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.)

Ovplyvňuje výrobnosť, kvalitu výrobkov a ekonomické výsledky výrobného procesu.

Projektovanie operácií je základnou úlohou pri tvorbe nových výrobných zariadení, pri projektovaní výrobných liniek, pružných výrobných systémov, a počítačom riadených systémov.

Na navrhovanie operácií je potrebné koncentrovať tvorivé aktivity technológov a projektantov, využívať progresívne metodické postupy a poznatky z praxe na zabezpečenie optimálnosti výrobných operácií a ich zoskupenia do výrobných postupov.

Projektovanie metódy technologickej operácie:

1. Po konštrukčne-technologickom posúdení výkresov súčiastky a prehodnotení spôsobu výroby polovýrobku sa vymedzia jednotlivé funkcie plochy súčiastky a vykoná sa celková množina technologických postupov.
2. Z množiny technologických postupov sa pre konkrétne hodnoty parametrov objektov vyberú varianty, ktoré vyhovujú z hľadiska obmedzení na tvar, polohu a rozmerov plochy.
3. Množina týchto variantov sa ďalej analyzuje z hľadiska zabezpečovania vyžadovaného stavu, povrchu a presnosti výroby.
4. Pre varianty sa vypočítajú a porovnajú technologické parametre a hodnota strojového času. Optimálny variant (technologická metóda) je ten, ktorý má minimálny strojový čas.
5. Pre optimálny variant sa urobí kontrolný prepočet kinematickej nepresnosti vytváranej plochy a drsnosti povrchu.
6. Urobí sa súhrnná analýza možností výroby viacerých plôch súčiastky súčasne a vykonajú sa príslušné korekcie vo výbere.
7. Experimentálne skúšky, korigácia výberu.

Projektovanie štruktúry technologickej operácie:

Rozvoj výroby sa zakladá predovšetkým na rozvoji štruktúr technologických operácií. Každú technologickú operáciu možno skúmať z hľadiska skladby jej prvkov.

Projektovanie manipulačných operácií:

V pôvodných technológiách strojárskej výroby sa operačná manipulácia vykonávala ručne. V súčasnosti v súvislosti so širokým nástupom automatizovaných manipulačných zariadení sa tento prístup javí nesystémovým a žiada sa manipulačné operácie analyzovať v nadväznosti na technologické operácie.

Identifikácia manipulačných operácií – metódy analýzy

1. Študijná karta – čo, ako, kto, kde., Otázky v karte sú v poradí: účel, prostriedok, poradie, miesto, zodpovedná osoba
2. Diagram pohybov oboch rúk – sú zaznamenané priebehy pohybov rúk pomocou formálnych symbolov, analyzuje, či sú obidve ruky zosúladené, identifikujú sa stratové časy
3. Mikropohybové štúdie robia sa filmovými kamerami a a vyhodnocujú pomocou synogramov
4. Metóda MTM – metóda je určená na normovanie ručných manipulačných úkonov podľa predpísaných kritérií

Metóda a štruktúra manipulačných operácií:

Pri manipulačnej operácii sa odlišuje metóda a štruktúra. Metóda súvisí s funkciou operácie a vyjadruje, ako dochádza k zmene polohy súčiastky, jej orientácie a pod. Štruktúru manipulačnej operácie možno vyjadriť časovou skladbou jednotlivých úkonov a skladbou prvkov zúčastňujúcich sa na jej realizácii.