Zarządzanie produkcją i usługami W3. Projektowanie i optymalizacja procesów produkcyjnych Prof Stefan Markowski WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI I ZARZĄDZANIA z siedzibą w Rzeszowie Maj 2015

Projektowanie i optymalizacja procesów produkcyjnych Zarządzanie procesami produkcyjnymi Podział procesów produkcyjnych Automatyzacja procesów produkcyjnych Organizacja procesów produkcyjnych Projektowanie procesów produkcyjnych Optymalizacja procesów produkcyjnych Projektowanie i optymalizacja wspierających usług logistyki bliskiej Literatura Rogowski, r.3 Pająk, r.3 Waters, czesc II, r.7 Większość ilustracji w tym wykładzie pochodzi z książki Edwarda Pająka, Zarządzanie produkcją, PWN 2006 (odnośnik: Pająk, rys. xx). Niektóre ilustracje pochodzą z wykładów Dr Grzegorza Wróbla Podstawowe zagadnienia procesu produkcyjnego i jego przepływu, WSIiZ 2014 (odnośnik: Wróbel, rys. xx)

Zarządzanie procesami produkcyjnymi W poprzednich wykładach mówiliśmy o produktach i procesach produkcyjnych, w tym wykładzie skupiamy się na procesach, operacjach (jako części procesów podstawowych i pomocniczych) i zadaniach produkcyjnych (części procesów obsługi) Operacja/zadanie to cześć procesu realizowana na jednym stanowisku obsługiwanym przez jednego operatora lub mały zespól operatorów Operacje i zadania tworzą łącznie strukturę procesu produkcyjnego W tym wykładzie koncentrujemy się na projektowaniu wydajnych i efektywnych struktur procesów produkcyjnych

Podział procesów produkcyjnych Poniżej procesy produkcyjne są podzielone na: procesy badan i rozwoju (R&D) procesy wytwórcze procesy dystrybucji i obsługi klienta Procesy wytwórcze są zróżnicowane ze względu na: czas i strumień produktów technologie produkcji środki produkcji kryteria organizacyjne Proces technologiczny to cześć procesu wytwarzania polegająca na zmianie wymiarów, powierzchni i własności fizykochemicznych materiałów lub łączenia/montażu elementów

Podział procesów produkcyjnych Żródło: Pająk, Rys 3.28

Podział procesów produkcyjnych Żródło: Pająk, Rys 3.30

Podział procesów produkcyjnych Podstawowe procesy technologiczne: Obróbka plastyczna (np, walcowanie, kucie, tłoczenie) Odlewnictwo (np, odlewanie w formach) Przetwórstwo tworzyw sztucznych (np, tłoczenie, wtryskiwanie) Spiekanie proszków (np, wypalanie, spiekanie ceramiki) Łączenia (np, rozłączne jak klinowe czy gwintowe oraz nierozłączne jak spawanie, klejenie) Obróbki cieplnej (np, hartowanie) Obróbki cieplno-chemicznej (np, nawęglanie, azotowanie) Obróbki mechanicznej (np, skrawanie, szlifowanie) Obróbka hybrydowa – łączenie różnych metod obróbki Obróbka kompletna (większość operacji na jednym stanowisku) Obróbka części bardzo małych

Podział procesów produkcyjnych Nowe technologie (High Technology - HT) związane są z nowymi materiałami narzędziowymi (jak ceramika narzędziowa) i rozwiązaniami konstrukcyjnymi (np, elektrowrzeciona) Elastyczne systemy produkcyjne ESP (Flexible Manufacturing Systems – FMS) są to zintegrowane kompleksy urządzeń produkcyjnych, środków transportu, i urządzeń kontrolno-pomiarowych kontrolowanych komputerowo (CNC), które umożliwiają produkcje przedmiotów o wspólnych cechach technologicznych lecz zróżnicowanych konstrukcyjnie Trzywymiarowe drukarki – nowe technologie budowania produktów poprzez nakładanie warstw (“drukowanie”)

Podział procesów produkcyjnych Elastyczny system produkcyjny Żródło: Pająk, Rys 3.60

Podział procesów produkcyjnych Elastyczny system produkcyjny Żródło: Pająk, Rys 3.60

