NARZĘDZIE PROGRAMOWE I METODA LOGICZNEGO ZAPISU WYKORZYSTYWANE DO BALANSOWANIA LINII MONTAŻOWEJ

Transkrypt

1 NARZĘDZIE PROGRAMOWE I METODA LOGICZNEGO ZAPISU WYKORZYSTYWANE DO BALANSOWANIA LINII MONTAŻOWEJ Bogusław REIFUR Streszczenie W wielu przedsiębiorstwach produkcyjnych, pomimo rozwoju oprogramowania dotyczącego wyrównoważenia linii produkcyjnych, problemy balansowania linii montażowej przeprowadza się za pomocą kartki i ołówka, a także różnego rodzaju arkuszy kalkulacyjnych. Stosowanie programów komputerowych do wykonywania tego typu operacji jest stosunkowo mało powszechne, ze względu na ich cenę i ograniczenia. W artykule przedstawiono wyniki analiz balansowania linii montażowej podzespołu kuchenki gazowej dwiema metodami, jedna z nich wykorzystuje narzędzia programowe służące do balansowania linii, druga zawiera matematyczne metody logicznego zapisu zależności pomiędzy operacjami metodę reguł pierwszeństwa. Słowa kluczowe montaż, wydajność, komponenty, priorytety grafu Wstęp Konfiguracja linii i podział pracy ma fundamentalne znaczenie dla wydajności systemu montażowego, a zazwyczaj wiąże się z dużymi nakładami inwestycyjnymi. Metodami pozwalającymi na minimalizowanie bezczynności linii poprzez: minimalizację stacji roboczych, minimalizację czasów cyklu lub minimalizację obu tych rzeczy jednocześnie, są metody balansowania linii montażowych. Metody rozwiązywania problemów balansowania linii montażowej można podzielić na dwie główne grupy: metody dokładne i przybliżone. Dokładnymi metodami są metody optymalnego szukania, które zawierają grupę numerowanych procedur, zazwyczaj drzewo poszukiwań bazujące na podziałach i ograniczeniach lub wykresie opartym na programowaniu dynamicznym [1, 2]. Przybliżone metody obejmują metody heurystyczne i metaheurystyczne. Metody heurystyczne wykorzystują statystyczne bądź dynamiczne zasady pierwszeństwa do przydzielania zadań do różnych stacji roboczych. Procedury te oferują relatywnie dobre rozwiązania w bardzo zredukowanym czasie przetwarzania danych. Charakterystyczną cechą większości problemów balansowania linii montażowych jest to, że zazwyczaj pod uwagę brany jest wyjątkowy i z góry określony graf pierwszeństwa, który reprezentuje jeden konkretny plan montażu. Jednakże, w problemach dnia codziennego, proces montażu może przyjąć alternatywną relację pierwszeństwa. Dlatego też grafy pierwszeństwa mają swoje wady, ponieważ zazwyczaj nie reprezentują wszystkich możliwych sekwencji montażowych na pojedynczym grafie i wykluczają logiczne zestawienie, pozostawiając ograniczoną elastyczność. Jedna lub więcej części produktu w planie montażu może dopuszczać alternatywne pierwszeństwo przy użyciu subgraphu, co wynika z problemów i niemożliwości przedstawienia tego na grafie pierwszeństwa. Dlatego też przy konstruowaniu linii bardzo często korzysta się z alternatywnego do grafu pierwszeństwa, subgraphu. Za pomocą wykresów pierwszeństwa nie da się opisać skomplikowanych ograniczeń, np.: ograniczenia mówiące o tym, że niektóre pary zadań nie mogą być przypisane do tej samej stacji, ze względu na niektóre czynniki technologiczne [3]. W przeprowadzonych analizach balansowania linii podjęto próbę przeprowadzenia jej na stosunkowo prostym podzespole kuchenki, wykorzystując narzędzie programowe FLB w porównaniu z metodą reguł pierwszeństwa. Analiza procesu montażu podzespołu kuchenki gazowej rura zaworowa za pomocą programu Flexible Line Balancing (FLB) Analizę procesu montażowego przeprowadzono, wykorzystując podzespół rury zaworowej, który jest podzespołem mocowanym do kuchni gazowej wolno stojącej. Montaż jest tak zwaną operacją przedmontażu, realizowaną na oddzielnej linii montażowej, a następnie transportowaną na linię montażową, gdzie następuje jego zamocowanie w górnej części kuchni gazowej wolno stojącej. Na stanowisku podmontażu do rury dołączane są kolejno: zawory, aluminiowe rurki doprowadzające gaz, korpusy palników, termopary, mikroprzełączniki. Na potrzeby analizy balansowania linii czasy realizacji czynności montażowych dla rury zaworowej, otrzymane metodą chronometrażu, posłużyły do przeprowadzania analizy procesu za pomocą programu FLB. Analiza pierwsza Pierwsza analiza obrazuje stan obecny, jaki jest na badanej linii montażowej. Dane uzyskane jako średnia z min i max czasu kolejnych czynności wprowadzone do programu przedstawia tabela 1. Na ich podstawie program wygenerował kolejność operacji przedstawiony na rys. 1, a następnie zobrazował podział operacji na stanowiska, co przedstawiono na wykresie rys. 2. Ograniczeniem jest czas taktu 54 s wynikający z czasu stanowiska będącego wąskim gardłem. 18

2 Technologia i Automatyzacja Montażu 1/2014 Tabela 1. Dane stan aktualny. Fragment Table 1. Date initial state. Fragment Rys. 1. Graf obrazujący rozważany stan wyjściowy Fig. 1. Graph showing the considered initial state Rys. 2. Wykres obrazujący rozważany stan wyjściowy Fig. 2. Chart showing the considered initial state Analiza pierwsza pokazuje stan zbalansowania linii montażowej rury zaworowej w stanie wyjściowym. Z analizy wynika (p. rys. 2), że praca rozłożona jest pomiędzy 7 stanowisk roboczych, a jej efektywność wynosi tylko 75%. Zatem możemy przyjąć, że linia jest niewłaściwie zbalansowana. Analiza druga Celem drugiej analizy było przeprowadzenie obliczeń zmierzających do uzyskania większego procentowego wyrównoważenia linii, równomiernego rozłożenia prac na stanowiskach i tym samym zwiększenia efektywności linii. W analizie uwzględniono uwarunkowania konstrukcyjno-technologiczne i używane przyrządy w realizacji połączenia elementów, które uniemożliwiają rozdzielenie niektórych operacji. Tak jest w przypadku operacji zaznaczonych prostokątem tabela 2. Graf umieszczony na rys. 3 obrazuje stan rozmieszczenia operacji po przeprowadzeniu analizy drugiej. W wyniku analizy nr 2 uzyskano zmniejszenie stacji z 7 do 6, a także znacznie wzrosła efektywność linii montażowej, tj. z 75% do 86,1% (p. rys. 4). Tabela 2. Dane stan po analizie drugiej. Fragment Table 2. Date state after second analysis. Fragment 19

3 Rys. 3. Graf obrazujący stan po analizie drugiej Fig. 3. Graph showing state after second analysis Rys. 4. Wykres obrazujący stan po analizie drugiej Fig. 4. Chart showing the state after second analysis Rys. 5. Graf obrazujący stan po analizie trzeciej Fig. 5. Graph showing state after third analysis Rys. 6. Wykres obrazujący stan po analizie trzeciej Fig. 6. Chart showing state after third analysis 20

