadunku środków transportowych nazywamy stacjami przeładunkowymi. Klasyczne rozwiązania dla tego typu obiektów wymagały chwilowego zatrzymania środka transportu. Rozwój techniki i technologii umożliwił projektowanie i realizację stacji przeładunkowych działających bez konieczności zatrzymania pojazdu. W niektórych przypadkach wymagane jest tylko nieznaczne spowolnienie jego ruchu. Wśród podstawowych zadań stacji przeładunkowych w systemach transportu wewnętrznego należy wymienić stworzenie warunków do rozładunku pojazdu,

14 14 załadunku pojazdu oraz czasowego przechowania ładunku. Wśród funkcji rozszerzonych wymienimy możliwości scalania i rozdzielania strumieni materiałów, możliwości konfekcjonowania, identyfikacji i oznakowania detali oraz partii transportowych i inne Najważniejsze przesłanki wyznaczania przebiegu dróg transportowych Problem wyznaczania dróg transportowych dla przypadku projektowania nowego zakładu wydaje się być zadaniem opartym o podstawowe cele: - minimalna długość dróg - ruch jednokierunkowy - minimalna ilość skrzyżowań - optymalna prędkość transportu - minimalne nakłady inwestycyjne i koszty eksploatacji Zasadnicza trudność w procesie projektowania polega na tym, że powyższe cele muszą być osiągnięte równolegle. Długość dróg transportowych ma bezpośredni, wprost proporcjonalny związek z czasem i kosztem operacji transportu. Projektując system dążymy do uzyskania możliwie krótkich dróg. Równolegle do powyższych działań, staramy się zbudować system dróg jednokierunkowych. Zalety takiego rozwiązania powszechnie znane są każdemu użytkownikowi autostrady. Często podejmuje on decyzję wydłużenia drogi prowadzącej do celu uzyskując większe bezpieczeństwo i większą prędkość podróżną, a w efekcie końcowym krótszy czas transportu i niższe jego koszty. Pamiętać należy, że system dróg jednokierunkowych jest szczególnie uzasadniony w odniesieniu do systemów złożonych z wielu pojazdów poruszających się po względnie małym terenie. W przypadku stosowania jednego środka transportu (pojazdu) system taki nie ma żadnego uzasadnienia. Uwzględniając dwa powyższe cele, podczas projektowania systemu dróg transportowych dążymy do ograniczenia ilości skrzyżowań. Uzasadnienie tej tezy zostało umieszczone powyżej. W tym miejscu rozróżnić należy dwa rodzaje skrzyżowań obserwowanych na rysunkach i schematach projektowanych systemów transportowych. Pierwsze z nich to skrzyżowania rzeczywiste czyli takie, gdzie drogi spotykają się, rozchodzą lub krzyżują w jednej płaszczyźnie. Podążające pojazdy mogą w takim przypadku spotkać się co z kolei może prowadzić do kolizji i wynikających z tego faktu strat. Tylko tego rodzaju skrzyżowania

