titAnalýza zhlukov (cluster analysis, CLU) je vhodným nástrojom pri riešení segmentácie výroby. Zaraďuje sa medzi projektantské metódy, pomocou ktorých sa rozčleňuje a usporadúva množina neusporiadaných objektov na základe ich podobností.

 

Táto analýza najčastejšie vychádza z dvoj a viacrozmerného dátového súboru; najčastejšie sú to matice typu N x P, pričom N je počet objektov (súčiastok) a P je počet znakov (strojov). Základným nástrojom tejto metódy je zhlukovanie.  Zhlukovanie je proces, pri ktorom sa klasifikujú objekty do rôznych skupín, resp. zhlukov tak, že objekty priradené jednej skupine, sú si maximálne podobné a s objektmi z ďalších skupín sú si minimálne podobné.

Pri aplikácií analýzy zhlukov existuje niekoľko používaných procedúr. Voľba použitia vhodnej procedúry závisí najmä od stanovenej úlohy. Jednotlivé procedúry sa navzájom líšia v použitých koeficientoch asociácie (Sokalov-Michenerov, Russelov-Raov, Jaccardov, atd.) a v metóde, na základe ktorej sa vykonáva proces segmentácie. Medzi najpoužívanejšie algoritmické metódy patria [29]:

obr1

 

Softvérové aplikovanie analýzy zhlukov

Softvérová aplikácia využíva metódu „Rank Order Clustering Algorithm“. Táto metóda zoskupuje súčiastky do segmentov podľa ich podobností z priebehu výroby, čo býva chápané ako jedno z najdôležitejších kritérií. Výhodou je použiteľnosť aj v prípade, ak nemáme k dispozícii výkresovú dokumentáciu súčiastky alebo ani súčiastku samotnú. Je možné zároveň spracovať veľké množstvo údajov v krátkom čase. Vybraná metóda sa využíva pri zmene usporiadania pracovísk vo výrobe vtedy, keď chceme zabezpečiť bunkové usporiadanie. Využiť sa môže aj pri zmene vyrábaného sortimentu alebo pri zmene objemu výroby.

obr2

 

Systém umožňuje nastaviť počet strojov a počet vyrábaných súčiastok. Potom vytvorí tabuľku (obr.2), do ktorej používateľ zadáva technologický postup výroby. Číselná hodnota 1 reprezentuje, že daná súčiastka (riadok) sa bude vyrábať na danom stroji (stĺpec). V tejto metóde pritom na časovom postupe výroby nezáleží. Po zadelení celej výroby do tabuľky si systém automaticky dosadí hodnotu 0 do ostatných polí v tabuľke. Takto môžu všetky riadky a stĺpce byť v tabuľke reprezentované ako binárne hodnoty. Jednotlivé binárne hodnoty sa potom transformujú z binárnej sústavy na sústavu dekadickú a dochádza k ich zostupnému usporiadaniu. Docieli sa tým zoskupenie číslic, ktoré majú medzi sebou najmenší hodnotový rozdiel.

obr3

 

Postup činnosti algoritmu znázorňuje vývojový diagram (obr. 5).

obr5

 

Systém rieši vývojový algoritmus (obr. 5) na pozadí používateľského okna. Do používateľského okna používateľ zadáva:

• Kvantitatívny návrh vstupných údajov (počet pracovísk a vyrábaných súčiastok);

• Zápis vstupnej produkčnej matice;

• Spôsob segmentácie (podľa súčiastkovej základne, podľa strojovej základne, automatický výpočet);

Po potvrdení správnosti údajov a uskutočnení výpočtu sa zobrazí vo výsledku tabuľka, ktorá farebne znázorňuje zhluky vo výrobe.

 

Po zadaní technologického postupu výroby sa vo vytvorenom softvéri zvolí typ usporiadania. Na výber sú tieto možnosti:

• Zhlukovanie súčiastok – zoskupujú sa jednotlivé riadky z tabuľky (súčiastková segmentácia).

• Zhlukovanie strojov – zoskupujú sa jednotlivé stĺpce z tabuľky (strojová segmentácia).

• Automatický výpočet – postupne sa strieda riadková segmentácia so stĺpcovou, kým sa nové riešenie nelíši od toho pôvodného. Vtedy sa celý cyklus zastaví a riešenie sa vypíše do tabuľky.

Pri automatickom výpočte sa systém pomocou iterácie výsledkov dopracováva až ku konečnému usporiadaniu. Preto ak používateľ chce dostať optimalizované usporiadanie, mal by voliť túto možnosť.

obr6

Na základe farebnej vizualizácie výslednej tabuľky sa používateľ dokáže rozhodnúť, ktoré pracoviská priradí k sebe do jednotlivých výrobných buniek. Používateľ taktiež vie veľmi rýchlo priradiť vyrábané súčiastky k jednotlivým  výrobným bunkám.

Z daného vyhodnotenia vychádza optimálne zoskupenie nasledovne:

1. Bunka

• Stroje: Stroj 3, Stroj 1, Stroj 2

• Vyrábané súčiastky: Part 6, Part 4, Part 2

2. Bunka

• Stroje: Stroj 6, Stroj 8, Stroj 7

• Vyrábané súčiastky: Part 3, Part 1

3. Bunka

• Stroje: Stroj 9, Stroj 10, Stroj 11

• Vyrábané súčiastky: Part 7, Part 5

obr7

Z riešenia je zrejmé, že na stroji č. 5 sa žiadna súčiastka nebude vyrábať, a preto sa nedá určiť, do ktorej bunky sa má priradiť. Preto sa používateľ môže rozhodnúť napr. na základe dispozície výrobnej haly, kde sa tento stroj umiestni. Takto vytvorená segmentácia je pomocným nástrojom pri rozhodovaní sa, najmä ak sa projektuje výroba pri veľkom počte výrobkov. V mnohých súčasných podnikoch je variabilita výroby veľmi vysoká a preto takýto systém nachádza vysoké uplatnenie.

 

Článok vznikol s podporou projektu VEGA MŠVVaŠ SR 1/1056/12 Výskum progresívnych metód a prostriedkov v automatizácii výroby.

 

 

Literatúra:

[1] TREBUŇA, P.; BÉREŠ, M.: Klasifikácia metód zhlukovania a oblasti ich využitia 2010. In: Transfer inovácií. - ISSN 1337-7094. - Č. 16 (2010), s. 31-34

[2] KOŠTURIAK, J.: Clustrová analýza.[online]. [cit.2014-2-15] Dostupné na internete: http://www.ipaslovakia.sk/sk/ipa-slovnik/clustrova-analyza

[3] GREGOROVÁ, V.: Zhluková analýza v systémoch Statistica a Matlab. Diplomová práca. 2008

 

TEXT/FOTO Ing. Martin Komák, doc. Ing. Marián Králik, CSc., Ústav výrobných systémov, environmentálnej techniky a manažmentu kvality, Strojnícka fakulta STU, Bratislava