3 Kampa.p65

Wp³yw automatyzacji i robotyzacji na organizacjê produkcji na przyk³adzie prefabrykatów betonowych
Adrian KAMPA
WP£YW AUTOMATYZACJI I ROBOTYZACJI NA ORGANIZACJÊ
PRODUKCJI NA PRZYK£ADZIE PREFABRYKATÓW BETONOWYCH
1. Wprowadzenie
w wiêkszoœci wypadków wystarczy zmieniæ program obróbki i mo¿na rozpocz¹æ obróbkê nowego detalu. W przypadku obrabiarek sztywno zautomatyzowanych, przy
zmianie detalu wymagane jest przezbrojenie obrabiarki
zwi¹zane ze zmian¹ krzywek steruj¹cych, wzorników lub
zderzaków.
Kolejnym etapem automatyzacji jest robotyzacja, polegaj¹ca na zast¹pieniu pracy cz³owieka prac¹ robota. Po raz
pierwszy s³owo robot zosta³o u¿yte w 1920 roku przez czeskiego pisarza Karela Èapka. Nazwa³ robotami maszyny –
sztuczne istoty, bêd¹ce imitacj¹ cz³owieka i wyró¿niaj¹ce
siê zdyscyplinowaniem i wydajnoœci¹ pracy, o pewnych
w³asnoœciach inteligencji, zdolne do podejmowania i wykonywania prac, ale wolne od wszelkich uczuæ. Nazwa
upowszechni³a siê na œwiecie, przez co obecnie przyjêto
nazywaæ robotami automatyczne maszyny wykonuj¹ce
czynnoœci charakterystyczne dla cz³owieka.
Obecnie budowane s¹ roboty ró¿nych typów, tak¿e humanoidalne, ale najczêœciej stosowane w praktyce s¹ roboty
przemys³owe, zbudowane na podobieñstwo mechanicznej
rêki, która ma du¿e mo¿liwoœci ruchu i manipulacji [9].
Dziêki temu, roboty mo¿na stosowaæ do ró¿nych prac manualnych, które tradycyjnie by³y wykonywane przez ludzi.
Zastosowanie robotów ma wiele zalet. Roboty siê nie
mêcz¹, mog¹ pracowaæ bez przerwy 24 godz./dobê, mog¹
wykonywaæ prace powtarzalne i monotonne, i co bardzo
istotne, wykonuj¹ ka¿d¹ pracê z tak¹ sam¹ wysok¹ dok³adnoœci¹. Charakterystykê ró¿nych form automatyzacji
przedstawiono w tabeli 1.
W przemyœle produkcyjnym mo¿na zaobserwowaæ tendencjê do zmniejszania udzia³u pracy ludzkiej, poprzez zastosowanie automatyzacji i robotyzacji pracy. Jest to zwi¹zane
z wieloma uwarunkowaniami, tj. rosn¹ce koszty pracy
ludzkiej, zapewnienie wysokiej wydajnoœci pracy i jakoœci
wytwarzania, eliminacja pracy w warunkach szkodliwych.
S¹ to czynniki, które w najwiêkszym stopniu wp³ywaj¹ na
coraz szersze stosowanie automatyzacji oraz robotyzacji [3].
Pierwszym etapem na drodze do automatyzacji by³a mechanizacja pracy, która pozwoli³a na zast¹pienie pracy
ludzkiej prac¹ maszyny, ale w dalszym ci¹gu do obs³ugi
maszyny by³a wymagana obecnoœæ cz³owieka, którego zadaniem by³o odpowiednie sterowanie maszyn¹, np. w³¹czanie lub wy³¹czanie we w³aœciwym momencie przycisków
steruj¹cych (np. kierowca samochodu). Wymaga to od pracownika koncentracji i uwagi przez ca³y okres pracy. Nieuwaga i b³êdy pracowników s¹ czêsto przyczyn¹ postawania braków, awarii sprzêtu lub wypadków przy pracy. Dlatego czêsto automatyzowane s¹ prace wymagaj¹ce
wysokiej precyzji wykonania oraz prace w warunkach
szkodliwych dla zdrowia.
