INOVAÈNÉ CENTRUM AUTOMOBILOVEJ VÝROBY Európsky sociálny fond Projektovanie výrobných procesov a systémov Prof. Ing. Jozef KOVÁÈ, CSc. ISBN 80-8073-720-7
Autor: prof. Ing. Jozef KOVÁČ, CSc. Recenzent: Prof. Ing., Dušan Šimšík, PhD. Technická univerzita v Košiciach, Strojnícka fakulta, Edícia EQUAL ISBN 80-8073-720-7 Za odbornú náplň zodpovedá autor. prof. Ing. Jozef Kováč, CSc. 1
Učebný text je vypracovaný v rámci projektu Európskeho sociálneho fondu IS EQUAL Projekt č. 14/04-I/33-3.1: Inovatívny systém celoživotného vzdelávania a adaptácia ľudských zdrojov pre uplatnenie v automobilovom priemysle Riešiteľ projektu: Technická univerzita v Košiciach, Strojnícka fakulta Európsky sociálny fond bol zriadený Rímskou zmluvou o založení Európskeho hospodárskeho spoločenstva s cieľom zlepšiť pracovné príležitosti na vnútornom trhu, a tým prispieť k zvýšeniu životnej úrovne. Úlohou Európskeho sociálneho fondu je rozširovanie možností zamestnania, zvyšovanie geografickej a profesijnej mobility pracovníkov v Spoločenstve a uľahčovanie ich adaptácie na priemyselné zmeny a zmeny vo výrobných systémoch najmä odborným vzdelávaním a rekvalifikáciou. Európsky sociálny fond pomáha rozvíjať zamestnanosť podporovaním zamestnateľnosti, obchodného ducha, rovnakých príležitostí a investovaním do ľudských zdrojov. Projekt je spolufinancovaný Európskou úniou. Anotácia učebného textu: Vyššie inovačné ciele prezentované modernými technológiami výroby a výrobnými systémami, kladú vysoké nároky na ich projektovú prípravu. Tieto nároky je možné realizovať iba adekvátnym rozvojom projektových činností a ich organizovaním do produktívnych informačných a znalostných systémov, zabezpečujúcich žiadanú kvalitu projektov. Veda o projektovaní (teória projektovania, filozofia projektovania) je charakterizovaná ako súbor logický zoskupených znalostí a informácií o inžinierskom projektovaní. Projektovanie je preto komplexná oblasť teórií, metód, postupov a techník, zahrňujúca široké pole inžinierskych činností. Spracovaný učebný text je zameraný na oblasť projektovania výrobných procesov a výrobných systémov. Špecifikuje základné projektové činnosti a postupy aplikované pri tvorbe a realizácii výroby. Uvádzané činnosti sú v odbornej literatúre nazývané aj pojmom technologické projektovanie. 2
Projektovanie výrobných procesov a systémov 3
Obsah ANOTÁCIA...2 ÚVOD...6 1. VÝROBA A JEJ CHÁPANIE...7 1.1 Všeobecná predstava o výrobnom procese...7 1.2 Modelovanie a modely výrobného procesu...9 1.3 Predvýrobné etapy výrobného procesu...11 2. TRENDY ROZVOJA STROJÁRSKEJ VÝROBY...18 2.1 Všeobecné trendy ovplyvňujúce rozvoj výroby... 18 2.2 Ďalšie charakteristické črty inovačného rozvoja výroby...20 2.3 Výroba svetovej triedy...24 3. VYBRANÉ METODICKÉ PRINCÍPY PROJEKTOVANIA VÝROBY...28 3.1 Charakteristika technologickej projektovej činnosti......28 3.2 Štandardizácia v projektovaní technológie....29 3.3 Postupy aplikované pri projektovaní technologických procesov...33 4. ANALÝZA STROJÁRSKYCH VÝROBKOV......36 4.1 Inovácie strojárskych výrobkov...37 4.2 Kvalita strojárskych výrobkov...38 4.3 Analýza technologickosti súčiastok...39 4.4 Analýza súčiastkovej základne...43 5. ANALÝZA A VÝBER POLOVÝROBKOV......45 5.1 Základné druhy materiálov a polovýrobkov a ich klasifikácia...45 5.2 Hlavné ukazovatele a zásady pri výbere polovýrobkov...46 5.3 Základné technológie výroby polovýrobkov...49 6. VÝROBNÉ PROSTRIEDKY ZÁKLAD VÝROBNÉHO PROCESU...54 6.1 Výrobné stroje a technologické jednotky...54 6.2 Manipulačné zariadenia a jednotky...61 6.3 Prostriedky pre medzioperačnú dopravu a skladovanie...64 7. VÝBER A OBNOVA VÝROBNÝCH PROSTRIEDKOV...69 7.1 Metóda výberu výrobných prostriedkov...69 7.2 Ekonomické hodnotenie výberu výrobných prostriedkov......73 4
7.3 Obnova výrobných prostriedkov...74 8. PROJEKTOVANIE VÝROBNÝCH OPERÁCIÍ...77 8.1 Projektovanie technologických operácií... 77 8.1.1 Detailné projektovanie technologických operácií... 79 8.2 Projektovanie manipulačných operácií... 86 8.3 Štrukturálne a systémové charakteristiky výrobných operácií...89 9. VÝROBNÉ SYSTÉMY A ICH ZÁKLADNÉ CHARAKTERISTIKY...92 9.1 Prístupy ku klasifikácii výrobných systémov...92 9.2 Štrukturálna skladba výrobných systémov...98 10. METODIKA PROJEKTOVANIA VÝROBNÝCH SYSTÉMOV...101 10.1 Model výrobného systému a metodické postupy projektovania...101 10.2 Význam kapacitných výpočtov pri projektovaní výrobných systémov...108 11. RIEŠENIE PRIESTOROVÝCH PROBLÉMOV VO VÝROBE...114 11.1 Zonálne a priestorové hľadiská projektovania výrobných systémov... 114 11.2 Dispozičné riešenie výrobných systémov....116 12. PROJEKTOVANIE MATERIÁLOVÝCH TOKOV... 119 KONTROLNÉ OTÁZKY...124 LITERATÚRA...125 5
ÚVOD je zložitý mnohoúrovňový systém, ovplyvňovaný veľkým počtom faktorov. Projektovanie je jednou zo základných činností v procesoch prípravy inovácií, modernizácií respektíve reštrukturalizácií výroby. Technologický projekt je prvým a základným modelom štruktúry budúcej výroby. Projektovanie je vysoko intelektuálne náročná, cielene orientovaná činnosť. Projektovaním sa vytvárajú predstavy, obrazy a modely budúcej výroby. Projektovanie umožňuje simulovať budúci výrobný proces s jeho ekonomickými dôsledkami. Výroba je činnosť, pri ktorej sa vstupné suroviny, materiály, polovýrobky a niektoré hotové dielce a pod. menia na výrobky. Výrobný proces musí zabezpečovať transformáciu vstupov na výstupy. Výrobný proces sa realizuje vo výrobných systémoch. Výrobný systém sa definuje ako usporiadaný súbor zdrojov, ktorých funkciou je transformácia vstupov (suroviny, polovýrobky, energie a pod.) na požadované výstupy (výrobky a služby). Výrobný systém musí zabezpečovať výrobu výrobkov pri maximálnych ekonomických efektoch. Výsledkom projektovania, ako špecifického tvorivého procesu, je tvorba výrobného procesu a určitého výrobného systému (robotizovaný systém, výrobná linka, dielňa, závod a pod.). V projektovej dokumentácii, ktorá je výsledkom projektovania, sú v priestore a čase vyjadrené funkcie a skladba systému, materiálne a finančné predpoklady jeho realizácie a efektívnej prevádzky. Realizovať