PRACOCHŁONNOŚĆ PROCESU MONTAŻU RZECZYWISTEGO I WIRTUALNEGO METODĄ MTM

TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU 2/2010 PRACOCHŁONNOŚĆ PROCESU MONTAŻU RZECZYWISTEGO I WIRTUALNEGO METODĄ MTM Jan ŻUREK, Olaf CISZAK, Robert CIEŚLAK ISTOTA I CEL MERZENIA CZASU PRACY Istotą produkcji jest świadoma i celowa, a więc dobrze zorganizowana praca człowieka. Źle zorganizowana praca prowadzi do bezcelowego zużycia wyników i zasobów pracy ludzkiej, nie przynosząc efektów ekonomicznych współmiernych do ponoszonych nakładów. Jednym z podstawowych czynników doskonalenia organizacji pracy jest techniczne normowanie pracy, czyli ustalenie jej optymalnego nakładu dla wykonania danego zadania roboczego w określonych warunkach organizacyjno-technicznych [7]. Prawidłowe i systematyczne badania pracy są we współczesnym przemyśle integralną częścią kierowania w zakresie postępu technicznego, technologicznego, organizacyjnego i ekonomicznego oraz wchodzą w skład systemu działalności, który zmierza do nieustannego wzrostu wydajności pracy [8]. BADANIA CZASU MONTAŻU METODĄ MTM W zależności od celu i przedmiotu badań stosuje się różne metody oceny wykorzystania czasu. Do podstawowych technik normowania czasu pracy można zaliczyć analizę ruchów elementarnych MTM [3]. Analiza ruchów elementarnych, nazywana inaczej metodą MTM (Methods Time Measurement), jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych metod normowania czasu operacji, powstałą z połączenia podstaw metodycznych badania ruchów i czasu ich trwania. Służy ona jednocześnie do usprawnienia przebiegu pracy, wyznaczania czasów jej wykonania oraz kwalifikowania (określania stopnia trudności). MTM zakłada, że każde działanie człowieka można rozłożyć na proste ruchy elementarne wykonywane przez jego korpus i kończyny oraz że jest ono sumą czasów ruchów składających się na to działanie. W metodzie tej występują trzy główne grupy ruchów: 9 ruchów rąk, 2 ruchy oczu oraz 15 ruchów ciała i nóg. Metoda ta nie ogranicza się tylko do 26 ruchów głównych. W pierwszej grupie ruchy dzielą się na kategorie, a te w niektórych przypadkach, w zależności od charakteru i warunków wykonania, na klasy. Kategorie i klasy ruchów w tabelach metody MTM mają przypisane wartości czasowe. Podstawową jednostką czasu w metodzie MTM jest 1 TMU (Time Measurement Unit) = 0,0006 min. Celem analizy ruchów elementarnych jest: - projektowanie metod pracy wraz z organizacją stanowisk roboczych, - badanie usprawniające istniejących metod pracy, - normowanie pracy procesów realizowanych i projektowanych, - projektowanie i synchronizacja linii produkcyjnych, - budowa normatywów o żądanym poziomie scalenia [1]. STANOWISKO DO WIRTUALNEGO PROJEKTOWANIA MONTAŻU Podstawowym wyposażeniem Laboratorium Wirtualnego Projektowania jest system wielkoekranowej projekcji stereoskopowej pasywnej EON ICATCHER. Pozwala on na prezentację wirtualną procesów i obiektów z dwóch projektorów o wysokiej jasności obrazu, wyposażonych w filtry polaryzacji kołowej, po jednym na każde oko, co zapewnia różny kierunek polaryzacji dla każdego z projektorów. Obraz wyświetlany jest na wielkoformatowym ekranie (2,4 1,8 m) z matowego szkła akrylowego. Pozwala to na wizualizację wyrobów naturalnej wielkości. Obraz rzutowany jest z tyłu ekranu, co umożliwia osobie znajdującej się przed ekranem niezakłóconą obserwację. Efekt stereoskopowy uzyskiwany jest dzięki zastosowaniu okularów wyposażonych w filtry przepuszczające światło o określonej polaryzacji. Laboratorium posiada również system mobilny, którego zasada działania jest identyczna z systemem ICATCHER. Jego