VÁLLALATI INFORMÁCIÓS RENDSZEREK, INTERNETES TECHNIKÁK A digitális gyár mint a termékéletciklusmenedzsment megvalósításának központi eleme A termékéletciklus-menedzsment lényege az üzleti folyamatok olyan mélyreható átalakítása, amely lényegesen javítja a gyártással foglalkozó vállalatok jövedelmezőségét. A módszer alkalmazásának fő célja a piacra lépés felgyorsítása és a termékekkel elért nyereség növelése, amelynek eszközei az innovációs tevékenység és a termékminőség javítása, a gyártási költségek csökkentése és a szállítási határidők pontos betartása. A termékéletciklus-menedzsment megvalósításában központi szerepet játszik egy másik koncepció, a digitális gyár, amely a jövedelmező innovatív termékek fejlesztését azzal segíti, hogy hozzájárul mind a termékfejlesztés, mind a gyártástechnológia tervezésének, fejlesztésének és megvalósításának javításához, tökéletesítéséhez. Az alábbi tanulmány leírja a digitális gyár sajátosságait, felépítését, működését és bevezetésének sajátosságait, megemlítve a módszert sikeresen alkalmazó vállalatok (Chrysler, Toyota stb.) által elért eredményeket. Tárgyszavak: digitális gyár; gyártás; termékéletciklus-menedzsment; termelés; vállalatirányítás.
Bevezetés A termékéletciklus-menedzsment éltető eleme a vállalaton belül, illetve azon kívül a munkatársak, valamint a partnerek között kialakuló együttműködés és kommunikáció új, megváltozott, tökéletesebb formái. Az ehhez szükséges informatikai eszközök önmagukban még nem valósítják meg a termékéletciklus-menedzsmentet, csupán az új típusú együttműködés megvalósításához szolgáltatják a technológiai hátteret. Az utóbbi években a termékéletciklus egyes fázisainak optimálására több szoftvereszközt fejlesztettek ki. Ezek a konstrukció kidolgozására, a tervezésre, a szerelésre, a gyártásra, a marketingre, a forgalmazásra, sőt a szervizre is felhasználhatók.
A termékéletciklus-menedzsment megvalósításához elengedhetetlen a termékfejlesztés és a gyártástervezés közötti szoros együttműködés. Éppen ez a magyarázata annak, hogy miért növekedett meg ennyire a termékéletciklus-menedzsmenten belül a digitális gyár jelentősége, amely éppen ennek a szoros együttműködésnek a feltételeit képes megteremteni. A német mérnökök egyesületéneke (VDI) definiciója szerint a digitális gyár „az olyan digitális modellek, módszerek és eszközök (pl. szimuláció és háromdimenziós elektronikus megjelenítés) mindent felölelő hálózatának összefoglaló fogalmát képviseli, amelyeket egy teljes adatkezelő rendszer integrál. A rendszer célja a gyár termékkel kapcsolatos valamennyi lényeges folyamatának és forrásának egységes tervezése, értékelése és folyamatos tökéletesítése.” Ennek a koncepciónak a megvalósítását olyan közös, integrált termék-, folyamat- és forrásadatmodell (PPR) teszi lehetővé, amely valamennyi lényegi adatot tartalmazza. Ezen túlmenően általában a termelési folyamatok jelentős módosítására és a szervezeti felépítés ennek megfelelő átalakítására is szükség van. Mivel a bonyolult termékek fejlesztésekor a hatékony, lehetőleg hibamentes kommunikáció kritikus sikertényező, a termékfejlesztők ma már messzemenően igénybe veszik a piacon rendelkezésre álló vizuális, vagyis háromdimenziós tervezési és kommunikációs eszközöket. A korszerű, nagy teljesítőképességű háromdimenziós CAD-rendszerek alapján kidolgozott digitális háromdimenziós termékmodellek drasztikusan csökkentik mind a szóbeli, mind az írásbeli kommunikáció időigényét, ugyanakkor nem utolsósorban a helyzeti és a nyelvi korlátok elhárítását is elősegítik. A CAD-technológia lehetővé teszi, hogy egymástól távoli fejlesztő munkacsoportok a sok ezer alkatrészből álló, nagyon bonyolult termékekre vonatkozó információkat is nemcsak egymással, hanem a számításokat végző mérnökökkel, az ügyfelekkel, a beszállítókkal, végül pedig a gyártás szakembereivel is közölhessék. Különleges szerephez jut az ún. digitális minta (Digital Mock Up, DMU), amely hatékonyan biztosítja a háromdimenziós termékmodellek ellenőrzését és „ütközésmentességét”. A DMU-megoldások ma már a nagy teljesítményű konstrukciós részlegek szokványos eszközei közé tartoznak. Az iparban a korszerű, igényes termékek gyártásához ma már mind inkább bonyolult termelőrendszereket és technológiákat, valamint esetleg egymástól távoli termelőberendezéseket alkalmaznak. Tekintettel arra, hogy valamilyen bonyolult termék teljes részletességbe menő leírása már önmagában is elég nehéz feladat, könnyű elképzelni, hogy milyen nehéz-
ségbe ütközik a termék előállításához szükséges gyártósorok, berendezések, anyagáramlási folyamatok, szerszámok és műveletelemek leírása olyan formában, amely lehetővé tenné a teljes gyártási folyamat és az ehhez szükséges termelőrendszerek gyors, megbízható ellenőrzését. A General Motors egyik vizsgálata szerint az egyes termékek előállításához szükséges információ mennyisége nagyjából ezerszerese a kiindulási termékkonstrukció által képviselt információ volumenének. Egy gyártóberendezés pontos és teljes leírásához szükség van erre a hatalmas adatmennyiségre, amelyet valamilyen módon rendezni és dokumentálni kell. Sok gyártástechnológus ma még csupán a termékkonstrukció kidolgozásához és a DMU-hoz veszi igénybe a digitális modellezés és megjelenítés lehetőségeit. Amikor viszont technológiai folyamatok, gyártási koncepciók, gyártó gépcsoportok, valamint az ezeken végbemenő műveletek, továbbá az anyagáramlási folyamatok és a berendezéselrendezés