Projekt výrobného systému je model:

• vyjadrujúci technologickú podstatu výrobného procesu
• organizačnú štruktúru výrobného procesu
• usporiadanie prvkov v procese
• náväznosti
• plynulosti

1. Technologické usporiadanie – jednému úseku sú priradené rovnaké technologické funkcie (napr. a1, a2, a3 sú sústruhy a b1, b2, b3 frézovačky).
2. Predmetové usporiadanie – stroje a zariadenia v úseku nasledujú za sebou v poradí sekvencie technologického postupu – pevná nádväznosť – napr. sústruh-brúsenie-balenie.
3. Modulové usporiadanie – úsek sa skladá z pevne viazaných modulov. Technologické funkcie v module sa môžu zamieňať.
4. Bunkové usporiadanie – úsek predstavuje bunka – v bunke sú stroje usporiadané podľa skupinového postupu

Vo výrobnom procese má prvotný význam tok materiálu pred tokom informácií. Cieľom je znižovať neusporiadanosť.

Výrobná bunka - zoskupuje vyšší počet výrobných zariadení v module (viacstrojová obsluha), resp. zoskupuje viaceré moduly do jedného celku a integruje funkcie na jeden obslužný prvok (robot, človek).

Výrobná skupina – vzniká integráciou výrobných modulov, resp. buniek príbuzného typu do celku.

Výrobné systémy a zoskupenia - vznikajú integráciou výrobných modulov, buniek – integrujúcim činiteľom je systém materiálových a informačných tokov.

Výrobné linky – od výrobných systémov sa odlišujú tvrdou nadväznosťou modulov, resp. buniek v slede výrobného postupu. Vo výrobných linkách je rozčlenený výrobný cyklus na postupnosť rovnakých úsekov – taktov. Počas výrobného taktu sa v linke ukončí technologické spracovanie daného objektu.

Výrobné prevádzky – závody - okrem riešenia výrobných funkcií majú vyriešené na komplexnej úrovni aj otázky prípravy výroby, organizácie, plánovania a riadenia výrobného procesu.

Projektovanie informačného toku a systému riadenia dnes tvorí podstatnú zložku v projektovaní výrobných systémov, ktorú nie je možné oddeľovať od projektovania kapacít alebo materiálového toku. Tak ako musíme analyzovať tok materiálu vo výrobe a navrhovať prostriedky pre prepravu a skladovanie súčiastok, musíme analyzovať i tok informácií vo výrobnom procese a navrhnúť spôsob ich prenosu a spracovania. Od spôsobu riadenia výroby potom do značnej miery závisia i kapacity jednotlivých pracovísk, prvkov dopravného systému, veľkosti skladov, zásobníkov a ďalšie časti výrobného systému.

Pri projektovaní informačného toku existuje podobná zásada ako pri projektovaní pracovísk a materiálového toku – projekt musí byť tým detailnejší, čím je vyššia úroveň automatizácie v systéme. Pri klasickom výrobnom systéme, bez počítačovej podpory riadenia je potrebné navrhnúť hlavne tok informácií a základnej výrobnej dokumentácie.

Hlavné úlohy, ktoré musí riešiť projektant vo fáze projektovania informačného toku vo výrobnom systéme sú:

1. definovanie informačných tokov medzi jednotlivými prvkami vo výrobnom systéme a medzi výrobným systémom a jeho okolím. Definovanie vlastností jednotlivých informačných väzieb – informačný obsah, frekvencia a spôsob prenosu
2. definovanie jednotlivých funkcií systému riadenia – príprava výrobnej dokumentácie, výrobné rozvrhovanie, sledovanie rozpracovanej výroby a pod.
3. výber vhodného systému riadenia – táto úloha sa často redukuje na problém výberu niektorého z dostupných programových systémov. Ešte predtým, ako sa podnik rozhodne zakúpiť konkrétny programový systém, je potrebné vyriešiť otázku princípov riadenia, ktoré budú použité. MRP, vyťažovacie riadenie, Kanban, OPT, DBR a i.). Výber princípov riadenia závisí hlavne na odganizácii výroby a opakovateľnosti výroby a na ďalších faktoroch.

