MODUŁ WYBORU I OCENY SYSTEMU MONTAŻOWEGO

Transkrypt

1 MODUŁ WYBORU I OCENY SYSTEMU MONTAŻOWEGO Bogusław REIFUR, Małgorzata PŁAZIUK Projektowanie procesu technologicznego montażu i jego realizacja jest wieloetapowym procesem podejmowania decyzji, w którym wybór i ocena systemu montażowego ma istotny wpływ na koszty realizacji zadań montażowych oraz na jakość i koszty produktu. Projektowanie systemów montażowych obejmować zatem powinno ocenę i rozwiązywanie wielu problemów i pod różnymi kątami widzenia, w tym do jednej z głównych należy ocena ekonomiczna. Przyjmując, że koszty są głównym czynnikiem warunkującym podjęcie produkcji, a budowany system montażowy źródłem przyszłych dochodów, należy wykonać szczegółową analizę proponowanych rozwiązań wybranego układu systemu montażowego. Celem projektowania i oceny systemów montażowych jest opracowanie rozwiązania kompleksowego [1], składającego się z elementów w postaci systemu doradczego doboru urządzeń technologicznych, a czasami i personelu. Prezentowane w literaturze [2, 3, 4] metody oceny i wyboru wstępnego systemu nie dają pełnej odpowiedzi, jak powinna być przeprowadzona analiza rozwiązań. Spośród wielu wyników oceny jedną z najważniejszych jest zminimalizowanie kosztów jednostkowych wyrobu, który będzie produkowany w rozważanym systemie montażowym. Zatem kompleksowa odpowiedź zawierać powinna informacje nie tylko o konfiguracji i o cenie systemu montażowego, ale również o koszcie produkowanego wyrobu i w konsekwencji udzielić informacji o możliwych do uzyskania zyskach. Zasadnym zatem staje się opracowanie modelu oceny systemów montażowych pod względem ekonomicznym, wykorzystywanego na etapie doboru projektowanych wariantów rozwiązań systemów. SYSTEM MONTAŻOWY STREFA ROBOCZA MONTAŻU Przedmiotem analizy ekonomicznej dokonywanej przez moduł systemu doradczego, a dotyczącej wyboru najkorzystniejszego rozwiązania, jest kompletny system montażowy, w którego skład wchodzą: stanowiska montażu ręcznego, zautomatyzowanego lub zrobotyzowanego. Korzystny dla przedsiębiorstwa system montażowy oznacza: optymalny pod względem ekonomicznym, o maksymalnej wydajności i minimalnym wkładzie kapitału. Projektowanie, a szczególnie analiza konstrukcyjno- -ekonomiczna strefy roboczej montażu, stanowi złożone zagadnienie, które powinno przekładać się na korzystne rozwiązanie już podczas projektowania procesu technologicznego montażu i niezbędnego wyposażenia dla realizacji procesu montażu. Rozwiązanie to powinno odpowiadać warunkom technologicznej operacji montażowej, to znaczy uwzględniać w pełni strukturę, która uzależniona jest od koncentracji lub zróżnicowania zabiegów, występującej liczby pozycji, potokowości i organizacji prac montażowych. Na ukształtowanie strefy roboczej montażu wpływa również sam obiekt montażu, rodzaje łączonych części i stosowanych połączeń, wymagany poziom jakości, cechy konstrukcyjne składowych urządzeń i przyrządów oraz charakterystyki handlowych urządzeń do realizacji procesu montażu. Układ konstrukcyjny strefy roboczej montażu tworzy widoczny na zewnątrz układ składowych zespołów systemu wytwarzania powiązanych funkcjonalnie pod względem geometryczno-ruchowym w jedną całość. Podstawowymi własnościami układu konstrukcyjnego systemu montażowego wyróżniającymi go wśród innych układów jest przestrzenne rozmieszczenie składowych zespołów oraz ruchy wykonywane przez zespoły robocze, zidentyfikowane ze względu na tory ruchów, zwroty i wartości przemieszczeń. Układ konstrukcyjny powinien być optymalizowany według wybranych kryteriów: - maksymalizacji wydajności, - minimalizacji kosztów własnych montażu, - minimalizacji zajmowanej powierzchni, - minimalizacji udziału pracy ludzkiej w montażu, - redukcji braków i odpadów powstałych w procesie montażu. Podczas przyjęcia jednego z powyższych kryteriów należy pamiętać, aby wyrób, którym w tym przypadku jest system montażowy, nie stracił podstawowych cech, które go wyróżniają. Mamy na myśli: cenę, jakość, funkcjonalność. Podstawę do