Arkadiusz Gola, Marta Osak Katedra Organizacji Przedsiębiorstwa, Politechnika Lubelska E mail:a.gola@pollub.pl, martaosak@wp.pl Zastosowanie symulacji komputerowych w projektowaniu podsystemu magazynowania ESP z wykorzystaniem programu Enterprise Dynamics 1. Wprowadzenie Elastyczne systemy produkcyjne (ESP) w różnych konfiguracjach (elastyczne modułu produkcyjne, elastyczne gniazda produkcyjne, elastyczne linie produkcyjne) są jedną z najszybciej rozwijających się form organizacji produkcji [7]. Mimo, iż koncepcja elastycznego wytwarzania znana jest od lat 60-tych XX wieku brak jest nadal metodologii projektowania elastycznych systemów [11]. Zastosowanie ESP pozwala na zwiększenie efektywnego wykorzystania czasu pracy względem konwencjonalnych systemów produkcyjnych. Dzięki zastosowaniu elastycznych systemów produkcyjnych nastąpiło znaczące zwiększenie efektywności produkcji poprzez: zintegrowanie procesów wytwarzania, zmniejszenie kosztów uruchomienia nowego zlecenia, krótszy czas jego realizacji, zmniejszenie zaangażowanego kapitału i zwiększenie jego obrotu. W wyniku tego uległ skróceniu czas przygotowawczo-zakończeniowy. Rezultatem wprowadzenia ESP do przedsiębiorstwa jest wysoki postęp techniczno-organizacyjny z wykorzystaniem mikroelektroniki, informatyki i elektrotechniki [6]. System ten poprzez zastosowanie sterowania numerycznego zapewnia dużą wydajność, minimalną obsługę ręczną i krótki czas przezbrojeń. Co ciekawe może produkować dowolny wyrób, według zmiennego zapotrzebowania, uwzględniając możliwości przedsiębiorstwa. Niestety wiąże się to z trudnością doboru parametrów dla obrabianego wyrobu, stworzenie fizycznego środowiska procesu jest bardzo kosztowne i zajmuje dużo czasu, a w wielu przypadkach jest wręcz niemożliwe. 2. Struktura elastycznych systemów produkcyjnych Elastyczne systemy produkcyjne są obiektami technicznymi o dużym stopniu złożoności. Aby opracować model takiego systemu, wymagany jest odpowiedni rozkład systemu na części składowe, czyli elementy i podsystemy. Struktura ESP składa się z sieci powiązań (zachodzących i zauważalnych relacji) pomiędzy elementami w wyniku, czego realizowany jest proces produkcyjny. W strukturze elastycznego systemu produkcyjnego wyróżnia się takie podsystemy jak (Rys. 1): Podsystem wytwarzania obejmuje stanowiska robocze: obróbkowe, przygotowawcze, pomocnicze i kontroli.
24 Arkadiusz Gola, Marta Osak Podsystem transportu urządzenia i środki techniczne potrzebne do przemieszczania przedmiotów pracy, a także palet, narzędzi. Podsystem magazynowania urządzenia do przechowywania materiałów, półfabrykatów, zapasów produkcji w toku, narzędzi, palet. Podsystem manipulacji urządzenia umożliwiające przepływ przedmiotów pracy, narzędzi, palet pomiędzy podsystemami: magazynowania, transportu i wytwarzania. Podsystem pomocy warsztatowych zbiór narzędzi: skrawających, pomiarowych i kontrolnych, uchwyty, palety, znajdujące zastosowanie w procesie produkcyjnym. Podsystem zasilania i usuwania odpadów urządzenia i środki techniczne wspomagające zasilanie systemu w energię, materiały niezbędne do produkcji, usuwające odpady. Podsystem sterowania urządzenia i środki techniczne zapewniające sprawne współdziałanie wszystkich podsystemów funkcjonalnych a także sterowanie techniczne elementami podsystemów i systemu. Podsystem kontroli i diagnostyki urządzenia i środki techniczne do pomiarów i kontroli jakości wytwarzanych wyrobów, oraz niezawodność środków produkcyjnych [1]. Podsystem zasilania i usuwania odpadów Podsystem Sterowania Podsystem kontroli i diagnistyki Podsystem wytwarzania Podsystem manipulacji Podsystem pomocy warsztatowych Podsystem transportu Podsystem magazynowania Rys. 1. Struktura funkcjonalna ESP [9] Fig. 1. The functional structure of FMS [9] W elastycznych systemach produkcyjnych bardzo ważne jest aby przepływ poszczególnych elementów wytwarzanych produktów, pomocy warsztatowych, materiałów pomocniczych, a także odpadów trafił do miejsca docelowego. Właściwe funkcjonowanie magazynów wymaga ich skonstruowania tak, aby znajdowała się w nich niezbędna ilość miejsc potrzebna do magazynowania (przedmiotów obrabianych pomiędzy poszczególnymi operacjami).
