P O L I T E C H N I K A W A R S Z A W S K A WYDZIAŁ BUDOWNICTWA, MECHANIKI I PETROCHEMII INSTYTUT INŻYNIERII MECHANICZNEJ ORGANIZACJA I ZARZĄDZANIE Analiza okresu technologicznego produkcji wyrobu prostego Instrukcja do ćwiczeń projektowych Opracował: dr inż. Cezary Wiśniewski Materiały dydaktyczne opracowane (układ treści, rysunki) na podstawie: Bałuk J., Lenard W.: Organizacja procesów produkcyjnych materiały pomocnicze do ćwiczeń, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1991 Płock, 2015
CEL PROJEKTU Celem ćwiczenia jest analiza i porównanie długości okresów technologicznych produkcji wyrobu prostego (części maszyny) oraz wyciągnięcie wniosków dotyczących zastosowania najkorzystniejszego pod względem czasowym układu organizacyjnego przebiegu operacji technologicznych. ZAKRES PROJEKTU Dla partii obróbczej wałów oznaczonych A 09513192 lub B 84971640 (rodzaj detalu zostanie indywidualnie przydzielony przez prowadzącego zajęcia), przeznaczonych do montażu pras do zbioru słomy: 1. określić analitycznie długości okresów technologicznych (w godzinach) dla 3 układów organizacyjnych przebiegu operacji technologicznych: szeregowego, szeregowo-równoległego i równoległego, 2. porównać okresy technologiczne i określić różnice czasu ich trwania w godzinach i procentach oraz przedstawić graficznie wyniki porównania, 3. wykonać prezentację graficzną (harmonogramy) przebiegu operacji technologicznych dla wszystkich ww. układów, z zaznaczeniem momentów rozpoczęcia i zakończenia poszczególnych operacji technologicznych i przejść poszczególnych partii wyrobów pomiędzy operacjami (skalę osi czasu na harmonogramach należy dobrać w taki sposób, by harmonogramy były czytelne), 4. wyciągnąć wnioski dotyczące zastosowania najkorzystniejszego pod względem czasowym układu organizacyjnego. Uwaga! Dane do projektu znajdują się w Załącznikach 1 i 2 na końcu instrukcji. Są to dane opracowane na podstawie rzeczywistych procesów technologicznych, częściowo zmodyfikowane dla celów dydaktycznych. 2
1. Wstęp Cykl produkcyjny jest to czas trwania procesu produkcyjnego wyrobu zawarty między terminem rozpoczęcia i zakończenia wytwarzania wyrobu. Terminy te często utożsamia się z momentem pobrania materiału z magazynu i momentem oddania wyrobu gotowego do magazynu. Jako wyrób gotowy w pewnej fazie produkcji można rozpatrywać część (detal), podzespół lub zespół. Długość cyklu produkcyjnego wyrażany jest najczęściej w dniach roboczych lub kalendarzowych (dobach). Długość cyklu produkcyjnego zależy od szeregu czynników: 1. jednostkowego czasu wykonania operacji technologicznych t j wynikającego z ustalonych normatywów t n czasu wykonania i współczynnika wykonania normatywów ϕ, 2. czasu przygotowawczo-zakończeniowego t pz w którym następuje przygotowanie stanowiska roboczego i robotnika, np. czynności nastawcze i regulacyjne obrabiarki, pobranie narzędzi i dokumentacji, założenie i zdjęcie narzędzi, oczyszczenie maszyny, 3. czasu wykonywania dodatkowych czynności warunkujących wykonanie procesu technologicznego poza czasami t j i t pz jak: magazynowanie, transport, kontrola, konserwacja itp., 4. liczby q - wyrobów wykonywanych jednocześnie w jednej operacji na jednym stanowisku roboczym, 5. liczby s - stanowisk roboczych wykonujących jednocześnie daną operację technologiczną; 6. sposobu przekazywania wyrobów z operacji na operację, tj. całymi partiami obróbczymi, partiami transportowymi, pakietami, 7. liczności n - partii obróbczych i liczby p - partii transportowych, 8. czasu przerw w produkcji wynikających