CIM értelmezésének aspektusai CIM (Computer Integrated Manufacturing) = számítógéppel integrált gyártás - koncepció - filozófia - szervezési elv - metodológia - konkrét rendszer CIM - számítógéppel integrált gyártás IT és GT eszközrendszerének egységesítése és rendszerszemléletű integrálása. A gépipar kulcsszerepet játszik. Diszkrét termelési folyamtok tervezés, irányítás, végrehajtás. IT fejlődése új lehetőségek: feladatmegoldás. MI fejlődése új modellek, módszerek: munkamegosztás, döntéstámogatás. Nyílt rendszerek funkcionális modulok integrációjának erősítése. Integráció Legfontosabb kérdés: hogyan integrálhatók a funkciók egységes egésszé? Az egyes funkciókhoz telepített információs rendszerek: - saját specifikus feladataikat látják el és - információt cserélnek (alá-, fölé-, mellérendelt egységek) Integrált információs rendszer: - konzisztens és nyitott számítógépes struktúra - adatfeldolgozási eszközök - számítógépek, adat- és tudásbázis, szoftverek - kommunikációs rendszerek Vállalati integráció Egyszerűsítés: a termék értékéhez hozzá nem járuló feladatok kiküszöbölése; felmérés, redundáns feladatok megszüntetése. Integráció: - a vállalat funkcióinak újra/átrendezése vagy - a korábbi funkcióhatárok megszüntetése CIM technológia alkalmazása: bevezetés működés közben! Ipari, szolgáltatási és kereskedelemi változások 1
CIM fogalmának kialakulása: történelmi háttér CIM fogalomköréhez vezető fejlődési főirányok: 1. a mérnöki tervezőmunka numerikus és grafikus támogatása számítógéppel (CAD) 2. a gyártási folyamatok technológiai előkészítésének számítógépes támogatása (GT, CAPP, CAPE) 3. a gyártás anyagi (kivitelezési) folyamatainak számítógépes támogatása (NC/CNC/DNC, AC, CAM, CAST) 4. a mesterséges intelligencia (AI) alkalmazásai (tudásszemléltetés, szakértőrendszerek, robotérzékelés, szakértőrendszer-vázak) 5. teljes iparvállalat termelésirányításának (ezen belül készletgazdálkodásának) számítógépes támogatása (PPS, MRP-I, MRP-II) Ügyviteli és üzleti folyamatok (business processes) számítógépes támogatása (CAA). A Számítógéppel Integrált Gyártás (CIM) fogalomköréhez vezető fejlődési főirányok A hetvenes évek végéről származó statisztikai adatok (műveletidők) átfutási idő - 100% mozgatás, várakozás - 95% gépen töltött idő - 5% gépi megmunkálás - 1,5% 2
A CIM koncepció fejlődésének kezdeti szakasza (Arthur D. Little) A CIM koncepció fejlődésének további szakaszai Specializálódás (1980-as évek vége) A termelővállalatokat a munkamegosztás szerinti szervezettség jellemezte: - a termelési programok tervezése - a fejlesztés és a konstrukciós tervezés - a kalkuláció és az értékesítés - a gyártástervezés - a kapacitástervezés és gyártásirányítás - az alkatrészgyártás és a szerelés - a vevőszolgálati karbantartás és javítás Cél: a termék ára versenyképes legyen. 3
Szervezeti, szervezés-metodikai változások Már nem kizárólag a termék ára mértékadó! - egyre fokozódó vevői idények - magas minőségi követelmény - határidő-tartás - vevői igényekhez való gyors alkalmazkodás - új vagy javított tulajdonságú termékek bevezetése - hatalmas információmennyiséggel kell megbirkózni - IT eszközök növekvő támogatást nyújtanak - a munkamegosztás korábbi mértékét nem indokolt fenntartani A CIM klasszikus értelmezése A CIM (számítógéppel integrált gyártás) egy csúcstechnológiai megközelítés a hatékonyabb gyártáshoz, amely a digitális számítógépek sebességét és pontosságát használja fel integráló tényezőként a teljes gyártási folyamat minden fázisában. A legszélesebb értelemben véve, a CIM a piaci igények elsődleges felismerésétől és a termék koncepciójától kezdődően kiterjed a teljes gyártási folyamatra és a kereskedelmi szférában, a készterméknek a vevőhöz (megrendelőhöz) való kiszállításával (delivery) fejeződik be. (gyártástechnológiai vetület) További CIM definíciók - A CIM az információ számítógépes rendszerek közötti összegyűjtésének és megosztott hozzáférésének automatizálására szolgáló módszertan, amelynek segítségével időben zárt láncú, visszacsatolt