Systemy komputerowo zintegrowanego wytwarzania CIM

Systemy komputerowo
zintegrowanego wytwarzania
CIM
Pojęcie systemu produkcyjnego
• System produkcyjny można określić jako układ
elementów składowych i relacji pomiędzy tymi
elementami oraz relacji czynników wejścia do
systemu na czynniki wyjścia z systemu.
• System produkcyjny stanowi celowo
zaprojektowany i zorganizowany układ
materialny, energetyczny i informacyjny
eksploatowany przez człowieka i służący
produkowaniu określonych produktów (wyrobów
lub usług) w celu zaspokajania różnorodnych
potrzeb konsumentów.
System produkcyjny
• System produkcyjny składa się z pięciu podstawowych elementów:
– Wektor wejścia X, w skład którego wchodzą wszystkie czynniki
produkcji.
– Wektor wyjścia Y, w skład którego wchodzą wyroby, usługi, a także
szkodliwe odpady produkcyjne zanieczyszczające środowisko
– Procesy przetwarzania wektora wejścia w wektor wyjścia T nazywany
procesem produkcyjnym.
– Proces zarządzania systemem.
– Sprzężenia materialne, energetyczne i informacyjne pomiędzy
pozostałymi elementami systemu produkcyjnego.
• Uwaga: pierwsze trzy elementy wraz ze sprzężeniami materialnymi,
energetycznymi i informacyjnymi nazywane są łącznie
podsystemem przetwarzania lub produkcji natomiast proces
zarządzania systemem wraz ze sprzężeniami informacyjnymi
nazywany jest podsystemem zarządzania.
Rys. Uogólniony model systemu produkcyjnego
WEJŚCIE X
- materiały
- wyposażenie
produkcyjne
energia
personel
informacje
kapitał
PROCES PRZETWARZANIA T
-
-
- operacje technologiczne,
kontrolne, transportowe,
magazynowe
- operacje usługowe
ZARZĄDZANIE
Zasilanie materiałowe, energetyczne i informacyjne
Decyzje personelu zarządzającego
Sprzężenia zwrotne informacyjne
WYJŚCIE Y
- wyroby
przemysłowe usługi
przemysłowe
(serwisowe) odpady
produkcyjne
Rys. Model systemu produkcyjnego w gospodarce rynkowej
WEJŚCIE X
- personel
- informacje
- kapitał
PROCES PRZETWARZANIA T
Badanie
Proces wytwarzania Dystrybucja
i rozwój
WYJŚCIE Y
- personel
- informacje
- kapitał
ZARZĄDZANIE
Planowanie Organizowanie Sterowanie i motywowanie Kontrola
Zasilanie materiałowe, energetyczne i informacyjne
Decyzje personelu zarządzającego
Sprzężenia zwrotne informacyjne
Geneza i pojęcie CIM
• CIM (Computer Integrated Manufacturing) –
zintegrowane przetwarzanie informacji w
przedsiębiorstwie przemysłowym.
• CIM polega na stosowaniu odpowiedniego sprzętu
oraz oprogramowania do planowania,
koordynowania, kontrolowania oraz sterowania
całością działań produkcyjnych oraz realizacji
funkcji zarządzania w przedsiębiorstwie.
• W środowisku CIM komputerowym wspomaganiem
zostają objęte fazy projektowania wyrobów i ich
bezpośredniego wytwarzania oraz następuje
sprzężenie działających w tych fazach systemów z
systemem planowania i sterowania produkcją (MRP II i
ERP)
Geneza i pojęcie CIM
• CIM łączy w przedsiębiorstwie zautomatyzowane
systemy wytwarzania z funkcjami planowania,
projektowania, finansowania zaopatrzenia i
sprzedaży w zintegrowanym komputerowo systemie.
