RACIONALIZACE PROSTOROVÉHO USPOŘÁDÁNÍ VÝROBY VE STROJÍRENSKÉM PODNIKU

RACIONALIZACE PROSTOROVÉHO USPOŘÁDÁNÍ VÝROBY VE STROJÍRENSKÉM PODNIKU Jaroslav Pešl Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň Česká Republika ABSTRAKT Obsahem příspěvku je případová studie racionalizace prostorového uspořádání výroby v průmyslovém podniku zabývající se převážně výrobou velkých svařovaných celků. Pomocí softwarového nástroje visTable je vytvořen model současného uspořádání výrobní haly, kde jsou zobrazeny veškeré stroje, pracoviště apod. a to nejen ve 2D ale i ve 3D. Mezi těmito objekty jsou zakresleny materiálové toky. Celkové uspořádání není, ale hodnoceno pouze na základě materiálových toků ve výrobě, ale je hodnoceno i vytěžování jednotlivých pracovišť. Na základě vytíženosti jsou navrhovány rušení pracovišť, úpravy technologických postupů, navýšení směnnosti a nákup nových zařízení. Na základě změn ve výrobní základně a vyhodnocení objemu manipulace je provedena racionalizace prostorového uspořádání výroby podniku. Výhodou celého modelu je možnost využití virtuální prohlídku celou výrobní halou a možnost diskutovat změny pomocí projekčního stolu, kdy je možné ihned vidět, jaký mají diskutované změny efekt, a zapojit do diskuze širší kolektiv zaměstnanců podniku, protože jsou názorně vidět prováděné změny. KLÍČOVÁ SLOVA racionalizace, layout, materiálový tok, vizualizace, projekční stůl, virtuální realita. ÚVOD Pro lepší pochopení naší problematiky je nejprve dobré si uvědomit co je to vůbec racionalizace a čím se zabývá. Podstatou racionalizace je nepřetržité zdokonalování výrobního systému. Podnikatelské subjekty by se měly snažit o neustálé zvyšování produktivity práce v zájmu zlepšování ekonomických výsledků i zvyšování konkurenceschopnosti systému. V podstatě jde o to, aby se výrobní proces uskutečňoval na stále vyšší úrovni techniky, technologie, organizace práce, výroby i řízení. Racionalizace by měla být jedním z opatření podnikového vedení směřující ke změně nevyhovujícího stavu. V obecném smyslu se racionalizace jeví jako rozumové vládnutí pracovnímu úseku. Jejím základem je vyloučení zbytečných ztrát a využití existujících rezerv. Racionalizace zároveň směřuje k zavádění nových technických a organizačních opatření. [7] Firma, ve které byla případová studie realizována, si uvědomuje svůj současný stav, proto se z důvodu konkurence schopnosti, vydala směrem ke zmodernizování výroby. Aby k těmto krokům došlo a měli jsme potřebná data k těmto změnám, jsme si dali za prvotní cíl analyzování současného stavu výroby v podniku včetně vytvoření layoutu současného prostorového uspořádání a zjištění kapacitního vytížení jednotlivých strojů a zařízení. Na základě vyhodnocení těchto dat, ve kterých bylo zaneseno 10 nejdůležitějších představitelů (výrobků) dané firmy vznikly za pomoci kusovníků a výrobních postupů tabulky o tisících řádkách reprezentující materiálové toky v dané výrobě. V návaznosti na tyto data jsme si dali dva hlavní cíle k podpoře zmodernizování podniku a to snížení objemu manipulace při výrobě a uspoření prostoru v podniku, tyto kroky nadále vedly k zefektivnění výroby.

ANALÝZA SOUČASNÉHO STAVU Před začátkem řešení projektu bylo nezbytně nutné seznámit se důkladně se zkoumaným výrobním systémem. Toto seznámení zahrnovalo pohovory s technology, mistry ale i s výrobními pracovníky. Na základě těchto pohovorů jsme si udělali rámcovou představu o chodu výroby a i o některých potencionálních problémech, na které bychom se měli při naší další analýze výrobního systému zaměřit. K analýze současného stavu nám napomohly podklady poskytnuté podnikem, mezi které patřily tyto dokumenty: 1.

Layout výrobní haly

2. 3.