Pri navrhovaní informačného toku je nutné popísať:

• miesto, kde vzniká daná informácia
• struktúru informácie
• väzby na ostatné prvky informačného systému
• spôsob aktualizácie danej informácie
• frekvenciu prenosu informácie – časové intervaly
• veľkosť informácie s ohľadom na počítačový prenos

Pri projektovaní dopravy, manipulácie a skladovania sa rieši tzv. rovnica materiálového toku, ktorá je zobrazená na obrázku:

Riešenie otázok materiálového toku - alternatívy

Čo? – definovanie materiálu, ktorý má byť prepravovaný (fyzikálne charakteristiky, množstvo)

Kde? Kedy? – identifikácia potrebných manipulačných a dopravných činností

Ako? Kto? – definovanie správnych metód na prepravu

Aký systém? – návrh vhodného riešenia materiálového toku

Cieľ projektovania materiálových tokov → minimalizácia dopravy, manipulácie a skladovania → zjednodušiť systém na minimum – minimum spotreby nákladov a času ⇒ riešenie dôležitých súvislostí:

• pracoviská a ich kapacity – nesprávne navrhnuté kapacity spôsobujú nevyvážený materiálový tok, hromadenie zásob, potrebu medziskladov a zásobníkov a dodatočné manipulačné úkony
• informačný tok a systém riadenia – správne riedenie vstupov výrobných úloh do systému, synchronizácia nákupu, výroby a expedície, koordinácia systému riadenia výroby s dopravným systémom
• všetky prvky výrobného systému musia byť projektované vo vzájomných súvislostiach a je ideálne ak sú všetky ešte pred inšatláciou overené na simulačnom modeli

Pri projektovaní jednotlivých prvkov si treba uvedomiť, že hlavným cieľom projektu nie je prepravovať alebo skladovať materiál – tieto činnosti sú v podstate iba “nutným zlom”, pretože stoja peniaze a nepridávajú hodnotu k materiálu. Najlepší projekt je taký, kde je minimum skladovania, prepravy a manipulácie.

Ďalšie princípy, ktoré by mali byť dodržiavané pri detailnom projektovaní prvkov materiálového toku:

• snaha prepravovať výrobok vo väčších množstvách (palety, kartóny, kontajnery)
• maximálne využívať plochy a priestory
• rešpektovať ergonomické a bezpečnostné požiadavky
• minimalizovať spotrebu energie a negatívne dôsledky na životné prostredie
• využívať gravitáciu všade tam, kde je to možné, avšak pri rešpektovaní bezpečnosti a kvality
• integrovať tok údajov s fyzickým tokom materiálu

Pri projektovaní materiálového toku sa často riešia nasledovné úrovne:

1. Doprava medzi strediskami v podniku (prípadne až napojenia na externých dodávateľov v systémoch Just in time).
2. Doprava v rámci výrobného strediska.
3. Doprava a manipulácia v rámci výrobnej bunky.

Viac informácií v otázke č. 9 – Manipulačná, dopravná, skladovacia a riadiaca technika.

Funkčné a priestorové zóny pracoviska vo výrobných systémoch

Zóna – ohraničený priestor, v ktorom prebieha určitá funkčná činnosť, resp. celý výrobný proces.

Subzóna – ohraničený priestor v rámci zóny, v ktorej prebieha iba určitá elementárna funkčná zložka výrobného procesu (manipulácia s nástrojom, meranie a pod.), resp. v ktorom sa nachádza niektorý z prvkov pracoviska.

Pri podrobnejšom skúmaní sa javí účelné analyzovať na technologických pracoviskách ako funkčné a priestorové zóny:

• technologickú zónu ako priestor, v ktorom sa vykonávajú technologické operácie na výrobkoch
• manipulačnú zónu ako priestor, v ktorom sa vykonávajú manipulácie (operačné a medzioperačné) s výrobkami, nástrojmi a odpadom
• riadiacu zónu ako priestor, v ktorom sa vykonávajú riadiace operácie
• zónu obsluhy ako priestor, v ktorom sa vykonáva nastavovanie, údržba, opravy a pod.

