KURZUS: Gyártási folyamatok szimulációja
MODUL: A gyártás szimuláció alapjai
1.2. lecke: A szimuláció alkalmazási területei
Cél: A tananyag célja, hogy a hallgató megismerje és megértse a szimulációs technika gyártásban alkalmazható területeit és azok tulajdonságait. | |||
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes | |||
| |||
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége. | |||
Kulcsfogalmak | |||
| |||
1. Munkaerő szimuláció | |||
Gyűjtse össze és írja le a munkaerő szimuláció kategóriáit. | |||
A munkaerő jelentős befolyással bír sok termelési rendszer üzemi viselkedésére. Először is a munkaerő alkalmazását munkaerő logisztikai szempont alapján kell tervezni. Ezen kívül a termékfejlesztésben, a munkahelytervezésben és a termelési folyamatok tervezésében az emberi teljesítménynek nagy a jelentősége és ha a dolgozók biztonságos, ergonómiailag optimális környezetben tevékenykednek, jelentősen javul a minőség, csökkennek a költségek, nő a dolgozói elégedettség és ezáltal javul a termelékenység. | |||
A munkaerő szimulációnak több fajtája különböztethető meg: | |||
| |||
A munkaerő szimuláció három területét (1. ábra), melyek a modellek részleteiben jelentősen különböznek egymástól, röviden bemutatjuk az alábbiakban: | |||
| |||
Munkaerő-integrált szimuláció | |||
A munkaerő logisztika területén alkalmazott szimulációt munkaerő-integrált szimulációnak is nevezik, célja a szükséges munkaerő mennyiségének vizsgálata, a munkaerő ésszerű szervezése, valamint a szükséges képzettség vizsgálata. A munkaerő tervezés területén felhasznált szimuláció például a munkastruktúra analízise, a rugalmas munkaidőmodell szimulációja vagy a szimulációs képzettségi struktúra tervezése. A munkaerő logisztika szimulációban a munkaerő logisztika áll az előtérben és a felállított modell az alábbi részletekre térhet ki: | |||
| |||
A gépi és személyi kapacitások szétválasztása feloldja a szigorú munkaerő hozzárendelést és lehetővé teszi a munkaerő felhasználás és a gépi üzemidő szétválasztását. | |||
A munka és üzemidők leképezéséhez a folyamatosan fejlődő munkaidő rendszerek tartalmazzák a munkaerő integrált szimulátorokat, a változó munka- és állásidő modelleket. | |||
A különböző munkaidők és állásidők részletes bemutatása növeli a ráfordítást, mégis szükséges az egymást átfedő műszakrendeknél a dinamikus korrekt leképezéshez. | |||
A munkaerő képesítés ábrázolása lehetővé teszi a különböző képesítésű személyek vagy munkaerőtípusok modellezését. A tényleges fő tevékenység és a melléktevékenység a modellezésnél a különböző munkaerőtípusoknál figyelembe vehető. A kérdésfeltevés szerint elegendő a meglévő és a nem meglévő képesítések differenciálása vagy megfelelő adatgyűjtési ráfordítással egy részletes bemutatás választása. Egy rugalmas termelési rendszer gépkezelője és szerelője például két különböző munkaerőtípusként mutatható be. | |||
Az együttműködés és csoportmunka ábrázolása a változó termelési rendszerek alapján egyre nagyobb jelentőséget nyer. Munkaerő-integrált szimulátorok lehetővé teszik a felhasználandó termelési eszköz és munkaerő rugalmas kombinálását, a megfelelő termelési eszköz és munkaerő készlettel rendelkező munkarendszerek kialakítását és ezek hatásvizsgálatát. | |||
A munkaerő-integrált szimulációhoz szükséges adatok | |||
A munkaerő integrált szimuláció a technikai adatokon kívül, mint pl. megmunkálási idő, felszerelési idő, üzemi berendezések üzemideje, technikai rendelkezésre állás, megköveteli a munkaerőre vonatkozó adatok külön vizsgálatát: | |||
Gyűjtse össze, csoportosítsa és jegyezze meg a munkaerőre vonatkozó adatokat. | |||
Termelési eszköz: | |||
| |||
Jelenlét illetve rendelkezésre állás: | |||
| |||
Képzettségek: | |||
| |||
Együttműködés és csapatmunka: | |||
| |||
A munkaerő-integrált szimulációhoz használt adatok a tipikus gyáradatok vizsgálatán túl a technikai logisztikai szimulációt is támogatják és kérdésfeltevéstől függően jelentős ráfordítást igényelnek az adatszerzéshez. | |||
