Simulacija razmestitve delovnih mest in optimizacija toka materiala

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Simulacija razmestitve delovnih mest in optimizacija toka materiala

Diplomsko delo Visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo – Projektno aplikativni program

Primož Starc

Ljubljana, januar 2022

(2)

(3)

(4)

(5)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Simulacija razmestitve delovnih mest in optimizacija toka materiala

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo – Projektno aplikativni program

Primož Starc

Mentor: doc. dr. Tomaž Berlec Somentor: izr. prof. dr. Janez Kušar

Ljubljana, januar 2022

(6)

(7)

(8)

(9)

v

Zahvala

Zahvaljujem se svojemu mentorju doc. dr. Tomažu Berlecu in somentorju izr. prof. dr.

Janezu Kušarju za napotke, pomoč in vodenje skozi izdelavo diplomske naloge.

Prav tako se zahvaljujem svoji družini in punci Hani za spodbudo in podporo.

(10)

vi

(11)

vii

(12)

viii

(13)

ix

Izvleček

UDK 658.51.:331.42:004.94(043.2) Tek. štev.: VS I/889

Simulacija razmestitve delovnih mest in optimizacija toka materiala

Primož Starc

Ključne besede: razmestitev delovnih mest materialni tok

tipi proizvodnje notranji transport simulacijski modeli

V diplomski nalogi je predstavljen proizvodni obrat, v katerem se soočajo z neustrezno razmeščenimi delovnimi mesti, kar povzroča dodatne stroške in daljše izdelovalne čase. V teoretičnem delu so opisane osnove planiranja razmeščanja delovnih mest, analiza materialnega toka, predstavljeni pa so tudi različni tipi proizvodnje in notranjega transporta.

S pomočjo simulacijskega programa FlexSim smo izdelali model proizvodnje, kjer smo preverili trenutno stanje njenega delovanja. Ustvarili smo še dva alternativna modela z različnima razmestitvama, in jih med seboj primerjali glede na celotno prepotovano pot delavcev in transportnih sredstev. S pomočjo dobljenih rezultatov smo podali predlog za optimalno razmestitev delovnih mest. Analizirali smo zasedenost strojev ali delovnih mest in izkoriščenost delavcev ter določili njihovo število za suboptimalen potek dela znotraj izdelovalnega procesa.

(14)

x

(15)

xi

Abstract

UDC 658.51.:331.42:004.94(043.2) No.: VS I/889

Layout simulation and material flow optimization

Primož Starc

Key words: layout planning material flow production types internal transportation simulation models

In the thesis we are presented with a manufacturing plant, which has an unoptimized layout.

This causes additional costs and longer production times. Information regarding layout planning, material flow optimization, production types and internal transportation is presented in the theoretical section of the thesis. With the help of simulation software FlexSim a model of the production system was built, and its performance was tested. Two additional alternative models were created and compared to the existing system regarding total distance travelled by workers and transporters. With the knowledge of the gathered data, a new optimal layout was proposed. The occupancy rate of machines and workstations was analyzed, alongside the utilization of workers. The number of operators was determined for a suboptimal workflow in the production.

(16)

xii

(17)

xiii

Kazalo

Kazalo slik ... xv

Kazalo preglednic ... xvii

Seznam uporabljenih simbolov ... xix

Seznam uporabljenih okrajšav ... xxi

1 Uvod ... 1

1.1 Ozadje problema ... 1

1.2 Cilji ... 1

2 Teoretične osnove in pregled literature ... 3

2.1 Planiranje razmestitve delovnih mest ... 3

2.2 Materialni tok ... 5

2.2.1 Blokovni diagram ... 5

2.2.2 Sankyjev diagram ... 6

2.2.3 IZ-V karta ... 7

2.2.4 Krožni diagram ... 8

2.2.5 Trikotna shema ... 9

2.3 Schmigallova modificirana trikotna metoda ... 10

2.4 Načini vodenja proizvodnje in oskrbovanja delovnih mest z materialom ... 11

2.4.1 Potisni sistem ... 11

2.4.2 Vlečni sistem ... 12

2.5 Transport ... 12

2.5.1 Načrtovanje transporta ... 12

2.5.2 Transportna sredstva ... 13

2.5.3 Stroški notranjega transporta in skladiščenja ... 17

2.5.3.1 Ekonomična velikost naročil EOQ ... 18

2.6 Vrste proizvodnje ... 19

2.6.1 Število različnih izdelkov in velikost serij ... 19

2.6.2 Razmestitev delovnih mest ... 20

2.7 Modeliranje in simulacija ... 22

2.7.1 Koraki generacije modela ... 23

2.7.2 Zbiranje vhodnih podatkov ... 24

2.7.3 Simulacijski programi ... 25

2.7.4 Simulacijski program FlexSim ... 28

(18)

xiv

3 Metodologija raziskave ... 35

3.1 Predstavitev izdelka in obstoječega toka materiala ... 35

3.2 Razmestitev delovnih mest s Schmigallovo modificirano trikotno metodo . 38 3.3 Izdelava modela simulacije in določitev parametrov ... 41

4 Rezultati in diskusija ... 43

4.1 Delovanje simulacije in rezultati ... 43

4.2 Predlog optimalne razmestitve delovnih mest ... 45

5 Zaključki ... 51

Literatura ... 53

(19)

xv

Kazalo slik

Slika 2.1: Diagram SLP, P (product) – izdelek, Q (quantity) – količina, R (route) – pot, S (support)

– podpora, T (time) – čas [10] ... 4

Slika 2.2: Blokovni diagram [1] ... 6

Slika 2.3: Sankyjev diagram [1] ... 7

Slika 2.4: IZ-V karta [1] ... 8

Slika 2.5: Krožni diagram z legendo [1] ... 9

Slika 2.6: Trikotna shema z legendo [1] ... 9

Slika 2.7: Primer trikotne sheme, narejene s Schmigallovo modificirano trikotno metodo [7] ... 10

Slika 2.8: (a) Potisni sistem proizvodnje. (b) Vlečni sistem proizvodnje. [21] ... 11

Slika 2.9: Ročni viličar [23] ... 14

Slika 2.10: Transportni viličar z elektromotorjem [23] ... 14

Slika 2.11: Skladiščni viličar [23] ... 15

Slika 2.12: Starejše vlečno vozilo (na levi) in novejše (na desni) [9] ... 15

Slika 2.13: Valjčni transporter [9] ... 16

Slika 2.14: Avtomatično vodeno vozilo iz leta 1953 [13] ... 16

Slika 2.15: Moderna avtomatično vodena vozila [13] ... 17

Slika 2.16: Prikaz zalog, porabe in točk ponovnega naročila [5] ... 18

Slika 2.17: Meje med tipi proizvodnje glede na število izdelkov [19] ... 20

Slika 2.18: Delavniški tip proizvodnje [19] ... 21

Slika 2.19: Linijski tip proizvodnje [19] ... 21

Slika 2.20: Kombiniran tip proizvodnje [19] ... 22

Slika 2.21: Koraki modeliranja simulacije proizvodnje [17] ... 24

Slika 2.22: Model proizvodnje v simulacijskem programu FlexSim [24] ... 25

Slika 2.23: Diagram poteka znotraj programa Arena [26] ... 26

Slika 2.24: Ustvarjanje modela v programu Simul8 [26] ... 26

Slika 2.25: Programiranje v programskem okolju MatLab [26]. ... 27

Slika 2.26: Tridimenzionalni model v simulacijskem programu AnyLogic [26]... 27

Slika 2.27: Objekt Izvor v FlexSimu ... 28

Slika 2.28: Čakalni vrsti v FlexSimu z različnimi kosi materiala ... 29

Slika 2.29: Model procesorja v FlexSimu ... 29

Slika 2.30: Operater med transportiranjem materiala ... 30

Slika 2.31: Lastnosti izvora ... 31

Slika 2.32: Urnik prihodov ... 31

Slika 2.33: Lastnosti procesorja ... 32

Slika 2.34: Lastnosti operaterja ... 32

Slika 2.35: Enostaven model proizvodnje v programu FlexSim ... 33

Slika 2.36: Izris histogramov med delovanjem simulacije ... 34

Slika 3.1: Izbrani izdelek – multimeter [27]... 35

(20)

xvi

Slika 3.2: Sankyjev diagram za električni merilni inštrument (vse enote so v kilogramih za 100

izdelkov) ... 36

Slika 3.3: Trenutna razmestitev delovnih mest (delavniški tip proizvodnje) ... 37

