Kompendium wykładów PROCESY PRODUKCYJNE  dr inż. Jerzy Bochnia
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach 2011/2012
Wykład 11: Sterowanie procesem produkcji.
================================================================================================================
Sterowanie (regulacja) polega na takim oddziaływaniu na obiekt sterowania, za pomocą sygnałów
wejściowych, aby jego sygnały wyjściowe osiągnęły pożądaną wartość.
Rys. 1. Proces produkcji jako obiekt sterowania  schemat.
Obiekt sterowania  każdy proces (np. proces produkcyjny) lub zjawisko (np. przepływ cieczy),
podlegające regulacji.
Sterowanie może być realizowane przy pomocy człowieka (pracownika) - sterowanie ręczne lub za
pomocą specjalnie skonstruowanego urządzenia (regulatora) - sterowanie automatyczne.
Regulator  jeden z elementów składających się na obwód regulacji. Zadanie regulatora polega na
wygenerowaniu odpowiedniego sygnału sterującego, aby obiekt regulowany (w tym przypadku obiektem
jest proces produkcyjny) w jak najkrótszym czasie osiągał wartość zadaną.
Regulator służy do doprowadzenia obiektu do żądanego stanu lub poprawy niekorzystnych cech obiektu
regulowanego. Regulator może np. poprawić dynamikę obiektu regulowanego (zakład lub wydział będzie
szybciej osiągał założoną wydajność). Błędne użycie może prowadzić do niestabilności obwodu regulacji.
Układ regulacji  zamknięty układ automatyki, posiadający ujemne sprzężenie zwrotne, którego
zadaniem jest sterowanie procesem.
Układ regulacji składa się z elementu porównującego (sumator), regulatora, elementu wykonawczego
(zawór, siłownik, dozownik), obiektu sterowania oraz układu pomiarowego (czujnik, przetwornik,
licznik-czytnik).
Element porównujący (tzw. sumator) oblicza różnicę między wartością sygnału zadanego w(t) a
wartością sygnału wyjściowego y(t) otrzymaną z układu pomiarowego poprzez ujemne sprzężenie
zwrotne. Na wyjściu elementu porównującego otrzymujemy sygnał uchybu e(t).
Rys. 2. Układ (obwód) regulacji w automatyce.
W dobrze zaprojektowanym układzie regulacji wartość uchybu w stanie nieustalonym powinna
być jak najmniejsza (przeregulowanie), natomiast w stanie ustalonym powinna być równa 0 (uchyb
ustalony). Sygnał z elementu porównującego jest następnie przekazywany do elementu wykonawczego,
który w odpowiedni sposób oddziałuje na obiekt. Dodatkowo na regulowany obiekt działać mogą
zakłócenia z(t).
Podział układów regulacji ze względu na charakter sygnałów:
�� układy ciągłe  wszystkie sygnały (wejściowe i wyjściowe) są funkcjami ciągłymi w czasie
i mogą przybierać dowolną wartość z obszaru swojej zmienności; układy te opisuje się zwykle
równaniami różniczkowymi.
�� układy dyskretne  układ jest dyskretny, jeżeli przynajmniej jeden jego sygnał ma charakter
dyskretny, tzn. przyjmuje tylko określone wartości dla określonych argumentów; układy takie
opisuje się zwykle równaniami różnicowymi.
Podział ze względu na liczbę wejść i wyjść:
1
Kompendium wykładów PROCESY PRODUKCYJNE  dr inż. Jerzy Bochnia
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach 2011/2012
Wykład 11: Sterowanie procesem produkcji.
================================================================================================================
�� układy jednowymiarowe  układy o jednym wejściu i jednym wyjściu.
�� układy wielowymiarowe  układy o wielu wejściach lub wielu wyjściach.
Sterowanie może odbywać się w układzie otwartym lub zamkniętym.
Sterowanie w układzie otwartym (ręczne lub automatyczne) polega na takim nastawieniu wielkości
wejściowej, aby znając charakterystykę obiektu i przewidując możliwość działania nań zakłóceń,
otrzymać na wyjściu pożądaną wartość.
Sterowanie w układzie zamkniętym (ręczne lub automatyczne) różni się od sterowania w układzie
otwartym tym, że człowiek lub regulator otrzymują dodatkowo poprzez sprzężenie zwrotne informacje
o stanie wielkości wyjściowej. Informacja ta (odczytana z miernika lub podana w postaci np. napięcia do
regulatora) jest używana do korygowania nastaw wielkości wejściowej.
Z reguły jeśli oddziaływanie na obiekt jest niepożądane lub nieplanowane to zjawisko to nazywamy
zakłóceniem. W tym przypadku stosuje się tzw. sterowanie odporne.
