Simulačné modely vo výrobnom procese

Simulácia výrazne napomáha pri plánovaní, riadení a kon­tinuálnom zlepšovaní výrobných procesov, je význam­ným pomocníkom pri zvyšovaní ich produktivity, efektivi­ty a flexibility. Práve flexibilita, v reagovaní na neustále sa meniace požiadavky zákazníkov v podmienkach globálnych trhov, sa stáva výhodou pre podniky používajúce vyspelé technológie.

Využitie simulačného modelu v konkrétnom výrobnom procese

Vytváranie simulačného modelu má určitú postupnosť, ktorou sa tre­ba riadiť. Najskôr treba vytvoriť jednoduchú verziu modelu, otestovať jeho funkčnosť a správnosť a postupne dopĺňať ďalšie detaily. V prvej fáze je vhodné sústrediť sa iba na pracoviská a tok výrobkov cez sys­tém bez toho, aby sa v modeli vytváral detailný dopravný systém a ďalšie prvky. Až po overení funkčnosti modelu sa pristupuje k do­pracovaniu efektných grafických efektov pre animáciu, k doplneniu špecifických výstupných štatistík, prepájaniu na podnikový informač­ný systém a podobne.

Na získanie parametrov a informácií o sledovanej výrobnej linke a overenie zvýšenia výkonnosti po jej inovácií bola použitá skúšob­ná verzia simulačného programu Flexsim. Oproti platenej verzii má však niekoľko obmedzení, pričom jedným z nich je možnosť vytvoriť simulačný model len z 20 objektov. Základom zostavovania simulač­ného modelu konkrétnej linky bolo dispozičné riešenie. Do modelu boli zahrnuté len tie stroje a zariadenia, ktorými materiál počas spra­covávania reálne prechádza.

Pri súčasnom usporiadaní linky je 5 strojov obsluhovaných 4 pra­covníkmi. Maximálne množstvo výrobkov vyrobených za 7,5 hodi­novú pracovnú zmenu je 518 ks. Pri trojzmennej prevádzke to pred­stavuje dennú produkciu 1 555 ks. Cieľom bolo navrhnúť spôsob zvýšenia výrobnej kapacity linky bez výmeny strojového vybavenia a pri minimálnych investičných nákladoch, navrhované zmeny po­rovnať a vyhodnotiť s aktuálnym stavom prostredníctvom simu­lačného programu.

Podstata spočívala vo zvýšení výkonu úzkeho miesta vo výrobe. Za úzke miesto sa považuje zariadenie, ktoré má najmenšiu pravdepo­dobnosť prerušenia v činnosti ostatnými zariadeniami a pritom naj­viac ovplyvňuje celkový prietok systému.

Zostavenie simulačného modelu výrobnej linky

Úzkym miestom danej výrobnej linky sú obrábacie stroje SASS2 s výrobnou kapacitou 73 ks/hod a STEMUT s výrobnou kapaci­tou 76 ks/hod. Kvôli zvýšeniu výrobnej kapacity celej linky bolo navrhnuté, aby operátorov na pozíciách obsluhy strojov SASS2 a STEMUT/SASS3 nahradili manipulačné roboty. Opracovanie obrobku zabezpečí obrábací stroj, odobratie opracovaného po­lotovaru, naloženie nového polotovaru a jeho upnutie zabez­pečí robot. V prípade potreby medzioperačnej kontroly roz­merov robot uloží obrobok do meracieho prípravku, z ktorého získa informáciu o dodržaní, prípadne nedodržaní rozmerových tolerancií.

Kvôli štatistickému porovnaniu boli vytvorené dva varianty výrob­nej linky:

Variant č. 1 – model simuluje výrobnú linku s aktuálnym obsade­ním pozícií obsluhy obrábacích strojov SASS2, STEMUT a SASS3 operátormi.

Variant č. 2 – model simuluje výrobnú linku, v ktorej obrábací stroj SASS2 obsluhuje manipulačný robot 1 a obrábacie stroje STEMUT a SASS3 obsluhuje jeden manipulačný robot 2.

