EWOLUCJA ROZWOJU PRODUKCJI ORAZ PRODUKTU

Podstawową rolę w planowaniu odgrywa informacja, ponadto dla każdego etapu planowania określa się termin jego realizacji. Należy podkreślić, że w literaturze wyróżnia się pięć podstawowych przypadków planowania zakładu przemysłowego:

 planowanie nowych obiektów (budynków) – jest idealnym przypadkiem, ponieważ planiści nie muszą uwzględniać szeregu ograniczeń (jak w przypadku obiektów istniejących), co pozwala na zwiększenie skuteczności i efektywności planowania docelowego zakładu przemysłowego;

 reengineering (przeplanowanie) – ukierunkowane na wprowadzanie radykalnych zmian w zakładzie przemysłowym, z reguły w celu osiągnięcia maksymalnej efektywności procesów produkcyjnych oraz redukcji kosztów. Decydujące są tu jednak ograniczenia wynikające z istniejącego systemu zakładu przemysłowego. Należy zauważyć, że podejście jakim jest reengineering jest wielokrotnie stosowane w praktyce planowania zakładów przemysłowych;

rozważyć czy jest to ostateczny kierunek, czy istnieją również alternatywne warianty, np. przeplanowanie wraz z modernizacją parku maszynowego;

 demontaż – może nastąpić w przypadku konieczności relokacji maszyn, ich konserwacji lub likwidacji. Działania takie są przeprowadzone, jeśli zdolności produkcyjne zakładu są trwale niewykorzystane lub następuje redukcja mocy produkcyjnych. Z drugiej strony demontaż może zostać przeprowadzony podczas przeplanowania (np. rozszerzenie asortymentu produkcji, wdrożenia nowego wyrobu) oraz w celu odnowienia parku maszynowego. W praktyce często występują łącznie przypadki przeplanowania wraz z demontażem jako integralna część zapewnienia praktycznych zmian z uwagi na specyfikę rozwoju zakładu przemysłowego. Zaproponowana w rozprawie autorska metoda OLESTR ma przełożenie praktyczne, a jej celem jest wykorzystanie podstawowej wiedzy w przeplanowaniu obiektów dla przypadków demontażu, montażu czy konserwacji maszyn technologicznych. Każdy proces planowania ma zawsze ograniczenia od strony dostawców, technologii, przestrzeni oraz wewnętrznych wymagań określonych w firmie, co ogranicza stopnie swobody w planowaniu i jest przeszkodą w opracowaniu idealnego układu przestrzennego. Fundamentalną zasadą metody OLESTR jest dopasowanie wszystkich ograniczeń do zmian w celu otrzymania docelowego przeplanowania z redukcją kosztów i czasu;

 rewitalizacja – stanowi proces wyprowadzania ze stanu kryzysowego opuszczonych zakładów przemysłowych w celu wdrożenia inwestycji typu brownfield [1] realizowanej poprzez ponowne wykorzystanie obiektów infrastruktury przemysłowej, którym nadaje się nowe funkcje [71].

Stosowanie technologii innowacyjnych zmienia procesy wytwarzania i wpływa na produkt końcowy. W ciągu ostatnich lat prowadzonych jest wiele badań dotyczących rozwoju produkcji oraz produktu i mimo olbrzymiej wiedzy na ten temat pozostaje wiele pytań dotyczących ulepszenia systemów wytwarzania [100]. Jak pokazuje historia, z pojawieniem się rewolucji przemysłowej (koniec XVIII/ pierwsza połowa XIX w.) nastąpiły zmiany w przemyśle, mianowicie od produkcji rzemieślniczej do zmechanizowanej produkcji zakładu przemysłowego. Ponadto powstały zmiany w organizacji procesów produkcyjnych i pojawiły się linie technologiczne. Początek

drugiej rewolucji przypada na lata 70. XIX stulecia, kiedy nastąpił rozwój produkcji masowej. Pod koniec lat 60-tych ubiegłego stulecia nastąpiła trzecia rewolucja przemysłowa wiązana głównie z wdrożeniem automatyzacji oraz maszynami technologicznymi sterowanymi numerycznie i opierających się na zaawansowanych technologiach informatycznych. Czwarta rewolucja przemysłowa (Przemysł 4.0) obejmuje cyfryzację, digitalizację, technologię generatywną oraz technologię odwrotną z możliwością chmurowego przetwarzania informacji. Podsumowując powyżej omówione etapy, można wskazać najważniejsze komponenty piątej rewolucji przemysłowej, do których należą inteligentna fabryka (Smart Factory) [103] oraz robotyzacja procesów produkcyjnych i biznesowych [72].