A munkaerő tervezés modelljei megkövetelik a részletezettségi fokuk szerint a műszakmodellek figyelembe vétele mellett napirendi és más üzemi okokból beiktatott szünetek idejének figyelembe vételét is. | |||
Az új termelési koncepciók egyre inkább differenciált munkaidőmodelleket igényelnek, melyek hozzájárulnak a termelési folyamatok rugalmasságához és javítják az üzemi eredményeket. Munkaerő integrált szimulációs eljárások lehetővé teszik a jelenléti aspektusok részletes figyelembe vételét, annak érdekében, hogy a különböző munkaidő modellek üzemi eredményekre gyakorolt hatásait analizálják. A munkaerő tervező szimulátorok felé támasztott elvárás, hogy azok a munkaszervezés vonatkozásában tartalmazzanak modern munkaerő felhasználási formákat, pl. csoportmunkát. | |||
A munkaerő modellezésénél alapvetően a következőket kell figyelembe venni: | |||
| |||
A modellezés módja és a részletezés szintje nagyban függ a vizsgálandó kérdésfeltevéstől, az alkalmazott szimulátortól, valamint a leképezendő termelési rendszerről rendelkezésre álló információktól és adatoktól. A munkaerő tervezés szimulációját részben speciális szimulátorokkal végzik. Az általános gyártás-szimulátorok sokféle megoldást és építőelem könyvtárat kínálnak ezen a területen, melyek viszonylag könnyen bekapcsolhatóak a termelési logisztika átfogó szimulációjának összefüggéseibe. | |||
Munkaerő-orientált szimuláció | |||
Gyűjtse össze és tanulja meg a munkaerő-orientált szimuláció szempontjait. | |||
A digitális gyár munkaerő-orientált szimulációs modellje a munkaerőre vonatkozó kérdésfeltevésekre specializálódik és a megoldáshoz viszonylag magasabb szintű részletességgel rendelkezik, mint a munkaerő-integrált modellek. A munkaerő-orientált szimuláció a kívánatos munkastruktúrák vizsgálatához, valamint a meglévő struktúrák értékeléséhez használható. A munkaerőhöz kapcsolódó munkaformák és feltételek részletes analíziséhez szükség van a munkaerő kiegészítő tulajdonságainak leképezésére, mint pl. fizikai terhelés, emberi igénybevétel, alul és túlterhelés, tanulás, az emberi megbízhatóság és a termelési vagy logisztikai rendszerek viselkedésére való mindenkori reakció. A modellek magasabb részletezési szintje alapján viszonylag nagyobb adatfeldolgozásra van szükség. | |||
Munkaerő-orientált szimulátorok modellezik a munkaerő-integrált modelleken kívül az alább bemutatott szempontokat is: | |||
Terhelésfüggő hatások modellezése | |||
A terhelést igénylő hatásokhoz tartoznak a gyakorlati hatások (tanulási folyamat) és a kifáradások. Ezek a hatások közvetlenül befolyásolhatják a feladatvégzés sikerét és ezzel az elért teljesítményt és termelékenységet. Munkaerő-orientált szimulátorok ezeket a hatásokat modellezik és ezzel képesek valósághűen szimulálni például a munkaerő-intenzív termelési rendszerek komplex folyamatainak viselkedését. | |||
Munkapszichológiai szempontok modellezése | |||
Munkapszichológiai szempontoknak azoknál a munkarendszereknél van jelentőségük, melyekben a munkaerőnek nehéz fizikai munkát kell végezniük, vagy a munkavégzést nehezítő körülmények között kell végrehajtani. Ezen szempontok szimulációjával már a tervezési szakaszban meg lehet becsülni az alkalmazottak várható fizikai terhelését és igénybevételét. | |||
Munkapszichológiai szempontok | |||
A munkafeladatokat alapvetően munkapszichológiai szempontból a következő kritériumok alapján kell kialakítani: | |||
| |||
A szimulációs eljárás alapvetően alkalmazható az alábbi részszempontok szimulálására és értékelésére: | |||
| |||
A munkapszichológiai nézőpontból teljes szimuláció eddig még viszonylag problémás, mivel részben hiányoznak a tudományosan bizonyított ismeretek, számos lehetséges befolyásolási tényezővel kell számolni és az adatgyűjtés rendkívül nagy ráfordítást igényel. | |||
Csoportszociológiai szempontú modellezés | |||