z: regulaminu pracy w przedsiębiorstwie, wydziale, gnieździe; są to np. przerwy śniadaniowe, międzyzmianowe, dni ustawowo wolne od pracy itp., koniecznych przerw międzyoperacyjnych spowodowanych brakiem synchronizacji operacji technologicznych, np. oczekiwanie na zwolnienie stanowiska roboczego, na rozpoczęcie czynności montażowych itp., przyczyn organizacyjnych lub technicznych, np. braku dokumentacji, narzędzi, energii, elementów do montażu, obsady stanowisk roboczych, awarii maszyn i urządzeń itp. W cyklu produkcyjnym czynniki przedstawione w punktach 1 do 7 stanowią tzw. okres roboczy O r składający się z okresu technologicznego O t, okresu magazynowania O m, okresu transportu 0 tr, okresu kontroli O k i okresu konserwacji O kon. O r = O t + O m + O tr + O k + O kon Czynniki przedstawione w punkcie 8 stanowią tzw. okres przerw O p na ogół wielokrotnie przekraczający wartość O r. Całość cyklu produkcyjnego można więc przedstawić jako: C p = O r + O p Ze względu na organizację produkcji konieczne jest dokładne ustalenie w okresie roboczym O r okresu technologicznego O t. Pozostałe okresy są na ogół ustalane (z wyjątkiem O tr i O k) na podstawie wskaźników empirycznych lub badań statystycznych. 2. Obliczanie okresu technologicznego produkcji wyrobu prostego Jak wspomniano we wstępie okres technologiczny zależy od jednostkowych czasów wykonania operacji technologicznych wyrobu t j, czasów przygotowawczo-zakończeniowych t pz, czasów wykonania dodatkowych czynności (procesów pomocniczych), liczby q - wyrobów wykonywanych jednocześnie na stanowisku roboczym, liczby s - stanowisk roboczych wykonujących jednocześnie daną operację technologiczną na wyrobie, sposobu przekazywania wyrobów z operacji na operację, liczności n - partii obróbczych i p - transportowych. Duża liczba czynników wpływających na długość okresu technologicznego O t powoduje, że należy poszukiwać takich sposobów prowadzenia procesu obróbki (montażu) wyrobu, by był on możliwie optymalny z punktu widzenia wielu kryteriów. Poniżej będą przedstawione klasyczne układy przebiegu wyrobów w procesie produkcyjnym i zostanie podany zakres ich zastosowania. 3
2.1. Okres technologiczny wykonania 1 operacji na 1 sztuce wyrobu prostego Okres ten składa się z czasu przygotowawczego t p, czasu jednostkowego t j, oraz czasu zakończeniowego t z. Dla uproszczenia zapisu czasy t p i t z łączymy jako jeden czas uwzględniany na początku operacji, oznaczony t pz. Wzór na okres technologiczny ma postać (rys. 1): O t1 = t pz + t j [min, h] Rys. 1. Graficzne przedstawienie okresu technologicznego jednej operacji na wyrobie prostym dla 1 sztuki wyrobu 2.2. Okres technologiczny wykonania 1 operacji na partii wyrobów o liczności n (n 2) W tym przypadku czas t pz występuje tylko raz na całą partię obróbczą n, zaś wzór na okres technologiczny ma postać (rys. 2): O tn = t pz + n t j [min, h] Rys. 2. Graficzne przedstawienie okresu technologicznego jednej operacji na wyrobie prostym dla partii obróbczej o liczności n W przypadku wykonywania na jednym stanowisku jednocześnie q wyrobów wzór przybierze postać (rys. 3): O tn = t pz + n t j/q [min, h] Rys. 3. Graficzne przedstawienie okresu technologicznego jednej operacji na wyrobie prostym dla partii obróbczej o liczności n przy jednoczesnym wykonywaniu q sztuk wyrobów na jednym stanowisku 2.3. Okres technologiczny wykonania 1 operacji na partii wyrobów o liczności n przy zastosowaniu więcej niż jednego stanowiska roboczego s (s 2) W tym przypadku wzór na okres technologiczny przybierze postać (rys. 4): O tn = t pz + n t j/s [min, h] 4
