MODELOWANIE I SYMULACJA PROCESU TECHNOLOGICZNEGO MONTA U Z UWZGL DNIENIEM MTBF

Transkrypt

1 K O M I S J A B U D O W Y M A S Z Y N P A N O D D Z I A W P O Z N A N I U Vol. 29 nr 2 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2009 OLAF CISZAK MODELOWANIE I SYMULACJA PROCESU TECHNOLOGICZNEGO MONTA U Z UWZGL DNIENIEM MTBF W artykule przedstawiono zagadnienie modelowania i symulacji procesu technologicznego monta u (PTM) z uwzgl dnieniem wska nika MTBF na przyk adzie rzeczywistego monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu. Omówiono opracowany wariant organizacyjny (model symulacyjny) analizowanego gniazda monta owego, a w ko cowej cz ci przedstawiono wyniki bada eksperymentalnych i wnioski. S owa kluczowe: MTBF, model, modelowanie, symulacja, monta 1. WST P Wspó czesne przedsi biorstwo monta owe w warunkach silnej konkurencji rynkowej (dynamiczny i ci g y rozwój wyrobów, skracanie serii produkcyjnych itd.), powszechnej globalizacji, coraz wy szych wymaga jako ciowych oraz minimalizacji szeroko rozumianych kosztów wytwarzania wymaga ci g ej poprawy organizacji oraz wprowadzania technologicznej elastyczno ci przy wdra- aniu systemów zautomatyzowanych i zrobotyzowanych [3]. Poprawne zaprojektowanie lub modernizacja linii monta owej w celu uzyskania oczekiwanych efektów ekonomicznych i wydajno ci wymaga przeprowadzenia bada symulacyjnych z uwzgl dnieniem zak adanych parametrów (np. czasu trwania operacji, wydajno ci) oraz mo liwych zak óce (np. awarii) wyra- anych za pomoc wska nika MTBF. Aby badania symulacyjne da y wymierne efekty, powinny by przeprowadzone na wst pnym etapie projektowania z uwzgl dnieniem, przyk adowo, wielowariantowej koncepcji systemu monta- owego, co pozwoli ustali wymagane parametry projektowanego systemu oraz zminimalizowa ewentualne koszty pó niejszych zmian [4, 6]. Dotychczas modelowanie i symulacja procesów monta owych znajdowa y zastosowanie g ównie do produkcji masowej i wielkoseryjnej. Szybki rozwój Dr in. Instytut Technologii Mechanicznej Politechniki Pozna skiej. Praca naukowa finansowana ze rodków na nauk w latach jako projekt badawczy.

2 80 O. Ciszak systemów komputerowych, metod rozwi zywania algorytmów optymalizacyjnych oraz dost pno profesjonalnego oprogramowania sprawi y, e techniki symulacyjne z powodzeniem zacz y by stosowane do produkcji jednostkowej i ma oseryjnej [5, 6]. 2. REDNI OKRES MI DZYAWARYJNY redni czas pomi dzy awariami MTBF (ang. Mean Time Between Failures) jest parametrem okre laj cym deklarowany redni czas bezawaryjnej pracy maszyny (urz dzenia). Najcz ciej podawany jest w godzinach, a wyznacza si go za pomoc specjalnych procedur testowych i wzorów. S to warto ci statystyczne wyra aj ce liczb godzin normalnej pracy urz dzenia do momentu awarii lub uszkodzenia. W rzeczywisto ci MTBF jest miar niezawodno ci urz dzenia i jest ca kowitym okresem funkcjonowania danego elementu systemu (maszyny, urz dzenia, zespo u itd.) podzielonym przez liczb awarii, co mo na opisa za pomoc zale no ci [1]: okres funkcjonowania komponentu systemu MTBF. (1) liczba awarii Wska nik MTBF s u y przede wszystkim do ustalenia kluczowych wska ników wydajno ci produkcji (ang. KPI Key Performance Indicators) oraz, przyk adowo, wska nika ogólnej efektywno ci urz dze (ang. OEE Overall Equipment Effectiveness). Powy sze wska niki maj wp yw na podejmowanie decyzji co do dzia ania analizowanego systemu, pozwalaj mi dzy innymi na dok adne planowanie zarówno produkcji, jak i remontów (przegl dów), szacowanie kosztów utrzymania jednostki produkcyjnej, ograniczenie przyczyn strat (awarii), co prowadzi do wymiernych oszcz dno ci ekonomicznych. W analizowanym przyk adzie gniazda monta owego wykorzystano wska nik MTBF opisuj cy czas bezawaryjnej pracy manipulatora u ytego do monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu. Przy za o onych warto ciach statystycznych wska nika MTBF manipulatora prowadzono badania eksperymentalne wydajno ci gniazda monta owego. 3. PROCES TECHNOLOGICZNY MONTA U DESKI ROZDZIELCZEJ DO NADWOZIA SAMOCHODU Proces technologiczny monta u deski rozdzielczej do nadwozia (rys. 1, 3, tabl. 1) obejmuje dwie g ówne operacje i jest prowadzony przez brygad sze ciu pracowników na dwóch stanowiskach tworz cych gniazdo monta owe. Praca wykonywana jest w zamkni tej hali produkcyjnej (monta owej) przez 7 dni w tygodniu w czasie 3 zmian. Aktualna wydajno gniazda wynosi rednio 1360 zamontowanych kokpitów do nadwozi samochodów.

