modelowanie i symulacja procesu technologicznego montażu deski

3/2009
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
MODELOWANIE I SYMULACJA
PROCESU TECHNOLOGICZNEGO
MONTAŻU DESKI ROZDZIELCZEJ DO NADWOZIA
SAMOCHODU OSOBOWO-DOSTAWCZEGO
Olaf CISZAK
Proces technologiczny montażu jest najczęściej końcowym etapem procesu produkcyjnego, w którym łączenie elementów przebiega według szeregu logicznie zaplanowanych czynności tak, aby jednostki montażowe oraz
wyroby finalne spełniały wymogi jakościowe i określone
warunki techniczne narzucone przez konstruktora i odbiorcę końcowego.
Jednym z głównych zadań projektowania procesu
technologicznego montażu jest ustalenie właściwej kolejności przebiegu operacji montażowych w określonych warunkach organizacyjnych z uwzględnieniem czasu ich
trwania i wymaganego taktu produkcyjnego. Współczesne
przedsiębiorstwo montażowe w warunkach silnej konkurencji rynkowej (dynamiczny i ciągły rozwój wyrobów,
skracanie serii produkcyjnych itd.), powszechnej globalizacji, wobec coraz to wyższych wymagań jakościowych
oraz minimalizacji szeroko rozumianych kosztów wytwarzania wymaga ciągłej poprawy organizacji oraz wprowadzania technologicznej elastyczności przy wdrażaniu systemów zautomatyzowanych i zrobotyzo-wanych [5].
Poprawne zaprojektowanie lub przeprowadzenie
w przyszłości modernizacji linii montażowej w celu uzyskania oczekiwanych efektów ekonomicznych i wydajnościowych wymaga przeprowadzenia badań symulacyjnych
z uwzględnieniem zakładanych parametrów (np. wydajnościowych, czasu trwania operacji) oraz uwzględnienia
możliwych zakłóceń (np. awarii wyrażanych za pomocą
wskaźnika MTBF). Aby badania symulacyjne dały wymierne efekty, powinny być przeprowadzane we wstępnym etapie projektowania, z uwzględnieniem przykładowo
wielowariantowej koncepcji systemu montażowego, co
pozwoli ustalić wymagane parametry projektowanego systemu oraz zminimalizować ewentualne koszty późniejszych zmian [2, 4].
Dotychczas modelowanie i symulacja procesów montażowych znajdowały głównie zastosowanie w warunkach
produkcji masowej i wielkoseryjnej. Postępujący szybki
rozwój systemów komputerowych, metod rozwiązywania
algorytmów optymalizacyjnych oraz dostępność profesjonalnego oprogramowania spowodowały, że techniki symulacyjne z powodzeniem zaczęły być stosowane w warunkach produkcji jednostkowej i małoseryjnej [3, 4].
11
PROCES TECHNOLOGICZNY
MONTAŻU DESKI ROZDZIELCZEJ DO NADWOZIA
SAMOCHODU OSOBOWO-DOSTAWCZEGO
Proces technologiczny montażu deski rozdzielczej do
nadwozia (rys. 3, tab. 1) obejmuje dwie operacje główne
i jest realizowany na dwóch stanowiskach tworzących
gniazdo montażowe wraz z brygadą sześciu pracowników. Praca wykonywana jest w zamkniętej hali produkcyjno-montażowej, 7 dni w tygodniu przez 3 zmiany.
Rys. 1. Montaż deski rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego z wykorzystaniem manipulatora ręcznego:
zabieg nr 2.5, tabela 1
W celu ustalenia właściwego czasu trwania i racjonalnego wykonania w normalnym tempie pracy operacji montażowych występujących w procesie montażu deski rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego
wykorzystano obserwacje chronometrażowe szczegółowo
przedstawione w pracy [2]. Wyniki końcowe (wartości
średnie) badań z przeprowadzonych obserwacji przedstawiono w tab. 1.