kidolgozására van szükség, sokszor csak régebbi, nem integrált, egyedi eszközök állnak rendelkezésükre. A gyártástechnológusok tehát túlnyomórészt olyan segédeszközök nélkül kénytelenek elvégezni tervezési feladataikat, amelyekkel pedig a termékfejlesztők ma már magától értetődően rendelkeznek. Amennyiben a korszerű konstrukciós lehetőségek előnyeit mérlegeljük és ezeket összehasonlítjuk a tervezőrészlegek munkafolyamataival, valamint eszközeivel, azonnal kitűnik, hogy mennyire fontos a digitális gyár koncepciója az ipari termelés egésze szempontjából. A műszakilag fejlett vállalatok ezért hatékony folyamattervező és háromdimenziós folyamatszimulációs megoldásokat biztosítanak tervezőmérnökeik számára, ezzel meggyorsítva a termékfejlesztést és a termelés digitális rendszerének kiépítését. A cél az ún. digitális SOP (Start of Production = a termelés megkezdése): ennek lényege, hogy a digitálisan leírt, virtuális termékeket virtuális gyárakban állítják elő. Ez lehetővé teszi, hogy a gyártási folyamatokat még azelőtt szimulálva lefuttassák és tökéletesítsék, mielőtt akár egyetlen forintot is kiadtak volna valamilyen valós gyártóberendezésre. A teljesen digitális gyártási környezet létrehozásának döntő előfeltétele a PPR-adatmodell. A digitális gyárban végrehajtott termékszimulációnak ezzel a módszerével természetesen már azelőtt elvégezhető különböző üzemi berendezések és technológiai modellek vizsgálata, mielőtt akár egyetlen szerszámot vagy gyártóeszközt elkészítettek volna. Éppen ezért a tervezés végén lehetőség van a legmegfelelőbb változat kivitelezésére. Végső eredményként lényegesen meggyorsul, hatékonyabb, olcsóbb és hibátlanabb lesz a termelőberendezések, valamint a technológiai folyama-
tok fejlesztése. A virtuális termékek virtuális gyárakban való előállításának szimulációja révén már a termékkonstrukció korai fázisában mód van a termék kialakításának tökéletesítésére és ezzel a gyártás, valamint szerelés gazdaságosságának fokozására. Bizonyított, hogy a gyártásban elérhető megtakarítások igen jelentősek.
A digitális gyár és a termékéletciklus-menedzsment A termékéletciklus-menedzsment stratégiák lényeges összetevője az olyan digitális gyár, amelynek célja a termékötlet minél gyorsabb átalakítása gazdaságosan értékesíthető termék formájában. Még a leginnovatívabb megoldású termék értékét is csökkenti vagy akár kétségessé is teheti, ha nem gyártható gazdaságosan vagy túl későn kerül piacra. Ebben az esetben a vállalat gazdaságilag eredménytelen lesz. A digitális gyár különösen a CAD- és PDM- (product data management, magyarul termékadatok kezelése) rendszerek lehetőségeinek kihasználásával képes javítani a tervezést és a termelést, vagyis közvetlenül hozzájárulhat a termékek előállításának gazdaságosságához. Az egyre jobb minőségű termékek iránti kereslet és a termékinnovációk mind gyorsabb bevezetése iránti igény ösztönözték elsősorban a digitális gyár kifejlesztését, ugyanakkor a mind jobban kiélesedő verseny elkerülhetetlenné tette a gazdaságosság állandó növelését, vagyis az idő- és költségmegtakarítások növelését, a termelőberendezések kapacitáskihasználásának javítását. A gyártó vállalatok ma már rendkívül bonyolult hálózatok keretein belül termelnek, mivel egyre inkább saját kompentenciáik kihasználására törekszenek, és maximális mértékben veszik igénybe a beszállítók szolgáltatásait. Szükség van a minél jobb reakcióképességre és az együttműködőkkel közös adatkezelésre. A digitális gyár képes ezeket a lehetőségeket biztosítani, és hozzájárulni a termelési folyamatok optimálásához. Sok vállalat már évek óta hangoztatja a termelés karcsúsításának fontosságát, de nem gondolnak rögtön arra, hogy ennek megvalósításában nagy szerepet játszhat a digitális gyár, ill. a termékéletciklus-menedzsment, pedig a digitális gyár egyetlen célja a felesleges ráfordítások kiküszöbölése, a pazarlás megszüntetése mind a termelőberendezések, mind a gyártástechnológiák tervezésekor. A módszer a gyártástervező számára rendelkezésre bocsátja mindazokat az információkat, amelyek a karcsúsított termelőrendszerek megvalósításához szükségesek. A digitális gyár módszerével már eddig is elért eredmények megygyőzőek:
– csökken a gyártási költség, ugyanakkor javul a termék minősége, – lerövidül a sorozatgyártás beindításának időszükséglete, – meggyorsul az új termék piacra való bevezetése, csökkennek az ezzel kapcsolatos költségek és – lényegesen javul a beruházás megtérülése. Ezeknek az előnyöknek az elérése érdekében azonban általában jelentős mértékben meg kell változtatni a termelési folyamatot, és adott esetben a szervezeti felépítést is módosítani kell. A digitális gyár bevezetésének eredményessége azonban az alábbi előfeltételek függvénye: – a vállalati felső vezetés felel ezért a központi beruházásért, – a célprogramot egy hatékony, interdiszciplináris belső munkacsoport által képviselt projektszervezet koordinálja, – egyértelmű megbízás alapján, ellenőrzött munkaterv és a szükséges források birtokában valósítják meg a projektet, – megfelelő teljesítményű szoftverpartner az igényeket kielégítő ajánlat alapján szállítani tudja a ténylegesen szükséges eszközöket, – a következetes megvalósításra rendelkezésre áll egy kompetens integráló és realizáló partner, – a vállalat valamennyi szintjén adva van a készség a változtatásra, egyidejűleg rendelkezésre állnak a szükséges szakismeretek az új munkamódszer és az új tervezési eszközök használatához.