Slika 3.4: Razmestitev delovnih mest po procesnem tipu proizvodnje ... 37

Slika 3.5: Trikotna shema na prvem koraku metode ... 39

Slika 3.6: Trikotna shema po drugem koraku metode ... 40

Slika 3.7: Končna razmestitev delovnih mest po Schmigallu ... 40

Slika 3.8: Razmestitev delovnih mest po Schmigallu ... 41

Slika 3.9: Urnik prihoda materiala ... 42

Slika 3.10: Lastnosti procesorja ... 42

Slika 4.1: Prepotovana pot operaterjev in transporterjev v enem delovnem dnevu (v metrih) ... 43

Slika 4.2: Izkoriščenost strojev ali delovnih mest pri razmestitvi procesnega tipa ... 44

Slika 4.3: Zasedenost operaterjev in transporterjev pri razmestitvi procesnega tipa ... 45

Slika 4.4: Prikaz združevanja delovnih sredstev v celice ... 46

Slika 4.5: Predlagana razmestitev delovnih mest ... 47

Slika 4.6: Prepotovana pot operaterjev in transporterja pri predlagani razmestitvi ... 48

Slika 4.7: Zasedenost operaterjev in transporterja pri predlagani razmestitvi... 49

Slika 4.8: Izkoriščenost strojev ali delovnih mest pri predlagani razmestitvi ... 49

(21)

xvii

Kazalo preglednic

Preglednica 3.1: IZ-V karta za izbran izdelek ... 38 Preglednica 3.2: Preglednica po prvem koraku Schmigallove trikotne metode ... 39 Preglednica 4.1: Skupna prepotovana pot operaterjev in transporterjev glede na tip razmestitve ... 44 Preglednica 4.2: Skupna prepotovana pot operaterjev in transporterjev ... 48 Preglednica 4.3: Primerjava povprečnih izkoristkov strojev in delavcev med procesno in

predlagano razmestitvijo ... 49

(22)

xviii

(23)

xix

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

D enot/leto letna poraba elementa

EOQ enot optimalna količina naročanja

H €/enoto

leto stroški skladiščenja

I t/mesec intenzivnost transporta

L m transportna pot

N € stroški sprožitve naročila

s €/m t stroški transporta na enoto

S €/mesec stroški notranjega transporta Indeksi

ij delovni mesti ali oddelka i in j

(24)

xx

(25)

xxi

Seznam uporabljenih okrajšav

Okrajšava Pomen

AVV avtomatično vodena vozila

EOQ ekonomična velikost naročil (angl. Economic Order Quantity) GT skupinska tehnologija (angl. Group Technology)

itd. in tako dalje

MRP načrtovanje materialnih potreb (angl. Material Requirements Planning)

MRPII načrtovanje proizvodnih kapacitet (angl. Manufacturing Resources Planning)

oz. oziroma

PQRST izdelek, količina, pot, podpora, čas (angl. Product, Quantity, Route, Support, Time)

SLP sistematično razmestitveno planiranje (angl. Systematic Layout Planning)

št. številka

(26)

xxii

(27)

1

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

Z večanjem konkurence na svetovnem trgu proizvodnje je težko preživeti, ne da bi iskali možnosti za izboljšavo v procesu izdelave. Proizvajalci morajo delati izdelke z visoko kakovostjo po najnižji možni ceni, na katero vplivajo številni dejavniki [6]. Posebej pri velikoserijskih in masovnih proizvodnjah se poznajo že zelo majhne izboljšave, ker če pridobimo pri izdelavi enega izdelka nekaj sekund, lahko izdelamo veliko število istih izdelkov v nekaj dneh manj [1]. Če se pri postavitvi proizvodnega obrata ne posvečamo posebej pravilni razmestitvi delovnih mest, je ta najverjetneje neoptimalna in nam predstavlja izgube v času in denarju [6]. Muther [11] je leta 1973 verjel, da se splača porabiti nekaj časa in virov za planiranje razporeditve delovnih mest. Če je to izvedeno dobro, se naložbe vanj povrnejo, v primeru slabe razmestitve pa so potrebne dodatne spremembe, ki stanejo veliko [6]. Dobra postavitev se odraža v manjših stroških transporta, večji izkoriščenosti prostora, delovnih mest in strojev ter manjši potrebi po vmesnih zalogah [10].

Kompleksnost proizvodnih sistemov se s časom veča, od njih se pričakuje vedno večje stopnje fleksibilnosti. V mnogih primerih je potrebno pogosto ponovno razmeščanje delovnih mest, ko se začne izdelava novih produktov. Za lažje spopadanje s tem se uporabljajo različna simulacijska orodja in programi, s katerimi pa pridejo nove težave.

Pomembno je, da zajamemo pravilne vhodne podatke sistema, da so tudi rezultati verodostojni, drugače smo porabili sredstva zaman [12, 14].

1.2 Cilji

Trenutna prostorska razmestitev delovnih mest v izbranem podjetju ni primerno urejena, zato je potrebna prenovljena razmestitev in ureditev materialnih tokov. Z njima želimo doseči čim manjši strošek notranjega transporta, čim krajše pretočne čase, ter da oblikujemo standardni tok materiala. V nalogi bo najprej izveden pregled literature na temo razmestitve delovnih mest, analize toka materiala, notranjega transporta v proizvodnji in o simulacijskih programih. Za tem bo popisano in analizirano obstoječe stanje toka materiala v izbranem proizvodnem obratu, izvedene bodo simulacije različnih razmestitev delovnih mest in toka materiala, ki bodo med seboj primerjane in analizirane. Predlagana bo najbolj optimalna

(28)

Uvod

2

razmestitev. Za izdelavo in simulacijo modelov proizvodnega sistema bo uporabljen simulacijski program FlexSim.

(29)

3

2 Teoretične osnove in pregled literature

2.1 Planiranje razmestitve delovnih mest

Pravilno razmeščena delovna mesta, skladišča in urejene materialne poti zagotavljajo optimalno delovanje proizvodnje. Za ureditev delovnih mest se odločimo, ko postavljamo nov obrat, uvajamo v proizvodnjo nove izdelke ali stroje in ko mislimo, da trenutna razmestitev ni pravilna. Osnovna metoda za doseganje takega stanja je Sistematično razmestitveno planiranje – SLP ( angl. Systematic Layout Planning) [11]. Diagram postopka SLP je prikazan na sliki Slika 2.1. Vhodni podatki so angleška kratica PQRST (korak 1):

‐ P (product) – izdelek: lastnosti, tip izdelka (storitev, dobrina), ki ga izdelujemo

‐ Q (quantity) – količina: število kosov posameznega tipa izdelkov ali sestavnih delov

‐ R (route) – pot: zaporedje izdelovalnih operacij za vsak produkt

‐ S (support) – podpora: dodatni sistemi za pomoč (nadzorne postaje, garderobe, itd.)

‐ T (time) – čas: koliko časa je potrebnega za izdelavo komponente in zasedenost strojev za njihovo izdelavo [10, 11]

V analizi pretoka materiala (korak 2) prikažemo intenziteto materialnega toka celotne proizvodne linije med delovnimi mesti ali stroji. Z naslednjim korakom (korak 3) ugotovimo, kako tesno so povezana različna delovna mesta, torej koliko materiala se pretaka med njimi in kakšno je zaporedje operacij. Glede na ti dve analizi se ustvari diagram povezav delovnih mest (korak 4). Tista, med katerima je velika intenzivnost materialnega toka, sta nameščena blizu eden drugemu. V nadaljevanju (korak 7) se ustvari diagram s povezavami prostora, kjer se doda koraku 4 informacija o velikosti prostora. Pri tem se upošteva prostor, ki je potreben za posamezne oddelke oz. delovna mesta (korak 5) in prostor, ki je dejansko na voljo (korak 6). S korakoma 8 in 9 se upošteva vse omejitve (praktične in omejitve spreminjanja pri obstoječem objektu). Izdela se več možnih razmestitev (korak 10), ki se jih med seboj primerja, in s korakom 11 se odloči za eno od razmestitev [10].

(30)

Teoretične osnove in pregled literature

4

Slika 2.1: Diagram SLP, P (product) – izdelek, Q (quantity) – količina, R (route) – pot, S (support) – podpora, T (time) – čas [10]

Sledeče cilje lahko dosežemo z optimalno razmestitvijo delovnih mest:

‐ zagotoviti dovolj prostora za organizacijo strojev in orodja ter olajšanje gibanja materiala,

‐ s tem poskrbeti za udobno in varno delovno okolje,

‐ zmanjšati gibanje delavcev, surovcev, sestavnih delov in strojev (ni potrebno ponovno razmeščanje),

‐ zagotoviti varnost obrata in varnost njegovih delavcev,

‐ zmožnost razširitve proizvodnje ali nove razmestitve, ko se uvedejo novi izdelki ali nadgradi tehnologija,

‐ povečati proizvodne zmogljivosti [4].

