ARCHIWUM ODLEWNICTWA 19/17 Rok 2005, Rocznik 5, Nr 17 Archives of Foundry Year 2005, Volume 5, Book 17 PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308 ZARZĄDZANIE PRODUKCJĄ ODLEWÓW W OPARCIU O TECHNIKĘ MODELOWANIA I SYMULACJI PRACY LINII ODLEWNICZYCH STRESZCZENIE J. MATUSZEK 1, S. KUKLA 2, Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej Katedra Inżynierii Produkcji 43-309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2 W artykule zaproponowano możliwość wykorzystania techniki symulacyjnej w zarządzaniu produkcji odlewów żeliwnych z uwzględnieniem zagadnień związanych z obsługą automatycznych linii odlewniczych. Zbudowano bazę danych eksploatacyjnych służącą do zapisywania i przetwarzania danych o uszkodzeniach oraz innych postojach nieplanowanych linii. Wykorzystując narzędzia analizy statystycznej określono rozkłady czasu poprawnej pracy poszczególnych urządzeń linii na poziomie istotności =0,05 i na tej podstawie zbudowano harmonogram obsługi linii. Zagadnienie przedstawiono wykorzystując do tego celu pakiet do modelowania i symulacji systemów produkcyjnych ARENA. 1. WPROWADZENIE Działanie rzeczywistych obiektów, przebieg zjawisk fizycznych czy też całych procesów wytwarzania można sprawdzać we współczesnym przemyśle na modelach tych obiektów lub zjawisk, unikając w ten sposób kosztownych lub niejednokrotnie niemożliwych do przeprowadzenia prób przemysłowych. Wykorzystanie techniki komputerowej w przedsiębiorstwie umożliwia integrację procesów przygotowania produkcji oraz samej produkcji. Jedno z podejść do problemu zarządzania produkcją oparte jest na technice modelowania i symulacji. Aby skutecznie zarządzać produkcją, można posługiwać się modelem komputerowym systemu rzeczywistego 1 prof. dr hab. inż. Józef Matuszek, jmatuszek@ath.bielsko.pl, 2 mgr inż. Sławomir Kukla, skukla@ath.bielsko.pl 169
i przeprowadzać na nim eksperymenty. Można wtedy symulować różne sytuacje decyzyjne i na tych symulacjach opierać sterowanie w czasie rzeczywistym. Bazując na raportach, które są rezultatami przeprowadzonych eksperymentów, można analizować wpływ podejmowanych decyzji na funkcjonowanie badanego systemu i poszukiwać rozwiązania najlepszego spośród otrzymanych [2,3]. 2. OPIS OBIEKTU ORAZ WYNIKÓW BADAŃ Obiektem badań jest system wytwarzania odlewów żeliwnych na automatycznych liniach odlewniczych o szeregowej strukturze niezawodnościowej. Linie zasilane są ciekłym żeliwem (szarym lub sferoidalnym) przygotowanym w piecach elektrycznych łukowych lub indukcyjnych. Ciekłe żeliwo transportowane jest w kadziach na stanowiska zalewania linii odlewniczych. Wielkoseryjna produkcja odlewów żeliwnych na automatycznych liniach odlewniczych jest przykładem produkcji rytmicznej o dużym zróżnicowaniu asortymentu produkowanych wyrobów. Zachowanie rytmiczne w tym przypadku jest również charakterystyczne dla przeglądów okresowych, remontów bieżących i kapitalnych. W wyniku analizy praktyki produkcyjnej sporządzono schemat obiektu badań z podziałem na czynniki badane, wynikowe, stałe oraz zakłócające (rys.1). Rys. 1. Model obiektu badań system wytwarzania odlewów żeliwnych na automatycznych liniach odlewniczych Fig. 1. Model of the object testing manufacturing system of the cast iron casting on the automatic foundry lines 170
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Do analizy funkcjonowania systemu produkcyjnego zaproponowano wykorzystanie narzędzi techniki symulacyjnej. Do wyboru rozwiązania najlepszego posłuży analiza rozwiązań w sensie Pareto (rys.2), gdzie kryterium optymalizacji stanowić będą koszty własne produkowanych odlewów wyznaczane na podstawie ZAR, a kryterium jakości i czasu będzie uwzględniane jako dodatkowe ograniczenie. Wymagania co do jakości muszą być spełnione na określonym poziomie oraz. Zlecenia produkcyjne powinny być zrealizowane w założonym terminie uwzględniającym możliwość wystąpienia zakłóceń w realizacji procesów po wcześniejszym określeniu ryzyka realizacji planu produkcji. Uważa się, że wariant harmonogramu produkcji nie należy do zbioru rozwiązań dopuszczalnych, jeżeli przynajmniej jedno zlecenie zakończy się po ustalonej granicy czasowej (t gr2 ) lub koszty własne przekroczą ustalony poziom kosztów (k gr ). Rys. 2. Optymalizacja procesów wytwarzania odlewów żeliwnych w oparciu o analizę rozwiązań w sensie Pareto Fig. 2. Optimization of the cast iron casting production processes on the base Pareto analysis 171