Automatyzacja procesów produkcyjnych Automatyzacja polega na samoczynnym sterowaniu i kontrolowaniu procesów produkcyjnych Automatyzacja sztywna: automatyczne i rytmiczne wytwarzanie jednego produktu z dużym kosztem przestawienia linii na inny produkt Elastyczna automatyzacja pozwala na szybkie przestawienie maszyn zależnie od zadań produkcyjnych (zmniejszone przestoje) Postępująca integracja i automatyzacja procesów produkcyjnych (automatyczne centra obróbkowe) Rosnący stopień wykorzystania potencjału produkcyjnego maszyn i operatorów Automatyzacja procesów sterowania produkcja zwiększa jakość produktów (lepsza regulacja produkcji) Podobnie zwiększone użycie sensorów w procesie produkcyjnym

Automatyzacja procesów produkcyjnych Żródło: Pająk, Rys 3.58

Automatyzacja procesów produkcyjnych Żródło: Pająk, Rys 3.59

Automatyzacja procesów produkcyjnych Żródło: Pająk, Rys 3.56

Automatyzacja procesów produkcyjnych Żródło: Pająk, Rys 3.57

Automatyzacja procesów produkcyjnych Robotyzacja systemów produkcyjnych (elastyczne centra montażowe z programowalnymi robotami) Podsystemy transportu i manipulacji produktów sa technologia integrująca przepływy produktów (podobnie jak strumienie informacji) Podsystemy magazynowania Statyczne (tylko magazynują) Dynamiczne integrują transport i magazynowanie Podsystemy manipulacji (np, manipulatory w magazynach przenoszące obiekty na regały) Systemy sterowania numerycznego (np, rozproszone Distributed Numerical Control - DNC) Produkcja bez operatorów (Unmanned Manufacturing – UM)

Organizacja procesów produkcyjnych Klasyfikacja parametrów produkcyjnych Parametry wejściowe Parametry produktów Program produkcyjny Poziom braków produkcyjnych Partia produkcyjna Parametry środków produkcji Fundusz czasu maszyny Zmianowość Stanowisko-chłonność Parametry operatorów Fundusz czasu robotnika Pracochłonność Współczynnik wykonania normy

Parametry środków produkcji Organizacja procesów produkcyjnych Klasyfikacja parametrów produkcyjnych Parametry środków produkcji Fundusz czasu pracy: Nominalny – ilość godzin pracy uwzględniając zmianowość, dni nieprodukcyjne Efektywny: Nominalny minus planowane przestoje sprzętu Rzeczywisty: liczba godzin użytecznego wykorzystania sprzętu Zmianowość: liczba zmian pracy maszyny (np, 3 zmiany na dobę) Stanowisko-chłonność: Czas zajęcia maszyny w celu wykonania określonej operacji W tym czasy przygotowawcze i zakończeniowe jeżeli wymaga to zajęcia maszyny Tzm = tpz + top [czas przygotowawczy i zakończeniowy + czas na operację] można liczyć jako średnie lub proporcje całego czasu

Organizacja procesów produkcyjnych Klasyfikacja parametrów produkcyjnych Parametry operatorów Fundusz czasu operatora Nominalny: uwzględnia zmianowość, wolne dni, urlopy Efektywny: nominalny minus liczbę dni nieobecności w pracy Rzeczywisty: liczba godzin użytecznego wykorzystania efektywnego funduszu czasu operatora (godziny) Pracochłonność Czas zajęcia pracownika przy wykonywaniu danej operacji/zadania (roboczo-godziny) Współczynnik wykonania normy wydajność, produktywność (procent)

Parametry wyjściowe proste Organizacja procesów produkcyjnych Klasyfikacja parametrów produkcyjnych Parametry wyjściowe proste Zadanie produkcyjne Liczba wyrobów wynikająca z programu produkcyjnego do wykonania w określonym czasie przez stanowisko czy operatora Możliwość produkcyjna Liczba wyrobów jaką stanowisko/operator może wykonać w określonym czasie Takt produkcji Średni czas między spływem dwóch kolejnych wyrobów z linii lub stanowiska (odwrotność zadania produkcyjnego) Współczynnik obciążenia stanowiska roboczego Stopień zajęcia stanowiska przy wykonaniu określonej operacji (na jednostkę czasu) Współczynnik obciążenia operatora Stopień zajęcia pracownika przy wykonywaniu określonej operacji (na jednostkę czasu)

Parametry wyjściowe złożone Organizacja procesów produkcyjnych Klasyfikacja parametrów produkcyjnych Parametry wyjściowe złożone Stosowane kiedy stanowisko i operator, lub grupa stanowisk i operatorów, wykonują kilka operacji Sumaryczny współczynnik obciążenia stanowiska roboczego Sumuje obciążenia stanowiska wszystkimi operacjami Rezerwy stanowiska roboczego Pokazuje stopień niewykorzystania stanowiska Sumaryczny współczynnik obciążenia operatora Jak wyżej re: operator Liczba stanowisk roboczych Liczba operatorów Średni współczynnik obciążenia stanowisk Średni współczynnik obciążenia operatorów