Zastosowanie symulacji komputerowych w projektowaniu 25 3. Projektowanie podsystemu magazynowania w ESP Odpowiednie zaprojektowanie systemu magazynowania wpływa nie tylko na koszty budowy systemu, ale także, na jakość jego funkcjonowania. W projektowaniu bierze się pod uwagę wielkość, rodzaj oraz sposób rozmieszczenia, wymiary i pojemność magazynów. Badanie poszczególnych czynników pod różnymi kryteriami pomaga w budowie prawidłowej struktury, która będzie efektywna. Właściwy dobór urządzeń magazynujących jest bardzo ważnym elementem budowy struktury systemu produkcyjnego, to od niego bowiem zależy możliwość ciągłej pracy stanowiska i płynny przebieg produkcji. Dzięki odpowiednio ustalonej pojemności magazynu, możliwy jest bezobsługowy przebieg procesu na stanowisku w czasie dłuższym niż jedna zmiana, co jest jednym z głównych założeń ESP [1]. Zautomatyzowane magazyny ESP, razem z zastosowanymi podsystemami transportowymi realizują: przyjmowanie surowców, materiałów, półfabrykatów, pustych pojemników, urządzeń do magazynowania (pojemników, palet), narzędzi przesyłanych za pomocą transportu wewnątrzzakładowego i wydziałowego oraz ich czasowe magazynowanie. To właśnie tutaj następuje wydawanie jednostek transportowych według ustalonych harmonogramów lub przyjęcie ładunków poprzez otrzymaną komendę uzasadnioną przez układ transportowy ESP. Komendy stosowane są, jako bodziec do wysyłania środków transportu wewnątrzzakładowego i wydziałowego do ładunków z uwzględnieniem środków transportowych w danym czasie [3]. W elastycznym systemie produkcyjnym zastosowanie znaleźć mogą następujące rodzaje magazynów: centralny magazyny produkcyjny, zintegrowane magazyny przedmiotów, bufory (magazyny) miedzy stanowiskowy. Centralny magazyn produkcyjny (CMP) powiązany jest ze stanowiskami roboczymi w sposób pośredni, usytuowany tak, aby miał swobodny dostęp do stanowisk transportowych. Rozmieszczenie tych magazynów wpływa na długość dróg transportowych, czas pracy układarki regałowej i stopień jej obciążenia [2]. Centralne magazyny pełnią funkcje: wyrównywania różnic w wydajności i harmonogramów prac na poszczególnych stanowiskach oraz składowania zapasów międzyoperacyjnych, przechowywania zapasów kompensacyjnych spowodowanych zakłóceniami procesu z przyczyn niezależnych, gromadzenia rezerw detali potrzebnych do rozpoczęcia obróbki, magazynowania półfabrykatów, miejsce odkładania produktów dla stanowiska roboczego, kumulowania pomocy warsztatowych potrzebnych do funkcjonowania ESP, koncentrowania urządzeń magazynujących: palet, pojemników, przechowywania materiałów pomocniczych i części zamiennych [1].
