Systemy komputerowo zintegrowanego wytwarzania CIM

Pojęcie systemu produkcyjnego System produkcyjny można określić jako układ elementów składowych i relacji pomiędzy tymi elementami oraz relacji czynników wejścia do systemu na czynniki wyjścia z systemu. System produkcyjny stanowi celowo zaprojektowany i zorganizowany układ materialny, energetyczny i informacyjny eksploatowany przez człowieka i służący produkowaniu określonych produktów (wyrobów lub usług) w celu zaspokajania różnorodnych potrzeb konsumentów.

System produkcyjny System produkcyjny składa się z pięciu podstawowych elementów: Wektor wejścia X, w skład którego wchodzą wszystkie czynniki produkcji. Wektor wyjścia Y, w skład którego wchodzą wyroby, usługi, a także szkodliwe odpady produkcyjne zanieczyszczające środowisko Procesy przetwarzania wektora wejścia w wektor wyjścia T nazywany procesem produkcyjnym. Proces zarządzania systemem. Sprzężenia materialne, energetyczne i informacyjne pomiędzy pozostałymi elementami systemu produkcyjnego. Uwaga: pierwsze trzy elementy wraz ze sprzężeniami materialnymi, energetycznymi i informacyjnymi nazywane są łącznie podsystemem przetwarzania lub produkcji natomiast proces zarządzania systemem wraz ze sprzężeniami informacyjnymi nazywany jest podsystemem zarządzania.

Rys. Uogólniony model systemu produkcyjnego WEJŚCIE X - materiały - wyposażenie produkcyjne - energia - personel - informacje - kapitał WYJŚCIE Y - wyroby przemysłowe - usługi przemysłowe (serwisowe) - odpady produkcyjne PROCES PRZETWARZANIA T - operacje technologiczne, kontrolne, transportowe, magazynowe - operacje usługowe ZARZĄDZANIE Zasilanie materiałowe, energetyczne i informacyjne Decyzje personelu zarządzającego Sprzężenia zwrotne informacyjne

Rys. Model systemu produkcyjnego w gospodarce rynkowej WEJŚCIE X - personel - informacje - kapitał WYJŚCIE Y - personel - informacje - kapitał PROCES PRZETWARZANIA T Badanie Proces wytwarzania Dystrybucja i rozwój ZARZĄDZANIE Planowanie Organizowanie Sterowanie i motywowanie Kontrola Zasilanie materiałowe, energetyczne i informacyjne Decyzje personelu zarządzającego Sprzężenia zwrotne informacyjne

Geneza i pojęcie CIM CIM (Computer Integrated Manufacturing) – zintegrowane przetwarzanie informacji w przedsiębiorstwie przemysłowym. CIM polega na stosowaniu odpowiedniego sprzętu oraz oprogramowania do planowania, koordynowania, kontrolowania oraz sterowania całością działań produkcyjnych oraz realizacji funkcji zarządzania w przedsiębiorstwie. W środowisku CIM komputerowym wspomaganiem zostają objęte fazy projektowania wyrobów i ich bezpośredniego wytwarzania oraz następuje sprzężenie działających w tych fazach systemów z systemem planowania i sterowania produkcją (MRP II i ERP)

Geneza i pojęcie CIM CIM łączy w przedsiębiorstwie zautomatyzowane systemy wytwarzania z funkcjami planowania, projektowania, finansowania zaopatrzenia i sprzedaży w zintegrowanym komputerowo systemie. Podstawę budowy środowiska CIM tworzą trzy główne systemy: Systemy projektowania, rozumiane jako komputerowe systemy wspomagające prace konstruktorskie CAD (Computer Aided Design) Systemy wytwarzania, rozumiane jako komputerowo wspomagane systemy sterowania maszynami i urządzeniami technologicznymi CAM (Computer Aided Manufacturing) Systemy planowania i sterowania produkcją (PPC – Production Planning and Control). Obecnie systemy MRP II i ERP II