kształtowania przestrzeni roboczej stanowią następujące wytyczne: - przepisy normy, zarządzenia i inne przepisy ograniczające, - kryteria poprawności technologicznej, - konstrukcje znane wynikające z doświadczeń. Reguły poprawnego projektowania systemu montażowego to: jednoznaczność, prostota, bezpieczeństwo. Jednoznaczność identyfikowana jest ze względu na parametry pracy, rozkład funkcji działania systemu, fizyczne podstawy działania systemu, wykonywane ruchy i zajmowane położenia elementów systemu, przenoszone obciążenia, materiał elementów i środków transportu. Pod pojęciem prostoty kryje się nieskomplikowana konstrukcja oparta na prostej zasadzie działania, zawierającej małą liczbę elementów składowych, które winny cechować się łatwością wykonania, techniczną niezawodnością i ekonomicznością. Konstrukcja powinna być bezpieczna w odniesieniu do pracy, obsługi i warunków otoczenia [5, 6, 7]. 6

2 TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU 2/2010 Złożoność w budowie stanowisk montażowych stanowi szerokie zagadnienie zarówno ze względu na możliwość stosowania zaawansowanych technologii, jak i łączenia stanowisk o różnym stopniu automatyzacji [8]. Aby osiągnąć założoną wydajność, musimy wybrać odpowiednie rozwiązanie. Jednym z rozwiązań jest powielanie pojedynczego stanowiska, dzięki takiemu postępowaniu redukujemy czas potrzebny na projekty oraz ich koszty. Jednak bez dokładnej analizy nie można określić, czy tego typu rozwiązanie zapewni optymalne wyniki ze względu na jednostkowy koszt montażu. Drugim sposobem osiągnięcia założonej wydajności jest inwestowanie we wzrost poziomu automatyzacji. Przez wzrost poziomu automatyzacji rozumiemy nawet małe udoskonalenia lub zastąpienia niektórych czynności ręcznych czynnościami wykonywanymi przez układy mechaniczne. W analizie systemów montażowych wykorzystuje się wiele sposobów klasyfikacji urządzeń i stopnia zautomatyzowania czynności montażowych opartą np. na poziomie automatyzacji procesów technologicznych montażu [3, 4, 7, 8, 9]. Aby określić poziom automatyzacji, należy wziąć pod uwagę pięć podstawowych stopni [8]: urządzenia z obsługą ręczną, urządzenia ze zmechanizowanymi czynnościami roboczymi, urządzenia ze zautomatyzowanymi czynnościami głównymi, urządzenia ze zmechanizowanymi czynnościami głównymi i pomocniczymi, urządzenia zautomatyzowane mogące pracować bez obsługi przez okres 4 8 godzin. Ta klasyfikacja jest wykorzystywana również do oceny poziomu konkurencyjności przedsiębiorstwa. Podsumowując, przy wyborze rozwiązania optymalnego należy wykonać wiele analiz, wybierając taką konfigurację, dzięki której uzyskany zostanie najniższy koszt jednostkowy montażu. METODY WYBORU I OCENY SYSTEMÓW MONTAŻOWYCH Projektowanie procesu technologicznego montażu i jego realizacja jest wieloetapowym procesem podejmowania decyzji, na którego przebieg wpływają różnorodne czynniki ekonomiczne, techniczne i organizacyjne. Analizę wyboru procesu montażu można zestawić w kolejno realizowane etapy: - postawienie zadania, - planowanie wstępne, - realizacja założeń konstrukcyjnych. Pierwszy etap postawienie zadania ma na celu sprecyzowanie oczekiwań w stosunku do przewidywanego procesu montażowego (projektowanego systemu montażowego). Nowy system montażowy powinien spełniać kryteria postawione w zadaniu: - redukcja kosztów pracy, - poprawa jakości oraz obniżenie kosztów jakości, - zwiększenie wydajności produkcji, - możliwość stopniowej automatyzacji, - możliwość szybszego i łatwiejszego szkolenia nowego personelu, - możliwość zwiększenia standaryzacji wyposażenia technologicznego jako systemów transportu, konstrukcji stanowisk produkcyjnych i ich wyposażenia [8]. Drugi etap planowanie wstępne ma na celu sprecyzowanie założeń i opracowanie odpowiedniego procesu technologicznego montażu z uwzględnieniem stopni jego automatyzacji. Pewną pomocą w rozpatrywaniu wariantów prowadzenia procesu montażu może być diagram opracowany przez firmę Bosch [8]. Przedstawione są tam problemy, których kolejne