je potrebné pritom aj množstvo prípravných opatrení, ktoré súvisia s analýzami, plánovaním, navrhovaním a znázorňovaním novozriaďovaných, rozširovaných, rekonštruovaných a modernizovaných výrobných systémov, resp. ich častí. Projektovanie výrobných systémov je prejavom komplexnej tvorivej inžinierskej činnosti. Cieľom každého projektu je optimálne skrátenie procesov projektovania pri súčasnom dodržaní požadovanej kvality a minimalizácii nákladov. Pritom je potrebné používať inovované metódy, nástroje a postupy pri riešení rôznych projektových úloh. Učebný text o projektovaní výrobných procesov a systémov obsahuje len základné informácie a znalosti z predmetnej oblasti. Potrebné je aj doplňujúce samostatné štúdium a tréning na referenčných riešeniach. Určený je pre kurzy celoživotného vzdelávania. Vhodný je aj pre študijné programy Výrobné technológie a Priemyselné inžinierstvo a pre riešenie záverečných a diplomových prác. 6
1. VÝROBA A JEJ CHÁPANIE Vývoj strojárstva je zložitý a dynamický. Ovplyvňujú ho vedecko-technické poznatky a požiadavky na rýchle zavádzanie výrobkov do výroby najmä prostredníctvom nových technológií. Technológia (gréc. téchne = umenie, lógos = učenie) je súbor procesov, pravidiel a návykov používaných pri výrobe rôznych druhov výrobkov v ľubovoľnej sfére výrobnej činnosti. Využíva vedecké a praktické poznatky ľudstva, vedie k vzniku nových oblastí vedy a techniky, vytvára materiálnu a informačnú základňu ich rozvoja. Je produktom a zároveň zdrojom rozvoja civilizácie. Názory: Technológia strojárskej výroby je samostatná komplexná vedná oblasť. Predmetom skúmania je podstata, vzájomné nadväznosti a zákonitosti procesov výroby výrobkov a ich prvkov od väčších komplexov až po strojové súčiastky. Technológia strojárskej výroby posudzuje existujúce a hľadá nové spôsoby premeny materiálov na polovýrobky, polovýrobkov na strojové súčiastky, kompletizácie strojových súčiastok na dielce, uzly a komplexné výrobky s cieľom zabezpečiť požadovanú kvalitu a znižovať spotreby spoločenskej práce. Technológia strojárskej výroby je celý komplex technologických procesov, podieľajúcich sa na výrobe súčiastok, uzlov a výrobkov, vrátane výroby polovýrobkov (odliatkov, výkovkov, výliskov a pod.) a montáže. Dôležitá je predovšetkým systémová nadväznosť jednotlivých zložiek výrobného procesu. 1.1 Všeobecná predstava o výrobnom procese Výrobný proces je súbor činností ľudí, výrobných prostriedkov a fyzikálnych procesov. Výsledkom sú rôzne druhy výrobkov. Dôležité sú tri faktory: Cieľavedomá činnosť, resp. samotná práca človeka. Objekty výroby, polovýrobky, ktoré sa pretvárajú na výrobky (napr. stroje, mechanizmy, funkčné skupiny, uzly a súčiastky). Výrobné prostriedky (výrobné stroje, technologické zariadenia, nástroje, prípravky, transportné a manipulačné zariadenia, riadiaca technika a pod). Primárne sú vo výrobnom procese objekty výroby (výrobky). Používajú sa aj názvy: materiál, polovýrobok, obrábaný predmet, súčiastka, montážny uzol, montážny celok, finálny výrobok, stroj, zariadenie a pod. Výrobok počas svojej životností prechádza etapami: tvorby, na základe cieľavedomej výskumnej a vývojovej činnosti, výroby, keď sa zo základných materiálov a polovýrobkov vyrábajú súčiastky, a skladajú sa do montážnych celkov a finálnych výrobkov; použitia, keď sa využíva funkcia výrobkov. V životnosti výrobku sa rozlišujú aj predvýrobné etapy, výroba a využitie. 7
Pri výrobe sa rozlišujú hlavné, pomocné a vedľajšie procesy (obr.1.1). Skladba strojárskeho výrobného procesu Hlavné výrobné procesy Pomocné výrobné procesy Vedľajšie výrobné procesy Výroba polovýrobkov a súčiastok Montáž - delenie materiálov - spájanie materiálov - tvarovanie - zmeny fyzikálnomechanických vlastností - rozmerové spracovanie - dokončovacie spracovanie - podskupiny - celky - výroba: náradia, modelov, náhradných dielov - opravy: mechanické, elektrotechnické Obr.1.1 Klasifikácia výrobných procesov - skladové hospodárstvo - energetické hospodárstvo - doprava, zásobovanie - starostlivosť o zamestnancov - skúšanie, testovanie - laboratóriá, vývoj Princípmi racionálnosti výrobného procesu sú: paralelnosť (operácie a procesy sa vykonávajú súbežne), nepretržitosť (nasledujúce operácie toho istého procesu sa majú vykonávať okamžite po skončení predchádzajúcej operácie), synchronizácia operácií výrobného procesu, minimálna dráha pohybu objektov výroby vo výrobe, rytmickosť (všetky operácie a výrobný proces sa vykonávajú v presne stanovených časových intervaloch), vysoký stupeň automatizácie a pružnosti. Stupeň nepretržitosti rozdeľuje výrobné procesy na spojité a diskrétne (prerušované). Pre strojárske výrobné procesy je typický diskrétny charakter. Podľa veľkosti a stability nomenklatúry výrobkov a druhu pohybu týchto objektov po pracovných miestach sa rozoznáva výroba: kusová (počet rovnakých objektov výroby dosahuje počet ~10); malosériová (~ 100kusov); veľkosériová (-100 až 1000 kusov); hromadná (okolo 10 000 kusov a viac). Priestorovému umiestneniu príslušných častí výrobného procesu odpovedajú priestorovo-organizačné jednotky: pracoviská alebo prevádzky. Rozlišujú sa hlavné, pomocné a vedľajšie jednotky. Rozlišuje sa štruktúra závodu od výrobnej štruktúry. Do štruktúry závodu sa zaraďuje aj: riadenie, príprava výroby, ochrana závodu a sociálne zariadenia. 8