A rugalmas munkastruktúráknál a csoportmunkának egyre nagyobb jelentősége van. A csoportszociológiai szempontok szinergikus hatásként érvényesülnek, mely egy csoporton belül több személy együttműködéséből keletkezik. Konkrét működési eseteknél vizsgálandó, milyen mértékben gyorsítja meg a csoportmunka a szervezeti tanulási hatásokat és az a munkarendszer teljesítményének növelését vagy éppen az együttműködés kölcsönös akadályozásával annak csökkentését eredményezi. Néhány szempont, mint cselekvési stratégia, idő vagy kihasználási szempontok leképezhetőek a modellekben, de a tudományos ismeretek hiánya miatt átfogó csoportszociológiai szimuláció alig lehetséges. | |||
Ergonómia-szimuláció | |||
Tanulja meg az ergonómia szimuláció jelentőségét. | |||
Az ergonómia-szimuláció a munkapszichológiai szempontú szimulációk speciális területe, azonban a jelentősége és a speciális módszerei és eszközei alapján külön kerül bemutatásra. Az ergonómia-szimulációhoz 3D környezetben állnak rendelkezésre eszközök a kézi feladatok interaktív kialakításához és optimalizálásához, a folyamatok és termékek ergonómiájának javítása érdekében. Az ergonómia szimulációban felhasznált emberi modellekhez az alábbi lépések szükségesek: | |||
| |||
Az emberi munkaerő ergonómiai modellezése a viszonylag egyszerű elérési vizsgálatoktól a biomechanikailag részletezett digitális modellezésig történhet. Különböző korú és nemű nemzetközi standardú emberi modellek tára lehetővé teszi, hogy a munkahelyeket az alkalmazott külső megjelenésének figyelembe vételével alakítsák ki. Az emberi modellek alkalmasak a teljes test fordított irányú mozgásának és a testtartásának kalkulációjára és lehetővé teszik az emberi feladatok részletes, pontos és hatékony modellezését. | |||
Különböző fogó és mozgási folyamatok állnak rendelkezésre az emberi mozgások gyors és egyszerű definiálására. | |||
A digitális emberi modellek a szimulációs ergonómiai vizsgálatokhoz implementálhatók a virtuális környezetbe, munkautasításokat hajtanak végre, mialatt az ergonómiai kritériumok pontos analízise megtörténik. A szimuláció lehetővé teszi annak vizsgálatát, hogy a digitális emberi modelleknek mi van az elérési területükön és milyen a mozgási terhelésük stb, ezáltal ergonómiailag fontos információkat vizsgálnak a megmunkálási ciklusokról. Ez segíti a tervezőket és a műszaki rajzolókat az emberek számára biztonságos, kényelmes és felhasználóbarát termékek és munkahelyek kialakításában. | |||
2. Termelési eszközellátás szimulációja | |||
A bekezdés átolvasása után saját szavaival fogalmazza meg a termelési eszközellátás szimulációját. | |||
A szimuláció előnye a termelési eszközellátásban a szimultán műszaki folyamatok hatékonyságának növelése. Ez a fejlesztés, tervezés, termelési eszközellátás és a gyártás során valósul meg. A termékek és folyamatok optimalizálásának digitális biztosítása lehetővé teszi a termék előállítási folyamat lerövidítését többek között a termelési eszközellátás jelentős felgyorsulása, a módosítások csökkentése és a gyorsabb és stabilabb termelési folyamatok során. | |||
Ezeket a célokat standardizált tervezési és szimulációs megoldások támogatják, melyek a termelési eszközellátás költségeit is csökkentik. A termékek és berendezések költségcsökkentésének és minőségjavításának alapja mégis a termékfejlesztés korai befolyásolása, annak érdekében, hogy gyártásra kész termékkonstrukciók jöjjenek létre. A termelési eszközellátáshoz a következő hatásokat célozza meg a termék, termelési eszköz és az idő vonatkozásában: | |||
| |||
A termelési eszközellátásból fakadó termelési eszközáramlás egy lényeges követelmény a nagyobb termelési rendszerek zavartalan termelési folyamataihoz. A termelési eszközök állásánál érthetővé válik a szervezeti problémák nagy része, szemben a viszonylag alacsonyabb számú műszaki zavarokkal, ezért ésszerű nagy figyelmet szentelni a termelési eszközáramlás szervezésének. Ezt támogathatja a termelési eszközáramlás szimulációjának alkalmazása, pl. a szerszámellátás javítása vagy értékelése révén. A rugalmas termelési rendszerekben a szerszámellátás célmennyisége a következő: | |||