Organizacja procesów produkcyjnych Cykl produkcyjny - czas między rozpoczęciem a zakończeniem procesu produkcyjnego wyrobu, tzn, czas niezbędny do wykonania wszystkich operacji w procesie produkcyjnym wyrobu w tym czas wszystkich niezbędnych przerw Seria produkcyjna to określona liczba wyrobów końcowych, które produkuje się wspólnie jako jedna grupę produktów. Roczna produkcja określonego wyrobu może się składać z jednej lub wielu serii produkcyjnych. Podobnie: Seria informacyjna Seria próbna Partia produkcyjna jest to liczba detali (zespołów) wykonywanych w ścisłej kolejności przy jednorazowym nakładzie czasu na każda operację w procesie technologicznym Partie transportowe

Organizacja procesów produkcyjnych Parametry rodzajowe Żródło: Wróbel, FlexSIm wyklady

Organizacja procesów produkcyjnych Marszruta technologiczna: kierunki przepływu materiałów/części do poszczególnych oddziałów/ stanowisk produkcyjnych wskazują, które jednostki produkcyjne są zaangażowane w wytwarzanie którego wyrobu i służą do planowania mocy produkcyjnych w systemie MRP Cykl wytwarzania - czas niezbędny do wykonania wszystkich operacji w procesie produkcyjnym wyrobu łącznie z czasem wszystkich niezbędnych przerw Trzy podstawowe warianty organizacji cyklu wytwarzania: Szeregowy Równoległy Szeregowo - równoległy

Organizacja procesów produkcyjnych Warianty cyklu wytwarzania Wariant szeregowy polega na rozpoczynaniu następnej operacji po wykonaniu poprzedniej operacji Żródło: Wróbel, FlexSIm wyklady

Organizacja procesów produkcyjnych Warianty cyklu wytwarzania Wariant równoległy składa się z partii obróbczych i mniejszych partii transportowych. Możliwe są przerwy w pracy stanowisk roboczych po wykonaniu każdej kolejnej operacji z wyjątkiem tych operacji, których pracochłonność jest maksymalna Żródło: Wróbel, FlexSIm wyklady

Organizacja procesów produkcyjnych Warianty cyklu wytwarzania Wariant szeregowo – równoległy jest kombinacja elementów szeregowego i równoległego cyklu wytwarzania. Umożliwia skrócenie cyklu w stosunku do wariantu szeregowego o czasy, w których poszczególne operacje wykonywane są równolegle. Skumulowanie przerw z cyklu równoległego umożliwia lepsze wykorzystanie czasu pracy maszyn i urządzeń Żródło: Wróbel, FlexSIm wyklady

Organizacja procesów produkcyjnych Formy organizacji określają sposób przepływu materiałów miedzy stanowiskami roboczymi Gniazdowe lub liniowe Potokowe lub nie-potokowe Gniazdowa forma organizacji Gniazda technologiczne grupujące podobne środki produkcji (np, tokarki) Gniazda przedmiotowe grupujące podobne wytwarzane produkty i Stanowska są rozmieszczone według faz procesu technologicznego lub komórkowo Rozmieszczenie stanowisk w gniazdach technologicznych: funkcjonalne lub modułowe

Organizacja procesów produkcyjnych Żródło: Pająk, Rys 3.67

Organizacja procesów produkcyjnych Żródło: Pająk, Rys 3.68

Orgazanizacja procesów produkcyjnych Liniowa struktura stanowisk produkcyjnych – specjalizacja przedmiotowa Takt linii: średni czas miedzy wykonaniem dwóch kolejnych produktów Balansowanie linii: synchronizacja operacji (często wymaga magazynowania miedzy operacjami) Potokowa forma organizacji produkcji: ciągły przepływ materiału Nie-potokowa forma organizacji produkcji: przerywany przepływ materiału Stacjonarna forma produkcji: wszystkie kolejne fazy na jednym stanowisku (od a do z)

Organizacja procesów produkcyjnych Potokowa forma produkcji Operacje wykonywane są w sposób ciągły, bez przerw związanych z okresami oczekiwania na kolejną operacje Czas poszczególnych operacji powinien być bardzo (np, powinien być jednakową długość) Cechy produkcji potokowej: płynniejszy przepływ materiałów i przebieg prac wysoki stopień podziału pracy (kwalifikacje operatorów nie musza być wysokie), szybsze tempo operacji szybszy przyrost wartości dodanej