Sprzężenie zwrotne - oddziaływanie sygnałów stanu końcowego (wyjściowego) procesu (systemu,
układu), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez układ informacji
o własnym działaniu (o wartości wyjściowej).
Matematycznym, jednoznacznym opisem bloku gałęzi zwrotnej jest transmitancja. Informacja ta
może być modyfikowana przez transmitancję bloku gałęzi zwrotnej. Transmitancja operatorowa (funkcja
przejścia, G(s))  stosunek transformaty Laplace'a sygnału wyjściowego do transformaty Laplace'a
sygnału wejściowego układu przy zerowych warunkach początkowych: G(s) = Y(s)/U(s)
Wyróżnia się sprzężenie zwrotne dodatnie, DSZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej dodaje się do wartości
referencyjnej w węz
le sumacyjnym oraz sprzężenie zwrotne ujemne, USZ - gdy sygnał z gałęzi
zwrotnej odejmuje się w węz
le sumacyjnym od wartości referencyjnej.
Rys. 3. Ogólny model systemu sterowania produkcją (wytwarzaniem) [2].
W obiekcie sterowanym (procesie wytwórczym) wyróżniono wejścia materialne, które stanowią
materiały wejściowe, półwyroby, części z zakupu i kooperacji, oraz wyjścia materialne, które stanowią
wytworzone podczas procesu produkty.
Obiekt sterowany połączony jest informacyjnie (może być również połączenie informacyjno-
informatyczne) z obiektem (jednostka organizacyjna) sterującym (jest to zespół inżynierów lub
2
Kompendium wykładów PROCESY PRODUKCYJNE  dr inż. Jerzy Bochnia
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach 2011/2012
Wykład 11: Sterowanie procesem produkcji.
================================================================================================================
w małych firmach inżynier procesu). W obiekcie tym podejmowane są decyzje, które w postaci
informacji sterujących przekazywane są do obiektu sterowanego, a także na jego wejścia i wyjścia.
Decyzje podejmowane są na podstawie informacji zewnętrznych napływających z otoczenia bliższego,
informacji kontrolnych i przyjętego algorytmu sterowania.
System HARMONIA dedykowany jest przedsiębiorstwom, w których występują procesy
produkcyjne wymagające szczegółowej kalkulacji, planowania i kontroli. Harmonia łączy w sobie cechy
popularnych systemów do zarządzania firmą klasy ERP oraz systemów klasy MES (Manufakturing
Execution System - System Realizacji Produkcji) dedykowanych firmom produkcyjnym.
Dzięki temu w pełni zaspokaja potrzeby przedsiębiorców poszukujących rozwiązań usprawniających
funkcjonowanie całego przedsiębiorstwa od momentu złożenia zamówienia, poprzez kalkulację,
proces produkcji, aż do wystawienia faktury. W zakresie ERP system Harmonia oferuje pełną
funkcjonalność programu Hermes_NG czyli przede wszystkim: zarządzanie gospodarką magazynową,
prowadzenie sprzedaży, obsługę klientów, dostawców, podwykonawców, kontrolę rozliczeń
z kontrahentami,
Rys. 3. Cykl wytworzenia gotowego wyrobu.
Podstawowe moduły systemu:
-� zarządzanie gospodarką magazynową, sprzedaż,
-� przygotowanie produkcji,
-� planowanie,
-� sterowanie produkcją,
-� kontrola hali produkcyjnej,
-� zarządzanie relacjami z podwykonawcami.
System Harmonia oprócz możliwości rejestracji zleceń dostarcza narzędzi do kontroli
i sterowania nimi. Podstawą jest dostępność informacji o tym, co dzieje się na hali produkcyjnej,
jakie zlecenia oczekują na realizację, a jakie są w trakcie produkcji itp.
Harmonogram zleceń produkcyjnych
Na podstawie planów produkcji własnej lub zamówień klienta następuje harmonogramowanie
zleceń produkcyjnych (inaczej kolejkowanie zleceń produkcyjnych). Harmonogram składa się z listy
zleceń produkcyjnych przekazanych do realizacji. Zlecenie produkcyjne może mieć status oczekujące,
produkcja bądz
zakończone. Zlecenia produkcyjne generowane są zgodnie z informacjami zawartymi
w specyfikacji wyrobu. Program umożliwia kontrolę harmonogramu oraz pozwala na korektę zleceń
produkcyjnych wchodzących w skład harmonogramu.
