E. Michlowicz: IMW–Inżynieria maszyn wytwórczych W01: Wstępny. System
produkcyjny
1
WYKŁAD 1
WYKŁAD WSTĘPNY.
SYSTEM PRODUKCYJNY
WYKŁADY IMW
2012/2013
Wykład 1: Wstępny, cele, program, literatura, podstawowe pojęcia
inżynierii, system produkcyjny
Wykład 2: Charakterystyki mechaniczne napędu, momenty oporu, dobór
napędu w układach elektromechanicznych (UEM)
Wykład 3: Wybór rozwiązania projektowego dla realizacji zadania
Wykład 4: Modelowanie układów dynamicznych
Wykład 5: Modelowanie mechanizmu podnoszenia
Wykład 6: Modelowanie mechanizmu jazdy
Wykład 7: Struktury systemów przepływu materiałów
Wykład 8: Analiza układów z elementem pojemnościowym
Wykład 9: Analiza stanów w układach z buforem
Wykład 10: Układy z obiegiem kołowym
Wykład 11: Układy otwarte i zamknięte. Struktura, parametry. Wskaźniki
jakości działania układów.
Wykład 12: Sterowanie przepływami w systemach produkcyjnych
Wykład 13: Inżynieria i logistyka produkcji
Wykład 14: Charakterystyka zintegrowanych systemów klasy MRP i ERP
Wykład 15: Relacje pomiędzy procesem technologicznym a własnościami
urządzeń realizujących proces
Ćwiczenia projektowe:
Inżynieria mechaniczna i materiałowa
PRZEDMIOT OBIERALNY – profil dyplomowania
INŻYNIERIA MASZYN WYTWÓRCZYCH
Studia I-go stopnia SEM. : VI - 2011/12
Prof. dr hab. inż. Edward MICHLOWICZ
michlowi@agh.edu.pl
B4 / p.210
E. Michlowicz: IMW–Inżynieria maszyn wytwórczych W01: Wstępny. System
produkcyjny
2
P1. Dobór napędu dla kilku wybranych urządzeń oraz wybór najlepszego
rozwiązania (metodą radarową).
P2. Analiza dynamiczna wybranego mechanizmu (jazdy, podnoszenia).
P3. Analiza przepływu materiałów w systemie o strukturze szeregowej z buforem
(elementem pojemnościowym).
Literatura:
1. Borkowski W., Konopka S., Prochowski L.: Dynamika maszyn roboczych. WNT,
Warszawa 1996.
2. Chodacki J., Michlowicz E., Stupnicki S.: Komputerowo wspomagane
projektowanie wciągarki suwnicy. Wyd. AGH, skrypt nr 1553, Kraków 1998.
3. Kalinowski K.: Podstawy dynamiki układów elektromechanicznych. Wydaw.
Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999
4. Michlowicz E.: Podstawy logistyki przemysłowej. Wyd. AGH, Kraków 2002
5. Fertsch M.: Podstawy zarządzania przepływem materiałów w przykładach.
ILiM, Poznań 2003
6. Pająk E.: Zarządzanie produkcją. Wydawnictwo PWN, Warszawa 2007
1. System produkcyjny i jego otoczenie
System produkcyjny jest celowo zaprojektowanym układem materialnym,
energetycznym i informacyjnym, eksploatowanym przez człowieka i służącym do
wytwarzania określonych wyrobów lub usług w celu zaspokojenia potrzeb
konsumentów.
Wykorzystując najprostszą definicję systemu w ujęciu teorii systemów można
stwierdzić, że system produkcyjny (jak każdy inny system) jest pewnym
uporządkowanym zbiorem elementów i relacji między nimi:
SP = < A, R >.