4 Technologia i Automatyzacja Montażu 1/2014 Analiza trzecia W analizie trzeciej usunięto wąskie gardła z linii, a związane to było z zastąpieniem dotychczasowych zaworów konstrukcjami, mającymi fabrycznie ustawione przepływy. W wyniku przeprowadzenia analizy trzeciej usunięcie stanowiska sprawdzania zaworów spowodowało dalsze zmniejszenie liczby stacji roboczych do 5, zwiększenie efektywności i ograniczenie kosztów montażu. Osiągnięty wynik analizy 3 pokazany na rys. 6 jest najlepszym jaki udało się uzyskać za pomocą programu FLB. Analiza procesu montażu podzespołu rura zaworowa z wykorzystaniem metody reguł pierwszeństwa [3] Zamieszczoną powyżej analizę porównawczą balansowania linii montażowej rury zaworowej, wykonaną za pomocą metody FLB, porównano z metodą przeprowadzoną za pomocą reguł pierwszeństwa. Bazując na danych zamieszczonych w tabeli 2, którą wygenerowano z programu FLB, dokonano balansowania linii montażowej rury zaworowej, wykorzystując metodę reguł pierwszeństwa. Pierwszym krokiem analizy 1 było ustalenie maksymalnego czasu cyklu na stanowisku i na tej podstawie wykonano wszystkie obliczenia prowadzące do balansowania linii montażowej. Z danych wejściowych wybrano maksymalny czas cyklu l 4, jaki jest na stanowisku 4, który wynosi C = 53,38 s. Korzystając z sumy wszystkich czasów cyklu (t i ) i maksymalnego czasu cyklu (C), obliczono minimalną liczbę stanowisk roboczych (n), na podstawie równania 1. Podział pracy pomiędzy stanowiska robocze wygląda następująco: S 1, T 2, T 3, T 4, T 7, T 31 ); l 1 S 2, T 8, T 11, T 12, T 13 ); l 2 S 3, T 15, T 16, T 17, T 18 ); l 3 (7) S 4, T 20 ); l 4 = 53,38 C = 53,38 S 5, T 22, T 23, T 24, T 25, T 26, T 27, T 28 ); l 5 S 6 (T 30 ); l 6 Z analizy przeprowadzonego wnioskowania wynika, że maksymalną efektywność, jaką jesteśmy wstanie uzyskać na podstawie dostępnych danych, jest 87,42%. Jest to spowodowane tym, że T 20 jest zadaniem najdłuższym i pojedynczym niepodlegającym podzieleniu, stąd też czas cyklu na tym stanowisku dyktuje maksymalny czas cyklu dla całej linii montażowej. ANALIZA DRUGA Z analizy 3 metodą FLB, wynika, że najdłuższy czas cyklu C jest na stanowisku 3 i wynosi (operacja Pobranie rury zaworowej ) 52,70 s. Korzystając jak poprzednio z wzoru (1, 2 i 3), wyliczono minimalną liczbę stanowisk roboczych (n = 5), a także bezczynność idle = 36,5 i wydajność efficiency = 86,14%. Reguły pierwszeństwa: (1) Ze względu na to, że liczba stanowisk musi być liczbą całkowitą, musimy zaokrąglić wartość, którą uzyskaliśmy z wyliczeń, w górę do 6. Mając obliczoną liczbę stanowisk roboczych, obliczono czasy bezczynności i wydajności linii montażowej. Bezczynność: Wydajność: Stosując zasady reguły pierwszeństwa: R3: T 2 >T 3 >T 4 >T 7 >T 31 >T 8 >T 11 >T 12 >T 13 >T 15 >T 16 >T 17 >T 18 > T 20 >T 22 >T 23 >T 24 >T 25 >T 26 >T 27 >T 28 >T 30 (6) (2) (3) (4) (5) R3: T 2 >T 3 >T 4 >T 7 >T 31 >T 8 >T 11 >T 12 >T 13 >T 15 >T 16 >T 17 >T 18 > T 22 >T 23 >T 24 >T 25 >T 26 >T 27 >T 28 >T 30 Podział pracy pomiędzy stanowiska robocze: S 1, T 2, T 3, T 4, T 7, T 31 ); l 1 S 2, T 8, T 11, T 12, T 13 ); l 2 S 3, T 15, T 16, T 17, T 18 ); l 3 = 52,70 C = 52,70 S 4, T 22, T 23, T 24, T 25, T 26, T 27, T 28 ); l 4 S 5 (T 30 ); l 5 (7) Porównanie balansowania linii montażowej za pomocą programu FLB a metodą reguł pierwszeństwa Analizując przeprowadzone balansowania linii montażowych z wykorzystaniem obu metod, należy stwierdzić, że ich wyniki są bardzo do siebie zbliżone. Biorąc pod uwagę analizę drugą z FLB i analizę pierwszą metodą 21