Geneza i pojęcie CIM Trzy główne systemy mogą być uzupełnione o dodatkowe systemy takie jak: Komputerowo wspomagane sterowanie jakością produkcji (CAQ - Computer Aided Quality Control) Komputerowe testowanie jakości wyrobów, maszyn, urządzeń i narzędzi (CAT – Computer Aided Testing) Komputerowo wspomagana inżynieria (CAE – Computer Aided Engineering) Komputerowo wspomagane przygotowanie i planowanie produkcji (CAP – Computer Aided Planning) Komputerowo wspomagane planowanie procesów (CAPP – Computer Aided Process Planning)

SYSTEM ZARZĄDZANIA BAZĄ DANYCH Rys. Uproszczony schemat CIM Dane produkcyjne Dane ekonomiczne Dane konstrukcyjne SYSTEM ZARZĄDZANIA BAZĄ DANYCH SYSTEM PROJEKTOWANIA projektowanie wspomagane komputerowo - CAD SYSTEMY WYTWARZANIA - elastyczne systemy produkcji FMS - specjalizowane podmiotowo gniazda produkcyjne - roboty przemysłowe - obrabiarki sterowane numerycznie SYSTEMY PLANOWANIA - planowanie wykorzystania zasobów (MRP II) - zoptymalizowany przepływ produkcji (OPT)

Komputerowo wspomagane projektowanie CAD CAD polega na użyciu oprogramowania do tworzenia dwuwymiarowych (przedstawiających płaszczyzny) i trójwymiarowych (przedstawiających bryły) rysunków technicznych oraz opisywaniu ich parametrów (głównie liczbowych). Za pomocą narzędzi CAD projektant tworzy pełną dokumentację konstrukcyjną wyrobów, części i detali. Zostaje ona zapamiętana w postaci elektronicznej w bazie danych, dzięki czemu znacząco usprawniony zostaje proces tworzenia nowych wyrobów lub modyfikacji starych na bazie wcześniejszych konstrukcji oraz korzystaniu z bazy gotowych podstawowych figur geometrycznych. Programy CAD pozwalają na dowolne obracanie i znaczne powiększanie (zmniejszanie) figur geometrycznych. Pakiety CAD dokonują różnych obliczeń np. obliczenie stopnia odkształcania i wytrzymałości ciał pod wpływem działania sił. CAD dostarcza specyfikacji części wchodzących w skład zaprojektowanych wyrobów gotowych wraz z podaniem współczynników ilościowych.

Rys. Sprzężenie systemów CAD – MRP II System CAD wytwarza rysunki części - wytwarza rysunki grup elementów - podaje dane opisujące schematy, rysunki - wytwarza struktury grup elementów Element geometrii Opis części i detali Opis grup części Lista funkcji elementów System CAD przekazuje dane do systemu MRP II lista elementów części Lista części dla zleconych lista grup części

Komputerowo wspomagana inżynieria - CAE CAE rozszerzają zakres wspomagania prac inżyniera oferowany przez narzędzia CAD. Pozwalają one na symulowanie ruchu projektowanych wyrobów i dodatkowe obliczenia z nim związane. Zaprojektowana konstrukcja przybiera cechy rzeczywistego prototypu. CAE umożliwia określenie jego technicznych i fizycznych cech oraz symulacje zdarzeń nowo projektowanych samochodów. Dzięki wariantom symulacyjnym można np. zmniejszyć koszty, zaoszczędzić energię, zredukować wagę, zwiększyć bezpieczeństwo i precyzję oraz wyeliminować czynniki niepożądane (redukcja szumów).

Komputerowo wspomagane wytwarzanie CAM CAM stanowi jeden z ważniejszych elementów CIM. CAM obejmuje programy sterujące maszynami, robotami, wewnętrznymi systemami transportu, systemami magazynowania itp. Sterowanie urządzeniami jest powiązane ze sterowaniem realizacją zleceń oraz zbieraniem danych operacyjnych. Występuje tu ścisła integracja z modułami harmonogramowania warsztatowego (SFC) i zarządzania stanowiskiem roboczym (I/OC) systemu MRP II. Maszyny i urządzenia mogą automatycznie przekazywać informacje o czasach rozpoczęcia i wykonania operacji procesu wytwarzania oraz wyniki kontroli jakości do odpowiednich modułów systemu MRP II.