Automatyzacja polega na stosowaniu szeregu œrodków technicznych, które dzia³aj¹ na zasadzie samoregulacji i w pewnym zakresie parametrów wejœciowych mog¹ pracowaæ bez
obs³ugi cz³owieka. Urz¹dzenia te mog¹ automatyzowaæ ró¿ne dzia³ania w procesie produkcji, tj. operacje technologiczne, operacje transportowe i manipulacyjne, magazynowe
i pomiarowo-kontrolne. Mo¿na wyró¿niæ automatyzacjê sztywn¹, polegaj¹c¹
na zastosowaniu specjalnych maszyn
i urz¹dzeñ z prostymi uk³adami sterowania typu mechanicznego, elektrycznego lub pneumatycznego oraz automatyzacjê elastyczn¹ (komputerow¹), polegaj¹ na zastosowaniu specjalizowanych
maszyn i urz¹dzeñ (o szerszym zakresie
pracy ni¿ urz¹dzenia specjalne), które
wyposa¿one s¹ w programowalne uk³ady sterowania komputerowego. Elastycznoœæ jest rozumiana jako mo¿liwoœæ ³atwiejszego i szybszego przystosowania do zmiany profilu produkcji.
W ramach automatyzacji elastycznej
funkcje realizowane do tej pory przez
sztywne powi¹zania sprzêtowe zastêpuje siê poprzez funkcje programowe, które mo¿na ³atwiej zmieniæ. Pozwala to na
szybsze przystosowanie maszyny do nowego profilu produkcji. Na przyk³ad, na
Tab. 1. Charakterystyka œrodków automatyzacji
obrabiarkach sterowanych numerycznie
Strona 22
Zarz¹dzanie Przedsiêbiorstwem
Nr 2 (2011)
Wp³yw automatyzacji i robotyzacji na organizacjê produkcji na przyk³adzie prefabrykatów betonowych
Nale¿y zwróciæ uwagê, ¿e nie wszystkie prace nadaj¹ siê do
zautomatyzowania. Wymagane s¹ ustalone i sta³e warunki
pracy, bez zak³óceñ zwi¹zane np. z okreœlonym sposobem
transportu produktów i ich orientowania. Zalet¹ cz³owieka
jest to, ¿e radzi sobie bardzo dobrze w ró¿nych sytuacjach,
potrafi odpowiednio zareagowaæ na nieprzewidziane zdarzenie. Natomiast automaty i roboty nie maj¹ na razie takiej
mo¿liwoœci i musz¹ mieæ œciœle okreœlone warunki pracy.
Prowadzone s¹ badania nad tzw. inteligentnymi czujnikami
i robotami nowej generacji, które bêd¹ mia³y mo¿liwoœæ
rozpoznawania otoczenia, ale tego typu rozwi¹zania nie s¹
jeszcze stosowane na szersz¹ skalê w przemyœle.
Wiêkszoœæ robotów przemys³owych pracowa³a do tej pory
w przemyœle motoryzacyjnym (rys. 1), gdzie wykorzystywano je g³ównie do spawania, zgrzewania i lakierowania.
Zalety robotów sprawiaj¹, ¿e znajduj¹ one coraz szersze zastosowania tak¿e w innych ga³êziach przemys³u. Obecnie
coraz wiêcej robotów pracuje w przemyœle elektrycznym,
budowlanym, a tak¿e w rolnictwie i przemyœle spo¿ywczym, w medycynie, logistyce i transporcie. Coraz szersze
zastosowanie znajduj¹ roboty mobilne i us³ugowe. Przewidywane jest dalszy wzrost wykorzystania robotów w przysz³oœci [4, 9].
przyj¹æ, ¿e mo¿e pracowaæ 3x szybciej ni¿ cz³owiek. Tak
wiêc zak³adaj¹c produkcjê 200 ton/zmianê, by³oby potrzebnych 20 pracowników do transportu rêcznego. Wynika
z tego, ¿e przy pracy na trzy zmiany jeden robot mo¿e zast¹piæ pracê 60 ludzi.
