Vo firmách a ich existujúcich výrobných systémoch je často potrebné realizovať rôzne zmeny, hlavne v dnešnej dynamickej dobe. Tieto zmeny súvisia so zmenou organizácie práce, s novými strojmi a zariadeniami, novými alebo inovovanými výrobkami a pod. Aby firmy boli pripravené na tieto zmeny, snažia sa zistiť, ako sa ich výrobný systém bude správať, ak nastanú.

Na tento účel sa využívajú rôzne výpočty, predpovede (forecasty). Okrem výpočtu je možné použiť aj dynamickú simuláciu výrobného systému, ktorá poskytne viac možností a scenárov zmien, vrátane výsledkov, ako statické prepočty. Jeden taký príklad uvádzame v tomto článku.

Popis výrobného systému a očakávaných zmien

Vo výrobnom systém sa produkty vyrábajú na Linke T naraz v počte dva kusy, ktoré sa po vyrobení ukladajú na paletu. Následne je paleta s produktmi prevezená do medziskladu. Z medziskladu sú produkty dovezené na palete pred Robot 2, na ktorom sa ďalej spracúvajú. Medzisklad je zaradený do tohto systému, pretože Linka T vyrába výrobky aj pre iné zariadenia a kapacitou prevyšuje Robot 2. Schéma tohto systému je na obr. č. 1.

obr1

Firma očakáva výrazný nárast výroby a vzniká niekoľko otázok: Za aký čas Linka T zvládne vyrobiť plánovaný počet výrobkov (aká bude postačujúca zmennosť)? Zvládne Robot 2 vyrobiť všetky výrobky z linky? Aký má byť minimálny počet paliet, aby bol Robot 2 vyťažený a vyrobil plánované množstvo výrobkov, ale aby Linka T mohla vyrábať aj iné výrobky?

Ciele projektu a vstupné údaje pre simuláciu

Ako sme už spomínali, na vyriešenie daných otázok je vhodné použiť simuláciu. Cieľ simulačného projektu bude presimulovať očakávaný výrobný plán a pomocou simulačných experimentov zistiť:

- potrebnú zmennosť Linky T tak, aby bol Robot 2 maximálne vyťažený a celkový výkon výrobného systému bol čo najvyšší,

- zistiť minimálny potrebný počet paliet, aby bol Robot 2 vyťažený, ale nevznikala zbytočná rozpracovaná výroba a tým obsadenie skladu.

Základným vstupným údajom pre simuláciu je technologický postup. Na Linke T sa vyrobia jednotlivé produkty v dvoch kusoch (dvojička) naraz za cyklový čas pre určitý produkt. Následne sa tieto kusy uložia na paletu v počte 24 dvojičiek. Paleta je prevezená do medziskladu s kapacitou 48 paliet, kde čaká na spracovanie. Pokiaľ je možnosť spracovania produktov na Robote 2, paleta je k nemu z medziskladu privezená na spracovanie, kde sa produkty spracúvajú po jednom za určitý cyklový čas pre daný produkt. Potom odchádza produkt zo simulovanej časti systému. Detailné informácie o cyklových časoch pre daný stroj a produkt, o zoraďovacích časoch na strojoch, ako aj údaje o poruchách strojov, o počte kusov na paletu, kapacite skladu a podobne sú uvedené v tabuľke č. 1.

tab1

Okrem technologického postupu výroby je potrebné stanoviť výrobný plán. Keďže uvedené produkty sú nové, ktoré sa ešte len budú vyrábať, je výrobný plán stanovený ako predpoveď dennej spotreby jednotlivých produktov od zákazníka. Následne je táto denná spotreba prepočítaná na dvojtýždenný výrobný plán pre šesť pracovných dní v týždni z toho dôvodu, že firma musí na Linke T vyrábať väčšie dávky nielen vzhľadom na pretypovanie zariadenia, ale aj na súvisiace technologické obmedzenia. Následne je dvojtýždenná spotreba (dávka) navýšená o osem percent na odpad, ktorý sa pri spracovaní produkuje. Ďalší prepočet, ktorý bol realizovaný, vychádza z toho, že je potrebné do simulácie zadať počet kusov, ktorý bude na palete. Preto je v tab. č. 2 uvedený aj prepočet dávky na počet paliet jednotlivých dielov a následné zaokrúhlenie počtu paliet, ktoré bude potrebné vyrobiť v príslušnom počte kusov daných dielov. Po prenásobení počtom kusov vzniká potrebný počet výrobkov, ktoré sa majú vyrobiť za  dva týždne. Pri väčších výrobkoch sa dávka rozdelí na dve časti – požiadavka firmy. To znamená, že pri väčšom počte výrobkov pôjdu výrobky v dvoch dávkach za dva týždne, pri menšom počte výrobkov pôjdu v jednej dávke za dva týždne. V tab. č. 2 je uvedené aj poradie výrobkov a celý výpočet výrobného plánu.

