Technologia informacji.
Zaawansowane technologie wytwarzania często idą w parze z technologią informacji (ang. Information Technology - IT). Po rewolucji informatycznej lat siedemdziesiątych wpływ technologii komputerowych w sferze wytwarzania, jak i w innych rodzajach przedsiębiorczości gwałtownie się zwiększył. Wynika to z faktu, iż prawie we wszystkich operacjach związanych z wytwarzaniem, poczynając od projektowania poprzez planowanie produkcji, a na spedycji wyrobów gotowych kończąc, znajdują zastosowanie różne aspekty technologii informacji.
Analizując standardowe typy operacji wytwórczych łącznie ze wszystkimi działaniami, które w ramach nich są podejmowane, możemy zauważyć że większość z nich jest związanych z generowaniem, przetwarzaniem i wymianą informacji (komunikacją). Procedury planowania i sterowania produkcją, harmonogramowanie, transport, kontrola jakości i ostatecznie spedycja, wszystkie te typy operacji bazują na informacji. Monitorowanie procesu produkcyjnego również jest związane ze zbieraniem i przetwarzaniem danych. Również na etapie projektowania, pełna i dostępna w porę informacja ma decydujący wpływ na końcową jakość produktu.
Bez wątpienia technologia komputerowa oraz technologia informacji były bardzo pomocne w rozwoju zaawansowanych technologii wytwarzania. Ale jest jeszcze jeden bardzo ważny czynnik, który się do tego przyczynił. Jest nim dążenie do integracji.
Integracja.
Integracja rozumiana jest jako proces syntezy pojedynczych elementów w całość, które po połączeniu w całość przynoszą większe efekty niż suma składników.
Proces ciągłej integracji objawia się łączeniem odosobnionych funkcji wytwarzania w celu osiągnięcia lepszych efektów, na coraz to wyższym poziomie integracji.
Bezpośrednio w produkcji, przykładem wczesnych form integracji może być połączenie narzędzi rzemieślnika z siłą napędową. Następnie wiele prostych maszyn było zastępowanych jedną, wielofunkcyjną maszyną. Ostatecznie proces integracji objął również „inteligencję", zastępując doświadczenie rzemieślnika różnymi formami systemów sterowania maszyny. Ilustruje to rozwój maszyn sterowanych numerycznie, co ostatecznie zaowocowało stworzeniem elastycznych systemów produkcyjnych. Proces integracji przebiega od pojedynczych maszyn do kompleksowych systemów wytwórczych.
Podobne tendencje zauważalne są również w innych obszarach związanych z wytwarzaniem. Pojedyncze funkcje związane z projektowaniem znalazły swoje uwieńczenie w komputerowo wspomaganym (zintegrowanym) projektowaniu. Biura projektowe z kreślarzami pracującymi przy deskach kreślarskich zostały zastąpione niewielką ilością projektantów pracujących przy terminalach komputerowych. Zmiany tego typu zyskują na znaczeniu gdy dzięki wspomaganiu technologią informacji możliwe staje się zintegrowanie funkcji projektowych z procesem produkcyjnym. Prowadzi to do integracji, której efekty pozwalają na projektowanie produktu na monitorze komputera, a następnie na bezpośrednie przesłanie danych do maszyn produkcyjnych w celu wyprodukowania wyrobu. Punktem centralnym tych rozwiązań jest zunifikowana, zintegrowana baza danych.
Proces integracji w przedsiębiorstwach wykracza daleko poza zakres prac projektowych, obejmując swoim zasięgiem funkcje koordynujące i sterujące, takie jak: planowanie potrzeb materiałowych, planowanie zdolności produkcyjnych i kontrolę jakości. Docelowym efektem tych działań powinna być nie tylko automatyzacja prac, ale poprawa efektywności całego przedsiębiorstwa. Wyraża się to poprzez poprawę wyników w zakresie skrócenia czasów realizacji zleceń, zgodności z wymaganiami jakościowymi, większym wykorzystaniem zdolności produkcyjnych, zmniejszeniem stanu zapasów i poprawą obsługi klientów. Ukoronowaniem tych dążeń miała być fizyczna realizacja koncepcji komputerowo zintegrowanego wytwarzania (ang. Computer Integrated Manufacturing, CIM).