26 Arkadiusz Gola, Marta Osak Zintegrowane magazyny przedmiotów charakteryzują się różnorodnością przechowywanych przedmiotów i obrabiarek, przy których się znajdują. Na przykład wyroby typu korpus, mocowane są na paletach, a przy obrabiarkach automatycznie występują magazyny paletowe [8]. Różnią się one konstrukcją budowy w zależności od liczby składowanych palet. Magazyny paletowe dzielone są na: pasywne obrabiane detale, półfabrykaty nie zmieniają swojego położenia, są pobierane z magazynu przez specjalistyczne manipulatory, zmieniacze i odpowiednio zaprogramowane roboty, aktywne położenie przedmiotów jest zmieniane, do momentu aż znajdą się w pozycji, w której nastąpi zmiana. Poprzez zastosowanie kodowania palet z obrabianymi wyrobami w procesie mogą być obrabiane różnego typu produkty przy uwzględnieniu, że komputer sterujący obrabiarką posiada w pamięci program ich obróbki. Istotą zintegrowanych magazynów jest zespolenie z obrabiarkami, a konstrukcje magazynów dostosowywane są do kształtów wytwarzanych wyrobów [10]. Bufor międzystanowiskowy ma znaczenie głównie w elastycznych liniach obróbkowych. W procesie wytwarzania występują trzy rodzaje połączeń miedzy stanowiskami: sztywne, luźne i elastyczne, przy czym w elastycznym systemie produkcyjnym występuje jedynie powiązanie elastyczne. W tym połączeniu wyróżniamy cztery rodzaje buforów: z bezpośrednim dostępem, przepływowy, obiegowy i zwrotny [12]. Przy projektowaniu elastycznego systemu produkcyjnego złożonego ze stanowisk roboczych połączonych podsystemem transportowym ważną rolę stanowi właściwy dobór ilościowy buforów o odpowiedniej pojemności z uwzględnieniem ich rozmieszczenia [13]. Do zadań buforów należy zabezpieczenie ciągłej pracy systemu, jak i zapobieganie przerwom w pracy. Przerwy systemu można podzielić na dwie grupy: awarie systemu o niejednakowym charakterze i przyczynach, zakłócenie przepływu obrabianych przedmiotów związanych ze strukturą połączeń stanowisk roboczych w systemie (nie przekazanie obrabianego przedmiotu na kolejne stanowisko, w wyniku czego powstanie postój jednej z obrabiarek) [8]. Poprawność działania systemu zależy od umiejętności zapobiegania zakłóceniom, ich usuwania i kompensacji. Zastosowanie buforów daje możliwość skutecznej kompensacji zakłóceń w pracy systemu i eliminuje strukturalne zakłócenia w przepływie przedmiotów. W momencie projektowania należy przeprowadzić optymalizację buforów, z wyznaczeniem wąskich gardeł oraz maksymalnych pojemności buforów z uwzględnieniem stopnia wykorzystania systemu. Skutkiem optymalizacji pracy systemu jest minimalizacja kosztów [8]. 4. Charakterystyka problemu decyzyjnego W celu poprawy elastyczności procesów produkcyjnych a tym samym pozycji konkurencyjnej przedsiębiorstwo chce wdrożyć elastyczny system produkcyjny z przeznacze-
Zastosowanie symulacji komputerowych w projektowaniu 27 niem do obróbki określonej rodziny części klasy korpus. Założono, że w systemie obrabiane będą części o charakterystykach konstrukcyjno-technologicznych, dla których wyrobami reprezentantami są trzy części: Korpus_1, Korpus_2, Korpus_3. W pierwszym etapie projektowania systemu w oparciu o metody analizy wielokryterialnej dokonano ilościowego doboru obrabiarek dedykowanych do obróbki wyrobów ze zdefiniowanej rodziny części [4]. Kolejnym problemem decyzyjnym w procesie projektowania ESP jest określenie struktury podsystemu magazynowania. Szczególnymi kwestiami do rozstrzygnięcia pozostają: Określenie, jakie magazyny znajdą zastosowanie - magazyn centralny, magazyny międzystanowiskowe czy zintegrowane magazyny przedmiotów? Jaka powinna być pojemność zdefiniowanych magazynów, aby były one w stanie zapewnić ciągłość produkcji bez posiadania nadmiernej ilości miejsc magazynowych, które zwiększają powierzchnie ESP i generują dodatkowe, zbędne koszty systemu? Części obrabiane w systemie trafiają do produkcji w sposób losowy, pod względem ilościowym, jak i czasowym. Średnie roczne programy produkcyjne wyrobów reprezentantów: Korpus_1-3950 szt., Korpus_2 5435szt., Korpus_3 3160szt [4]. Przedmioty te obrabiane są na obrabiarkach numerycznych, wybranych w etapie doboru podsystemu obrabiarek, w ilościach określonych w Tab. 1. Zastosowane obrabiarki w elastycznym systemie produkcyjnym to: MCX900 [16], TOStec PRIMA [17], MCFV1680 [18]. Dane dotyczące jednostkowego czasu wykonania operacji obróbkowej na danym urządzeniu zostały pozyskane bezpośrednio od dystrybutorów bądź od producentów [4]. Tab. 1. Wykaz ilościowy obrabiarek Tab. 1. List of quantitative machine Obrabiarka Liczba obrabiarek MCFV1680 3 MCX900 1 TOStec PRIMA 3 Wyroby typu korpus obrabiane są na obrabiarkach zgodnie z marszrutą technologiczną umieszczoną na Rys. 2. Wartości czasów umiejscowione pod nazwą obrabiarek oznaczają czas przebywania części na obrabiarce w trakcie realizacji kolejnych operacji (z uwzględnieniem czasu przezbrojenia). W przypadku wyrobów Korpus_1 i Korpus_3 występuje podwójne zamocowanie, wyrób przechodzi pomiędzy dwoma stanowiskami. Wyrób Korpus_2 obróbka odbywa się na gotowo - bez zamocowań, na obrabiarce TOStec PRIMA. Marszruta technologiczna określona jest dla każdego wyrobu z osobna. Dobór podsystemu magazynowania ma na celu poprawę przepływu wytwarzanych wyrobów, wyeliminowanie zjawiska wąskiego gardła, ograniczenie kosztów związanych ze złym doborem magazynów i niewłaściwie zagospodarowaną powierzchnią przedsiębiorstwa, a co za tym idzie poprawę konkurencyjności przedsiębiorstwa.