Efektywne wykorzystanie automatyzacji i robotyzacji jest
uzale¿nione od analizy ekonomicznej. Automatyzacja wymaga poniesienia wysokich nak³adów inwestycyjnych i nie
zawsze bêdzie op³acalna. Robotyzacja wi¹¿e siê równie¿
z wysokimi nak³adami, nie tylko na zakup robotów, ale tak¿e zaprojektowanie i wykonanie specjalnego stanowiska
pracy dla robota.
2. Automatyzacja produkcji prefabrykatów betonowych
Ciekawym przyk³adem wp³ywu automatyzacji na organizacjê i wydajnoœæ produkcji jest produkcja prefabrykatów
betonowych.
Technologiê wytwarzania prefabrykatów betonowych
wprowadzono w kraju w latach 70. ubieg³ego wieku. Pojêcie
„prefabrykacja betonowa” jest czêsto odbierane negatywnie,
co wynika z kojarzenia jej z budownictwem wielkop³ytowym realizowanym g³ównie w latach 1970-1985. Na potrzeby budownictwa mieszkaniowego pracowa³o wtedy prawie 200
fabryk domów i wytwórni prefabrykatów. Produkowano serie gotowych, betonowych prefabrykatów o dobrych parametrach wytrzyma³oœciowych, lecz du¿ych
brakach jakoœciowych, co powodowa³o dyskwalifikacjê 1÷3%
wyrobów ju¿ na etapie produkcji.
Oprócz tego, powszechne by³y
wady prefabrykatów, polegaj¹ce na zbyt du¿ych odchy³kach
wymiarowych, nierównoœciach
p³aszczyzn, wadach powierzchniowych betonu, obt³uczeniach
krawêdzi. W rezultacie nowe
budynki posiada³y liczne defekty, które ulega³y pog³êbieniu
w trakcie eksploatacji [3].
Jednak¿e od tego czasu technologiê prefabrykacji betonu znaczRys. 1. Wykres liczby rocznych instalacji robotów w latach 2008-2010 [4]
nie udoskonalono w obszarze
zastosowania nowych gatunZauwa¿alny jest wzrost zapotrzebowania w przemyœle na
ków betonu oraz w obszarze mechanizacji i automatyzacji
manipulowanie przedmiotami, którymi manipulacja rêczprocesu technologicznego prefabrykacji co pozwoli³o na
nie jest znacznie utrudniona b¹dŸ niemo¿liwa, ze wzglêdu
osi¹gniêcie wysokiej jakoœci wytwarzania. Proces produkcji
na wysok¹ temperaturê, du¿¹ masê, niewygodne kszta³ty,
prefabrykatów betonowych obejmuje przygotowanie miepromieniotwórczoœæ, obecnoœæ substancji szkodliwych.
szanki betonowej zawieraj¹cej kruszywo, spoiwo cementoWynika to z ograniczonych mo¿liwoœci przeciêtnego cz³owe, wodê oraz dodatkowe sk³adniki, tj. wype³niacze, barwwieka i jest okreœlone odpowiednimi przepisami BHP.
niki i in. [1, 5]. Pó³p³ynn¹ mieszank¹ wype³nia siê nastêpnie
W przypadku wykonywania rêcznych prac transportoformy nadaj¹ce odpowiedni kszta³t pó³fabrykatom i poddaje
wych przez mê¿czyznê, nie nale¿y przekraczaæ nastêpuj¹zagêszczaniu, poprzez wibracje i nacisk. Pó³fabrykaty musz¹
cych wartoœci: masa ³adunku M < 30 kg, droga przenoszebyæ nastêpnie sk³adowane przez kilka do kilkunastu dni, co
nia d < 25 m, dzienne obci¹¿enie przenoszonym ³adunkiem
jest zwi¹zane z dojrzewaniem betonu, a¿ do czasu trwa³ego
p < 10 ton/dzieñ. Zastosowany do przenoszenia ciê¿kich
zwi¹zania i osi¹gniêcia odpowiedniej wytrzyma³oœci. Go³adunków robot nie posiada takich ograniczeñ i mo¿na
towe prefabrykaty s¹ nastêpnie transportowane na plac
Zarz¹dzanie Przedsiêbiorstwem
Nr 2 (2011)
Strona 23
Wp³yw automatyzacji i robotyzacji na organizacjê produkcji na przyk³adzie prefabrykatów betonowych
budowy, gdzie mog¹ byæ wykorzystane do
budowy ró¿nych obiektów, co znacznie u³atwia prace budowlane. Prefabrykaty mo¿na
podzieliæ na wielko- i ma³ogabarytowe. Najszerzej stosowane obecnie s¹ prefabrykaty
ma³ogabarytowe typu bloczki fundamentowe, pustaki œcienne i stropowe, krawê¿niki,
kostka brukowa, obrze¿a trawnikowe i in. [6].