Wprowadzając do takiej definicji elementy, otrzymujemy bardziej rozwiniętą
postać systemu:
SP = < { X, Y, T, Z }, R > ,
gdzie:
X = ( x
1
, x
2
,... x
i
, ...x
n
) - elementy wejścia (materiały, części, urządzenia,
energia, kapitał, informacje, personel),
Y = ( y
1
, y
2
,... y
j
, ...y
m
) - elementy wyjścia (wyroby gotowe, usługi, odpady z
produkcji),
T = ( t
1
, t
2
,... t
k
, ...t
p
) - elementy procesu przetwarzania wektora wejścia w
proces wyjścia (operacje technologiczne, transportowe, magazynowe,
kontrolne, usługowe); inaczej elementy procesu produkcyjnego,
Z = ( z
1
, z
2
,... z
l
, ...z
r
) - elementy procesu zarządzania (planowanie,
organizacja, sterowanie, kontrola),
R = R
X
R
Y
R
T
R
Z
) - sprzężenia (relacje) materiałowe, informacyjne
pomiędzy elementami (X, Y, T, Z) systemu.
Na rysunku 1 przedstawiono schematycznie ogólną postać systemu
produkcyjnego, z zaznaczeniem przykładowych elementów i powiązań.
E. Michlowicz: IMW–Inżynieria maszyn wytwórczych W01: Wstępny. System
produkcyjny
3
Rys. 1. Schemat uogólnionego systemu produkcyjnego
Relacje, sprzężenia, powiązania materiałowe, energetyczne i informacyjne
umożliwiające funkcjonowanie systemu produkcyjnego są następujące:
1. W odniesieniu do fizycznego przepływu materiałów i części od magazynów
wejściowych (logistyka zaopatrzenia) do magazynu wyrobów gotowych
(logistyka dystrybucji):
zsynchronizowanie w czasie wszelkich dostaw, aby skrócić do minimum czas
oczekiwania materiału na dalsze przetwarzanie lub montaż,
zapewnienie właściwych środków transportu i innych ułatwiających
magazynowanie oraz wyszukiwanie potrzebnych w danej chwili materiałów,
czy półwyrobów,
obniżenie do minimum strat transportowych i magazynowych, tj.
zaprojektowanie takiej struktury przepływu, która minimalizuje: długość
dróg transportowych, przeładunki i pracochłonność przeładunków.
2. W odniesieniu do instalacji energetycznych i innych instalacji
przemysłowych:
zapewnienie dostawy czynników (mediów) zgodnie z wymaganiami procesu
produkcyjnego, poprzez właściwe sieci i instalacje,
zneutralizowanie i utylizacja odpadów ciekłych, gazowych i stałych, aby
uniknąć zanieczyszczenia środowiska,
zapewnienie stałego pomiaru zużycia i automatycznego sterowania
natężenia strumieni czynników energetycznych.
3. W odniesieniu do systemu informacyjnego:
selekcja informacji („szum informacyjny”) i wyodrębnienie informacji
istotnych z punktu widzenia podstawowych celów zarządzania,
zaprojektowanie powiązań informacyjnych (kanałów przepływu informacji)
właściwych dla wymagań logistyki procesu produkcyjnego i procesu
E. Michlowicz: IMW–Inżynieria maszyn wytwórczych W01: Wstępny. System
produkcyjny
4
podejmowania decyzji w obrębie wszystkich poziomów i funkcji zarządzania
we właściwym czasie,
dobór sprzętu komputerowego (hardware) i oprogramowania (software)
stosownie do liczby przetwarzanych informacji, zakresu i wymaganego
czasu.
Z teorii systemów wiadomo, że każdy system działa w określonym otoczeniu.
Dla potrzeb badania systemów określa się najczęściej tylko oddziaływanie tzw.
otoczenia bliskiego. W rozważaniach teoretycznych dodatkowo ustala się
oddziaływania tzw. otoczenia dalekiego. A zatem rozważając teoretycznie,
funkcjonowanie systemu produkcyjnego odbywa się w podwójnym otoczeniu:
otoczenia bliskiego (otoczenie stopnia pierwszego) - jest to system
przedsiębiorstwa, w którym wyodrębniono system (podsystem) produkcyjny,
otoczenia dalekiego (otoczenie stopnia drugiego) - jest to system, w ramach
którego działa przedsiębiorstwo (region, kraj).