28 Arkadiusz Gola, Marta Osak Rys. 2. Marszruty technologiczne wytwarzanych części Fig. 2. Technological routes of manufactured parts 5. Modelowanie procesu produkcyjnego w Enterprise Dynamics Model symulacyjny został zbudowany i poddany analizie w programie Enteprise Dynamics firmy Incontrol [15]. Program poprzez swoją jasną budowę i ogólny dostęp jest najczęściej stosowanym programem do rozwiązywania problemów produkcyjnych i logistycznych, przy czym można badać zarówno przepływ części jak i ludzi. W omawianym przypadku oprogramowanie zostało użyte, jako narzędzie do analizy i wytypowania najlepszego rozwiązania podsystemu magazynowania [15]. Przy budowie modelu (Rys. 3) założono, iż projektowany system pracuje przez 365 dni w roku. Zaplanowano 15 dni na przestoje spowodowane: przeglądami, remontami i konserwacją urządzeń. Dodatkowo przyjęto 3% współczynnik strat czasu na nieplanowane przestoje systemu. Czas realizowanych operacji transportowych, przyjęto na poziomie 10% czasu pracy systemu. Praca odbywa się w systemie trójzmianowym. Biorąc pod uwagę powyższe parametry otrzymujemy czas symulacji na poziomie 7333 godz. 12 min., wartość ta odpowiada rocznemu okresowi pracy systemu. Zaprojektowany model posiada magazyny 3 magazyny centralne liczba ich i pojemność po przeprowadzeniu symulacji w kolejnych wariantach ulega zmianie, 7 magazynów - międzystanowiskowych bądź zintegrowanych magazynów przedmiotów, po dokonaniu symulacji zostanie wyłonione prawidłowe rozwiązanie, 2 magazyny o charakterze technicznym, których zadaniem jest przekierowywanie wyrobów zgodnie z marszrutą technologiczną nie wpływają jednak na proces projektowania.
Zastosowanie symulacji komputerowych w projektowaniu 29 Rys. 3. Model ESP z uwidocznieniem połączeń między atomami Fig. 3. ESP model to visualize the connections between atoms W analizowanym systemie wytwarzane są 3 produkty dla każdego produktu wprowadzono na wejściu limit liczby produktów. Produkty zapuszczane są w sposób losowy, co zostało zdefiniowane za pomocą przedziału czasu przybycia między dwoma obiektami (Inter arrival time) - definiowanie losowości. Sposób definiowania parametrów losowości dla każdego z wyrobów zostały opisane w Tab. 2. Tab. 2. Struktura skryptów wytwarzanych wyrobów: Korpus_1, Korpus_2, Korpus_3 Tab. 2. Structure of the scripts manufactured products: Korpus_1, Korpus_2, Korpus_3 Produkt Liczba produktów [szt.] Zdefiniowanie losowości w programie ED Korpus 1 3950 Uniform(0,Mins(219)) Korpus 2 5435 Uniform(0,Mins(159)) Korpus 3 3160 Uniform(0,Mins(274)) Limitowanie liczby produktów Generate maximum 3950 products Generate maximum 5435 products Generate maximum 3160 products Jeżeli chodzi o proces technologiczny wyrobu zakończenie procesu odbywa się poprzez przesyłanie zgodnie z etykietą do kanału wyjścia: Korpus_1 trafia do Wyjście Korpus_1, Korpus_2 trafia do Wyjście Korpus_2, Korpus_3 trafia do Wyjście Korpus_3. Przejście to jest możliwe dzięki zdefiniowaniu kanału przepływu, a produkty kierowane jest zgodnie z ustaloną marszrutą technologiczną. Komenda wpisana w pole Trigger on exit kieruje wyrób zgodnie z nadaną mu etykietą (etykieta dla Korpus_1:
30 Arkadiusz Gola, Marta Osak Do(SetLabel([Czas1],Mins(21.087),i),SetLabel([Czas2],Mins(10.1315),i),SetLabel([Cz as3],mins(118.308),i),setlabel([stanowisko2],1,i),setlabel([stanowisko3],2,i),setlabe l([stanowisko4],4,i),setlabel([kanal],3,i), SetLabel([Krok],1,i), zaś dla obrabiarki TOStec PRIMA: SetLabel([Krok],Label([Krok],i)+1,i)) Czas jednostkowy (cycletime) realizacji określonych operacji dla danych wyrobów na różnych stanowiskach obróbkowych został wyrażony w języku programowania 4DScript. Struktura skryptów w języku 4DScript została nadana dla zdefiniowania produktów, obrabiarek i magazynów (treść skryptu cycletime dla obrabiarki TOStec PRIMA: Case(Label([Krok],i),Label([Czas1],i), Label([Czas2],i), Label([Czas3],i), zaś dla Magazyn_14: Do(SetLabel([Kanal],Case(Label([Krok],i), Label([Stanowisko2],i), Label([Stanowisko3],i), Label([Stanowisko4],i)),i))). Poprzez zastosowanie języka programowania 4DScript utworzono skrypty sterujące procesem zgodnie z parametrami charakteryzującymi wyroby, marszrutę technologiczną, obrabiarki i magazyny. Umożliwia on wykonanie obróbki wyrobów zgodnie z przyporządkowanym czasem wykonania operacji poszczególnych wyrobów. Wyroby przekazywane są w systemie zgodnie z zasadą FIFO. Jeżeli kilka obrabiarek tego samego rodzaju jest zajętych w danym momencie to wyrób wchodzi na obrabiarkę, która pierwsza się zwolni. Jeśli zaś jest kilka wolnych stanowisk, zastosowana funkcja (funkcja: Send to:a random open channel: choose a random channel from all the open output channel) kieruje wyrób na losowo wybraną obrabiarkę. Analizowany model podsystemu obrabiarek elastycznego systemu produkcyjnego do obróbki części typu korpus złożony z marszrut technologicznych podczas przeprowadzenia symulacji nie ulega zmianom. 6. Eksperymenty symulacyjne i analiza wyników W oparciu o założone wcześniej parametry analizowano trzy Warianty (Wariant_1, Wariant_2, Wariant_3), dla każdego z nich wykonano 25 eksperymentów symulacyjnych podsystemu magazynowania. Analizowano takie parametry jak: średnie obciążenie obrabiarki w trakcie procesu symulacji (w %) - określające czy magazyny zapewniają ciągłości produkcji, maksymalna ilość wyrobów w magazynie (w szt.) - określa największą liczbę jaka znalazła się w systemie, zajętość magazynu podczas całego procesu (w %) - średnia ilość części znajdująca się w magazynie w trakcie pracy systemu, średni ilość wyrobów w magazynie - określa średnią ilość znajdującą się w magazynie podczas pracy systemu (w %), średni czas oczekiwania na obróbkę (w szt.). Czynniki te zostaną przeanalizowane w celu wyboru właściwej konfiguracji magazynów. Korzystanie z symulacji komputerowych wspiera i gwarantuje zbudowanie wysokiej jakości systemu. Skutkiem tego jest odpowiedni dobór podsystemu magazynowania z pośród trzech Wariantów (Tab. 3).