Funkcje CAM CAM realizuje automatyzację następujących funkcji wytwarzania: Operacji technologicznych (np. obróbki skrawaniem) Zarządzania zamianą narzędzi (oprzyrządowania) Sterowania montażem części Sterowania transportem komponentów i wyrobów gotowych Sterowania magazynowaniem pośrednim, zapewniającym ciągłość procesu wytwarzania. W zakresie wspomagania gospodarki magazynowej do zadań CAM należy automatyzacja operacji transportu. Materiały, półfabrykaty i wyroby gotowe są automatycznie przemieszczane i załadowywane w wolne przestrzenie magazynowe, a następnie pobierane według określonych wcześniej reguł priorytetu. Sterowane i nadzorowane elektronicznie urządzenia transportowe poruszają się bez udziału kierowcy po optymalnych trasach, które mogą być wyznaczone każdorazowo przez komputer.

Komputerowo wspomagana kontrola jakości - CAQ Podstawowym zadaniem CAQ jest zapewnienie wysokiej jakości produkcji, za pomocą pętli sprzężeń zwrotnych. Narzędzia CAQ wspomagają następujące funkcje kontroli jakości: Przygotowanie danych niezbędnych do planowania i kontroli jakości wyrobów Przygotowanie danych o jakości, dla sterowania procesami wytwórczymi Przygotowanie dokumentacji wyników kontroli Automatyzacja procesów pomiaru i kontroli. System CAQ w środowisku CIM – spina wszystkie obszary sfery wytwórczej pobierając i przekazując dane pomiędzy systemami MRP II, CAD, CAM i CAPP.

Rys. Miejsce CAQ w środowisku CIM Komputerowo wspomagane zarządzanie PPC (MRP II) Planowanie i sterowanie produkcją CAD CAQ CAPP CAM Komputerowo wspomagane wytwarzanie

Komputerowo wspomagane przygotowanie produkcji i planowania procesów – CAP i CAPP Systemy te realizują zadania objęte funkcjonalnością systemu MRP II. Ich podstawowe zadania to: Ustalenie warunków obróbki dla operacji maszynowych (stanowisk roboczych) oraz ustalenie norm czasowych dla tych operacji Ustalenie kolejności indywidualnych operacji produkcyjnych dla wyprodukowania danej części lub produktu, czyli ustalenie marszrut technologicznych Obliczenia obciążenia maszyn i pracochłonności dla programu produkcji.

CAP i CAPP Systemy CAP i CAPP dostarczają danych dla planowania produkcji i planowania kosztów normatywnych. Integracja systemów CAD, CAP/CAPP i CAM jest uważana za alternatywną ścieżkę informatyzacji wobec ścieżki wdrożenia i integracji systemów CAD i MRP II. Oprogramowanie CAP/CAPP uzupełnia systemy CAD o ważne funkcje planistyczne, w przypadku gdy przedsiębiorstwo nie decyduje się na wdrożenie systemu MRP II (ERP).

Hierarchia podsystemów CIM Kolejność działania poszczególnych podsystemów CIM można przedstawić następująco: proces rozpoczyna się od działania systemów CAD i CAP, za pomocą których tworzona jest konstrukcja wyrobu i technologia wykonania. Następnie w systemie PPC (MRP II) odbywa się planowanie i sterowanie produkcją i wreszcie system CAM steruje maszynami i urządzeniami technologicznymi, transportowymi i magazynowymi. System CAQ kontroluje jakość wykonania.

CAD CAP PPC PPC PPC CAM CAM CAQ Rys. Podsystemy CIM według kolejności przebiegu Projektowanie wyrobów CAD Programowanie produkcji Planowanie warsztatowe CAP Zarządzanie obiegiem zleceń PPC Harmono-gramowanie Bilansowanie mocy produkcyjnych PPC Sterowanie procesami wytwórczymi PPC Sterowanie maszynami, DNC, CNC CAM Sterowanie urządzeniami transportowymi i magazynami CAM Kontrola jakości CAQ

Główne koncepcje realizacji środowiska CIM Według koncepcji zalecanej w 1985 przez niemiecką Komisję do Spraw Wytwarzania system CIM składa się z dwóch zasadniczych bloków: CAD/CAM oraz PPS (obecnie MRP II), które wymieniają ze sobą informacje. Systemy CAD/CAM obsługują sferę techniczną a system PPS wspomaga zarządzanie sferą ekonomiczną.

