SIMULACIJA MONTAŽE Uporaba simulacije za optimiranje proizvodnega procesa vpenjalnih naprav Mihael DEBEVEC, Hugo ZUPAN, Andrej GORNIK, Klemen KASTELEC, Hubert KOSLER, Niko HERAKOVIČ Izvleček: V procesu montaže vpenjalnih naprav za robotizirane sisteme je bilo potrebno optimirati čase izdelave, vmesne zaloge, izboljšati zanesljivost dobave ter znižati stroške proizvodnje. V okviru prizadevanj za doseganje teh ciljev je bila uporabljena simulacija procesa montaže v virtualnem okolju. Na osnovi popisa montažnega procesa vpenjalnih naprav je bil razvit simulacijski model, ki je bil osnova za optimizacijo procesa. Preglednost projektov pri montaži vpenjalnih naprav se je tako povečala, zastoji, časi čakanja in mrtvi časi so se skrajšali, določiti pa je bilo mogoče najbolj optimalne roke izvedbe proizvodnih planov. Zaradi natančnejšega napovedovanja potreb po materialu se je izboljšalo tudi stanje v skladiščnem poslovanju. Ključne besede: simulacija, montaža, modeliranje, optimizacija, posamična proizvodnja ■ 1 Uvod V proizvodnji se nenehno srečujemo z vprašanjem optimizacije procesov. V želji po zniževanju stroškov, krajšanju časov izdelave in zanesljivosti proizvodnih procesov, še posebno procesa montaže, kjer na njegovo optimalno izvedbo vpliva veliko različnih parametrov, je izvedba procesa montaže v virtualnem okolju oziroma uporaba simu-lacijskih orodij vedno bolj potrebna in tudi učinkovita [1, 2, 3]. Simulacija je zelo uporabno orodje, ki podjetjem omogoča vnaprejšnje testi- Dr. Mihael Debevec, univ. dipl. inž., mag. ing. Hugo Zupan, oba Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo; Andrej Gornik, univ. dipl. inž., Klemen Kastelec, univ. dipl. inž., Hubert Kosler, univ. dipl. inž., vsi Yaskawa Slovenija, d. o. o., Ribnica; izr. prof. dr. Niko Herakovič, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo ranje različnih variant proizvodnih planov in odkrivanje potencialnih zastojev še pred dejansko izvedbo v proizvodnji. Velika prednost simulacije je tudi ta, da ne porablja nič materiala, energije in sredstev, ampak samo podatke. Rezultati simulacije v virtualnem okolju omogočajo, da proces natančneje spoznamo, lahko bolje organiziramo proizvodnjo -montažo samo, odpravimo zastoje in s tem mrtve čase. Simulacija zahteva razvoj simulacij-skega modela, ki je zasnovan tako, da je v delovnem procesu mogoče enostavno parametrizirati število razpoložljivih delavcev. Z izvajanjem simulacije lahko zelo hitro pridobimo podatke o trajanju montaže za različne proizvodne plane, ki obsegajo različne nabore projektov. Model tako planerjem omogoča, da vnaprej in le v nekaj sekundah pridobijo odgovor o trajanju montaže za določen proizvodni plan z upoštevanim številom delavcev in tako dobijo hiter vpogled, kako se vplivni faktorji odražajo na trajanju montažnega procesa. V modelu so izdelani ustrezni indikatorji, ki omo- gočajo nazorno spremljanje trenutnih podatkov o stanju proizvodnje za vsak posamezen projekt. Po posebnem izpisu je mogoče spremljati čase predvidenega zaključka projektov in čase čakanja operacij pred posameznimi montažnimi mesti. Algoritem v simulacijskem modelu obenem tudi predvidi dve zelo pomembni veličini: čas najzgodnejšega možnega začetka montaže posameznega projekta in predviden zaključek montaže projekta. Optimizacija montažnega procesa s simulacijo vključuje tri ključne dele: - popis procesa montaže vpenjal-nih naprav, - razvoj simulacijskega modela, - optimizacija