Zastosowanie symulacji komputerowych w projektowaniu 31 Tab. 3. Zestawienie informacji o magazynach Tab. 3. Breakdown information about magazines Nazwa magazynów _14 4_1 11_1 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Pojemność magazynów 10 10 10 2 2 2 2 2 2 2 Wariant_1 Średnia pojemność Maksymalna ilość w magazynie Rodzaj Magazynów 8,64 3,6 2,56 2 2 2 2 2 2 2 10 7 4 2 2 2 2 2 2 2 Magazyny centralne Magazyny międzystanowiskowe Pojemność magazynów 10 10 10 2 5 5 5 7 7 7 Wariant_2 Wariant_3 Średnia pojemność Maksymalna ilość w magazynie Rodzaj Magazynów Pojemność magazynów Średnia pojemność Maksymalna ilość w magazynie Rodzaj Magazynów 8,84 1 1 2 5 5 5 7 7 7 10 1 1 2 5 5 5 7 7 7 Magazyny centralne Magazyny międzystanowiskowe Zintegrowane magazyny przedmiotów 10 1 1 7 7 7 7 7 7 7 3,32 1 1 7 6,84 6,92 7 7 7 7 6 1 1 7 7 7 7 7 7 7 Magazyny centralne Zintegrowane magazyny przedmiotów Zastosowane magazyny w analizowanych wariantach to: magazyny centralne, magazyny międzystanowiskowe, zintegrowane magazyny przedmiotów (Tab. 3). Magazyny centralne zastosowane są w przypadku magazynów: Magazyn_14. Magazyn4_1, Magazyn1_1. Nastąpił tutaj dobór odpowiedniej pojemności magazynów dla poprawnie dzia-
32 Arkadiusz Gola, Marta Osak łającego systemu. Magazyny przy obrabiarkach M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7 w pierwszym wariancie są magazynami międzystanowiskowymi. Po przeprowadzeniu 25 eksperymentów symulacyjnych, została podjęta decyzja o zmianie magazynów ze względu na niepoprawne działanie systemu. W Wariancie_2 magazyny: M5, M6 i M7 zostają przekształcone na zintegrowane magazyny przedmiotów. Właściwy dobór tych magazynów jest potwierdzony otrzymanymi wynikami po przeprowadzonych symulacjach. Zaś cały system nie funkcjonuje prawidłowo, w kilku symulacjach następuje blokowanie wyrobów na wejściu do systemu, a program produkcyjny nie zostaje zrealizowany. Otrzymane zakłócenia muszą zostać wyeliminowane. W przypadku Wariantu_3 dla magazynów przy obrabiarkach zastosowano zintegrowane magazyny przedmiotów. Rozwiązanie to otrzymano po uszczegółowieniu parametrów z otrzymanymi wynikami. Właściwa pojemność magazynów zastała wyłoniona po przeprowadzeniu licznych eksperymentów symulacyjnych. Ocenia się, że zbudowany system zgodnie z Wariantem_3 gwarantuje płynność strumieni materiałowych w systemie. W fazie projektowania podsystemu magazynowania analizuje się poszczególne czynniki, jakie wpływają na dany podsystem. Ma on na celu wyłonienie najlepszego rozwiązania. Ważnym czynnikiem jest zajętość magazynu procentowy rozkład wykorzystania magazynu podczas przebiegu procesu. Przedstawia w ilu procentach jest wykorzystany magazyn w czasie całej symulacji procesu: magazyn jest w 100% zapełniony czy zajęty - w magazynie znajdują się obiekty (not empty) (Rys. 4), wpływa on na przepływ strumieni materiałowych. W przypadku Wariantu_1 w magazynach międzystanowiskowych występuje zjawisko zapełnienia magazynu. Wyrób nie może oczekiwać na obróbkę przy stanowisku pracy. Wykazuje to nie efektywne działanie systemu, ponieważ obrabiane elementy mają krótki czas obróbki, a po zakończeniu wchodzi następny, który musi być przetransportowany do magazynu w małych partiach. Wytypowany Wariant_3 niweluje zjawisko zapełnienia magazynów, przetwarzane wyroby mogą oczekiwać w zintegrowanych magazynach przedmiotów i nie są one przekazywane do magazynu centralnego. Tylko w przypadku magazynu M1 występuje blokowanie wyrobów na wejściu, ale współczynnik ten jest bardzo mały i nie powoduje on zaburzeń systemu. W przypadku Wariantu_1 stan wszystkich magazynów jest problematyczny, ponieważ w każdym oprócz Magazynu_14 występuje duży wskaźnik 100% wypełnienia magazynu. Wariant_2 nie spełnia postawionych wymagań poprzez wyniki dla magazynu M1 Tab. 4. Zestawienie średniego stanu w magazynie dla trzech wariantów Tab. 4. Summary of average contents of magazines for three variants Wariant _14 4_1 11_1 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 1 0,2822 0,01768 0,01492 0,82264 0,36948 0,3719 0,3814 0,5792 0,58076 0,58416 2 0,36896 0 0 0,90508 0,54808 0,567 0,5682 0,9894 0,98896 0,97824 3 0,00456 0 0 1,24932 0,58796 0,5994 0,5828 0,9818 0,98456 0,9796