15 będą przedmiotem analiz i projektów modernizacyjnych. Innym rodzajem skrzyżowań są skrzyżowania pozorne czyli takie, gdzie drogi transportowe przecinają się na różnych, względnie niezależnych od siebie płaszczyznach, a poruszające się nimi środki transportu w normalnych warunkach nie mają możliwości spotkania się. W odniesieniu do takich skrzyżowań należy pamiętać o związanych z nimi ograniczeniach (szerokość i wysokość drogi pod mostem, nośność mostu, szerokość i wysokość tunelu, konieczność prowadzenia okresowych prac przeglądowych i naprawczych ograniczających ruch w otoczeniu skrzyżowań ). Postulowana wyżej optymalna prędkość transportu często mylona jest z jego maksymalną prędkością. W dużej liczbie przypadków dążymy do maksymalizacji prędkości transportu poszukując w takim podejściu oszczędności. W każdym przypadku należy też uwzględnić przyrost kosztów związany z przyrostem prędkości oraz rzeczywiste potrzeby w odniesieniu do czasu transportu. Wydatek energetyczny na transport jest mocno powiązany z łączną masą ładunku i środka transportu oraz prędkością procesu. Wraz z tymi czynnikami gwałtownie rosną też wymagania techniczne w odniesieniu do dróg oraz koszty ich budowy i eksploatacji. Osobny problem stanowi możliwość prowadzenia części procesu technologicznego w trakcie transportu. Często, właśnie taka jego organizacja wymusza określoną prędkość transportu. Przykładem może być proces koniecznego obniżenia temperatury detali podczas automatycznego transportu pomiędzy stanowiskiem malowania proszkowego a stanowiskami montażu. Ostatnim, wspólnie realizowanym celem podczas projektowania systemów transportu jest konieczność ograniczenia nakładów inwestycyjnych oraz kosztów eksploatacji. Zazwyczaj rozwiązania o mniejszych nakładach inwestycyjnych są bardziej kosztowne podczas eksploatacji i odwrotnie. Zadaniem projektanta jest znalezienie kompromisu z równoczesnym uwzględnieniem zaleceń inwestora. Niezależnie od wyżej wymienionych, należy uwzględnić planowany okres eksploatacji systemu i powiązane z nim możliwości zwrotu nakładów inwestycyjnych w postaci oszczędności na poziomie kosztów eksploatacji. W przypadku systemów o względnie krótkim okresie eksploatacji projekt powinien być oparty o możliwie niskie nakłady inwestycyjne. Wyjątek stanowią tu systemy możliwe do wykorzystania w innych lokalizacjach bądź przeznaczone do późniejszej korzystnej odsprzedaży. Istotnymi utrudnieniami, w przypadku prowadzenia prac projektowych w działającym już przedsiębiorstwie, jest istniejąca infrastruktura (wraz z generowanymi 15

16 16 przez nią, często dużymi ograniczeniami) oraz wskazanie zlecającego prace, aby zagospodarować istniejący potencjał. W takim przypadku należy rozważyć kwestię czy możliwym jest ewolucyjny charakter proponowanych zmian. W wielu przypadkach osiągnięte efekty są zadowalające, a poniesione w związku ze zmianami koszty relatywnie niskie. W przypadku, gdy przewidywane do osiągnięcia drogą ewolucji efekty są niewystarczające, konieczne są działania o charakterze rewolucyjnym oparte o zasady projektowania systemu transportu w warunkach budowy nowego przedsiębiorstwa. Powyższe dotyczy szczególnie transportu bliskiego, jest też aktualne w odniesieniu do transportu dalekiego. 3. Wybrane układy, typy i systemy organizacji transportu wewnętrznego Opisane poniżej układy transportowe spełniają w przedsiębiorstwach funkcje buforowe, przewozowe, zbierające i rozdzielające. Prawidłowe zwymiarowanie układów transportowych powiązane jest bezpośrednio z wydajnością zakładu oraz magazynu. W odniesieniu do podanych powyżej funkcji przyjęto podział układów transportowych na: - buforowe, - przewozowe, - zbierające oraz - rozdzielające. Pamiętać należy, że dwa ostatnie typy układów w każdym wypadku zawierają elementy buforowania i przewozu, tym samym zawierają one pozostałe typy układów Układ rozdzielający Układy rozdzielające to w przeważającej części układy dostawcze (dowozowe) do wielu zazwyczaj równoległych punktów zużycia lub obsługi. Materiał przemieszczany jest z jednego punktu wyjściowego (A) do wielu punktów docelowych (B n ). Wśród takich punktów wymienić należy stanowiska obróbcze, punkty weryfikacji lub kontroli, miejsca magazynowania/składowania czy też pakowania. Każdy układ dowozowy rozdziela strumień materiałowy na co najmniej dwie gałęzie. Każda z tych gałęzi dostarcza ładunek do innego punktu zużycia lub obsługi. Rozdzielenie pierwotnego strumienia materiałów oparte jest zazwy-