A beruházás megvalósítása előtti „digitális termelés” haszna A gyártástervezésben a digitális termékmodellek fejlesztésére (CAD) és ellenőrzésére (DMU) ma már sok esetben rendelkezésre állnak a szükséges hatékony eszközök. Ezek mind a mérnökök, mind a nem műszaki szakemberek számára még a specifikációk rögzítése és a műszaki jellemzők megfogalmazása előtt viszonylag egyszerű, mindenekelőtt pedig könnyen érthető módon lehetővé teszik az új termék értékelését. Ennek a módszernek az alkalmazásakor a később megvalósuló terméket sokkal jobban kifejező háromdimenziós modellek váltják fel a hagyományos vázlatokat és rajzokat. Az előállítandó termék műszaki és fizikai tulajdonságainak szimulációja révén lehetőség van számos hiba korai felismerésére és kiküszöbölésére, ill. elkerülésére, sőt a termék további tökéletesítésére. A teljes időráfordítás, az átfutási idő és a termékfejlesztési költségek drasztikusan csökkenthetők, mivel a termékkonst-
rukció reális, a fizikai valóság feltételei között érvényesülő tulajdonságainak ellenőrzésére szolgáló fizikai prototípusok száma – ideális esetben – egyre csökkenthető. A digitális gyár révén nemcsak a konstruktőrök, hanem a gyártástechnológusok is kihasználhatják a digitális modellek és a DMU előnyeit. A virtuális modell révén nemcsak a termék, hanem annak gyártóberendezései is már egészen korai fázisban értékelhetők, ugyanakkor lényeges, hogy a digitális gyár feltételei között a gyártóberendezéseket nem önmagukban, elkülönülve, hanem összességükben lehet vizsgálni. Komoly előnnyel jár a termékek és a gyártóberendezések egyetlen modellen végzett ellenőrzése, mivel a hibák még jóval a hardver kivitelezése előtt kimutathatók és kiküszöbölhetők, és ezáltal hatékonyan és rendkívül olcsón optimálható az egész rendszer. Ennek a feladatnak az elvégzésére egyébként csupán a gyártás beindítása és az ezt követő folyamatos fejlesztési tevékenység után volna lehetőség, ilyenkor viszont általában beszűkül a választási lehetőségek tartománya, mivel a várható többletköltségek miatt komolyabb beavatkozásra már nincs mód. A termék konstrukciójának a gyártóberendezések szempontjaiból való felülvizsgálatán túl természetesen azt is biztosítani kell, hogy a termék hatékonyan és gazdaságosan legyen előállítható, valamint szerelhető. A digitális gyár a termék ismertetett szemléltetési és elemzési lehetőségein kívül számos funkciót kínál a gyártástechnológia műszaki kivitelezésére és elemzésére. Már a termékfejlesztés korai stádiumában, a gyártó üzem sajátos viszonyainak figyelembevételével megvalósítható a termék koncepciójának céltudatos módosítása és ezáltal kidolgozható a termék legyártása szempontjából optimális konstrukciós megoldás. Figyelembe veendő szempontok közé tartozhatnak például az építészeti adottságok, az anyagáramlási kényszerfeltételek, (mint pl. a szállítmányozási rakodórámpák vagy raktárfelületek, tárolóberendezések és a rendelkezésre álló szállítóeszközök), továbbá a sajátos gyártási koncepciók (az automatizálás mértéke, a darabszám, valamint a különböző változatok rugalmas megvalósításának lehetősége). A digitálisan kidolgozott gyártási koncepciók természetesen a részletek szintjén is hasznosíthatók. Elvégezhető pl. szerszámkonstrukciók elemzése, a hegesztési folyamat optimálása, az ergonomiai szempontok érvényesülésének ellenőrzése és számos más részletkérdés kritikus átvilágítása. A gyártási folyamat ennyire korai stádiumban végrehajtott szimulációja következtében a felhasználásra kerülő fizikai termelőeszközök
érettség és működési biztonság szempontjából sokkal előnyösebbek lesznek, mint a hagyományos módszerekben. A termék módosítása, a felfedezett hibák vagy a tökéletesítési lehetőségek kihasználása következtében a szerszámokon és készülékeken szükséges változtatásokat is már a virtuális modellen végre lehet hajtani, még a termelőeszközök végső specifikációja és legyártásuk engedélyezése előtt. Mivel ezzel a módszerrel a termékgyártás jellegére vonatkozó számos döntést időben előrehoznak, a digitális gyár jelentős mértékben leegyszerűsíti a változások végrehajtását és kivitelezését. Egyidejűleg messzemenően csökkenti mind a megtervezett termék, mind a már legyártott termelőeszközök konstrukciós változtatásának kényszerét. A Daimler-Chrysler autógyár pl. bejelentette, hogy a tehergépkocsikabinok szerelése esetében, előzetes szimuláció nélkül nem döntenek a termék és a gyártóeszközök kialakításáról. Ezzel végeredményben kiküszöbölik a gyártás során bekövetkező időveszteség lehetőségét, és csaknem 100%-os biztonsággal érik el az optimális feltételeket. A termelőeszközök biztonságának digitális módszerrel való megteremtése nagymértékben csökkenti a konstrukciós változtatások és utólagos helyesbítések számát is, ami közvetlenül a gyártóberendezések gyors kivitelezését eredményezi. A klímaberendezéseket gyártó Daikin amerikai vállalat közleménye szerint fő termékeik új változatának bevezetésekor a digitális ellenőrzések és a gyártás szimulációja révén a gyártás átfutási ideje 30%-kal, a tervezett beruházások mértéke 50%-kal csökkent. Ez lehetővé tette a termék korai bevezetését a piacon, és komolyan javította a rentabilitást.
