Uporaba digitalnega dvojčka za optimiranje proizvodnega in logističnega procesa polnjenja steklenic

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Uporaba digitalnega dvojčka za optimiranje proizvodnega in logističnega procesa polnjenja

steklenic

Zaključna naloga Razvojno raziskovalnega programa I. stopnje Strojništvo

Filip Jure Vuzem

Ljubljana, julij 2021

(2)

(3)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Uporaba digitalnega dvojčka za optimiranje proizvodnega in logističnega procesa polnjenja

steklenic

Zaključna naloga Razvojno raziskovalnega programa I. stopnje Strojništvo

Filip Jure Vuzem

Mentor: doc. dr. Marko Šimic

Ljubljana, julij 2021

(4)

(5)

Zahvala

Zahvaljujem se doc. dr. Marku Šimicu za pomoč in vodenje pri izdelavi zaključne naloge in strokovno mentorstvo. Zahvaljujem se tudi asistentu Roku Živcu za pomoč in nasvete pri uporabi programskega orodja Visual Components in izdelavi simulacije. Prav tako pa se zahvaljujem moji družini za moralno podporo in pomoč v času študija.

(6)

vi

(7)

Izvleček

UDK 658.527:004.94:681.5(043.2) Tek. štev.: UN I/1497

Uporaba digitalnega dvojčka za optimiziranje proizvodnega in logističnega procesa polnjenja steklenic

Filip Jure Vuzem

Ključne besede: optimizacija s simulacijo uporaba digitalnih dvojčkov diskretna simulacija

Visual Components avtomatizacija

Zaključna naloga obravnava optimizacijo proizvodnega in logističnega procesa polnjenja steklenic. V zadnjem času se vse pogosteje uporablja simulacijo pri optimizaciji proizvodnih procesov, predvsem diskretno simulacijo. Simulacije namreč omogočajo hiter in zanesljiv pregled možnih optimizacij ali sprememb v proizvodnih in logističnih procesih. V nalogi smo uporabili diskretno simulacijo za optimiziranje logističnega in proizvodnega procesa polnilne linije. Cilj optimizacije je bil avtomatizirati polnilno linijo in s tem povečati kapaciteto polnilne linije, izboljšati zanesljivost in kakovost polnjenja steklenic ter zmanjšati število delavcev na liniji. V prvem delu zaključne naloge so popisane teoretične osnove in podrobneje analiziran obstoječi proces polnjenja steklenic. V drugem delu naloge je zasnovana avtomatizirana polnilna linija, vključno z avtomatiziranim logističnim procesom dostave praznih steklenic na polnilno linijo ter odvozom polnih steklenic v skladišče. Za optimizacijo parametrov novo zasnovane polnilne linije smo uporabili simulacijski pristop s programskim orodjem Visual Components, v katerem smo izdelali digitalni dvojček realnega proizvodnega procesa in ga optimizirali. Z optimizacijo smo dosegli skrajšanje časa delovnega cikla polnilne linije in povečanje njene kapacitete za več kot 250% ter zmanjšanje števila delavcev na polnilni liniji za več kot 90%.

(8)

viii

Abstract

UDC 658.527:004.94:681.5(043.2) No.: UN I/1497

Optimisation of production and logistics process of bottling using a digital twin

Filip Jure Vuzem

Key words: optimisation using simulation usage of a digital twin

discret simulation Visual Components automation

This thesis deals with the optimization of the production and logistics process of bottling. In recent times, use of simulation has seen increases in the optimization of production processes, especially discrete simulation. This has happened due to simulations enabling a quick and reliable overview of possible optimizations or changes in these processes. In the thesis we used a discret simulation to optimise the logistics and production process of a bottling line. The goal of the optimization was to automate the bottling line to increase it's capacity, improve the reliability and quality of bottling, and reduce the number of workers on the line. The first part of the thesis describes the theoretical foundations and analyzes, in- detail, the existing process of bottling. In the second part of the thesis, we designed an automated bottling line, including an automated logistic process of delivering empty bottles to the bottling line and transporting full bottles to the warehouse. To optimize the parameters of the newly-designed bottling line, we used a simulation approach using the Visual Components software, in which we created a digital twin of the real production process and optimized it. Using this optimization, we achieved a shortening of the working cycle of the bottling line and an increase in its capacity by more than 250%, as well as a reduction in the number of workers on the bottling line by more than 90%.

(9)

Kazalo

Kazalo slik ... x

Kazalo preglednic ... xi

Seznam uporabljenih okrajšav ... xii

1 Uvod ... 1

1.1 Ozadje problema ... 1

1.2 Cilji ... 1

2 Teoretične osnove in pregled literature ... 3

2.1 Simulacija – vmesni korak digitalnega dvojčka ... 3

2.2 Smeri razvoja industrije ... 4

2.2.1 Industrija 4.0 ... 4

2.2.2 Digitalni dvojček - primerjava s simulacijo ... 4

2.3 Programsko orodje Visual Components... 5

3 Metodologija raziskave ... 7

3.1 Popis obstoječega stanja ... 7

3.2 Optimizacija polnilne linije ... 9

3.3 Izdelava simulacijskega modela polnilne linije v programskem okolju Visual Components ... 12

4 Rezultati in diskusija ... 21

4.1 Izvajanje »kaj če« scenarijev ... 21

4.2 Diskusija o rezultatih optimizacije ... 23

5 Zaključki ... 25

Literatura ... 26

(10)

x

Kazalo slik

Slika 2.1: Shema poteka simulacije [3]. ... 3

Slika 2.2: Grafični vmesnik programskega orodja Visual Components. ... 6

Slika 3.1: Prostorska skica s skladišči in proizvodno polnilno linijo steklenic. ... 8

Slika 3.2: Struktura proizvodnega in logističnega procesa pred optimizacijo. ... 8

Slika 3.3: Prostorska skica nove polnile linije z logističnimi in delovnimi procesi. ... 10

Slika 3.4: Struktura proizvodnega in logističnega procesa po optimizaciji. ... 11

Slika 3.5: Prikaz optimizirane polnilne linije steklenic. ... 12

Slika 3.6: AMR – Avtonomni mobilni robot. ... 13

Slika 3.7: Lastnosti/parametri AMR. ... 13

Slika 3.8: Robotska roka Yaskawa G25 s prijemalom za steklenice. ... 14

Slika 3.9: Lastnosti robotske roke Yaskawa GP25. ... 14

Slika 3.10: Lastnosti prijemala. ... 14

Slika 3.11: Vrste transportnih trakov uporabljenih v simulaciji. ... 15

Slika 3.12: Osnovni parametri transportnih trakov. ... 15

Slika 3.13: Čistilna naprava. ... 16

Slika 3.14: Lastnosti/parametri čistilne naprave. ... 16

Slika 3.15: Polnilna naprava... 17

Slika 3.16: Parametri polnilne naprave. ... 17

Slika 3.17: Zapiralna naprava. ... 18

Slika 3.18: Parametri zapiralne naprave. ... 18

Slika 3.19: Naprava za etiketiranje. ... 19

Slika 3.20: Pomembni parametri naprave za etiketiranje. ... 19

Slika 3.21: Delovni proces in Delovna kontrola procesov. ... 20

Slika 3.22: Osnovni parametri v Delovnem procesu. ... 20

(11)

Kazalo preglednic

Preglednica 3.1: Delovne operacije obstoječega procesa polnjenja steklenic. ... 9

Preglednica 3.2: Delovne operacije optimiziranega procesa polnjenja steklenic. ... 11

Preglednica 4.1: Osnovne vrednosti parametrov. ... 22

Preglednica 4.2: Rezultati »kaj če« scenarijev. ... 23

Preglednica 4.3: Primerjava optimizirane polnilne linije z obstoječo polnilno linijo. ... 24

