Z E S Z Y T Y N A U K O W E PO L IT E C H N IK i Si.ASKTFT Seria: A U T O M A T Y K A z .l 15
________1994 N r kol. 1251
A ntoni ŚW IĆ , K laudiusz L EN IK Politechnika L ubelska
A N A L IZ A E K O N O M IC Z N A W Y T W A R Z A N IA P R Z E D M IO T Ó W W E L A S T Y C Z N Y M S Y S T E M IE P R O D U K C Y JN Y M
Streszczenie: Przedstaw iono sposób określania celow ości obróbki przed m io tó w bez konieczności p rojektow ania dla nich procesów technologicznych. W tym celu opracow ana z o stała m etoda określania złożoności przedm iotu oraz zależność pom iędzy kosztem i czasem obróbki a złożonością, program em produkcyjnym i w ielkością partii. P okazano racjonalny obszar zastosow ania ESP.
T H E E C O N O M I C A N A L Y S IS O F P R O D U C T IO N IN F L E X IB L E M A N U F A C T U R IN G S Y S T E M S
S um m arv:T h e w ay o f definition suitability o f processing in flexible m anufacturing system s w ithout technological designing w as presented. F o r this purpose a m ethod o f defining article com plexity and price and time o f m anufacturing dépendance on product com plexity, producion program and batch qualityw ere w orked out. A reasonable and optim al area o f FM S application w as show n.
3KOHOMMHECKHÎÎ AHAJIH3 nPOH3BO^CTBA jJETAJIEfil B TUBKOM ABTOMATH3HPOBAHHOM nPOH3BO,fl(CTBE
P e 3 i O M e : n p e a c T a B n e H c n o c o B o n p e a e n e H t t a u e n e c o o 6 p a 3 H O C T H o 6 p a 6 o T K H A e T a n e f i 6 e 3 H e o ô x o a H M O C T H n p o e K T t t p o B a H H s a n a h h x T e x H o n o r t t H e c K H X n p o u e - c o B . J \ n n 3 T o r o p a 3 p a 6 o T a H M e - r o a o r t p e a e n e H M S c n o w H O C T H a e T a n e f i a T a i o x e 3 a B H - C H M O C T b M e x c a y C T O H M O C T b K ) H B p e M e H e M O Ô p a Ô O T K H a C n O X i H O C T b l O , n p O H 3 B O a - C T B e H H o f i n p o r p a M M H O H h B e a H H H H O H n a p T H H . f l o K a 3 a H a p a u H O H a n b H a a o ô n a c T b
npHMeneHHa TAIT.
1. W stęp
Przy określaniu celow ości ekonom icznej obróbki przedm iotów w elastycznym system ie produkcyjnym (E S P ) w ogólnym przypadku m ożna w yodrębnić dw a w arianty:
dla p lanow anego do obróbki zbioru przedm iotów system będzie zaprojektow any i zbudow any,
analiza p ro w ad zo n a je s t dla realnego (istniejącego) systemu. M ożliw e je s t przy tym , iż:
dla przed m io tó w istnieją bazow e procesy technologiczne obróbki (w ed łu g których były o n e obrabiane) - o p raco w an ą dla E S P technologię je s t w ięc z czym p orów nać, takich p ro cesó w nie ma, a w ięc nie m a z czym p o ró w n ać o p racow anej dla E SP technologii obróbki przedm iotów .
W obu przypadkach korzystnym jest dysponow ać m ożliw ością określenia celow ości obróbki przed m io tó w w E S P bez konieczności projektow ania dla nich p rocesów technologicznych, na przykład dla w stępnej klasyfikacji przedm iotów do obróbki.