Kreatív megoldások kidolgozása digitális gyártásszimuláció révén A digitális gyártásszimuláció legnagyobb előnye az, hogy viszonylag kevés ráfordítással, igen korán elvégezhető a legkülönbözőbb gyártási forgatókönyvek modellezése, szimulációja, előnyeik és hátrányaik objektív összehasonlítása, anélkül, hogy ez a hardver vagy a reális modellek szempontjából költségtöbbletet jelentene. A digitális gyártás módszereinek, valamint eszközeinek alkalmazásában és fejlesztésében élen jár a Robert Bosch GmbH. Számítógéppel támogatott tervezőrendszerének elnevezése COPE – Cooperativ Production Engineering, magyarul kooperatív gyártástervezés. A vállalat véleménye szerint a digitális gyár előnye, hogy alkalmazásával egyetlen változat helyett több új gyártórendszer kivitelezésének lehetőségeit lehet
vizsgálni. Ezt ma már ugyanakkora időráfordítással tudják elvégezni, mint amekkorára korábban egyetlen változat kidolgozásakor volt szükség. A digitális gyártásszimuláció ezek szerint több innovációt és kreativ megoldást eredményez, mert a virtuális környezetben a kétes vagy hibás döntések csupán tanulási tapasztalatszerzésnek tekinthetők, míg ha egy már elkészült berendezésen ugyanilyen hibát követnének el, az utólag szükséges változtatások a projektköltségvetést terhelnék, vagy ami még súlyosabb, a feleslegesen gazdaságtalan gyártási folyamat révén éveken keresztül csökkentenék a nyereséget. Bizonyított tény, hogy virtuális kísérleti lehetőség nélkül sok innovatív elképzelés fel sem merült volna. Időhiány miatt gyakran az ismert és már kipróbált, viszont kevésbé hatékony megoldást részesítik előnyben. A hatékony háromdimenziós gyártásszimuláció a gyártó vállalatok számára lehetőséget nyújt új és tökéletesített gyártási folyamatok kifejlesztésére. Érdekes, hogy ily módon az egyszer már megtervezett és a gyakorlatban bevált berendezések és berendezésrészek ismételt hasznosítása is leegyszerűsíthető. A General Motors pl. közölte, hogy egy új kelet-európai üzem építésekor a digitális modell 80%-át egy másutt már eredményesen működő hajtóműgyártó sorról át tudták venni, ami jelentős idő- és költségmegtakarítást eredményezett. A gyártósor már bevált részeit új, innovatív megoldásokkal kombinálták és intenzív szimuláció („Mi lenne, ha forgatókönyv”) révén optimálták, lebiztosították és meggyőző eredményességgel megvalósították.
Az optimális megoldás keresése Bebizonyosodott, hogy a nagy teljesítményű digitális gyár eszközei egyértelműen tökéletesítik a gyártástechnológiát, egyidejűleg lehetővé teszik a termék kialakításának optimálását. Ugyanakkor a CAD és a digitális gyár összekapcsolása révén kialakított háromdimenziós termékmodell lehetővé teszi a gyártási folyamat szimulációját, a gyártás hatékonyságát utólag csökkentő konstrukciós hibák biztonságos kimutatását és azok még kivitelezés előtti korrigálását. A termék gyárthatóságának biztosítása és a hatékony gyártástechnológia korai kifejlesztése lehetővé teszi a gyármány- és gyártástervező szakemberek, valamint a gyártósoron foglalkoztatottak tudásának kombinált hasznosítását, ami közvetlenül biztosítja gyártástechnológiailag helyes és gazdaságilag eredményes termék létrehozását. Egyidejűleg messzemenően elkerülhető az, hogy a
terméket a gyártási követelmények miatt utólag módosítani kelljen. Nem kell tehát számolni az ilyen okok miatti lemaradásra, valamint a termelékenység csökkenésére. A japán Sumitomo Wiring Systems (SWS) vállalat gépjárművek és ipari berendezések számára gyárt kábeleket és huzalokat. A cégnek a gyártás digitális szimulációja segítségével sikerült 30%-kal meggyorsítania a gyártástervezést, a ráfordításokat pedig 80%-kal csökkentették. Amennyiben a CAD és a digitális gyár egymáshoz közvetlenül csatlakozik, nincs szükség interfészekre és a CAD-adatok konvertálására. Ebben az esetben a gyártástervezés a digitális gyárban az eredeti, mindig aktuális CAD-termékmodellekkel dolgozhat, viszont a konstruktőrnek is lehetősége van arra, hogy a CAD-rendszerben a készülékek és a gyártóeszközök eredeti, háromdimenziós modelljeit közvetlenül felhasználja a tervezett termék optimális kialakításához. Az együttműködést tovább javítja, ha mindkét felhasználási területen ugyanazzal a szoftverrendszerrel dolgoznak. Egy termék különböző alkatrészeit és szerelvényeit így minden további nélkül a saját gyártási és szerelési rendszerben vizsgálják, majd optimálják. Különösen olyan bonyolult termékek esetében, mint amilyenek a gépjárműszerelvények, repülőgép-alkatrészek vagy a villamos és elektronikus készülékek, a szerelési és szétszerelési folyamatok szimulációja döntő mértékben megkönnyíti a termékek gyártási és szerelési tulajdonságainak jó és biztonságos áttekintését. A Toyota Motor Corporation még a tervezés fázisában teljesen virtuálisan elvégzi járműveinek szerelését. Ezzel jelentős mértékben hozzájárultak a lehetséges hibák korai felismeréséhez és kiküszöbölték a költséges konstrukciós módosításokat. Ezzel a módszerrel már a tervezés fázisában ki lehet mutatni és ki lehet küszöbölni azokat a problémákat, amelyek például alkatrészek ütközését és átfedését eredményeznék. Előfordulhat ugyanis, hogy azok az alkatrészek, amelyek egy digitális CAD-termékmodell esetén a végső helyzetben tökéletesen illeszkednek, a szerelési folyamat közben ütközhetnek vagy egyáltalán nem szerelhetők. Egyes ütközések kívülről még nem ismerhetők fel, és csupán költséges prototípusok segítségével lehet ezeket kimutatni. A DaimlerChysler szerint a háromdimenziós modellek alapján végzett szimuláció gyakran még hatékonyabb, mint a fizikai modellek építése, mivel a szűkös helyek vagy alkatrészillesztések digitális eszközökkel végzett vizsgálata sokkal egyszerűbb és biztonságosabb, mint fizikai modelleken.