• Podstawę budowy środowiska CIM tworzą trzy główne
systemy:
– Systemy projektowania, rozumiane jako komputerowe systemy
wspomagające prace konstruktorskie CAD (Computer Aided
Design)
– Systemy wytwarzania, rozumiane jako komputerowo
wspomagane systemy sterowania maszynami i urządzeniami
technologicznymi CAM (Computer Aided Manufacturing)
– Systemy planowania i sterowania produkcją (PPC – Production
Planning and Control). Obecnie systemy MRP II i ERP II
Geneza i pojęcie CIM
• Trzy główne systemy mogą być uzupełnione o
dodatkowe systemy takie jak:
– Komputerowo wspomagane sterowanie jakością
produkcji (CAQ - Computer Aided Quality Control)
– Komputerowe testowanie jakości wyrobów, maszyn,
urządzeń i narzędzi (CAT – Computer Aided Testing)
– Komputerowo wspomagana inżynieria (CAE –
Computer Aided Engineering)
– Komputerowo wspomagane przygotowanie i
planowanie produkcji (CAP – Computer Aided
Planning)
– Komputerowo wspomagane planowanie procesów
(CAPP – Computer Aided Process Planning)
Rys. Uproszczony schemat CIM
Dane
konstrukcyjne
Dane
produkcyjne
Dane
ekonomiczne
SYSTEM ZARZĄDZANIA
BAZĄ DANYCH
SYSTEM PROJEKTOWANIA
projektowanie wspomagane
komputerowo - CAD
SYSTEMY WYTWARZANIA
- elastyczne systemy produkcji FMS
- specjalizowane podmiotowo gniazda
produkcyjne
- roboty przemysłowe
- obrabiarki sterowane numerycznie
SYSTEMY PLANOWANIA planowanie wykorzystania
zasobów (MRP II)
zoptymalizowany przepływ
produkcji (OPT)
Komputerowo wspomagane
projektowanie CAD
• CAD polega na użyciu oprogramowania do tworzenia
dwuwymiarowych (przedstawiających płaszczyzny) i
trójwymiarowych (przedstawiających bryły) rysunków
technicznych oraz opisywaniu ich parametrów (głównie
liczbowych). Za pomocą narzędzi CAD projektant tworzy pełną
dokumentację konstrukcyjną wyrobów, części i detali. Zostaje
ona zapamiętana w postaci elektronicznej w bazie danych, dzięki
czemu znacząco usprawniony zostaje proces tworzenia nowych
wyrobów lub modyfikacji starych na bazie wcześniejszych
konstrukcji oraz korzystaniu z bazy gotowych podstawowych figur
geometrycznych. Programy CAD pozwalają na dowolne obracanie i
znaczne powiększanie (zmniejszanie) figur geometrycznych.
• Pakiety CAD dokonują różnych obliczeń np. obliczenie stopnia
odkształcania i wytrzymałości ciał pod wpływem działania sił.
• CAD dostarcza specyfikacji części wchodzących w skład
zaprojektowanych wyrobów gotowych wraz z podaniem
współczynników ilościowych.
Rys. Sprzężenie systemów CAD – MRP II
System CAD
- wytwarza rysunki części
- wytwarza rysunki grup elementów
- podaje dane opisujące schematy, rysunki
- wytwarza struktury grup elementów
Element
geometrii
Opis części i
detali
Opis grup
części
Lista funkcji
elementów
System CAD
przekazuje dane
do systemu
MRP II
lista grup
części
lista
elementów
części
Lista części
dla zleconych
Komputerowo wspomagana
inżynieria - CAE
• CAE rozszerzają zakres wspomagania prac inżyniera
oferowany przez narzędzia CAD. Pozwalają one na
symulowanie ruchu projektowanych wyrobów i
dodatkowe obliczenia z nim związane.
Zaprojektowana konstrukcja przybiera cechy
rzeczywistego prototypu.
• CAE umożliwia określenie jego technicznych i fizycznych
cech oraz symulacje zdarzeń nowo projektowanych
samochodów. Dzięki wariantom symulacyjnym można
np. zmniejszyć koszty, zaoszczędzić energię,
zredukować wagę, zwiększyć bezpieczeństwo i precyzję
oraz wyeliminować czynniki niepożądane (redukcja
szumów).
Komputerowo wspomagane
wytwarzanie CAM
• CAM stanowi jeden z ważniejszych elementów CIM.
• CAM obejmuje programy sterujące maszynami,
robotami, wewnętrznymi systemami transportu,
systemami magazynowania itp. Sterowanie
urządzeniami jest powiązane ze sterowaniem realizacją
zleceń oraz zbieraniem danych operacyjnych. Występuje
tu ścisła integracja z modułami harmonogramowania
warsztatowego (SFC) i zarządzania stanowiskiem
roboczym (I/OC) systemu MRP II. Maszyny i urządzenia
mogą automatycznie przekazywać informacje o czasach
rozpoczęcia i wykonania operacji procesu wytwarzania
oraz wyniki kontroli jakości do odpowiednich modułów
systemu MRP II.