Obrázek 1 Celkový layout výrobní haly Plán objemu výroby na další období Průvodky a pracovní postupy – postupy výroby jednotlivých představitelů s časovou náročností jednotlivých operací a množstevními požadavky na materiál

Tvorba layoutu První fází projektu bylo zpracování současného layoutu výroby s přesným znázorněním jednotlivých pracovišť, skladovacích prostor a dalších prvků ve výrobě. Tvorba tohoto layoutu vycházela z dodané výkresové dokumentace (viz. Obrázek 1). Dodaný layout byl poměrně přesný. V reálu bylo doměřováno pouze pár nepřesností. Hlavní nepřesnosti se týkali umístění strojů menšího charakteru a strojů, které byli z výroby již vyřazeny. Tvorba layoutu probíhala pomocí softwaru visTable. Obecná pracoviště byla tvořena za pomocí objektů nacházející se ve standardní nabídce knihoven programu, tak aby se podobala skutečnosti. Dále bylo nutné dokreslit poměrně velké množství strojů nacházejících se ve výrobě. Tyto stroje byly vytvořeny dle technické dokumentace. Pouze v několika málo případech došlo k odměření rozměrů přímo ve výrobě. 3D modely strojů byly vytvořeny pomocí softwaru Catia V5 a převedeny do formátu „wrl“ používaného softwarem visTable (viz. Obrázek ).

Obrázek 2 3D modely strojního parku

Pro úspěšné vložení do softwaru bylo potřeba vytvořit modely tak, aby byly co nejjednodušší, tedy bez zbytečných detailů. Dalším krokem bylo vytvoření 2D představitele pomocí softwaru Poly's'Gone 1.4 (viz. Obrázek 2).

Obrázek 2 2D představitel stolové frézky FCQV63NC Na základě všech těchto podkladů byl vytvořen skutečný layout současného stavu, který byl následně použit pro další analyzování výrobního systému. Tento layout je zobrazen na následujícím obrázku (Obrázek 3).

Obrázek 3 Současný layout výroby vytvořený ve visTableu

Obrázek 4 3D letecký snímek výroby (současný stav)

Obrázek 5 3D pohled do obrobny a na buňku mistrů (současný stav) KAPACITNÍ VYTÍŽENÍ Jedním z dalších cílů projektu bylo identifikování kapacitního vytížení jednotlivých strojů a podání návrhů na redukci vybavení ve strojním parku. Při hodnocení kapacity vytížení strojů jsme vycházeli z celkového ročního pracovního fondu a z konkrétního vytížení strojů dle času připadajícího na jednotlivé operace. Tyto hodnoty byly opět zjištěny z pracovních průvodek, následně došlo k rozhodnutí, jak se strojem naložit což bylo i závislé na faktorech, jak nákladné by bylo jeho přestěhování a jestli by bylo vhodné daný stroj umístit mimo výrobní prostory. NÁVRH NOVÉHO USPOŘÁDÁNÍ Společnost plánuje v blízkém horizontu obnovu svého strojního parku z prostředků Evropských strukturálních fondů, konkrétně pomocí dotace z Operačního programu Podnikání a inovace. Za tímto účelem byla již v raném stádiu řešení tohoto projektu známa pracoviště, která jsou určena pro modernizaci. Nově pořizované technologie budou modernizovat zejména oblasti pro:  dělení materiálu (laserové centrum, pásová pila, tryskací zařízení),  příprava materiálu (ohraňovací lis, ohýbačka trubek, zakružovací stroj, úkosovačka trubek, úkosovací automat, 4 válcová zakružovačka),  svařování (svařovací konzole, svařovací pojezdový systém, orbitální svařovací zařízení),  a obrábění (hrotový CNC soustruh, vrtací a frézovací centrum). Důvodů vedoucích k pořízení těchto nových technologií je hned několik. V první řadě se jedná o doplnění technologií, která v současné době nejsou ve vlastnictví společnosti, což zvýší její konkurenceschopnost na trhu. Dalším důvodem je nahrazení současných strojů technologií, která je přesnější a kvalitnější. Na konkurenceschopnosti společnosti také přidá zavedení nových technologií, které umožní zvýšení produktivity. Náklady pak budou ušetřeny zejména na úspoře lidské práce (automatizace chodu stroje, programování) a na odstranění nutnosti kooperovat výrobu některých dílů. Na základě výsledků a podkladů jsme identifikovali místa, která budou předmětem nového uspořádání výrobního systému. Všechna tato místa jsou přehledně znázorněna na následujícím obrázku (Obrázek 7).