A Toyota igazolta, hogy a digitális gyártási folyamatok digitális ellenőrzésének bevezetése előtt a meglévő hibákat vagy egyáltalán nem, vagy csak sokkal később tudták kimutatni. Ami egy meghatározott szerelési sorrend esetében problémamentesen működött, az egy később megváltoztatott sorrend feltételei között már hibát okozott. Ezen túlmenően a terméknek azokat a tulajdonságait, amelyek a gyártás és a szerelés hatékonyságát biztosítják, már a korai konstrukciós fázisban feltétlenül tisztázni kell. A Toyota következetesen megvalósította azt a stratégiáját, hogy a projektek átfutási idejének lerövidítése érdekében kiküszöböl minden prototípust és modellt. Ahhoz hasonlóan, ahogy a számítógéppel segített tervezés (CAD) a digitális másolattal (DMU) kombinálva a fizikai termékprototípusok számának csökkentését, ill. teljes kiküszöbölését eredményezte, most azért alkalmazzák a digitális gyár koncepcióját, hogy minimumra csökkentsék a készülékek, szerszámok, anyagmozgató berendezések, valamint egyéb termelőeszközök prototípusai és modelljei iránti igényt. Amennyiben a legyárthatóság, a szerelhetőség és az ergonómiai alkalmasság bizonyítását virtuális környezetben oldják meg, akkor ez jelentős mennyiségű idő- és pénz megtakarítását eredményezi. Az ily módon végrehajtott, korai digitális ellenőrzések révén a Toyotanál sikerült drasztikusan csökkenteni a konstrukció utólagos módosításait. A General Motors szerint a hagyományos eljárás esetében szükséges, utolsó percekben végzett módosítások számát ezzel a módszerrel sikerült 40% alá csökkenteni. A DaimlerChrysler igazolta, hogy a digitális prototípusok a fizikai prototípusoknál alkalmasabbak a termék dinamikus tulajdonságainak megjelenítésére. Ily módon lehetővé válik a lehetséges problémák, pl. az alkatrész-ütközések korai felismerése és elhárítása.
Folyamatok párhuzamos felépítése A gyártástechnológiai folyamatok fejlesztése nem egyszeri tevékenység, hanem olyan iterációs eljárás, amely egy vázlatos koncepcióval kezdődik, majd a termék gyártására és szerelésére vonatkozó részletes utasításokkal végződik. Ilyenkor a tervezési folyamat valamennyi fázisában hasznos a digitális gyártástervezés és -szimuláció, mivel a termelési folyamat tervezése és részletezése számára előállítja valamennyi környezeti feltételt. Például a gyártás előtervezésekor még kevés az előállítandó termékre vonatkozó információk mennyisége. Bár a termék tervezői számára talán már rendelkezésre áll néhány közelítő vázlat, és ismertek a termék struktúrájára vonatkozó első elképzelések, ilyenkor
azonban még nem dolgozták ki a háromdimenziós modellt. Éppen ilyenkor van viszont szükség a gyártási folyamatra vonatkozó koncepció ellenőrzésére a különböző gyártási alternatívák és a lehetséges gyártási környezeti feltételek szempontjából. A digitális modell birtokában viszont van mód arra, hogy ellenőrizzék a források iránti igényeket és kidolgozzák az anyagáramlás és a logisztikai folyamatok elvi elképzeléseit. Értékelhetők a különböző termelési stratégiák is, pl., hogy célszerű-e a termék előállítása célgépsoron, vagy inkább rugalmas gyártócella segítésével oldható meg jobban a gyártás. Vagyis már kezdeti fázisban lehetővé válik, hogy a rendelkezésre álló információk alapján definiálják, értékeljék és dokumentálják a különböző gyártási koncepciókat. A digitális tervezés és az erre felépülő gyártásifolyamat-szimuláció már a kezdeti fázisban áttekinthetővé teszi a gyártóberendezések alapterület-igényét, a szükséges beruházásokat és az elérhető termelési teljesítményt, vagyis a gyártmány előállítási költségeire vonatkozó kereskedelmi kalkulációhoz szükséges kritikus adatokat. A termékkonstrukció fejlődése során az újabb részleteket fokozatosan be lehet építeni a gyártási koncepcióba. Amennyiben átfogó PPR- (Termék, Folyamat, Forrás) adatmodellre épülő digitális gyár megoldást alkalmaznak, akkor a konstrukciós darabjegyzékből logikailag továbbfejleszthető a gyártási darabjegyzék. Erre mód nyílik, amint a termékre vonatkozó információk birtokában a gyártmányra vonatkozó részletekkel kiegészíthető a modell. Ezt az alábbi példa jól megvilágítja: mihelyt ismeretes a kötőelemek geometriai jellege és helyzete, a tervezőmérnökök megkezdhetik a robotok, szállítószalagok, készülékek és szerszámok kiválasztását, sőt adott esetben alternatív vagy egészen más technológiát fejleszthetnek ki. Vagyis a digitális gyár lehetővé teszi egy termékkonstrukció és a hozzá tartozó teljes gyártási koncepció egymással párhuzamos fejlesztését, kezdve a részletes műveletterveken, az automatikus berendezések programozásai kódjain keresztül egészen a teljes anyagáramlás szimulációs megoldásáig. Az eljárás lehetővé teszi az új termék gyártásának gyors beindítását, ugyanakkor biztosítja a termék kedvező minőségét és a gyártási költségek csökkentését. A Toyota egyik közleménye szerint az átfutási idő, a konstrukciós megoldás végleges jóváhagyásától a termelés beindításáig, kétharmadával, 13 hónapra volt csökkenthető. A Nissan az egyik járműmodell fejlesztésekor ezt az időszükségletet csaknem a felére, 20 hónapról 10,5 hónapra tudta csökkenteni.