(31)

5

2.2 Materialni tok

Pretok materiala v proizvodnji predstavlja transport surovcev, polizdelkov, sestavnih delov in končnih proizvodov med delovnimi mesti, operacijami, vhodnim, vmesnim in končnim skladiščem. Z optimiziranjem toka želimo doseči čim manjše:

‐ stroške transporta med delovnimi mesti,

‐ stroške delavca, ki izvaja transport,

‐ stroške, povezane z vzdrževanjem transportnih sredstev,

‐ stroške, ki so vezani na vložen kapital v zaloge,

‐ stroške skladiščenja.

Preden lahko začnemo optimizirati tok materiala, moramo najprej poznati trenutno stanje proizvodnje. Poznamo širok nabor tehnik prikazovanja toka, nekatere grafične, človeku razumljive metode in bolj opisne, bogate s podatki ter uporabne za nadaljnjo obdelavo [1].

2.2.1 Blokovni diagram

Blokovni diagram je najbolj osnoven prikaz pretoka materiala. V pravokotnikih so zapisana delovna mesta, s puščicami pa je označena smer toka materiala. Njegove prednosti so:

‐ enostavnost branja,

‐ dobra grafična predstavitev,

‐ prikaz vrste delovnih operacij,

‐ njihovo zaporedje in povezanost.

Enostaven in osnoven izgled pa prinese svoje pomanjkljivosti v primerjavi z naslednjimi metodami. Glavna je pomanjkanje informacije o intenziteti toka materiala. Prikazan je na sliki Slika 2.2 [1].

(32)

6

Slika 2.2: Blokovni diagram [1]

2.2.2 Sankyjev diagram

Blokovni diagram lahko neposredno izboljšamo s Sankyjevim diagramom, saj sta si na izgled zelo podobna, razlika je v tem, da ima slednji na materialnih poteh definirane tudi intenzitete materialnega toka. To doseže s pripisanimi številkami, ki lahko predstavljajo količino materiala glede na njegov volumen, maso ali dolžino v časovni enoti. Za vizualno pomoč pa uporabi različne debeline puščic; tanjše predstavljajo manjši pretok, debelejše pa večjega. Prikazan je na sliki Slika 2.3 [1].

(33)

7 Slika 2.3: Sankyjev diagram [1]

2.2.3 IZ-V karta

Za manj grafičen prikaz, ki je zgoščen s podatki, uporabljamo IZ-V karto. Prikazuje intenziteto materialnega toka med delovnimi mesti, oddelki ali stavbami. Na sliki Slika 2.4 so na levi in zgornji strani prikazani vsi oddelki, spodaj pa je v presečišču zapisana količina materiala (v tonah na mesec), ki se med tema oddelkoma izmenja [1].

(34)

8

Slika 2.4: IZ-V karta [1]

2.2.4 Krožni diagram

Krožni diagram nudi dobro grafično predstavo. Blokovni in Sankyjev diagram prikazujeta pretok materiala v linearni postavitvi, kot pa že pove ime te metode, so delovna mesta razmeščena v krog, ki jih povezujejo puščice, ki predstavljajo intenzivnost materialnega toka. Tudi ta diagram nazorno prikazuje zaporedje operacij, tiste, ki pa niso vezani eden za drugega, je lažje umestiti v notranjost kroga. To nam omogoča boljši pregled nad njihovo povezavo. Prikazan je na sliki Slika 2.5 [1].

(35)

9 Slika 2.5: Krožni diagram z legendo [1]

2.2.5 Trikotna shema

Trikotna shema predstavlja mrežo sestavljeno iz trikotnikov, kjer so v križiščih trikotnikov postavljena delovna mesta ali oddelki. Označeni so s krogi, črte pa označujejo intenzivnost toka materiala, s pripisanimi vrednostmi. Primer trikotne sheme je na sliki Slika 2.6 [1].

Slika 2.6: Trikotna shema z legendo [1]

(36)

10

2.3 Schmigallova modificirana trikotna metoda

Schmigallova modificirana trikotna metoda je hevristična metoda razmeščanja delovnih mest ali oddelkov (to pomeni, da rešujemo probleme in pridemo do rešitve sami, z uporabo praktičnih metod in raznih bližnjic) [1]. Temelji na razmestitvi delovnih mest v shemo v obliki mreže, narejene iz enakostraničnih trikotnikov, katerih oglišča predstavljajo omenjena mesta. Tam so v krogih zaporedne številke delovnih mest in med njimi so označene povezave [20]. Primer sheme je prikazan na sliki Slika 2.7.

Slika 2.7: Primer trikotne sheme, narejene s Schmigallovo modificirano trikotno metodo [7]

Metoda je zelo uporabna za načrtovanje novega proizvodnega sistema (stavbe) ali za analizo obstoječih sistemov, ko pride do spremembe pri proizvodih in razmestitvi. Pri tem se moramo zavedati, da se trikotno metodo uporablja, da dobimo razmeroma dobro teoretično razmestitev, ki jo je potrebno kasneje popraviti in predelati na realne zahteve in omejitve.

Na to vplivajo predvsem poenostavitve in predvidene enake lastnosti, ko primerjamo različna delovna mesta, kot so:

‐ zanemarimo velikost delovnih mest ali oddelkov,

‐ razdalje med delovnimi mesti so enake,

‐ stroški transporta med delovnimi mesti so na meter enaki.

Da ustvarimo trikotno mrežo potrebujemo naslednje podatke:

‐ seznam delovnih mest,

‐ intenziteto materialnega toka med njimi,

‐ smer materialnega toka med njimi.

Nekatere podatke lahko priskrbimo s tehnikami prikazovanja toka materiala, ki so opisane v prejšnjem poglavju, najbolj primerna za nadaljnjo uporabo pa je IZ-V karta. Pri njej smer toka ni pomembna, saj se vsoto tokov v obe smeri združi v isto celico [20].

(37)

11

2.4 Načini vodenja proizvodnje in oskrbovanja delovnih mest z materialom

Okvirno obstajata dve načeli vodenja proizvodnje in pretoka materiala: potisni in vlečni sistemi (angl. Push and Pull) [21]. Pojem se navezuje na več področij znotraj proizvodnje, kot na primer prejemanje naročil, vodenje skladišč in zalog ter pretok materiala med delovnimi mesti, zato pogosto prihaja do nejasnosti pri njihovi definiciji. Oba sistema sta prikazana na sliki 2.8. Pogost primer potisnega modela je algoritem načrtovanje materialnih potreb MRP (Material Requirements Planning) in načrtovanje proizvodnih kapacitet MRPII (Manufacturing Resources Planning), primer vlečnega sistema pa je primer Kanban. V literaturi [21, 22] pa vidimo, da lahko za različna področja algoritmov rečemo, da je en del potisni drugi pa vlečni, oziroma je večina modelov hibrid obeh.

2.4.1 Potisni sistem

Klasični pomen potiska je ukrepanje ali izdelava v pričakovanju po potrebi. Naročilo se začne na prvi fazi in je potem »potisnjen« do konca. Z obzirom na stroje ga lahko opišemo kot sistem, kjer predhodni stroj proizvaja dele, brez zahteve naslednjega stroja po njihovi izdelavi. S tem je več vmesnih zalog, bolj polna skladišča in s tem je vezan večji kapital v izdelavo, količina izdelkov je aproksimacija, zato je vedno nekaj izgub in odpadkov [22].

Shematski prikaz potisnega sistema je prikazan na sliki 2.8 (a) [21].

Slika 2.8: (a) Potisni sistem proizvodnje. (b) Vlečni sistem proizvodnje. [21]

(38)

12

2.4.2 Vlečni sistem

Klasičen pomen vlečnega sistema je ukrepanje ali izdelava po prejeti zahtevi. Tako tudi predhodni stroj začne z izdelavo šele, ko za njegov del zahteva naslednji stroj. Informacije o naročilu stranke so procesirane do konca proizvodnje ne izvirajo samo iz začetka. Če neka operacije ne more zadostiti zahtevam direktno, bo naslednja operacija zahtevala in naročila dele zaloge prejšnje operacije. Tako dobimo zaporedno naročanje zaporednih korakov proizvodnje iz zalog ali potencialno tudi naročanje pri dobaviteljih. S tem se zagotovi boljša komunikacija med delovnimi mesti in naročili, zagotovi dejanska poraba materiala in proizvodnih kapacitet, saj poznamo njihovo precizno količino. Dosežemo tudi manjše zaloge in odpadke. Shematski prikaz vlečnega sistema je prikazan na sliki 2.8 (b) [21].

