Dawid KURCZYK

Dawid KURCZYK
Katedra Inżynierii Produkcji, Akademia Techniczno-Humanistyczna
E–mail: [email protected]
Wizualizacja systemów produkcyjnych
wspomagana pakietem AutodeskFactory Design
1. Wstęp
Obecnie, szybkie tempo przemian gospodarczych wymusza poszukiwanie nowych rozwiązań w zakresie zarządzania procesami produkcyjnymi. Zarządzanie współczesnym
przedsiębiorstwem, jest procesem niezwykle złożonym. Wynika to z obecności dużej
liczby dóbr takich jak surowce, półprodukty, wyroby gotowe oraz ogromnej ilości strumieni informacji, które wzajemnie się przenikają. Stosowane w przedsiębiorstwach
systemy informatyczne wspomagające zarządzane są powszechnie dostępne i nie stanowią wyznacznika przewagi konkurencyjnej. W związku z tym, coraz częściej doskonalenie procesów realizowanych w przedsiębiorstwach odbywa się w oparciu o narzędzia i techniki pozwalające na wizualizację realizowanych procesów. Dzięki temu możliwe jest lepsze zapoznanie się i zrozumienie podejmowanych działań a także przewidzenie ich skutków. Przy pomocy narzędzi do wizualizacji systemów produkcyjnych
można dostrzec możliwości i obszary do udoskonalania analizowanych procesów.
2. Mapowanie strumienia wartości
Jedną z najpopularniejszych na świecie technik wykorzystywanych do wizualizacji systemów produkcyjnych jest mapowanie strumienia wartości. Technika polega na przedstawieniu w sposób graficzny przepływu strumienia wartości z punktu widzenia klienta w procesach organizacyjnych przedsiębiorstwa. Pod pojęciem strumienia wartości rozumie się
wszystkie działania podejmowane dla przeprowadzenia danego produktu przez charakterystyczny dla niego proces np. proces produkcyjny. Celem mapowania strumienia wartości jest
zobrazowanie w jaki sposób łączą się ze sobą wszystkie podejmowane działania, realizowane procesy oraz dostarczane do systemu informacje związane z przejściem wybranego produktu przez przedsiębiorstwo. Korzyścią płynącą z mapowania strumienia wartości jest
identyfikacja miejsc występowania marnotrawstwa (czynności, które nie tworzą wartości
dodanej dla klienta). Po analizie takich miejsc można przeprojektować wybrane elementy
systemu produkcyjnego w celu redukcji lub eliminacji marnotrawstwa (jap. 無駄 czytaj:
muda). Mapowanie strumienia wartości jest podstawową techniką LEAN (szczupłe wytwarzanie).
W publikacjach poświęconych mapowaniu strumienia wartości można przeczytać, że technika ta jest bardzo wygodna ponieważ do korzystania z niej wystarczy kartka papieru i ołówek. Na początku należy wybrać rodzinę produktów („grupę produktów przechodząca przez
122
Dawid Kurczyk
Czas
przetwarzania
188 s
5 dni
1s
7,6 dnia
39 s
1,8 dnia
46 s
2,7 dnia
62 s
2 dni
40 s
4,5
dnia
Całkowity
czas przejścia
23,6 dni
podobne etapy procesu produkcyjnego z wykorzystaniem tego samego zestawu maszyn”),
dla której będzie tworzona mapa (rys. 1).