Výsledky získané prostredníctvom simulácie

V priebehu simulácie Flexsim automaticky zhromažďuje základné štatistické informácie o objektoch v modeli. Tieto informácie zahŕ­ňajú vstupy a výstupy položiek, trvanie jednotlivých stavov objektov, atď. Program možno nakonfigurovať tak, aby zozbieral detailnejšie in­formácie pre podrobnejšiu štatistiku. Informácie sú následne analyzo­vané v aplikácii Flexsim Chart.

Postupným prehraním simulácie oboch variantov č. 1 a č. 2 program Flexsim zozbieral množstvo informácií a údajov. Po skončení simulá­cie boli z vybraných údajov vytvorené tabuľky a jednotlivé paramet­re sa navzájom porovnali.

Pri usporiadaní podľa variantu č. 1 dokázala výrobná linka za 24 ho­dín vyprodukovať 1 555 kusov výrobkov. Pri usporiadaní podľa va­riantu č. 2 dokázala vyprodukovať 1 767 kusov výrobkov, čo predsta­vuje nárast o 13,63 %. V absolútnom vyčíslení to predstavuje nárast produkcie o 212 kusov za deň.

Podľa údajov získaných simuláciou sa vyťaženosť obrábacích stro­jov s najnižším taktom výroby zvýšila pri obrábacom stroji SASS2 zo 79,48 % na 90,30 % čo predstavuje nárast o 10,82 %. Vyťaženosť obrá­bacieho stroja STEMUT sa zvýšila zo 75,76 % na 89,10 %, čo predsta­vuje nárast o 10,34 %.

Aj napriek obmedzeniu v počte možných použitých objektov, vyplý­vajúcich z použitia skúšobnej verzie programu, sa simulačný program Flexsim ukázal ako veľmi efektívny nástroj na overovanie navrhova­ných zmien na výrobnej linke. Samotný priebeh simulačného experi­mentu nijako nenarušil reálnu výrobu v danom podniku. Práve nao­pak, umožnil veľmi efektívnou a nenákladnou formou porovnať dva rôzne varianty riešení. Poskytol tak dostatok objektívnych informá­cií pre ďalšie rozhodnutia manažmentu v oblasti investovania a ďal­šieho rozvoja podniku. Vytvorený simulačný model výrobnej linky môže manažérom do budúcnosti poslúžiť ako efektívna pomôcka pri plánovaní, riadení a organizácii výroby, ako aj pri overovaní navr­hovaných zmien a správnosti rozhodnutí. S použitím platenej verzie programu je možné vytvoriť virtuálne modely aj ďalších výrobných li­niek v danom podniku a ich vzájomným prepojením simulovať vý­robné toky na úrovni celého podniku, teda vytvoriť kompletný di­gitálny podnik. Takto vytvorený digitálny model umožní sledovať, riadiť alebo plánovať tok materiálu a informácií v celom výrobnom podniku.

Záver

Používanie simulácie ako podporného prostriedku rozhodovania ma­nažmentu je možné považovať do budúcnosti za veľmi perspektívne. K lepšej predstave a pochopeniu prispievajú prostriedky virtuálnej re­ality, ktoré zahŕňajú 3D okuliare, imerzívne systémy, dátové rukavice, systémy rozširujúce realitu (powerwall, holobench, workbench, holo­space a pod.) a projekčné systémy CAVE (Computer assisted virtu­al environments). Na trhu je dnes dostatok simulačných programov pre všetky typy manažérskych úrovní, od najnižších – operatívnych až po strategickú úroveň. Neustále zvyšovanie výkonu hardvérových prostriedkov a zároveň znižovanie ich ceny umožňujú sprístupniť tie­to systémy aj malým a stredným podnikom.

TEXT/FOTO: Ing. Andrea Krauszová, PhD., SjF KPIaM, TU Košice

Príspevok bol vypracovaný v rámci grantového projektu VEGA 1/0102/11 Metódy a techniky experimentálneho modelovania vnútropodnikových vý­robných a nevýrobných procesov.