W przedsiębiorstwie produkcyjnym procesem, w który angażuje się najwięcej
kapitału i który w znacznej mierze decyduje o sukcesie przedsiębiorstwa jest
wytwarzanie wyrobów. To właśnie wytwarzanie sprawia, że główny strumień
materiałów i części przepływa przez wydziały produkcyjne przedsiębiorstwa.
Stąd powszechnie przyjmuje się, że logistyka produkcji obejmuje
wszystkie procesy, które są związane z zaopatrzeniem procesu produkcji w
stosowne towary (surowce, materiały pomocnicze i eksploatacyjne oraz
półwyroby i części z zakupu) i z przekazywaniem półwyrobów oraz wyrobów
gotowych do magazynu zbytu.
Na rysunku 2 przedstawiono przykładową strukturę logistycznego systemu
produkcyjnego.
Rys. 2. Logistyczne ujęcie systemu produkcyjnego
E. Michlowicz: IMW–Inżynieria maszyn wytwórczych W01: Wstępny. System
produkcyjny
5
W systemie wyróżniono następujące podsystemy funkcjonalne:
podsystem wytwarzania,
podsystem przepływu materiałów,
podsystem magazynowania,
podsystem manipulacji,
podsystem przepływu narzędzi,
podsystem zasilania i usuwania odpadów,
podsystem kontroli i diagnostyki,
podsystem sterowania,
podsystem zarządzania.
Podstawowymi podsystemami decydującymi o prawidłowych przepływach
materiałów i niezbędnych informacji są podsystemy sterowania i
zarządzania. Natomiast podsystem wytwarzania jest tym elementem
struktury, który integruje przepływy fizyczne i informacyjne. Bardzo ważnym
podsystemem jest podsystem magazynowania, w którym należy uwzględnić
zarówno składowiska stanowiskowe i magazyny międzyoperacyjne, jak również
magazyny buforowe na wejściu materiałów do systemu produkcyjnego oraz na
wyjściu produktów z systemu.
2. Podstawowe cechy systemów produkcyjnych
W celu zaprojektowania logistycznego systemu produkcji niezbędna jest
podstawowa wiedza z zakresu inżynierii produkcji, a więc znajomość elementów
składowych procesów produkcyjnych i wytwórczych, typowych struktur i modeli
przepływów materiałów w tych procesach, a także typowych modeli organizacji
tych przepływów.
Aktualnie, bazując na uogólnionym modelu systemu produkcyjnego przyjmuje
się, że proces produkcyjny to proces transformacji, czyli przekształcania
wektora wejścia X systemu produkcyjnego w wektor wyjścia Y tego
systemu.
Z takiej definicji wynika, że proces produkcyjny ma miejsce tam, gdzie:
występuje szeroko pojęta produkcja (przemysł, budownictwo, rolnictwo),
mamy do czynienia ze sferą usług związanych z działalnością przemysłową,
budowlaną, czy rolniczą (remonty maszyn, utylizacja odpadów),
realizowane jest wytwarzanie „software”, przetwarzanie i przesyłanie
informacji.
W literaturze anglojęzycznej wyróżnia się proces produkcyjny (production)
oraz proces wytwórczy (manufacturing).
Proces
produkcyjny
(production)
-
to
działalność
producenta
dostarczającego wyroby na rynek (są to tradycyjne wyroby przemysłowe i usługi,
ale także programy komputerowe, telewizyjne, radiowe).
Proces wytwarzania (manufacturing) - jest rozumiany jako wytwarzanie,
produkcja, wytwórczość polegająca na przemysłowym przetwarzaniu surowców i
półwyrobów na wyroby przeznaczone na rynek.
A zatem proces wytwarzania jest tylko częścią procesu produkcyjnego.
W skład procesu produkcyjnego wchodzą najczęściej:
proces wytwarzania,
proces dystrybucji i obsługi klienta,
proces przygotowania produkcji.
E. Michlowicz: IMW–Inżynieria maszyn wytwórczych W01: Wstępny. System
produkcyjny
6
Warunkiem koniecznym zaistnienia procesu produkcyjnego jest zatem
przepływ materiałów, informacji, kapitału, czynników energetycznych, ludzi
(personelu).