Zastosowanie symulacji komputerowych w projektowaniu 33 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Zajetość magazynu (w %) Wariant _1 Wariant _2 Wariant _3 Magazyn _14M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Rys. 4. Przegląd stanu magazynów dla analizowanych Wariantów Fig. 4. An overview of magazines status for analyzed variants Średnia ilość wyrobów w magazynie (Tab. 4) dla Wariantu_3 ma największe wartości. Nie jest to błędem - przeciwnie zapewnia by po ukończeniu przez obrabiarkę procesu, kolejny wyrób w jak najkrótszym czasie został na niej zamocowany. Przedmioty oczekują bezpośrednio na obróbkę w zintegrowanych magazynach przedmiotów. W Wariancie_1 magazyny mają najniższy stan, przedmioty przekazywane są z magazynów centralnych, a nie po bezpośrednio zakończonej obróbce na poprzednim stanowisku. Poprzez małą liczbę miejsc wyroby przekazywane są do magazynów centralnych, ponieważ w magazynach międzystanowiskowych nie ma odpowiedniej ilości miejsc, aby tworzyły zapas. Tab. 5. Zestawienie czasu oczekiwania na obróbkę dla trzech analizowanych wariantów Tab. 5. Summary of average staytime for magazines in three analyzed variants Wariant _14 4_1 11_1 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 1 1047,666 2 1369,834 3 17,48358 10,72096 3,89196 3134,1 3131,06 3149,85 3134 4536,3 4559,1 4596,59 0 0 3360,8 4643,26 4779,71 4776 7602,8 7651,6 7546,03 0 0 4639,01 4966,97 5037,08 4924 7543,2 7602,9 7569,53
34 Arkadiusz Gola, Marta Osak Średni czas oczekiwania na obróbkę (Tab. 5) dla Wariantu_3 jest najwyższy. Wariant_1 i Wariant_2 mają najniższy wskaźnik czasu oczekiwania na obróbkę. Zintegrowane magazyny przedmiotów: M5, M6 i M7 mają najwyższe parametry. Wspólną cechą tych magazynów jest to, że znajdują się przed obrabiarką tego samego typu. Dlatego nie ma możliwości przekazania wyrobów do magazynu o krótszym czasie oczekiwania. Po zestawieniu dwóch czynników: średniego czasu oczekiwania i zajętości magazynu dla magazynu M5, M6 i M7 widzimy, że magazyny działają w sposób prawidłowy. Najdłuższy czas oczekiwania na obróbkę nie pociąga za sobą zjawiska blokowania magazynów. 7. Podsumowanie Wynikiem analizy systemu jest zastosowanie zintegrowanych magazynów przedmiotów przy stanowiskach obróbkowych, są to dynamiczne kołowe magazyny palet do obróbki korpusów (Rys. 5). Zainstalowanie ich jest najlepszym rozwiązaniem dla tego typu produkcji. Magazynowanie wyrobów typu korpus odbywa się na paletach wraz z zamocowanymi przyrządami w systemie zamkniętym (koło). Zastosowanie dynamicznych magazynów pozwala na przemieszczenie wyrobów i ustawienie ich w takiej pozycji, że po doprowadzeniu na stanowisko następuje zmiana. W tego typu magazynach zbędne staje się zastosowanie manipulatorów, zmieniaczy i robotów. Pojemność magazynów ustalona jest na poziomie 7 szt. Kodowane palety w magazynie zsynchronizowane z komputerem sterującym obrabiarką i ustanowionym w nim programem obróbki poszczególnych wyrobów umożliwia obróbkę różnych wyrobów. Rys. 5. Dynamiczny kołowy magazyn palet do obróbki korpusów [5] Fig. 5. Dynamic wheel magazine pallets to processing bodies
Zastosowanie symulacji komputerowych w projektowaniu 35 Magazyny centralne w otrzymanym wariancie maja pojemności: Magazyn_14 6 szt., Magazyn4_1 1 szt., Magazyn11_1 1 szt. magazyny te są niezbędne w ESP. W wielu pracach udowodniono, że system z zastosowaniem centralnych magazynów posiada znaczną przewagę nad systemami bez magazynów centralnych [12]. Otrzymane wyniki przeprowadzonych symulacji potwierdzeniem tą tezę. Zastosowane magazyny centralne wyrównują rytmiczność produkcji, zapobiegają przestojom, upraszcza się przepływ strumieni materiałowych. Obrabiane przedmioty, które nie mogą być przekazane do zintegrowanych magazynów przedmiotów, przenoszone zostają do magazynów centralnych. Zastosowane magazyny tworzą integralną całość w elastycznym systemie produkcyjnym. Bibliografia: 1. Brzeziński M. (red.), Organizacja i sterowanie produkcją, Wyd. Placet, Warszawa 2002. 