| |||
Gazdasági okokból épp a nagyobb volumenű gyártásnál ésszerű a gépekkel azonos számú szerszámot tartani. A zavartalan termelési folyamat biztosításához elengedhetetlen a munkadarab áramlását és a szerszámok rendelkezésre állását állandóan előre tekintve koordinálni. A számos ellentmondásos cél és az azok eléréséhez szükséges követelmények miatt nem lehet megbízni a statikusan tervezett konfigurációk működésében. A szimuláció operatív szinten jó szolgálatot tesz a termelési eszközellátás és folyamatok előzetes tervezéséhez. | |||
3. Automatizálási-technika szimuláció | |||
Az automatizálási technika területén a szimuláció több fázisban is használható. A koncepció fázisban a szimuláció lehetővé teszi a különböző irányítási stratégiák tesztelését és értékelését. A szimuláció alapján kiválasztott stratégia közvetlen alkalmazása az irányítási szoftverben lényeges szempont. Az üzembe vétel fázisában a szimuláció helyettesíteni tudja a valós mechanikus rendszert. A tesztelendő irányítási szoftver ekkor nem csak a valós rendszert irányítja, hanem a virtuális szimulációs modellt is. Ezzel a módszerrel az üzembe vétel jelentősen lecsökken, ami nagyobb rendszereknél jelentős megtakarításhoz vezet. Az indítási szakaszban az irányítási szoftver egy szimulációs modellel az alkalmazottak képzésére használható. Ez az eljárásmód lehetővé teszi az üzemzavarok veszélye nélküli betanítást, valamint extrém helyzetekben a viselkedés tesztelését és a felkészülést. A termelési fázisban a szimuláció a folyamatos irányítási optimalizálást célozza meg. Alternatív irányítási koncepciókat lehet kifejleszteni és részletesen tesztelni, mielőtt azokat üzembe helyezik. | |||
Az automatizálási technika tipikus problémája, hogy a tesztelési és üzembevételi fázist sokszor nagy időnyomás alatt kell elvégezni, mivel gyakran késleltetve van a termelőeszközök elkészülése, vagy a berendezések változása miatt az üzembe vétel idejét elhalasztják, másrészről a határidőket a vevők számára tartani kell. Ennek a szűk keresztmetszetnek a feloldására nagyszerűen alkalmazható a szimuláció a tesztelési, az üzembevételi valamint a koncepcionálás fázisában. | |||
Memorizálja a gépek és berendezések vezérlési szoftver szimulációjának előnyeit. | |||
A szimuláció segítségével a gépek és berendezések vezérlési szoftvereit tesztelik, anélkül hogy ahhoz a valós berendezésekre szükség volna. A szimuláció révén javított tesztelehetőség és a virtuális vezérlés-üzembevétel előnyben részesítése pozitív hatással van a vezérlő szoftver minőségére valamint a megbízások lebonyolításának folyamatára szimultán mérnöki értelemben. Lényegében az alábbi előnyök realizálhatóak: | |||
| |||
| |||
A valós üzembevétel előtt történik a virtuális üzembevétel eredményeinek vizsgálata, a magas minőség elérése érdekében, és a tényleges üzembevétel idejének jelentős csökkentése érdekében. Ennek az eljárásmódnak a céljai: | |||
| |||
4. Termelési folyamatok dinamikus szimulációja | |||
Tanulja meg a dinamikus szimuláció szerepét, és jegyezze meg a céljait. | |||
A gyárszimulátorok a dinamikus szimulációval a termelési folyamat berendezéseit projekttervezését, kialakítását, tervezését és programozását hatékonyan támogatják. A hibás tervezés csak a valós rendszerben ismerhető fel, az utólagos javítás pedig legtöbbször nagy ráfordítást igényel, vagy bizonyos esetekben technikailag nem is lehetséges. A gyakorlatban ez nem kielégítő rendszermegoldásokhoz és magas költségekhez vezet. | |||
A termelésben megkövetelt rövid átfutási idő a különböző termelési anyagáramlás alapos tervezését és irányítását feltételezi. Egyrészről a mindenkori késés nélküli termelési igénynek pontosan a szükséges megmunkálási helyen rendelkezésre kell állnia, másrészről egy termelésben lehetőség szerint kevés puffernek kell lennie, hogy nagyfokú rugalmasság és a rövid átfutási idő kismértékű tőkelekötés mellett biztosítható legyen. Továbbá biztosítani kell, hogy egyes részterületek zavarai ne érintsenek nagyobb területeket vagy akár az egész termelést. | |||