rendszer hozható létre a hatékony tervezésre és irányításra. - A CIM a számítógép-tudomány és a szoftvertechnológia rendszerszemléletű implementálása adott vállalaton belül, a hatékonyság, a termelékenység és a nyereségteremtő képesség maximalizálásának, mint stratégiai céloknak az elérésére. - A CIM - tágabb értelmezésben - rendszerszemléletű, átfogó koncepció, amely az adott cég sajátosságait figyelembe véve szervezési, személyzetpolitikai és műszaki fejlesztéseket integrál a vállalat egészére vagy önálló részterületére vonatkozóan, azon célból, hogy az összes üzemi tevékenység információszerűen összekapcsolódjék a gyorsabb, jobb minőségű és olcsóbb termelés érdekében. Így például az értékesítés, a konstrukció, a tervezés és a termelés feszesen tudjon együttműködni és a vásárlói igényekre gyorsan és rugalmasan reagáljon. - A CIM az információ-technológia és a gyártástechnológia együttes alkalmazása a gyártó vállalatok termelékenységének és a megrendelői igények iránti fogékonyságának növelésére, ami által az adott vállalat összes funkcionális, információs és szervezési kérdése egy integrált egész részeként ragadható meg. A CIM intelligens elektronikát alkalmazó gyártási rendszer, amely gyártóberendezések, informatikai rendszer és irányítási know-how együttese. A definícióban szereplő fogalmak Az "intelligens elektronika" tárgyiasult információ-technológiát, a "gyártóberendezések" tetszőleges, a gyártás különböző folyamataiban használatos, tetszőleges működési elvű, automatizáltsági fokú és bonyolultságú gépeket vagy berendezéseket jelent. Az "informatikai rendszer" hierarchikusan - újabban a nyitott végű rendszerek esetében részben heterarchikusan szervezett helyi számítógépes hálózat (Local Area Network = LAN) a megfelelő alapszoftverrel. Az "irányítási know-how" a mindenkori CIM-rendszerre specifikus szoftverek valamilyen, célszerűen szervezett és megfelelő interfészekkel ellátott kombinációja. Ezek a szoftverek részben kereskedelmi forgalomból beszerezhető, részben saját fejlesztésű modulokból szerveződnek és következetes, jól kiépített adatbázist (AI-modulok esetében adat- és tudásbázist) igényelnek. 4
Az integráció főirányai A CIM legbensőbb lényege az integrációban van, amely itt az elemek magasabb fokú - időbeli - szervezeti (architekturális) és - funkcionális szintézisét jelenti. Három fontos elmecsoport: 1. illesztési helyek (csatlakoztatási felületek) 2. hálózat (elektronikus adatáramlás) 3. adatbank (logikailag centralizált) A CIM háromirányú integrációt foglal magába: - az egymás után következő gyártási fázisok illesztése úgy, hogy a készgyártmány-kibocsátás ütemessége maximális legyen ("Időrendi metszet", optimális gyártási program) - az egymás feletti irányítási szintek integrációja ("Szervezeti piramis") - az egymás mellett működő vállalati funkciók integrációja Az a) jelű metszetet időbeli, a b) jelűt architekturális, a c) jelűt funkcionális integrációnak is nevezik. a) Időbeli integráció A gyártás időben egymást követő fázisai hogyan illeszkednek egymáshoz és hogyan lehet azokat egyesíteni, összevonni? Az implementált CIM-rendszer legfontosabb feladata az egyes automatizált egységek összekapcsolása, úgy hogy az integrált rendszerben minimális készletek halmozódjanak fel, és a készgyártmány-kibocsátás üteme maximális legyen. Ehhez pontosan időzített (ütemezett) külső anyagszállítás és belső gyártás szükséges, összehangolásuk a logisztika és a gyártásirányítás alapvető feladatai közé tartozik. A működő rendszer elemeit (az emberi személyzetet is) a folyamatos munka követelményének rendelik alá (JIT = Just-in-Time, kb. "mindent a kívánt időre"). b) Architekturális integráció Az anyagok, félkészgyártmányok folyamatos mozgása és a gyártás zavartalansága végett jól szervezett, többszörös mélységű számítógépes irányítási hierarchiát kell kialakítani. Az implementált konkrét CIM rendszerek hierarchiai szintjeinek száma általában 4 és 7 között van, ezért a szakirodalomban szívesen használnak 5 hierarchiai