W rozprawie doktorskiej uwaga została skierowana na rozwój planowania struktury cyfrowej fabryki, co jest ściśle związane z koncepcją Przemysłu 4.0 [79]. Należy również wziąć pod uwagę potencjalne rozwiązania zbudowania inteligentnej fabryki w celu modernizacji przemysłu wytwórczego. Celem piątej rewolucji jest łączenie technologii cybernetycznej i technologii informatycznej (tj. sprzęt komputerowy) z integracją systemów dyskretnych. Dzięki temu pojawia się możliwość adaptacji do ciągłych zmian oraz łączenie ze sobą procesów realizowanych w odrębnych halach produkcyjnych różnych przedsiębiorstw wraz z budowaniem wspólnych procesów w inteligentne sieci, które automatycznie aktualizują i optymalizują dane wejściowe. Łączenie technologii wirtualnej rzeczywistości opartych na systemach cybernetycznych oraz technologiach sieciowych zwiększa precyzyjność i złożoność wytwarzania [41]. Powstaje również pojęcie kastomizacja, tj. możliwość odejścia od produkcji masowej do produkcji spełniającej unikalne wymagania indywidualnych odbiorców, modyfikacja produktu według zamówień klienta. Modelowanie zakładów produkcyjnych oparte na digitalizacji stanowi nowe techniczne odniesienie do tworzenia inteligentnej fabryki [44, 104].

Dzięki opracowaniu innowacyjnych metod wspomagających planowanie systemu produkcyjnego (np. metoda prezentowana w pracy OLESTR), można zbudować model oparty na zdarzeniach interoperacyjności w inteligentnej fabryce [18, 27, 110]. Myśląc o inteligentnej fabryce w pierwszej kolejności nasuwa się koncepcja wdrożenia innowacyjnych technologii i sposobów wytwarzania, inteligentnych linii produkcyjnych, robotów oraz drukarek 3D.

produkcji oraz integracji innowacyjnych technologii w procesy produkcyjne. Dlatego ważnym aspektem jest zmiana sposobu myślenia w kontekście modernizacji zakładu przemysłowego. Ponadto konieczne jest podkreślenie ważnych cech umożliwiających wdrożenie zmian w zakładach przemysłowych: uniwersalność, mobilność, skalowalność, modułowość i kompatybilność [65, 88, 91, 93, 95, 105]. W stosownych przypadkach uniwersalność powinna być rozpatrywana pod kątem różnych wymagań odnośnie planowania np. wykorzystanie tej samej przestrzeni zakładu przemysłowego do magazynowania oraz instalacja zastępczej maszyny dla wykonania pojedynczego zlecenia dla klienta lub wykorzystana przestrzeni jako części biurowej dla działu jakości, jak i dla tymczasowego odrębnego magazynowania produkcji końcowej. Termin mobilność ma wiele znaczeń i podkreśla lokalną nieograniczoność oraz umożliwia optymalne zagospodarowanie powierzchni, np. przesunięcia mobilnych stanowisk roboczych oraz maszyn małogabarytowych albo zastosowanie wielopoziomowych regałów do sezonowania wyrobów. Kolejne pojęcie – skalowalność rozpatrywane jest w niniejszej rozprawie na potrzeby opracowania metody OLESTR, która umożliwia przeprowadzenie efektywnych zmian w kierunku przeplanowania zakładu przemysłowego. Cecha jaką jest skalowalność umożliwia przeprowadzenie rozbudowy, nadbudowy, reorganizacji oraz modernizacji zakładu przemysłowego w przypadku znacznych zmian, np. wielkości produkcji. Analizując pojęcie kompatybilność, należy wziąć pod uwagę koncepcję modułową polegającą na montażu obiektów z gotowych modułów przestrzennych. Dzięki temu pojawiła się możliwość rozbudowy zakładu przemysłowego o dodatkowe moduły z jednoczesnym przestrzeganiem odpowiednich standardów planowania przestrzeni. Wyposażenie modułów w niezbędne instalacje umożliwia w szczególności zunifikowanie połączenia z mediami w każdym miejscu zakładu przemysłowego w celu jego integracji w inteligentną fabrykę [65, 93]. Na rysunku 2.2 przedstawiona została współzależność rozwoju pomiędzy produkcją, a produktem wraz z krokami milowymi rozwoju projektowania.