Tak się jednak nie stało ponieważ złożoność i różnorodność danych oraz ich ciągłe zmiany stanęły na przeszkodzie realizacji koncepcji CIM opartej na zunifikowanej, scentralizowanej bazie danych. Zaowocowało to w efekcie „wyspami automatyzacji", które poprzez swoją wydajność i niezawodność nie przyniosły jednak spodziewanych efektów w odniesieniu do wydajności całości systemu. Doprowadziło to do stworzenia mniej wydajnych procesów, tzw. wąskich gardeł. Przykładem może być planowanie pracy, które stało się krytycznym procesem w procesie realizacji zlecenia, pomiędzy skomputeryzowanymi pracami projektowymi, a zautomatyzowaną i sterowaną komputerowo produkcją.
Tak więc, konieczne jest znalezienie nowego podejścia do koncepcji CIM, które kładłoby nacisk na integrację działań (procesów), a nie na integrację danych. Sprowadza się do opracowania odpowiednich metod (procedur) postępowania, które powodowałyby zwiększenie płynności przepływu procesów. Przykładem takiego podejścia może być metoda projektowania współbieżnego (ang. Concurrent Engineering) lub rozwój systemów planowania i sterowania produkcją od systemów planowania potrzeb materiałowych do systemów planowania zasobów produkcyjnych.
Definicja komputerowo zintegrowanego wytwarzania.
Jak dotąd nie została przyjęta jedna, ogólnie obowiązująca definicja CIM. Każde przedsiębiorstwo stosuje własną, specyficzną implementację CIM bazując na własnych doświadczeniach, potrzebach i ograniczeniach.
Poszczególne realizacje koncepcji CIM są bardzo zróżnicowane w poszczególnych przedsiębiorstwach. Ze względu na przejrzystość tematu, możliwość jego realizacji i finansowania, forsuje się w pierwszej kolejności odosobnione rozwiązania, równolegle do przyszłej realizacji CIM. Istotnymi przedsięwzięciami w tym względzie są analizy dotyczące uproszczeń, standaryzacji, automatyzacji i integracji procesów.
Według AWF (Ausschufi fur Wirtschaftliche Fertigung - Zespół do spraw Efektywnego Wytwarzania) wyróżnia się następujące składniki CIM:
komputerowe wspomaganie projektowania - CAD (ang. Computer Aided Design),
komputerowe wspomaganie planowania - CAP (ang. Computer Aided Planning),
komputerowe wspomaganie wytwarzania - CAM (ang. Computer Aided Manufacturing),
komputerowe wspomaganie kontroli jakości - CAQ (ang. Computer Aided Quality),
planowanie i sterowanie produkcją - PPS (niem. Produktionsplanung und -steuerung, PPS).
Przy pomocy wyżej wymienionych określeń, możemy zdefiniować CIM następująco:
CIM obejmuje zintegrowane użycie EPD (elektronicznego przemarzania danych) we wszystkich związanych z produkcją obszarach działania przedsiębiorstwa. Obejmuje techniczno-informacyjne współdziałanie między CAD, CAP, CAM, CAQ i PPS. W wyniku wdrożenia CIM powinna zostać osiągnięta integracja technicznych i organizacyjnych funkcji, mających na celu wytworzenie produktu. Warunkiem udanego zastosowania koncepcji CIM jest wspólne wykorzystywanie wszystkich danych systemu EPD, zwanych też bazą danych .
Tym samym dzieli się CIM na dziedzinę techniczną CAD/CAM i administracyjną PPS. Przy tym, CAD/CAM jest nie tylko połączeniem programowania CAD i sterowania numerycznego. Definicja AWF opisuje CAD/CAM jako integrację zadań technicznych w celu wytworzenia produktu i obejmuje łańcuch procesowy wspomagany EPD, składający się z CAD, CAP, CAM i CAQ.
System komputerowego wspomagania projektowania (CAD).
Proces konstrukcyjny obejmuje trzy fazy:
Koncepcyjną: analiza wymagań, opracowanie wariantów rozwiązań, znalezienie funkcji i opracowanie zasad, a także oszacowanie wartości zespołów i wariantów rozwiązań.
Projektową: konkretyzacja struktury rozwiązań, konstrukcja, zestawienie modeli i oszacowanie rozwiązań.
Specyfikacyjną: przedstawienie części jednostkowych.