Pracoviská a výrobné prevádzky sa organizujú podľa technologického princípu (lejárne, kováčne, obrobne, a pod.), alebo podľa predmetového princípu, v ktorom sa špecializujú na výrobu rovnorodých výrobkov, uzlov alebo súčiastok. Technologický princíp sa využíva v kusovej a malosériovej výrobe, predmetový vo veľkosériovej a hromadnej výrobe. Výrobný proces v strojárskom závode má komplexný charakter. Skladá sa z veľkého počtu čiastkových procesov, aby sa docielila výroba súčiastok požadovaných vlastností a ich zoskupenie do uzlov a finálnych celkov. Technologický proces určuje počet a zloženie výrobných prostriedkov na pracoviskách. Pracoviská, typy a rozmiestnenie výrobných prostriedkov, závisia od všetkých základných prvkov organizačno-technologickej štruktúry výroby. Na organizačno-technologickú štruktúru výroby vplývajú : Kvalitatívne faktory - zložitosť konštrukcií výrobkov, presnosť a kvalita parametrov, spoľahlivosť a životnosť a pod. Kvantitatívne faktory - veľkosť výroby, konštrukčno-technologická unifikácia, normalizácia a štandardizácia súčiastok, uzlov, strojov a technologického vybavenia. Dôležitý je časový priebeh výrobného procesu. Cieľom je skrátenie výrobného cyklu. Dĺžkou výrobného cyklu je časový interval, počas ktorého sa surovina, materiál alebo polovýrobok premení na hotový výrobok. Čas výrobného cyklu sa skladá z časov na hlavné a pomocné operácie a z časov prerušenia. Objekty výroby (súčiastky, uzly, montážne celky) sa zoskupujú do výrobných dávok. Dávkou je limitovaný počet rovnakých objektov spracovaných na každej operácii nepretržite s jednorazovým vynaložením prác a času. Efektívne metódy upevňovania organizačno-technologických štruktúr výrob sú špecializácia (technologická a súčiastková) a kooperácia, ako aj všetky opatrenia, ktoré smerujú k unifikácii, typizácii a normalizácii. Princípy špecializácie a kooperácie umožňujú vytvárať rôzne štrukturálne modely výroby, ktoré sa odlišujú úrovňou špecializácie výroby a deľby práce. 1.2 Modelovanie a modely výrobného procesu Nesystematický rozvoj výrobných procesov je nevyhovujúci, vyžaduje sa ich harmonický rozvoj ako komplexného systému. Systémový princíp je preto súčasť metodickej práce pri plánovaní, projektovaní, racionalizácii a pod. Náuky o systémovom prístupe sa zoskupujú do systemonómie, systemológie a systemotechniky. Systémová analýza a syntéza vyžaduje dôsledne poznávať vzťahy a väzby medzi prvkami skúmaného systému a vzťahy tohto systému k iným systémom tvoriacim jeho okolie. Hlavnou úlohou je optimalizácia štruktúry a správania sa výrobných systémov. 9
Definovať výrobný proces ako systém znamená vymedziť jeho vnútorné prvky, prvky okolia, väzby medzi prvkami systému a väzby systému k jeho okoliu. Každý výrobný proces sa uskutočňuje v konkrétnych ekonomických a sociálnych podmienkach. Globálny model, ktorý vyjadruje systémové vzťahy výrobného procesu a jeho okolia, je na obr.1.2. T M E S R JVS Obr. 1.2 Model systémových vzťahov výrobného procesu a jeho okolia V jadre výrobného systému (JVS) sú podsystémy: Podsystém technologického spracovania - T zabezpečuje zmenu geometrických a fyzikálnych vlastností objektov výroby. Podsystém manipulácie - M zabezpečuje polohovanie a fixovanie objektov výroby, nevyhnutné na vykonanie technologického spracovania. Podsystém riadenia - R zabezpečuje optimalizáciu vzájomných relácií ako aj samotných parametrov technologického spracovania, manipulácie, podmienky a režimy požadovanej kvality výrobkov. Jadro je zložkou nadradených ekonomických E a sociálnych S systémov. Prvky môžu byť medzi sebou pospájané rozličným spôsobom (lineárne, hviezdicové, mnohoväzbové, hierarchické, kruhové a pod.). Spôsob spájania jednotlivých prvkov ovplyvňuje funkčné charakteristiky systému, spoľahlivosť, pružnosť, adaptívnosť a ekonómiu výroby. Systémový model výrobného procesu sa často zobrazuje v tvare čiernej skrinky (obr.1.3). VSTUPY čas priestor VÝSTUPY materiál, polovýrobky finálne výrobky energie informácie VÝROBNÝ PROCES odpad, vedľajšie produkty informácie spätná väzba Obr.1.3 Systémový model výrobného procesu ako čierna skrinka 10
Model zobrazuje proces pretvorenia materiálov a polovýrobkov na výrobky s požadovanými funkčnými parametrami. Hlavné rozdiely výrobných procesov vyplývajú predovšetkým z rozdielnych výrobných zariadení a náradia a z ich aktívneho uplatňovania človekom na objektoch výroby. Základné rozdelenie výrobného procesu možno vyjadriť vzťahom: Č VP - 0 kde: Č - človek (operátor), VP - výrobné prostriedky (stroje, prípravky, nástroje), O - objekt výroby. 1.3 Predvýrobné etapy výrobného procesu Výrobný proces zabezpečuje výrobu finálnych výrobkov. V životnom cykle každého výrobku je viac periód. Prvá perióda zahŕňa cyklus výskum - vývoj - výroba, ktorý treba poznať pri tvorbe technológie výroby. Tento cyklus možno rozčleniť na: základný výskum, ktorý zahŕňa teoretické a objaviteľské práce, aplikovaný výskum, hľadá využitie výsledkov teoretických a objaviteľských prác, vývojové práce (napr. v strojárstve vývojovo-konštrukčné práce), projektová činnosť (závody, pracoviská, dielne), výstavba nových závodov, dielní, prevádzok, osvojenie nových výrob (technické, výrobné a ekonomické osvojenie). Potrebné je poznať ciele a pracovný obsah činností v jednotlivých etapách. Do predvýrobných etáp výroby výrobkov patria činnosti v zmysle tab. 1.1. Činnosti v predvýrobných etapách výroby 11 Tab.1.1 1. Zostavenie principiálnej schémy práce výrobku. Využívajú sa výsledky vedecko-výskumnej činnosti v základnom a aplikovanom výskume. 2. Teoretické rozpracovanie funkčného poslania výrobku a stanovenie jeho pracovnej funkcie. 3. Spracovanie konštrukčnej schémy. 4. Určenie pracovných síl, teplôt a ďalších parametrov. Vykonanie základných funkčných prepočtov. 5. Vytvorenie konštrukčných makiet, výpočet a návrh rozmerov súčiastok, voľba materiálov. 6. Určenie východiskového a konečného stavu materiálov vybraných pre súčiastky výrobku. 7. Spresnenie rozmerov súčiastok. Výpočet rozmerových obvodov a určenie rozmerových tolerancií. 8. Projektovanie technológie výroby skúšobného prototypu. 9. Projektovanie a výroba požadovaného tzv. nultého náradia. 10. Vyhotovenie skúšobného prototypu. 11. Skúšky a štúdiá na skúšobnom prototype. 12. Spresnenie konštrukcií, rozmerov a tolerancií a technologických postupov na základe výsledkov skúšok a štúdií na prototype. 13. Návrh a výroba náradia na skúšanie tzv. nulovej série. 14. Výroba skúšobných sérií na základe spresnených technologických postupov, rozmerov a konečnej špecifikácie materiálov súčiastok. 15. Skúšky výrobkov nultej série. 16. Zostavenie technických podmienok na preberanie súčiastok a výrobku ako celku. 17. Spracovanie výkresov a technologických postupov na sériovú výrobu. 18. Návrh a výroba náradia pre sériovú výrobu. 19. Zavedenie sériovej výroby a jej zabezpečenie.