Strukturę i powiązania wzajemne tak rozbudowanego procesu produkcyjnego
przedstawiono schematycznie na rysunku 3.
Rys. 3. Struktura procesu produkcyjnego
W zakresie celów działania systemu produkcyjnego najczęściej wymienia się
obecnie się trzy podstawowe cele tych systemów:
jakość i nowoczesność produktów,
wzrost produktywności,
obniżka kosztów własnych wytwarzania produktów.
Wynikiem tak sformułowanych celów działania systemu produkcyjnego jest
zysk, który w warunkach rynkowych decyduje o sukcesie przedsiębiorstwa. Zysk
Z zależny jest od relacji sumy kosztów stałych i zmiennych do zmiennych
dochodów:
Z = D - ( K
st
+ K
zm
jp )
gdzie:
Z - zysk,
D = (jp c - K
u
) - zmienne w czasie dochody ze sprzedaży wyrobów lub usług,
K
st
- koszty stałe,
K
zm
- koszty zmienne,
jp - liczba jednostek produkcji lub usług,
c - cena zbytu jednostki produkcji lub usługi,
K
u
- koszty utylizacji odpadów produkcyjnych i ochrony środowiska, także
koszty braków i reklamacji.
Dla oceny działania przedsiębiorstwa produkcyjnego w Polsce, a także w wielu
innych krajach przyjmuje się wskaźnik (kryterium) wydajności. Jednak obecnie,
E. Michlowicz: IMW–Inżynieria maszyn wytwórczych W01: Wstępny. System
produkcyjny
7
w krajach rozwiniętych przemysłowo, niemal powszechnym kryterium oceny
funkcjonowania systemów produkcyjnych jest produktywność.
Najczęściej produktywność jest mierzona ilorazem wyjścia Y z systemu do
wejścia X do systemu, czyli wynika stąd, że może być wyrażana w różnych
jednostkach.
Wektory wejścia X i wyjścia Y muszą być mierzone i wyrażane w tych samych
jednostkach (np. godzinach, sztukach, walorach pieniężnych lub bardziej
złożonymi miernikami naturalnymi lub umownymi).
Podstawowy miernik produktywności P:
Y ( efekt )
P = =
X ( nakłady )
Produktywność
charakteryzuje
poziom
technologiczny
wytwarzania oraz metody organizacji produkcji i zarządzania.
Określone poprzednio dochody D, koszty K, jak i zysk Z są wielkościami
dynamicznymi i zależą od wielu czynników związanych z funkcjonowaniem
systemu produkcyjnego.
3. Rodzaje strat w systemach produkcyjnych - „7 MUDA”
(z jap. marnotrawstwo, strata)
Jednym ze sposobów zmniejszania strat zysków jest obniżanie strat w
systemach produkcyjnych.
Stratą są wszystkie te czynności lub operacje na produkcie, które nie dają
nam zysku, a generują dodatkowe koszty pracy lub energii, zmniejszają nam
wolną powierzchnie magazynową, generują wadliwe sztuki itp. - nie
powiększają wartości dodanej.
Aspekt ekonomiczny:
ZYSK = SPRZEDAŻ - KOSZTY
Straty w systemach produkcyjnych (7 MUDA) to najczęściej:
1. Nadprodukcja (overproduction) - wytwarzanie produktów bez zamówienia
klienta.
2. Czekanie (waiting) - bezczynne oczekiwanie ludzi i maszyn na opóźnione
dostawy.
3. Transport (transportation) - niepotrzebny transport materiałów.
4. Nadmiernie rozbudowany proces (overprocessing) - zbyt duże czasy
wykonania operacji procesu przepływu materiałów.
5. Nadmierne zapasy (inventory) - zapasy materiałowe większe niż absolutne
minimum.
6. Zbędne ruchy (motion) - bezproduktywne przemieszczanie (np. ludzi).
7. Brak jakości (rework) - produkty wymagające naprawy czy korekty.