Graf kolejności operacji i zabiegów montażowych
W analizowanym przypadku założono, że liczba montowanych desek rozdzielczych do nadwozia samochodu
w określonych przedziałach czasowych jest jednakowa
i odbywa się na tych samych stanowiskach, co wynika
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
3/2009
z przyjętego programu produkcyjnego i organizacji dotychczasowego procesu technologicznego. Dla rozważanego przebiegu procesu technologicznego montażu deski
rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego przyjęto, że kolejność wykonywania operacji
i zabiegów wynika bezpośrednio z marszruty procesu
technologicznego i jest realizowana tzw. przepływem szeregowym bez możliwości powrotów i omijania stanowisk
montażowych, czyli jest zgodna z wartościami czasów
operacyjnych podanych w tab. 1. Opracowany graf kolejności operacji i zabiegów podczas montażu deski rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego
przedstawiono na rys. 2.
MODELOWANIE I SYMULACJA GNIAZDA MONTAŻU
DESKI ROZDZIELCZEJ DO NADWOZIA
SAMOCHODU OSOBOWO-DOSTAWCZEGO
Modelowanie i symulację wydzielonego organizacyjnie
gniazda do montażu deski rozdzielczej do nadwozia sa-
mochodu osobowo-dostawczego na linii montażu końcowego przeprowadzono z wykorzystaniem oprogramowania symulacyjnego „FlexSim_v4” firmy Flexsim Simulation
Software Products Inc. [1]. Głównym celem modelowania
i symulacji pracy gniazda była analiza porównawcza opracowanych modeli symulacyjnych z aktualnie realizowanym procesem montażu oraz wstępne badania symulacyjne możliwej poprawy wydajności z zastosowanym manipulatorem do transportu międzystanowiskowego. Opracowano wariant I (podstawowy, rys. 4a), który jest modelem symulacyjnym aktualnie realizowanego procesu montażu, oraz wariant II (rys. 4b) charakteryzujący się zastosowaniem manipulatora do transportu międzystanowiskowego (podawanie deski rozdzielczej – stanowisko
montażu deski rozdzielczej do nadwozia samochodu).
Schemat organizacyjny stanowisk (gniazda) do montażu
deski rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego podczas montażu końcowego przedstawiono
na rys. 3.
Tabela 1. Wyniki pomiaru chronometrażowego pracochłonności operacji podczas montażu deski rozdzielczej do nadwozia samochodu
osobowo-dostawczego (wartości średnie)
KARTA BADANIA CZASU PRACY METODĄ CHRONOMETRAŻOWĄ
Nr
Nr
operacji zabiegu
1.1
1
2
Pracochłonność
wartości średnie [min]
Opis (nazwa) operacji
Przygotowanie i pobranie karty
0,54
1.2
Wpięcie karty do dokumentacji pojazdu
0,25
1.3
Pobranie kokpitu
0,70
2.1
Skanowanie dokumentacji z kartą nadwozia
0,16
2.2
Wprowadzenie kokpitu do nadwozia
0,42
2.3
Potwierdzenie wprowadzenia kokpitu
0,51
2.4
Skręcanie kokpitu za pomocą manipulatora
0,24
2.5
Wyprowadzenie manipulatora
0,21
2.6
Wklejenie wydruku WBK (do karty pojazdu)
0,16
Suma:
3,19
Źródło: opracowanie na podstawie badań wykonanych pomiarów chronometrażowych [2]
Stanowisko nr 1 (operacja nr 1)
Przygotowanie i kompletacja deski
rozdzielczej
1.1
1.2
1.3
Stanowisko 2 (operacja nr 2)
Montaż deski rozdzielczej do nadwozia
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Rys. 2. Graf kolejności operacji i zabiegów podczas montażu deski rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego; numery operacji zgodne z tab. 1 (opracowanie własne)
12
3/2009
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
Transporter nadwozi samochodowych
Nadwozia
samochodu osobowo-dostawczego
Stanowisko montażu deski rozdzielczej do nadwozia samochodu
Kolejne stanowiska montażu końcowego samochodu osobowo-dostawczego
…
Deski rozdzielcze
Transporter desek rozdzielczych
Rys. 3. Schemat organizacyjny stanowiska montażu deski rozdzielczej do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego na linii montażu
końcowego
a)
b)
wobec aktualnej wydajności wynoszącej 1644 szt. Spowodowane jest to między innymi ruchami jałowymi manipulatora (powrotnymi), co powoduje wydłużenie całkowitego czasu transportu międzystanowiskowego w stosunku
do wariantu I realizowanego aktualnie w sposób manualny przez dwóch pracowników. Analizę czasu pracy manipulatora w założonym okresie (3 zmiany przez 7 dni,
10 080 min) przedstawiono na rys. 5. Ponowne uzyskanie
poziomu liczby montowanych kokpitów do nadwozia samochodu będzie możliwe po zastosowaniu kolejnego manipulatora lub w mniejszym stopniu poprzez zwiększenie
prędkości jego ruchów, co jednocześnie może spowodować wzrost kosztów potencjalnej inwestycji.