2.5 Transport

Transport je ena izmed glavnih logističnih aktivnosti (poleg skladiščenja in strege).

Predstavlja premagovanje prostora in časa z zavestnim premikanjem predmetov transporta ter oseb. Za nemoteno delo proizvodnje je pomemben notranji in zunanji transport. Zunanji transport mora zagotavljati pravočasen dovoz surovin, polizdelkov, sestavnih delov in odvoz končnih izdelkov. Pod ta tip štejemo tudi prevoz delovne sile. Za cilje te diplomske naloge predpostavimo, da je zunanji transport urejen in si moramo bolj podrobno pogledati notranjega. Ta zajema premikanje zgoraj naštetega materiala znotraj podjetja v proizvodnji, skladiščih, med različnimi delovnimi mesti ali oddelki in zagotavlja oskrbo delovnega mesta z zahtevano dobrino. [9]

Transportirane dobrine imajo lahko različne fizikalne in kemične lastnosti, ki vplivajo na izbiro transportnega sredstva:

‐ agregatno stanje (plin, kapljevina, trdnina),

‐ velikost (dimenzije, volumen, masa),

‐ oblika (okrogli, podolgovati, valjasti) – možnost zlaganja,

‐ občutljivost (mehanske poškodbe, kemične reakcije, temperatura),

‐ urejenost (embalaža, čistoča) [9].

2.5.1 Načrtovanje transporta

Notranji transport in njegove funkcije so povezani s skoraj vsemi oddelki podjetja. Za nemoten potek drugih obratnih funkcij mora biti dobro načrtovan, z visoko učinkovitostjo in izkoristkom, kar pomeni, da mora biti transport pravilno integriran v celotno organizacijo postavitve podjetja oz. proizvodnje [9].

Za načrtovanje notranjega transporta vpliva veliko veličin. Trenutni in bodoči proizvodni program določata, kakšne izdelke se izdeluje in se bo izdelovalo, katere stroje potrebujemo za njihovo izdelavo. Vsi ti stroji morajo biti postavljeni po enem ali več postavitvenih principih (delavniški, linijski, celični). Vedeti moramo kakšna je vrsta in oblika izdelkov,

(39)

13 polizdelkov, sestavnih delov in sestavov med celotnim procesom ter njihova količina.

Potrebna je razmestitev delovnih mest in postavitev skladiščnih mest ter skladišč. Določiti je treba, kakšne transportne operacije nastopajo v posamezni transportni nalogi (nalaganje pred transportom, vožnja, razlaganje, urejanje, vračanje transportnih sredstev, zastoji, kontrola med transportom…). Določimo čase izdelovalnih in transportnih operacij, ter izberemo poti, kjer bo transport potekal. Glede na razpoložljiva transportna sredstva (vrsta, število, stanje, delovna sila za njihovo upravljanje, stopnja avtomatizacije) in način oskrbe delovnih mest z materialom (večje vmesne zaloge, čim manjše zaloge z vitko proizvodnjo…) se izbere prava sredstva. Morda še najpomembnejši pa so preračuni stroškov, povezanih s transportom, saj nam povejo, kakšna je stopnja učinkovitosti transportnega sistema [9].

Poleg vseh teh vplivnih veličin se poskušamo držati dodatnih smernic in pravil:

‐ princip oblikovanja transportne enote (uporablja se večje enote, ki so enakih oblik in dimenzij – palete, zaboji in različna standardna embalaža),

‐ izogibanje transportiranju enega bremena in nepolnih transportnih enot (želimo čim bolj izkoriščeno delovno sredstvo, velja za transport v obe smeri),

‐ princip najkrajših razdalj in princip ravnih poti (z najkrajšimi razdaljami dobimo najkrajše čase transporta, z ravnimi potmi pa so te bolj urejene),

‐ princip gravitacije (material lahko premikamo z drsenjem, da je delo manj fizično zahtevno, pri tem je posebna pozornost na varnost),

‐ kjer je mogoče, se uporabi princip mehanizacije in avtomatizacije za lažje, boljše in hitrejše delovanje,

‐ princip tokov (skupaj s transportiranjem materiala naj potujejo tudi informacije, zelo pomembna je komunikacija s skladiščem, da se vodi evidenca zalog, vsak premik naj bo zabeležen),

‐ princip urejenosti (v transportnih enotah – zaboji palete, naj bo material v urejenem stanju, še posebej kadar gre za avtomatiziran sistem) [9].

2.5.2 Transportna sredstva

Glede na lastnosti materiala se odločimo za izbiro transportnega sredstva. Mednje spadajo sredstva za premikanje materiala (vozila, transporterji, dvigala), za nalaganje in razkladanje (roboti, manipulatorji) ter za hranjenje med transportom (zaboji, palete, embalaža) [9].

Za prevažanje materiala med delovnimi mesti uporabljamo različna ročna ali električna vozila. Na sliki 2.9 je prikazan ročni paletni voziček ali viličar. Spada med najbolj enostavna transportna sredstva, saj ga lahko upravlja ena oseba z uporabo svoje moči in pomoči hidravlike, ki breme dviguje in spušča. Voziček ima lahko tudi električni pogon za lažje premikanje tovora [9].

(40)

14

Slika 2.9: Ročni viličar [23]

Glavni namen transportnih viličarjev pove že njihovo ime. Navadno imajo električni pogon, lahko so pa gnani tudi s plinom ali dizelskim motorjem. Za lažje manevriranje po skladiščih in proizvodnji se z volanom upravljajo kolesa na zadnji osi in ne na sprednji, kot smo navajeni pri avtomobilih, motorjih ali kolesih. Viličar z električnim motorjem je prikazan na sliki 2.10.

Slika 2.10: Transportni viličar z elektromotorjem [23]

Skladiščni viličarji se uporabljajo predvsem znotraj skladišča in se manj uporabljajo za transport med delovnimi mesti. Navadno so ožji, krajši in omogočajo dviganje bremena višje. Prav tako niso omejeni na premikanje zgolj naprej in nazaj ter zavijanje z volanom.

Za bolj precizno upravljanje so opremljeni s konzolo, ki omogoča translacijo v želeni smeri, brez rotacije. Večinoma imajo električni pogon. Prikazan je na sliki 2.11.

(41)

15 Slika 2.11: Skladiščni viličar [23]

Kadar želimo transportirati večjo količino materiala hkrati, ga naložimo na vozičke in jih z vlečnim vozilom odpeljemo na želeno delovno mesto. Na sliki 2.12 sta prikazana dve različni vlečni vozili, eno nekoliko starejše, drugo pa novejše [9].

Slika 2.12: Starejše vlečno vozilo (na levi) in novejše (na desni) [9]

Pri vseh naštetih transportnih sredstvih je potrebna delovna sila, ki upravlja z vozilom.

Predvsem kadar imamo opravka z linijsko postavitvijo proizvodnje, je smiselna uporaba transporterjev med delovnimi mesti ali v sklopu montaže. Večinoma premikajo kosovni material, lahko pa tudi neprekinjenega ali cele palete. So fiksni, torej so pritrjeni na tla ali na strop, ter imajo skoraj vedno enosmerni tok. Obstaja več vrst transporterjev:

‐ transportni trakovi,

‐ pnevmatični in valjčni transporterji,

‐ verižni transporterji,

‐ drče,

‐ kolutne in valjčne proge [9].

Večinoma so mehanizirani, včasih tudi avtomatizirani. Primer valjčnega transporterja je na sliki 2.13.

(42)

16

Slika 2.13: Valjčni transporter [9]

Avtomatično vodena vozila (AVV) so iznašli že v petdesetih letih dvajsetega stoletja. Eden prvih modelov je prikazan na sliki 2.14. [13].

Slika 2.14: Avtomatično vodeno vozilo iz leta 1953 [13]

Po tem, ko jim človek določi pot, ne potrebujejo operaterjev in delo opravljajo sami. Zaradi tega odpravimo s tem povezane stroške in izboljšamo zmogljivost in izkoristek transportnega sistema [13]. Avtomatično vodena vozila so v bistvu samohodni mobilni roboti, uporabljajo se za transport in manipulacijo materiala oz. strego. Navadno jih poganjajo elektromotorji na baterije, ki delujejo od 8 do 16 ur [9]. Pri gibanju v prostoru je včasih vozilo sledilo predvidenim potem, ki so bile ustvarjene v obliki v tla položene žice, ki ji senzor sledi s pomočjo tuljav in ustvarjenega magnetnega polja, ali pa v obliki odbojne barve na površini tal. Med drugimi načini je bil tudi ta, da se je vozilo orientiralo glede na signale, ki jih je prejemalo od senzorjev v prostoru [9]. Na sliki 2.15 so prikazana sodobna AVV.