Rys. 2.2. Etapy rozwoju produkcji i produktu [88, 91]

W początkowej fazie rozwoju w zakładach przemysłowych skupiano uwagę na wykonywaniu operacji na indywidualnym stanowisku roboczym oraz warunkach pracy. Koncentrowano się również na redukcji czasu przezbrojenia stanowisk roboczych. Wykonanie docelowych zadań na stanowisku roboczym było realizowane na podstawie przygotowanego schematu technicznego. W kolejnym etapie rozwoju odkryto możliwość grupowania stanowisk roboczych w linie produkcyjne, dzięki czemu uwaga była skupiona na realizacji jednorodnych operacji i sortowaniu wyprodukowanych elementów według procesów wytwarzania. Warto zaznaczyć, że system produkcyjny postrzegany był jako układ, w którym elementy wejściowe przekształcane za pomocą odpowiednich procesów produkcyjnych na wyjściu stawały się produktami końcowymi. Planowanie procesów produkcyjnych było odwzorowywane w formie szkicu jako wstępna koncepcja planowania. W tym czasie uwaga została w szczególności skierowana na zwiększenie jakości wytwarzania operacji oraz zapobieganie powstawania braków i produktów wadliwych.

W kolejnym etapie rozwoju metod planowania obiektów przemysłowych kluczową rolę odgrywała rekonfiguracja. Polegała ona na ponownym zdefiniowaniu

zakładu przemysłowego. Zmiany, w zależności od kierunku działania zakładu przemysłowego, pociągnęły za sobą koszty, dlatego głównym zadaniem było tworzenie efektywnego układu 2D. Dzięki temu powstała idea modelowania modularnego, tzw. niewielkich powtarzalnych bloków (modułów) odwzorowujących uproszczone elementy istniejącego zakładu przemysłowego w pewną logiczną całość zachowując związek procesów produkcyjnych i stosowanych technologii [58]. Wraz z pojawieniem się modularności obszaru logistycznego ze wszystkimi jego komponentami powstało pojęcie elastyczności, czyli zdolności do szybkiego dostosowania się systemu produkcyjnego w określonych granicach do zmieniających się czynników przy akceptowalnych nakładach finansowych. Przedstawienie zmian można było zobrazować za pomocą układu 2D i przeprojektować poddany modyfikacji obszar [106].

Następny krok w rozwoju koncepcji planowania przedsiębiorstwa pozwolił na spojrzenie na zakład przemysłowy jako całości z uwzględnieniem procesów produkcyjnych i logistycznych w zależności od specyfiki działania zakładu. Takie podejście charakteryzowała zdolność do zmian z możliwością wykorzystania układów 2D i 3D. Kolejnym narzędziem, które pozwoliło na osiągnięcie sukcesu stało się rozwiązanie, tzw. networking stanowiący proces wymiany informacji oraz współpracy różnych zespołów jednocześnie. Dział logistyki i planowania miał ścisłe relacje z dostawcami, działem produkcji, podwykonawcami i klientami. Dla prezentacji produktu grafika i animacje odgrywały kluczową rolę, w tym tworzenie portfolio jako sposobu przedstawienia produktów zachęcającego klienta do zakupu. Pojawiło się pojęcie „zwinność procesów” polegające na integracji procesów produkcyjnych w celu monitorowania bieżących zmian [29, 91]. Zwinność można przedstawić w następny sposób:

 pełna integracja jednostek produkcyjnych biorąc pod uwagę jakość wytwarzania i niezawodność procesów,

 możliwość zapewnienia całodobowego cyklu wytwarzania oraz dostaw pod kątem dostosowywania do stref czasowych,

 wdrożenie bieżących zmian do harmonogramu produkcji,

 natychmiastowe reagowanie obiektu na eliminację zakłóceń,

 ciągłość przepływu surowców oraz półproduktów jako determinanta sprawnego funkcjonowania zakładu;

Następnym etapem można uznać odejście od projektowania jedynie wirtualnego produktu, a rozpatrywanie wirtualnego zakładu przemysłowego w całości, na którym pozostaje wyraźny wpływ projektowania trójwymiarowego oraz zwiększenia udziału wirtualizacji i robotyzacji. Odejście od produkcji masowej i skupienie uwagi na modyfikacji indywidualnych zamówień umożliwiło przejście w kierunku kastomizacji, czyli ścisłego ukierunkowania na potrzeby konsumenta. Warto zauważyć, że zmiana spojrzenia na konsumenta wywołana jest z jednej strony rozwojem koncepcji cyfrowych fabryk (w ramach koncepcji Industry 4.0), a z drugiej – zaostrzeniem norm projektowych. Pojawienie się i rozwój technologii generatywnej jako technologii projektowania pozwolił na wytwarzanie prototypów 3D i wykorzystanie inżynierii odwrotnej dla tworzenia zindywidualizowanej produkcji [15]. Pojawienie się różnych narzędzi do modelowania, wspierających proces digitalizacji zakładów przemysłowych ułatwiło planowanie przestrzenne nadając całkowicie nowy wymiar tworzenia współczesnego zakładu przemysłowego [90, 91].

3. ANALIZA PROCESU PROJEKTOWANIA