Predvýrobné etapy sa realizujú v technickej príprave výroby. Technická príprava výroby (TPV) je súbor vzájomne spojených činností (inžiniersko-technických procesov). Cieľom je pripraviť technicky a ekonomicky účelné a efektívne riešenie výrobkov, technológií, projektov výrobných systémov, plánovania, organizácie a prevádzkovania výrob v súlade s požiadavkami trhu a s vlastnými ekonomickými i mimoekonomickými cieľmi v súlade s kapacitnými a technologickými možnosťami. Výstupom je nový, resp. upravovaný výrobok a jeho výroba. Príprava výroby môže mať charakter: vývojový, spojený so vznikom nových výrobkov (inovácie), prevádzkový, spojený so zlepšením a zmenami výrobkov. Tomu zodpovedá vo veľkých firmách aj organizačné delenie útvarov (vývojová, prevádzková konštrukcia, vývojová, prevádzková technológia a pod.). Technická príprava výroby ovplyvňuje efektívnosť výroby v dlhom časovom období. Má predovšetkým: Vyriešiť a pripraviť výrobok s ohľadom na požiadavky trhu a vlastnú efektívnosť firmy, zaistiť jeho vývoj a vypracovať príslušnú dokumentáciu. Určiť v rámci akých procesných zásad, akými postupmi, na akom zariadení, s akým náradím a prípravkami, pri použití akého materiálu a s nasadením ktorých profesií bude výrobok vyrábaný, kontrolovaný a skúšaný. K tomu je potrebné vypracovať príslušnou dokumentáciu. Vyriešiť optimálny projekt realizácie výrobného procesu, po stránke vecnej, priestorovej a časovej. Konštrukčná príprava výroby Konštrukčné riešenie si vyžaduje dostatok informácií o inováciách, resp. iných formách vývoja výrobku. Uplatňovať je možné rôzne konštrukčné princípy a koncepcie, rôzne riešenia funkčných schém výrobku a pod.. Cyklus konštrukčnej prípravy musí byt optimálne časové skrátený a realizuje sa v príslušných etapách: vypracovanie úvodného projektu, vypracovanie technického projektu - návrh výrobku, konštrukčné riešenie výrobku, výroba prototypu a jeho overenie, spolupráca s technologickou prípravou výroby. Konštrukčná príprava výroby využíva v plnej miere počítačovú podporu. Počítačom podporované konštruovanie (CAD - Computer Aided Design) má v súčasnosti vysokú úroveň. Jeho hlavné zložky sú: Koncepčný dizajn výrobku. Navrhuje sa funkčná štruktúra výrobku, jeho hlavné časti, ich geometrické vzťahy, výkonové parametre, prepojenia a pod. Inžiniersky dizajn. Zameranie je na presný geometrický tvar, rozmery, materiál, stav povrchu a iné dôležité charakteristiky súčiastok a modulov konštrukcie. Detailný dizajn. Súvisí s tvorbou údajov pre výrobu v digitálnej forme. Simulácia. Riešia sa tu optimalizačné výpočty, tvorba alternatív konštrukcie a ich hodnotenia. Komunikácia s ďalšími počítačovými systémami. 12
Význam počítačového konštruovania: V CA - systémoch je práca konštruktérov a projektantov podstatne výkonnejšia vo všetkých aktivitách (čas, práca, náklady). CA - technológie zvyšujú kvalitu návrhov na báze úspor materiálov, pracnosti výroby, optimalizácie konštrukcie, výrobných plôch a pod. CA - technológie podporujú tvorivosť a variantnosť riešení, a tým celkovú inovačnú úroveň firmy. Inovačné trendy: Existencia univerzálnych programových systémov pre konštruovanie a ich systemizácia a štandardizácia podľa aplikačných oblastí. Charakteristickým znakom je: - rýchla aplikácia stále vznikajúcich programových produktov všeobecného charakteru, - systemizácia a štandardizácia používaných programových produktov (napr. CATIA, AUTOCAD, PROINŽINIER). Napr. CATIA je preferovaná u svetových výrobcov automobilov a ich dodávateľov. Pri dodávkach komponentov je dokumentácia výhradne na počítačových médiách a sú normované požiadavky na komunikáciu. Aplikácie špeciálnych prostriedkov pre vývoj výrobkov: - Digitálny výrobok. Opis výrobkov a ich prvkov prostredníctvom referenčných konštrukčných dát. Všetky údaje o výrobku získavané z vývojového procesu sú spracované v digitálnej forme a predstavujú virtuálny prototyp, na ktorom dizajnéri, konštruktéri, elektronici, ergonómovia a iní špecialisti riešia parciálne a integračné úlohy. - Digital Mock-Up (DMU). Virtuálny model výrobku je vizualizovaný a počítačom sa simuluje jeho montáž, resp. celá výroba. Umožňuje testovať ľubovoľnú súčiastku alebo agregát na použitie. - Počítačové testovanie. Simulované je správanie sa v prostredí pri rôznych podmienkach a pri zmene fyzikálnych faktorov (teplo, zima, voda a iné). Napr. programy pre riešenie prúdenia vzduchu, akustické testy, správanie sa materiálov a pod. Úroveň počítačových simulácií umožňuje redukovať do veľkej miery fyzické testy. Aplikácia programových systémov pre optimalizačné výpočty. Automaticky sa riešia napr. pohybové rovnice pre kinematické, statické a dynamické simulácie. Trend bezpapierovej (digitálnej) formy konštruovania aj u zložitých výrobkov. Digitálny výrobok. Vytvárané sú pevné prostriedky opisu výrobkov a ich prvkov vo forme referenčných konštrukčných údajov. Údaje získané z vývojového procesu sú spracované v predom definovanej digitálnej forme a predstavujú virtuálny prototyp výrobku. Na ňom môžu špecialisti (ergonómovia, technológovia, kvalitári a pod.) riešiť jeho úpravy a modifikácie. Virtuálne zobrazovanie konštrukcie. Počítačové technológie umožňujú s vysokým stupňom prezentácie zobrazovať v priestorovom modeli vytvorenú konštrukciu, vrátane pohybov a činnosti obsluhy. 13
Virtuálne zobrazovanie budúcej výroby. Údaje z počítačového konštruovania sú prepojené na systémy, ktoré navrhujú montáž výrobku, výrobné zariadenia, usporiadanie výrobných liniek a výrobný tok. Počítačové testovanie výrobku. Simulované je správanie sa výrobku v relevantnom prostredí (virtuálne prostredie) pri rôznych podmienkach. Typickým príkladom sú nárazové testy automobilov pri riešení ich bezpečnosti. Technologická príprava výroby V nej sa na základe konštrukčnej dokumentácie realizuje koncepcia technologického projektu. Vytváraná technologická dokumentácia zahrňuje: technologické postupy vrátane výkonových technicko-hospodárskych noriem, technicko-hospodárske normy spotreby materiálov (materiálové THN), technologický projekt, technologické výkresy polovýrobkov, výkresy špeciálneho náradia a pod. Technologická príprava výroby (TgPV) je súhrn technicko-organizačných činností a opatrení zameraných na spracovanie výrobnej dokumentácie a podkladov pre materiálne vybavenie výrobného procesu. Z rozborov skladby prácnosti vyplýva, že 70 % až 80 % z celkovej prácnosti pripadá na prípravu výrobnej dokumentácie. Návrh technológie výroby sa zapisuje do technologickej dokumentácie. Je to jedna z najpracnejších a časovo najnáročnejších v prípravných fázach výrobného procesu. Hlavnou úlohou TgPV je predovšetkým: spracovanie konštrukčno-technologických rozborov súčiastkovej základne, výber vhodných polotovarov, určenie spotrebnej hmotnosti, stanovenie počtu a poradia výrobných, kontrolných a montážnych operácií, voľba vhodných strojov, nástrojov, prípravkov, meradiel a pomôcok, výpočet základných technicko-ekonomických údajov o spotrebe materiálu a energie, spracovanie, kompletizácia a archivácia výrobnej dokumentácie, spracovanie a modifikácia výrobnej dokumentácie v rámci zmenového riadenia, určenie rezných podmienok a noriem spotreby času, zaradenie a spracovanie manipulačných a dopravných operácií, spracovanie programov pre NC stroje, roboty a kontrolné zariadenia, spracovanie dokumentácie pre montáž výrobkov. Technologická dokumentácia má v podniku veľký význam. V strojárskej praxi existujú rôzne druhy technologickej dokumentácie. Druh použitej technologickej dokumentácie závisí od typu súčiastky, vyrábaného množstva, strojového parku (konvenčné alebo NC stroje), zvyklostí firmy, úrovne inžinierskych pracovníkov, vybavenosti výpočtovou technikou a pod. Takisto stupeň rozpracovanosti technologického postupu závisí od typu výroby. Technologický postup určuje potrebné výrobné zariadenie, nástroje, prípravky, meradlá a technologické podmienky tak, aby súčiastka bola podľa daného technologického postupu vyrobená hospodárne a spĺňala kvalitatívne a kvantitatívne požiadavky dané technickou dokumentáciou. Je to predpis použitých strojných a 14
pomocných zariadení, ktoré sa zúčastňujú výroby súčiastky a takisto predpis technologických podmienok pre prácu jednotlivých zariadení. Technologický postup je výsledkom práce technológa. Tak ako technický výkres, je aj technologický postup záväzný pre výrobu. Obsahuje informácie týkajúce sa: súčiastky (vyrábané plochy), výrobných prostriedkov (stroj, nástroj, prípravok), operácie, poradia technologických operácií, parametrov použitej metódy (technologické parametre), operačných časov jednotlivých technologických operácií, miesta, kde sa bude technologická operácia realizovať (určenie strediska), dráhy nástroja (pre NC programovanie), pomocných procesov (chladenie, mazanie a pod). Z rozboru prác v technickej príprave výroby vyplýva, že z celkového rozsahu činností pripadá na intuitívnu činnosť 1 % až 5 %, na formálne logickú činnosť 25 % až 50 % a na rutinnú činnosť 45 % až 74 %. Počítačová podpora rutinných činností sa rieši pomocou známych algoritmov. Zložitejšie je automatizovať činnosti, pre ktoré nie je presne známy algoritmus riešenia (napr. určenia poradia technologických operácií, analýza upínania a pod.). Pri týchto činnostiach má veľkú váhu dlhoročná skúsenosť pracovníkov, technologická" inteligencia pracovníka, intuícia, skúsenosti a poznatky o probléme. Tieto črty patria do oblasti inteligenčných schopností technológa. Medzi základné požiadavky kladené na technologický postup patrí: splnenie funkčných požiadaviek daných špecifikáciou, technickým výkresom a normami, výroba súčiastky s minimálnou prácnosťou a minimálnymi nákladmi na výrobu, maximálne využitie kapacity navrhovaného výrobného zariadenia, dodržanie bezpečnosti práce technologickým a pracovným postupom, rešpektovanie ekologických aspektov. Organizácia a riadenie prípravy výroby Poznať možnosti zdokonaľovania organizácie a riadenia prípravy výroby predpokladá nielen mať poznatky z oblasti organizačnej analýzy a riadenia, ale aj dokonalý prehľad o objekte, teda samotnom obsahu a procese prípravy výroby. Príprava výroby tvorí súčasť predvýrobných etáp, ktorých obsah je vymedzený činnosťami od zrodu vedeckého poznatku až po aplikáciu vo výrobe. Konkrétne možno obsahovú náplň prípravy výroby ohraničiť tak, že v sebe zahŕňa iba tie činnosti z komplexu predvýrobných etáp, ktoré nadväzujú na výsledky vedeckovýskumnej práce a dotvára ich v projektovej, konštrukčnej, technologickej a inej dokumentácii, podľa ktorej sa už bude bezprostredne vyrábať. 15
Poslaním a cieľovou funkciou prípravy výroby je dopracovať prognózy výroby, jej rozvojové koncepcie i schválené plány do konkrétnej technickej, ekonomickej, organizačnej, obchodnej a inej dokumentácie potrebnej na výrobu nových výrobkov. Výsledný cieľ tohto mnohostupňového a členitého prípravného procesu má zodpovedať dvojjedinému kritériu: tieto: dosiahnuť prípravu výrobkov špičkových svetových parametrov kvality, zabezpečiť čo najnižšiu spotrebu živej a zhmotnenej práce na ich výrobu. Základné ciele a požiadavky, ktoré sa prípravou výroby majú dosiahnuť, sú - Súbor technických, prevádzkových, estetických, ergonomických ďalších parametrov kvality novo pripravovaných výrobkov. - Efektívnosť použitia nových výrobkov, aby zodpovedali požiadavkám odberateľov. - Efektívnosť zhotovovania nových výrobkov vzhľadom na hmotné, energetické, pracovné a iné zdroje. - Systémovo stanoviť požiadavky na pripravovaný výrobok. Nezadávať len individuálne výrobky, ale komplexné úlohy. - požiadavky na kvalitu výrobku, na efektívnosť jeho používania i efektívnosť výroby premietnuť výslednej syntézy efektov. Komplexná automatizácia prípravy výroby Používanie počítačových technológií vo výrobe, ale aj príprave výroby je stimulované zavádzaním automatizovaných, najmä pružných výrobných systémov. Automatizované inžinierske systémy zabezpečujú počítačovú podporu širokého spektra inžinierskych úloh. Najčastejšie sú označované ako systémy CAx - CAD, CAP, CAE, CAQ, CAT, CAR, CAM a pod. Výhodou je predovšetkým: - širší rozsah, t.j. objem inžiniersko-technických činností, - vysoká kvalita inžiniersko-technických riešení, - minimalizácia, t.j. skracovanie inovačných cyklov (cyklov projektovania), - minimalizácia, t.j. znižovanie vývojových a realizačných nákladov. Významné je ich postavenie v štruktúre systémov typu CIM. Ich modely sú založené na štrukturalizácii hlavných zložiek, t.j. podsystémov integrovaných do celku. Hlavné činnosti sú pritom rozčleňované do funkčných blokov, pričom každý blok využíva významnú počítačovú podporu. (obr.1.4). 16
PPS - PMS CAE Počítačová podpora strategického plánovania a marketingu PPC Počítačom podporované plánovanie a riadenie výroby Počítačom podporovaná inžinierska činnosť CAD Počítačom podporovaný vývoj výrobkov CAP CAQ Počítačom podporované riadenie kvality MRP Počítačom podporované plánovanie materiálových požiadaviek Počítačom podporované plánovanie výroby CAM Počítačom podporovaná výroba Polotovary Skladovanie Výroba súčiastok Montáž Inšpekcia Expedícia Obr. 1.4 Hlavné bloky počítačovej podpory v modeloch C I M 17