Ze wzglêdu na du¿e zapotrzebowanie rynkowe na tego typu elementy, w zak³adach produkcyjnych wprowadzono produkcjê masow¹
i wieloseryjn¹, o wysokim poziomie automatyzacji na wszystkich etapach procesu produkcji. Na etapie formowania prefabrykatów
szeroko wykorzystywane s¹ specjalne maszyny tzw. wibroprasy, wykorzystuj¹ce nowoczesn¹ i wydajn¹ technologiê wibracyjnego zagêszczania betonu po³¹czon¹ z prasowaniem pó³fabrykatów, co umo¿liwia uzyskanie
produktów bardzo wysokiej jakoœci. Na rynku
dostêpne s¹ ró¿ne rodzaje wibropras. Ró¿ni¹
siê one wielkoœci¹ (ma³e, œrednie, du¿e), wyRys. 2. Zautomatyzowana linia do produkcji kostki brukowej [5]
dajnoœci¹, stosowanymi rozwi¹zaniami konstrukcyjnymi, uk³adami sterowania oraz poziomem automatyzacji. Mo¿na wyró¿niæ
dwa g³ówne rodzaje wibropras: stacjonarne
i mobilne (krocz¹ce). Wibroprasy stacjonarne mog¹ pracowaæ z obs³ug¹ rêczn¹ lub
w zautomatyzowanej linii produkcyjnej, tak
jak pokazano to na rysunku 2. Zautomatyzowane wibroprasy stacjonarne charakteryzuj¹
siê wysok¹ wydajnoœci¹, ale wymagaj¹ odrêbnego systemu transportu i magazynowania wytworzonych pó³fabrykatów. Natomiast
wibroprasy mobilne pracuj¹ w cyklu pó³automatycznym i przemieszczaj¹ siê pozostawiaj¹c wytworzone pó³fabrykaty na placu produkcyjnym (rys. 3). Takie podejœcie pozwala
w prosty sposób rozwi¹zaæ problem sk³adowania gotowych produktów przez okres dojrzewania betonu oraz uproœciæ system transportowy. Ze wzglêdu na du¿y ciê¿ar betonu
do paletyzacji gotowych pó³fabrykatów stosowane s¹ manipulatory lub roboty (rys. 4).
Wybór odpowiedniego rozwi¹zania bêdzie
uzale¿niony przede wszystkim od planowanej wielkoœci produkcji oraz nak³adów fiRys. 3. Wibroprasa krocz¹ca [2]
nansowych potrzebnych do uruchomienia
produkcji.
systemów wytwórczych, jak równie¿ reorganizacjê istnieW celu zaprojektowania odpowiedniej konfiguracji systemu
j¹cych systemów wytwórczych. Jedn¹ z najszerzej stosoprodukcyjnego mo¿na wykorzystaæ modelowanie komputewanych metod w ró¿nych dziedzinach nauki i techniki jest
rowe i symulacjê produkcji.
symulacja komputerowa [7, 10].
Symulacja polega przewidywaniu przebiegu zjawisk, pro3. Modelowanie komputerowe i symulacja produkcji
cesów fizycznych lub dzia³ania pewnych uk³adów i urz¹zautomatyzowanej
dzeñ na podstawie modelu systemu (zjawiska lub obiektu)
oraz zadanych parametrów pocz¹tkowych. Zmiana paraZ³o¿onoœæ problemów techniczno-organizacyjnych zwi¹zametrów pocz¹tkowych pozwala badaæ zachowanie siê monych z wprowadzaniem automatyzacji i robotyzacji w prakdelu w ró¿nych warunkach i pozwala wnioskowaæ o zachotyce przemys³owej powoduje, ¿e potrzebne s¹ metody i nawaniu systemu rzeczywistego [7, 10].
rzêdzia umo¿liwiaj¹ce wspomaganie projektowania nowych
Strona 24
Zarz¹dzanie Przedsiêbiorstwem
Nr 2 (2011)
Wp³yw automatyzacji i robotyzacji na organizacjê produkcji na przyk³adzie prefabrykatów betonowych
- paletyzacja – 6 warstw prefabrykatów czyli 6x12 = 72
szt. na palecie.