Rys. 1. Przykład mapy stanu obecnego
ob
[3]
Fig. 1. Example of current state value stream map [3]
Przedsiębiorstwa są zwykle podzielone na działy i piony. Bardzo trudno znaleźć przedsięprzedsi
biorstwo, w którym jest przynajmniej jedna osoba znająca pełny przepływ materiałów
i informacji związanych z daną rodziną produktów,
produktów, przez co najprawdopodobniej poszczeposzcz
gólne obszary systemu produkcyjnego będą funkcjonować optymalnie z ich punktu widzewidz
Wizualizacja systemów produkcyjnych…
123
nia a nie z punktu widzenia całego przedsiębiorstwa tworząc odizolowane wyspy. Aby uniknąć tego typu problemu, należy przełamać występujące w przedsiębiorstwie granice organizacyjne i powołać menedżera strumienia wartości, osobę, która będzie czuwać nad całością
strumienia wartości związanego z daną rodziną produktów oraz będzie odpowiedzialna za
jego doskonalenie.Kolejnym etapem mapowania strumienia wartości jest rozpoznanie aktualnej sytuacji w systemie produkcyjnym. Pomocne w tym zadaniu będzie narysowanie mapy
stanu obecnego obrazującej bieżący przepływ materiału i informacji. W tym celu należy
wybrać się z rzeczoną kartką papieru i ołówkiem na halę produkcyjną i narysować przepływ
strumienia wartości zgodnie ze stanem faktycznym a nie dokumentacją, ponieważ często
pomiędzy tymi dwoma źródłami informacji z czasem nawarstwiają się rozbieżności. Rysując mapę stanu obecnego korzysta się z przyjętego zestawu ikon, zrozumiałego dla osób
zaangażowanych w wizualizację systemu produkcyjnego w danym przedsiębiorstwie. Na
mapie uwzględnia się typowe dane dotyczące procesu takie jak: czas cyklu, czas przezbrojenia, dostępność stanowiska do podjęcia pracy, wielkość partii produkcyjnej, liczbę stanowisk, liczbę operatorów, liczbę rodzajów produktu, pojemność opakowania, dostępny czas
pracy, współczynnik braków. To oczywiście tylko najważniejsze informacje spośród tych
zamieszczanych na mapie. Gdy wszystkie one zostaną zapisane należy zaznaczyć w postaci
różnego typu strzałek przepływ materiałów i informacji. Po przygotowaniu mapy stanu
obecnego co nie powinno zająć więcej niż dwa dni, opracowuje się mapę stanu przyszłego,
na której zaznacza się zaproponowane usprawnienia. Głównym kryterium jest skrócenie
czasu przejścia produktu przez przedsiębiorstwo. Można to osiągnąć poprzez: wyeliminowanie nadprodukcji, zbalansowanie czasu taktu, wprowadzenie przepływu ciągłego czy
wprowadzenie systemu ssącego. Kiedy mapa stanu przyszłego wyraźnie pokazuje polepszenie wydajności systemu produkcyjnego opracowuje się plan wdrożenia zaproponowanych
zmian i się go realizuje. Warto zaznaczyć, że korzystanie z techniki mapowania strumienia
wartości ma charakter ciągły w myśl filozofii ciągłego doskonalenia. (z jap. 改善czytaj:
kaizen). Technika mapowania strumienia wartości wymaga od osoby ją stosującej dużego
doświadczenia i obycia z warunkami funkcjonowania przedsiębiorstwa w którym jest stosowana. Niektórzy podchodzą do niej sceptycznie, ze względu na prostotę i decydują się na
zastosowanie technik wizualizacji systemów produkcyjnych wspomaganymi komputerowo.
3. Komputerowa analiza przepływu materiału
Na rynku światowym jest kilku liczących się producentów oprogramowania typu CAx
umożliwiającego nie tylko wizualizację systemów produkcyjnych ale zarządzanie całym
cyklem życia produktu i symulacją procesu produkcyjnego. Są to DassaultSystèmes, Siemens i Autodesk. Każde z producentów proponuje rozwiązania różniące się między sobą
kompleksowością, poziomem integracji poszczególnych modułów i przede wszystkim
ceną. Analizując sektor małych i średnich przedsiębiorstw można zauważyć duże zainteresowanie tanim ale jednocześnie dobrze integrującym się z kontrahentami oprogramowaniem przeważnie typu CAD. Z tego powodu warto przyjrzeć się produktowi AutodeskFactory Design Suite, które zagościło na rynku na przełomie 2010/2011 roku. Jest to pakiet integrujący ze sobą najczęściej używane programy przez przedsiębiorstwa decydujące
się na komputerowe wspomaganie projektowania narzędziami dostarczanymi przez Auto-
124
Dawid Kurczyk
desk. W zależności od wybranej wersji pakietu można uzyskać dostęp do takich prograprogr
mów jak: Autocad, Inventor, 3ds Max, Navisworks czy Showcase. Jednak z punktu wiw
dzenia wizualizacji systemów
systemów produkcyjnych najważniejszym elementem pakietu, niezaniez
leżnie od wersji, jest nakładka integrująca Factory Design Utilities. Pozwala ona na analianal
zę przepływu materiałów przez linię produkcyjną, czasów transportowych, długości dróg
transportowych, obciążenia
obcią
maszyn czy zużycia energii elektrycznej.