2. TRENDY ROZVOJA STROJÁRSKEJ VÝROBY 2.1 Všeobecné trendy ovplyvňujúce rozvoj výroby Globalizácia - trend súčasného rozvoja vo všetkých oblastiach. Je to intenzifikácia vzájomných transakcií podnikov a nová kvalita rozmiestňovania zdrojov na celosvetovom trhovom teritóriu. Výhody globalizácie sú: rozšírenie ekonomickej škály, rozmanitosť a zákaznícky prístup, prekonávanie ochranárstva (clá, dovozné limity a pod.), vyvažovanie rôznych časovaní inovačných cyklov, obohacovanie systému najlepšími skúsenosťami z regiónov. Konkurencieschopnosť - stratégia firemného podnikania. Hybnou silou nových stratégií je triáda: kvalita (vzťah k zvyšovaniu pridanej hodnoty produkcie), produktivita (znižovanie produkčných nákladov a zvyšovania objemov), inovácie (integračný faktor). Dôsledky aplikácie nových stratégií konkurencieschopnosti vedú k: dynamizovaniu celého výrobného procesu, znižovaniu spotreby zdrojov, aplikáciám pružných, automatizovaných a sofistikovaných technológií. Vysoká produktivita - rozvojom výrobných činností, vyjadruje efektívnosť výrobných systémov. Jedna z najdostupnejších ciest zvyšovania konkurencieschopnosti. Vyjadrovaná je vzťahom medzi množstvom výrobkov vyrobených daným výrobným systémom, za daný časový interval a množstvom potrebných zdrojov. Zdroje sú špecifikované spotrebou práce, kapitálu, energie, materiálu a informácií. Zvyšovanie produktivity je v súčasnosti hlavným zdrojom reálneho hospodárskeho rastu, sociálneho vývoja a zvyšovania životnej úrovne ľudí. Inovácie - filozofia podnikateľských činností, ktorá zasahuje zložky vývoja výrobkov, zdokonaľovania technológií, výroby, marketingu a pod. Inovácie ako kombinácia vývojových zmien sa chápu ako prekročenie obnovovania reprodukčného procesu v uzavretom kruhu. Ide o tieto hlavné druhy vývojových zmien: používanie nových výrobných prostriedkov, technológií a marketingu, zavádzanie nových (lepších) výrobkov a služieb, používanie nových materiálov, surovín a zdrojov, nová organizácia výroby, otváranie nových trhov. Zmeny v podnikateľskej činnosti sú vyvolané: Trhovými faktormi - tvrdá konkurencia, globalizácia trhu, konjuktuálne výkyvy, skracovanie cyklov životnosti výrobkov a výrobných systémov, vysoká kvalita pri relatívne nízkych cenách, meniace sa požiadavky zákazníkov. 18
Sociálnymi faktormi - skracovanie a nová organizácia pracovného času, zvyšovanie miezd, humanizácia práce, nové formy motivácie ľudí, zapojenie pracovníkov do podnikových zmien, nový pohľad na postavenie práce v živote človeka, zvyšovanie životnej úrovne a zmena hodnotového rebríčka. Ekologickými faktormi - rastúce neriešené problémy v životnom prostredí, vznikajú ako dôsledok nekontrolovaného rastu, zvyšovanie rôznych foriem zaťaženia životného prostredia, obmedzené prírodné zdroje, rastúce ekologické uvedomenie ľudí a ich tlak na podniky a legislatívu. Pri orientovaní sa výrobcov na pružnú výrobu, pre splnenie požiadaviek trhu sa vyzdvihujú faktory v zmysle tab.2.1. Významné faktory pre výrobu Tab.2.1 Zákazník. Rešpektovanie požiadaviek a potrieb zákazníka už pri vývoji nového výrobku. Automatizácia. Nestabilita výrobku je hlavným faktorom, od ktorého by sa mala odvíjať automatizácia výroby. Výrobný proces sa rozpadáva do malých jednotiek, tie sa budujú ako ostrovčeky automatizácie a neskôr integrujú. Integrácia. Spája existujúce organizačné jednotky, resp. subsystémy, ktoré v závislosti od stupňa integrácie splývajú do kvalitatívne novej jednotky. Buduje sa predovšetkým pomocou informačných a materiálových tokov. Agilnosť. Agilný podnik musí dospieť k výrobe správneho výrobku na správnom mieste, v správnom čase, pre správneho zákazníka a pri správnej cene. Variantnosť výrobkov. Využíva sa štandardizácia prvkov, čo vedie k zameniteľnosti súčiastok a vytváraniu modulov. Modulová koncepcia umožňuje vytvárať rôzne varianty. Za krátky čas je možné zo štandardizovaných dielcov navrhnúť veľký počet konečných výrobkov. Pridaná hodnota. Z hľadiska konkurencieschopnosti podniku je potrebné, aby sa zameral na aktivity, ktoré mu umožnia ponúknuť výrobky s dostatočným podielom pridanej hodnoty. Čas. Umožňuje predbehnúť konkurenta v uspokojení zákazníka. Nová štruktúra podniku musí byť tak pružná, aby straty času boli minimálne. Inovatívnosť. Veľké výrobné stratégie sa budujú na jedinečných nápadoch, schopnostiach, a nielen na investíciách. Konkurencia inovatívnosti sa prejaví v skrátení času vývoja nových výrobkov a ich uvádzaní na trh. Pružnosť. Nevyžaduje sa maximálna výrobnosť, t.j. aby výrobné prostriedky boli maximálne využité, ale schopnosť byť k dispozícii pre výrobu daného výrobku v požadovanom čase. Výrobné bunky. Bunkové štruktúry zabezpečujú previazanosť medzi strojmi, šetria čas a priestor. Činnosť výrobných prostriedkov je synchronizovaná, materiálový tok rýchly. JIT. Podstatou je eliminácia tých časov, ktoré neprispievajú k tvorbe novej hodnoty výrobku. Metóda sa vyvíja ako odpoveď na rýchlosť a pružnosť reagovania na trh. Skupinová technológia. Skupiny podobných výrobkov sú vytvárané na základe materiálového toku cez tie isté výrobné prostriedky. Takto je možné aj pre malý počet výrobkov v dávkach dosiahnuť vysokú pružnosť výroby, zabezpečiť kvalitu a štíhlosť výrobného procesu a vykazovať ekonomické účinky veľkosériovej výroby. Kvalita. Je nevyhnutnosťou, nemožno ju už oddeliť od požiadaviek na uspokojenie zákazníka, ale nepostačuje na získanie zákazníka. Decentralizované riadenie. Pri pružnej výrobe je riadenie decentralizované. Väčšina rozhodnutí sa realizuje priamo na mieste vo výrobnom systéme. Riadenie je jednoduchšie a rýchlejšie. Multiprofesná činnosť pracovníkov. Na splnenie požiadaviek zákazníkov sa vytvárajú interdisciplinárne problémovo orientované a časovo ohraničené skupiny, v nich preberajú pracovníci rôzne úlohy, prechádzajú často z jedného na druhý pracovný systém a využívajú i pružne svoj pracovný čas. 19