procesa na osnovi simulacije. ■ 2 Popis procesa montaže Dejanski proces montaže vpenjal-nih naprav vključuje naslednja delovna mesta (slika 1): - mehanska montaža (5 delovnih mest), 378 Ventil 21 /2015/ 5 SIMULACIJA MONTAŽE Slika 1. Shema montažnega procesa vpenjalnih priprav - merilnica (1 delovno mesto), - montaža elektroopreme (2 delovni mesti), - montaža pnevmatične opreme (2 delovni mesti), - testiranje (1 delovno mesto za elektrotestiranje in za testiranje mehanskega + pnevmatičnega dela). Proces montaže se začne tako, da skladiščnik dostavi vozičke s potrebnim materialom in dokumentacijo za montažo poleg delovnih mest mehanske montaže. Mehansko sestavljeni sklopi nato potujejo v merilnico, da se z meritvami preveri natančnost naprav. Po merjenju se sklopi najprej nadgradijo s pnevmatično-hidra-vlično in nato še z elektroopremo. Montaža se zaključi s testiranjem delovanja sestavljene naprave, najprej električnega, nato pa še mehanskega in pnevmatičnega dela. Proces montaže smo natančno popisali, kar nam je služilo za osnovo pri gradnji simu-lacijskega modela. ■ 3 Razvoj simulacijskega modela V prvem koraku smo oblikovali logični model, ki smo ga razvili na podlagi teoretičnih izsledkov in natančno popisuje dejanski proizvodni proces na petih zaporednih delovnih mestih. Logični model sledi osnovnemu principu virtual-ne tovarne, ko dejanski sistem preslikamo v računalniško okolje [1, 2, 3, 4]. Model vključuje opis vhodnih veličin, kot so podatki o proizvodnem planu in podatki o materialnem toku, številu projektov, številu virov itd. Izhodni podatki so rezultati simulacije (slika 2). Logični model procesa montaže (slika 2) zajema vse pomembne dejavnike, ki odločujoče vplivajo na izvajanje procesa montaže, med katere štejemo prostorske Slika 2. Logični model procesa montaže Slika 3. Videz simulacijskega modela za obravnavani proces montaže Ventil 21 /2015/ 5 379 SIMULACIJA MONTAŽE odvisnosti, kapacitete, procesne in transportne čase itd. V modelu prav tako kot v dejanskem sistemu veljajo ustrezne relacije med podatkovnimi strukturami. Na osnovi logičnega modela je bil razvit simulacijski model (slika 3), za kar smo uporabili uveljavljeno objektno orientirano programsko orodje Tecnomatix Plant Simulation [5], ki temelji na simulaciji diskretnih dogodkov. Pri razvoju smo se opirali na dobre praktične izkušnje pri gradnji simulacijskih modelov [6, 7, 8]. Model montaže vpenjalnih naprav je zasnovan tako, da omogoča neposredno uporabo vhodnih podatkov z naborom projektov, kar je v osnovi namenjeno za dejansko montažo. Bistvena značilnost modela je v tem, da je razvit parametrično in omogoča enostavno spreminjanje števila razpoložljivih delavcev v procesu montaže [9]. Za namen optimizacije je v model vgrajenih več indikatorjev in izpisov, ki pri izvajanju simulacije sproti kažejo stanje predvidene montaže v grafični ali tekstovni obliki (slika 2). ■ 4 Optimizacija s simulacijo Podatke o stanju v proizvodnem procesu za vsak posamezen projekt je mogoče spremljati po vgrajenih indikatorjih. Izdelan je tudi poseben izpis (slika 4), na katerem lahko nazorno spremljamo čase predvidenega zaključka posameznih projektov in čase čakanja na začetek izvajanja operacije pred posameznimi montažnimi mesti. Z vgrajenimi algoritmi simulacijski model natančno predvidi tako čas najzgodnejšega možnega začetka montaže posameznega projekta kot tudi predviden zaključek montaže projekta. Za namen optimizacije procesa