(12)

xii

Seznam uporabljenih okrajšav

Okrajšava Pomen

AGV Avtomatizirano vodeno vozilo (Ang.: Automated guided vehicle) AMR Avtonomni mobilni robot (Ang.: Autonomous mobile robot) API

CAD

Programski vmesnik (Ang.: Application programming interface) Računalniško podprto oblikovanje (Ang.: Computer aided design) DM

DO KO LO PPM

Delovno mesto Delovna operacija Kontrolna operacija Logistična operacija

Kosi na minuto (Ang.: Parts per minute)

TO Transportna operacija

2D Dvo-dimenzionalen model

3D Tro-dimenzionalen model

(13)

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

S pričetkom novega tisočletja, je svet začel prehajati v četrto industrijsko revolucijo, katere del je tudi industrija 4.0. Sistemi, ki so nekdaj temeljili na ročnem delu, sedaj vedno bolj prehajajo v avtomatizirane in robotizirane sisteme, podprte z digitalizacijo, ki omogoča tako imenovane kibernetsko fizične sisteme z vgrajeno inteligenco. Zaradi vse težje zadovoljivim potrebam kupcev po natančnosti, raznolikosti, hitrosti izdelave in obdelave ter masovni proizvodnji izdelkov, imajo podjetja vedno večje probleme, kako na najbolj enostaven in učinkovit način optimizirati proizvodne procese v smislu povečanja kapacitete in učinkovitosti delovanja. Te izzive rešujejo podjetja z usmerjanjem v vitko, agilno in leagilno proizvodnjo, katere cilji so čim manj ali celo nič napak, točnost dobave, visoka kakovost in nizka cena. V ta namen se je začela uporaba diskretnih simulacij proizvodnih in logističnih procesov, s katerimi lahko v virtualnem okolju načrtujejo, optimirajo ter ocenijo proizvodni sistem [1, 2, 3, 4].

Simulacija ima pred testiranjem na realnem procesu mnogo prednosti. Cena za pridobitev rezultatov je mnogo manjša in rezultati so pridobljeni veliko hitreje, hkrati pa ni motenj delovanja sistema. Namen simulacij je nižati stroške proizvodnje, krajšati proizvodne čase, višati kvaliteto izdelka in izboljšati produktivnost [1, 2, 3].

Ker se lahko s simulacijskim modelom s podanimi podatki naredi le enkratna simulacija, za vsako kasnejšo optimizacijo pa je potrebno v simulacijski model ročno vstavljati nove vhodne podatke ali model celo spreminjati, obstaja tudi nadgradnja simulacije in sicer digitalni dvojček. Digitalni dvojček je zelo podoben simulaciji v smislu, da prav tako uporablja simulacijsko okolje, od simulacije pa se razlikuje po tem, da konstantno pridobiva vhodne podatke iz realnega sveta, jih preveri, obdela in poda optimiziran rezultat v realnem času. Torej mora digitalni dvojček imeti zagotovljeno povratno informacijo, kakšen vpliv ima rezultat simulacije na potek proizvodnega procesa. To informacijo lahko zagotovimo v elektronski obliki, ali pa jo v digitalni dvojček ročno vnese operater [5, 6].

1.2 Cilji

Namen zaključne naloge je obravnava polnilne linije steklenic s ciljem optimizirati proizvodni proces polnjenja. Pri tem je cilj uporabiti tehnologijo digitalnega dvojčka za

(14)

Uvod

2

optimizacijo procesa. V okviru optimizacije bomo poskusili zmanjšati število delavcev na polnilni liniji in povečati njeno kapaciteto ter skrajšati čas delovnega cikla. Eden izmed pomembnih ciljev pri izdelavi simulacije bo spoznati in se naučiti uporabiti programsko orodje Visual Components in v njem na podlagi realne proizvodne linije izdelati nazoren simulacijski model.

V prvem delu diplomske naloge bomo na kratko spoznali teoretično ozadje problema, nato pa bomo nazorno popisali proces obstoječe polnilne linije. Ta proces bomo nato analizirali in poiskali ozka grla ter izračunali čas delovnega cikla obstoječega procesa. V drugem delu diplomske naloge, bomo simulacijski model polnilne linije naredili v programskem okolju Visual Components, upoštevali možnosti avtomatizacije ga in nato s pomočjo »kaj če«

scenarijev optimizirali. Na koncu bomo pridobljene rezultate analizirali in diskutirali.

(15)

2 Teoretične osnove in pregled literature

2.1 Simulacija – vmesni korak digitalnega dvojčka

Simulacija je osnova digitalnega dvojčka. Je digitalni model zapletenega sistema, ki lahko bazira na realnem sistemu, kot je prikazano na sliki 2.1. Osnova simulacije so trije koraki:

1) Izdelava modela, 2) Izvajanje poskusov, 3) Razlaga rezultatov. Pri vsaki simulaciji, tako pri takšni, ki bazira na realnem sistemu, kot takšni, ki je še v fazi snovanja, pa potrebujemo natančne vhodne podatke (tloris postavitve proizvodnega procesa, sredstva, človeške vire, postopke vodenja proizvodnje, …). Prav tako pa se moramo odločiti, kakšne vrste simulacijo bomo uporabili. Pri simulaciji proizvodnje se večinoma uporablja diskretna simulacija, saj nas zanimajo le spremembe stanja izdelka v določenih časovnih točkah, kaj se med njimi dogaja pa za nas ni tako pomembno [3].

Simulacije pa se razlikujejo tudi z vidika nazornosti predstavitve. Poznamo 2D in 3D simulacije. 2D simulacijo je enostavneje izdelati, je hitra in ciljno usmerjena, vendar pa proces ni jasno in nazorno prikazan, tudi za širšo publiko. Zato se zadnje čase vse bolj uveljavlja tudi 3D simulacija. Ta je običajno zadnji, vizualno usmerjen korak simulacije, namenjen pojasnjevanju in lažji, bolj resnični vizualni predstavitvi sistema [3].

Slika 2.1: Shema poteka simulacije [3].

Simulacija ima pred opravljanjem posegov v samem sistemu nekaj prednosti. Ena izmed glavnih prednosti je izbira obsega simulacije ter zgodnje odkrivanje vplivov med procesi, dogodki v procesu ali dogodki zunaj procesa. Cilji simulacije so torej: prihranki, zmanjšanje

(16)

Teoretične osnove in pregled literature

4

rizika pri uvajanju sprememb, zaznavanje ozkih grl v procesu, načrtovanje in razvoj ter uvajanje novih postopkov in optimizacija že obstoječih procesov [7].

2.2 Smeri razvoja industrije

S koncem prejšnjega tisočletja se je začela proizvodnja pomikati v smeri avtomatizacije, robotizacije in informatizacije. Tako imenovana četrta industrijska revolucija zajema skoraj vse vidike razvoja, od industrije, umetne inteligence (Angleško: Artificial intelligence), interneta stvari (Angleško: Internet of things) do biotehnologije, nanotehnologije idr. [8].

2.2.1 Industrija 4.0

Industrija 4.0 je drugo ime za četrto industrijsko revolucijo. Začela se je z razvojem digitalnih in informacijskih tehnologij in stremi h globalnemu sodelovanju ti. »pametnih tovarn«. Posledično je s tem omogočeno prilagajanje izdelkov po meri in ustvarjanje novih poslovnih modelov [5]. Predvsem v industriji se »pametne tovarne« razlikujejo od ostalih po tem, da kiber-realni sistemi ustvarijo virtualno kopijo delovnega prostora in s pomočjo decentraliziranega odločanja vodijo celoten proces [8, 9].