tab2

Stavba simulačného modelu

Na základe vstupných dát je možné vytvoriť simulačný model. Na obr. č. 2 je ukážka priamo zo simulačného programu. Ako vidieť z obrázka, simulačný model presne zodpovedá uvedenej schéme a je zhodný s reálnym výrobným systémom. Dnešné simulačné programy umožňujú už aj 3D zobrazenie, ktoré je názornejšie pre predstavivosť a prezentáciu výsledkov. Samozrejme, že 3D modely zariadení je potrebné nakresliť.

obr2

Simulačné experimenty a ich výsledky

Optimalizácia zmennosti

Prvý variant (experiment) bude realizovaný presne podľa vstupných dát. Linka T aj Robot 2 budú vyrábať počas troch zmien a päť dní v týždni – navrhované firmou. Stroje dokonca môžu bežať bez prestávok pre pracovníkov, pretože sa využíva striedanie a „zaskakovači.“ Okrem toho je dodržané zoraďovanie a poruchovosť. Na grafe č. 1 vidno požadovaný počet výrobkov a vyrobený počet výrobkov pri tomto variante. Z grafu č. 1 vyplýva, že sa týmto spôsobom nepodarilo vyrobiť všetky výrobky. Graf č. 2 ukazuje, že Linka T stíha vyrobiť všetky výrobky a je blokovaná Robotom 2 pretože sklad je úplne zaplnený. Robot 2 je v tomto prípade úzkym miestom a nestíha vyrobiť danú produkciu. Jeho vyťaženie je blízko 80 percent, ale jeho kapacitu vyčerpávajú hlavne poruchy a čiastočne aj zoraďovanie.

graf1

Samozrejme, tu sa ako prvé riešenie ponúka zníženie poruchovosti, čo bolo, samozrejme, aj odporúčaním autora pre firmu. Firma však aj ďalej chcela za daných podmienok preveriť postačujúcu zmennosť Linky T, aby vyrobila dostatočnú zásobu pre Robot 2, aby mohol pracovať nepretržite.

Vzhľadom na to, že sa nevyrobil potrebný počet produktov, variant 2 bude so zvýšeným počtom dní za týždeň o jeden, to znamená, že počet pracovných dní v týždni bude šesť (ako firma predpokladala). Výsledky výkonu systému a využitia zariadení sú na grafe č. 3 a 4.

graf3

Tento výkon výrobného systému už viac zodpovedá požadovanému počtu dielov. Firma zhodnotila, že takýto stav výkonu výrobného systému je postačujúci, keďže plánuje pracovať na tri zmeny, šesť dní v týždni na Robote 2. Samozrejme, že sa požadovaný výkon úplne nedosiahne, pokiaľ sa nezníži poruchovosť Robota 2, prípadne sa inak nezvýši jeho kapacita (ďalšia zmena, alebo časť zmeny), čo bude už úloha pre pracovníkov firmy. Ďalej si na grafoch vyťaženia možno všimnúť, že Linka T je skoro polovicu času blokovaná Robotom 2 cez medzisklad, ktorý je neustále plný. Je to vidieť aj z jednotlivých cyklových časov, ktoré sú na Linke T skoro 4-krát kratšie. Preto sa ďalšia optimalizácia zmennosti bude zaoberať tým, akú zmennosť má mať Linka T, aby nepracovala na všetky tri zmeny a bola voľná pre inú výrobu, ale zároveň stíhala zásobovať Robot 2 cez medzisklad.

Ďalšie varianty (V3 – V5) sa venujú nájdeniu vhodnej zmennosti pre Linku T. V tabuľke č. 3 sú uvedené všetky varianty pre hľadanie zmennosti linky T za dodržania výkonu.

tab3

Jednotlivé varianty 1 – 5 boli presimulované a graf č. 5 uvádza porovnanie výkonu systému. Samozrejme, že Robot 2 pracuje stále na tri zmeny, ale zmennosť linky T sa mení. Ako vidieť z grafu, v prípade, že sa zmennosť linky T znížila na dve, bol výkon linky postačujúci pre naplnenie medziskladu a zásobovanie Robota 2 počas zmeny, keď linka nepracovala. Ak sa však znížila zmennosť tak, že linka pracovala iba na jednu zmenu, výkon systému sa už znížil výrazne a zásoba z linky T v medzisklade bola nedostačujúca pre zásobovanie Robota 2 na všetky tri zmeny. Pri variante 5 sa tento stav zlepšil, a teda môžeme konštatovať, že práca Linky T pri zmennosti 1,5 zmeny je pre výrobu daných produktov postačujúca. Nevyrobené produkty P3 oproti plánu je možné realizovať už len zvýšením kapacity Robota 2 (moje odporúčanie je najmä cez zníženie poruchovosti).

graf5

Optimalizácia počtu paliet

Ďalšou úlohu a cieľom projektu bolo zistiť, aký je potrebný počet paliet na okruh medzi Linkou T, medziskladom a Robotom 2. V predchádzajúcich variantoch bol, samozrejme, počet paliet maximálny, zodpovedajúci počtu 50 kusov, aby bolo možné plne vyťažiť Robot 2 cez medzisklad, ktorý má kapacitu 48 paletových miest. Ďalšia paleta je pri Linke T a jedna pri Robote 2. Bolo to hlavne z toho dôvodu, aby obmedzený počet paliet nevyvolával efekt blokovania llinky T.