montaže lahko z nastavljenimi parametri v nekaj sekundah dobimo odgovor, kako bo montaža predvidoma potekala. Z optimizacijo na osnovi simulacije več variant dobimo odgovor, katero inačico proizvodnega plana je priporočljivo izbrati, da se v čim večji meri izognemo zastojem v proizvodnji. Preko napovedi začetka posameznih projektov sprotno pridobimo podatek, kdaj mora biti vhodni material pripravljen za vgradnjo, kar je zelo uporabna smernica za skladiščnike. ■ 5 Sklep Namenski simulacijski model za montažo je bil razvit za podjetje YASKAWA SLOVENIJA v laboratoriju LASIM na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani z namenom izboljšanja načrtovanja proizvodnega procesa vpenjalnih naprav in s tem odprave zastojev pri njihovi montaži. Z uporabo simulacijskega modela montaže je podjetje izboljšalo pregled nad izvajanjem projektov pri montaži vpenjalnih naprav, naredili so velik napredek pri odpravljanju zastojev, eliminaciji časov čakanja in mrtvih časov ter določitvi najop-timalnejših rokov izvedbe proizvodnih planov. S pomočjo simulacije lahko podjetje enostavno izdela napoved predvidenega dokončanja izdelkov glede na razpoložljive kapacitete, kar predstavlja veliko pomoč prodajnikom pri izdelavi ponudb. Poleg tega se je zaradi napovedovanja potreb po materialu izboljšalo stanje v skladiščnem poslovanju, ker so termini potreb po materialu veliko bolj natančno določeni. Predstavljeni simulacijski model je razvit na tak način, da ga je mogoče adaptirati za drugo vrsto proizvodnje, za drugačne proizvodne parametre ali za drugačen tip proizvodnje. In na podlagi zahtev je mogoče simulacij-ski model adaptirati z želenimi kazalniki ali dograditi algoritme, ki sprotno kažejo parametre med izvajanjem simulacije proizvodnega procesa. tdl n mi v -11 VUfH W. » rti. LU® ■A! MfcTHOUMRU UWU ¿citjKj^iin-ttrtrfari -lilm iHw? tuiles .-t i :i : ,-n u ; i-. !±l lûti ^¡w^eweeùew -T- llteT.' f »u- Ji.Wd-ji- runu.' xi ifi'Mfn'V B"IÍTWI îfMfi:|WÛMirM.ÎÏ»& xmR/MQC-WKLCKKú :-: I ifKfiit Vri». Kl M» m >f) I|7 3 80. DOK1 K11fl A ■». ». M DO» KMWIHJHjJLfüí. j* n/o¿fz * c i1 m x .«uc kh iVIMJCVH IV mi pHCfVL* u r■IZM/K. SHJ:IM;™ K'lTX.H.rx [XI 5" K «« ¡3 ■' M .WuOE í- >T3 j» ¡j/c-.r: 12 m wi sj:. «ra Mjiém_ taiWfu LI^SMIM SltítfMttt U Jpï.-.ttfcV l>M O.ttlt ■» Itn Siil^dH^ír* epi pii-mm:- :-. ti-ÍH'Wijvr i+iw. tcaíi l-y^'.-T u*,.*. ?. i MI ^Í-IAIM.4 aiwwnrnrr wan Mi'fh^ti*^ « n.i 1 1 uhj .7 cu" O»if H UTO—«■_! CftütiwLFPj/1-1 HJU_0»_C#«H frrfH^U íf »¡K u-ziLo4 ■ >aj¡C*_C*a 1* u ú ULKC' L'JI.-'J um;« a me« arreo rtfsa J.JUUJ inyn 1 lM iafcü :■ 3HT1 i Ï IÏI >wra zfupWHOhi* sjuin a i:f|-¡-.í. iST Hi ». C is a cot*»: ■»■£+. UMIH I 2s¡-iV It» ■5 DOW ù do» l'H-ZJMJW I i; •43.111.'' XTWQ ' ir?p ff li— .r*4._______i " ■ fccrkS^ ntird iw ió* c a ■ i h< » Wü/, M» >.31ï.si>rtlDC.H:.'a£>0«l 1 l.:i:WkH»0 - rt- rCTV&J^iiTt-ti-JMErJ. JMViiD I] «.^«! XLimn UJlilUOKI D Ji Pi.W/JTi ■ W1 KLVUrU Hr-ZI M.0MC' + rt-Hrtr-" t- J1 1AJ ¿ .WO.-J. iSfl Vi J*.* fli' 'A' 'J-A1 -ILÎfi^ïi I UI-WlOX'/ l fH.l^i Ft-Wt.x ^.fllAW üfci .tlWID:- :t-.'jjíwri .tlHíT.-rt 1 l-£l.lQ.|H» - m.iid l^-mïiji^'iTiû^j-^-.i. 11 ri m tm r Ui^hu I*'-UK-Jí ■■H-nti.fLJJ*--1, .taiKi i ir nrtrtnm ÎII^T^III-71 «inWi « pfciO^U!»-!-. ami. ít!^:« i i-4i!,«i#tp n Mrs* "nnifif-ijMï-.i; .TT:-..hra.titf.iTJ>6ÙÙX Jcivirr/Jn-I.^a» H.UJTO U.UH.Í Jnt'.rtití * SfrU^fc M H 4t-.4a1r.4iu1 .lUJ-niruvi n rmvi pt-K-.-çy-ïrrtPi ¡ IJ^ SOi'ftCM 0 C4ÛD ÜIJCLD ü I.W.1.1 nnmj 0«« íi« t-'E- » lí OSO t- XL r. K. J7 «J (..