2. O k reślen ie celow ości obróbki przedm iotów w ESP 2.1. P orów n an ie tech n ologii dla ESP i w ariantu bazow ego
N ajprostszym sposobem określenia celow ości obróbki p rzedm iotów w E S P jest p o ró w n an ie p ro cesó w technologicznych: bazow ego i opraco w an eg o dla E S P . N iezbędne charakterystyki procesu technologicznego dla E SP m ożna uzyskać w w yniku symulacji obróbki p rzedm iotów w E SP [3, 4], U zyskane dane um ożliw iają określenie kosztu obróbki (K ) i czasu (T ) dla analizow anych partii przedm iotów . P orów nanie ich z analogicznym i danymi procesu bazo w eg o daje m ożliw ość eliminacji z dalszej analizy tych g rup p rzed m io tó w , dla których param etry K i T dla procesu bazow ego są mniejsze niż dla projek to w an eg o ESP.
D la każdego z rozpatryw anych w ariantów podsystem u obrabiarek określa się koszt obróbki każdej partii przedm iotów :
Kesp = C Kp° . lp + jfCR -IPS -Ws + I K M -IP + G P K - W P (1) Wz ■UPOks 60
^esp - k oszt obróbki partii przedm iotów w ESP,
GKpo - g o d zin o w e koszty pracy podsystem u obrabiarek (przy założeniu pracy jednozm ianow ej),
W z - liczba zm ian pracy system u),
- udział podsystem u obrabiarek w kosztach całego systemu, Tp - czas obróbki partii przedm iotów w systemie,
IK R -je d n o stk o w y koszt roboczej siły,
IPS - liczba pracow ników obsługujących system,
w s - w skaźnik zm niejszenia liczby pracow ników obsługujących system w p orów naniu z bazow ym w ariantem ,
IK M - koszt jed n o stk o w y m ateriału,
IP - liczba przedm iotów w partii produkcyjnej,
G KP - koszty godzinow e eksploatacji m etra kw adratow ego pow ierzchni zajm ow anej przez system,
W P - pow ierzchnia zajm ow ana przez ESP.
Analiza ekon o m iczn a w ytw arzania przedm iotów 245
K oszt (K b ) i czas (T b ) dla w ariantu bazow ego jest równy:
K b = 1KP * IP
T b = tpz * t * IP , (2)
gdzie: 1KP - koszty je d n o stk o w e w ykonania przedm iotów , IP - liczba przedm iotów w partii,
tp z - czas przygotow aw czo- zakończeniow y, t - no rm a czasu.
P rzedm ioty, dla których Kk p > Kb i T FSP > T b , są elim inow ane, a dla pozostałych (w edług g rup obrabiarek) oblicza się:
Kr o = X K ( Z P n) i Tr o = ] T K ( Z P „ ) , (3)
U l U l
gdzie: K RO, T RO- odpow iednio koszt i czas obróbki przedm iotów na rozpatryw anej grupie obrabiarek.
P roces obróbki przedm iotów , realizow any na grupie obrabiarek, dla którego:
K = m m £ K ( Z P n) , T = m i n £ K ( Z P „ ) , (4)
U l U l
będzie najlepszy (ze w zględu na K i T).
2.2. O k reślen ie celow ości obróbki przedm iotów w ESP bez p rojek tow an ia procesu tch n ologiczn ego ich obróbki (w oparciu o jeg o złożoność)
P rzy d atn o ść przedm iotu do obróbki w E S P określa się w oparciu o je g o złożoność, przy uw zględnieniu funkcjonalnej zależności pom iędzy kosztem i czasem obróbki a złożonością, p rogram em produkcyjnym i w ielkością partii. D la przedm iotów , dla których znany je st program produkcyjny i w ielkość partii, istnieje złożoność graniczna Z p - po osiągnięciu której ich obró b k a w E SP będzie uzasadniona. D la danej klasy p rzedm iotów należy w ięc określić zło żo n o ść g ran iczn ą Z p i złożoność każdego w p ro w ad zan eg o do systemu przedm iotu.
P rzed m io t.d la którego złożoność Z je st w iększa niż Z p odpow iada w arunkom obróbki w E S P (jego o b ró b k a będzie efektywna).