Obrázek 6 Označení pracovišť určených k modernizaci, k likvidaci nebo přemístění

Barevné plochy na tomto obrázku mají následující význam:  zelená – pracoviště, na nichž dojde k modernizaci technologie  modrá – pracoviště, která se nevyskytují v analyzovaných výrobních postupech (u některých možná likvidace)  oranžová – pracoviště určená k přemístění  červená – pracoviště určená k likvidaci Na základě konzultací s vedoucími představiteli společnosti a při respektování požadavků na přeměnu organizace výroby z technologického na procesní uspořádání a vyčlenění lodí 4 a 5 pro výrobu velkých výrobků byly navrženy následující úpravy, které budou popsány po jednotlivých střediscích. Sklady:  Skladové prostory – zdrojový materiál (plechy a trubky) bude soustředěn do horní části, zbytek skladu bude vyčleněn pro jiné účely (další rozvoj firmy). Snižování skladových prostor je v souladu se současným trendem minimalizace finančních prostředků vázaných v zásobách.  Tryskač – bude nahrazen novou technologií, splňující požadované nároky (stupeň čistoty) nový tryskač bude umístěn do stejných prostor jako starý stroj. Prostory jsou dostačující. Přípravna:  Pily – současný počet pil (4) bude v první fázi redukován na 2, z důvodu kapacitního nevytížení. Do přidruženého prostoru bude přemístěn lis na dělení profilů, který je v současné době umístěn jinde. Ve druhé fázi bude na tomto pracovišti provedena náhrada zbývajících pil za novou pilu. Další z důvodů proč zredukovat počet stávajících pil je pořízení nového laseru, který umožňuje i dělení profilů.  Laser – současný laser bude nahrazen novým a výkonnějším a bude umístěn přibližně do současné polohy stroje Cortina, který bude vyřazen. Toto místo bylo zvoleno z důvodu těsné polohy vedle skladu, což umožní vhodnou dopravu materiálu. Předpokladem této změny jsou i stavební úpravy (vybourání díry do zdi pro přesun materiálu ze skladu).  Plasma – zůstává na stejném místě.  Hoblovka – současná hoblovka bude nahrazena novou technologií.  Jednoúčelové stroje – tyto stroje, které nejsou využívány nebo jsou využívány s nízkým vytížením, budou zlikvidovány nebo přesunuty mimo výrobní prostory (například dílna údržby). Jedná se o nůžky vystřihovací, nůžky na profily, stroj zakružovací, pec žíhací a lis hydraulický.  Zakružovací stroj – tento stroj bude pořízen kvůli zvýšení technických parametrů (zvýšení přesnosti). Stroj nahrazuje hlavně stroj zakružovací. Umístěn bude do prostoru uvolněného po vystřihovacích nůžkách.  Ohýbačka trubek – toto je zcela nová technologie, která je v současné době řešena formou kooperace. Tento stroj bude umístěn do blízkosti ostatních zakružovacích strojů. Obrobna:  Vyvrtávačka vodorovná – tento stroj bude zrušen, protože již v současné době existuje náhrada jinou technologií.  Vrtací a frézovací centrum – tento stroj je náhradou za stávající, již nedostačující stroje. Nahrazované stroje vyvrtávačka vodorovná (2) budou zlikvidovány v první fázi. Následující stroje frézka univerzální (2), frézka vertikální, stolová frézka svislá NC, stolová frézka NC, obrážečka svislá (2), a hoblovka, budou vyřazovány postupně. Umístění tohoto stroje bude na uvolněné místo po vyvrtávačce.  Hrotový soustruh – tato nová technologie opět poskytne větší přesnost a vyšší produktivitu práce. Nahrazeny budou stroje soustruh (2), soustruh hrotový a soustruh čelní, které budou vyřazeny z obrobny.  Nově pořízené technologie vrtacího a frézovacího centra a hrotového soustruhu by měli postupně nahradit většinu zastaralých technologií (například protahovačka a vyvrtávačka), které se v současné době nacházejí v obrobně.

Výroba 1:  Svařovací plošina – zrušena z důvodu nízkého vytížení.

         

 

Kombinace Hausler – stroj bude přesunut kvůli nízkému vytížení a náhradě novou technologií k žíhacím pecím za obrobnu. Podélní svařování – tento stroj bude zrušen kvůli nízkému vytížení. Ohraňovací lis – tento stroj je z důvodu náhrady novou technologií zrušen. Ohýbačka – přesunuta do lodě 3. 4 válcová zakružovačka – nahrazuje zastaralé 3 válcové zakružovačky, válce a stroj skružovací, které budou nahrazovány postupně. Bude umístěna do lodě 4 k přípravně. Vrtačka radiální – bude přesunuta na místo po uvolněné svařovací plošině. Svařovací konzole – tato technologie bude pořízena za účelem nahrazení ručního neproduktivního svařování, které je značně ovlivnitelné kvalitou svářeče. Bude umístěna do lodě 4. Vrtačka sloupová – zrušena z důvodu nízkého vytížení. Tento stoj může být nahrazen jinou sloupovou vrtačkou nacházející se na středisku. Bodovka – stroj bude přesunut kvůli nízkému vytížení k žíhacím pecím za obrobnu. Ohraňovací list – tato technologie umožní zlepšení technických parametrů výrobků a rozšíří možnost výroby díky rozličnému nástrojovému vybavení a možnosti programování. Nahrazené stroje budou lis a ohraňovací lis. Nový lis bude umístěn do lodě 2 místo jednoúčelových strojů. Lis výstředníkový (2) – tento list bude přemístěn opět do lodě 2 místo jednoúčelových strojů. Lis výstředníkový – tento lis bude díky nízkému vytížení zlikvidován.