CAD obejmuje zatem jednostkowe zadania związane z konstruowaniem produktów i ich części, które w powyższych fazach są opracowane z wykorzystaniem wspomagania komputerowego. Punktem centralnym CAD jest modelowanie geometryczne przy wykorzystaniu graficznych pakietów 2D lub 3D. Istotnym dla dalszego wykorzystania stworzonych danych jest realizacja punktów przenoszenia informacji geometrycznych do programów z dziedzin CAP, CAE i CAM, a także generacja list części. Definicja CAD według AWF brzmi następująco:
CAD jest pojęciem stosowanym dla zbioru wszystkich działań, przy których pośrednio lub bezpośrednio, w ramach czynności rozwojowych i konstrukcyjnych stosuje się EPD. W ścisłym rozumieniu odnosi się to do tworzenia graficznej reprezentacji obiektu i manipulacji na jego cyfrowej postaci, np. dwuwymiarowe przedstawienie rysunku lub trójwymiarowe kształtowanie modelu.
W zakres CAD wchodzą następujące czynności:
rozwojowe,
obliczenia techniczne,
konstrukcyjne,
sporządzanie rysunków.
Cyfrowe przedstawienie obiektu przechowywane jest w banku danych, który jest dostępny także dla innych jednostek organizacyjnych.
System komputerowego wspomagania wytwarzania (CAM).
Zadaniem systemu komputerowego wspomagania jest automatyczne sterowanie pracą urządzeń produkcyjnych. Wykorzystuje on do tego celu informacje dotyczące sterowania wygenerowane przez komputerowo wspomagane planowanie, na bazie cyfrowej prezentacji obiektu opracowanej przez komputerowo wspomagane planowanie.
Tak więc, celem CAM jest zastosowanie EPD w sterowaniu technicznym zasobami produkcyjnymi oraz ich nadzorowaniu w trakcie wytwarzania przedmiotów w procesie produkcyjnym. Oznacza to bezpośrednie sterowanie maszynami produkcyjnymi, technicznymi urządzeniami procesów przetwórczych, przyrządami obróbki ręcznej, systemami transportowymi i magazynowymi.
Wskutek tego system CAM dekomponowany jest na następujące podstawowe składniki:
wytwarzanie (montaż włącznie)
obsługa manualna
transportowanie
magazynowanie
W urządzeniach produkcyjnych, które w przeważającej części są elastycznie zautomatyzowane, komputer prowadzący lub stanowisko dyspozytorskie wypełniają zadanie centralnej kooperacji przepływu informacji i materiału.
Zadania realizowane przez przepływ informacji w kompleksowym systemie CAM:
zarządzanie zapasami narzędzi
szczegółowe planowanie produkcji
transport surowców i części gotowych
transport narzędzi
usuwanie odpadów wiórowych.
W celu zarządzania i rozdzielania programów sterowania numerycznego komputer zarządzający produkcją dysponuje wszystkimi programami sterowania numerycznego, które niezbędne są do wytworzenia wyrobu. Zgodnie z wymogami szczegółowego planowania produkcji programy te przenoszone są na każdy sterownik maszynowy.
Zarządzanie zapasami narzędzi obejmuje specyficzne dla gospodarki narzędziowej dane, takie jak: numer narzędzia, geometria, pozycja w magazynie narzędziowym, parametry materiałowe, okresy trwałości, wymiary nastawcze. Konieczna jest również realizacja kompletacji zespołów narzędzi w odniesieniu do konkretnego zadania, jak i realizacja zleceń dotyczących regeneracji narzędzi po upływie okresu trwałości. W kompleksowych systemach CAM zadania te przenoszone są do komputera sterującego gospodarką narzędziową.
Według AWF definicja CAM brzmi następująco:
CAM określa wspomagane środkami EPD techniczne sterowanie i kontrolę środków zakładowych wykorzystywanych przy wytwarzaniu obiektów. Odnosi się to do bezpośredniego sterowania maszynami produkcyjnymi, urządzeniami technicznymi, wykorzystywanymi aparatami, a także systemami transportu i magazynowania.
CAM można określić jako:
Elastyczny lub konwencjonalnie - elastyczny system wytwórczy, który jest w stanie wytwarzać równoległe zestawy różnych wyrobów w różnych wielkościach serii, przy zmianach ilościowych i asortymentowych sterowanych komputerowo.