A gyártósorok optimálása a kivitelezés előtt Egy új gyártósor üzembe helyezésekor vagy egy új terméknek a már meglévő gyártósorra irányításakor biztosítani kell a gyártási folyamat hatékonyságát. A digitális gyár ehhez különböző eszközökkel és módszerekkel rendelkezik, amelyekkel elvégezhető a gyártósor működésének és a különböző üzemeltetési paraméterek hatásának elemzése. Ezzel ki lehet mutatni a szűk keresztmetszeteket, a gyenge teljesítményű pontokat, majd kidolgozhatók a hiányosságokat kiküszöbölő korrekciós intézkedések. A termelés beindítását követően, ill. a termelőrendszer felépítése és szerszámokkal, készülékekkel ellátása után már rendkívül korlátozott és nagyon költséges a termelőberendezés hardver- és szoftverrészeinek módosítása. A digitális gyár ezen is képes segíteni. A tervezett termelési folyamat optimálásán kívül elősegíti a gyártórendszer üzemviteli tulajdonságainak korai megismerését. A mérnökök a megtervezett gyártósort virtuális közegben, kevés ráfordítással, mindaddig próbálgathatják és helyesbíthetik, míg el nem érik a sor kívánt teljesítményének optimálását, és biztosíthatják a beindítási folyamat hatékonyságát. Rendkívül előnyös, hogy ehhez nincs szükség a hardver egyetlen részletének sem az átépítésére vagy módosítására. Az építőanyagokat gyártó japán Daiken vállalat esetében a gyártás digitális szimulációja előtt nem volt lehetőség arra, hogy a gyártósor tervezésének kezdeti fázisaiban értékeljék annak működését. A vállalat azonban ma már a digitális gyár koncepciója alapján elvégzi a teljes gyártósor modellezését, és még jóval annak kivitelezése előtt szimulációval ellenőrzi – különböző feltételek közötti – viselkedését. Lehetőség van arra, hogy már a kezdeti fázisban megkezdjék a sor optimálását. Ennek során változtatják az egyes termékek termelési feltételeit darabszám, termékportfolió, gyártás, sorozatnagyság, munkahelyszám, gépmunkás-létszám és termelési ütemezés szempontjából. A feladat annak megállapítása, hogy ezek a tényezők hogyan befolyásolják az anyagáramlást, a fajlagos termelést, a berendezések kapacitásának kihasználását, továbbá, hogy melyek a gyenge pontok és a szűk keresztmetszetek. Kivitelezésük előtt a termelősorok optimálását különböző szinteken végzik. Nemcsak makroszinten (gépsorok elrendezése, anyagáramlás), hanem a háromdimenziós modellen teljes részletességgel elvégezhető az értékelés. A DaimlerChrysler is ezzel a módszerrel mutatja ki a várható problémákat, még egészen a tervezés kezdetén. Az anyagáramlás reális fel-
tételek közötti ellenőrzésén túl az egyes robotok részletes vizsgálatát is elvégzik. Ugyanakkor megvizsgálják a többi automatikus szerelőberendezés működését is, abból a szempontból, hogy azok kielégítik-e az üzemi feltételeket és a szerelés követelményeit.
Kötési folyamatok és szerelési sorrendek optimálása A legtöbb tervező számára, különösen bonyolult termékek esetében, nehéz feladatot jelent a termékek üzemi szerelésének szemléltetése. A szerelésre kerülő alkatrészek kölcsönhatása a készülékekkel, szerszámokkal, kezelőberendezésekkel vagy a szerelőkkel, természetesen háromdimenziós probléma. Ezért különösen fontos a kötési folyamatok háromdimenziós szimulációja, figyelembe véve az ezt követő szerelési folyamatok sorrendjét. A digitális rendszer viszont lehetővé teszi a tervező számára, hogy olyan körülmények között figyelhesse meg a szerelési folyamatot, ahogy arra majd később, az üzemben fog sor kerülni. Mód nyílik tehát arra, hogy még korai stádiumban felismerje a lehetséges problémákat, és gazdaságosan elvégezze a szerelési folyamat, a termelőeszköz vagy a termék megváltoztatását. A japán SWS kábelgyártó cég a digitális gyár koncepciójának bevezetése előtt fizikai modellen ellenőrizte a szerelési terveket. Az egyes műveletelemek vizsgálatát magasan képzett szerelők közreműködésével, a szerelésre kerülő alkatrészek és készülékek felhasználásával végezték. Ennek során sok problémát ki lehetett mutatni, és a megfigyelési eredményeket a termék átdolgozása számára dokumentálták. Nehézséget okozott viszont, hogy ezek a modellek rendkívül drágák és csak korlátozott számban állnak rendelkezésre. Az egyes szerelési folyamatokban az alkatrészek száma gyakran elérte a 4000-et. Digitális modellek felhasználásával és az új felülvizsgálati módszer bevezetésével lehetővé vált, hogy a készülékproblémák kimutatása érdekében lényegesen több vizsgálatot hajtsanak végre, és céltudatosan, kis anyagi ráfordítással dolgozzák ki az optimális szerelési folyamatot. A DaimlerChrysler is meggyőződhetett a szerelési műveletek háromdimenziós szimulációjának előnyeiről. Az előbb említetteken kívül fontos volt a felesleges mozdulatok felismerése, a gyártó műveletek háromdimenziós szimulációja. Különösen a bonyolult szerelési és ellenőrzési folyamatok esetén volt előnyös a részletes művelettervek egyszerűsített kidolgozása. Az ilyen utasítások, járulékos megjegyzésekkel kiegészítve, a szerelő szakmunkás számára megkönnyítik a szerelési folyamat gyorsabb megértését, és meggyorsítják a betanulást. Minden esetben kimutathatóan javult a minőség is.