Rys. 4. Graficzne przedstawienie okresu technologicznego jednej operacji na wyrobie prostym dla partii obróbczej o liczności n przy jednoczesnym wykonywaniu wyrobów na 2 równoległych stanowiskach W przypadkach, gdy operacja jest wykonywana na kilku równolegle pracujących stanowiskach roboczych i na każdym z tych stanowisk wykonuje się q wyrobów jednocześnie, to O tn oblicza się ze wzoru: O tn = t pz + n t j/(s q) [min, h] W wyżej wymienionych przypadkach wyroby są wykonywane kolejno po sobie tzn. w tzw. układzie szeregowym. Powoduje to, że wyroby oczekują na stanowisku roboczym przed obróbką i po obróbce przez okres T = (n-1) t j. W przypadkach wykonywania obróbki jednocześnie na wielu stanowiskach roboczych (s 2) i przy wykonywaniu na stanowisku operacji na wielu wyrobach jednocześnie (q 2), czas oczekiwania jest krótszy, ale zawsze występuje. Czas oczekiwania można skrócić wprowadzając dostarczanie i odbiór wyrobów ze stanowiska partiami mniejszymi niż n, a więc partiami transportowymi o liczności p. Należy rozpatrzyć takie przypadki, w których ma to istotne znaczenie, tzn. gdy wyrób jest wykonywany w ciągu operacji k i czas trwania procesu obróbki O t wpływa na organizację cyklu produkcyjnego. 3. Możliwe do uzyskania okresy technologiczne wykonania k operacji o zróżnicowanych czasach tj i partii obróbczej o liczności n Założenia do przykładów rysunkowych: każda operacja wykonywana jest na jednym stanowisku roboczym, a więc s = 1; na jednym stanowisku obrabia się tylko 1 detal, a więc q = 1; nie będzie uwzględniany czas t pz (występuje w każdej operacji, lecz na O t ma wpływ tylko t pz operacji pierwszej); nie będą uwzględniane czasy magazynowania, transportu, kontroli, konserwacji między operacyjnej; proces wykonania wyrobu obejmie tylko 3 kolejne operacje, k = 3. Powyższe założenia nie wpłyną na prawidłowość przedstawienia problemu, a podane wzory można łatwo zmodyfikować w przypadku np. wykonywania operacji na kilku stanowiskach jednocześnie. 3.1. Okres technologiczny przy zachowaniu nieprzerwanego wykonawstwa całej partii obróbczej n w każdej operacji k i transportu całej partii obróbczej między operacjami. Przy wykonywaniu 2 kolejnych operacji mogą wystąpić 3 układy konfiguracji czasów obróbki wyrobu: t j1 = t j2, t j1 > t j2, t j1 < t j2, gdzie t j1 czas jednostkowy wykonywania operacji (np. pierwszej), t j2 - czas jednostkowy wykonywania operacji kolejnej (np. następującej bezpośrednio po pierwszej). Najprostszym układem wykonywania operacji na partii wyrobów jest układ szeregowy, w którym kolejne operacje technologiczne ustawione są w szeregu, a kolejna operacja może być rozpoczęta po wykonaniu poprzedniej operacji na całej partii obróbczej (rys. 5). W tym układzie okres technologiczny jest sumą czasów wykonania poszczególnych operacji i może być obliczony ze wzoru: = [min, h] Układ szeregowy charakteryzuje się tym, że wyroby przebywają długi czas w przestoju na stanowiskach roboczych (po wykonaniu operacji na pierwszej sztuce wyrobu z partii obróbczej musi ona czekać aż wykonana zostanie operacja na ostatniej sztuce z partii i dopiero wtedy cała partia obróbcza 5