2. Brzeziński M. (red.), Organizacja produkcji, Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin 2000. 3. Charczenko A., Świć A., Taranenko W., Obrabiarki i urządzenia technologiczne w produkcji elastycznej, Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin 2011. 4. Gola A., Metodyka doboru podsystemu obrabiarek w elastycznym systemie produkcyjnym części klasy korpus: rozprawa doktorska, Politechnika Lubelska, Lublin 2010. 5. Honczarenko J., Elastyczna automatyzacja wytwarzania, Wyd. WNT, Warszawa 2000. 6. Jardzioch A., Sterowanie elastycznymi systemami obróbkowymi z zastosowaniem metod sztucznej inteligencji, Wyd. WUZUTiS, Szczecin 2009. 7. Koren Y., The Global Manufacturing Revolution. Product Process Business International & Reconfigurable Manufacturing, Wiley, New Yersey 2010. 8. Krzyżanowski J., Wprowadzenie do elastycznych systemów wytwórczych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005. 9. Lis S., Santarek K., Strzelczak S., Organizacja elastycznych systemów produkcyjnych, Wyd. PWN, Warszawa 1994. 10. Mohanty P.P., Evolutionary Algorithm to Solver an FMS Design Problem, International Journal of Manufacturing Technology and Management (2003), Vol. 5, No. 3, pp. 279-293. 11. Tolio T. (ed), Design of Flexible Manufacturing Systems. Methodologies and Tools, Springer Verlay, Berlin Heidelbery, 2009. 12. Zawadzka L., Współczesne problemy i kierunki rozwoju elastycznych systemów produkcyjnych, Wyd. WPG, Gdańsk 2007. 13. Zawadzka. L., Inteligentne systemy produkcyjne: ewolucja i problemy organizacji projektów informatycznych, Wyd. WPG, Gdańsk 2010. 14. Zdanowicz R., Świder J., Modelowanie i symulacja systemów produkcyjnych w programie Enterprise Dynamics, Wyd. WŚP, Gliwice 2005. 15. http://www.enterprisedynamics.com. Manufacturing Simulation Software Solutions, Enterprise Dynamics [data dostępu 30.04.2012],
36 Arkadiusz Gola, Marta Osak 16. http://www.burkhardt-weber.de. [data dostępu 30.04.2012], 17. http://www.tosvarnsdorf.cz. [data dostępu 30.04.2012], 18. http://www.tajmac-zps.cz. [data dostępu 30.04.2012], Streszczenie Elastyczne systemy produkcyjne w różnych konfiguracjach są jedną z najszybciej rozwijających się form organizacji produkcji. Mimo jednak, iż koncepcja elastycznego wytwarzania znana jest od lat 60-tych XX wieku brak jest nadal metodologii projektowania elastycznych systemów. Zastosowanie ESP pozwala na zwiększenie efektywnego wykorzystania czasu pracy względem konwencjonalnych systemów produkcyjnych. Aby odpowiednio zaprojektować model wymagany jest odpowiedni rozkład systemu na części składowe, czyli elementy i podsystemy Z tego też powodu narzędziem, które znajduje coraz szersze zastosowanie o obszarze inżynierii produkcji są symulacje komputerowe. W niniejszym artykule została zaprezentowana możliwość wykorzystania metod symulacji komputerowej do projektowania podsystemu magazynowania w ESP, wraz z wyborem najlepszego rozwiązania. Zastosowanym narzędziem do symulacji jest program Enterprise Dynamics. The use of computer simulations in the design of a storage subsystem of ESP using the Enterprise Dynamics Summary Flexible Manufacturing Systems (FMSs), in different configurations, are one of the fastest developing forms of organization of production. Despite the fact, the concept of flexible manufacturing has been known since the 60s of the twentieth century, there is still lack of flexible systems design methodology. The use of FMS allows to increase the efficient use of time with regard to conventional production systems. To develop a design model of a FMS, it is required to decompose system on proper components, i.e. elements and subsystems. Therefore, a tool that is becoming widely used for the production engineering are computer simulations. The article presents the ability to use computer simulation methods to design of an FMS s warehouse subsystem, along with choice of best solution. The tool used in the simulation is computer program - Enterprise Dynamics.