zaletą jest możliwość szybkiego transportu stacji w dowolne miejsce i prowadzenie projekcji wirtualnej. Interaktywna praca z tak obrazowanym wyrobem możliwa jest przez wykorzystanie urządzenia wskazującego (bezprzewodowa mysz 3D) oraz systemu śledzenia pozycji obserwatora, czyli tzw. trackingu. Użytkownik ma możliwość interaktywnej pracy z wykorzystaniem rękawicy cyfrowej (5DT DataGlove). Zastosowano tu system trackingu elektromagnetycznego Polhemus Fastrack, pozwalający na rozpoznawanie pozycji i czynności wykonywanych przez użytkownika na podstawie sygnału z 3 czujników możliwych do umieszczenia na ciele użytkownika. System komputerowy, z odpowiednio wydajnym modułem graficznym, wykonuje w czasie rzeczywistym zadania modyfikacji grafiki. 29

2/2010 TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU Podstawowe oprogramowania stosowane w laboratorium to: - EON Studio standardowe oprogramowanie firmy EON Reality Inc.; służy do opracowania środowiska wirtualnego na bazie zaimportowanej geometrii; pozwala także na projekcję stereoskopową stworzonej sceny wirtualnej, - EON Professional dodatkowy moduł poszerzający EON Studio o zaawansowane funkcje związane z renderowaniem obrazu (tj. komputerową analizą modelu danej sceny i utworzenie na jej podstawie dwuwymiarowego obrazu wyjściowego w formie statycznej lub w formie animacji) i wprowadzaniem do wirtualnej sceny cech fizykalnych, - EON CAD bazujące na oprogramowaniu do konwersji geometrii wyrobu DeepExploration firmy Right Hemisphere; pozwala na przeniesienie geometrii pomiędzy formatami CAD lub innego rodzaju 3D do środowiska EON Studio, - EON ICatcher rozbudowuje możliwości EON Studio o obsługę systemów projekcyjnych, - EON Raptor dodatek do 3DS Max pozwalający na bezpośrednie przygotowywanie modeli w środwisku 3DS Max i jego eksportowanie do formatu EON, - EON SDK Software Development Kit działający w Visual Studio; pozwala na samodzielne programowanie w językach obiektowych, - systemy modelowania CAD 3D: CATIA V5, ProEngineer, SolidWorks, Autodesk Inventor. Badania czasu operacji montażowych sprężarki klimatyzacji do autobusów Solaris Urbino wykonano metodą MTM w przedsiębiorstwie Solaris Bus & Coach S.A. i zweryfikowano je z zastosowaniem środowiska Virtual Reality w Laboratorium Wirtualnego Projektowania w Instytucie Technologii Mechanicznej (Zakład Zarządzania Produkcją) Politechniki Poznańskiej. Badania pracochłonności montażu sprężarki klimatyzacji w Laboratorium Wirtualnego Projektowania wiązały się z następującymi pracami: - zgromadzeniem danych dotyczących czynności wykonywanych przez pracownika podczas montażu sprężarki klimatyzacji; pomiar czasu pracy przy montażu w laboratorium obejmował dwie osoby (jedna osoba wykonywała czynności montażowe, a druga badała czasy ich trwania), - zapoznaniem się z organizacją i obsługą stanowiska w laboratorium, - podziałem na elementy składowe badanej czynności; przy montażu sprężarki klimatyzacji wykonywano następujące czynności: przygotowanie podstawy sprężarki, przygotowanie podstawy alternatora (opcja), montaż dodatkowego alternatora na sprężarce (opcja), montaż sprężarki, montaż paska numer 1, montaż paska numer 2, regulacja paska numer 1, regulacja paska numer 2 oraz regulacja łącznie obu współdziałających pasków, - zamodelowaniem sprężarki klimatyzacji w systemie CAD za pomocą oprogramowania CATIA (na rys. 1 przedstawiono widok stanowiska do montażu sprężarki klimatyzacji w firmie Solaris Bus & Coach S.A. wykonany za pomocą oprogramowania CATIA), - importem geometrii wyrobu z systemu CAD do środowiska EON Studio, - nadaniem