PLANOWANIE PRZEZBROJEŃ LINII PRODUKCYJNYCH Z WYKORZYSTANIEM METODY MODELOWANIA I SYMULACJI

Transkrypt

1 Dariusz PLINTA Sławomir KUKŁA Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej PLANOWANIE PRZEZBROJEŃ LINII PRODUKCYJNYCH Z WYKORZYSTANIEM METODY MODELOWANIA I SYMULACJI 1. Planowanie produkcji Produkcja nie jest realizowana w sposób dowolny, ale jest szczegółowo planowana, głównie z uwzględnieniem efektywnego wykorzystania zasobów. Jest ona później analizowana i oceniana z ekonomicznego punktu widzenia. Ekonomia produkcji odzwierciedla efekty wszelkich działań produkcyjnych. Dzięki rozwojowi sprzętu komputerowego oraz oprogramowania wspomagającego produkcję planowanie produkcji oraz analizy funkcjonowania systemów produkcyjnych mogą być realizowane bardziej szczegółowo i coraz szybciej. Programy do planowania działań produkcyjnych, a w tym planowania przezbrojeń, stanowią obecnie część zintegrowanego systemu zarządzania przedsiębiorstwem [1]. W planowaniu produkcji ważne jest przygotowanie odpowiednich harmonogramów, które nie tylko określają jak, co i kiedy należy wykonać, ale również czym, gdzie i dla kogo należy to wykonać. Należy zwrócić uwagę na cele systemów wspomagających planowanie produkcji, do których należą: spełnianie potrzeb klientów, dotrzymanie ustalonych terminów, spełnienie wymagań technologicznych, maksymalne obciążenie stanowisk, minimalizacja czasów realizacji zleceń produkcyjnych, obniżanie kosztów produkcji, prawidłowe ustalenie wielkości serii, minimalizacja czasów składowania, minimalizacja braków, minimalizacja magazynów. Jednym z głównych elementów gwarantujących efektywność realizacji zadań produkcyjnych jest maksymalne wykorzystanie posiadanych zasobów produkcyjnych. Planowanie produkcji musi więc być powiązane z wszystkimi elementami systemu produkcyjnego, które mają istotny wpływ na realizację celów

2 136 Dariusz Plinta, Sławomir Kukła przedsiębiorstwa. Jeśli przezbrojenie pojedynczych stanowisk lub linii produkcyjnych ma istotny wpływ na termin realizacji zleceń produkcyjnych, to na etapie planowania produkcji należy sprawdzić możliwe warianty jej realizacji. Należy dążyć do zmniejszania ilości i czasu przezbrojeń, a co za tym idzie, do bardziej efektywnego wykorzystania posiadanych zasobów. Coraz częściej do planowania oraz sprawdzania alternatywnych harmonogramów wykorzystywana jest metoda modelowania i symulacji. Wspomaga ona podejmowanie decyzji wybór najlepszego z zaproponowanych rozwiązań [1, 2, 4]. W dalszej części przedstawiono praktyczne przykłady jej zastosowania. 2. Przykład 1: harmonogramowanie prac na liniach odlewniczych Pierwszy przykład zastosowania techniki symulacyjnej dotyczy planowania procesu wytwarzania odlewów żeliwnych na automatycznych liniach odlewniczych. Analizowano tu wpływ różnych wielkości wejściowych na czas realizacji zleceń oraz koszty własne wytwarzania (rysunek 1). Pod uwagę wzięto różne czynniki, które bezpośrednio wpływają na liczbę i czas przezbrojeń linii odlewniczych. Za pierwszy z czynników wejściowych (x 1 ) przyjęto wybór linii odlewniczej, na której będzie realizowana określona partia zlecenia. Odlewy mogą być wykonywane zamiennie na większej liczbie linii, a czas wykonania danej operacji na linii alternatywnej może być różny. Linie z pionowym podziałem formy charakteryzują się większą wydajnością (mierzoną ilością zalanych form na godzinę), ale w jednej formie może zmieścić się mniej modeli niż w tradycyjnej formie na linii horyzontalnej. Linie z pionowym podziałem formy wymagają też częstszych zabiegów obsługowych i charakteryzują się dłuższymi czasami przezbrojeń. Kolejność wytopów (czynnik x 2 ) uzależniono od składu chemicznego żeliw szarych oraz żeliw z grafitem sferoidalnym. Pozwoli to na realizację zleceń w mniejszych partiach produkcyjnych i przyczyni się do zmniejszenia zbędnych zapasów.