szintet, ha absztrakt CIM modellről van szó. Hierarchiai szintek: - vállalatirányítási szint (Top Level) - a gyártásirányító alrendszerek szintje (Center Level) - az autonóm termelőegységek szintje (Cell Level) - a munkahelyek szintje (Workstation Level) - a gyártási folyamat közvetlen vezérlésének szintje (Process Level) c) Funkcionális integráció A gyártáshoz kapcsolódó tevékenységek összehangolását vizsgálja: lényegében az egymás mellett működő vállalati funkciók integrálásának lehetőségeit méri fel. Ezek: - a műszaki fejlesztés - a gyártásirányítás - a minőségbiztosítás - a termelésszervezés Ezek a területek - viszonylagos önállóságuk révén - számítógéppel külön-külön is jól támogathatók. Angol elnevezéseik a szakirodalomban többé- kevésbé elfogadottak: CAD, CAE, CAPP, CAM, CAQ, MRP 5
A CIM rendszerek háromirányú integráltsága CIM tevékenységmodellek CIM technikai és technológiai eszközrendszerének rendkívül gyors fejlődése és terjedésének növekvő üteme szükségessé teszi a gépgyártási folyamatok tevékenységmodelljeinek folyamatos korszerűsítését. A témakörben megjelenő nagyszámú publikáció közös alapjaként az a felismerés tekinthető, hogy a termelési folyamatok technológiai és informatikai részfolyamatokból tevődnek össze, amelyek számítógépes integrációja a CIM fogalmának lényege. CIM-rendszerek struktúrájának és információs kapcsolatainak szemléltetése körszektoros modellel (CIM- Wheel) 6
Az ISO TC 184 által javasolt ún., Y-modell a CIM struktúrájának és fő funkcióinak szemléltetésére A Siemens által javasolt CÍM tevékenységmodell továbbfejlesztett változata 7
8
CIM funkciók az IBM által javasolt modell szerint Az IBM által javasolt, erősen egyszerűsített CÍM tevékenységmodell 9
A Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH által javasolt CIM tevékenységi modell továbbfejlesztett változata Vállalati funkcionális modellek és számítógépes alkalmazási területek Vállalati modell Számítógépes alkalmazások Integrált alkalmazási rendszerek a mai termelésinformatikában 10
Számítógéppel segített folyamattervezés (CAPP) helye és szerepe CIM rendszerben Számítógéppel segített folyamattervezés (CAPP) Diszkrét gyártás anyagi folyamatainak jellemző vonásai: - nagyszámú diszkrét mozzanat - egyedi folyamatszakaszok Gyártási folyamat: - előgyártmány gyártás - alkatrészgyártás - szerelés - vezérlés, felügyelet, ellenőrzés Terv: - rendeltetésszerűen működő rendszert meghatározó elgondolás Technológiai terv: - egy technológiai folyamat gondolati modellje Tervezés: - gondolati modell megalkotása - információhordozón való rögzítése Technológiai tervezés: - technológiai tervet (gondolati modellt) megalkotó folyamat Technológiai tervezés Két klasszikus módszer: 1. típus- és csoporttechnológiai tervekre alapozott módszer (Szokolovszkij, Mitrofanov) 11
2. többfázisú, iteratív módszer (Cvetkov) Típustechnológiai tervekre alapozott módszer Hierarchikus osztályozási rendszer: - osztályok, alosztályok, csoportok, alcsoportok, típusok - geometriai és technológiai szempontból közös vonásokkal jellemezhetők - eltérő számú hierarchiai szint Például: - egytengelyű, többtengelyű, szekrény(ház)-szerű, fogazott, stb. alkatrészek osztályai; - az egytengelyű alkatrészek osztályán belül a tengelyek, tárcsák, hüvelyek, perselyek, gyűrűk, stb. alosztályai; - a tengelyek alosztályán belül a rövid, normál, karcsú és nehéz tengelyek csoportjai; - a normál tengelyek csoportján belül az egy-irányban lépcsős, két-irányban lépcsős, furatos, fogazott, bordázott, stb. tengelyek típusai Tovább bontva: - a normál tengelyek csoportján belül: - tömör tengelyek - egyik vagy mindkét végén furatos, de nem átfúrt tengelyek - csőtengelyek alcsoportjai - a tömör tengelyek alcsoportján belül: - egy-irányban lépcsős - két-irányban lépcsős - több-irányban lépcsős (ún. befelé lépcsős ) tengelyek típusai A típusok kialakításakor általában fel kell adni a tiszta rendezési elvek harmóniáját. Típus-műveletterveket dolgoznak ki: - adott alkatrésztípuson előforduló műveletek