Organizacja procesów produkcyjnych Potokowa forma produkcji Linia produkcyjna Żródło: Wróbel, FlexSIm wyklady, za doc. dr inż. Piotr Cyplik, CEL

Organizacja procesów produkcyjnych Niepotokowa forma produkcji Podział procesu na poszczególne operacje/zadania Wykonywanie każdej operacji na całej partii wyrobów co często wymaga macierzowej organizacji produkcji Cechy formy nie-potokowej: Możliwe przestoje między operacjami Możliwość niepłynnego przepływu prac Powolny przyrost wartości dodanej Niski stopień specjalizacji w podziale pracy (koncentracja kwalifikacji, wielofunkcyjność i szerokie kwalifikacje). Wymaga samodyscypliny bo trudno monitorować operatorów Trudności w osiągnięciu wysokiego stopnia wykorzystania potencjału środków produkcji (np, maszyn)

Organizacja procesów produkcyjnych Niepotokowa forma organizacji Żródło: Pająk, Rys 3.72

Orgazanizacja procesów produkcyjnych Stacjonarna forma organizacji Żródło: Pająk, Rys 3.71

Projektowanie procesów produkcyjnych Projektowanie procesów produkcyjnych wymaga pewnych zasad synergii czy jedności Podobieństwo produktów w sensie pozycji rynkowej (nie mieszanie produkcji jedwabiu z produkcja węgla) Porównywalne serie/ilości produktów Porównywalna złożoność produktów (nie mieszanie budowy reaktorów atomowych i produkcji białego sera) Grupowanie przedmiotów technologicznie podobnych tak aby: Skrócić cykl produkcji Zwiększyć wykorzystanie mocy/możliwości produkcyjnych Zmniejszyć koszty transportu materiałów i części Zmniejszyć czas przestojów miedzy operacjami Jednym zdaniem, aby obniżyć koszt jednostkowy produktu i/lub poprawić jego jakość

Projektowanie procesów produkcyjnych Grupowanie technologiczne Żródło: Pająk, Rys 3. 74

Projektowanie procesów produkcyjnych Grupowanie przedmiotów podobnych Żródło: Pająk, Rys 3. 75

Projektowanie procesów produkcyjnych Grupowanie przedmiotów podobnych Żródło: Pająk, Rys 3. 75

Projektowanie procesów produkcyjnych Analiza klasterowa: Laczenie podobienstw Żródło: Pająk, Rys 3. 81

Projektowanie procesów produkcyjnych Metoda obiektowa Metoda obiektowa (Object-oriented analysis and design – OOAD) integruje różne sposoby podejścia/opcje budowy procesów i systemów produkcyjnych i pozwala na tworzenie różnych wariantów procesu Dwa podstawowe obszary: Struktura obiektu i jego stan Zachowanie obiektu podczas zmiany stanu (zmiany struktury, operacje) Trojka pojęciowa: Pojęcie (typ obiektu) Intencja – definicja pojęcia danego obiektu Ekstensja – zbiór obiektów do którego odnosi się to pojęcie, uszczegółowienie pojęcia (np, dziedzina)

Projektowanie procesów produkcyjnych Metoda obiektowa Żródło: Pająk, Rys 3. 83

Projektowanie procesów produkcyjnych Metoda obiektowa Żródło: Pająk, Rys 3. 84

Projektowanie procesów produkcyjnych Metoda obiektowa Żródło: Pająk, Rys 3. 87

Optymalizacja procesów produkcyjnych Metody obiektowe mogą generować różne warianty procesów produkcyjnych, których ocenę (i zatem wybór) dokonuje się przy pomocy metod sieciowych Z kolei wykresy Ganntta służą do wyznaczenia zasobów/środków potrzebnych do wykonania wybranego procesu Metody prezentacji procesów w formie sieciowej: AON (Activity on Node) operacje dokonują się na węzłach siatki AOA (Activity on Arrow) operacje dokonują się na liniach siatki Techniki takie jak PERT czy ścieżka krytyczna (CP) pozwalają na ocenę i wybór najefektywniejszego wariantu procesu

Projektowanie i optymalizacja wspierających usług logistyki bliskiej Projektowanie elementów procesów wspierających produkcje usługami logistycznymi jest podobne do powyższego opisu Takie elementy procesu jak środki transportu czy magazynowania można grupować i oceniać używając podobnej logiki do tej pokazanej w kontekście procesów wytwórczych