Dispozičné riešenie výrobných pracovísk a výrobných systémov

Na základe algoritmu kombinácie vznikajú základné varianty usporiadania výrobného pracoviska:

• Výrobné prostriedky a operátor majú stále miesto – tento prípad je typický pre väčšinu pracovísk v strojárskej výrobe (klasická jednostrojová obsluha) – najpoužívanejší.
• Všetky prvky pracoviska sú pevné – ide o prípad, keď sa na jednom stroji vykonávajú všetky operácie – pracoviská s NC obrábacími centrami a automatmi.
• Pevné miesto majú iba výrobné prostriedky – pracoviská s viacstrojovou obsluhou.
• Pevné miesto majú výrobné prostriedky a výrobky – viacstrojová obsluha NC obrábacích centier a automatov.
• Pevné miesto má iba robotník – ojedinelý prípad strojových karuselov, kde niekoľko strojov umiestnených na otočnej platni sa otáča.
• Pevné miesto má iba výrobok – výroba ťažkých rozmerných objektov.
• Pevné miesto má výrobok a obsluha.
• Všetky prvky pracoviska sú pohyblivé.

Priestorové rozmiestnenie výrobných zariadení na pracovisku ovplyvňuje viaceré činitele. Z nich najvýznamnejšie sú:

• minimálne dopravné cesty
• minimálne odkladacie a pomocné plochy
• výhodnosť manipulačných operácií
• rešpektovanie základných stavebných podmienok (rozvody energie, osvetlenie, nosnosť podláh a pod.)

Zdroje výrobnej kapacity sa určujú:

• druhom výrobného zariadenia (profesnou skladbou, technickými parametrami)
• počtomvýrobných zariadení
• využiteľným časovým fondom výrobného zariadenia
• skladbou a kapacitou výrobných robotníkov

Nároky na výrobnú kapacitu sa určujú:

• výrobným plánom (druh, množstvo výrobkov, resp. súčiastok, ktoré sa majú v určitom období vyrobiť)
• normou času výrobného zariadenia potrebného na vykonanie určitej jednotky produkcie (kapacitnou normou pracnosti produkcie)

Výrobné kapacity sa v podstate bilancujú dvoma spôsobmi:

1. za určenú veličinu sa pokladá výrobný plán a výpočtami sa zisťujú potrebné kapacity na jeho zabezpečenie, čiže potrebný počet strojov, pracovníkov a pod.
2. za určenú veličinu sa pokladá výrobná kapacita a hľadá sa taký výrobný plán, ktorý zabezpečí optimálne využitie daných kapacít pri splnení požadovaných ekonomických cieľov (napr. dosiahnutie minimálnych nákladov, max. zisku a pod.)

Rozhodujúcimi veličinami, ktoré sa uvažujú pri kapacitných výpočtoch sú:

• časový fond výrobného zariadenia
• normy času výrobného zariadenia, čiže kapacitná norma prácnosti výrobku a operácie

Časový fond výrobného zariadenia

Stanovuje sa plánovaným počtom dní (hodín) jeho činnosti za rok, resp. kratšie časové obdobie, napr. mesiac, dekáda a pod. Pri výrobnom zariadení sa rozlišujú tieto časové fondy:

1. kalendárny časový fond, ktorý je daný počtom dní v roku
2. nominálny časový fond, ktorý sa vypočíta z kalendárneho časového fondu odpočítaním počtu nepracovných dní (nedele, voľné soboty a sviatky)
3. využiteľný časový fond výrobného zariadenia, ktorý sa vypočíta odčítaním plánovaného času na opravy a údržbu od využiteľného časového fondu pracoviska. Obvykle plánovaný čas opráv a údržby sa určuje percentuálnym podielom z nominálneho časového fondu výrobného zariadenia a pohybuje sa v rozmedzí 3 až 6%.
4. efektívny časový fond
5. skutočný časový fond, ktorý sa vyjadruje skutočne odpracovanými hodinami v sledovanom roku. Od efektívneho časového fondu sa líši nadčasovými hodinami a rozdielom medzi plánovanými a skutočnými stratami času

Pre časové fondy výdobných zariadení a pracovísk sa za základ berie dvojsmenná prevádzka, iba v niektorých prípadoch, napríklad ak nie je možno celkom zabezpečiť pracovníkov na druhú smenu, možno počítať s nižšou smennosťou. Naopak pri unikátnych strojoch, automatoch, ozubárenských strojoch a pod. treba rátať s trojsmennou prevádzkou.