Hatékony műveleti utasítások kidolgozása A kiváló minőségű termékek hatékony előállítása érdekében fontos, hogy a dolgozó számára megfelelő termékinformációk és műveleti utasítások álljanak rendelkezésre, ugyanakkor lényeges az előírt művelet intuitív megtanulása. Ehhez nem elegendők a vázlatok és a kétdimenziós rajzok, viszont a háromdimenziós szimuláció hatékonyan megismerteti az alkatrészek, a készülékek és szerszámok szerepét a műveletben. Lehetőség van például arra, hogy különböző látószögből, esetleg kinagyítva ábrázolják az egyes műveleteket, függetlenül az időponttól, a művelet helyszínétől és a kommunikáció nyelvétől. Hordozható híradástechnikai eszközök felhasználásával közvetlenül a termelési folyamat helyén közölhető a műveleti utasítás. Az utólagos karbantartási és javítási utasítások is ugyanezzel az eljárással közölhetők. Természetesen nem minden művelet bonyolult annyira, hogy multimédiás, háromdimenziós műveleti utasításra volna szükség. Sok esetben hatékonyak és elegendőek az egyszerű, adott esetben ábrákkal kiegészített szöveges utasítások. Sok vállalatnál azonban nincs megoldva a műveleti utasítások központi tárolása és általános, több részlegre kiterjedő hasznosítása, pedig az új folyamatok gyors megértése és megtanulása fontos a termelés szempontjából. A háromdimenziós utasítások viszont könnyen érthetők és hozzájárulnak a minőség javulásához.
Ergonómiai szempontok érvényesítése a termelőrendszerekben Különösen szerelőrendszerek tervezésekor és kivitelezésekor nem szabad figyelmen kívül hagyni az „emberi” tényezőt. Az ember és az alkatrészek, üzemi berendezések, szerszámok, valamint munkasegédletek közötti kölcsönhatás kritikus jelentőségű a biztonságos és hatékony termelés szempontjából. A műveletek definiálásakor tekintettel kell lenni a lényeges ergonómiai szabályokra, kielégítve a törvényi és a vállalati munkavédelmi előírásokat. A munkarendszerek teljes hatékonysága akkor javul, amikor a dolgozó ergonómiailag helyesen kialakított környezetben dolgozhat. Az ergonómiai követelmények korai figyelembevétele révén elkerülhetők a dolgozók munkáját befolyásoló problémák és a termelőberendezéseken végrehajtandó költséges változtatások is. Az ergonómia azonban nemcsak a gyártásban, hanem a termék használatában és karbantartásában is fontos tényező, sőt, egyes csúcs-
technológiai területeken az üzemeltetési és karbantartási tevékenységek optimálása még a gyártástechnológiánál is fontosabb. A digitális gyár a különböző ergonómiai, formatervezési és elemzési módszereket a realitást megközelítő, pontos, kor, nem és nemzetiség szerint méretezett embermodellek segítségével is támogatja. Különböző ellenőrző jegyzékekben foglalja össze a kialakításra vonatkozó szabályokat és a törvényben rögzített irányelveket. Statikus testsablonok alapján ellenőrzi a kézzel megfogás tartományát és a látóteret. Akár az egyszerű, akár a bonyolult műveletek végrehajtásának lehetőségeit még háromdimenziós szimulációval is vizsgálhatja. A mozdulatok, a hozzáférhetőség, a terhelési paraméterek, az észlelési terek és egyéb, a kezelést befolyásoló tényezők felülvizsgálata révén kiküszöbölhetők a munka során később esetleg fellépő problémák, majd maguk a tevékenységek a dolgozó egészségének védelme szempontjából optimálhatók. A Toyota a szerelősor mentén vizsgálja valamennyi szerelési művelet olyan tényezőit, mint pl. a testtartás, a hozzáférhetőség, az átláthatóság vagy a dolgozó akadályoztatása. Ez lehetővé teszi, hogy a gyártási folyamatokat ergonómiailag megfelelően, ugyanakkor maximális mértékben hatékonyan alakítsák ki. A vállalatnál következetesen figyelembe veszik, hogy a maximálisan gazdaságos gyártási folyamatok megvalósításakor az eredményesség központi kritériuma a termék, a dolgozó és a termelőeszközök közötti kölcsönhatás.