Funkcje CAM
• CAM realizuje automatyzację następujących funkcji wytwarzania:
–
–
–
–
–
Operacji technologicznych (np. obróbki skrawaniem)
Zarządzania zamianą narzędzi (oprzyrządowania)
Sterowania montażem części
Sterowania transportem komponentów i wyrobów gotowych
Sterowania magazynowaniem pośrednim, zapewniającym ciągłość
procesu wytwarzania.
• W zakresie wspomagania gospodarki magazynowej do zadań CAM
należy automatyzacja operacji transportu. Materiały, półfabrykaty i
wyroby gotowe są automatycznie przemieszczane i załadowywane
w wolne przestrzenie magazynowe, a następnie pobierane według
określonych wcześniej reguł priorytetu. Sterowane i nadzorowane
elektronicznie urządzenia transportowe poruszają się bez udziału
kierowcy po optymalnych trasach, które mogą być wyznaczone
każdorazowo przez komputer.
Komputerowo wspomagana
kontrola jakości - CAQ
• Podstawowym zadaniem CAQ jest zapewnienie wysokiej
jakości produkcji, za pomocą pętli sprzężeń zwrotnych.
Narzędzia CAQ wspomagają następujące funkcje
kontroli jakości:
– Przygotowanie danych niezbędnych do planowania i kontroli
jakości wyrobów
– Przygotowanie danych o jakości, dla sterowania procesami
wytwórczymi
– Przygotowanie dokumentacji wyników kontroli
– Automatyzacja procesów pomiaru i kontroli.
• System CAQ w środowisku CIM – spina wszystkie
obszary sfery wytwórczej pobierając i przekazując dane
pomiędzy systemami MRP II, CAD, CAM i CAPP.
Rys. Miejsce CAQ w środowisku CIM
CIM
Komputerowo wspomagane zarządzanie
PPC (MRP II)
Planowanie i sterowanie produkcją
CAD
CAQ
CAPP
CAM
Komputerowo wspomagane wytwarzanie
Komputerowo wspomagane
przygotowanie produkcji i planowania
procesów – CAP i CAPP
• Systemy te realizują zadania objęte
funkcjonalnością systemu MRP II. Ich
podstawowe zadania to:
– Ustalenie warunków obróbki dla operacji
maszynowych (stanowisk roboczych) oraz ustalenie
norm czasowych dla tych operacji
– Ustalenie kolejności indywidualnych operacji
produkcyjnych dla wyprodukowania danej części lub
produktu, czyli ustalenie marszrut technologicznych
– Obliczenia obciążenia maszyn i pracochłonności dla
programu produkcji.
CAP i CAPP
• Systemy CAP i CAPP dostarczają danych dla
planowania produkcji i planowania kosztów
normatywnych.
• Integracja systemów CAD, CAP/CAPP i CAM
jest uważana za alternatywną ścieżkę
informatyzacji wobec ścieżki wdrożenia i
integracji systemów CAD i MRP II.
Oprogramowanie CAP/CAPP uzupełnia systemy
CAD o ważne funkcje planistyczne, w przypadku
gdy przedsiębiorstwo nie decyduje się na
wdrożenie systemu MRP II (ERP).
Hierarchia podsystemów CIM
Kolejność działania poszczególnych
podsystemów CIM można przedstawić
następująco: proces rozpoczyna się od działania
systemów CAD i CAP, za pomocą których
tworzona jest konstrukcja wyrobu i technologia
wykonania. Następnie w systemie PPC (MRP II)
odbywa się planowanie i sterowanie produkcją i
wreszcie system CAM steruje maszynami i
urządzeniami technologicznymi, transportowymi
i magazynowymi. System CAQ kontroluje jakość
wykonania.
Rys. Podsystemy CIM według kolejności przebiegu
Projektowanie
wyrobów
Programowanie
produkcji
CAD
Planowanie
warsztatowe
Zarządzanie
obiegiem zleceń
Harmonogramowanie
Bilansowanie mocy
produkcyjnych
Sterowanie procesami wytwórczymi
CAP
PPC
PPC
PPC
Sterowanie maszynami, DNC, CNC
CAM
Sterowanie urządzeniami transportowymi i
magazynami
CAM
Kontrola jakości
CAQ
Główne koncepcje realizacji
środowiska CIM
• Według koncepcji zalecanej w 1985 przez
niemiecką Komisję do Spraw Wytwarzania
system CIM składa się z dwóch
zasadniczych bloków: CAD/CAM oraz
PPS (obecnie MRP II), które wymieniają
ze sobą informacje. Systemy CAD/CAM
obsługują sferę techniczną a system PPS
wspomaga zarządzanie sferą
ekonomiczną.