Pametne tovarne sestavljajo štiri pomembne komponente: kiber-realni sistemi, internet stvari, računalništvo v oblaku in kognitivno računalništvo. Z razvojem teh tehnologij in vgradnjo v že obstoječe sisteme nastajajo pametne tovarne, ki imajo pred trenutno obstoječimi veliko prednosti: skrajšani pretočni časi, povečana učinkovitost procesov, zmanjšanje stroškov, zmanjšanje časa prilagajanja proizvodnih linij novim produktom, izboljšana kontrola kakovosti izdelkov. Torej ena izmed glavnih komponent pametnih tovarn je digitalni dvojček, ki sloni na simulacijah [8].

2.2.2 Digitalni dvojček - primerjava s simulacijo

Digitalni dvojček je fokusirana aplikacija kiber-fizičnega sistema (Angleško: Cyber-physical system CPS). Pragmatično omogoča integracijo in združevanje fizičnega in virtualnega. V digitalnem dvojčku je vsak realni objekt preslikan v virtualni svet in ima možnost analize, evalvacije, optimizacije in predvidevanja. Digitalni dvojček deluje v zaprto zančnem sistemu, kjer iz realnega sveta pridobiva informacije, hkrati tvori informacije v virtualnem svetu, na podlagi skupnih informacij naredi analize in vrne rezultate v realni svet, kjer se le- ti obdelajo in izpolnijo [5].

Glavni deli digitalnega dvojčka so: modeli, informacije (podatki), povezave in uporabniški vmesnik. Pri tem se podatki, uporabljeni v digitalnem modelu, pridobivajo sproti iz senzorjev v realnem svetu. Digitalni dvojček potemtakem orisuje trenutno stanje modela v okolju [6].

Digitalni model, uporabljen v simulaciji, ima prav tako enake podatke, kot model, uporabljen v digitalnem dvojčku. Vendar simulacija, napram digitalnemu dvojčku, sama na podlagi generiranih informacij predvideva, kaj bi se lahko zgodilo v resničnem svetu, ne pa kaj se

(17)

trenutno dogaja [6]. Zaradi obsežnosti in zapletenosti obravnavanja digitalnega dvojčka, smo se odločili za uporabo simulacije, za katero pa potrebujemo primerno programsko orodje.

2.3 Programsko orodje Visual Components

Za vsako simulacijo diskretnih dogodkov potrebujemo programsko orodje, s katerim pretvorimo realne objekte v virtualne, jim določimo parametre in naredimo poskuse ter pridobljene rezultate na koncu analiziramo in ovrednotimo. Programskih orodij za simulacije je kar nekaj. Nekatera izmed njih so: Visual Components by Visual Components Oy, Tecnomatix Plant Simulation by Siemens, Pantheon Manufacture by Datalab in drugi.

V tej zaključni nalogi bomo uporabili programsko orodje Visual Components, zato v nadaljevanju tudi na kratko opisano.

Programsko orodje Visual Components je namenjeno simulaciji, vizualizaciji, modeliranju, optimiziranju in analizi proizvodnih procesov. Deluje na principu diskretnih simulacij, ima pa tudi možnost programskega vmesnika Python API (Angleško: Application programming interface), s katerim se lahko ročno programira vse gibe robotov in obdelovalnih strojev [9].

Obstajajo tri verzije programskega orodja Visual Components [10]:

- Osnovna (Angleško: Essentials): omogoča osnovna orodja za izgradnjo in dizajn proizvodnje v uporabniku prijaznem okolju.

- Profesionalna (Angleško: Professional): nadgradnja osnovne verzije z omogočenim 3D modeliranjem in uvozom CAD modelov v program ter modifikacijami že obstoječih modelov.

- Nadgrajena profesionalna (Angleško: Premium): zajema tako Osnovno kot profesionalno verzijo. Dodatno pa ima še možnost kompleksnega programiranja robotov, ki se lahko gibov učijo tudi sami. Hkrati pa ponuja povezavo s fizičnimi vmesniki za testiranje simulacij v realnem prostoru.

Uporabniški vmesnik: Programsko orodje Visual Components Premium je narejeno tako, da je uporabniku prijazno. Na vrhu strani so glavni moduli: Home (Slovensko: Domov), Process (Slovensko: Proces), Modeling (Slovensko: Modeliranje), Program (Slovensko:

Programiranje), Help (Slovensko: Pomoč). Poleg glavnih modulov najdemo ob straneh in na dnu strani različna okna, kot je eCatalog (Slovensko: E-katalog), Properties (Slovensko:

Lastnosti), Component Graph (Slovensko: Graf komponent), Program Editor (Slovensko:

Urejevalnik programa) in Output (Slovensko: Izhod). Katero dodatno okno je odprto, je odvisno od tega, v katerem glavnem modulu smo. Na sredini zaslona pa je glavno okno, v katerem se modelira in simulira modele/proizvodne linije, prikazano na sliki 2.2.

Modul »Domov« (Angleško: Home): To je glavni modul, v katerem se bomo nahajali večino časa. V njem imamo nekaj podoken, s katerimi upravljamo vse osnovne funkcije simulacije, kot so premikanje modelov, uvažanje in izvažanje novih modelov, dimenzioniranje, povezovanje in manipulacija s prostorom.

Modul »Proces« (Angleško: Process): V tem modulu se nahaja ena izmed opcij

programiranja proizvodnih procesov. Visual Components ima dve možnosti programiranja procesov in sicer v Proces modulu ter s knjižnico Dela (Angleško: Works Library). Modul Proces je relativno nov način izvedbe procesov, zato je tudi nedodelan. Iz tega razloga smo pri izvedbi simulacije uporabljali knjižnico Dela (Angleško: Works Library).

(18)

6

Slika 2.2: Grafični vmesnik programskega orodja Visual Components.

Modul »Modeliranje« (Angleško: Modeling): Kakor že naslov modula pove, lahko v tem modulu zmodeliramo osnovne oblike, uvozimo ali izvozimo CAD modele, spreminjamo geometrijo že obstoječih modelov ali pa spremenimo obnašanje ter fizikalne lastnosti izbranega modela.

Modul »Programiranje« (Angleško: Program): V tem modulu, lahko z uporabo Python API programskega jezika sami sprogramiramo ali pa popravimo/spremenimo že obstoječo kodo za gibanje robotov. V orodni vrstici imamo tudi možnost zaznavanja kolizije med roboti, zamenjavo robotov med sabo z ohranjanjem programa in povezovanje robotov z drugimi komponentami proizvodnega procesa.

Modul »Risanje« (Angleško: Drawing): Ta modul je namenjen izdelavi tehnične dokumentacije za modele in proizvodne procese. V njem lahko naložimo predloge (Angleško: Template), oblikujemo in uredimo risbe ter jih natisnemo.

Modul »Pomoč« (Angleško: Help): V modulu Pomoč najdemo vso potrebno dokumentacijo o tem, kako programsko orodje Visual Components deluje in kako uporabiti programski jezik Python. Najdemo pa tudi Online pomoč v obliki akademije, forumov, blogov, hkrati pa imamo tudi povezave do socialnih omrežij kot so Facebook, You Tube, Linkedin idr.

(19)

3 Metodologija raziskave

Da bi lahko izvedli optimizacijo obstoječe polnilne linije steklenic, je nujno najprej poznati obstoječo polnilno linijo. Zato bomo najprej podrobno popisali trenutno stanje sistema, kakšen je izgled trenutne linije, analizirali delovni čas posamezne deloven in logistične operacije ter te procese tudi opisali. Na osnovi analize obstoječega stanja bomo določili ozka grla, ki bodo osnova za odločitev o tem, kako bomo pristopili k optimizaciji in na kaj se bomo pri tem osredotočili. Pri tem bomo sledili ciljem, ki so zapisani v uvodu te naloge.