Przeanalizow ano m etody określania złożoności przedm iotów , stosow ane przy ich d o b o rze do obróbki na obrabiarkach sterow anych num erycznie i któ re m o żn a by adaptow ać dla w a ru n k ó w E S P [1, 3], O kazuje się, że każda z m etod akcentuje pew ne inne w łaściw ości złożoności. P rzyrosty złożoności nie są w ięc jed n ak o w e dla różnych m etod.
P rzew ażn ie z ło żo n o ść części określana jest w oparciu o jed en lub dw a w skaźniki (lab. 1.)
D ecyzja o ob ró b ce przedm iotu w E S P nie pow inna być podejm ow ana na podstaw ie je d n e g o lub d w óch w skaźników , subiektyw nej oceny człow ieka. P rzeanalizow ane m etody nie n adają się do oceny przydatności przedm iotów do w ytw arzania w E SP. K onieczne je s t w ięc o p raco w an ie now ej m etody.
Jak w iadom o, n a każdej stronie części m ożna w ydzielić następujące elem enty:
płaszczyzny, o tw o ry i gw inty. Z ło żo n o ść części je s t w ięc sum ą złożoności tych elem entów . A naliza pokazała, że na stopień złożoności składow ych elem entów w pływ ają następujące czynniki:
Płaszczyzny: - chropow atość, - dokładność, - w ym iar w osi X, - w ym iar w osi Y.
O tw ory: - średnica, - długość, - chropow atość, - stosunek l/d, - przelotow ość.
Gw inty: - profil gw intu, - średnica, - skok, - długość.
O kreślają o n e czas w ytw arzania dla danego składow ego elem entu przedm iotu, przy tym czas g łó w n y w w iększym stopniu określany jest chro p o w ato ścią i w ym iaram i gabarytow ym i, a czas pom ocniczy liczbą elem entów i dokładnością. D latego m ożna założyć, ze z ło żo n o ść przedm iotu je st pro p o rcjo n aln a do czasu w ytw arzania.
2.3. O k reślen ie racjon aln ego obszaru zastosow ania ESP
D la w szystkich elem entów technologicznych przedm iotu w całości trzeba w ięc określić czas w ytw arzania, który będzie określać złożoność przedm iotu.
Jak w iadom o, koszt i czas obróbki zależą od w ielkości prog ram u p ro dukcyjnego i liczby p rzedm iotów w partii.
P ro ces obróbki p rzedm iotów m ożna przedstaw ić ja k o system , m odel k tó reg o pokazany je st na rys. 1.
param etry w ejściow e
Z — >
p N 0 — >
parametry w yjściow e
Rys. 1. M odel system u obróbki w E SP Fig. 1. M odel o f m anufacturing process in FM S
gdzie: R O - g ru p a obrabiarek zastosow anych w procesie, Z- zło żo n o ść obrabianych
p rzedm iotów , P - program produkcyjny, N - w ielkość partii, O - o toczenie ( aktualne w arunki organizacyjno - ek onom iczne i techniczne), K - koszt obróbki przedm iotu, T - czas obróbki,
N ajlepszym będzie proces obróbki, w w yniku którego uzyskany b ędzie m aksym alny efekt (K m in, T m in). Jakość tego efektu określają param etry w ejściow e (R O , Z, P, N , O)
Analiza ekon o m iczn a w ytw arzania przedm iotów
Param etry w yjściow e K i T tylko w rzadkich przypadkach m o g ą jed n o cześn ie przyjm ow ać w artości o dpow iadające m aksym alnem u efektow i. Zw ykle byw a tak, że w artości zm iennych (RO , Z, P, N, O), dla których uzyskuje się najbardziej odpow iednie w artości jed n ej zm iennej, nie p o zw alają uzyskać takich dla drugiej. W tych przypadkach m aksym alny efekt uzyskuje się przy kom prom isow ych w artościach zm iennych w ejściowych.