System sterowany hierarchicznie, komputerowo nadzorowany i obsługiwany przez mały zespół ludzki stanowiący kilka procent personelu, który potrzebny jest do wykonywania tych samych zadań w warunkach konwencjonalnych.
System, który sam generuje programy obróbki i marszruty przebiegu części, podzespołów przez moduły i stanowiska robocze, przy czym programy te i marszruty są zoptymalizowane ze względu na obciążenie i wykorzystanie urządzeń, cyklu produkcyjnego, produktywność, zużycie energii, zanieczyszczenie środowiska i ochronę pracy.
W praktyce w krajach wysoko rozwiniętych CAM oprócz wytwarzania w elastycznych systemach produkcyjnych obejmuje również:
Opracowanie programów, inaczej planów operacyjnych obróbki i montażu, które z reguły są zmienne w zależności od aktualnej sytuacji w warsztatach.
Opracowanie marszrut oraz harmonogramów przebiegu i realizacji produkcji.
Optymalizacyjne sterowanie wytwarzaniem.
Optymalizacyjne sterowanie jakością.
Zarządzanie produkcją.
Wprowadzenie komputerowo wspomaganego konstruowania, projektowania procesów technologicznych, a także planowania i sterowania produkcją (CAD/CAM) jest zasadniczym sposobem podwyższania efektywności przygotowania produkcji. W połączeniu z modernizacją wyrobów i technologii, za pomocą podsystemów CAD/CAM, całościowy proces produkcji stanie się bardziej efektywny.
Podsystemy te zapewniają szybkie, oszczędne i wysokiej jakości przygotowanie oraz przekazywanie dokumentacji konstrukcyjno - technologicznej, jak również umożliwiają rozwiązywanie ilościowych i jakościowych zadań związanych z modernizacją wyrobów. Potrzeby i wymagania rynków międzynarodowych, także gospodarki narodowej, mogą być także szybko i elastycznie zaspokajane.
System komputerowego wspomagania kontroli jakości (CAQ).
Na jakość produktu w trakcie wytwarzania mają wpływ narzędzia, maszyny i inne urządzenia, a także manipulacja i obsługa. Poza procesami wytwórczymi, o jakości produktu decydują także inne procesy, np. sposób planowania. Wszystkie czynniki, które wpływają na jakość, nazywane są elementami jakości.
Koło jakości wyszczególnia elementy, które uwzględniać należy przy zabezpieczeniu jakości podczas wytwarzania produktu. Wewnątrz koła znajdują się elementy „duże” synchronizujące i integrujące, natomiast na okręgu są „detale”, elementy podporządkowane elementom centralnym. Takie przedstawienie kołowe uwidacznia, że wszystkie elementy począwszy od badania rynku, aż do usuwania odpadów w równym stopniu decydują o jakości produktu.
Możliwości realizacji komputerowo wspomaganych systemów zabezpieczenia jakości określa się pojęciem CAQ. Jako składnik CAM, CAQ wykorzystuje dane otrzymane z CAP opracowane na bazie otrzymanej w CAD cyfrowej prezentacji obiektu. Aby móc spełnić wymagania jakościowe w odniesieniu do elementów jakości, konieczne jest organizacyjnie połączenie wszystkich komponentów zabezpieczenia jakości, tzn.: zarządzanie jakością, planowanie jakości, jakość produktu i procesu oraz kosztów jakości. AWF definiuje CAQ następująco:
CAQ określa wspomagane środkami EPD planowanie i sterowanie jakością. Rozumie się pod tym terminem, z jednej strony stworzenie planów kontroli, programów kontroli i wartości kontrolnych, z drugiej strony - przeprowadzenie wspomaganego komputerowo postępowania pomiarowego i kontrolnego.
CAQ może przy tym posłużyć się technicznymi środkami pomocniczymi EPD, CAP, CAD i CAM.
Funkcje systemów CAP/CAQ wykraczają znacznie poza zakres oferowany w tradycyjnych systemach automatyzujących programowanie obróbki. Nowa jakość wnoszona przez systemy CAP/CAQ to możliwość wariantowania procesu produkcyjnego wyrobów. Zapewnia to rozszerzenie zakresu swobody decyzji jeszcze w fazie planowania przebiegu procesu produkcyjnego, a także umożliwia dynamiczną realokację operacji produkcyjnych w fazie ich bieżącej dyspozycji. Pozwala to zwiększyć wykorzystanie maszyn i urządzeń oraz lepiej reagować na bieżące zakłócenia procesu produkcyjnego.