Sledila bo izvedba optimizacije procesa polnjenja. Pri tem bomo popisali optimizacijo polnilne linije, kakšne spremembe bomo naredili, kaj bomo avtomatizirali in kakšni so delovni časi posamezne operacije po optimizaciji. Posamezne delovne operacije bomo tudi popisali. V zadnjem poglavju bomo izdelali simulacijo in opisali ter razložili posamezne komponente, uporabljene v simulaciji. Določili bomo tudi najbolj pomembne parametre posamezne komponente, ki vplivajo tudi na čas delovnega cikla linije.

3.1 Popis obstoječega stanja

Slika 3.1 prikazuje skico obstoječe polnilne linije steklenic s sokom. Na skici je razviden potek delovanja linije, kakor tudi delovna mesta. Obstoječi delovni pogoji zahtevajo za nemoteno delovanje linije dve ročni delovni mesti, torej dva delavca.

Prvi delavec je zadolžen za transport praznih steklenic do polnilne linije z uporabo ročnega viličarja. Poleg transporta samega pa je ta delavec zadolžen tudi za začetno kontrolo in čiščenje steklenic ter zlaganje steklenic na transportni trak. Delovno mesto drugega delavca je na končnem ročnem delovnem mestu, kjer mora delavec opraviti končno kontrolo steklenic, preveriti če so zamaški dobro pritrjeni, zložiti napolnjene steklenice na palete in te palete odpeljati do končnega skladišča. Vmesni koraki polnjenja, zapiranja in etiketiranja steklenic potekajo avtomatizirano in sicer s pomočjo polnilne naprave, zapiralne naprave, etiketirne naprave in transportnega traku.

Poleg delavcev na polnilni liniji sami, potrebuje proizvodni proces tudi delavce v skladišču praznih in polnih steklenic. Vendar zaradi fokusa na samo polnilno linijo teh delovnih mest nismo upoštevali.

(20)

Metodologija raziskave

8

Slika 3.1: Prostorska skica s skladišči in proizvodno polnilno linijo steklenic.

Na sliki 3.2 je prikazana struktura delovnega procesa polnjenja steklenic. Vsaka delovna operacija ima svoj naziv in pomen:

- LO … logistična operacija. Sestoji iz več operacij transporta in priprav.

- KO … kontrolna operacija. V tej operaciji delavec opravi kontrolo izdelka.

- DO … delovna operacija. Delavec/stroj na izdelku opravita določeno funkcijo.

- TO … transportna operacija.

Slika 3.2: Struktura proizvodnega in logističnega procesa pred optimizacijo.

V preglednici 3.1 so prikazane delovne operacije s kratkim opisom operacije in načinom izvedbe posamezne delovne operacije ter njenim trajanjem. Na podlagi delovnih časov posamezne delovne operacije, je bila izračunana kapaciteta polnilne linije v osmih urah.

Trenutna kapaciteta linije v osmih urah znaša 6000 steklenic.

Ker je bila naša naloga optimiziranje delovanja polnilne linije, smo analizirali obstoječ proces polnjenja steklenic in določili prednosti ter slabosti obstoječega procesa.

Prednosti: več delovnih mest za delavce, delujoča polnilna linija z delno avtomatizacijo, manjši stroški delovnih strojev, fleksibilnost delavcev na obstoječih delovnih mestih.

Slabosti: majhna kapaciteta polnilne linije, ozka grla na ročnih delovnih mestih, polnilna linija ne deluje ves čas, povečani stroški zaradi več izmenskega dela.

(21)

Preglednica 3.1: Delovne operacije obstoječega procesa polnjenja steklenic.

Oznaka Delovna operacija Način izvedbe Trajanje [s)

LO1 Transport in razpakiranje steklenic iz skladišča Ročni viličar 0,4

KO1 Kontrola in čiščenje steklenic Delavec 5,0

DO1 Nalaganje steklenic na transportni trak Delavec 4,0

TO1 Transport steklenic do polnilne naprave Transportni trak 0,8

DO2 Polnjenje steklenic Polnilna naprava 0,5

TO2 Transport steklenic do zapiralne naprave Transportni trak 1,0

DO3 Zapiranje steklenic Zapiralna naprava 1,0

TO3 Transport steklenic do etiketirne naprave Transportni trak 1,3

DO4 Etiketiranje steklenic Etiketirna naprava 1,0

TO4 Transport steklenic do delovnega mesta Transportni trak 0,5

KO2 Kontrola zamaškov na steklenicah Delavec 5,0

DO5 Zlaganje steklenic na palete Delavec 4,0

LO2 Pakiranje in transport steklenic do skladišča Ročni viličar 0,4

Pri slabostih smo izpostavili delovanje polnilne linije in ozka grla na ročnih delovnih mestih.

Linija sestoji iz dveh ročnih delovnih mest, ki pa nimata vmesnega zalogovnika. To pomeni, da ko delavec zloži vse steklenice iz palete na transportni trak, linija polni steklenice, nato nekaj časa stoji, oziroma dela v prazno, dokler delavec ne pripelje nove palete s steklenicami in jih zloži na transportni trak.

Zaradi tako očitnih slabosti polnilne linije smo se odločili za optimizacijo ročnih delovnih mest. Najbolj učinkovit način za odpravo ozkega grla je bila popolna avtomatizacija linije.

Cilj naloge je bil nadomestiti ročna delovna mesta z avtomatskimi, torej dodati robotske celice na začetku in na koncu polnilne linije ter razdeliti logistične, kontrolne in delovne operacije, ki jih opravljajo delavci na takšen način, da lahko vse te funkcije opravijo robotske celice.

Z avtomatizacijo in robotizacijo polnilne linije smo dosegli odpravo ozkih grl in sprostitev delovnih mest delavcev. S tem lahko delavca, ki sta delala na liniji, razporedimo na druga delovna mesta in s tem pohitrimo tudi druge delovne procese v proizvodnji.

3.2 Optimizacija polnilne linije

Največji izziv pri optimizaciji polnile linije je bil zamisliti si nov potek procesov na liniji ter razdelitev delovnih, logističnih, kontrolnih in transportnih operacij. Na sliki 3.3 je prikazana skica zasnove nove polnilne linije z dodanimi robotskimi celicami in novimi delovnimi mesti.

Pri zasnovi nove linije smo dodali dve novi delovni mesti in spremenili dve obstoječi delovni mesti. Kakor je razvidno na sliki 3.3, je proces A logistični proces priprave in transporta steklenic do polnilne linije iz skladišča praznih steklenic. Namesto delavca, ki uporablja

(22)

10

ročni viličar smo na to mesto postavili AMR (Ang.: Autonomous mobile robot), ki opravlja funkcijo transporta steklenic iz skladišča. Operacija kontrole in priprave steklenic pred polnjenjem je sedaj prestavljena v skladišče praznih steklenic, ki v tej diplomski nalogi ni obravnavano. AMR iz skladišča praznih steklenic transportira posebno preoblikovane palete, na katerih stojijo zaboji s praznimi steklenicami, na točno določena mesta v robotski celici. Palete morajo biti dodatno oblikovane zaradi pozicioniranja zabojev s steklenicami na paleti, ker robotska celica potrebuje natančno določeno mesto prijema steklenic brez odstopanj.

Slika 3.3: Prostorska skica nove polnile linije z logističnimi in delovnimi procesi.