3 Modelowanie i symulacja procesu technologicznego monta u 81 Rys. 1. Monta deski rozdzielczej do nadwozia samochodu z wykorzystaniem manipulatora r cznego Fig. 1. Assembly of dashboard to the car body with utilization of industrial manual manipulator Do ustalenia w a ciwego, racjonalnego czasu wykonania w normalnym tempie operacji monta owych wyst puj cych w monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu wykorzystano obserwacje chronometra owe szczegó owo przedstawione w raporcie [4]. Wyniki ko cowe (warto ci rednie) przeprowadzonych obserwacji przedstawiono w tablicy 1. nr operacji Tablica 1 Wyniki pomiaru chronometra owego pracoch onno ci operacji podczas monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu (warto ci rednie) [4] Timekeeping measurements for assembly process of the dashboard into car body [4] nr zabiegu Karta badania czasu pracy metod chronometra ow opis (nazwa) operacji pracoch onno, warto ci rednie [min] przygotowanie i pobranie karty 0, wpi cie karty do dokumentacji samochodu 0, pobranie deski rozdzielczej 0, skanowanie dokumentacji z kart nadwozia 0, wprowadzenie deski rozdzielczej do nadwozia 0, potwierdzenie wprowadzenia deski rozdzielczej 0, monta deski rozdzielczej za pomoc manipulatora 0, wyprowadzenie manipulatora 0, wklejenie wydruku WBK (do karty samochodu) 0,16 Suma 3,19

4 82 O. Ciszak 4. MODELOWANIE I SYMULACJA GNIAZDA MONTA U DESKI ROZDZIELCZEJ DO NADWOZIA SAMOCHODU W analizowanym przypadku za o ono, e liczba montowanych desek rozdzielczych do nadwozi samochodów w okre lonych przedzia ach czasu jest jednakowa i odbywa si na tych samych stanowiskach, co wynika z przyj tego programu produkcyjnego i organizacji dotychczasowego procesu technologicznego. Dla rozwa anego procesu technologicznego przyj to, e kolejno wykonywania operacji i zabiegów wynika bezpo rednio z marszruty procesu technologicznego (tabl. 1) i e jest to tzw. przep yw szeregowy bez mo liwo ci powrotów i omijania stanowisk monta owych. Opracowany graf kolejno ci operacji i zabiegów podczas monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego przedstawiono na rys. 2 Rys. 2. Graf kolejno ci operacji i zabiegów podczas monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu; numery operacji zgodne z tabl. 1 (opracowanie w asne) Fig. 2. Precedence constraint graph for the assembly of dashboard into car body; operation numbers according to Table 1 (author s source) Modelowanie i symulacj wydzielonego organizacyjnie gniazda do monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu na linii monta u ko cowego przeprowadzono z wykorzystaniem oprogramowania symulacyjnego FlexSim_v4 firmy Flexsim Simulation Software Products Inc. [2]. G ównym celem modelowania i symulacji pracy gniazda by a analiza porównawcza wydajno ci obecnego procesu monta u z wydajno ci opracowanego modelu symulacyjnego uwzgl dniaj cego redni czas pomi dzy awariami MTBF manipulatora. Model symulacyjny gniazda monta owego (rys. 4) zosta oparty na schemacie organizacyjnym rzeczywistego gniazda do monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu podczas monta u ko cowego (rys. 3). Ze wzgl du na brak dok adnych informacji za wska nik MTBF manipulatora przyj to statystyczny rozk ad wyk adniczy przedstawiaj cy redni intensywno uszkodze 1 raz na 1000, 2000, 4000, 6000, 8000 i min pracy (tabl. 2) oraz losowy wybór czasu naprawy manipulatora (MTTR Mean Time to Repair) z przedzia u od 50 do 100 min.

