Optimalizace výrobních procesů a virtuální továrna Snaha optimalizovat jednotlivé fáze výrobního procesu a celý proces postupným upravováním reálného prototypu, přizpůsobováním požadovaných strojních kapacit a následně vytvářenými lidskými kapacitami je časově i finančně náročná a jen zřídka lze vyhovět požadavku komplexního posouzení všech relevantních aspektů. Optimální řešení je více než sporné. Při hledání optimálního návrhu výrobního procesu a výrobní základny proto nachází virtuální modelování produktů a procesů v nejobecnějším slova smyslu neustále nové možnosti uplatnění. K jeho nezpochybnitelným výhodám patří především úspora času i nákladů a především flexibilita navrženého řešení. To nabývá na důležitosti vždy, když se změní vstupní podmínky či požadavky na výstup. Stále širšímu uplatnění simulací výrobního procesu napomáhá stále se zvyšující množství dat ze všech jeho oblastí a jejich relativně snadná dostupnost spolu s rozšiřující se nabídkou a možnostmi potřebného softwaru na straně jedné. A též neustálý tlak na snižování nákladů, zkracování času od návrhu výrobku až po jeho uvedení na trh a vysokou flexibilitu procesu na straně druhé. Díky virtuálnímu modelování lze snáze zohlednit i navzájem protichůdná hlediska, kterým by měl návrh procesu vyhovovat. Například zajištění nezbytné flexibility výroby komplikuje požadované vytížení kapacit nebo dosažení nutné úrovně produktivity. Vhodná simulace vlastností výrobku a požadavků na něj kladených z hlediska požadované přesnosti, kvality a nákladů na jeho zhotovení je východiskem pro optimalizaci navrhované technologie. Na tomto základě lze potom dospět k simulaci výrobních a hospodářských aspektů celého procesu a dosáhnout jejich podložené optimalizace. Lze rychle a s relativně malými náklady odpovědět na otázky, jak a zda vůbec je možné minimalizovat výrobní a investiční náklady, bude-li dosažen požadovaný objem produkce. Co se stane, změní-li se definované vstupy nebo požadované výstupy, mohou- li být redukovány zásoby, jaké kontrolní mechanismy je nejlepší zvolit. Co mohou způsobit špičky či poruchy v jednotlivých fázích výrobního procesu, jaké existují alternativy ke zvolenému plánovacímu procesu atd. Virtu ální tov árna Metody simulace výrobních procesů se počaly vyvíjet na základě tlaku velkých firem, činných především v automobilovém a leteckém průmyslu, kde bylo možno pro tento účel uvolnit potřebné prostředky a kde snáze vytvořily týmy specialistů, schopných se této problematice věnovat, respektive navržená řešení do procesu zavést. Pro ilustraci lze uvést návrh montáže čerpadel CP3 ve firmě Bosch (obr. 1), 3D virtuální simulace montážních procesů s využitím simulované postavy pracovníka na pracovištích firmy Ford (obr. 2) – jen pro zajímavost, program pohybů postavy zahrnuje i analýzu pohybů prstů – nebo založení nezávislé digitální laboratoře Škoda v letošním roce. Její náplní budou nové digitální technologie a řešení. Optimalizace a simulace výrobních procesů vyžaduje práci s velkým množstvím dat a bez specializovaných programů není reálně řešitelná. Jejich vývojem se zabývají buď malé, úzce specializované subjekty, anebo velké firmy s dlouhou tradicí vývoje softwaru pro průmyslové využití. Možnost virtuálně definovat, plánovat, vytvářet, monitorovat a řídit výrobní procesy nabízí pro průmyslové využití např. vybrané soubory programů Autodesk, Siemens PLM Software souborem programů Tecnomatix Plant Simulation, Jack a Process Simulate Human, programy Simul8 společnosti Simul8 corp., Dassault Systèmes soubory Delmia a řada dalších (obr. 3, 4). Jejich smysluplné využívání, zahrnující dostatečná vstupní data, vhodně formulovaný výstup a