(43)

17 Slika 2.15: Moderna avtomatično vodena vozila [13]

Sodobna AVV se premikajo veliko bolj prosto kot v preteklosti. Poti so ustvarjene s programsko opremo, kar omogoča, da so vozila veliko bolj fleksibilna, ko je potrebno spreminjati in dodajati materialne poti. Prav tako bolje zaznavajo nevarnosti in ovire na svoji poti [13, 14].

2.5.3 Stroški notranjega transporta in skladiščenja

Kot pri vseh področjih v proizvodnji želimo tudi pri notranjem transportu imeti čim manjše stroške S. Za njihove izračune velja enačba (2.1) in vidimo, da nanje vpliva več faktorjev.

𝑆 = (∑ ∑ 𝐼_𝑖𝑗·𝐿_𝑖𝑗

𝑚

𝑗=1 𝑚

𝑖=1

) · 𝑠 → 𝑀𝐼𝑁 (2.1)

S – stroški notranjega transporta [€/mesec]

Iij – intenzivnost transporta med delovnima mestoma ali oddelkoma i in j [t/mesec]

Lij – transportna pot med delovnima mestoma ali oddelkoma i in j [m]

s – strošek transporta na enoto [€/m t]

Prvi izmed njih je intenzivnost transporta Iij med delovnimi mesti ali oddelki. To pomeni, kolikšna količina materiala je transportirana med njimi v časovni enoti, kar prikazuje tudi enota t/mesec. Za boljšo natančnost vrednosti uporabimo večjo časovno enoto (mesec),ker se lahko iz dneva v dan dejanska intenzivnost spreminja.

Daljše kot so razdalje med delovnimi mesti Lij, več časa porabimo za transport, kar pomeni višje stroške. Od tod vidimo, kako pomembna je pravilna razmestitev delovnih mest. Če želimo čim manjšo vrednost stroškov, moramo postaviti mesta, med katerimi je največja intenzivnost toka materiala, čim bližje skupaj.

Zadnji faktor pri izračunu so stroški transporta na enoto s. Pomeni koliko stane (€), da transportiramo določeno količino materiala (t) za določeno dolžino (m). Tukaj so zajeti

(44)

18

stroški delovne sile, da upravljajo s transportnimi sredstvi, stroški energije, ki jo pri tem porabijo, njihov nakup in vzdrževanje. Pomembno je tudi, koliko materiala lahko transportiramo na enkrat, kar pa določa predvsem njegova oblika. Če moramo prevažati en kos na enkrat bodo stroški na enoto večji, kot pa če jih lahko več na enkrat (v škatli, na paleti) [1, 9].

Transport in skladiščenje sodita med glavni panogi logistike (poleg strege) in sta med seboj močno povezani. Tudi skladišča predstavljajo stroške znotraj proizvodnje in se jih trudimo zmanjševati. Glavni faktor, ki jih določa, je velikost skladišča in koliko materiala je v njem skladiščenega. Zaradi tega si prizadevamo, da bi bile zaloge čim manjše, ampak ravno dovolj velike, da delo teče iz meseca v mesec nemoteno, saj so v njih tudi velike vezave kapitala.

Za doseganje optimalnih velikosti zalog skladišč se uporabljajo različne metode [1, 5, 9].

2.5.3.1 Ekonomična velikost naročil EOQ

En način načrtovanja naročanja zalog je metoda ekonomična velikost naročil EOQ (angl.

Economic Order Quantity). Uporabna je za naročanje materiala, sestavnih delov ali surovcev, ko je njihova potreba v delovnem sistemu konstantna (ležaji, filtri, vijaki,…). Če je povpraševanje po teh delih različno skozi čas, lahko metodo še vedno uporabimo, ampak za primerno krajši časovni interval. Na sliki 2.16 je prikazano, kdaj je primeren čas za naročilo.

Slika 2.16: Prikaz zalog, porabe in točk ponovnega naročila [5]

S slike 2.16 je razvidno, da je naročilo potrebno oddati, preden izgubimo vso delovno zalogo.

Oddamo ga toliko prej, da v času do dobave porabimo približno celotno zalogo. Z naročili lahko kadarkoli pride do zamud, zato je pomembno, da imamo varnostne zaloge, ki jih porabimo, ko pride do njih. [5].

(45)

19 V imenu EOQ vidimo, da metoda temelji na optimalni velikosti naročil. To velikost dobimo po Andlerjevi enačbi (2.2).

𝐸𝑂𝑄 = √2 · 𝐷 · 𝑁

𝐻 (2.2)

EOQ – optimalna količina naročanja [enot]

D – letna poraba elementa ali dela [enot/leto]

N – stroški sprožitve naročila [€]

H – stroški skladiščenja [€/enoto, leto] [5]

Z enačbo (2.2) ugotovimo, kolikšna naročila moramo izvesti, pogostost naročil pa določimo glede na porabo materiala v nekem časovnem obdobju in čas dobave. V enačbi nastopajo veličina D, ki predstavlja število delov, ki jih porabimo v letu. N prikazuje stroške, povezane s sprožitvijo naročila. To pomeni, da ti stroški niso vezani na naročeno količino materiala, ampak na vse aktivnosti, ki so potrebne za izvedbo naročila (navadno od 20 do 200 €, odvisno od velikosti podjetja). Nazadnje so seveda še stroški skladiščenja na enoto za eno leto H. Ti stroški so povezani s prostorom, ki je zahtevan za njihovo hranjenje. Povprečen letni strošek skladiščenja je približno 20 do 30 % cene kosa [5].

2.6 Vrste proizvodnje

Proizvodni sistemi imajo v industriji veliko različnih vrst in tipov, ki so lahko definirani glede na različne tipologije. Glavni faktor, ki določa, kakšen tip proizvodnje se bo uporabljalo, je tip izdelka ali izdelkov, ki se bodo v njej izdelovali. Produkti, ki so narejeni po meri, potrebujejo več časa in se navadno izdelujejo v manjših količinah, medtem ko lahko standardizirane dele izdelujemo v velikih serijah, z bolj urejenim potekom dela in tokom materiala [19].

2.6.1 Število različnih izdelkov in velikost serij

Ko se v proizvodnji izdeluje le en izdelek, govorimo o eno izdelčni proizvodnji. Redko vidimo, da se celotna tovarna posveti samo enemu izdelku, posebej če so te večje. Večkrat imajo specializirane obrate, kjer delajo en izdelek z velikoserijsko ali množično proizvodnjo.

Meje med temi vrstami proizvodnje so prikazane na sliki 2.17. Razmestitev delovnih mest je posvečena samo enemu izdelku, zato pri tem nimamo omejitev in lahko dosežemo najvišjo produktivnost in izkoristke. Postavitev strojev je najpogosteje procesna (linijska) in izdelke se izdeluje v velikih serijah ali množično.

(46)

20

Slika 2.17: Meje med tipi proizvodnje glede na število izdelkov [19]

Če proizvajamo več kot le en izdelek, imamo več izdelčno proizvodnjo. Ker stroji niso namenjeni le enemu izdelku, je potrebna njihova bolj kompleksna razmestitev. Nekateri so lahko razporejeni v linijah za posamezne sestavne dele ali sestave in po delavniškem principu za ostale operacije (kombiniran tip proizvodnje). Ko izdelujemo več izdelkov hkrati, je pogosto primerna velikoserijska izdelava.

Mnogo izdelčna proizvodnja izdeluje veliko število izdelkov, ki so večinoma narejeni po meri v zelo majhnih količinah. Delovna sredstva so univerzalna, uporabljajo se za vse izdelke, torej niso urejena v linijah, ampak so razmeščena po delavniškem tipu proizvodnje.

Ker se vsak izdelek razlikuje od drugega, je procesno vodenje zelo kompleksno in izdelovalni časi so daljši [19].

2.6.2 Razmestitev delovnih mest

Glavni cilji razmeščanja delovnih mest so zmanjšati razdaljo, ki jo prepotuje material med delovnimi mesti, zmanjšati stroške upravljanja z materialom in čas proizvodnega procesa [4].

Delavniški tip proizvodnje združuje delovna sredstva (stroje), ki opravljajo eno vrsto operacije, v skupen prostor (stružnice v strugarni, brusilni storij v brusilnici) [7]. Ta proizvodni sistem je značilen po majhnem volumnu in velikim obsegom raznolikosti modelov izdelkov. Ker so serije zelo majhne, se ne splača razmeščati strojev in delovnih mest, da bi uredili materialne poti za en izdelek. Veliko število naročil pomeni veliko različnih izdelkov. Vsak od njih ima svojo sekvenco operacij in zaradi tega se njihove materialne poti zelo razlikujejo [2, 3]. Tok materiala je neurejen in vodenje operacij je težavno. Predmet dela se transportira iz enega prostora v drugega, kar povzroči dolge čase operacij in njihovo časovno neusklajenost ter posledično dolge čase naročil [7]. Največja prednost tega tipa je visoka fleksibilnost in zmožnost uvajanja novih izdelkov v proizvodnjo [3]. Dandanes se ta postavitev uporablja samo za zelo majhne serije izdelkov in za izdelavo prototipov [7]. Predstavljen je na sliki 2.18.