Najbežnejším výpočtom efektívneho časového fondu výrobného stroja je výpočet podľa vzorca:

T_ef = p.h.(1-t_pr/100) [h]

• T_ef – ročný efektívny časový fond stroja
• p – počet pracovných dní v roku
• h – počet pracovných hodín v jednom dn
• t_pr – plánované prestoje v percentách z nominálneho časového fondu

Normy času výrobného zariadenia

Určujú množstvo času potrebného na výrobu určitej jednotky produkcie alebo na vykonanie určitej operácie. Normy prácností sa vyjadrujú v normominútach (Nmin) alebo v normohodinách (Nh). Normovaná prácnosť sa vzťahuje na operáciu, súčiastku alebo celý výrobok.

Normovaná prácnosť operácie (norma času výrobného zariadenia) sa stanoví podľa vzorca:

t_op = t_k/60 + t_d/60d [Nh/kus]

• t_op je prácnosť operácie [Nh]
• t_k – čas jednotkovej práce (kusový čas) [Nmin]
• t_d – dávkový čas [Nmin]
• d – výrobná dávka [kus]

Normovaná prácnosť súčiastky je súčet normovaných prácnosti včetkých operácií. Normovaná prácnosť výrobku je daná súčtom normovaných prácností všetkých súčiastok a množstvom živej práce potrebnej pri jeho kompletovaní (montáži).

Na základe normovanej prácnosti možno vypočítať výrobnú kapacitu výrobných zariadení. Napríklad, pri výrobe jedného druhu výrobkov možno výrobnú kapacitu skupiny výrobných zariadení (Q_k) vyjadriť vzťahom:

Q_k = T_ef.n.k_s/t_op

n – počet výrobných zariadení v skupine

Q_k – počet výrobných skupín

Ak prácnosť operácie je vyjadrená v naturálnych jednotkách (kusoch, kg, a pod.) a treba ju vyjadriť v pracovných hodinách, vypočíta sa pomocou koeficienta plnenia výkonových noriem (kn):

t = t_op/k_n

• Zostavenie údajovej a poznatkovej základne potrebnej pre tvorbu systému a jej podrobná analýza
• Zostavenie virtuálneho modelu
• Zostavenie konštruktívneho modelu – podrobná projektová dokumentácia
• Impklementácia na reálnej výrobnej ploche

Úlohou virtuálnej etapy projektovania je určenie základných štruktúrnych prvkov systému, ich vzťahov a funkcií. Konštruktívna etapa projektovania rieši podrobné špecifikácie systému až do úrovne projektovej dokumentácie.

Projektovanie výrobných pracovísk, systémov a zoskupení vzhľadom na špecifické technické a organizačno-ekonomické podmienky využíva nové meotdické postupy a algoritmy činnosti. Z obsahového hľadiska pri projektovaní výrobných pracovísk, systémov a zoskupení je potrebné zabezpečiť spracovanie súboru funkcií podľa technického zadania. Tieto funkcie je možné štrukturalizovať do nasledovných typových modulov projektovej činnosti.

Spracovanie vstupných údajov a cieľových funkcií v zmysle technického zadania – predstavuje analýzu všeobecnej množiny obmedzujúcich podmienok a optimalizačných funkcií, vrátane výberu tých, ktoré sú pre daný projekt rozhodujúce so stanovením ich priority.

Profilácia výrobkov a výrobných zariadení – analyzuje a vyhodnocuje súčiastkovú základňu a výrobky z hľadiska technologických, manipulačných, skladových, systémových a resp. iných kritérií. Realizuje sa výber výrobných metód a štruktúr.

Kvantifikácia potrieb a zdrojov – kapacitné výpočty – pre uvažovaný sortiment vyrábaných objektov na výrobnom pracovisku a systéme sa na základe príslušných výpočtových postupov stanovuje potrebný počet výrobných, manipulačných, skladovacích, riadiacich a systémových prostriedkov a prvkov zaznamenaných v informačnom systéme – s vektorom požadovaných vlastností.

Syntéza štruktúr výrobného pracoviska – systému – zabezpečuje sa zlúčenie funkcií realizovaných technickými prostriedkami a prvkami realizačného celku. Zlučovanie sa vykonáva na základe vyhodnocovania vhodnosti technických prostriedkov a prvkov plniť funkcie výrobných metód a štruktúr.