Proces B predstavlja robotsko celico, kjer robotska roka zloži steklenice iz palet na transportni trak. Dodali smo tudi novo delovno mesto (proces C), kjer se prazne steklenice operejo. Za pranje praznih steklenic se uporabi naprava za pranje, torej tudi ta proces poteka avtomatizirano. Naslednji dve delovni mesti sta ostali nespremenjeni, torej polnjenje steklenic in zapiranje steklenic. Takoj za napravo za zapiranje steklenic smo postavili senzor, ki pregleda ali so steklenice dobro zaprte. Za senzorjem in pred napravo za etiketiranje, smo postavili novo delovno mesto za popravljanje slabo zaprtih steklenic, ki so preusmerjene na to delovno mesto takoj po izvedeni kontroli ustreznosti zapiranja steklenic s senzorjem.

Delovno mesto je postavljeno tako, da lahko delo na tem delovnem mestu poteka vzporedno z glavnim potekom polnjenja steklenic. To delovno mesto (proces D) je edino ročno delovno mesto na polnilni liniji.

Kljub temu, da je bil cilj naloge odstranitev ročnih delovnih mest iz polnilne linije, smo po premisleku to dodatno delovno mesto vseeno dodali. Kontrola zapiranja steklenic je zelo pomembna in kljub sedanjemu razvoju robotskega vida se nam je zdelo, da lahko delavec ta proces kontrole opravi hitreje in natančneje. Delavec na tem delovnem mestu ni ves čas, ampak lahko dela v skladišču praznih steklenic ali pa v skladišču polnih steklenic. Ko pa senzor v procesu D zazna nepravilno zaprto steklenico, odda zvočni in svetlobni signal v obeh skladiščih, ki delavcu pove, da je potrebno steklenico popraviti oz. kontrolirati.

Delovno mesto etiketiranja steklenic je ostalo nespremenjeno, končno ročno delovno mesto pa je bilo prav tako spremenjeno v robotsko celico (proces E). Na tem delovnem mestu robotska roka zloži napolnjene steklenice v zaboje na posebej prirejenih paletah, ki so

(23)

postavljene na točno določena mesta. Nato AMR na procesu F, ki je prav tako logistični proces, transportira palete do skladišča polnih steklenic. Proces priprave palet na zunanji transport pa se opravi v skladišču polnih steklenic in prav tako ni obdelan v nalogi. Na sliki 3.4 je prikazana struktura procesa polnjenja steklenic po optimiziranju polnilne linije.

Slika 3.4: Struktura proizvodnega in logističnega procesa po optimizaciji.

Preglednica 3.2: Delovne operacije optimiziranega procesa polnjenja steklenic.

Oznaka Delovna operacija Način izvedbe Trajanje [s]

LO1 Transport praznih steklenic iz skladišča AMR 0,4 DO1 Nalaganje steklenic na transportni trak Robotska roka 0,3 TO1 Transport steklenic do čistilne naprave Transportni trak 0,6

DO2 Čiščenje steklenic Čistilna naprava 0,5

TO2 Transport steklenic do polnilne naprave Transportni trak 0,8

DO3 Polnjenje steklenic Polnilna naprava 0,5

TO3 Transport steklenic do zapiralne naprave Transportni trak 1,0

DO4 Zapiranje steklenic Zapiralna naprava 1,0

TO4 Transport steklenic do kontrolnega mesta Transportni trak 1,0

KO1 Kontroliranje zapiranja steklenic Senzor 1,0

TO5 Transport steklenic do etiketirne naprave Transportni trak 1,3 TO6 Transport do DM za popravilo zamaškov Transportni trak 2,3

DO5 Popravljanje zamaškov Delavec 10,0

TO7 Transport steklenic do etiketirne naprave Transportni trak 2,3

DO6 Etiketiranje steklenic Etiketirna naprava 1,0

TO8 Transport steklenic do robotske celice Transportni trak 0,5

DO7 Zlaganje steklenic na palete Robotska roka 0,3

LO2 Transport polnih steklenic do skladišča AMR 0,5

(24)

12

V preglednici 3.2 so prikazane delovne operacije optimiziranega procesa polnjenja steklenic s kratkim opisom posamezne delovne operacije, načinom njene izvedbe ter njenim trajanjem.

LO1 in LO2 sta logistični operaciji, sestavljeni iz več delovnih operacij, kot so transport, prevzem in oddaja palet s steklenicami. Na podlagi delovnih časov posamezne delovne operacije smo izračunali, da znaša kapaciteta polnilne linije v osmih urah 30720 steklenic.

3.3 Izdelava simulacijskega modela polnilne linije v programskem okolju Visual Components

Za izdelavo 3D modela omogoča Visual Components uvoz CAD (Ang.: Computer Aided Design) modela naprav in s tem izdelavo popolnoma realističnega 3D okolja. Ker teh modelov nismo imeli, smo v knjižnici, ki je že vgrajena v Visual Components, poiskali podobne 3D modele tem, ki so trenutno v uporabi na polnilni liniji.

Knjižnica vsebuje več katalogov, ki so razvrščeni na dva načina in sicer po uporabnosti ter po proizvajalcu. Ima pa tudi funkcijo iskanja (Ang.: Search) s katero smo si pomagali pri iskanju naprav za obdelavo steklenic. S pomočjo funkcije iskanja smo našli vse naprave, ki so podobne napravam v trenutni uporabi, zato smo jih tudi uporabili pri izdelavi 3D modela polnilne linije.

Zasnova simulacijskega modela

Na sliki 3.5 je prikazan celoten 3D model optimizirane polnilne linije. Prikazani so vsi sestavni deli kot so: mobilni roboti AMR (1), robotske roke (2), avtomatske naprave za čiščenje (4), polnjenje (5) in zapiranje steklenic (6) tre za etiketiranje (7), kakor tudi tekoči trakovi (3). Prikazano pa je tudi ročno delovno mesto (9), na katerem delavec popravi slabo zaprte zamaške. Prikazana so tudi nalagalno/odlagalna delovna mesta (8) za AMR, ki so popisana v simulacijskem procesu s funkcijo »Work process«.

Slika 3.5: Prikaz optimizirane polnilne linije steklenic.

Potek procesov na polnilni liniji poteka iz desne proti levi, saj je na desni strani skladišče praznih steklenic, na levi strani pa skladišče polnih steklenic. Skladišča so vizualno prikazana z regali in dvižnimi vrati. Prva sprememba polnilne linije je pri transportu steklenic iz skladišča praznih steklenic do polnilne linije in od polnilne linije do skladišča

(25)

polnih steklenic. Izvede se z uporabo AMR. Druga sprememba je opravljena na delovnem mestu zlaganja steklenic na in z tekočega traku, saj so sedaj v ta namen uporabljene robotske roke. Tretja sprememba je dodan stroj za pranje steklenic. Četrta in zadnja sprememba pa je dodan senzor pri zapiranju steklenic, povezan z novim ročnim delovnim mestom za popravilo slabo zaprtih steklenic.

1) AMR – Avtonomni Mobilni Robot

Avtonomni mobilni robot (Ang.: Autonomous Mobile Robot – AMR) se razlikuje od AGV (Ang.: Automated Guided Vehicle) po tem, da ne potrebuje po tleh narisanih črt in točno določene poti. Prav zaradi tega smo se odločili za uporabo AMR, saj se mobilni robot prosto giblje po prostoru ter sam išče najbližjo pot do delovnega mesta, pri tem pa se izogiba oviram s pomočjo senzorjev. AMR je prikazan na sliki 3.6.

Pri kasnejšem izvajanju »kaj če« scenarijev smo v simulaciji pri AMR komponenti spremenili nekaj lastnosti. Glavne spremembe so bile narejene pri določanju hitrosti gibanja AMR-ja in obračanju.

Slika 3.6: AMR – Avtonomni mobilni robot.