Zarządzanie zleceniami produkcyjnymi
Realizacja produkcji polega na przepływie zleceń produkcyjnych przez kolejne etapy
odpowiednio zdefiniowanego procesu. Zlecenie może opiewać na pojedynczy egzemplarz lub partię
o dowolnej wielkości. System Hermes umożliwia monitorowanie i zarządzanie tym, co dzieje się na
3
Kompendium wykładów PROCESY PRODUKCYJNE  dr inż. Jerzy Bochnia
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach 2011/2012
Wykład 11: Sterowanie procesem produkcji.
================================================================================================================
hali produkcyjnej poprzez dostarczanie informacji w postaci raportów i zestawień dotyczących realizacji
poszczególnych zleceń. System umożliwia na przykład wgląd w listę przewodników realizujących dane
zlecenie produkcyjne z poziomu zlecenia, dostęp do specyfikacji skojarzonych ze zleceniem oraz listy
realizowanych aktualnie zamówień handlowych.
Przy rozwiązywaniu zagadnień planowania i kontroli (które stanowią element sterowania)
przebiegu produkcji istotne są zasady, o które opierają się poszczególne rozwiązania z tego zakresu.
Ważne jest wyznaczenie przepływu przedmiotów przez komórki ruchu (komórki organizacyjne)
w ilości i w czasie, kontrolowanie i sterowanie tym przepływem.
Komórkami ruchu w tej definicji są komórki produkcyjne wszystkich szczebli od stanowiska
roboczego poprzez gniazda, oddziały, wydziały, aż do zakładu jako całości (w tym składy, magazyny
itp.). Przepływ przedmiotów przez komórki ruchu składa się z następujących elementów, określonych
w ilości i czasie:
x  dopływu przedmiotów do komórki ruchu zwanego dalej uruchomieniem,
z  pobytu przedmiotów w komórce ruchu,
y  odpływu przedmiotów z komórki ruchu zwanego dalej spływem.
Przy rozpatrywaniu przepływu przedmiotów przez komórkę ruchu istotną rzeczą jest, aby przez
określenie pobytu oraz zabezpieczenie właściwego dopływu uzyskać przewidywany odpływ, tj. właściwy
dopływ do komórki lub komórek następnych. Istnieją dwa sposoby określania przepływu przedmiotów
przez komórki ruchu:
A  przy założeniu przepływu umownie ciągłego,
B  przy założeniu przepływu umownie przerywanego.
Przepływ umownie ciągły A jest określony przez:
1) ilość przedmiotów dopływających x oraz odpływających y z komórki na jednostkę czasu (natężenie),
2) wielkość zapasu z w komórce.
Sposób ten oznaczamy schematycznie następująco:
y
x
z
Przepływ umownie ciągły A może mieć zastosowanie w tych przypadkach, gdy można założyć
(niekoniecznie musi to odpowiadać fizycznym warunkom), że w danej komórce w rozważanym okresie
czasu (w którym stosujemy ten sposób) przepływają ciągle te same przedmioty. Sposób ten może mieć
zastosowanie również i w tych przypadkach, gdy warunek ten nie jest spełniony, lecz przepływ jest
określany w jednostkach jednorodnych (normogodziny, tony itp.)
Przepływ umownie przerywany B jest określony przez:
1) termin wejścia x do komórki i terminy wyjścia y z komórki konkretnego przedmiotu (lub określonej
ilości przedmiotów),
2) okres pobytu z przedmiotu lub określonej ilości przedmiotów w komórce.
Sposób ten oznaczamy schematycznie następująco:
z
y
x
Przepływ umownie przerywany B jest stosowany w tych przypadkach, gdy zakładamy, że
przedmioty w rozważanym okresie czasu (w którym stosujemy ten sposób) przebywają przez pewien
okres w komórce, aby ją następnie opuścić ustępując miejsca innym rodzajowo przedmiotom (np. serii
innych przedmiotów).
W praktyce planowania i kontroli przebiegu produkcji (sterowania produkcją) określenie
przepływu następuje przez wyznaczenie wszystkich jego elementów, bądz
też przez zastosowanie
uproszczeń polegających na przyjęciu umownie niektórych elementów jako stałych oraz pominięciu ich
4
Kompendium wykładów PROCESY PRODUKCYJNE  dr inż. Jerzy Bochnia
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach 2011/2012
Wykład 11: Sterowanie procesem produkcji.
================================================================================================================
w obliczeniach i kontroli. Zakres tych uproszczeń bądz
ich brak, znajduje odbicie w zmianie systemu
planowania i kontroli przebiegu produkcji (zasadzie sterowania).