3 Planowanie przezbrojeń linii produkcyjnych z wykorzystaniem 137 Wielkości zakłócające: z 1 awarie linii odlewniczych Wielkości wejściowe: x 1 wybór linii odlewniczych x 2 kolejność wytopów x 3 kolejność realizacji zleceń x 4 wielkości partii produkcyjnych SYSTEM WYTWARZANIA ODLEWÓW NA AUTOMATYCZNYCH LINIACH ODLEWNICZYCH Wielkości wyjściowe: ODLEWY oceniane według kryteriów: k 1 -koszty własne produkcji k 2 - czas realizacji zleceń Wielkości stałe: c 1 gatunki żeliw Rys. 1. Analiza czynnikowa obiektu badań c 2 parametry procesów odlewniczych zgodne z dokumentacją c 3 jakość odlewów zgodna z wymaganiami klienta Następny z czynników (x 3 ) reprezentuje kolejność realizacji zleceń w zależności od terminów narzuconych przez klientów oraz dostępności zasobów produkcyjnych. Ostatnim czynnikiem wejściowym jest czynnik x 4 odpowiedzialny za podział zleceń na partie produkcyjne o różnej wielkości, poprzez wpływ przede wszystkim na wielkości zapasów w toku, łączne czasy przezbrojeń oraz na racjonalne wykorzystanie zasobów produkcyjnych. Wielkość partii produkcyjnej determinowana jest aktualnym stanem systemu, terminem zakończenia zadania oraz stanem magazynów. Na bazie analizy czynnikowej obiektu badań wygenerowano warianty harmonogramów przebiegu wytopów i pracy linii odlewniczych na drodze losowania, ze względu na wielkość zbioru możliwych rozwiązań. W dalszej kolejności warianty rozwiązań sprawdzano na komputerowym modelu symulacyjnym, wykonanym w pakiecie ARENA rysunek 2. Ocenę wariantów, w świetle przyjętych kryteriów, przeprowadzono w dwóch etapach: Etap I ocena wariantów pod kątem terminów realizacji zleceń, Etap II ocena i wybór najlepszego wariantu realizacji procesów wytwarzania odlewów na podstawie sumarycznych kosztów własnych poniesionych w okresie sprawozdawczym.

4 138 Dariusz Plinta, Sławomir Kukła Rys. 2. Model systemu odlewni żeliwa zł zł zł zł zł W4 W5 W7 W zł W4 W5 W7 W8 Rys. 3. Wyniki oceny wariantów pod względem sumarycznych kosztów własnych poniesionych w okresie sprawozdawczym Po pierwszym etapie analizy odrzucono część wariantów, dla których czasy graniczne zostały przekroczone w przypadku co najmniej jednej partii produkcyjnej dowolnego zlecenia (warianty: W1, W2, W3, W6). Po odrzuceniu wariantów harmonogramów niespełniających ograniczeń czasowych, przystąpiono do szacowania kosztów pozostałych wariantów na podstawie zakładowego arkusza rozliczeniowego, sporządzonego według zasad kalkulacji doliczeniowej szczegółowej. Wariantem o najniższych kosztach własnych okazał się wariant oznaczony przez W7 rysunek 3.