rozwiązanie pozwala na przejście do precyzowania następnych szczegółów systemu montażowego. I tak kolejno należy odpowiedzieć na pytania dotyczące: - wielkości produkcji i wynikającej z tego przynależność procesu do produkcji jednostkowej, seryjnej, masowej, - określenia przewidywanego czasu rozpoczęcia produkcji (od początku prac planistycznych do osiągnięcia zdolności produkcyjnej), - czasu, w jakim rozwija się cykl produkcyjny wyrobu (od fazy początku produkcji do jej zakończenia w cyklu życia produktu), - wariantów, które są przygotowane do produkcji oraz które znajdują się w fazie przygotowania produkcji, z jaką różnorodnością oprzyrządowania produkcyjnego mamy do czynienia na zmianie roboczej, - czasu wykonania czynności montażu wyrobu, zespołu, różnorodność montowanych części, szacowania czasów wykonania metodą MTM, - trudności technologicznych procesu montażu związanych z orientowaniem części, trudności w przemieszczaniu części w obrębie stanowiska montażowego, ograniczeń procesu łączenia, - konfiguracji stanowisk i przemieszczenia między- -stanowiskowego. Etap ten ma kluczowe znaczenie, gdyż w dużej mierze ma wpływ na koszty inwestycji. Trzeci etap to realizacja etapu drugiego oraz opracowanych założeń konstrukcyjnych w postaci rysunków konstrukcyjnych całego systemu, jego istotnych węzłów konstrukcyjnych, aż do powstania całej dokumentacji. Według proponowanej przez firmę Bosch [4, 8] analizy, zadanie wyboru odpowiedniego systemu montażowego opiera się na odpowiedzi na 8 pytań. Przedstawiony tam model służy do wstępnego wyboru systemu montażowego i nie można zagwarantować, że rozwiązanie będzie optymalne np. ze względu na minimum kosztu montażu jednej sztuki. Pominięto w nim szczegółowe analizy ekonomiczne z uwzględnieniem nakładów inwestycyjnych oraz kosztów eksploatacji i nadzoru 7

3 produkcyjnego. Uwzględnione zostały tylko przykładowe rozwiązania stanowisk roboczych, a w rzeczywistości różnorodność rozwiązań jest bardzo złożona. Nie uwzględnia się takich czynników jak koszty poszczególnych stopni automatyzacji, a jasne jest, że jeśli istotnym elementem będzie specjalne orientowanie części, to koszt wzrośnie o wartość podajnika wibracyjnego, a jeśli zasadniczym procesem będzie zagniatanie metalu, to koszt będzie nieporównywalnie większy, ze względu na większe skomplikowanie procesu montażu. Również nie uwzględnia się prostych czynności montażowych, które są nieskomplikowane w montażu ręcznym, natomiast wymagają złożonych zabiegów w montażu automatycznym (przykładem jest operacja nakładania o-ringów, której w wielu przypadkach nie opłaca się automatyzować) [9]. KRYTERIA OCENY SYSTEMÓW MONTAŻOWYCH Ocena systemów montażowych należy do złożonych zagadnień wymagających wieloaspektowej analizy. Dobór systemu montażowego powinien być analizowany ze względu na jedno z kryteriów optymalizacji i na tej podstawie oceniany. Kryteria optymalizacji wyróżniane dla oceny systemów montażowych: maksymalna wydajność montażu optymalizowanie systemu bez względu na koszty, jedynym czynnikiem jest wydajność systemu stosowane głównie w produkcji masowej przedmiotów o małej wartości, gdzie kluczowym elementem jest wymagana wydajność, redukcja udziału pracy ludzkiej taki system montażowy ma za zadanie w jak największym stopniu zastąpić człowieka. Najczęściej to rozwiązanie jest wykorzystywane w krajach wysoko rozwiniętych, gdzie jest problem z siłą roboczą do wykonywania prostych czynności, minimalizacja powierzchni przy małej powierzchni hali produkcyjnej często zachodzi potrzeba automatyzacji ze względu na ograniczoną możliwość powielania stanowisk montażowych, redukcja braków taki przypadek najczęściej ma miejsce, kiedy kontrola wizualna w montażu ręcznym jest niedokładna. Można zastosować systemy wizyjne i zautomatyzować operacje kontroli wyrobów, minimalizacja kosztu jednostkowego montażu wyrobu stanowi czynnik, który zdaniem autorów powinien być kluczowym dla każdego projektowanego systemu montażowego. Minimalizacja kosztów jest na tyle szerokim