może być przekazana na następną operację). Powoduje to gromadzenie tzw. produkcji w toku i wymaga tworzenia dużych stanowisk odkładczych lub magazynów międzyoperacyjnych, co z kolei podwyższa koszty produkcji, zwiększa zamrożenie kapitału obrotowego i wydłuża cykle produkcyjne. Rys. 5. Układ szeregowy przebiegu obróbki partii detali (3 operacje technologiczne, partia obróbcza o liczności n) 3.2. Okres technologiczny przy zachowaniu nieprzerwanego wykonawstwa całej partii obróbczej n w każdej operacji k i transportu wyrobów między operacjami partiami transportowymi o liczności p. W odróżnieniu od układu szeregowego partia obróbcza o liczności n jest przemieszczana na następną operację jednakowymi, mniejszymi partiami o liczności p (liczność p można np. określić pojemnością palety lub pojemnika transportowego). Umożliwia to rozpoczęcie kolejnej operacji technologicznej na wyrobach z partii transportowej przed ukończeniem operacji wcześniejszej na całej partii obróbczej. Taki układ (rys. 6) nazywany jest układem szeregowo-równoległym. Cechą charakterystyczną tego układu jest to, że dana operacja technologiczna przebiega nieprzerwanie dla całej partii obróbczej (nie ma przerw pomiędzy okresami obróbki dla kolejnych partii transportowych). Rys. 6. Układ szeregowo-równoległy przebiegu obróbki partii detali (3 operacje technologiczne, partia obróbcza o liczności n) Okres technologiczny dla układu szeregowo-równoległego można wyznaczyć z zależności: O tszer-rów = O tszer (A + B) lub 6
ó = ( ) [min, h] gdzie: t jmn czas jednostkowy operacji będący krótszym w poszczególnych parach operacji. Należy tu zauważyć, że jeżeli w parze kolejnych operacji (patrz rys. 6) t j1>t j2, to operacji 2 nie można rozpocząć natychmiast po wykonaniu partii transportowej p w operacji 1, ponieważ nastąpiłyby przerwy w wykonaniu operacji 2, a założeniem jest ciągłość wykonywania każdej operacji. Przy t j2<t j3 można natychmiast rozpocząć wykonywanie operacji 3, z tym, że wyroby z drugiej i następnych partii transportowych operacji 2 będą oczekiwały na obróbkę. Uogólnieniem tego będzie warunek: t jk> t jk+1 - nastąpi oczekiwanie partii transportowych z operacji k na obróbkę w operacji k+1 z wyjątkiem ostatniej; t jk< t jk+1 - można rozpocząć natychmiast wykonawstwo w operacji k+1 partii transportowej 1 z operacji k, następne partie muszą oczekiwać na możliwość obróbki; t jk= t jk+1 nie ma oczekiwania partii transportowych na obróbkę. 3.3. Okres technologiczny przy zniesieniu ograniczenia nieprzerwanego wykonawstwa całej partii obróbczej n w każdej operacji k i przy możliwości transportu wyrobów między operacjami partiami transportowymi o liczności p. W tym układzie tylko operacje mające najdłuższy czas wykonania, tzn. t jmax, mogą być obrabiane nieprzerwanie, niezależnie od miejsca tych operacji w procesie obróbki (dowolne k). W pozostałych operacjach następują przerwy w obróbce po wykonaniu każdej partii transportowej p (rys. 7). Taki układ nazywany jest układem równoległym. Rys. 7. Układ równoległy przebiegu obróbki partii detali (3 operacje technologiczne, partia obróbcza o liczności n) Okres technologiczny dla układu równoległego obliczany jest ze wzoru: O trów = A + B + C lub ó = +( ) [min, h], gdzie: t jmax czas t ji mający największą wartość ze zbioru czasów jednostkowych k operacji. 4. Podsumowanie Najważniejsze wnioski wynikające z analizy układów to: Najdłuższy okres technologiczny ma układ szeregowy, krótszy od niego - szeregowo-równoległy, a najkrótszy - równoległy. Występuje jednak szereg przypadków jednakowej wielkości O tszer-rów i O trów 7