Rys. 4. Zrobotyzowane urz¹dzenie paletyzuj¹ce [8]
3.1. Wariant 1 – formowanie rêczne na stole wibracyjnym
Jest to najprostsza forma organizacji produkcji prefabrykatów betonowych. Potrzebna jest betoniarka, stó³ wibracyjny, formy do prefabrykatów oraz minimum trzech pracowników dla zapewnienia ci¹g³oœci produkcji.
Przygotowanie niezbêdnych materia³ów polega na wymieszaniu sk³adników, a wiêc piasek oraz ¿wir p³ukany i cementyt w stosunku 2:1 oraz wodê. Jako dodatkowe sk³adniki mo¿na zastosowaæ plastyfikatory oraz barwniki. Tak
przygotowan¹ mieszanin¹ komponentów rêcznie nape³nia
siê formy. Nastêpnie formy ustawia siê na stole wibracyjnym, którego zadaniem jest dok³adne wymieszanie i zagêszczenie betonu. Cykl nape³niania i formowania trwa
oko³o 120 sekund.
Otrzymane w ten sposób prefabrykaty uk³ada siê w zacienionym miejscu na okres co najmniej 1 dnia (zale¿nie od
temperatury i wilgotnoœci otoczenia do max. 28 dni), aby
nast¹pi³o zwi¹zanie betonu. Potem mo¿na wyj¹æ prefabrykaty z form, które nadaj¹ siê do ponownego wykorzystania.
Natomiast gotowe prefabrykaty uk³ada siê na standardowych paletach transportowych.
Model komputerowy przedstawiono na rysunku 6.
Przyjêto nastêpuj¹ce parametry pracy: przygotowanie mieszanki betonowej co jedn¹ godzinê. Stanowisko formowania 60 sekund na przygotowanie i nape³nienie rêczne 12
form i 60 sekund na formowanie wibracyjne. Sk³adowanie
w celu utwardzenia betonu to min. 24 godziny. Zapas z poprzedniego dnia 3000 szt. Wybijanie prefabrykatów z formy 10 sekund. Paletyzacja 72 sztuk prefabrykatów 720 sekund. Czas symulacji 8 godz.
Obecnie dostêpnych jest wiele pakietów oprogramowania,
u³atwiaj¹cych przeprowadzenie symulacji komputerowej,
tj. np. ARENA, ENTERPRISE DYNAMICS, FLEXSIM,
MATLAB SIMULINK, TAYLOR, VENSIM i in. [7, 10].
Programy te oparte s¹ na symbolicznym jêzyku zapisu i pozwalaj¹ budowaæ model z gotowych predefiniowanych obiektów, wymagaj¹ jedynie zdefiniowania relacji miêdzy obiektami oraz parametrów pocz¹tkowych obiektów.
W ramach prowadzonych badañ, opracowano
modele komputerowe kilku ró¿nych sposobów
produkcji prefabrykatów betonowych z wykorzystaniem programu ENTERPRISE DYNAMICS [7]. Analizowane warianty dotyczy³y
produkcji z wykorzystaniem:
- produkcji rêcznej z formowaniem na stole
wibracyjnym,
- wibroprasy mobilnej czêœciowo zautomatyzowanej,
- ca³kowicie zautomatyzowanej linii z wibropras¹ stacjonarn¹.