Rys. 2. Komputerowa analiza przepływu materiału [opr. własne]
Fig. 2.Computer analysis of material flow [own source]
Bardzo wiele przedsiębiorstw produkcyjnych wykorzystujących Autocada posiada plan
hali produkcyjnej przygotowany właśnie w tym programie. Jest to punkt wyjściowy do
analiz przepływu materiałów, obciążenia maszyn i kosztów. Dzięki nakładce integrującej
Factory Design Utilities w Autocadzie pojawia się dodatkowa zakładka umożliwiająca
umożliwiają
parametryzację procesu produkcyjnego. Przede wszystkim należy zdefiniować wszystkie
operacje wykonywane w ramach procesu produkcyjnego. Następnie należy zdefiniować
wszystkie potrzebne
bne stanowiska pracy podając m.in.
m.in. koszt przezbrojenia i pracy stanowiskaa w odniesieniu do 1 godz. oraz zużycie energii. Każde zdefiniowane stanowisko musi
zostać przypisane do dowolnego reprezentującego go na planie hali obiektu. Może nim
być zwykły prostokąt lub rzut z góry rzeczywistego stanowiska pracy. Wszystko zależy od
stopnia szczegółowości planu. Materiał musi być w jakiś sposób przenoszony pomiędzy
stanowiskami stąd konieczność definicji środków transportu począwszy od człowieka
poprzez podajniki a na różnego rodzaju wózkach skończywszy. W trakcie definicji środśro
ków transportu
ansportu należy uwzględnić m.in.
m.in. prędkość, koszt a także czas załadunku i rozłarozł
dunku. Strzałkami wiąże się poszczególne obiekty na planie definiując przepływ materiamateri
łów w procesie produkcyjnym. Należy także zdefiniować produkt określając jego struktustrukt
rę materiałową,
eriałową, wielkość produkcji na zmianę oraz wielkość partii produkcyjnej. Na zaz
Wizualizacja systemów produkcyjnych…
125
kończenie należy określić liczbę zmian oraz czas trwania każdej z nich. Po wprowadzeniu
wszystkich przedstawionych parametrów można przejść do analiz. Kliknięcie jednego
przycisku spowoduje wyświetlenie statystyk związanych z procesem produkcyjnym dotyczących przepływu materiałowego (koszt transportu, czas transportu, odległość przebyta
przez materiał) oraz maszyn (obciążenie, zużycie energii). Warto zwrócić uwagę na fakt,
iż statystyki są odświeżane w czasie rzeczywistym i podczas przesuwania obiektów na
planie hali produkcyjnej pokazują zawsze aktualne informacje. Dzięki temu w łatwy sposób można określić najbardziej optymalne położenie poszczególnych stanowisk co bardzo
podnosi efektywność podczas reorganizacji rozmieszczenia stanowisk produkcyjnych.
Każdy z obiektów obecnych na planie można powiązać z dowolnym trójwymiarowym
modelem, który został wcześniej stworzony za pomocą Inventora (tudzież innego programu) albo pobrany z internetowej bazy modeli 3D. Pozwala to na przekształcenie dwuwymiarowego planu w trójwymiarowy model hali produkcyjnej. Korzyści z tego zabiegu są
ogromne. Po pierwsze, na modelu 3D można dokładniej wykryć miejsca kolizji elementów wyposażenia hali produkcyjnej. Kolizję można wykrywać nie tylko pomiędzy modelami 3D ale także pomiędzy modelami a chmurami punktów pozyskanymi w wyniku
skanowania laserowego. Pozwala to na sprawdzenie czy np. nowozakupiona w celu podniesienia wydajności produkcji maszyna dobrze wpasuje się w stosowaną aktualnie linie
produkcyjną trójwymiarowego modelu przedsiębiorstwo aktualnie nie posiada (bo czasie
gdy były kupowane producenci nie dostarczali jeszcze modeli 3D swych produktów). Po
drugie można udać się na wirtualny spacer po hali produkcyjnej w celu zobaczenia animowanej wizualizacji procesu produkcyjnego z elementami interaktywności. W trakcie
takiego spaceru można np. sprawdzić czy zaprojektowane na planie przejścia i stanowiska
faktycznie są łatwo dostępne dla pracownika i środków transportu a w razie wystąpienia
niezgodności można w problematycznym miejscu pozostawić odpowiedni komentarz dla
osoby odpowiedzialnej za późniejsze korekcje projektu. Do osiągnięcia przedstawionych
powyżej możliwości będzie trzeba skorzystać z programu Navisworks.