Na zistenie toho, či je požadovaný počet paliet dostatočný, veľký alebo malý, je možné použiť výsledky z variantu č. 5. Veľmi pekne vidieť potrebu paliet na grafe obsadenia medziskladu (graf č. 6).

graf6

Vzhľadom na dostatočný počet paliet (50 kusov) vo variante č. 5 je na grafe zreteľne vidieť, že sklad sa po určitom čase naplní a je stále dopĺňaný Linkou T na maximum. Zásoba po zhruba 30 kusov paliet sa nemení, mení sa len od 30 do 48. Preto navrhujem ďalší experiment s 18 paletami.

Ďalšie optimalizačné varianty sú zhrnuté v tabuľke č. 4. Samozrejme, že počet paliet sa bude znižovať a výsledným kontrolovaným parametrom bude výkon systému, ktorý sa nesmie znížiť, oproti variantu 5, kde bolo dostatok paliet.

tab4

Graf č. 7 uvádza porovnanie výkonu systému pre jednotlivé simulované diely s rôznym počtom paliet voči požadovanému výkonu od zákazníka. Ako vidieť z grafu, pri počte 15 paliet je výkon taký, ako pri variante 5, kde je nesplnenie požadovaného výkonu zapríčinené iba kapacitou úzkeho miesta (-633 kusov) a počet paliet bol dostatočný. Pri ďalšom znížení počtu paliet na 14 sa už výkon znižuje oproti variantu 5. To znamená, že minimálny počet paliet pre tento výrobný systém je 15.

graf7

Pre lepšiu predstavivosť dynamického vývoja obsadenia medziskladu pri počte paliet 15, uvádzame ešte graf č. 8, ktorý znázorňuje pohyb paliet v sklade.

graf8

Záver

Optimálna zmennosť pre daný výrobný systém (s uvedeným technologickým postupom a výrobným plánom) je taký, že Linka T bude vyrábať uvedené produkty iba 1,5 zmeny každý deň, tým pádom bude mať aj možnosť výroby iných produktov, ktoré sú spracovávané na iných zariadeniach. Robot 2 bude vyrábať nepretržite 24 hodín denne, šesť dní v týždni (samozrejme, so zoraďovaním, uvedenými poruchami a pod.). Optimálny počet paliet je 15. S týmto počtom dokáže systém pracovať.

Z praktického hľadiska je vhodné pre tento systém hlavne znížiť poruchovosť Robota 2, pretože je to úzke miesto a jeho kapacita sa tým zvýši a bude možné vyrobiť všetky diely za šesť dní v týždni. Na tento účel je možné použiť nástroje ako TPM, Autonómna údržba. Tiež je možné realizovať metodiku SMED na zníženie času zoraďovania. Okrem týchto hlavných odporúčaní navrhujeme zvýšiť počet paliet o jednu, príp. dve, aby bola určitá rezerva, ktorá bude slúžiť ako náhrada v prípade použitia palety na iný účel (napr. potreba uskladnenia vzoriek, nemožnosť použiť paletu z dôvodu poškodenia a pod.). V prípade, že by nebola takáto rezerva paliet, tak aj malý výpadok palety by mohol spôsobiť blokovanie systému, prestoje zariadení a tým zníženie výkonu.

Pri uvedenej optimalizácii zmennosti a počtu paliet netreba asi veľa hovoriť o finančnom prínose. Len jednoducho spomenieme, že firma chcela kúpiť 30 paliet na tento účel, ktoré sú vyrábané iba pre nich, čo znamená, že cena nie je najnižšia. Po simulácii vie presne, koľko paliet naozaj bude potrebovať a aká je úspora. Okrem toho boli nejasnosti v tom, či Robot 2 stihne všetko vyrobiť, koľko musí Linka T vyrábať, aby stihla vyrobiť dostatok uvedených nových produktov do zásoby pre Robot 2 a pod. Len si predstavme, že by sa simulácia neuskutočnila ešte v tejto prípravnej fáze a uvedené výrobky by nabehli do existujúcej výroby. Asi ani nemusíme hovoriť, že by nikto nevedel, čo má vyrábať, ako dlho, aký počet kusov, kedy starú výrobu, kedy novú, produkty by meškali k zákazníkovi a pod. Takto firma presne vie, koľko sa má venovať novej výrobe a koľko starej. Okrem toho simulácia poukázala na úzke miesto a možnosti jeho riešenia. Firma považovala tento projekt za veľmi prínosný, keďže už o niekoľko mesiacov majú nabiehať nové produkty.

 

TEXT/FOTO Ing. Ján Burieta, PhD.