Rys. Koncepcja CIM
CIM
wytwarzanie zintegrowane
komputerowo
CAD/CAM
PPC
projektowanie i wytwarzanie wspomagane
komputerowo
programowanie
produkcji
CAD
badanie i
projektowanie
CAP
plany pracy
CAM
wytwarzanie
części i montaż
planowanie i sterowanie
produkcją
CAQ
kontrola jakości
planowanie
jakościowe
plany terminów i
obciążenie mocy
plany terminów i
obciążenie mocy
kontrola realizacji
zleceń
Koncepcja Scheera model Y - CIM
• Model Y-CIM scheer opublikował w 1990 roku. Pokazuje
on dwa zasadnicze systemy przedsiębiorstwa
przemysłowego: system planowania i sterowania
produkcją (lewe ramię modelu Y-CIM) oraz
ukierunkowany technicznie system do produkowania
wyrobów i sterowania urządzeniami produkcyjnymi
(prawe ramię modelu Y-CIM). Elementy dodatkowe to:
listy elementów wyrobów, programy produkcji i
środki produkcji.
• Scheer podkreśla, że w ramach CIM dąży się do
kompleksowego rozważenia wszystkich funkcji
przedsiębiorstwa przemysłowego, starając się rozwiązać
zarówno zadania o charakterze ekonomicznym, jak i
technicznym.
Koncepcja Scheera model Y - CIM
• Lewe ramię: podstawowe ekonomiczne funkcje
planistyczne ukierunkowane na zlecenie
• Planowanie i sterowanie produkcją
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Sterowanie zleceniami (zbyt)
Kalkulacja kosztów
Planowanie produkcji wyrobów gotowych
Gospodarka materiałowa
Harmonogramowanie zdolności produkcyjnych
Bilansowanie zdolności produkcyjnych
Wydanie zlecenia
Sterowanie produkcją
Rejestracja danych operacyjnych
Kontrola (ilość, czas, koszty)
Sterowanie wysyłką
Koncepcja Scheera model Y - CIM
• Prawe ramię: podstawowe funkcje techniczne
ukierunkowane na produkt
• Systemy CAE, CAD, CAM (CAP, CAQ)
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Projektowanie wyrobów
Konstruowanie
Planowanie procesów produkcyjnych
Programowanie NC
Sterowanie maszynami NC, CNC, DNC i robotami
Sterowanie transportem
Sterowanie magazynem
Sterowanie montażem
Konserwacja, remont
Zapewnienie jakości
CIM jako realizacja koncepcji
fabryki przyszłości
• Wdrożenie w przedsiębiorstwie koncepcji CIM
prowadzi do realizacji tzw. zintegrowanej fabryki
przyszłości. W zintegrowanym przedsiębiorstwie
przyszłości integracji zostają poddane cztery
obszary:
–
–
–
–
Planowanie i sterowanie produkcją
Konstruowanie i planowanie wyrobów
Produkcja
Sterowanie magazynem
Rys. Koncepcja funkcjonalnej integracji w przedsiębiorstwie przyszłości
Sieci
zewnętrzne
Planowanie
i sterowanie
produkcją (MRP II)
dane
Planowanie
i sterowanie
produkcją (MRP II)
dane
dane
dane
Produkcja
(CAM/CAQ)
Zarządzanie danymi
Sterowanie siecią
materiały
dane
Sterowanie
Magazynem (CAM)
Planowanie
zdolności
produkcyjnych
Zaopatrzenie
Zarządzanie
zleceniami
Informacje rynkowe,
Zamówienia klientów
Planowanie
i sterowanie
produkcją (MRP II)
Kalkulacja
kosztów
Rejestracja
danych
Sterowanie
warsztatem
CAD
Symulacje
Konstruowanie
i planowanie
wyrobów
(CAD/CAE/CAP)
Planowanie
jakości
Planowanie
procesów
DNC, CNC
Sterowanie
transportem
Sterowanie
robotami
Produkcja
(CAM/CAQ)
Sterowanie
jakością
Zakup części
i materiałów
Kontrola
wejściowa
Sterowanie
magazynem
(CAM)
Automatyczne
wejście/wyjście
Wysyłka