5 Modelowanie i symulacja procesu technologicznego monta u 83 Rys. 3. Schemat organizacyjny gniazda monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu na linii monta u ko cowego Fig. 3. Structure and organizational layouts of the dashboard assembly into car body while final assembly process Rys. 4. Model symulacyjny gniazda monta u kokpitów do nadwozia samochodu opracowany w programie ShowFlow v4 Fig. 4. Simulation model of the dashboard assembly into car body performed in FlexSim v4 Z bada symulacyjnych wynika, e uwzgl dnienie w modelu symulacyjnym analizowanego gniazda zak óce pracy systemu (awarii manipulatora), okre lonych za pomoc wska nika MTBF, zwi ksza szczegó owo modelu, co prowadzi do wzrostu trudno ci podczas modelowania i zwi kszenia liczby danych, które musz by przetworzone w trakcie eksperymentu symulacyjnego. Jak pokazuj wyniki bada symulacyjnych, wydajno analizowanego gniazda monta- u kokpitów do nadwozia samochodu ulega obni eniu wraz ze wzrostem liczby awarii w analizowanym okresie pracy. Wyniki analiz dla przyj tych rednich warto ci wska nika MTBF manipulatora przemys owego przedstawiono w tabli-

6 84 O. Ciszak cy 2, a przyk adowy raport z bada symulacyjnych pracy gniazda pokazano na rys. 5. Tablica 2 Wyniki symulacji pracy gniazda monta u desek rozdzielczych do nadwozia samochodu Result of efficiency simulations of layouts of the dashboard assembly into car body Nr wariantu Warto wska nika MTBF (rozk ad wyk adniczy) Liczba desek rozdzielczych zamontowanych do nadwozi samochodu [szt.] (0,1000,1) (0,2000,1) (0,4000,1) (0,6000,1) (0,8000,1) (0,10000,1) 1358 Rys. 5. Przyk adowy raport zawieraj cy wyniki symulacji pracy gniazda monta u desek rozdzielczych do nadwozia samochodu dla wariantu organizacyjnego z rys. 4 Fig. 5. Example of simulation results report of the dashboard assembly into car body for organizational layout variant according to Fig PODSUMOWANIE Przedmiotem opisywanych bada by o opracowanie modelu symulacyjnego rzeczywistego gniazda monta u deski rozdzielczej do nadwozia samochodu oraz

7 Modelowanie i symulacja procesu technologicznego monta u 85 okre lenie wp ywu na system wytwórczy zak óce wyra onych za pomoc wska nika MTBF. Wyniki bada symulacyjnych wykaza y, e opracowany model symulacyjny gniazda (wariant nr 1) odpowiada rzeczywistym warunkom produkcyjnym, natomiast jego uszczegó awianie prowadzi do coraz precyzyjniejszych prognoz pracy systemu. Badania symulacyjne potwierdzi y, e zastosowanie manipulatora przemys owego (warianty nr 2 7) spowoduje spadek liczby zamontowanych kokpitów tym wi kszy, im wi cej wyst pi awarii lub uszkodze w analizowanym okresie, co w pe ni odzwierciedla rzeczywisto. Dalsze badania b d dotyczy y uszczegó owienia informacji o niezawodno ci pracy maszyn i urz dze wykorzystywanych w procesach produkcyjnych w celu wyznaczenia wska ników efektywno ci procesów wytwórczych z uwzgl dnieniem strat (awarie, usterki przestoje wynikaj ce np. z niew a ciwego zasilania stanowiska w materia ) w wykorzystaniu parku maszynowego. LITERATURA [1] Alia V., redni okres mi dzyawaryjny zasilacza elektrycznego, Utrzymanie Ruchu, 2008, nr 4, s [2] Dokumentacja programu FlexSim firmy Flexsim Simulation Software Products Inc. [3] Lonkwic P., Linie produkcyjne nowoczesne systemy produkcji, Design News Polska, 2008, nr 5, s [4] Raport z bada prowadzonych w ramach dzia alno ci statutowej DS /08 ZPT-IMt PP (materia y niepublikowane). [5] Sawik T., Planowanie i sterowanie produkcji w elastycznych systemach produkcyjnych, Warszawa, WNT [6] Zdanowicz R., Modelowanie i symulacja procesów wytwarzania, Gliwice, Wydawnictwo Politechniki l skiej Praca wp yn a do Redakcji Recenzent: dr hab. in. Piotr ebkowski MODELING AND SIMULATION OF ASSEMBLY PROCESS USING MTBF S u m m a r y The paper presents the issue of modeling and simulation of the assembly process on an example of assembly dashboard into the car body with utilization of MTBF parameter. The simulation model of analyzed assembly layout from the point of view of productivity using the modern tools for modeling a simulation of production processes is presented. The final part of the paper presents the results and conclusions from conducted tests and analyses. Key words: MTBF, model, modeling, simulation, assembly