I  Zasada sterowania wielkością spływu i zapasem dla przepływu umownie ciągłego.
y
x
z x = f(y, z)
Zmiennymi niezależnymi jest y i z. W zależności od ich wielkości ustala się x
x = y + D�z
gdzie: D�z różnica (dodatnia lub ujemna) między zapasem rejestrowanym a normatywnym.
Przykład zastosowania zasady I w planowaniu ogólnozakładowym (przy określaniu planu dla
zakładu).
Ilość wyrobów, która wchodzi do planu zakładu, oblicza się jako sumę:
 zapotrzebowania użytkowników (np. rynku) w najbliższym okresie planistycznym,
 odchyleń (dodatnich lub ujemnych z uwzględnieniem znaku) od normatywów zapasów wyrobów go-
towych we wszystkich składach (np. w zakładzie, w hurtowniach i ewentualnie u detalistów).
System ten wymaga ustalenia:
�� normatywów zapasów wyrobów gotowych oraz rejestrowania ich stanu.
�� zapotrzebowania użytkowników w okresie planistycznym.
System ten ma także zastosowanie do planowania zaopatrzenia zakładu. W tym przypadku oprócz
planowanego zużycia materiałów uwzględnia się odchylenia od normatywu zapasu (w magazynach
i produkcji w toku) materiałów w zakładzie.
Przykład zastosowania zasady I w planowaniu międzywydziałowym (przy określaniu planu dla
wydziału).
Ilość przedmiotów (części zespołów), która wchodzi do planu wydziału, oblicza się jako sumę:
 ilości przedmiotów potrzebnych do wykonania programu zawartego w planie zakładu na dany okres
planistyczny,
 odchyleń (dodatnich lub ujemnych z uwzględnieniem znaku) od normatywów zapasu wszystkich
komórek następujących po tym wydziale w kolejności przebiegu procesu produkcyjnego.
W praktyce plany wydziałów oblicza się wg metody łańcuszkowej, np. wychodząc z planu
montażu i uwzględniając odchylenia od normatywu robót w toku na montażu oblicza się ilość części,
które mają być dostarczone z magazynu międzywydziałowego, następnie wychodząc z tej ilości
i uwzględniając odchylenia od normatywu na magazynie międzywydziałowym oblicza się plan wydziału
mechanicznego.
System ten wymaga:
�� ustalenia normatywów zapasów w wydziałach i magazynach międzywydziałowych,
�� regulacji stanu zapasów,
�� określenia ilości wyrobów produkowanych przez zakład w okresie planistycznym.
Przykład zastosowania zasady I w planowaniu wewnątrzwydziałowym (przy określaniu planu dla
stanowisk roboczych)
Ilość przedmiotów do wyprodukowania przez stanowiska jest sumą:
 ilości przedmiotów planowanych do wykonania na następnym stanowisku,
 odchylenia od normatywu zapasu przy następnym stanowisku.
W praktyce zasadę tę stosuje się czasem w liniach niezsynchronizowanych (np. w postaci kart
postępu produkcji, na których rejestruje się ilość przedmiotów przychodzących ze stanowiska na
stanowisko). Plan ustala się na podstawie planu linii, stanu zarejestrowanego przy stanowiskach na
kartach postępu produkcji i normatywów zapasu przy stanowiskach.
Zasada jest także stosowana przy zaopatrywaniu stanowisk montażowych w części, gdzie
uwzględnia się plan linii i odchylenia od normatywów przy stanowiskach. Stosowany często do
zaopatrywania linii jako całości.
5
Kompendium wykładów PROCESY PRODUKCYJNE  dr inż. Jerzy Bochnia
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach 2011/2012
Wykład 11: Sterowanie procesem produkcji.
================================================================================================================
II  Zasada sterowania wielkością spływu dla przepływu umownie ciągłego.
y
x
z x = f(y)
Zmienną niezależną jest y. Każda zmiana y powoduje konieczność zmiany x
x = y
y  najczęściej mierzone rytmem r = t/y gdzie:
t  jednostka czasu,
y  wielkość spływu w jednostce czasu t.
Zapas z przyjmuje się jako umownie niezmienny i nie uwzględnia się go w obliczeniach.
Przykład zastosowania zasady II w planowaniu ogólnozakładowym (przy określaniu planu dla
zakładu).
Ilość wyrobów, która wchodzi do planu zakładu odpowiada ilości zapotrzebowania
użytkowników. Prawidłowa regulacja ilości następuje przez śledzenie i regulowanie rytmu spływu.
System wymaga ustalenia korelacji zapotrzebowania użytkowników, rytmu spływu i okresu produkcji.
Przykład zastosowania zasady II w planowaniu międzywydziałowym (przy określaniu planu dla
wydziału).