17 17 czaj o jego naturalną jednostkę miary, konfekcjonowania lub transportu (paleta, karto, pojemnik, arkusz ). Zazwyczaj układy rozdzielające pracują w oparciu o rozdział symetryczny. Oznacza to, że wszystkie gałęzie zasilane są taką samą ilością materiału. Innym rozwiązaniem jest rozdział niesymetryczny naturalny lub wymuszony. Pierwszy z nich umożliwia kierowanie różnych ilości materiału na różne gałęzie z zależności od ich zróżnicowanych zapotrzebowań. Drugie rozwiązanie pozwala na indywidualne różnicowanie wielkości strumieni materiałowych kierowanych na poszczególne gałęzie. Możemy w ten sposób wymuszać różną wydajność poszczególnych gałęzi, zależnie od potrzeb określonych na ich wyjściu. Określone wyżej właściwości mają istotne znaczenie podczas bieżącego zarządzania i sterowania przepływem produkcji. Teoretycznie opisane powyżej typy układów mają praktyczne zastosowanie również w logistycznych systemach dystrybucyjnych oraz systemach ściśle technicznych. Dobrym przykładem tego ostatniego zastosowania są mechanizmy dystrybucji momentu obrotowego na poszczególne koła pojazdu: klasyczny mechanizm różnicowy otwarty (moment obrotowy kierowany jest do tego koła, które stawia najmniejszy opór, tj. w skrajnym wypadku dotyczy to koła, które nie ma kontaktu z jezdnią), mechanizm różnicowy z blokadą (wymuszony podział momentu obrotowego, dąży do podziału 50:50, niezależnie od oporu ze strony odbioru momentu) oraz współczesny, elektronicznie sterowany układ rozdziału momentu obrotowego indywidualnie na każde koło pojazdu (w wyniku analizy sytuacji komputer kieruje do 100% momentu obrotowego do koła o najwyższym oporze, tj. o największej przyczepności). Rys 3.1. Układ rozdzielający opracowanie własne

18 3.2. Układ zbierający Układ zbierający to zazwyczaj układ odbiorczy, zwany inaczej odwozowym, od co najmniej dwóch, zwykle równoległych punktów wyjściowych (A n ) do jednego punktu docelowego (B). Punktami wyjściowymi mogą być między innymi stanowiska obróbki, miejsca magazynowania, miejsca dostaw materiałowych. Układy zbierające to inaczej mówiąc układy kompletowania strumieni materiałów. Zazwyczaj praca układu zbierającego dotyczy jednej pozycji asortymentowej, jednorodnie zapakowanej. Zasada ta jest obowiązująca w odniesieniu do układów rozdzielających. W przypadku układów zbierających, zwanych układami kompletacyjnymi, dopuszcza się różne strumienie różnorodnych materiałów łączonych w komplety do dalszych etapów produkcji. Przykładem może być automatycznie pakowany w foliowy woreczek zestaw montażowy niezbędny do złożenia stołu: 8 śrub z łbem imbusowym, 8 nakrętek z wkładką elastyczną, 16 podkładek płaskich powiększonych, 1 klucz oczkowy, 1 klucz imbusowy i 1 instrukcja montażu. Współcześnie, w sytuacji stale wzrastającej różnorodności zadań, zwiększania ilości partii dostaw przy równoczesnej zmniejszającej się jej liczności, rosnącego znaczenia nabiera szybki obieg informacji oraz sprawne zarządzanie układami rozdzielającymi i zbierającymi. Warunek ten jest kluczowy do osiągnięcia pożądanej wysokiej elastyczności działań. W zależności od stopnia powiązania poszczególnych elementów składowych układów, można wyodrębnić trzy rodzaje powiązań [2]: - całkowicie oddzielone układy rozdzielający i zbierający; rozdzielone układy nie mają żadnych wspólnych technicznych części składowych, pod względem przestrzennym są całkowicie od siebie niezależne. - częściowo połączone układy rozdzielający i zbierający; trasa przewozowa, przebiegająca poprzecznie względem tras łączących, zakończonych oddzielnymi punktami docelowymi i wyjściowymi, w tym rodzaju połączenia układów służy dla dostaw i odbioru ładunków. - całkowicie połączone układy rozdzielający i zbierający; dostawa i odbiór ładunków połączonych punktów dostawy i odbioru odbywa się po tych samych trasach transportowych. Kryteria oceny przydatności oraz zalety i wady wymienionych wyżej trzech zasadniczych rodzajów połączeń układów transportowych w odniesieniu do zastosowań praktycznych przedstawiono w poniższej tabeli. Uwzględniając 18