(47)

21 Slika 2.18: Delavniški tip proizvodnje [19]

Linijski (procesni, izdelčni) tip proizvodnje združuje delovna sredstva, ki so potrebna za izdelavo izdelka, v linije. Ustvari se jo za sestavni del ali sestav. To ne pomeni, da so fizično v ravni liniji, ampak da so zaporedne operacije med seboj čim bližje. Ker je postavitev narejena z obzirom na materialni tok, je ta zelo urejen in je operacijsko vodenje manj zahtevno. Tip je primeren za eno izdelčno, velikoserijsko ali masovno proizvodnjo, saj se ob naročilu novega izdelka postavitev spremeni. Sistem je zelo nefleksibilen [19]. Ker se v enaindvajsetem stoletju hitro pojavlja trend krajšanja življenjske dobe izdelkov, kar je normalno na skoraj vseh področjih proizvodnje in inovacije, je pomembno, da je proizvodnja zmožna hitrih sprememb. Pogosto uporabljamo linije z mešanimi modeli izdelkov in sočasno na liniji izdelujemo različne izdelke v majhnih serijah. S tem se drastično poveča tudi kompleksnost in težavnost načrtovanja in operacijskega vodenja [18]. Model linijskega tipa proizvodnje je prikazan na sliki 2.19.

Slika 2.19: Linijski tip proizvodnje [19]

V praksi se pogosto ne držimo le enega tipa, ampak jih kombiniramo. Od tod tudi ime kombiniran tip proizvodnje [19]. Današnji trg ima vedno večjo zahtevo po različnih izdelkih ali različicah izdelka v manjših količinah. V teh razmerah tradicionalne linijske proizvodnje težko ohranjajo visoko produktivnost in izkoristek. Inovativna tehnika skupinske tehnologije (angl. Group technology – GT) odpravi večino teh problemov.

Temelji na združevanju različnih sestavnih delov, sestavov in izdelkov glede na podobnosti pri zahtevah izdelave ali značilnostih konstruiranja [16]. Celična proizvodnja je sistem, ki se ne osredotoča na naloge in operacije, temveč na produkte [7]. Združeni so v družine sestavnih delov, stroji, ki so potrebni za njihovo izdelavo, so združeni v celice. Te poskrbijo, da je manj premikanja in transportiranja materiala, boljši pretok informacij med delovnimi

(48)

22

mesti (znotraj celice) in čim manjša potreba po komuniciranju med različnimi celicami.

Zviša se produktivnost in stroški se zmanjšajo pri serijski proizvodnji do te mere, da je primerljiva masovni [16]. Delovna sredstva, ki niso zasedena z izdelavo enega ali nekaj izdelkov (sestavnih delov) - torej niso v celici, so večinoma razporejena po delavniškem tipu [19]. Prikaz kombiniranega tipa proizvodnje je na sliki 2.20.

Slika 2.20: Kombiniran tip proizvodnje [19]

Idealno bi bilo, če bi vsak sestavni del proizvedli samo v eni celici, ki je bila sestavnemu delu določena. Povsem samostojne proizvodne celice so v praksi redke. Nekateri deli morajo biti obdelani v več kot samo eni proizvodni celici, kar povzroči, da se morajo izdelki gibati med njimi, zato mora njihov oblikovalec razmestiti stroje tako, da je povezav med celicami čim manj [16].

2.7 Modeliranje in simulacija

Modeliranje je proces izdelave modela, model pa predstavlja sestavo in delovanje nekega sistema, ki ga obravnavamo. Ena vloga modela je, da omogoči osebi, ki analizira sistem, da predvidi, kakšne posledice doprinesejo spremembe sistema. V primerjavi z resničnim sistemom je v veliko pogledih preprostejši, saj mu velikokrat ne moremo dodati vseh podrobnosti oz. jih tudi ni potrebno. Po eni strani naj bo model čim bolj podoben resničnemu dvojniku in vsebuje vse izrazite funkcije, po drugi strani pa naj ne bo preveč kompleksen, da ne otežuje razumevanja eksperimenta, ki ga z njim opravljamo. Dober model ima pravo ravnotežje med preprostostjo in podobnostjo realnemu sistemu.

Simulacija je proces izdelave modela resničnega sistema in izvajanje eksperimentov na njem, da spoznamo, kako sistem deluje, za ocenjevanje učinkovitosti delovanja ali kako se sistem obnaša pod različnimi konfiguracijami. Uporabljamo jo lahko za obstoječe ali predvidene sisteme in nam omogoča, da spremljamo model skozi dolga časovna obdobja.

Nekatere praktične uporabe so zmanjšanje možnosti nedoseganja željenih ciljev, odstranitev

(49)

23 nepredvidenih ozkih grel, preprečitev prevelike ali premajhne uporabe virov (delavec, stroj,…) in optimizacija sistemske zmogljivosti [25].

2.7.1 Koraki generacije modela

Zbiranje vhodnih podatkov je zelo pomemben korak pri izdelavi modela simulacije, ni pa edini. Pomembno je, da načrtujemo celotno izdelavo modela. Diagram poteka je prikazan na sliki Slika 2.21.

Izdelava modela simulacije, njegovo delovanje in vrednotenje rezultatov sledi tem korakom:

1. Pregledamo obstoječi sistem in določimo, kakšne informacije želimo pridobiti z izdelavo in simulacijo modela, torej moramo imeti točno določene cilje, saj se simulacije razlikujejo glede na namen.

2. Zberemo vhodne podatke, s katerimi bodo model lahko ustvarili.

3. Najprej zgradimo model sistema zunaj simulacijskih programov v obliki diagramov, kot na primer blokovni ali Sankyjev diagram.

4. Pri tem koraku izberemo program, v katerem bomo izdelali model simulacije in ga tudi naredimo.

5. Preverimo, če ustvarjen model prikazuje vse dele sistema precizno (organizacija sistema, postavitev, nastavljeni parametri). Če ugotovimo, da je model primeren, potem nadaljujemo z naslednjim korakom, drugače pa se vrnemo na prvi korak in poskušamo dopolniti cilje, vhodne podatke in izdelavo modela.

6. S potrditvijo modela lahko začnemo s simulacijo. Da lahko predvidimo dejansko delovanje in gibanje sistema, moramo razumeti kakšne izhodne podatke dobimo glede na vhodne podatke, ki smo jih podali.

7. Glede na cilje, ki smo jih postavili na začetku, analiziramo rezultate, ki smo jih dobili s simulacijo [17].

(50)

24

Slika 2.21: Koraki modeliranja simulacije proizvodnje [17]

2.7.2 Zbiranje vhodnih podatkov

Za tem, ko določimo točne cilje, ki jih želimo doseči z izdelavo modela, sledi še en zelo pomemben korak, to je zajemanje vhodnih podatkov. Če ne uspemo zbrati zadosti ali pravilnih podatkov, bo kvaliteta rezultatov nižja oz. bodo ti nepravilni ali pa bo projekt zamujal. Veliko faktorjev lahko vpliva na težavnost zajema podatkov:

‐ visoka kompleksnost sistema,

‐ visoka stopnja detajlov modela,

‐ slaba dostopnost podatkov,

‐ nejasna definicija ciljev projekta.

Količina podatkov, ki jih moramo zajeti, je odvisna od ciljev in skrbi glede verodostojnosti analize. Njihovo zbiranje je dolgotrajen proces in po navadi traja več kot tretjino časa celotnega projekta. Dodatno je oteženo, ko pridemo pri sistemu do negotovosti:

‐ okvare strojev,

‐ različni časi izdelovalnih operacij,

‐ različni transportni časi materiala,

‐ različne velikosti serij,

‐ urniki operaterjev in odsotnost pomembnih zaposlenih.

(51)

25 Iz teh razlogov je pomembno, da na začetku izdelamo načrt. S tem prihranimo čas in kapacitete na daljši rok. Vse to pa je na koncu odvisno od kompetenc in izkušenj projektne vodje [12, 14].