analýzu výsledků, vyžaduje kvalifikovaný tým spolupracovníků. Je jen logické, že i Výzkumné centrum strojírenské výrobní techniky a technologií (RCMT) chce být připraveno na očekávanou poptávku a připravuje část svých výzkumně- vývojových kapacit na kompetentní využívání těchto programů ve prospěch zákazníků z českého strojírenského průmyslu. Optimalizace výro bních proces ů a materi álov ých tok ů Zmíněné programy dovolují modelovat a simulovat výrobní systémy a procesy v nich probíhající. Mohou optimalizovat tok materiálu, využívat zdroje a logistiku pro všechny úrovně plánování od výrobních linek až po globální výrobní závody. Vytváří objektově orientované modely s hierarchií a odkazy, správu knihoven a objektů, provádí optimalizace pomocí genetických algoritmů, mohou simulovat a analyzovat spotřebu energie a provádět automatickou analýzu výsledků simulace a jejich verifikaci. Jsou schopny modelovat pracovníky z hlediska kapacity i ergonometrie nebo dopravu z hlediska kapacit a způsobů realizace. Mohou ověřit proveditelnost montážního procesu nebo výrobního procesu validací dostupnosti a odstraněním kolizí. Takřka neomezené schopnosti simulačních programů splnit požadavky uživatele na rozsah a kvalitu výstupu jsou současně podmíněny rozsahem nezbytných vstupů, které uživatel musí specifikovat – např. limit zásob nebo statistiky poruchovosti. Práce prov áděné ve Výzkumném centru strojírenské výro bní techniky a technologie Postupně získávané znalosti v dané problematice již byly ověřeny na několika modelových projektech. Prvním byla třídicí a kalibrační linka s netříděným vstupem a s výstupem komponent tříděných dle typu a hmotnosti v rámci požadovaného počtu každé komponenty. Výsledkem je zlepšení poměru hmotnost netříděného vstupu/hmotnost vystupujících komponent. Druhá, toho času rozpracovaná úloha se zabývá vytvořením modelu výrobního závodu společnosti, věnující se zakázkové výrobě výrobních linek. Výrobu charakterizuje velký počet typů součástí, vyráběných ve velmi malých dávkách. Bylo nutno prověřit veškeré výrobní procesy, počínaje technologickou přípravou výroby přes plánování, logistiku až po jednotlivá výrobní pracoviště. Cílem je postavit fungující model, navrhnout úpravy strojního parku co do počtu strojů a jejich rozmístění. Model výroby musí umožnit volbu počtu a pořadí zakázek, optimalizovat přípravu materiálu a logistiku polotovarů, predikovat možné poruchy jednotlivých strojů na základě znalosti jejich stáří a generovat náhradní trasy výrobků při jejich poruše, náhodně generovat vznik neshodných dílců a řešit výrobu náhradního kusu. Další projekt analyzuje kapacitní možností stávajícího stavu konkrétní strojírenské firmy. Obsahuje vytvoření modelu dle dispozic uživatele a jeho verifikaci včetně simulace různých stavů výroby. Vytížení jednotlivých pracovišť charakterizuje velikost fronty čekajících zakázek (obr. 5). Model zahrnuje třídění vstupních technologických dat, návrh a realizaci logiky fungování virtuálního modelu výrobního závodu včetně modelu dílčích pracovišť, jejich kapacitní vytížení a modelu mezioperační dopravy. ZÁVĚR Tímto článkem se uzavírá cyklus, věnovaný aktivitám RCMT, výzkumné profesionální základny českého průmyslu strojírenské výrobní techniky. K jejím hlavním úkolům patří výzkum nových řešení a nových perspektivních technologií blízké budoucnosti. Snahou bylo poskytnout odborníkům z řad technické veřejnosti alespoň rámcový obraz o aktivitách, kterým se RCMT věnuje a hlavně, také informace o tom, v čem by jeho specialisté mohli firmě čtenáře pomoci. Redakce Technického týdeníku nadále zůstává v kontaktu s RCMT a o novinkách bude čtenáře informovat. Ing. Petr Borovan