cech wizualnych poszczególnym obiektom biorącym udział w symulacji, - stworzeniem interakcji sekwencji ruchów montażu i demontażu uruchamianej za pomocą prostego interfejsu graficznego, - eksportem symulacji do pliku wideo z użyciem zewnętrznego narzędzia CAMTASIA (na rys. 2 przedstawiono etapy montażu sprężarki klimatyzacji w środowisku EON Studio), - przeprowadzeniem badań czasów operacji montażowych sprężarki klimatyzacji (tab. 1), - opracowaniem wyników obserwacji i ich analizą. Badania pracochłonności montażu sprężarki klimatyzacji w przedsiębiorstwie Solaris Bus & Coach S.A. opisano szczegółowo w publikacjach [5 i 6] i ich wyniki przedstawiono w tab. 2. a) b) Rys. 1. Stanowisko do montażu sprężarki klimatyzacji: a) w firmie Solaris Bus & Coach S.A., b) wykonanie za pomocą oprogramowania CATIA (opracowanie własne) 30

TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU 2/2010 1. Przygotowanie podstawy sprężarki 2. Przygotowanie podstawy alternatora (opcja) 3. Montaż dodatkowego alternatora na sprężarce (opcja) 4. Montaż sprężarki 5. Montaż paska numer 1 6. Montaż paska numer 2 7. Regulacja paska numer 1 8. Regulacja paska numer 2 9. Regulacja obu pasków współdziałających Rys. 2. Etapy montażu sprężarki klimatyzacji (wykonanie w środowisku EON Studio; opracowanie własne) 31

2/2010 TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU Tabela 1. Wyniki badań czasów operacji montażowych wirtualnych sprężarki klimatyzacji w Laboratorium Wirtualnego Projektowania (opracowanie własne) MTM w VR L.p. Operacje Czynności Ruchy elementarne Kod Wartość 1 2 3 4 5 6 1 Przygotowanie podstawy sprężarki Skręcenie podstawy Pobranie z odległości 20 cm śruby, M6X20 (znajduje się w pojemniku i przeniesienie na odległość 20 cm do drugiej ręki) R20C 11,4 M20A 9,6 Odłożenie śruby RL1 2 Pobranie z odległości 20 cm nakrętek, M6X20 na odległość 20 cm do drugiej ręki) R20C 11,4 M20A 9,6 Odłożenie nakrętki RL1 2 Pobranie z odległości 20 cm podkładek, M6X20 na odległość 20 cm do drugiej ręki) R20C 11,4 M20A 9,6 Odłożenie podkładki RL1 2 Nałożenie podkładki na śrubę P1SSE 18,2 Włożenie śruby do gniazda P1SSE 18,2 Nałożenie podkładki i nakręcenie nakrętki P1SSE 18,2 Pobranie lewą ręką z odległości 20 cm oddzielnie leżącego klucza i przeniesienie go na odległość 20 cm do podstawy R20B 10 G1C2 8,7 M20C 11,7 M4C 4,5 Wkręcenie 8 ruchami obrotowymi dwóch śrub P2NSD 3990 Odłożenie klucza na odległość 20 cm R20E 9,2 Suma TMU 93 604,30 Suma min 56,16 Suma godz. 0,94 Tabela 2. Wyniki badań czasów operacji montażowych rzeczywistych sprężarki klimatyzacji w przedsiębiorstwie Solaris Bus & Coach S.A. (opracowanie własne) MTM w firmie Solaris Bus & Coach S.A. L.p. Operacje Czynności Ruchy elementarne Kod Wartość 1 2 3 4 5 6 R50C 19,6 Pobranie z odległości 50 cm śruby, M6X20 (znajduje się w pojemniku i przeniesienie Przygotowanie Skręcenie Odłożenie śruby RL1 2 1 podstawy podstawy R50C 19,6 sprężarki Pobranie z odległości 50 cm nakrętek, M6X20 Odłożenie nakrętki RL1 2 32

TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU 2/2010 Tabela 2. Wyniki badań czasów operacji montażowych rzeczywistych sprężarki klimatyzacji w przedsiębiorstwie Solaris Bus & Coach S.A. (opracowanie własne). Cd. MTM w firmie Solaris Bus & Coach S.A. L.p. Operacje Czynności Ruchy elementarne Kod Wartość 1 2 3 4 5 6 R50C 19,6 Pobranie z odległości 50 cm podkładek, M6X20 Odłożenie podkładki RL1 2 Obrócenie się pracownika T90M 8,5 R50B 18,4 Pobranie z odległości 50 cm podstawy (znajduje G1A 2 się na wózku z częściami i jej przeniesienie Obrócenie się pracownika T90M 8,5 Odłożenie podstawy