T abela 1 P orów nanie m etod obliczania złożoności
N azw a lub num er m etody
M eto d a I [1]
M etoda pro p o r
cjonalności z ło żoności przed
m iotu do liczby przejść
M etoda
"w agow a"
M etoda
"bloków i skła
dów "
Z najo m o ść technolog. nie tak tak nie
Z ło żo n o ść
opanow ania m etody bardzo prosta prosta prosta trudna
Jednostki, w których obliczana je st
złożoność
um ow ne liczba przejść um ow ne um ow ne
P raco ch ło n n o ść
obliczeń bardzo mała mala m ała średnia
A nalizow ane param etry przedm iotu
Ra liczba przejść R a, liczba
przejść
w łaściw ości geom etryczne w niew ielkim stopniu, R ^ tolerancja, gabaryty
O cen a w artości zm iennych w ejściow ych, odpow iadających najodpow iedniejszem u procesow i obróbki, sp ro w ad za się do analizy funkcji
K = f (R O , Z , P , N , O)
T = f (R O , Z , P , N , O) (5)
P aram etry R O i O to param etry jakościow e; są one dyskretnym i w ielkościam i i dlatego ukazane w yżej funkcje dla analizow anego zbioru przedm iotów (Z P n ) i zbioru obrabiarek (R O m ) są o kreślane zbiorem m ożliw ych ich realizacji.
N ajkorzystniejszy dla partii przedm iotów będzie proces realizow any na grupie obrabiarek R O j= b , zapew niających uzyskanie lepszych w yników niż dla procesów technologicznych realizow anych na pozostałych grupach obrabiarek.
K i*b - K i=b = AK>0
Ti*b - T i=b = AT>0 (6)
Jednocześnie p roces pow inien być realizow any przy w artościach Z, P, N takich,że:
^ i= b (Ki=b)min Tj=b ~ * (Ti=b)m in
P aram etry (Z, P, N ), spełniające w arunki (6), określają racjonalną przestrzeń zastosow ania w ybranej grupy obrabiarek.
F u n k cje (6 ) należy b udow ać w oparciu o dane przem ysłow e konk retn eg o przedsiębiorstw a, p oniew aż naw et p odobne organizacyjne, ekonom iczne i techniczne d an e (O ) dla różnych przedsiębiorstw nie dają podstaw y do tw ierdzenia, że w yniki produkcji b ęd ą je d n a k o w e - takie sam e w artości zm iennych w ejściow ych nie dają identycznych w yników procesu obróbki. S p o w o d o w an e je st to oddziaływ aniem szeregu czynników (na przykład dośw iadczeniem ), których nie daje się w yrazić w form ie liczbowej. D ecyzji zw iązanych z d oborem obrabiarek i w aru n k ó w obróbki w jednym przedsiębiorstw ie nie m o żn a p rzenosić do innych.
O kreślenie racjonalnego obszaru zastosow ania w zajem nie zam iennych technologicznie obrabiarek (E S P i produkcji bazow ej) sprow adza się do analizy zbioru w ejściow ych danych, spełniających zależności (7).
AK = Kb - K ESP > O
AT = T b - Te s p> 0 . (7)
P aram etry (Z, P, N ), dla których spełniony je st w arunek AK > O i AT > 0 określają racjonalny o bszar zastosow ania ESP.
O kreśliw szy (analitycznie lub graficznie), dla analizow anego E S P i rodzaju przed m io tó w o znanym program ie produkcyjnym i wielkości partii, racjonalny obszar, m o żn a określić p rzydatność przedm iotów do obróbki, bez konieczności o p raco w y w an ia procesu technologicznego.
Dla przykładu dla elastycznego systemu, składającego się z d w óch cen tró w obróbkow ych typu C 2H , określono sposobem graficznym racjonalny o bszar zastosow ania przy w ytw arzaniu części korpusow ych o różnej złożoności, zm ieniając liczbę p rzedm iotów w partii i program produkcyjny.
P ełny racjonalny o bszar zastosow ania ESP je st częścią w spólną obszaru co do kosztu i pracochłonności obróbki. D la p okazanego przykładu je st to o b szar ogran iczo n y z dołu p ow ierzchnią A B C D E - rys.2.