Funkcję celu stanowić będzie poniższe sformułowanie określające minimalne koszty własne produkcji: st z f ( k, k, k, k ) min (1) mb k st st gdzie: k koszty materiałowe bezpośrednie, mb k koszty kooperacji, k st kst koszty stanowiskowe stałe, z kst koszty stanowiskowe zmienne. 172 Rys. 3. Modelowanie i symulacja jako skuteczne narzędzie wspomagające zarządzanie produkcją odlewów Fig. 3. Modeling and simulation aided management of the castings production
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Plan przeprowadzania doświadczeń symulacyjnych na modelu symulacyjnym sporządzono na bazie planu dynamicznego optymalizacyjnego sekwencyjnego pojedynczego (rys.3) [4,5]. Na wstępie przeprowadzono hierarchizację czynników badanych pod względem ich wpływu na wielkość wyjściową. Ustalono następującą kolejność czynników badanych: x 1 umożliwia analizę funkcjonowania systemu po wdrożeniu wybranego harmonogramu obsługi planowej linii opracowanego na podstawie badań statystycznych, x 2 reprezentuje schemat zasilania poszczególnych linii odlewniczych ciekłym metalem z pieców łukowych i indukcyjnych, x 3 uzależnia przebieg procesów od wyboru linii, na której będzie realizowane dane zlecenie (w przypadku występowania alternatywnych technologii opracowanych zamiennie dla innych linii) oraz od kolejności zalewania uwzględniającej zmiany gatunków żeliw. Uwzględniając nie pełne wykorzystanie automatycznych linii odlewniczych, stanowiących najsłabsze ogniwo systemu produkcji odlewów, należałoby zas tanowić się nad problemem racjonalnego ich wykorzystania. Pozytywne efekty w tym zakresie można osiągnąć poprzez odpowiednio prowadzoną działalność profilaktyczną oraz lepszą organizację procesu produkcyjnego. Urządzenia linii u N t Nm Nm t 31 t 32 u 3 31 32 t 21 u 2 21 t 11 t12 u 1 11 linia t L1 t L2 t L3 L1 L2 L3 L4 Ln Czas Rys. 4. Przebieg pracy linii odlewniczej o szeregowej strukturze niezawodnościowej Fig. 4. Timework runs of the foundry line about reliability structure in series 173
3. PODSUMOWANIE Dla rozwiązania problemu racjonalnego wykorzystania linii odlewniczych należy opracować model obsługi urządzeń linii uwzględniający możliwości organizacyjne zakładu [1] na podstawie sporządzonej bazy danych eksploatacyjnych. Zaprojektowanie odpowiednich harmonogramów (rys.4) powinno wpłynąć na lepsze zabezpieczenie od strony organizacyjno-technicznej obsługi automatycznych linii i tym samym zmniejszyć straty z tytułu postojów. Za pomocą techniki symulacyjnej można oceniać wpływ zaproponowanych harmonogramów obsługi automatycznych linii odlewniczych na funkcjonowanie systemu wytwarzania odlewów żeliwnych. LITERATURA [1] Cybulski J.: Polioptymalizacja harmonogramów wymiany elementów automatycznej linii odlewniczej. Praca doktorska, Łódź 1982 [2] Kelton W., Sadowski R., Sadowski D.: Simulation with Arena. WCB/McGraw- Hill, Sewickley 1998 [3] Košturiak J., Gregor M., Mičieta B., Matuszek J.: Projektovanie výrobných systémov pre 21 storočie. Žilinska Univerzita v Žilinie, Žilina 2000 [4] Płonka S., Ogiński L.: Podstawy eksperymentalnej optymalizacji parametrycznej. Wydawnictwo Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej, Bielsko- Biała 2004 [5] Polański Z.: Planowanie doświadczeń w technice. PWN, Warszawa 1984 MANAGEMENT OF THE CASTINGS PRODUCTION AIDED BY MODELING AND SIMULATION TECHNIQUE OF THE FOUNDRY LINES WORKING SUMMARY This paper presents the possibility of the application simulation technique in planning of the cast iron production and take into account problems connected with service of the automating foundry lines. Exploitation database to the data recording and data processing about failures and other unexpected standstill of the lines was build Decompositions of the correct work time of the lines devises was estimated on the significance level =0,05 through application of the statistic analysis tools. This problem was presented trough utilization of the computer software to modelling and simulation production systems - ARENA. Recenzował: prof. dr hab. inż. Józef Gawroński 174