Ilość przedmiotów wchodzących do planu wydziału dostawcy odpowiada ściśle ilości potrzebnej
na pokrycie planu wydziału odbiorcy. Regulacja ilości następuje przez śledzenie i regulowanie rytmu.
System wymaga ustalenia korelacji rytmu spływu oraz okresu wykonywania produkcji w wydziale
odbiorcy i dostawcy.
Przykład zastosowania zasady II w planowaniu wewnątrzwydziałowym (przy określaniu planu dla
stanowisk roboczych)
Ilość przedmiotów w planie poprzedniego stanowiska równa się ilości znajdującej się w plamie
następnego stanowiska. System wymaga ustalenia korelacji rytmu spływu i czasu pracy stanowisk
roboczych.
III  Zasada sterowania zapasem w przepływie umownie ciągłym.
y
x
z x = f(z)
Zmienną niezależną jest z. W zależności od wielkości zapasu ustala się x
x = D�z
gdzie: D�z różnica między stanem zapasu normatywnym a rejestrowanym.
Przykład zastosowania zasady III w planowaniu ogólnozakładowym (przy określaniu planu dla
zakładu).
Ilość wyrobów, która wchodzi do planu jest ściśle zależna od stanu zapasów wyrobów gotowych.
Stosowany w dwóch odmianach:
 produkcję w ustalonej wielkości serii umieszcza się w planie zakładu na podstawie sygnału
o osiągnięciu poziomu informacyjnego lub minimalnego, (stan wystarczający na pokrycie
zapotrzebowania w okresie produkcji serii),
 produkcję wstawia się do planu zakładu w każdym okresie planistycznym w ilości pokrywającej
niedobór zapasu do stanu normatywnego.
System ten wymaga ustalenia:
 przy odmianie pierwszej: wielkości serii oraz informacyjnego i minimalnego stanu zapasu
magazynowego.
 przy odmianie drugiej: normatywnego stanu zapasu magazynowego.
6
Kompendium wykładów PROCESY PRODUKCYJNE  dr inż. Jerzy Bochnia
Politechnika Świętokrzyska w Kielcach 2011/2012
Wykład 11: Sterowanie procesem produkcji.
================================================================================================================
Przykład zastosowania zasady III w planowaniu międzywydziałowym (przy określaniu planu dla
wydziału).
Analogicznie jak w planowaniu ogólnozakładowym, z tym, że zamiast stanu zapasu wyrobów
gotowych bierze się pod uwagę stany zapasu półwyrobów w magazynach międzywydziałowych.
Przykład zastosowania zasady III w planowaniu wewnątrzwydziałowym (przy określaniu planu dla
stanowisk roboczych)
Ilość przedmiotów w planie poprzedniego stanowiska wynika z ustalonej wielkości serii,
uruchamianej z chwilą osiągnięcia określonego stanu (minimum) na stanowisku następnym.
Zasada często stosowana w przypadku ujęcia planu grupy stanowisk w normogodzinach. W tym
przypadku ustala się ilość normogodzin robót stanowiącą normatyw zapasu dla danej grupy jednorodnych
stanowisk. Do tej ilości uzupełnia się (codziennie lub co parę dni) zapas robót na daną grupę stanowisk.
I  Zasada sterowania terminem spływu i okresem pobytu w przepływie umownie przerywanym.
z
y x = f(z, y)
x
Opierając się na terminie spływu y i okresie pobytu z (który w tym przypadku jest równy cyklowi
produkcyjnemu) ustala się termin uruchomienia:
x = y - z
II  Zasada sterowania terminem spływu w przepływie umownie przerywanym.
z
y x = f(y)
x
Okres planistyczny dzieli się na umownie stałe jednostki pobytu = a. W zależności od numeru jednostki,
w której wyrób ma być zakończony i struktury procesu wyznacza się numer kolejny uruchomienia
produkcji. Numery te działają jako stopnie pilności (niższy numer ma większą pilność).
x1 = y - 2a > x2 = y - a
(x1 ma wyższy stopień pilności niż x2).
III  Zasada sterowania okresem pobytu w przepływie umownie przerywanym.
z
y y = f(z)
x
Terminy spływu y i uruchomienia x mieszczą się w tym samym okresie planistycznym. Okres
planistyczny ustala się w normatywie i traktuje jako okres wyprzedzeń poszczególnych faz produkcji.
Oznaczając początek okresu jako p, a koniec jako k
p Ł� x y Ł� k
Literatura
1. Zasady organizacji przedsiębiorstwa przemysłowego, Praca zbiorowa pod red. prof. Zygmunta
Zbichorskiego, WNT.
2. Pająk E.: Zarządzanie produkcją. PWN. Warszawa 2006.
7