4. Zakończenie
Trzeba mieć na uwadze, że przedstawione narzędzie Factory Design Suite znajduje zastosowanie główne w obszarze wspomagania projektowania a dopiero potem w obszarze wizualizacji systemów produkcyjnych. Uzyskane przy pomocy pakietu informacje związane
z przepływem materiałów i obciążeniem maszyn powinny mieć charakter orientacyjny a nie
decyzyjny. W porównaniu do tak zaawansowanych modułów symulacyjnych jak np. Delmia
Quest dostępnych w ramach rozwiązań typu PLM proponowanych przez DassaultSystèmes,
produkt Autodesk wypada nieco ubogo pod względem elastyczności jak i dokładności. Różnica ta może wynikać z dwóch powodów. Factory Design Suite jest produktem znacznie
młodszym, ledwie raczkującym w perspektywie czasu przez który rozwijały się systemy
CAx ale jednocześnie rokującym na dalszy rozwój w kierunku platformy do zarządzania
cyklem życia produktu. Drugim powodem jest cena. Rozwiązanie zaproponowane przez
Autodesk jest znacznie tańsze i trudno oczekiwać od producenta by w ramach charytatywnej
działalności sprzedawał za bezcen produkt klasy PLM.W artykule przedstawiono dwa podejścia do wizualizacji systemów produkcyjnych: tradycyjne - polegające na zastosowaniu
metody z użyciem kartki papieru i ołówka oraz popularne współcześnie – wykorzystujące
Dawid Kurczyk
126
systemy komputerowe. Pomimo, aktualnie panujących trendów na zarządzanie przedsiębiorstwem w ramach filozofii cyfrowej fabryki, pozwalającej na symulowanie każdego pomysłu
związanego z usprawnieniem systemu produkcyjnego na wirtualnej kopii przedsiębiorstwa,
metody tradycyjne nie znikną tak szybko.
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
G. Gunia, Analiza i wizualizacja procesów oraz systemów produkcyjnych, [Online].
Źródło: http://erp.rekord.com.pl/erp-artykuly/909-erp-konsulting/788-analiza-iwizualizacja-procesow-oraz-systemow-produkcyjnych. [Data uzyskania dostępu: 19
kwiecień 2012].
„Mapowanie strumieni wartości,” [Online]. Źrdóło: http://lean-management.pl/vsmmapowanie-strumienia-wartosci.html. [Data uzyskania dostępu: 19 Kwiecień 2012].
M. Rother i J. Shook, „Naucz się widzieć”. Eliminacja marnotrastwa poprzez mapowanie strumienia wartości., Wrocław: Politechnika Wrocławska, 2003.
M. Stanisławski, CADraport.pl 2009 edycja PDF cz.I, CADblog.pl, pp. 20-70, sierpień
2009.
P. Sokołowski, Blog poświęcony projektowaniu w AutodeskInventor,” wiecień 2011.
[Online]. Źródło: http://autodesk-inventor-pl.blogspot.com/2011/04/autodesk-factorydesign-suite-2012.html. [Data uzyskania dostępu: 19 kwiecień 2012].
Streszczenie
Szybkie tempo przemian gospodarczych wymusza poszukiwanie nowych rozwiązań
w zakresie zarządzania procesami produkcyjnymi. Bardzo pomocnymi wydają się być
techniki pozwalające na wizualizację systemów produkcyjnych. W związku z tym
w artykule przedstawiono zarówno przykład tradycyjnego podejścia jakim jest mapowanie strumienia wartości, jak i przykład podejścia z wykorzystaniem oprogramowania
komputerowego. W artykule przedstawiono możliwości Factory Design Suite w zakresie wizualizacji systemów produkcyjnych oraz możliwości oprogramowania na tle konkurencyjnych rozwiązań.
Visualization of production systems,
assisted by Autodesk Design Factory
Summary
The fast pace of economic change forces the search for new solutions in the management
of production processes. Very helpfultechnique seem to be techniques for visualization of
production systems.Therefore, the article presents both anexample of traditional approach
(value stream mapping)and an example of approach using the computer software. The
article presents the possibility of Factory Design Suite in the area of visualization of production systems and the visualization software capabilities against competing solutions.