(przy jednakowych czasach trwania operacji t j i tej samej kolejności operacji oraz liczności n i p). Zależy to od konfiguracji układu par operacji. Stosowanie mniejszych liczności partii transportowych powoduje skrócenie okresu technologicznego 0 tszer-rów i O trów. Najmniejsza partia może mieć liczność 1. Obróbka pakietami i stosowanie większej liczby stanowisk do wykonania określonej operacji jest celowe, gdy dotyczy operacji będących wielokrotnie dłuższymi niż inne w danym procesie. Jednak jest to często ograniczone czynnikami organizacyjnymi, programem produkcji, posiadaną liczbą stanowisk roboczych, ludzi, powierzchni itd. Czasy t pz mają mały wpływ na okres technologiczny w każdym z 3 układów. Wpływ ma tylko t pz pierwszej operacji, ponieważ pozostałe występują równolegle z wykonaniem pozostałych operacji. Czas operacji magazynowania, transportu między operacyjnego, kontroli jakości, konserwacji mogą mieć wpływ na okres technologiczny wchodząc między poszczególne operacje technologiczne. Literatura: 1. Bałuk J., Lenard W.: Organizacja procesów produkcyjnych materiały pomocnicze do ćwiczeń, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1991 2. Lenard W., Bałuk J., Gąsiorkiewicz L: Organizacja i zarządzanie ćwiczenia Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1979 8
Załącznik 1. Dane do zadania: wał A 09513192 Tabela 1. Nr i nazwa operacji tj [s/szt.] Maszyna (stanowisko) Warianty A B C D E F G H Liczba stanowisk roboczych s [szt.] Liczba jednocześnie wykonywanych wyrobów na stanowisku q [szt.] 001 Cięcie 17,89 PT 30A 1 2 1 2 1 1 1 1 002 Prostowanie 11,3 PYE 25N 1 2 1 1 1 1 2 1 003 Nakiełkowanie 19,5 FxLZD-160 1 1 2 1 1 1 1 1 004 Toczenie 13,5 TUR-50S 2 1 2 1 1 1 1 1 005 Szlifowanie 16 S.Kłowa 2 1 2 2 1 1 1 1 006 Toczenie 78 TZD-63N-54 1 2 1 2 1 2 1 1 007 Toczenie 80,8 TZD-63N-54 1 2 1 1 1 2 1 1 008 Prostowanie 11,3 PYE 25N 1 2 1 2 1 2 1 1 009 Szlifowanie 19,83 S.Kłowa 1 1 1 1 1 1 1 1 010 Szlifowanie 19,5 S.Kłowa 1 1 1 1 1 1 1 1 011 Szlifowanie 12 S.Kłowa 1 1 1 1 1 1 1 1 012 Szlifowanie 12 S.Kłowa 1 1 1 1 1 1 1 1 013 Frezowanie kanałka 25,2 FNW-32x500 2 1 1 2 2 2 1 3 014 Frezowanie kanałka 20,82 OP/2588/2 2 2 2 2 2 2 1 3 015 Frezowanie 22,15 FSS 400/2PS 2 1 3 2 2 2 3 3 016 Gratowanie 14,5 St. Ślusarskie 1 1 1 1 1 1 1 1 017 Prostowanie 11,2 PYE 25N 1 1 1 1 1 1 1 1 018 Kontrola końcowa 13,8 NJ 1 2 1 2 1 1 2 3 Tabela 2. Wariant Wielkość partii obróbczej Wielkość partii transportowej n (szt.) p (szt.) Uwagi I 500 100 Praca 3-zmianowa. J 600 100 K 400 80 L 600 150 M 1200 200 N 1000 250 O 900 150 P 550 110 Q 700 100 R 540 90 9
Załącznik 2. Dane do zadania: wał B 84971640 Tabela 1. Nr i nazwa operacji tj [s/szt.] Maszyna (stanowisko) Warianty A B C D E F G H Liczba stanowisk roboczych s [szt.] Liczba jednocześnie wykonywanych wyrobów na stanowisku q [szt.] 001 Cięcie 12,3 PT 30A 1 2 1 2 1 1 1 1 002 Prostowanie 10,6 PYE 25N 1 2 1 1 1 1 2 1 003 Toczenie 21,3 FxLZD-160 1 1 2 1 1 1 1 1 004 Toczenie 96,0 SBL1500 2 1 2 1 1 1 1 1 005 Prostowanie 10,6 PYE 25N 2 1 2 2 2 2 1 3 006 Frezowanie wielowypustów 75,0 FSS 400/2PS 1 1 1 1 1 1 1 1 007 Frezowanie wielowypustów 93,3 FSS 400/2PS 1 1 1 1 1 1 1 1 008 Frezowanie kanałka 32,7 FNW-32x500 1 2 1 2 1 2 1 1 009 Wiercenie 18,0 2H125 1 1 1 2 1 3 1 2 010 Wiercenie 13,0 2H125 1 1 2 1 1 1 1 1 011 Hartowanie 62,9 PEK3 1 1 1 1 10 10 10 20 012 Odpuszczanie 12,1 DLS 1 1 1 1 10 20 20 10 013 Prostowanie 12,5 PYE 25N 2 1 1 2 2 2 1 3 014 Szlifowanie 28,8 GP 40/2660 2 2 2 2 2 2 1 3 015 Szlifowanie 28,8 GP 40/2660 2 1 3 2 2 2 1 3 016 Kalibrowanie gwintu 17,0 St. Ślusarskie 1 1 1 1 1 1 1 1 017 Kontrola końcowa 15,3 NJ 1 1 1 1 1 1 1 1 Tabela 2. Wariant Wielkość partii obróbczej Wielkość partii transportowej n (szt.) p (szt.) Uwagi I 720 120 Praca 3-zmianowa. J 900 150 K 400 80 L 600 150 M 1200 200 N 1000 250 O 960 160 P 600 100 Q 720 90 R 640 160 10