- ' ? ri/v, OUCIO CJKT ju it-11 ^.m 13 heh.EI4.H4 71 ?7:VJ1CIIU) » n^ i i II VU *? W! X.1MÍJ tj ■o.fEtr »irj.wsw i^LhiH I^hii: hW II I i Ufalllî uMII.ll uh i L M rotk 11 !T ■JM-JLIC- Slika 4. Primer izpisa rezultatov simulacije 380 Ventil 21 /2015/ 5 Projekt razvoja simulacijskega modela in uporabe rezultatov v dejanski proizvodnji je hkrati tudi primer dobrega sodelovanja med podjetjem in raziskovalno institucijo. Literatura [1] Debevec, M., Šimic, M., Hera-kovič, N.: Virtual factory as an advanced approach for production process optimization, International journal of simulation modelling 13(2014)1, str. 66-78. [2] Mavrikios, D., Papakostas, N., Mourtzis, D., Chryssolouris, G.: On industrial learning and training for the factories of the future: a conceptual, cognitive and technology framework, Journal of Intelligent Manufacturing 24(2013)3, str. 473-485. [3] Negahban, A., Smith, J. S.: Simulation for manufacturing system design and operation: Literature review and analysis, Journal of Manufacturing Systems 33(2014)2, str. 241-261. [4] Yang, Q., Wu, D. L., Zhu, H. M., Bao, J. S., Wei, Z.H.: Assembly operation process planning by mapping a virtual assembly simulation to real opera- tion, Computers in Industry 64(2013)7, str. 869-879. [5] Tecnomatix Plant Simulation. (http://www.plm.automation. siemens.com/en_us/produc-ts/tecnomatix/plant_design/ plant_simulation.shtml) [6] Bangsow, S.: Manufacturing simulation with Plant Simulation and Simtalk: Usage and Programming with Examples and Solutions, Heidelberg: Springer, Berlin, 2010. [7] Debevec, M., Črep, G.: Opti-miranje zalog polizdelkov za hladilnike preko računalniškega modela in simulacije diskretnih dogodkov, Ventil 19(2013)1, str. 42-48. [8] Zupan, H., Debevec, M., Hera-kovič, N.: Doseganje optimalnih zalog v skladišču s sledenjem stanja zalog z uporabo simulacije, Ventil 20(2014)1, str. 26-31. [9] Zupan, H., Debevec, M., Pipan, M., Šimic, M., Kos, A., Adrovic, E., Herakovič, N.: Simulacijski model za spremljanje proizvodnje JIGov: razvito za podjetje Yaskawa Slovenija d. o. o.: navodila za upravljanje : poročilo o rezultatih raziskovalnora-zvojnega dela na projektu, UL, FS, LASIM, Ljubljana, 2015. Using simulation to optimize the production process of clamping devices Abstract: In the assembly process of clamping devices for robot systems, it was necessary to optimize the production times, intermediate stocks, improve supply reliability and reduce production costs. In an effort to achieve these goals, simulation of the assembly process in a virtual environment was used. On the basis of the assembly process of clamping devices description a simulation model was developed and it was further used as the basis for process optimization. The transparency of the projects of the clamping devices assembly has thus increased, congestion, waiting times and dead times have been reduced and it became possible to determine the optimal execution deadlines of production plans. Because of the detailed forecasting of material demands the situation in the storage management has improved. Keywords: simulation, assembly, modelling, optimization, make-to-order production Si MULACUAMONTAŽE Rexroth IeanProductsi n) BOSCH OPL automation OPL avtomatizacija, d.o.o. Dobrave 2 SI-1236 Trzin, Slovenija Tel. +386 (0) 1 560 22 40 Tel. +386 (0) 1 560 22 41 Mobil. +386 (0) 41 667 999 E-mail: opl.trzin@siol.net www.opl.si Ventil 21 /2015/ 5 381