5 Tabela 3. Porównanie wyników analiz Table 3. Comparison of analysis results Liczba stanowisk Efektywność linii [%] Liczba pracowników Analiza druga z użyciem FLB 6 86,1 6 Analiza pierwsza metodą reguł pierwszeństwa 6 87,42 6 Analiza trzecia z użyciem FLB 5 84,3 5 Analiza druga metodą reguł pierwszeństwa 5 86,14 5 pierwszeństwa, można zauważyć, że w obu przypadkach efektywność linii montażowej jest zbliżona do siebie, liczba stacji roboczych jest taka sama, a praca na stanowiskach jest podzielona w ten sam sposób tabela 3. W obu przypadkach ograniczeniem było stanowisko ustawiania przepływów w zaworach, na którym było wykonywane najdłuższe zadanie, które determinowało czas taktu całej linii montażowej. Podsumowanie Z przedstawionego w tabeli 3 porównania wyników analiz obu zastosowanych metod wynikają niewielkie różnice w wynikach efektywności, mimo że zadania pomiędzy stanowiska robocze w obu przypadkach podzielone są w ten sam sposób. Wynika to jednak z różnych metod kalkulacyjnych w obu metodach. Na podstawie porównania obu metod wykorzystanych do analizy balansowania linii montażowych można stwierdzić, że są one skuteczne w takim samym stopniu i można stosować je zamiennie. Podstawowa różnica tkwi w złożoności analizowanego zadania, formie prezentacji otrzymywanych analiz, wykresów i obrazowaniu połączeń, szybkości obliczeń i szerokich możliwościach analizy przy dużej liczbie elementów składowych, co przy stosowaniu metody reguł pierwszeństwa jest uciążliwe, pracochłonne i czasochłonne i nie tak efektywne jak w przypadku korzystania z oprogramowania [3, 4, 5]. W dzisiejszych czasach, w dobie światowego kryzysu, każda oszczędność, którą można uzyskać poprzez lepsze rozdzielenie pracy pomiędzy dostępnych pracowników, bez ponoszenia dodatkowych kosztów związanych z unowocześnianiem bądź przebudową produkcyjnej linii montażowej, jest działaniem poprawiającym kondycję przedsiębiorstwa. Praca finansowana ze środków statutowych Politechniki Wrocławskiej. LITERATURA 1. Scholl A., Becker C.: Optimally solving the alternative subgraphs assembly line balancing problem. Annals of Operations Research, 172, 2009, Boysen N., Fliender M.,Scholl A.: A classification of assembly line balancing problems. Arbeits- und Diskussionspapiere der Wirtschaftswissensenschaftlichen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena 12/ Topaloglu S., Salum L., Supciller A. A.: Rule-based modeling and constaint programming based solution of the assembly line balancing problem. Dokuz Eylul University, Department of Industrial Engeneering, Izmir Ciszak O., Żurek J.: Balancing of vertical milling centre final assembly line. ATMiA, 2006, Vol. 26, No. 2, s Reifur B.: Komputerowo wspomagany proces balansowania linii montażowej. Ekonomika i Organizacja Przedsiębiorstwa, nr 9, Dr inż. Bogusław Reifur Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, ul. I. Łukasiewicza 5, Boguslaw.Reifur@ pwr.wroc.pl. METHOD OF LOGICAL WRITING AND SOFTWARE TOOL USAGE FOR ASSEMBLY LINE BALANCING Abstract In many manufacturing companies, despite the development of software for balancing production lines, the problem of balancing an assembly line is carried out with a paper and pencil, as well as on various types of spreadsheets. The use of computer programs to perform this type of tasks is not relatively common, because of their price and constraints. In this paper the results of the analysis of assembly line balancing of gas stove component with two methods are presented. The first one uses software tools for balancing an assembly line, and the second contains the logical method of writing mathematical relationship between operations the method of the priority rules. Keywords assembly, efficiency, component, priority graph 22