3. W n iosk i
1. O p raco w an a została m etoda pozw alająca określić przydatność części do o bróbki w E SP bez o p raco w y w an ia procesu technologicznego (określa się zło żo n o ść przedm iotu i p o ró w n u je z w artością graniczną). M o żn a j ą w prosty sposób przedstaw ić w form ie p rogram u
Z.
Analiza ekon o m iczn a w ytw arzania przedm iotów
k o m p u tero w eg o w spółpracującego z bazą danych o przedm iotach korpusow ych. M im o ż e je s t to m etoda p ro s ta ,to uzyskane wyniki są dość dokładne (jest dokładniejsza od m etod, które znalazły zastosow anie przy d oborze przedm iotów dla obrabiarek sterow anych num erycznie, poniew aż uw zględnia w ięcej czynników określających złożoność części).
2. O kreślenie złożoności przedm iotu w edług opracow anej m etodyki pozw ala określić racjonalny o bszar zastosow ania ESP ze w zględu na pracochłonność i k o szt obróbki. Analiza racjonalnego obszaru prow adzi do następujących w niosków : -o b ró b k a m ałych partii p rzedm iotów o niew ysokiej złożoności w ESP jest efektyw na tylko przy dużym program ie produkcyjnym , -przedm ioty o dużej złożoności m ożna efektyw nie obrabiać w E SP naw et przy niew ielkim program ie produkcyjnym .
3. N a p odstaw ie zadanej złożoności Z, w oparciu o racjonalny obszar, m ożna określić w ielkości N i P, przy których obró b k a jest opłacalna.
Rys.2 .G raficzna interpretacja racjonalnego obszaru stosow ania elastycznego systemu p rodukcyjnego i obrabiarek konw encjonalnych
Fig.2. G raphical interpretation o f optimal area o fF M S and conventional technological m achines application
L IT E R A T U R A
[1] B ed n arek M ., B orow ski J., D w orczyk M ., W ąs A.: O brabiarki sterow ane num erycznie.
P odstaw y eksploatacji. W N T, W arszaw a 1985, s.267.
[2] C anada J.r., Sullivan W .G .: E conom ic and M ultiattribute Evolution o f A dvanced M anufacturing systems E nglew ood Cliffs, N ew Jersey:Prenfice Hall 1989.
[3] Św ić A., K uszew ski K.: D o b ó r przedm iotów klasy "korpusy" do obróbki w elastycznym system ie produkcyjnym . K onferencja N aukow o-T echniczna: T endencje R o zw o jo w e w T echnologii M aszyn, Z ielona G óra, Wyd. W SI w Zielonej G órze, 1990, s .3 1-36.
[4] Św ić A.: W pływ struktury podsystem u obrabiarek na efektyw ność obróbki w elastycznym system ie produkcyjnym . Zeszyty N aukow e A G H , nr 1313, s. A utom atyka, z.49, s.331- 339.
R ecenzent: P rof.dr inż. H enryk K ow alow ski W płynęło do R edakcji do 3 0 .0 4 .1994r.
A b s tr a c t
ln o rd e r to define econom ical suitability o f processing in flexible m anufacturing system s (F M S ) w e can single o u t tw o variants:
- for g ro u p o f objects to be m anufactured the system will be projected and built, - the analysis for actual system is perform ed.
T h ere are som e possibilities:
- th ere exist base technological procesess for the articles (it have been m anufactured - w e can co m p are FM S technology w ith an o th er one),
- th ere are not such procesess - w e can't com pare FM S technology w ith an o th er one.
It is profitable to have possibility o f defining suitability o f FM S proceses w ith o u t technological designing.
T he w o rk ed o u t m ethod allow to:
- define suitability o f m anufacturing in FM S - com parision FM S technology and th e base one, - define suitability o f m anufacturing in FM S w ithout technological designing.
F o r this purpose a m ethod o f defining article com plexity and price and tim e o f m anufacturing dépendance on p ro d u ct com plexity, producion program and batch qualityw ere w o rk ed out. A reasonable and optim al area o f FM S application w as show n.