pojęciem, że wymaga szczegółowych analiz kosztów (powierzchni, eksploatacji, pracy, nakładów inwestycyjnych) w kilku etapach podczas wyboru systemu montażowego. Propozycją autorów rozwiązania problemu wyboru i oceny systemów montażowych jest algorytm postępowania dla kryterium optymalizacji pod kątem minimalizacji kosztu jednostkowego montażu przedstawiony na rys. 1. MODEL MATEMATYCZNO-EKONOMICZNY OCENY SYSTEMÓW MONTAŻOWYCH Zagadnienie oceny wyboru systemu montażowego przedstawia algorytm postępowania na rys. 1, obejmujący następujące trzy kroki: zadanie główne kroki podstawowe, wyznaczają kolejne elementy niezbędne w projektowaniu systemu montażu, informacje pomocnicze dane niezbędne do obliczeń, sformułowania celów, selekcji rozwiązań. Jest to baza informacji, do której można sięgnąć podczas podejmowania decyzji, moduł informacji zwrotnej to czynności wykonywane wtedy, kiedy wynik obliczeń nie jest satysfakcjonujący. Informacja zwrotna służy również ciągłemu doskonaleniu, pozwala na ocenę wyniku po wykonaniu czynności głównych. Zadania główne rozpoczynają się od zlecenia produkcyjnego, jest to bodziec do tworzenia lub modernizacji systemu montażowego. Wzrost produkcji również może wymagać przeanalizowania obecnego stanu automatyzacji. Trzeba dodać, że każda firma powinna mieć jak najwięcej informacji o obecnym stanie infrastruktury, niezbędnych w szybkim podejmowaniu decyzji. Kolejną czynnością zadania głównego jest sformułowanie celów projektowanego zadania, czyli etap, w którym wykorzystywane są dane o produkcji. W tym kroku istotne elementy to przewidywany okres produkcji, równoważny okresowi zwrotu inwestycji. Następna informacja to dostępna powierzchnia, do określenia wielkości systemu montażu, liczby stanowisk itp. Kolejne informacje wejściowe dla produkcji to dane o wyrobie (wielkość, waga, sposób montażu) oraz dane produkcyjne (planowana liczba sztuk, metoda montażu, okres produkcji). Wszystkie te wiadomości mają na celu ułatwienie sformułowania zadania. W dalszym toku formułowania zadania głównego wyszczególniony jest etap wstępnej selekcji rozwiązań obejmujący kilka ważnych elementów. Jednym z nich jest analiza ekonomiczna dotycząca szacowanych nakładów inwestycyjnych oraz kosztów eksploatacji. W tym punkcie istnieje potrzeba przybliżonej wyceny systemów montażowych. Wykorzystując analizę ekonomiczną oraz informacje zaczerpnięte z poprzednich punktów, można dokonać selekcji rozwiązań. Selekcja ma na celu odrzucenie rozwiązań niekorzystnych lub skrajnie błędnych (na przykład wymagających zbyt dużej powierzchni) lub nieopłacalnych. W przypadku zbyt dużej liczby odrzuconych wyników następuje konieczność powtórnej oceny postępowania i możliwy powrót do formułowania zadania. W przypadku, gdy nie ma zastrzeżeń do przebiegu procesu selekcji rozwiązań, możemy przejść do następnego punktu. 8

4 TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU 2/2010 Rys. 1. Algorytm oceny systemów montażowych Dodawanie informacji i wiedzy jest elementem koniecznym tylko w przypadku, kiedy brakuje elementów niezbędnych do przejścia do następnego kroku. Przykładem może być sytuacja, w której trzeba znać więcej szczegółów dotyczących samego procesu montażu wyrobu. Po dodaniu tej informacji można znowu przejść do kroku selekcji rozwiązań. Jeśli nie zachodzi potrzeba powrotu do poprzedniego kroku, to realizacja zadań następuje dalej według schematu. 9

5 Analiza ekonomiczna jako zadanie główne jest wykonywana bardzo szczegółowo. Zawiera takie elementy, jak: - nakłady inwestycyjne, - koszty eksploatacji, - koszty pracy montera, - koszty nadzoru, - koszty powierzchni, - okres zwrotu z inwestycji. Dodatkowe brane pod uwagę elementy to np. czasy główne i pomocnicze. Wszystkie te informacje dają wynik w postaci kosztu jednostkowego montażu dla różnych wariantów budowy systemów montażowych. Na podstawie analizy kosztów można dokonać wyboru rozwiązania, które jest najtańsze. Będzie to propozycja systemu montażowego, który przy uwzględnieniu wymienionych