2.2 Ďalšie charakteristické črty inovačného rozvoja výroby V inovačnom rozvoji výroby sú významné aj nasledovné trendy: Miniaturizácia výrobných systémov a ich stavebnicová štruktúra. Výrobné systémy sa neustále zmenšujú, sú bez rozsiahlych materiálových tokov a skladov, sú dodávané ako stavebnice pripomínajúce LEGO. Minimalizácia časov na prestavenie výrobných zariadení. Vyvíjajú sa nové konštrukcie a zariadenia na výmenu súčiastok a nástrojov, nové postupy a metódy na znižovanie časov na prestavenie pri zmene výroby. Využívanie nových multifunkčných výrobných zariadení. Zabezpečia kompletnú výrobu rotačných alebo skriňových výrobkov bez zbytočnej manipulácie. Tieto zariadenia si vyžadujú vysokovýkonné nástroje, nástrojové materiály a intenzívne chladenie a pod. Spoľahlivosť výrobných zariadení v dôsledku vybavenia vysokokvalitnými nástrojmi, pohonmi, manipulačnými zariadeniami, riadiacou technikou a pod. Integrácia výrobných, meracích, monitorovacích a diagnostických zariadení. V systémoch riadenia je v súčasnosti veľké množstvo kontrolných zariadení, ktoré sú navzájom prepojené a sú riadené výpočtovou technikou. Na monitorovanie sa v súčasnosti používajú rôzne druhy senzorov a bezdotykových meracích zariadení. Uplatňovanie racionálnej automatizácie prostredníctvom využívania jednoúčelových stavebnicových automatov. Obr.2.1 znázorňuje hlavné inovačné faktory pre strojársky priemysel. Vývoj, technika, prevádzka a servis sú navzájom integrované. Vývoj je podporovaný rýchlym a zjednodušeným odovzdávaním informácií, zároveň ale rastie komplexnosť výrobku a pribúdajú jeho funkcie. Pre nové technológie je charakteristická: krátka cesta od konštrukcie do výroby (rapid prototyping), preventívna optimalizácia výrobku, procesu a priebehu (virtual engineering), ovládanie techniky prostredníctvom použitia technickej inteligencie. Hlavné možnosti zdokonaľovania sú vo využívaní nových materiálov, energií a informácií s využitím nových technických koncepcií (obr.2.2). Vyžaduje sa taktiež optimalizácia spoľahlivosti, technická a časová pripravenosť s ohľadom na fyzikálne, ekonomické a ekologické zákony a medzníky. Z hľadiska procesov sa musia identifikovať straty vo výkonnosti a straty vo využití zdrojov. Snaha o maximálne využitie materiálov vedie k používaniu takých metód a techník, ktoré vedú k tzv. generatívnym procesom. Miniaturizácia, presná výroba a moderné riadenie procesov sú hlavným stimulom pokroku. K tomu sú potrebné znalosti. Znalosti sa dajú získať on-line aj z veľkých vzdialeností. Dôležitý je preto tzv. znalostný (vedomostný) manažment. 20
Technika adaptácia senzorika/aktorika aktívna explorácia dynamické pohony kompenzácia chýb prevádzkové prostriedky s vysokou výkonnosťou technická inteligencia Vývoj, konštrukcia platforma/modulárna koncepcia optimalizácia konštrukcie CAD EDM/PDM integrácia virtuálny inžiniering virtuálny produkt (výrobok ) Spôsoby technológie vysoká rýchlosť vysoký objem vysoká presnosť Závod on line výroba simulácia schopnosť učiť sa diagnostika učenia schopná výroba tele-prítomnosť tele-servis tele-poradenská činnosť teleoperácie Výroba na diaľku Servis Obr.2.1 Inovatívne technológie v strojárstve Znalosti, výhody trhu a faktory budúcnosti materiál energia informácie Technológia procesu Technológia výroby Medzné využitie Technický Časový Fyzikálny Ekonomický faktor Ekologický procesy, postupy nástroje, prevádzkové prostriedky zariadenia, prípravky, nástroje práca Obr.2.2 Hlavné možnosti zdokonaľovania Zákony fyziky, náuky o materiáloch, mechaniky, dynamiky, termodynamiky, elektrotechniky, elektroniky a informatiky sa využívajú tak, aby sa dosiahlo hlbšie pochopenie procesov, reprodukcie týchto procesov a chovanie zariadení s cieľom optimalizácie celkového systému. Z toho vychádzajú riešenia, ktoré s umelou inteligenciou vedú k dokonalému ovládaniu procesov. Znalosti o súvislostiach a ich vzájomné ovplyvňovanie sa dajú modelovať. Dôležitý je preto vývoj, ktorý ma za úlohu preventívnu optimalizáciu procesov na základe použitia simulácie, resp. virtuálneho inžinieringu. Cieľom sú optimálne parametre pre riadenie a realizáciu výroby. Procesy prebiehajú tzv. virtuálne. Moderná informačná technika má potrebné nástroje (FEM, nelineárna dynamika, grafická vizualizácia, animácia a interakcia a ďalšie). 21
V priemyselnej výrobe z toho dôvodu reťazec procesu (od prieskumu potrieb trhu a potrieb nových výrobkov, až k výrobe prototypov) sa výrazne skracuje. Nové CAD - systémy tento proces ovplyvňujú rozhodujúcim spôsobom. Tieto metódy a techniky sú dnes centrálnymi prvkami inžinieringu. Stratégia zavádzania nových technológií je znázornená na obr.2.3. Potenciál technológií Skorý vstup na trh Neskorý vstup na trh Obr.2.3 Stratégia zavádzania nových technológií Vplyv umelej inteligencie na rozvoj výroby. Umelá inteligencia sa chápe ako schopnosť samostatne reagovať na faktory a vplyvy okolia, v tom zmysle, že výrobky dostanú nové schopnosti. Vyjadruje schopnosti výrobku prispôsobiť sa vplyvom okolia. Nové generácie výrobkov majú nové vlastnosti, podporujú spoľahlivosť, istotu a využitie v medzných prípadoch. Sú výsledkom rozvoja mechatroniky. Majú v sebe rôzne prvky z mechaniky, elektroniky a softvéru, senzorickej elektroniky a tzv. aktoriky. Tie dávajú výrobkom nové vlastnosti a robia ich inteligentnými. Tieto výrobky sú začlenené do systému výroby a vyvolávajú jej štrukturálne zmeny. Využitie technickej inteligencie vo výrobnej technike (obr.2.4) je obdobné. Pod technickou inteligenciou stroja alebo zariadenia sa rozumie schopnosť samostatne reagovať na stav okolia s prihliadnutím na zadané správanie sa a kompenzovať systematické odchýlky s vyhovujúcou stratégiou. Čas technika systému modely procesov informačná a komunikačná technika virtuálna realita Technické podklady Miniaturizácia digitálna technika pohonov a riadenia integrovaná a s procesmi spojená senzorika technika mikrosystémov miniaturizované tvarové resp. funkčné diely Simulácia Animácia Kompenzácia chýb Oblasť využitia Aktívna explorácia Diagnóza strojov a procesov Obr. 2.4 Využitie technickej inteligencie vo výrobnej technike Významné inovácie sú v oblasti spracovania informácií. Metódy a nástroje, ktoré sa využívajú vo vývoji a konštrukcii výrobkov sú robustné a mnohostranné. Môžu sa využívať vo všetkých procesoch, umožňujú úplnú digitalizáciu a vizualizáciu 22
a inžiniering. Veľmi výrazne prispievajú k skráteniu vývojových štádií a k optimalizácii výrobkov. Výroba si vyžaduje simultánny vývoj, virtuálny inžiniering, sieťové prepojenie výroby a inteligentné výrobné systémy. To umožní výrobu nových výrobkov, ktoré majú vlastnú technickú inteligenciu a ktoré zostanú až do reprodukcie v sieti výrobcu a dajú sa každým okamžikom lokalizovať tak, aby sa zlepšilo uplatnenie výrobku. Virtuálny inžiniering, generatívne metódy, inteligentné výrobné systémy sú cestou, ktorou sa bude uberať výroba výrobkov budúcnosti, a tým sa aktivujú nové možnosti zisku. Významný zámer vývoja ekonomiky je aj v zvýšení efektivity cez nové formy organizácie a aktivácie tzv. ľudských potenciálov. Technicky orientované stratégie výroby, ktoré dominovali v 80-tych rokoch, sú dnes prekonávané. Virtuálny inžiniering umožňuje vytvárať, modelovať a analyzovať prototypy priamo digitálne na počítači. Cieľom tohto vývoja je úplná digitalizácia výrobku, aoptimalizácia výroby a využitie za reálnych podmienok. Simulácia výroby sa dnes vo väčšej miere zameriava na logistické a kinematické aspekty. Pre optimalizáciu sa budú využívať modely procesov výroby a montáže. Simulácia má tú výhodu, že efekt nadobúdania empirických skúseností nie je potrebný. Vo výrobe smeruje k priamemu zníženiu nákladov v oblasti výroby prototypov a nábehu série. Miniaturizácia výroby vyplýva z tendencie technického vývoja. Výrobná technika sa miniaturizuje. Úplné modelovanie procesu a presné riadenie procesu si vyžaduje vniknutie do elementárnych postupov a mechanizmov. Vyžaduje sa technika najväčšej presnosti. Koncepcia je znázornená na obr.2.5. Miniaturizácia technických elementov Decentralizácia - Digitalizácia stroje zariadenia systémy inteligentné komponenty nositelia funkcií funkčné a tvarové diely Obr.2.5 Miniaturizácia strojov a zariadení Špecializované podniky, predovšetkým výrobcovia budú ponúkať široký sortiment ďalších služieb (napr. aktuálny a rýchly servis, diagnostiku a telekonzultácie). Ilustrácia princípu výrobného teleservisu je na obr.2.6. 23