RL1 2 Nałożenie podkładki na śrubę P2SSE 39,4 Włożenie śruby do gniazda P2SSE 39,4 Nałożenie podkładki i nakręcenie nakrętki P2SSE 39,4 R50B 18,4 Pobranie lewą ręką z odległości 50 cm oddzielnie G1C2 8,7 leżącego klucza i przeniesienie go na odległość M50C 21,8 50 cm do podstawy M4C 4,5 Wkręcenie 8 ruchami obrotowymi dwóch śrub P3NSD 8010 Odłożenie klucza na odległość 50 cm R50E 16,5 Suma TMU 117 551,10 Suma min 70,53 Suma godz. 1,18 PODSUMOWANIE Z tabel 1 i 2 wynika, że czas montażu sprężarki klimatyzacji metodą MTM w przedsiębiorstwie (czyli rzeczywistego procesu montażu) wyniósł 70,53 minut, a w Laboratorium Wirtualnego Projektowania (czyli wirtualnego procesu montażu) 56,16 minut. Zgodnie z metodą MTM operacje montażowe podzielono na czynności i ruchy elementarne. Za pomocą kodów ustalono czasy operacji montażowych w przedsiębiorstwie Solaris Bus & Coach S.A. i w wirtualnej rzeczywistości. Normatywne czasy trwania określano za pomocą tablic (kart wartości czasów normatywnych). Badania wykazały, że zastosowanie opisanej techniki Virtual Reality pozwala na szybkie przetestowanie i przygotowanie do wdrożenia różnorodnych, często nawet skomplikowanych czynności oraz wariantów rozmieszczenia elementów potrzebnych do montażu wyrobu. W rzeczywistych warunkach (tzn. w firmie Solaris Bus & Coach S.A.) pracownik wszystkich elementów potrzebnych do montażu musi szukać na specjalnym dodatkowym wózku jezdnym, który dostarczany jest przez pracownika z magazynu. Jest to spowodowane tym, że stanowisko do montażu sprężarki klimatyzacji było stosowane jeszcze do wytwarzania innych elementów silnika. Taki stan procesu technologicznego, według ustaleń autorów, wynika z przyjętej małej liczby montowanych sprężarek klimatyzacji. W środowisku Virtual Reality autorzy zaprojektowali wszystkie elementy potrzebne do montażu w zasięgu ręki pracownika, co pozwoliło skrócić czas wykonania wyrobu. Na sumaryczny czas montażu sprężarki klimatyzacji w głównej mierze wpływają zatem różne warianty rozmieszczenia jej elementów składowych. Zaprezentowany w artykule proces tworzenia wirtualnego stanowiska do montażu sprężarki klimatyzacji oraz analiza wybranych metod badania czasu pracy w środowisku Virtual Reality potwierdziły dużą przydatność programów CAD jako narzędzi konstruktorów i technologów. Rozwój programów CAD pozwoli wkrótce dokonywać bardzo wnikliwej oceny tworzonych konstrukcji i wprowadzać w niej zmiany bez konieczności wykony- 33

2/2010 TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU wania prototypu i jego testowania. Już teraz skraca to w sposób zasadniczy czas przygotowania produkcji wyrobu i wprowadza niespotykaną dotąd swobodę twórczego, a co najważniejsze, efektywnego działania projektanta technologa. LITERATURA 1. Jasiński Z.: Zarządzanie pracą organizowanie, planowanie, motywowanie, kontrola. Agencja Wydawnicza Placet, Warszawa 1999, s. 92, 99, 101. 2. Mreła H.: Technika organizowania pracy. Wyd. Wiedza Powszechna, Warszawa 1975, s. 289 290. 3. Sobolewski K., Broda A.: Metody mierzenia pracy. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 1997, s. 46. 4. Wołk R.: Podstawy normowania pracy w przemyśle maszynowym. WNT, Warszawa, s. 202, 475. 5. Żurek J., Ciszak O., Cieślak R., Suszyński M.: Dobór metod badania czasu pracy w procesie montażu. Technologia i Automatyzacja Montażu nr 2, 3/2007, s. 30 35. 6. Żurek J., Ciszak O., Cieślak R., Suszyński M.: Modelowanie i symulacja procesu kompletacji silników autobusowych. Technologia i Automatyzacja Montażu nr 2, 3/2007, s. 40 45. 