19 19 zasady przepływu i spiętrzania można wybrać układ transportowy optymalny dla konkretnego przepływu. Rys 3.2. Układ zbierający opracowanie własne Tab 3.3. Przesłanki wyboru połączenia układów dostawczego i odbiorczego opracowanie własne na podstawie [2] RODZAJ POŁĄCZENIA ZALETY WADY KRYTERIA PRZYDATNOŚCI UKŁADY CAŁKOWICIE ODDZILONE UKŁADY CZĘŚCIOWO ODDZIELONE UKŁADY CAŁKOWICIE POŁACZONE Duża łatwość przedłużenia linii Prostota systemów sterowania Rozdzielenie przestrzenne stref dostaw i odbioru Niezależność operacji dostaw i odbioru Możliwość przestrzennego połączenia dostaw i odbioru Możliwość jednoczesnej dostawy i odbioru Względnie małe nakłady na środki techniczne Niskie nakłady na środki techniczne Wysokie nakłady na urządzenia i środki transportu Względnie wysokie nakłady budowlane Ograniczona możliwość rozbudowy Wysokie wymagania techniczne i organizacyjne Wzajemna zależność pomiędzy dostawą i odbiorem Trudności w rozbudowie linii transportowych Niskie wymagania organizacyjne Wykluczenie równoczesnych dostaw i odbioru Dostawa i odbiór oddzielone w czasie Przewidywana rozbudowa Wymagane przestrzenne rozdzielenie dostaw i odbioru Wymagane niskie skomplikowanie organizacji transportu Przestrzenne i czasowe połączenie dostawy i odbioru Nie przewiduje się istotnej rozbudowy Dostawa i odbiór połączone przestrzennie i równocześnie oddzielone w czasie Brak możliwości rozbudowy

20 Transport ciągły Transport ciągły inaczej przepływ ciągły, równomierny pod względem ilości i rytmiczny w czasie, stosowany w zakładach w których przepływ produkcji zorganizowany jest np. w tzw. linię produkcyjną, gdzie materiał przechodzi nieprzerwanie przez grupę skoordynowanych obrabiarek lub procesów. W procesie tym standaryzowany wyrób przemieszczany jest od obrabiarki do obrabiarki wykonującej powtarzalne operacje, bądź materiały surowe łączone są w wyrób syntetyczny, bądź też materiał rozdzielany jest na szereg materiałów i produktów ubocznych. Sposób ciągły przepływu stosowany jest często w małych fabrykach wchodzących w skład dużego kombinatu, każda z fabryk wykonuje na ogół gotowy produkt. Transport wewnętrzny materiałów zorganizowany na zasadzie przepływu ciągłego cechuje się wieloma zaletami, szczególnie ze względu na skrócenie drogi przepływu materiałów. Istotną wadą jest ograniczona elastyczność urządzeń przepływu ciągłego. Maksymalna wydajność transportowa dla ładunków tzw. sztukowych zależy od prędkości v [m/s] oraz minimalnej dopuszczalnej odległości a [m] pomiędzy punktami środkowymi dwóch kolejnych ładunków, wzór: W max ciąg= 3600 v / a [jm/h] Prędkość v zależy przede wszystkim od masy ładunków i od mocy napędów. Minimalna odległość a określona jest przez wymiary ładunków, podział na odcinki blokowe i przez zastosowany sposób sterowania. Ważnym aspektem określania wydajności środków transportu ciągłego jest konieczność spojrzenia na ten problem w sposób obejmujący problematykę załadunku i rozładunku środka transportowego. Postać transportowanego ładunku może wymagać zastosowania określonych narzędzi i środków oraz wymusić określone odstępy pomiędzy kolejnymi jednostkami transportowymi (np. paletami, kartonami ). Zastosowane, na początku i końcu urządzenia transportowego, urządzenia załadunkowe i rozładunkowe w istotny sposób wpływają na wydajność transportu jako procesu. W praktyce, problem ograniczonej wydajności systemów transportu ciągłego skupia się w obszarze załadunku; zazwyczaj mniejsze problemy identyfikowane są po stronie rozładunku i najmniejsze w procesie samego przemieszczenia.