System komputerowo wspomaganego planowania procesów (CAP).
Na komputerowo wspomagane planowanie składają się narzędzia, które wspomagają realizację zadań związanych z planowaniem pracy (realizacji procesów). Służą one integracji działań ludzi i środków produkcji, w celu wypełnienia zadań produkcyjnych zgodnie z kryteriami ekonomicznymi.
Do zakresu komputerowo wspomaganego planowania pracy zaliczane są następujące dziedziny:
planowanie montażu,
sporządzanie planu pracy,
konstrukcja urządzeń i narzędzi specjalnych,
programowanie obrabiarek sterowanych numerycznie,
programowanie robotów przemysłowych,
programowanie pomiarowych maszyn koordynacyjnych,
planowanie kontroli.
Planowanie procesów zajmuje centralne miejsce w ramach technicznej realizacji zlecenia między konstrukcją a produkcją.
Sukcesy racjonalizatorskie, które zostały osiągnięte w konstrukcji, sterowaniu pracą i produkcją dzięki wdrożeniu systemów CAD, PPS i CAM, spowodowały, że planowanie pracy, w którym wspomaganie komputerowe nie jest jeszcze zbyt daleko posunięte, stało się „wąskim gardłem" w obrębie technicznej realizacji zlecenia. Odpowiednia definicja CAP brzmi następująco:
CAP oznacza wspomaganie planowania pracy środkami EPD. Zadania związane z procesem planowania dotyczą wytworzenia danych dla zleceń produkcyjnych dotyczących produkcji części lub montażu. W tym celu wykorzystuje się dane będące wynikiem prac konstrukcyjnych przeprowadzonych w sposób konwencjonalny lub przy pomocy CAD. Chodzi o komputerowo wspomagane planowanie procesów pracy i ich skutków, wybór postępowania i zasobów produkcyjnych służących do wytworzenia obiektów, a także komputerowo wspomagane tworzenie danych dla celów sterowania środkami produkcji wchodzących w skład CAM.
System komputerowego wspomagania planowania i sterowania produkcją.
Przeważającą część zadań związanych z zarządzaniem przedsiębiorstwem to system planowania i sterowania produkcją. Do niego należą wszystkie czynności administracyjne, które wymagane są do organizacji i kontroli przebiegu wytwarzania. W przeciwieństwie do CAP, w PPS planuje się wytwarzanie nie tylko statyczne, lecz nadzoruje i koryguje dynamicznie, przy uwzględnieniu następujących parametrów:
ilości
terminów
zdolności produkcyjnych
Znaczenie planowania i sterowania produkcją wynika z kompleksowości procesów w przedsiębiorstwach przemysłowych, których ludzie nie są w stanie opanować intuicyjnie.
Metody PPS są dzisiaj dostosowane do wymagań najróżniejszych typów produkcji. Struktura większości komputerów systemów PPS odpowiada strukturze komercyjnych systemów służących do planowania zapotrzebowania na zasoby (MRP II). Różnice w budowie tych systemów występują przede wszystkim w zakresie rozwiązań systemów sterowania wykonaniem produkcji, a więc na poziomie operatywnym.
Jednak w przeciwieństwie do planowania potrzeb materiałowych oraz planowania wymaganych zdolności produkcyjnych efektywne planowanie i sterowanie produkcją na poziomie operatywnym, jest słabą stroną większości dostępnych na rynku systemów PPS. Stwierdzenie to dotyczy głównie sterowania produkcją przedmiotów w małych i średnich seriach w przemyśle elektromaszynowym, gdzie zdarza się duża liczba nieplanowanych zakłóceń, co powoduje konieczność wykonywania częstych zmian w harmonogramach.
Odpowiednia definicja PPS sformułowana przez AWF brzmi:
PPS określa stosowanie wspomaganych komputerowo systemów w celu organizacyjnego planowania, sterowania i nadzorowania przebiegów produkcji począwszy od opracowania oferty aż do wysyłki wyrobu w aspektach: ilości, terminów i zdolności produkcyjnych.