Obr.2.6 Teleservis 2.3 Výroba svetovej triedy V podmienkach globálnej konkurencie, keď sa presadzuje decentralizácia, zoštíhľovanie, orientácia na kľúčové schopnosti a pod., je nevyhnutné eliminovať existujúce nedostatky vo výrobe. Prehľad najznámejších nedostatkov je ilustrovaný na obr.2.7 a charakterizovaný v tab.2.2. Obr.2.7 Nedostatky súčasných výrob 24
Charakteristika nedostatkov súčasných výrob Tab.2.2 Nesynchronizovaná výroba, nákup a predaj, vysoké zásoby v skladoch, vo výrobe, nadvýroba na sklad, zásobovanie v dlhých časových intervaloch, vysoká rozpracovanosť výroby, množstvo zbytočných manipulačných činností, zlá štruktúra zásob. Nevhodné výrobné dispozície, zložité a dlhé materiálové toky, dlhé časy čakania, dopravy a priebežnej doby výroby, predimenzované výrobné plochy zastavané paletami a materiálom. Výroba nekvalitných polotovarov, komponentov a výrobkov, ich opravovanie, triedenie, zložitá kontrola. Komplikované postupy a procesy vo výrobe, ktoré je možné optimalizovať (napr. prestavovanie výrobných zariadení, diagnostikovanie chýb a porúch, údržba, nadbytočné operácie vo výrobnom postupe a pod.). Predimenzované výrobné kapacity ako dôsledok nesprávnych prístupov k projektovaniu, alebo ako pozostatok z minulosti. Nevyužité schopnosti pracovníkov, množstvo zbytočných činností, ktoré musia ľudia denne vykonávať, ktoré nepridávajú hodnotu výrobkom a neprispievajú k zisku, vysoká fluktuácia, nízke využívanie pracovnej doby, prezamestnanosť. Nízke využívanie materiálu, tratenie sa materiálu vo výrobe, výroba z menej kvalitných materiálov a z materiálov s nižšími mechanickými charakteristikami. Robustnejšie výrobky a výrobné zariadenia, nesprávny sortiment polotovarov, spôsobujúci vysoký odpad a zložitú prípravu výroby a pod. Nefungujúca logistika aj pri vysokých zásobách chýbajú potrebné komponenty, nezosúladený plán výroby a plán výroby náradia, foriem a pod. Nevyvážené materiálové toky, množstvo úzkych miest, ktoré sa v závislosti na výrobnom mixe vo výrobe pohybujú, hľadanie stratených komponentov, chýbajúcich výrobných pomôcok a pod. Plánovanie a riadenie výroby s nesprávnymi údajmi, slabá štandardizácia. Hlavné ciele, o ktoré je potrebné sa usilovať vo výrobe, sú: zisk, produktivita, efektívnosť, výkonnosť, adaptabilita, reakcieschopnosť, kvalita a kontinuálne zlepšovanie výrobkov a služieb v ich celom životnom cykle. Potrebná je integrácia vedy, obchodu a techniky so schopnosťou riešiť problémy z technickej, ľudskej, informačnej i finančnej situácie zákazníka a pod. Na obr.2.8 je uvedený prístup k definovaniu svetovej úrovne výroby. Výsledok Svetová úroveň výroby Vizualizácia problému Prevádzka Kontinuálne zlepšovanie výroby Základy Aplikácia Výrobné procesy Výrobná technika Výrobné systémy Synchronizované operácie, procesy Organizácia Riadenie Dodávateľské systémy Dizajn výrobkov, výrobkovo orientovaná výroba Začiatok Znalosti, informácie, komunikácia Obr.2.8 Svetová úroveň výroby 25
Prehľad vývoja významných trendov vo vývoji výrobných procesov a systémov vo svete je ďalej špecifikovaný nasledovnými konceptmi: Modulárna výroba je rozdelená ne moduly (segmenty), v ktorých sa vyrábajú skupiny podobných výrobkov. Moduly majú pomerne vysokú autonómnosť v riadení, majú jasne definované materiálové, informačné a finančné vstupy a výstupy a vzájomne si poskytujú služby. Fraktálová výroba je organizovaná ako štruktúra dynamických fraktálov, ktoré sa vyznačujú samoorganizáciou a motiváciou jednotlivých členov fraktálov, dynamikou a neustálym prispôsobovaním sa zmenám v okolí, vzájomnou kooperáciou a sledovaním výrobných cieľov, prehľadnosťou jednotlivých procesov. Agilná výroba je charakterizovaná najmä i vlastnosťami, akými sú: neustála zmena, rýchla reakcieschopnosť, rozšírenie pojmu kvalita, dynamika, koncentrácia na ľudí, ich schopnosti a tímovú prácu, široká kooperácia. Holonická výroba je zložená z holónov, ktoré samostatne konajú, samé si definujú ciele a plány a kontrolujú si ich plnenie. Holóny sú charakterizované hlavne autonómnosťou a vzájomnou kooperáciou v jednotnej sieti. Bionická výroba dynamicky sa prispôsobuje zmenám tak ako biologický organizmus. Centrálne funkcie podniku sú minimalizované a ťažisko je na funkčných, autonómnych, vzájomne prepojených prvkoch, ktoré spontánne komunikujú v jednotnom informačnom systéme. Štíhla výroba je zameraná na krátko a strednodobé zoštíhlenie výrobných štruktúr, odbúranie neproduktívnych a nadbytočných činností, zlepšenie kooperácie s dodávateľmi a odberateľmi, paralelnú a synchronizovanú činnosť. BPR (Business Process Reengineering). Reinžiniering podnikateľských procesov je zameraný na zásadné prehodnotenie a radikálnu rekonštrukciu podnikových procesov tak, aby sa dosiahlo výrazné zlepšenie ukazovateľov (náklady, kvalita, rýchlosť a služby zákazníkovi). Pre BPR je charakteristická orientácia na celopodnikové procesy strategického charakteru a pohľad na podnik ako na jeden celok. Ďalšie príklady koncepcií výrobných systémov svetovej triedy sú uvedené v tab.2.3. Koncepcie výrobných systémov svetovej triedy Bionický výrobný systém si berie za vzor živé organizmy. Základné vlastnosti sú: integrácia funkčných prvkov a hierarchie systému, usporiadanie a prenos informácie na báze DNA, využitie prirodzenej inteligencie, dynamická štruktúra, sociálna harmónia, spontánnosť činnosti. Tab.2.3 Inteligentný výrobný systém je definovaný ako systém s autonómnou schopnosťou prispôsobovať sa nepredvídaným zmenám, okrem iného aj zmenám trhu, technológii, spoločenských potrieb a pod.. Základné vlastnosti sú: systematizácia všetkých prvkov vo výrobe a jej príprave, pružná integrácia celého podniku s cieľom optimálnej kooperácie medzi človekom a 26