Wyniki z przeprowadzonych analiz według opracowanych wariantów organizacyjnych przedstawiono w tabeli 2
oraz na rys. 6.
Obciążenie manipulatora [%]
Oczekiwanie
24%
Ruch roboczy
38%
Rys. 4. Modele symulacyjne gniazda montażu kokpitów do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego według wariantu I (a)
i wariantu II (b) opracowane w programie ShowFlow_v4
Z przeprowadzonych badań symulacyjnych wynika, że
wykorzystanie manipulatora transportowego zwiększa
czas transportu międzyoperacyjnego, powodując zmniejszenie całkowitej liczby zamontowanych desek rozdzielczych (kokpitów) do nadwozi samochodów, tj. 1363 szt.
13
Ruch jałowy
38%
Rys. 5. Udziały poszczególnych ruchów w ciągu zmiany pracy
manipulatora przenoszącego deski rozdzielcze do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego na linii montażu końcowego
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
3/2009
Rys. 6. Przykładowy raport wyników symulacji pracy gniazda montażu desek rozdzielczych do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego dla wariantu organizacyjnego nr II (rys. 4b)
Tabela 2. Wyniki symulacji niektórych parametrów pracy wybranych wariantów organizacyjnych gniazda montażu desek rozdzielczych
do nadwozia samochodu osobowo-dostawczego
Nr wariantu organizacyjnego gniazda montażowego deski rozdzielczej
I
II
Liczba desek rozdzielczych wprowadzonych
do gniazda
[szt.]
1663
1383
Liczba nadwozi samochodowych wprowadzonych do
gniazda
[szt.]
1663
1382
Liczba zamontowanych
desek rozdzielczych do
nadwozia samochodu
[szt.]
1644
1363
Źródło: opracowanie własne na podstawie wykonanych badań symulacyjnych z wykorzystaniem programu FlexSim_v4
PODSUMOWANIE
Przedmiotem opisywanych badań było uzyskanie odpowiedzi dotyczącej celowości planowanej modernizacji
linii montażowej (wzrostu wydajności) polegającej na zastosowaniu nowoczesnych środków transportu międzystanowiskowego z wykorzystaniem badań symulacyjnych.
Przeprowadzone i przedstawione w pracy wybrane
wyniki badań symulacyjnych wykazały, że opracowany
model symulacyjny gniazda montażu kokpitów do nadwozi samochodów osobowo-dostawczych, tj. wariant I,
odpowiada rzeczywistym warunkom produkcyjnym. Z badań symulacyjnych wariantu II wynika natomiast, że nie
jest celowe wprowadzenie mechanizacji operacji transportu międzystanowiskowego, ponieważ (przy przyjętych
założeniach: 1 manipulator) spowoduje to wydłużenie całkowitego czasu manipulacji i w konsekwencji zmniejszenie liczby zamontowanych kokpitów do nadwozia samochodu. Poprawa wydajności wymagałaby zmian w organizacji gniazda poprzez zastosowanie drugiego manipulatora i stanowiska do przygotowania (podmontażu deski
rozdzielczej), co może być tematem dalszych badań.
Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2007  2010 jako projekt badawczy.
LITERATURA
1.
2.
3.
4.
5.
Dokumentacja programu FlexSim firmy Flexsim Simulation Software Products Inc.
Raport z badań prowadzonych w ramach działalności
statutowej  DS 22495/08  ZPTIMt PP  materiały
niepublikowane.
Sawik T.: Planowanie i sterowanie produkcji w elastycznych systemach produkcyjnych. WNT, Warszawa 1996.
Zdanowicz R.: Modelowanie i symulacja procesów
wytwarzania. WPŚ, Gliwice 2002.
Lonkwic P.: Linie produkcyjne – nowoczesne systemy
produkcji. Design News Polska, nr 5, Warszawa 2008, s. 54  58.
____________________
Dr inż. Olaf Ciszak jest pracownikiem Zakładu Projektowania Technologii Instytutu Technologii Mechanicznej Politechniki Poznańskiej, e-mail: [email protected]
14