elementów ekonomicznych oraz informacji o produkcji pozwoli uzyskać najniższy koszt jednostkowy wyrobu. Uzyskane rozwiązanie jest oceniane (romb czynność decyzyjna), przy czym kryterium oceny jest sprawdzenie, czy wynik jest zgodny z założeniami. Jeśli wynik spełnia funkcje zawarte na początku formułowania zadania, można przejść do dalszych etapów algorytmu. Ostatnie trzy czynności główne służą do utworzenia dokładnego projektu systemu montażowego wraz z modyfikacjami oraz innymi wariantami budowy tego samego systemu montażowego. Jeśli kolejne kroki są realizowane zgodnie z algorytmem postępowania, można mieć pewność, że wynik osiągnięty na końcu jako projekt systemu montażowego, będzie wynikiem optymalnym ze względu na kryterium minimalizacji kosztu jednostkowego montażu wyrobu. PODSUMOWANIE Przedstawiony w artykule algorytm jako składnik systemu doradczego wyboru i oceny systemu montażowego zawiera ujętą w opracowanym przez autora systemie doradczym treść, dotyczącą szeroko rozumianej problematyki kosztów [10, 11, 12, 13, 14], koncentrując się na kryterium minimum kosztu jednostkowego. Założenie to pozwala wykonać analizę ekonomiczną opierającą się na szacowaniu kosztów nakładów inwestycyjnych oraz w dalszej kolejności analizę ekonomiczną, po której następuje wybór rozwiązania, biorąc pod uwagę także inne czynniki mające wpływ na koszt jednostkowy wyrobu w sposób odmienny od dotychczas proponowanych i dotyczących również wyznaczenia optymalnego poziomu automatyzacji. Wykorzystanie w analizie ekonomicznej strategii rachunku kosztów docelowych projektowanego systemu montażowego umożliwia znalezienie rozwiązania najtańszego oraz daje na tyle niskie koszty wyprodukowanego wyrobu, aby na określonym poziomie sprzedaży był osiągnięty próg rentowności. LITERATURA 1. Reifur B.: Doradczy system projektowania procesu technologicznego i doboru strefy roboczej montażu. Systemy projektowania procesów i wyposażenia technologicznego. SOP '2004. IV Konferencja Naukowo-Techniczna, Kraków, 5 6 październik [Kraków: Wydaw. P. Krak., 2004]. s Rudy V.: Projektowanie systemów montażowych metody i techniki modelowania. Technologia i Automatyzacja Montażu nr 4/ Szabajkowicz W.: Projektowanie strefy roboczej operacji montażowej, Technologia i Automatyzacja Montażu nr 1/ Gusiew A. A.: Adaptiwnyje ustrojstwa sborocznych maszin. Maszinostrojenie, Moskwa Kowalski T.: Architektura systemów montażowych, Technologia i Automatyzacja Montażu nr 2/ Kowalski T., Lis G., Szenajch W.: Technologia i automatyzacja montażu maszyn, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Łunarski J., Szabajkowicz W.: Automatyzacja procesów technologicznych montażu maszyn, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa Marciniak M. (red.). Praca zbiorowa: Elementy automatyzacji we współczesnych procesach wytwarzania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Łunarski J., Stadnicka D.: Ocena poziomu konkurencyjności stosowanej technologii, Technologia i Automatyzacja Montażu nr 2 i 3/ Krokosz-Krynke Z.: Rachunek kosztów dla inżyniera. Politechnika Wrocławska Biernacki M., Janczyk-Strzała E., Kowalak R.: Koszty w zarządzaniu małym i średnim przedsiębiorstwem produkcyjnym, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej im. Oskara Langego we Wrocławiu, Wrocław Nowak E., Piechota R., Wierzbiński M.: Rachunek kosztów w zarządzaniu przedsiębiorstwem, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa Reifur B.: Model kosztowy w ocenie technologiczności konstrukcji i wytwarzania elementów pompy. Problemy i innowacje w remontach energetycznych. PIRE VI Konferencja Naukowo-Techniczna, Karpacz, XI Wrocław: OBR Gospodarki Remontowej Energetyki, s Reifur B.: Koszty urządzeń automatycznego orientowania jako moduł systemu ekspertowego. Technologia i Automatyzacja Montażu nr 4/2002, s Dr inż. Bogusław Reifur jest docentem w Instytucie Technologii Maszyn Politechniki Wrocławskiej, a mgr inż. Małgorzata Płaziuk jest pracownikiem Daicel Safety Systems Europe Sp. z o.o. 10