Výroba 2:  Stroj skružovací – tento stroj bude postupně nahrazen novou technologií a bude zlikvidován. Pro všechny zde popsané změny byl vytvořen nový model výrobního systému s novými materiálovými toky (Obrázek 8).

Obrázek 7 Nové uspořádání výrobního systému Jako hlavní měřítko porovnání byl zvolen přepravní výkon a dopravní vzdálenost. U modelu současného stavu byla hodnota přepravního výkonu 19888072 ks.m/rok a hodnota dopravní vzdálenosti 45924,67 m.

Obrázek 8 Hodnota přepravního výkonu v současném uspořádání výroby Obrázek 9 Hodnota přepravního výkonu pro nové uspořádání výroby Hodnota přepravního výkonu pro nové uspořádání činní 19198890 ks.m/rok a hodnota dopravní vzdálenosti 40398,61. Z těchto čísel je zřetelná určitá úspora jak na přepravním výkonu, tak na dopravní vzdálenosti. Tato skutečnost je zapříčiněna především díky zavedení nových technologií, které měli za následek celkové snížení počtu pracovišť. Výsledkem pak bylo zjednodušení jednotlivých materiálových toků, což mělo za následek následující úspory. (Obrázek 12)  Snížení přepravního výkonu o 3,5 % (  

 

Obrázek 10) Snížení dopravní vzdálenosti o 12,0 % (Obrázek 11)

Obrázek 10 Úspora přepravního výkonu

Obrázek 11 Úspora přepravního výkonu

Obrázek 12 Graf porovnání hodnot přepravního výkonu a vzdálenosti u současného a nového stavu ZÁVĚR A DOPORUČENÍ V rámci tohoto projektu jsme po hluboké analýze současného stavu výrobního systému získali poměrně přesná data pro následné rozhodování při tvorbě nového návrhu uspořádání výrobního systému. Po vzájemných konzultacích se společnosti bylo navrženo nové řešení, které respektuje dlouhodobý strategický výhled společnosti a je kompletně v souladu s připravovanou modernizací. Tato modernizace by měla probíhat i v následujících letech, tak aby byla zajištěna vysoká konkurenceschopnost společnosti. Klíčem je postupné nahrazování jednoúčelových strojů moderními univerzálními technologiemi s vysokou produktivitou, které dokážou flexibilně reagovat na prudké změny poptávky. Dále je nutné zaměřit se na nahrazování ruční práce, která mnohdy nedosahuje požadované kvality a přesnosti, za automatizovanou. Vzniklý návrh přináší nesporné úspory. Konkrétní hodnoty jsou uvedeny v předcházející kapitole. Procentuální vyjádření úspor je následující.  Snížení přepravního výkonu o 3,4 %  Snížení dopravní vzdálenosti o 11,7 % Přehledně jsou pak jednotlivé přínosy znázorněny také pomocí grafů na obrázcích. Co se týče vizualizace, jsme projekt byli schopni podpořit diskuzí vznikajícího layoutu nad projekčním stolem Obrázek 14 a převedli jsme ho také následně do virtuální podoby. Proto se mohlo vedení společnosti, aniž by došlo k jakýmkoliv změnám ve výrobě, po svém podniku projít v naší virtuální jeskyni Obrázek 15. Závěrem bychom chtěli poděkovat všem zúčastněným v tomto projektu. Bez vzájemné komunikace bychom nebyli schopni dosáhnout současných výsledků. Zejména jako nezbytná se ukázala vzájemná komunikace pro analýzu současného stavu a návrh nového uspořádání výrobního systému.

Obrázek 14 Projekční stůl

Obrázek 15 Virtuální jeskyně „CAVE“

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek byl vytvořen za podpory projektu č. SGS-2012-063 s názvem „Integrovaný návrh výrobního systému jako metaproduktu s multidisciplinárním přístupem a využitím prvku virtuální reality" Interní grantové agentury Západočeské univerzity v Plzni. LITERATURA [1] Novák, J., Šlampová, P.: Racionalizace výroby, Ostrava, 2007 [2] http://digipod.zcu.cz/