2.7.3 Simulacijski programi

Informacije in znanje so največje prednosti v tekmovalnem okolju in tisti, ki imajo dostop do njih in jih znajo uporabiti, bodo najbolj uspešni. Iz teh razlogov podjetja dandanes uporabljajo veliko število simulacijskih programov in orodij za analizo različnih področij proizvodnega procesa, za hitrejše načrtovanje proizvodnih linij ali celic. Najpogosteje se uporabljajo v proizvodnih in logističnih panogah, viša se pa tudi uporaba v zdravstvu, vojski in kmetijstvu. S simulacijo lahko enostavno popišemo kompleksne proizvodne sisteme z računalniškim modelom. Veliko simulacijskih programov se osredotoča na lažjo izvedbo proizvodnega procesa, programiranja in kinematike robotov, notranjega skladiščenja in transporta, preverjanje povračil naložb ter tudi na boljše ergonomske lastnosti fizičnega dela delavcev. Veliko simulacijskih orodij vsebuje tudi orodje za simulacijo fizik, da aproksimiramo in simuliramo resnični svet v številnih pogledih. S tem lahko uporabnik izpopolni simulacijo in dobi podrobnejše informacije o delovanju procesa [12, 14].

S pogledom na proizvodni proces so glavne prednosti, ki jih pridobimo z uporabo simulacijskih modelov, podobne kot tiste, ki jih dobimo s pravilno razmestitvijo delovnih mest, saj nam ti programi omogočajo in olajšajo prav to. Med te prednosti spadajo višja izkoriščenost delovnih sredstev, delovne sile in transportnih sredstev, odpravljena ozka grla v sistemu in višja produktivnost [12, 14].

Na tržišču je veliko simulacijskih programov, vsak s svojimi prednostmi in slabostmi. Z njimi lahko enostavno v 3D prostoru ustvarimo model proizvodnje. Primer modela proizvodnje v programu FlexSim je na sliki 2.22.

Slika 2.22: Model proizvodnje v simulacijskem programu FlexSim [24]

(52)

26

Simulacijski program Arena temelji na ustvarjanju diagrama poteka dogodkov znotraj sistema (primer je prikazan na sliki 2.23. Module različnih oblik, ki predstavljajo procese ali logične ukaze, postavimo v ravnino, da dobimo model sistema in njegovo delovanje lahko vidimo tudi z nekaterimi animacijami. Uporablja se v proizvodni industriji, oskrbovalnih verigah, zdravstvu, rudarjenju in drugih industrijah. Izgled je nekoliko zastarel, učenje upravljanja s programom je težavno (nima uradnih spletnih poučnih posnetkov) in deluje le na operacijskih sistemih Windows [26].

Slika 2.23: Diagram poteka znotraj programa Arena [26]

Simul8 je simulacijski program, pri katerem modeli navadno ne temeljijo na programiranju ali statističnih podatkih, ampak na risanju organizacijskih shem na ravnini. Omogoča hitre dvodimenzionalne vizualizacije in nekoliko podpovprečne tridimenzionalne animacije.

Uporablja se predvsem v proizvodni in logistični industriji ter pri storitvenih dejavnostih.

Deluje na sistemih Windows in v internetnem brskalniku, ima veliko poučnih posnetkov na spletu. Na sliki 2.24 je prikazano programsko okno programa Simul8 [26].

Slika 2.24: Ustvarjanje modela v programu Simul8 [26]

(53)

27 MatLab je programski jezik in okolje, ki omogoča računanje z matricami, risanje funkcij, razvoj in delo z algoritmi ter omogoča tudi simulacijo, ki temelji prav na programiranju v tem jeziku, zato je potrebno vsaj njegovo osnovno znanje. Zaradi tega sodi med simulacijske programe, ki jih osvojimo težje. Deluje na operacijskih sistemih Windows, MacOS in v internetnem brskalniku. Ker so področja uporabe MatLaba tako obširna, se mora uporabnik sam znajti in najti poučne posnetke na temo, ki ga zanima. Programsko okno MatLaba je prikazano na sliki 2.25 [26].

Slika 2.25: Programiranje v programskem okolju MatLab [26].

AnyLogic je eden najbolj fleksibilnih simulacijskih programov, ki se uporablja v proizvodni industriji, logistiki, zdravstvu, prodaji, poslovnih procesih, dinamikah ekosistemov, upravljanju z viri, prometu, pri simulaciji letalskih sistemov in še mnogo drugih. Omogoča dvodimenzionalno in trodimenzionalno vizualizacijo sistemov z uporabniku prijaznim uporabniškim vmesnikom, s katerim lahko enostavno spreminjamo parametre objektov sistema, kar je tudi prikazano na sliki 2.26. Deluje na operacijskih sistemih Windows, MacOS in Linux, ter ima veliko spletnih poučnih posnetkov [26].

Slika 2.26: Tridimenzionalni model v simulacijskem programu AnyLogic [26]

(54)

28

2.7.4 Simulacijski program FlexSim

FlexSim je simulacijski program, ki ga je razvilo ameriško podjetje Flexsim software products leta 2003. Od takrat je imelo veliko posodobitev in nadgradenj. Temelji na objektnem modeliranju in se uporablja za simulacijo, vizualizacijo in spremljanje procesnih aktivnosti ter sistemov. Ima polno zbirko orodij za razvoj in prevod simulacijskih aplikacij.

Okolje FlexSim je povsem integrirano s prevajalnikom programskega jezika C++ in uporablja knjižnico flexscript, ki temelji na knjižnici C++ ali pa neposredno C++. Za odlično vizualizacijo delovanja proizvodnje poskrbijo animacije. Te so lahko prikazane v drevesni strukturi, dvodimenzionalnem in trodimenzionalnem pogledu ter v navidezni resničnosti.

Vsi ti pogledi so lahko prikazani med razvojem ali delovanjem modela [15, 17].

Za izdelavo modela v programu FlexSim sledimo petim korakom: razmestitev objektov, povezava objektov, dodajanje detajlov objektov, delovanje modela in ogled rezultatov.

Razmestitev objektov

Objekti (angl. Objects) so vsi elementi znotraj modela, ki na en ali drugačen način vplivajo na izdelavo izdelka. Nahajajo se na levi strani programskega okna v knjižnici (angl. Library).

V model jih umestimo tako, da jih kliknemo v knjižnici na levi in jih povlečemo v prostor.

Za tem lahko objekte rotiramo po vseh treh oseh in jim spreminjamo dimenzije v vseh treh dimenzijah. To ponavljamo, dokler nimamo v prostoru vseh objektov, ki jih potrebujemo za dovolj natančno simulacijo realnega sistema.

Vsak model potrebuje izvor (angl. Source), od koder prihajajo surovci, polizdelki ali kupljeni sestavni deli in vstopajo v proizvodni sistem. Prikazan je na sliki 2.27.

Slika 2.27: Objekt Izvor v FlexSimu

Pomembno je, da imamo prostor, kamor se bodo ti kosi, ki jih izvor generira, postavili, zato v model pogosto dodamo čakalne vrste (angl. Queue) ali vmesne zaloge. Služijo temu, da so med operacijo vedno na voljo kosi za obdelavo in naslednja operacija ne rabi čakati predhodne, da zaključi z delom. Dve čakalni vrsti z različnimi kosi materiala sta prikazani na sliki 2.28.

(55)

29 Slika 2.28: Čakalni vrsti v FlexSimu z različnimi kosi materiala

Stroje ali delovna mesta najpogosteje modeliramo z objekti procesorja (angl. Processor) in služijo temu, da posnemajo čas priprave in obdelave materiala, kar vse nastavimo v njihovih lastnostih. Model procesorja je prikazan na sliki 2.29. Poleg njih so v knjižnici tudi drugi objekti, ki ponazarjajo obdelavo materiala, in sicer združevalec (angl. Combiner) za združevanje različnih kosov v enega ali za njihovo pakiranje, razdeljevalec (angl. Separator) za razdelitev enega kosa v več ali odpiranje paketov ter procesor, ki opravlja več del hkrati (angl. Multiprocessor).

Slika 2.29: Model procesorja v FlexSimu

Za transport materiala med objekti se uporabljajo operaterji (delavci), transporterji oz.

viličarji, valjčni transporterji, dvigala in roboti. Njihova raba sicer ni nujna, je pa potrebna, če želimo model z realnim materialnim tokom in transportnimi časi. Poleg transporta skrbijo operaterji tudi za pripravo materiala in obdelavo na strojih. Na sliki 2.30 je prikazan operater med transportiranjem kosa materiala.

(56)

30

Slika 2.30: Operater med transportiranjem materiala

Poleg vseh že vgrajenih objektov, je uporabnikom omogočeno, da sami dodajajo svoje modele, kar omogoča še dodatno fleksibilnost in boljši izgled modela.