Schemat ogólny procesu produkcji ma³ogabarytowych prefabrykatów betonowych przedstawiono na rysunku 5. Przy opracowywaniu modeli przyjêto nastêpuj¹ce za³o¿enia:
- praca na jedn¹ zmianê przez 8 godzin,
- produkcja 12 prefabrykatów w jednym cyklu
formowania,
- masa 1 prefabrykatu – 10 kg,
- cykl formowania 24-60 sekund w zale¿noœci
od wariantu produkcji,
Rys. 5. Schemat procesu produkcji ma³ogabarytowych
- dojrzewanie betonu 8-24 godzin,
prefabrykatów betonowych
Zarz¹dzanie Przedsiêbiorstwem
Nr 2 (2011)
Strona 25
Wp³yw automatyzacji i robotyzacji na organizacjê produkcji na przyk³adzie prefabrykatów betonowych
Rys. 6. Model produkcji niezautomatyzowanej
W rezultacie eksperymentu symulacyjnego uzyskano wysok¹ wydajnoœæ pracy ok. 96-99%, przy za³o¿eniu braku
zak³óceñ i awarii. Produkcja gotowa to 38 palet po 72 szt.
prefabrykatów, czyli 2736 szt. przy produkcji maksymalnej
na poziomie 2800 sztuk. Przy masie prefabrykatu m = 10kg
daje to produkcjê ³¹czn¹ ok. 28 ton na dzieñ, czyli przekroczenie dopuszczalnych norm obci¹¿enia o 180%. Zalet¹ takiego rozwi¹zania s¹ niewielkie nak³ady potrzebne na uruchomienie produkcji. Do g³ównych wad nale¿y zaliczyæ
trudnoœæ uzyskania produktów wysokiej jakoœci, która wymaga odpowiedniej proporcji sk³adników, w³aœciwych pa-
Strona 26
rametrów formowania wibracyjnego i odpowiedniego obchodzenia siê z produktami przez pracowników.
3.2. Wariant 2 – wibroprasa mobilna
Wykorzystywana jest mobilna wibroprasa uk³adaj¹ca pó³fabrykaty na du¿ym placu produkcyjnym. Oprócz tego potrzebny jest wêze³ betoniarski i transporter mieszanki betonowej oraz mobilna paletyzarka gotowych prefabrykatów.
Potrzebnych jest trzech pracowników do obs³ugi urz¹dzeñ.
Model komputerowy przedstawiono na rysunku 7. Mobilna
wibroprasa posiada zbiornik na mieszankê betonow¹
Rys. 7. Model produkcji czêœciowo zautomatyzowanej
Zarz¹dzanie Przedsiêbiorstwem
Nr 2 (2011)
Wp³yw automatyzacji i robotyzacji na organizacjê produkcji na przyk³adzie prefabrykatów betonowych
o pojemnoœci ok. 1m3 i wymaga okresowego przestoju i dostarczenia surowca. Wibroprasowanie pozwala skróciæ
czas formowania prefabrykatów i nadaje im bardziej
zwart¹ formê, dziêki czemu utrzymuj¹ kszta³t po wyjêciu
z formy. Wymagaj¹ jednak dojrzewania, w celu zwi¹zania
betonu przez co najmniej 24 godz. Dopiero po uzyskaniu
przez beton odpowiedniej wytrzyma³oœci mo¿na prefabrykaty poddaæ dalszej manipulacji. Przyjêto nastêpuj¹ce parametry pracy: cykl pracy wibroprasy 30 s, przejazd na kolejn¹ pozycjê 6 s, produkcja 12 szt. w jednym cyklu, paletyzacja 72 szt. przez 120 s, prêdkoœæ transporterów 2 m/s,
czas symulacji 8 godz.
W rezultacie eksperymentu symulacyjnego uzyskano wydajnoœæ wibroprasy ok. 83%. Jest to zwi¹zane z okresow¹
prac¹ maszyny, przemieszczaniem i uzupe³nianiem mieszanki. Uzyskano 800 cykli pracy na jedn¹ zmianê, co daje
produkcjê gotow¹ 133 palety zawieraj¹ce w sumie 9576
sztuk prefabrykatów. Oznacza to ponad trzykrotny wzrost
wydajnoœci w stosunku do wariantu 1.