Riešenie zonálnych a priestorových vzťahov, materiálových a informačných rozhraní – v tejto etape sa riešia zonálne problémy v 2D, resp. 3D priestore. Optimalizácia rozmiestňovacích úloh sa vykonáva na základe geometrických prepočtov a výpočtov a vyúsťuje do grafického znázornenia výrobného systému.

Spracovanie funkčného režimu činnosti a jeho simulácia – spracováva sa funkčný režim činnosti výrobného pracoviska, resp. systému, t.tj. sled technologických, manipulačných, riadiacich a pomocných operácií, plán činnosti a pod.

Výpočet technicko-ekonomických ukazovateľov – rozpracované, resp. zvolené varianty riešenia výrobného pracoviska, resp. systému, posudzujú sa na základe presného výpočtu technických a ekonomických ukazovateľov.

Vypracovanie výstupnej dokumentácie – vypracováva sa v dvoch formátoch:

• grafický záznam príslušneho riešenia (dispozičné, priestorové riešenie, grafy manipulačných cyklov, atď…)
• výpis kvantitatívnych údajov na príslušné tlačivá (špecifikácia technických prostriedkov a prvkov, výpis technicko-ekonomických ukazovateľov a pod.)

Strojárske výrobky sa klasifikujú na skupiny:

• Finálne výrobky s určitou funkciou, napr. obrábacie stroje, tvárniace stroje, automobily, práčky, vysávače…
• Výrobky kompletizačného charakteru, ako sú montážne skupiny alebo podskupiny, ktoré sa montujú do finálnych strojárskych výrobkov – ložiská, prevody, pohony…
• Strojové súčiastky, ktoré sa rozdeľujú na tzv. normálie so všeobecným použitím a špeciálne súčiastky, ktoré možno použiť vo finálnych výrobkoch.

Analýza súčiastkovej základne:

• vstupom pre analýzu je výrobný program
• analýza určuje súhrn hodnôt určitej sortimentovej skladby a kvality výrobkov, ktoré sa majú vyrábať
• plán výroby je záväznou konkretizáciou výrobného programu v danom období

Všeobecnú metodickú bázu analýzy súčiastkovej základne tvorí:

1. systém opisu konštrukčných, technologických a ekonomicko-výrobných údajov
2. systém zberu a techniky spracovania údajov
3. systém použitia spracovaných údajov

Vstupné podklady rozboru súčiastkovej základne:

• kusovníky, výkresy
• výrobné postupy, plánovacia dokumentácia
• triedniky, kódovacie pravidlá

Výsledky rozboru údajov o výrobkoch:

• Prvá skupina – údaje o výskyte a charaktere rozdelenia súčiastok podľa parametrov
• Druhá skupina – tvoria ju bilančné údaje, rozborom možno určiť celkovú pracnosť pre jednotlivé operácie, pre pracoviská…
• Z časových ročných fondov pracovníkov a pracovísk možno určiť aj teoretický počet pracovníkov
• Treťou skupinou sú údaje na stanovenie predstaviteľov súčiastkovej základne ako východiskovej bázy pre špecializáciu výroby, zavádzanie typovej a skupinovej technológie

Konkurencieschopnosť strojárskych výrobkov

Konkurencieschopnosť výrobku možno kategorizovať podľa etáp životného cyklu výrobku.

Projektové faktory – súvisia so zrýchľovaním inovačných cyklov – nároky na výskum, kapacitné možnosti podniku…

Výrobné faktory schopnosti konkurencie zahŕňajú široký okruh problémov súvisiacich so zabezpečením polovýrobkov, technologickým spracovaním, montážou a skúšaním. Prakticky všetky charakteristiky výrobku (rozmery, materiál…) vplývajú na výrobné faktory a hodnotia sa ukazovateľmi technologickosti konštrukcie.

Marketingové faktory súvisia s odbytom výrobkov – nasýtenosť trhu, dopravné, skladovacie a distribučné hľadiská…

Aplikačné faktory majú pri posudzovaní konkurencieschopnosti spravidla prioritné postavenie. Zahŕňajú komplex úžitkových vlastností výrobku zvyčajne zahrňovaných pod pojem kvalita.