Povezave objektov

Objekti so med seboj povezani z dvema različnima povezavama (angl. Connection). S prvo povezujemo objekte, med katerimi prihaja do materialnega toka. Pri tem je pomembno zaporedje vzpostavitve povezave, saj imajo objekti vhodni in izhodni priključek (angl. Input and Output Port). Skozi vhodnega poteka dotok materiala, skozi odhodnega pa odtok. Drugi tip povezave pa je središčna (angl. Central Port Connection). Z njo določimo, kateri operaterji in transporterji so zadolženi za transportiranje s tega objekta in za upravljanje z njim (procesiranje). Število priključkov in povezav je neomejeno.

Dodajanje detajlov objektov

Poleg zunanjega izgleda objektov moramo urejati tudi, kako se v modelu vedejo, kar storimo s spremembo njihovih lastnosti. S klikom na objekt se na desni strani okna odpre nov zavihek, kjer lahko nastavitve urejamo, so pa nekoliko drugačne za vsak objekt.

Pri izvoru lahko določimo na koliko časa in v kakšni količini bo material prihajal. Eden od načinov je, da prihajajo kosi z določenim intervalom, ki ga izberemo v oknu z lastnostmi, ki je prikazan na sliki 2.31. S puščico je označen prostor, kamor vnesemo to vrednost.

(57)

31 Slika 2.31: Lastnosti izvora

Za boljši pregled in da določimo standardni tok materiala, pa lahko uporabimo urnik prihodov (angl. Arrival Schedule). V tabeli vpišemo ob katerih časih (v sekundah) naj pride izbrana količina materiala iz izvora. To je posebej uporabno, ko moramo upoštevati čas za malico in odmore delavcev, ko se delo v proizvodnji ustavi. Primer urnika prihodov je na sliki 2.32.

Slika 2.32: Urnik prihodov

Čakalne vrste imajo manj lastnosti, med pomembne spadajo kapaciteta vrste, torej koliko materiala je lahko naenkrat v njej, način zlaganja materiala in kateri kosi gredo prvi naprej na obdelavo. Pri procesorjih imamo nekaj več atributov, ki jih lahko spreminjamo, med najbolj osnovne in pomembne pa spadajo tisti, ki so prikazani na sliki 2.33.

(58)

32

Slika 2.33: Lastnosti procesorja

V drugem prostoru, ki je na sliki 2.33 označen z zeleno, določimo, koliko časa potrebujemo, da pripravimo stroj in material na začetek obdelave. Čas operacije pa določimo dva prostora nižje (rdeča puščica). Pod obema časoma je kvadratek, ki ga lahko obkljukamo, če je za to dejanje potreben operater. Kot primer lahko vzamemo CNC stružnico, ki potrebuje delavca, da vstavi nov kos in zažene operacijo, za samo obdelavo pa ni potreben. Ko se čas izdelave izteče, je material pripravljen na transport do naslednje operacije ali do skladišča. Z modro je označena možnost, ki pove, da za transport potrebujemo delavca ali transporter, ki je povezan na središčni priključek procesorja.

Operaterji in transporterji imajo podobne lastnosti, ki jih lahko spreminjamo, in so prikazane na sliki 2.34.

Slika 2.34: Lastnosti operaterja

(59)

33 V prvem prostoru določimo kapaciteto za transport, torej koliko kosov materiala lahko objekt tovori. Spodnja dva prostora sta namenjena določanju časov nalaganja in odlaganja materiala. V spodnji polovici okna pa lahko določimo še najvišjo hitrost operaterja ali transporterja, pospešek, zaviranje in lastnosti obračanja okoli svoje osi.

Delovanje modela

Na tem mestu je model izdelan in lahko pričnemo s simulacijo. Izberemo lahko časovno dolžino in hitrost delovanja. V FlexSimu lahko izberemo pogoje delovanja, spremenljivke in omejitve, kolikokrat bomo zagnali simulacijo, dolžino vsake in zmogljivost sistema.

FlexSim zbira in primerja vsako izvajanje simulacije. Na sliki 2.35 je prikazan preprost model med delovanjem s šestimi objekti (izvor materiala, vmesna zaloga, trije stroji in odvod materiala). Črne črte s trikotniki predstavljajo povezave med objekti (vhodni in izhodni priključki). Škatle pridejo na vhodu v čakalno vrsto, dokler ni na voljo prost stroj za njihovo obdelavo.

Slika 2.35: Enostaven model proizvodnje v programu FlexSim

Ogled rezultatov

Rezultate vsakega delovanja lahko med delovanjem simulacije spremljamo v dvodimenzionalnem in trodimenzionalnem pogledu ali v navidezni resničnosti. Na enkrat imamo lahko odprtih več oken in menjamo objekte, ki jih spremljamo. Poleg animacij lahko vidimo rezultate vsakega delovanja skozi že narejena poročila in grafe ter poročila in grafe, ki jih ustvarimo sami. Ti se lahko izrisujejo med delovanjem simulacije, kar lahko vidimo na sliki 2.36. Podatke lahko tudi izvozimo v različnih oblikah. V preteklosti bi bil s tem zaključen življeni cikel modela simulacije, analizirali bi rezultate in glede nanje naredili spremembe v resničnem sistemu. Ena najpomembnejših lastnosti FlexSima je pa ta, da lahko te že ustvarjene objekte ponovno porabimo in delimo z drugimi. Ker lahko s tem programom tudi spremljamo delovanje sistema v resničnem času, ga lahko uporabljamo še naprej za spremljanje resničnega sistema [15].

(60)

34

Slika 2.36: Izris histogramov med delovanjem simulacije

(61)

35

3 Metodologija raziskave

3.1 Predstavitev izdelka in obstoječega toka materiala

V nadaljevanju bomo ustvarili model simulacije proizvodnega sistema, s katerim želimo prikazati optimalno razmeščena delovna mesta in s tem doseči kratke transportne poti in visoko produktivnost. Za razumevanje modela moramo najprej vedeti, kakšen produkt izdelujemo, na katerih strojih in delovnih mestih.

Izdelek spada v skupino električnih merilnih inštrumentov (analiza kakovosti električne energije, varnost električnih aparatov, diagnostika izolacije, digitalni multimetri …) in je prikazan na sliki 3.1.

Slika 3.1: Izbrani izdelek – multimeter [27]

Za njegovo izdelavo se uporablja vse skupaj 16 delovnih mest oz. strojev. Njihove povezave in intenzivnost materialnega toka so zabeleženi v Sankyjevem diagramu na sliki 3.2. Na diagramu so vse enote podane v kilogramih na sto izdelkov. Ves material izhaja iz skladišča do strojev. Med njimi je veliko stružnic (6), po en stroj za frezanje, vrtanje in razrez. Med obdelavo je nekje potrebno razmaščevanje in pranje, kromiranje enega sestavnega dela in vhodna ter vmesna kontrola. Na koncu se na montaži vse sestavne dele združi in transportira nazaj v skladišče.

(62)

Metodologija raziskave

36

Slika 3.2: Sankyjev diagram za električni merilni inštrument (vse enote so v kilogramih za 100 izdelkov)

Trenutna razmestitev proizvodnje je klasičen delavniški tip (slika 3.3), kjer so enaki ali podobni stroji prostorsko združeni (šest stružnic skupaj v strugarni, na drugem mestu pa so združeni frezalni in vrtalni stroj ter žaga). Primerna je le za izdelavo zelo majhnega števila istih izdelkov ali za izdelavo prototipov, vsekakor pa ne za serijsko izdelavo enega tipa izdelka. Materialni tok je zelo neurejen, zato so tudi transportne poti daljše in posledično daljši izdelovalni časi ter z njimi povezani višji stroški.

Kot eno izmed alternativnih razmestitev smo se odločili za procesni (linijski) tip proizvodnje, ki je prikazana na sliki 3.4. Za ta tip razmestitve smo se odločili, ker razmeščamo stroje, ki so večinoma namenjeni le procesiranju enega izdelka. Ta izdelek ima več sestavnih delov in večina od njih ima zaporedje operacij, ki si sledijo. Stroje, namenjene za te zaporedne operacije, bi torej postavili v linije, kar omogoča zelo urejen tok materiala in kratke transportne poti. Potencialna slabost je velika oddaljenost montaže od skladišča.

Ta tip razmestitve je primeren samo, ko se ga uporablja le za izdelavo enega izdelka ali družino izdelkov, čemur pa naši pogoji ustrezajo.

(63)

Metodologija raziskave

37 Slika 3.3: Trenutna razmestitev delovnih mest (delavniški tip proizvodnje)

Slika 3.4: Razmestitev delovnih mest po procesnem tipu proizvodnje