A gyártósorok termelékenységének biztosítása A gyártósorokat, az azokon belüli munkahelyeket, valamint a műveleteket a lehető leghatékonyabban kell kivitelezni. Manapság számos gyártási folyamatot intelligens robotok, megmunkáló, mérő és anyagmozgató berendezések segítségével automatizálnak. Ilyenkor a digitális gyár teszi lehetővé a vázlatos előtervezést, a részlettervezést, valamint a szimulációt, továbbá az automatizált gyártóberendezések függetlenített programozását, figyelembe véve mind az alkatrészek, mind a szerelvények, mind a gyártóberendezések, készülékek és szerszámok eredeti geometriai jellemzőit. Ezeknek a folyamatoknak a háromdimenziós szimulációja, különösen a konstrukció kidolgozásának kezdeti fázisaiban, igen kedvező eredmény elérését teszi lehetővé. A DaimlerChrysler a robotgépek beállítását és üzembe helyezését megelőzően dolgozza ki és ellenőrzi a vezérlőprogramokat. Ez a háromdimenziós szimuláció különösen a több készülékkel rendelkező munkahelyeken biztosítja a felütközések felismerését és a folyamatok haté-
konyságát, még mielőtt a berendezések elrendezését felépítenék, sőt még mielőtt azokat beszereznék. Ezzel a módszerrel válik lehetővé, hogy jelentős mértékben csökkentett beruházással oldják meg a hegesztőberendezések üzembe helyezését. A hatékonyság növelésén túl a digitális gyár komoly mértékben hozzájárul a termelőberendezések kapacitásának kihasználásához is. A drága termelőberendezések üzemeltetése csak akkor kifizetődő, ha azok ténylegesen termelnek. Messzemenően ki kell zárni tehát az olyan időveszteségeket, amelyeket a hibás vezérlőszoftver vagy a termelőberendezésnek az új alkatrészek gyártására való átállás miatti előkészületei által előidézett állások okoznak. A digitális gyár felhasználása esetén a hegesztőberendezések, robotok, számítógép-vezérlésű szerszámgépek, tárolt programozású vezérlések (SPS), mérőgépek, portálos anyagmozgató készülékek és más automatizált eszközök programozásának kidolgozása, kipróbálása és optimálása a termelőrendszertől függetlenül, offline, virtuális szimulációval hajtható végre. Alkatrészek és folyamatok módosításakor, termékváltás vagy egyéb ok miatti átállás esetében a már működő gyártóberendezés mindaddig tovább üzemel, amíg valamennyi szükséges előkészület, valamint ellenőrzés meg nem történt, és sor kerülhet az új program betöltésére. Ezáltal a gyártórendszer – rövid megszakítás után – az új rendszerben tovább üzemeltethető.
A digitális gyár bevezetése A digitális gyár kétségkívül számos olyan előnnyel jár, amelyről lemondani már gazdasági okokból sem szabad. Sok vállalat számára azonban annyira nyomasztóan nagynak tűnik ennek a koncepciónak a terjedelme és hordereje, hogy vonakodnak bevezetni ennek az eljárásnak az eszközeit és módszereit. A helyzet azonban az, hogy a digitális gyár lehetőségeinek kihasználásával kapcsolatban nem szabad a „mindent vagy semmit” elvet alkalmazni. A legtöbb vállalat ugyanis a digitális gyár eszközeit és módszereit lépésenként vezeti be. Tevékenységüknek csupán egy szegmensét választják ki, például az alkatrészgyártást, a nyers darabok előállítását, a logisztikát vagy valamilyen meghatározott részfeladatot, pl. a gyártástervezést, a kalkulációt, az anyagáramlás szimulációját vagy a rögzítési műveletek digitális biztonságának ellenőrzését. Olyan területeket választanak, ahol a „legjobban szorít a cipő”, és ahol éppen ezért a legnagyobb a hajlandóság a változtatásokra, és ahol ugyanakkor gyors, konkrétan kifejezhető eredményre lehet számítani.
A digitális gyár bevezetése egyfajta utazás – mint minden üzleti folyamat megváltoztatása. Amikor egy vállalat bevezeti a háromdimenziós CAD-modellezést vagy a PDM-rendszert, vagy azzal a gondolattal foglalkozik, hogy milyen előnyökkel járna a teljes termékéletciklus-menedzsment alkalmazása, akkor már rálépett erre az útra. Az eredményesség előfeltétele a világos elképzelésekre és stratégiára épülő, hosszú távú terv, valamint a vezetők tartós támogatása. Fontos, hogy a terv minden egyes részfázisában ne csak a hosszú távú célok elérésére gondoljanak, hanem egyértelmű, jelentős, már rövid távon is érezhető és mennyiségileg minősíthető előnyöket érjenek el. Csak ezzel motiválhatók a munkatársak és érhető el az a széles körű támogatás, amelyre a terv eredményessége érdekében szükség van. Akkor érik el a döntő fordulópontot, amikor minden érintett rájön, hogy az újabb tervekben már hasznosítani lehet a digitális gyárral előzetesen elért eredményeket és tapasztalatokat. Különösen a már begyakorlott technológiák esetében nem könnyű elérni a változást. A digitális gyár használata új üzleti folyamatokat hoz létre, és módosítja az üzemen belüli együttműködést is. Célszerű ezért olyan külső szakemberek közreműködését igénybe venni, akik a gyártástechnológiák tervezése és optimálása, valamint a szimuláció területén megfelelő tapasztalatokkal rendelkeznek, és támogatást tudnak nyújtani a digitális gyár egyes összetevőinek felhasználásában. A digitális gyár bevezetése nem oldható meg máról holnapra, azonban a projekt megfelelő irányításával és a vezetők szilárd támogatásával komoly gazdasági és financiális eredmények elérését eredményezheti. Összeállította: Dr. Barna Györgyné Menges, R.; Schmitt, P.: Die Digitale Fabrik – der zentrale Bestandteil einer PLMStrategie. = Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 100. k. 7–8. sz. 2005. aug. p. 10–19. Marczinski, G.: Digitale Fabrik – anspruchsvolle Technologien sinnvoll einsetzen. = Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 99. k. 11. sz. 2004. p. 666–669. Grabmeier, G.: Digitale Fabrik ist erst in zweiter Linie ein IT-Thema. = Produktion, 2003. 14. sz. ápr. p. 7. Meier, H.; Homuth, M.: Erschliessung der Potenziale der Digitalan Fabrik in heterogener Systemlandschaft. = Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 100. k. 1–2. sz. 2005. p. 20–24.