Za nemoten potek simulacije pa smo spremenili tudi nekaj drugih lastnosti kot so: pozicija v mirujočem stanju (Ang.: Idle Position Filter), čas preden preide AMR v mirujoče stanje (Ang.: Delay Before Idle), območje v katerem se AMR sme gibati (Ang.: AreaID) in pa opravila, ki jih mora AMR opravljati (Ang.: Tasklist). Glavne lastnosti/parametri AMR-ja so vidne na sliki 3.7.

Slika 3.7: Lastnosti/parametri AMR.

(26)

14

2) Robotska roka

Pri izbiri robotske roke smo se odločili za uporabo robotske roke proizvajalca Yaskawa. Iz knjižnice smo na podlagi koordinatnih sistemov in možnosti gibov posameznih robotskih rok izbrali robotsko roko z nazivom GP25. Na koncu robotske roke pa smo dodali še prijemalo za steklenice, ki lahko prime 12 steklenic naenkrat. Prijemalo deluje po principu vakuuma, tako da se prisesek na koncu prijemala prisesa na vrh steklenice. Robotska roka s prijemalom in njune lastnosti so vidne na slikah 3.8, 3.9 in 3.10. Pri parametrih robotske roke smo spreminjali hitrost in pa moč gibov členkov. Zaradi funkcije simulacije smo spremenili tudi druge lastnosti, kot je zaporedje prijemanja steklenic. Pri lastnostih prijemala pa smo spremenili le velikost in število priseskov.

Slika 3.8: Robotska roka Yaskawa G25 s prijemalom za steklenice.

Slika 3.9: Lastnosti robotske roke Yaskawa GP25.

Slika 3.10: Lastnosti prijemala.

(27)

3) Transportni trak

Transportni trak je eden izmed osnovnih gradnikov vsake avtomatizirane proizvodne linije, zato obstaja več različnih vrst transportnih trakov. Na sliki 3.11 so prikazani transportni trakovi, uporabljeni v simulaciji.

Slika 3.11: Vrste transportnih trakov uporabljenih v simulaciji.

Vrste transportnih trakov, kot si sledijo po vrsti od leve proti desni so:

A – ravni transportni trak (Ang.: Conveyor),

B – transportni trak z odcepom oziroma priključkom (Ang.: Conveyor Y-divert, Conveyor Y-merge),

C – kotni transportni trak (Ang.: Curve Conveyor),

D – usmerjevalni transportni trak (Ang.: Horizontal Funnel Conveyor), E – transportni trak z vmesnim zalogovnikom (Ang.: XYZ Buffer), F – transportni trak s funkcijo ustvarjanja vzorcev (ang.: XYZ Bundler).

Nastavitve parametrov različnih transportnih trakov so si zelo podobne. Pri vsakem transportnem traku je bilo potrebo nastaviti višino transportnega traku (Ang.: Conveyor Height), širino transportnega traku (Ang.: Conveyor Width) in hitrost transportnega traku (Ang.: Conveyor Speed). Pri vsakem transportnem traku pa smo odkljukali tudi opcijo zaščitne ograje (Ang.: Railing). Pri transportnih trakovih od točke B dalje, smo pri vsakem transportnem traku spremenili še dodatne parametre kot so: radij transportnega traku, kot odcepa, širina usmerjevalnika, število steklenic, ki se lahko zaustavi na transportnem traku in pa vzorec, ki ga transportni trak naredi. Osnovni parametri so prikazani na sliki 3.12.

Slika 3.12: Osnovni parametri transportnih trakov.

(28)

16

4) Čistilna naprava

Mesto čistilne naprave je novo delovno mesto. Ker te naprave v obstoječi polnilni liniji ni, smo iz knjižnice na podlagi polnilne naprave izbrali podobno čistilno napravo. Tako polnilna naprava, kot čistilna naprava sta rotirajoči napravi. S tem smo pridobili na učinkovitosti čiščenja in polnjenja. Na sliki 3.13 je prikazana čistilna naprava, slika 3.14 pa prikazuje njene glavne lastnosti oz. parametre. Pri lastnostih čistilne naprave smo spremenili višino in radij steklenic (Ang.: Bottle Height in Bottle Radius), višino tekočega traku (Ang.: Conveyor Height) ter kapaciteto naprave (Ang.: Production Rate).

Slika 3.13: Čistilna naprava.

Slika 3.14: Lastnosti/parametri čistilne naprave.

(29)

5) Polnilna naprava

Ker nismo imeli CAD modela obstoječe polnilne naprave, je bila polnilna naprava izbrana iz knjižnice na podlagi podobnosti z obstoječo polnilno napravo. Pri polnilni napravi smo spremenili nekaj parametrov, prikazanih na sliki 3.16. Spremenjeni parametri so višina tekočega traku (Ang.: Conveyor Height), višina steklenic (Ang.: Bottle Height), radij steklenic (Ang.: Bottle Radius) in kapaciteta naprave (Ang.: Production Rate). Na sliki 3.15 pa je prikazana polnilna naprava.

Slika 3.15: Polnilna naprava.

Slika 3.16: Parametri polnilne naprave.

(30)

18

6) Zapiralna naprava

Zapiralna naprava je bila izbrana iz knjižnice prav tako, kot ostale naprave. Vendar je ta naprava po izgledu skoraj identična napravi, uporabljeni v trenutni polnilni liniji. Na sliki 3.17 je prikazana zapiralna naprava, na sliki 3.18 pa so prikazani pomembni parametri naprave. Spremenjeni parametri so dolžina transportnega traku (Ang.: Conveyor Lenght), na kateri je zapiralna naprava, širina transportnega traku (Ang.: Conveyor Width), višina transportnega traku (Ang.: Conveyor Height) in hitrost transportnega traku (Ang.: Conveyor Speed), čas procesiranja (Ang.: Process Time) in velikost serije steklenic, ki jih naprava zapre naenkrat (Ang.: Process Batch).

Slika 3.17: Zapiralna naprava.

Slika 3.18: Parametri zapiralne naprave.

(31)

7) Naprava za etiketiranje

Naprava za etiketiranje je bila prav tako izbrana iz knjižnice zaradi podobnosti napravi na trenutno obstoječi liniji. Na sliki 3.19 je prikazana naprava za etiketiranje, na sliki 3.20 pa so prikazani pomembni parametri naprave. Spremenjeni parametri so dolžina transportnega traku (Ang.: Conveyor Lenght), na kateri je zapiralna naprava, širina transportnega traku (Ang.: Conveyor Width), višina transportnega traku (Ang.: Conveyor Height) in hitrost transportnega traku (Ang.: Conveyor Speed).

Slika 3.19: Naprava za etiketiranje.

Slika 3.20: Pomembni parametri naprave za etiketiranje.

8) Odlagalno/nalagalna mesta - Delovni proces (Ang.: Works Process)

Delovni proces je ena izmed glavnih komponent za gradnjo simulacije v Visual Components, vendar v realnosti ta komponenta ne obstaja, vendar pa na teh mestih poteka nalaganje palet s steklenicami na AMR, kakor tudi zlaganje palet iz AMR-ja. Delovni proces se nahaja v Delovni knjižnici (Ang.: Works Library), s komponentami iz te knjižnice pa se gradi

(32)

20

procesni tok izdelkov. V našem primeru predstavlja komponenta Delovni proces torej mesta, s katerih AMR jemlje in na katera odlaga palete. Na sliki 3.21 je prikazan izgled komponente Delovni proces (obenem tudi nalagalno/odlagalna mesta) ter komponente Delovna kontrola procesov:

A - Delovni proces,

B - Delovna kontrola procesov.

Slika 3.21: Delovni proces in Delovna kontrola procesov.

Delovna kontrola procesov deluje kot program v računalniku, s katerim povemo procesu, kaj mora narediti. Delovni proces deluje kot področje, na katerem se izvaja določen proces in s katerim omogočimo simulaciji, da izvaja vse zahtevane funkcije.