Deštrukčné (ekologické) faktory, ktoré charakterizujú výrobok po ukončení jeho výroby.

Fázy objektu výroby (výrobku) a charakteristika fáz

1. Zavedenie na trh – zisťovanie prvých reakcií zákazníkov, hodnotenie pripomienok, reklamácií, skúseností používateľov a robia sa korekcie výrobkov.
2. Rast – vyznačuje sa rastom výroby a predaja, zabezpečený je plynulý odbyt. Technicko-ekonomické parametre sú ustálené, skončené obdobie zvýšených výrobných nákladov.
3. Zrelosť – pri zavedenom výrobku zabezpečenom dobrou servisnou službou prejavuje prudký nárast odbytu, výrobok sa zdokonaľuje racionalizačnými a inovačnými zmenami.
4. Nasýtenie trhu – pokles dopytu, výrobky sú morálne zastaralé a ich inovačný potenciál sa vyčerpáva. Tendencie na zníženie cien výrobku, čím sa pri zachovaní výrobných nákladov znižuje rentabilita.
5. Pokles – útlm, ťažkosti v predajnosti sa prejavujú prudkým poklesom výroby – nasleduje zastavenie výroby.

Technologické procesy spracovania materiálov a polovýrobkov v strojárstve možno klasifikovať na základné druhy:

• Procesy delenia materiálov – lámanie strihanie – uplatňujú sa vo výrobe polovýrobkov
• Procesy spájania materiálov – zváranie, spájkovanie, spekanie, lisovanie, lepenie
• Procesy tvarovania materiálu a polovýrobkov – tvarovanie materiálu v tekutom stave (liatím do pieskových a kovových foriem, liatie pod tlakom, liatie s vytaviteľným modelom, odstredivé liatie), tvarovanie materiálu plastickou deformáciou (kovanie, lisovanie, valcovanie), tvarovanie práškovou metalurgiou (lisovanie prášku za studena s jeho následným spekaním, lisovanie za tepla), tvarovanie rezaním materiálu (sústruženie, frézovanie, vŕtanie, brúsenie), tvarovanie odstraňovaním materiálu fyzikálno-chemickým úberom (elektroimpulzové a elektroiskové obrábanie, chemické obrábanie)
• Procesy zmenou fyzikálno-chemických vlastností materiálov – tepelné spracovanie (normalizovanie, žíhanie, starnutie, kalenie), termomechanické spracovanie, chemicko-tepelné spracovanie (centrovanie, nitridovanie), galvanizovanie (poniklovanie, pochrómovanie, pokovovanie)
• Rozmerové opracovanie súčiastok – odstraňuje vzniknuté nepresnosti tvaru, rozmerov odoberaním špeciálne ponechaného prídavku. Zabezpečuje vysokú presnosť výroby a je to najmä obrábanie rezaním
• Procesy zmenou stavu povrchu – zlepšujú kvalitu povrchu pri zmene rozmerov a tvaru v rámci tolerančného poľa súčiastky (brúsením, honovaním, superfinišovaním, dokončovaním)

Postup projektovania sa rozčleňuje na rad čiastkových procesov. Rozlišujú tieto stupne projektovania:

• návrh principiálnej schémy technologického procesu
• projektovanie operácií v technologickom procese
• detailné projektovanie technologických operácií na základe skôr získaného postupu
• projektovanie pri strojoch s číslicovým riadením
• v prvej etape sa uskutoční konštrukčno-technologické posúdenie výkresu vyrábanej súčiastky
• v druhej etape sa navrhuje polovýrobok súčiastky a spôsob jeho výroby
• ďalšia časť návrhu pozostáva z výberu metód technologického spracovania jednotlivých elementárnych súčiastok
• vybrané technologické metódy sa ďalej prehodnocujú z hľadiska možnosti súčasného technologického spracovania
• v nasledujúcom kroku sa venuje pozornosť výberu štruktúry operácií
• Predchádzajúce kroky predstavujú štúdium na vytvorenie optimálneho technologického postupu, v ďalšej etape technologického postupu sa určuje sled operácií a ich detailný návrh
• Do technologického projektu sa zahŕňajú aj etapy súvisiace s prípravou realizácie výroby