3.3. Wariant 3 – wibroprasa stacjonarna
Wykorzystywana jest zautomatyzowana linia produkcyjna
z wibropras¹ stacjonarn¹, systemem przenoœników i robotem paletyzuj¹cym oraz magazyn na dojrzewanie betonu
i dwa transportery do spiêtrzania i rozpiêtrzania palet produkcyjnych. Model komputerowy przedstawiono na rysunku 8. Zastosowanie stacjonarnej wibroprasy z ci¹g³ym dostarczaniem mieszanki betonowej pozwala skróciæ czas
formowania do 24 sekund. Palety produkcyjne s¹ spiêtrzane po 12 szt. i transportowane do dojrzewalni, w której panuj¹ optymalne warunki dojrzewania betonu, co pozwala
skróciæ czas sk³adowania do 8 godzin. Nastêpnie palety
produkcyjne wracaj¹ z dojrzewalni na stanowisko rozpiêtrzania i poprzez przenoœnik taœmowy transportowane s¹ na
zrobotyzowane stanowisko paletyzacji. Przyjêto nastêpuj¹ce parametry pracy robota: prêdkoœæ 75 °/s, za³adunek 5 s,
Zarz¹dzanie Przedsiêbiorstwem
roz³adunek 4 s. Paletyzacja 6 warstw produktów zajmuje
ok. 60 sekund. Przyjêto czas symulacji 8 godz. podobnie
jak w poprzednich wariantach.
W rezultacie eksperymentu symulacyjnego uzyskano wydajnoœæ wibroprasy ok. 100 %, co jest zjawiskiem korzystnym, poniewa¿ w³aœnie to stanowisko decyduje o wydajnoœci pracy ca³ego systemu. Dla porównania wykorzystanie
robota wynios³o tylko ok. 50%. Uzyskano 1200 cykli pracy
wibroprasy i produkcjê gotow¹ 203 palety zawieraj¹ce
w sumie 14616 sztuk prefabrykatów. Daje to wydajnoœæ
produkcji ok. 50% wiêksz¹ ni¿ w wariancie 2.
Zalet¹ tej metody jest tak¿e mo¿liwoœæ uzyskania produktów najwy¿szej jakoœci, dziêki zachowaniu sta³ych parametrów procesu technologicznego.
Zastawienie g³ównych wyników eksperymentu symulacyjnego zawarto w tabeli 2.
Wyniki symulacji jednoznacznie pokazuj¹ znaczny wzrost
wydajnoœci pracy osi¹gniêty dziêki zastosowaniu automatyzacji. Istotne znaczenie ma tak¿e wynikaj¹ca z zastosowania automatyzacji poprawa organizacji pracy. Nale¿y
mieæ na uwadze, ¿e wyniki uzyskane dla wariantu 1 s¹
oparte na bardzo optymistycznych za³o¿eniach, a w praktyce mog¹ byæ du¿o ni¿sze ze wzglêdu na bardzo du¿e obci¹¿enie pracowników.
4. Podsumowanie
Coraz szersze zastosowanie automatyzacji i robotyzacji
w przemyœle napotyka na problemy zwi¹zane z odpowiedni¹ organizacj¹ produkcji zautomatyzowanej. Przedstawione w artykule przyk³ady produkcji prefabrykatów
betonowych s¹ stosunkowo proste, ale stanowi¹ dobr¹ ilustracjê problemu. Natomiast w przemyœle mo¿na spotkaæ
wiele du¿o bardziej z³o¿onych procesów produkcyjnych,
które trudno analizowaæ w sposób intuicyjny. Rozwi¹zaniem
w takich przypadkach, mo¿e byæ symulacja komputerowa
Rys. 8. Model produkcji ca³kowicie zautomatyzowanej
Nr 2 (2011)
Strona 27
Wp³yw automatyzacji i robotyzacji na organizacjê produkcji na przyk³adzie prefabrykatów betonowych
[10] Zdanowicz R., Œwider J.:
Modelowanie i symulacja
systemów produkcyjnych
w programie Enterprise
Dynamics. Wydawnictwo
Politechniki Œl¹skiej, Gliwice 2005.
THE IMPACT OF AUTOMATIZATION AND ROBOTIZATION FOR THE ORGANIZATION OF PRODUCTION ON THE EXAMPLE
OF PREFABRICATED CONCRETE
Tab. 2. Zestawienie wyników eksperymentu symulacyjnego
po³¹czona z wizualizacj¹ procesu produkcji. Pozwala ona
na dokonanie analizy ró¿nych rozwi¹zañ organizacyjnych.