7. Kurek S., Lach J., Pronobis L., Grzeszczuk A.: Metodyka Technicznego normowania pracy. SPPW UDZIAŁOWA, Częstochowa 1984, s. 10. 8. Błaszczykiewicz M., Tybor I., Woźniakowski M.: Zasady technicznego normowania pracy w przemyśle lekkim. Wydawnictwo Przemysłu Lekkiego i Spożywczego, Warszawa 1968, s. 187. Prof. dr hab. inż. Jan Żurek jest dziekanem Wydziału Budowy Maszyn i Zarządzania Politechniki Poznańskiej, dr inż. Olaf Ciszak jest wicedyrektorem Instytutu Technologii Mechanicznej Politechniki Poznańskiej, a mgr inż. Robert Cieślak jest asystentem w Instytucie Technologii Mechanicznej Politechniki Poznańskiej. ciąg dalszy ze str. 28 The long perspective for robotic vision. Roboty wizyjne w długookresowej perspektywie. Celem niniejszej pracy jest przegląd, w jakim stopniu zastosowanie techniki wizyjnej dostarcza wysoko zintegrowanych, zrobotyzowanych systemów dla linii produkcyjnych i spojrzenie w przyszłość tej techniki, w której roboty będą równymi partnerami ludzi na linii produkcyjnej. Stwierdzono korzyści ze stosowania 1D, 2D i 3D przemysłowych urządzeń wizyjnych. Zauważono też, że przy wykorzystaniu nowej generacji integracji 3D urządzeń wizyjnych z robotami można osiągnąć rozwiązania, które wcześniej były niedostępne dla twórców technologii, w szczególności rozwiązania uchwytów o złożonych kształtach i profilach, sortujące na różnych poziomach, dokonujące pomiarów wielkości i masy, rozpakowujące produkty i ułożone w sposób przypadkowy, np. pojedynczo lub w grupie, lub zakrywające siebie. W artykule wspomniano, że integracja systemów 3D wizji może być bardziej złożona i czasochłonna, dlatego ważne jest ich budowanie na przykład przy użyciu obiektów standardowych. Przemysłowe tory wizyjne zawsze były stosowane w automatyzacji i robotyzacji, a teraz systemy 3D zapewniają dodatkowe możliwości zdobycia przewagi konkurencyjnej i osiągnięcie dobrego zwrotu z inwestycji. The collaborative supply chain. Współpraca w ramach łańcucha dostaw. Celem niniejszej pracy jest przegląd podstawowych koncepcji współpracy w łańcuchu dostaw (CSC) i omówienie okoliczności powodujących, że drogą do sukcesu w procesie projektowania, wdrażania i funkcjonowania łańcucha dostaw jest określenie strategii i jej jasne cele. Jedną z tych strategii jest strategia znana jako CSC. W artykule omówiono podstawowe elementy CSC oraz fakt, że projekt CSC może być zbudowany na zasadach takich, jak: automatyka, informacja, zaufanie i zaangażowanie, kierowanie jakością, skoncentrowanie na kliencie, współpraca i e-partnerstwo na rzecz zintegrowanego systemu informacji. W artykule zawarto tezę, że do zarządzania łańcuchem dostaw z sukcesem zarządzanie musi być realizowane na wysokim poziomie jakościowym, włączając w to również zaufanie w długoterminowych relacjach współpracy, co może przynieść doskonałe rezultaty niezależnie od branży i rodzaju sektora. Uwzględniając fakt, że lepsze zarządzanie systemami produkcji jest związane z wdrażaniem nowych technologii, brany jest pod uwagę CSC i omawiane są związane z nim aspekty. A hybrid algorithm for optimizing welding points of compliant assemblies. Hybrydowy algorytm optymalizacji punktów zgrzewania zespołów podatnych. Celem niniejszej pracy jest zaproponowanie hybrydowego heurystycznego algorytmu projektowania i optymalizacji systemu punktów zgrzewania. Zmiany montażowe odgrywają ważną rolę w procesie wytwarzania produktu. Różne schematy punktów łączenia mogą mieć wpływ na podatność i powodować różnice właściwości łączonych zespołów i ich części. W dokumencie zaproponowano hybrydowy algorytm optymalizacji systemów z punktami zgrzewania z różnych elementów. ciąg dalszy str. 54 34