A modernebb, rugalmasabb termelési berendezések komplexitása miatti nagyobb számú különböző célkitűzés és számos különböző egymással összefüggő terület esetében a termelési folyamatok kvázi statikus tervezése már nem kielégítő. Továbbá az algoritmikus eljárások csak a viszonylag korlátozott feladatok esetében használhatóak a gyakorlatban. A dinamikus szimuláció modern, jó teljesítményű eszközökkel megfelelően támogatja az anyagáramlás tervezését és megvalósítását. | |||
A dinamikus szimuláció alkalmazásának céljai és komplex anyag- és információáramlás vizualizációja: | |||
| |||
A szimulátorok lehetővé teszik a termelési rendszerek és folyamatok modellezését és szimulációját. Ezekkel az eszközökkel logisztikai és termelési rendszerek alakíthatóak ki, annak érdekében, hogy a rendszer tulajdonságait vizsgálják, vizualizálják és a teljesítményt optimalizálják. Képes a vizsgálandó logisztikai és termelési rendszerek termelési eseteit tesztelni, analizálni és értékelni, a termeléstervezés korai stádiumában gyors, megbízható döntéshozatal érdekében. A szimuláció segíthet a layout és termelési koncepció javításában és az új termelési berendezések tervezésénél fellépő befektetési költségek minimalizálásában a szükséges termékmennyiség biztosítása mellett. | |||
A rendszer rendelkezésre állás vizsgálatának szimulációja | |||
A rendszer rendelkezésre állása a kapacitás számításhoz fontos adat. Egy rendszer teljes rendelkezésre állása függ az egyes alrendszerek műszaki rendelkezésre állásától. Egy közvetlen, puffer nélkül összekapcsolt folyamatos üzemben működő gyártósorhoz a rendelkezésre állást az egyes rendelkezésre állások szorzatából lehet kiszámolni. Hat közvetlenül kapcsolódó termelési berendezés egyenként 0,93 rendelkezésre állással csak 0,65-ös rendelkezésre állású sornak felel meg (3. ábra). | |||
A legtöbb gyakorlati alkalmazási területen egymásra épülő, párhuzamos folyamatok, valamint tárolási-stratégiák időbeli ismétlődése figyelhető meg. Ilyen rendszereknél a teljes rendszer alkalmazhatóságát nem olyan egyszerű kiszámítani, dinamikusan lehet csak meghatározni. Ehhez használható a dinamikus szimuláció. | |||
| |||
A gyártócellák - több, különböző rendelkezésre állású gép vagy robot - összesített rendelkezésre állásának meghatározására szolgáló szimuláció különösen érdekes. A több összekapcsolt gyártócella rendelkezésre állási szimulációjának eredményei egy komplex termelőüzemben fontos jellemzőket ad meg a termelési kapacitásról és lehetővé teszi a sorközi készletek optimalizálását a gyártócellák között. | |||
Az összeszerelési folyamatok tervezése és szimulációja | |||
Az összeszerelés jelentős termelési lépés, melyben számos belsőleg és külsőleg gyártott komponens sokféle irányból érkezik. Az összeszerelési folyamatok és a hozzá kapcsolódó logisztika gyakran elég összetett. Továbbá a termékek tartózkodási idejét ebben a fázisban lehetőleg csökkenteni szükséges, mivel az összeszerelés hozzáadott értéke ekkor már viszonylag nagy. Ezek a nehézségek és a lehetőleg alacsony tartózkodási idő megköveteli a megbízható tervezést és irányítást. A tervezés, programozás és az összeszerelő berendezések optimalizálása jól működő adatkezeléssel és szimultán mérnöki szimulációval támogatható. |
Önellenőrző kérdések | ||
1. Sorolja fel a munkaerő szimuláció kategóriáit! ![]() | ||
2. Csoportosítsa a munkaerő szimulációhoz szükséges adatokat! 1. Termelési eszköz ![]() | ||
3. Sorolja fel a munkaerő-orientált szimuláció szempontjait! ![]() | ||
4. Ismertesse az ergonómia szimuláció jelentőségét! ![]() | ||
5. Sorolja fel a gépek és berendezések vezérlési szoftver szimulációjának előnyeit. ![]() | ||
6. Ismertesse a termelés szimuláció szerepét! ![]() | ||
7. Ismertesse a termelés szimuláció céljait! ![]() |