Mo¿na w stosunkowo prosty sposób modyfikowaæ model
komputerowy i analizowaæ wp³yw zmian na przebieg procesu produkcji. Dziêki temu, mo¿na przewidzieæ zachowanie rzeczywistego systemu produkcyjnego i wybraæ najlepsze w danej sytuacji rozwi¹zanie organizacyjne. Nale¿y
mieæ przy tym na uwadze aspekty ekonomiczne, zwi¹zane
z wdra¿aniem automatyzacji i robotyzacji.
Literatura:
[1] Brylicki W.: Kostka brukowa z betonu wibroprasowanego. Polski Cement Sp z o.o., Kraków 1998. Dostêpny w Internecie: http://www.polskicement.pl/5/zdjecia_org/633.pdf.
[2] Henkis Sp z o.o.: Wibroprasa HK-696. Dostêpny w Internecie: http://www.henkis.com/pl/HK-696-HERKULES.
[3] Honczarenko J. : Robotyzacja i automatyzacja lekiem
na globalizacjê produkcji? „Przegl¹d Mechaniczny”
2006/11, s. 34-36.
[4] International Federation of Robotics. Industrial Robots Statistisc – http://www.worldrobotics.org/uploads/media/2011_Executive_Summary.pdf.
[5] Jasiczak J.: Mechanizacja wytwarzania prefabrykatów
w œwietle wspó³czesnych technologii produkcji i wymagañ jakoœciowych. „Technologie budowlane II”, Alma
Mater, Poznañ 2003. Dostêpny w Internecie: http://
www.ikb.poznan.pl/almamater/biblioteka/podreczniki_akademicki/jj_technologie_budowlane_ii/10.pdf.
[6] Janczura K.: Wspó³czesne kierunki rozwoju prefabrykacji betonowej. „Materia³y Budowlane” 2009/11, s. 4-5.
[7] Kampa A.: Symulacja i wizualizacja systemów wytwórczych. In¿ynieria Maszyn. Efektywne Zarz¹dzanie przep³ywem produkcji. Wydawnictwo FSNT NOT,
Wroc³aw 2009, s. 81-100.
[8] Techmatik. Urz¹dzenie pakuj¹ce Robomatik. Dostêpny w Internecie: http://www.techmatik.pl/?urzadzenie-pakujace-robomatik43.
[9] Zdanowicz T.: Robotyzacja dyskretnych procesów
produkcyjnych. Wydawnictwo Politechniki Œl¹skiej,
Gliwice 2011.
Strona 28
Abstract:
The article discusses problems
related to automatization and robotization in industrial production. The increasing use of automatization and robotization in the industry encounter problems related to the proper organization of production. Characteristics of simple
automatization and flexible automatization and its influence on production organization were presented. Also the factors influencing the increasing use of robots in industry are
discussed. Thanks to their large capacities robots are increasingly replacing human labor and for example are used for
carrying heavy loads. Examples of the use of automatization in the production of prefabricated concrete blocks are
presented. The effects of automatization for the organization of production process were showed on the example of
non-automatized production, half automatized mobile
block making machine and fully automated line for prefabricated concrete blocks. Computer models of those three
variants of the production are described and the results of
the simulation experiment were presented. Simulation results clearly show the great impact of automation on productivity, which is much higher than in non-automatized
production. Computer simulation combined with visualization of the production process allows analyzing different
organizational solutions. The computer model of production system can be the relatively simple modified and the
impact of changes on the process of production can be analyzed. This allows to predict the behavior of the real production system and choose the best in the given situation
organizational solution.
Remains to consider the economic aspects of the implementation of automation, which were not taken into account.
Dr in¿. Adrian KAMPA
Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych
i Zintegrowanych Systemów Wytwarzania
Politechnika Œl¹ska
ul. Konarskiego 18a
44-100 Gliwice
tel.: 32 237 18 63
[email protected]
Zarz¹dzanie Przedsiêbiorstwem
Nr 2 (2011)