Ker lahko komponenta Delovni proces deluje kot transportni trak, smo tudi tukaj spreminjali nekaj glavnih lastnosti, prikazanih na sliki 3.22.

Slika 3.22: Osnovni parametri v Delovnem procesu.

(33)

4 Rezultati in diskusija

V tem poglavju obravnavamo, na osnovi simulacijskega modela, izvajanje »kaj če«

scenarijev. V »kaj če« scenarijih smo spreminjali različne parametre, ter optimizirali polnilno linijo. Nato smo dobljene rezultate popisali in jih ovrednotili. Na koncu smo izbrali rezultat, ki je kazal na najboljšo optimizacijo polnilne linije.

4.1 Izvajanje »kaj če« scenarijev

S pomočjo simulacijskega modela smo izvedli več »kaj če« scenarijev. V scenarijih smo spreminjali glavne parametre komponent v simulaciji. Spremenjena je bila hitrost gibanja AMR-ja, hitrost transportnega traku, kapaciteta čiščenja in polnjenja steklenic ter število steklenic, ki jih je naprava za zapiranje zaprla naenkrat. Spremenjena pa je bila tudi hitrost etiketiranja. S spreminjanjem teh parametrov smo poskušali najti najbolj optimalne parametre naprav, da bo imela polnilna linija največjo kapaciteto.

Iskanje optimalnih rešitev je možno na dva načina. Prvi izmed načinov se imenuje »Design of experiments«. Pri tem načinu optimiziranja se v program vpiše zgornjo in spodnjo mejo vseh parametrov, ki jih želimo optimizirati, nato pa program sam naredi vse možne simulacije, omejene s temi parametri in izmed njih izbere najboljšo. Ker tega načina iskanja najboljše optimizacije v programskem orodju Visual Components nismo našli, oziroma še ne vemo kako ga uporabiti, smo za iskanje najboljše optimizacije izbrali drug način. Pri tem načinu iskanja smo glavne parametre spreminjali ročno in spremljali proces ter kapaciteto polnilne linije. Na koncu smo izbrali najbolje optimizirano rešitev. V preglednici 4.1 so prikazani osnovni parametri polnilne linije, bazirani na že obstoječi polnilni liniji.

Po izvedbi simulacije in pregledu trajanja posameznih delovnih in logističnih operacij procesa polnjenja steklenic, smo ugotovili, da je čas delovne operacije transporta praznih steklenic na transportnem traku med zapiralno in etiketirno napravo najdaljši, zato predstavlja ta operacija ozko grlo in dejansko definira čas delovnega cikla celotne linije.

Rezultat simulacije je bil tudi kapaciteta polnilne linije. Kapaciteta linije znaša 14976 steklenic v osmih urah. Nato smo začeli izvajati »kaj če« scenarije.

(34)

Rezultati in diskusija

22

Preglednica 4.1: Osnovne vrednosti parametrov.

Naprave Parametri Hitrosti/kapacitete Število steklenic, obdelanih

naenkrat

Čas obdelave steklenice na napravi [s]

AMR 500 mm/s 48 0,7

Transportni trak 100 mm/s / 10,4

Čistilna naprava 50 PPM (kosov na

minuto) 8 1,1

Polnilna naprava 50 PPM (kosov na

minuto) 8 1,1

Zapiralna naprava 1 steklenica/s 1 1,0

Etiketirna naprava 1 steklenica/s 1 1,0

Robotska roka 1500 mm/s in 720

°/s 12 0,3

Prvi »kaj če« scenarij

V prvem scenariju smo spremenili samo hitrost transportnih trakov. Osnovna hitrost gibanja transportnih trakov je prvotno znašala 100 mm/s. To hitrost smo povečali na 200 mm/s.

Dobili smo nov rezultat kapacitete polnilne linije: 19584 steklenic v osmih urah.

Drugi »kaj če« scenarij

V drugem scenariju smo pustili spremenjeno hitrost transportnih trakov enako kot v prvem scenariju (200 mm/s), spremenili pa smo število hkrati obdelanih steklenic na zapiralni napravi. Zapiralna naprava nam namreč ponuja možnost izbire med obdelavo ene do petih steklenic hkrati. Novo vrednost obdelave steklenic smo nastavili na 3 steklenice hkrati (3 steklenice/s). Kapaciteta polnilne linije sedaj znaša 22272 steklenic v osmih urah.

Tretji »kaj če« scenarij

V tretjem scenariju smo prav tako pustili spremembe, narejene v scenarijih ena in dve, spremenili pa smo kapaciteto čistilne in polnilne naprave. Pri pregledu simulacije smo namreč opazili, da se napravi vrtita prepočasi in s tem zaustavljata prost pretok steklenic.

Kapaciteto obeh naprav smo povečali na 75 PPM (75 steklenic/min). Dobili smo enak rezultat kapacitete polnilne linije kot v drugem scenariju in sicer 22272 steklenic v osmih urah.

Četrti »kaj če« scenarij

V tretjem scenariju smo po pregledu polnilne linije ugotovili, da je ozko grlo na zapiralni napravi, zato smo v četrtem scenariju povečali število naenkrat obdelanih steklenic na zapiralni napravi iz 3 na 5. Ostale spremembe so ostale enake kot v tretjem scenariju. Dobili smo nov rezultat kapacitete polnilne linije, ki znaša 24576 steklenic v osmih urah. Opazili smo, da nastajajo ozka grla pri zlaganju steklenic na palete.

Peti »kaj če« scenarij

(35)

Ker smo v četrtem scenariju odpravili ozko grlo na zapiralni napravi in opazili nastanek novega ozkega grla pri zlaganju steklenic na palete, smo si podrobneje pogledali zakaj nastajajo zastoji na tem mestu. Ugotovili smo, da AMR palet ne pripelje dovolj hitro, zato robotska roka nekaj časa med delovno operacijo miruje. Posledično smo v petem scenariju spremenili hitrost AMR-jev iz 500 mm/s na 1500 mm/s. Dobili smo do sedaj najboljši rezultat kapacitete polnilne linije, 30720 steklenic v osmih urah.

Šesti »kaj če« scenarij

V šestem scenariju smo pustili spremembe, narejene v petem scenariju, spremenili pa smo hitrost robotskih rok in sicer na 3000 mm/s pri vodoravnih gibih in 1440 °/s pri krožnih gibih, ker nas je zanimalo, če bo prišlo do sprememb pri kapaciteti polnilne linije. Ugotovili smo, da sprememba hitrosti gibanja robotskih rok ni doprinesla k povečanju kapacitete polnilne linije, saj smo obdelali enako število steklenic kot v petem scenariju in sicer 30720.

V preglednici 4.2 so prikazani rezultati »kaj če« scenarijev, z rdečo pa je označen najboljši scenarij 5.

Preglednica 4.2: Rezultati »kaj če« scenarijev.

»Kaj če« scenariji Kapaciteta polnilne linije

Spremenjena polnilna linija 14976

Scenarij 1 19584

Scenarij 2 22272

Scenarij 3 22272

Scenarij 4 24576

Scenarij 5 30720

Scenarij 6 30720

4.2 Diskusija o rezultatih optimizacije

Namen diplomske naloge je bil optimizirati polnilno linijo. Ta cilj smo nameravali doseči z avtomatizacijo procesov in zmanjšanjem števila delavcev na polnilni liniji. Kljub temu smo na optimizirani polnilni liniji pustili ročno delovno mesto, saj smo predvidevali, da je kontrola slabo zaprtih steklenic še vedno bolj natančna s strani delavca, obenem pa delavec opravi tudi popravilo zapiranja. Vendar delavec ni ves čas prisoten na ročnem delovnem mestu. Ta delavec normalno dela v enem izmed skladišč. Da je to možno, smo na polnilni liniji pred ročnim delovnim mestom umestili vmesni zalogovnik s senzorjem, ki zazna, kdaj je zalogovnik napolnjen s steklenicami do te mere, da se približuje največji kapaciteti zalogovnika. V tem primeru nadzorni sistem zalogovnika opozori delavca v skladišču preko

(36)

24

zvočnega in svetlobnega signala, da ima za popraviti nekaj steklenic. Ta zalogovnik smo nastavili tako, da lahko drži 8 steklenic, preden mora priti delavec na delovno mesto. S tem nam je v večini uspelo odstraniti vse delavce iz polnilne linije.