5 Planowanie przezbrojeń linii produkcyjnych z wykorzystaniem Przykład 2: planowanie prac w gnieździe obróbczym Drugi przykład dotyczy wymiany narzędziowej w gnieździe, w którym wykonywana jest jedna z operacji wytwarzania wału korbowego. Operacja ta posiada najdłuższy czas jednostkowy oraz przygotowawczo-zakończeniowy, co powoduje, że jest wąskim gardłem w procesie obróbki wału korbowego. Wydział pracuje w systemie 3-zmianowym przez 6 dni w tygodniu, co wyklucza możliwość zwiększenia produkcji w wymienionym gnieździe przez wprowadzenie dodatkowych zmian lub godzin nadliczbowych. W ramach projektu usprawnienia zaproponowano różne sposoby organizacji przezbrojeń, których celem było skrócenie czasu postoju maszyn podczas przezbrojeń, a przede wszystkim zwiększenie wydajności gniazda [3]. W gnieździe znajduje się 15 jednostek obróbczych, które są przezbrajane w różnych cyklach co różną liczbę wykonanych części. Przezbrajanie pojedynczej jednostki wymaga zatrzymania całej linii i powoduje często przestoje. Należy więc dążyć do ustalania jednakowego cyklu dla wszystkich jednostek, aby przestojów było jak najmniej. Ze względu na duże zróżnicowanie narzędzi oraz ich koszty, jednoczesne przezbrojenie wszystkich jednostek jest niemożliwe. Zaproponowano kilka rozwiązań, które sprawdzono metodą modelowania i symulacji. Symulację przeprowadzono w pakiecie ARENA rysunek 4. Najważniejsze sprawdzone warianty: W1 stan obecny (1 pracownik przezbrajający wszystkie jednostki), W2 zatrudnienie drugiego pracownika (jeden przezbraja jednostki z lewej strony, a drugi z prawej), W3 zaangażowanie dwóch pracowników (obaj przezbrajają jednostki z lewej i prawej strony w zależności od potrzeby), W4 nowy harmonogram przezbrojeń (zmiana cyklów przezbrojeń i pogrupowanie narzędzi w celu dokonywania kilku przezbrojeń podczas każdego postoju). Za pomocą symulacji określono wydajność analizowanego gniazda, obciążenie pracowników oraz jednostek obróbczych. Wyniki z symulacji posłużyły do porównania zaproponowanych wariantów. Najlepszym okazał się wariant W3 rysunek 4. Uzyskane wyniki mogą być podstawą do planowania obsługi narzędziowej gniazda.

6 140 Dariusz Plinta, Sławomir Kukła Produkcja tygodniowa [szt.] W1 W2 W3 W4 Rys. 4. Model oraz przykładowe wyniki z symulacji wytwarzania w gnieździe obróbczym 4. Podsumowanie W przedstawionych przykładach związanych z planowaniem zadań operacyjnych w przedsiębiorstwach produkcyjnych wykorzystano metodę modelowania i symulacji. Dzięki rozwojowi techniki komputerowej metoda ta znajduje coraz szersze zastosowanie. Obecnie może być stosowano jako narzędzie wspomagające harmonogramowanie różnych działań produkcyjnych, a w tym przezbrojeń stanowisk i linii produkcyjnych. Wymiana narzędzi jest działaniem, które należy ograniczać, a symulacja wskaże nam najlepszy warianty, który należy wybrać do realizacji.

7 Planowanie przezbrojeń linii produkcyjnych z wykorzystaniem 141 Bibliografia: 1. Bubenik P., Plinta D.: Solution of production planning and scheduling in modern manufacturing environment, materiały z konferencji Inżynieria produkcji 2003, Bielsko-Biała Gregor M., Haluškova M., Hromada J., Košturiak J., Matuszek J.: Simulation of manufacturing system, Politechnika Łódzka filia w Bielsku-Białej, Bielsko- Biała Lasek D.: Modelowanie i symulacja wymiany narzędziowej na przykładzie procesu obróbki wału korbowego silnika diesla 1.3 sde, praca dyplomowa, ATH Bielsko-Biała Matuszek J., Kukla S., Cerný J.: Modelowanie i symulacja procesów biznesowych, materiały konferencyjne Rízení strojírenských podniků, Beskydy- Krásná 2002.

8