Rys. Koncepcja CIM CIM wytwarzanie zintegrowane komputerowo CAD/CAM PPC projektowanie i wytwarzanie wspomagane komputerowo planowanie i sterowanie produkcją programowanie produkcji CAD badanie i projektowanie planowanie jakościowe CAQ CAP kontrola jakości plany terminów i obciążenie mocy plany pracy CAM plany terminów i obciążenie mocy wytwarzanie części i montaż kontrola realizacji zleceń

Koncepcja Scheera model Y - CIM Model Y-CIM scheer opublikował w 1990 roku. Pokazuje on dwa zasadnicze systemy przedsiębiorstwa przemysłowego: system planowania i sterowania produkcją (lewe ramię modelu Y-CIM) oraz ukierunkowany technicznie system do produkowania wyrobów i sterowania urządzeniami produkcyjnymi (prawe ramię modelu Y-CIM). Elementy dodatkowe to: listy elementów wyrobów, programy produkcji i środki produkcji. Scheer podkreśla, że w ramach CIM dąży się do kompleksowego rozważenia wszystkich funkcji przedsiębiorstwa przemysłowego, starając się rozwiązać zarówno zadania o charakterze ekonomicznym, jak i technicznym.

Koncepcja Scheera model Y - CIM Lewe ramię: podstawowe ekonomiczne funkcje planistyczne ukierunkowane na zlecenie Planowanie i sterowanie produkcją Sterowanie zleceniami (zbyt) Kalkulacja kosztów Planowanie produkcji wyrobów gotowych Gospodarka materiałowa Harmonogramowanie zdolności produkcyjnych Bilansowanie zdolności produkcyjnych Wydanie zlecenia Sterowanie produkcją Rejestracja danych operacyjnych Kontrola (ilość, czas, koszty) Sterowanie wysyłką

Koncepcja Scheera model Y - CIM Prawe ramię: podstawowe funkcje techniczne ukierunkowane na produkt Systemy CAE, CAD, CAM (CAP, CAQ) Projektowanie wyrobów Konstruowanie Planowanie procesów produkcyjnych Programowanie NC Sterowanie maszynami NC, CNC, DNC i robotami Sterowanie transportem Sterowanie magazynem Sterowanie montażem Konserwacja, remont Zapewnienie jakości

CIM jako realizacja koncepcji fabryki przyszłości Wdrożenie w przedsiębiorstwie koncepcji CIM prowadzi do realizacji tzw. zintegrowanej fabryki przyszłości. W zintegrowanym przedsiębiorstwie przyszłości integracji zostają poddane cztery obszary: Planowanie i sterowanie produkcją Konstruowanie i planowanie wyrobów Produkcja Sterowanie magazynem

Rys. Koncepcja funkcjonalnej integracji w przedsiębiorstwie przyszłości Sieci zewnętrzne Planowanie i sterowanie produkcją (MRP II) Planowanie i sterowanie produkcją (MRP II) dane dane dane Zarządzanie danymi Sterowanie siecią dane dane Produkcja (CAM/CAQ) materiały Sterowanie Magazynem (CAM)

Planowanie Zaopatrzenie zdolności produkcyjnych Zarządzanie zleceniami i sterowanie produkcją (MRP II) Informacje rynkowe, Zamówienia klientów Kalkulacja kosztów Sterowanie warsztatem Rejestracja danych

CAD Symulacje Planowanie jakości Planowanie procesów Konstruowanie wyrobów (CAD/CAE/CAP) Planowanie jakości Planowanie procesów

DNC, CNC Sterowanie transportem Sterowanie robotami Sterowanie Produkcja (CAM/CAQ) Sterowanie robotami Sterowanie jakością

Zakup części i materiałów Wysyłka Automatyczne wejście/wyjście Sterowanie magazynem (CAM) Zakup części i materiałów Wysyłka Automatyczne wejście/wyjście Kontrola wejściowa