Analiza hoje delavca iz skladišča in izgubljenega časa

Zaradi novo postavljenih procesov polnilne linije smo se odločili narediti kratko analizo, koliko časa izgubi delavec s hojo iz skladišča do ročnega delovnega mesta in nazaj. V povprečju smo predvidevali, da delavec hodi s hitrostjo 1 m/s, razdalja do najbolj oddaljenega skladišča pa znaša 25 metrov. Delavec za hojo torej porabi 25 s. Ker so vmes še dvižna vrata smo predvidevali, da se delavec tam zadrži 10 sekund. Tako delavec skupno porabi 35 sekund s hojo do delovnega mesta in 35 sekund s hojo nazaj v skladišče. Ker je na polnilni liniji zalogovnik za nepravilno zaprte steklenice, delavec na delovnem mestu opravi popravilo vsaj 6 steklenic naenkrat, pri čemer traja proces popravila zamaška 3 sekunde.

Skupaj torej porabi delavec 1 minuto in 28 sekund za hojo in delo na polnilni liniji. S pomočjo simulacije smo pogledali, kolikokrat bi moral delavec priti na delovno meso v osmih urah. Dobili smo rezultat, da bi moral delavec priti na delovno mesto štirikrat v eni uri. Ker to ni optimalen rezultat, smo po premisleku povečali zalogovnik na 12 steklenic, kar pomeni, da mora delavec priti na delovno mesto enkrat na vsake pol ure. To je seveda tudi dobro z vidika, da lahko delavec pregleda polnilno linijo in ugotovi, če delajo vse naprave tako kot bi morale.

Primerjava rezultatov

V preglednici 4.3 je prikazana primerjava glavnih parametrov optimizirane polnile linije z obstoječo polnilno linijo. Prikazana je primerjava v kapaciteti polnilne linije, številu delavcev na polnilni liniji in taktu polnilne linije. Parametre optimizirane polnilne linije smo izbrali iz optimizirane polnilne linije z največjo kapaciteto.

Preglednica 4.3: Primerjava optimizirane polnilne linije z obstoječo polnilno linijo.

Obstoječa polnilna linija Optimizirana polnilna linija

Število delavcev na polnilni

liniji 2 1 (občasno)

Kapaciteta polnilne linije 6000 30720

Takt polnilne linije 24,85 s 8,69 s

Iz zgornje tabele je razvidno, da smo uspeli zmanjšati število delavcev na polnilni liniji za približno 95%, kapaciteto polnilne linije povečati za 512% in takt polnilne linije povečati za 286%. Pridobljeni rezultati pa še ne kažejo na najbolje optimizirano polnilno linijo, saj smo naredili le šest »kaj če« scenarijev. Vendar, ker smo pri »kaj če« scenarijih spreminjali le en parameter naenkrat in smo s tem iskali ozka grla ter jih v naslednji iteraciji odstranili, lahko zaključimo, da je polnilna linija že precej visoko optimizirana.

(37)

5 Zaključki

V zaključni nalogi smo obravnavali optimizacijo proizvodnega in logističnega procesa polnilne linije. Proces smo želeli optimizirati zato, ker ima trenutno obstoječa linija premalo kapaciteto, eden izmed glavnih razlogov za to pa je bil, da na njej delajo delavci, saj le-ti povzročajo ozka grla in v proces vnašajo nezanesljivost glede kakovosti dela. Zato je bil v prvem delu podrobno opisan trenutni proizvodni proces, na osnovi katerega smo ugotovili kje se nahajajo ozka grla. V drugem delu pa smo zasnovali novo polnilno linijo, kjer so bile upoštevane želje podjetja, da je polnilna linija popolnoma avtomatizirana. S pomočjo simulacijskega orodja Visual Components smo novo polnilno linijo optimizirali in na podlagi teh optimizacij dobili naslednje rezultate:

1) Kapaciteta polnilne linije je bila povečana za več kot 500%, 2) Takt polnilne linije se je povečal za več kot 280%,

3) Število delavcev na liniji se je zmanjšalo za približno 95%,

4) Slabo zaprte steklenice na koncu polnilne linije smo zmanjšali na 0%.

Celoten delovni proces smo napravili precej bolj transparenten in zanesljiv, saj je proces avtomatiziran, na določenih mestih, kjer lahko pride do napake, pa smo postavili senzorje, ki te napake zaznajo in jih odstranijo iz polnilne linije, ter hkrati s svetlobnim in zvočnim signalom opozorijo delavca v skladišču, da jih pride popraviti.

Smer nadaljnje optimizacije

Z uporabo »Design of experiments« bi lahko poiskali še boljšo optimizacijo polnilne linije, saj bi računalnik izbral najboljšo rešitev izmed vseh možnih v vnaprej določenem območju.

Za bolj podroben pregled celotnega procesa polnjenja bi lahko v pregled dodali tudi procese v skladiščih. Za boljši približek realnosti bi lahko naredili natančne 3D modele obstoječih naprav in jih vnesli v programsko orodje Visual Components. Lahko bi pa tudi razmišljali o dodajanju vzporednih delovnih mest na mestu ozkih grl ali pa zasnovi dodatne polnilne linije za boljši izkoristek AMR-jev.

(38)

Literatura

[1] Debevec, M., Zupan, H., Gornik, A., Kastelec, K., Kosler, H., & Herakovič, N.:

Uporaba simulacije za optimiranje proizvodnega procesa vpenjalnih naprav. Revija Ventil (2015), 5(21), 378–381.

[2] Grgurič, J.: Optimizacija montažnega in strežnega sistema delavniške proizvodnje s pomočjo digitalnega dvojčka: Zaključna naloga. Ljubljana, 2019.

[3] Perme, T.: Diskretna simulacija kosovne proizvodnje. IRT3000 (2007)., 2(1), str.

86–88.

[4] Herakovič N.: Proizvodno inženirstvo: Zapiski predavanj, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 2021.

[5] Tao F., Zhang M., Nee A.Y.C.: Digital twin driven smart manufacturing. Academic press. London. (2019)

[6] Raghunathan, V.: Digital Twins vs Simulation: Three key differences. Dostopno na:

https://www.entrepreneur.com/article/333645, ogled 28.6.2021.

[7] Györköš, D.: Modeliranje in simulacija procesov. Dostopno na: http://dsi2011.dsi- konferenca.si/upload/predstavitve/Podpora%20poslovnemu%20odlo%C4%8Danju/

Gyorkos_Modeliranje%20in%20simulacija%20procesov.pdf, ogled 29.6.2021.

[8] Schwab K.: Četrta industrijska revolucija, World economic forum, Geneva, 2016.

[9] Republika Slovenije, Ministrstvo za gospodarki razvoj in tehnologijo: Pametne tovarne (PT) 2017. Dostopno na:

https://www.gzs.si/Portals/222/Vsebine/Grozd_PT/Akcijski_na%C4%8Drt_VVV_P ametne_Tovarne_v4.pdf

[10] Visual Components Oy. Dostopno na: https://www.visualcomponents.com/