sorrendjének és azok tartalmának megadása - az alkalmazható eljárásokra, szerszámgépfajtákra, készülékekre, szerszámokra és mérőeszközökre vonatkozó ajánlások Adott konkrét alkatrész technológiai folyamatának tervezése: - vezértípus kiválasztása - típustechnológiai terv illesztése Jellemzők: - a tényleges tervezőmunka mennyisége csekély (konkrét alkatrészre) - a tervezés gyors - a technológiai tervek egységesek, megfelelő minőségűek - típustervek kidolgozása munkaigényes és drága - nagysorozat és tömeggyártásban terjedt el Csoporttechnológia A típustechnológia kiterjesztése a gyártásra is: - alapja: alaki és technológiai szempontból is egymáshoz hasonló munkadarabok egész csoportja - az alkatrészcsoport megmunkálásához azonos vagy nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkező gépekre és gyártóeszközökre van szükség Egyedi-, kis- és középsorozat-gyártásban terjedt el. Főbb feladatok: - alkatrészek osztályozása (csoportképzés) - komplex műveletterv készítés - Konkrét alkatrészek gyártásának technológiai tervezés Csoporttechnológiai elvek Alkatrészek osztályozása: 1. geometriai kialakítás szerint - forgástest - síkfelületekkel határolt 12
- sík- és forgásfelületekkel határolt - bonyolult geometriájú (fogazott, bordázott, szabadfelületek) 2. megmunkálási módok és szerszámgépfajták szerint esztergagép, marógép, fúrógép, köszörűgép, fogazó gép, üregelő gép stb. osztályok munkatér, gyártóeszköz, átállítás - geometriai bonyolultság - befoglaló méretek - anyagminőség - előgyártmány fajtája (befogókészülék) 3. Az alkatrészek készre-gyárthatósága szerint - teljes alkatrész ugyanazon a szerszámgépen - egy vagy néhány felületet lehet ugyanazon komplex műveletterv szerint - különböző szerszámgépeken, de ugyanazon műveleti sorrendterv szerint készre gyártásig változatlan csoportban Csoporttechnológia Komplex alkatrész: - valódi - képzetes Komplex műveletterv: a vizsgált csoport típustechnológiája. A technológiai tervezés többfázisú, iteratív módszere Sokféle alkatrész kis sorozatban készül. Az alkatrészek gyártásához külön-külön készítenek technológiai terveket. A tervek részletessége különböző: - NC/CNC gyártási környezet - hagyományos gyártási környezet Individuális technológiai tervek: - fokozatos megközelítés, több fázisban - döntéssorozat, többszörös visszacsatolással - felépítés, részleges visszabontás, újraépítés Elemzés, finomítás, rendszerezés, általánosítás, algoritmizálás, automatizálás (Cvetkov). Ember-gép munkamegosztás. A technológiai tervezés szintjei Koncepcionális (általános) tervezés: - technológiaválasztás - koncepcionális terv (gyártástechnológiai eljárások, folyamatok) Makro-tervezés: - több tartomány (pl.: forgácsolás és szerelés) - technológiai útvonalak tervei, erőforrások) Részletes tervezés: - egyetlen tartomány (egyetlen folyamat) - folyamatterv (sorrend, berendezés, készülék, szerszám) Mikro-tervezés: - optimális feltételek, gépi utasítások - folyamat/művelet paraméterek (idő, költség, NC program) A folyamattervezési tevékenység 13
A technológiai előtervezés Gyártmányszerkezet lebontása: gyártmány, szerelési egység, részegység, szerelvény, alkatrészcsoport, egyedi alkatrész. Helyben gyártandó alkatrészek gyártási lehetőségeinek feltérképezése. Előgyártmány gyártás, alkatrészgyártás, szerelés közötti csatlakozási felületek meghatározása (nyersdarab, méretláncok). A megvalósító gyáregységek, üzemek, gyártósorok, gyártórendszerek kijelölésére (előválasztás). Az alkatrészgyártás technológiai folyamatának tervezése - (előtervezés) - műveleti sorrendtervezés - művelettervezés - műveletelemek tervezése - tervezési eredmények illesztése Környezettől függő szintek: - hagyományos NC gépek (4 szint) - megmunkáló-központok (2 szint) 14
- rugalmas gyártórendszerek (2 szint) Műveleti sorrendtervezés Tervezés során ismertté válnak: - megmunkálási módok - gyártóberendezések - műveletek sorrendje - munkadarab-helyzetek - készülékek - műveletek határa - munkadarab-állapotok Művelettervezés Cél: egy felületcsoport folyamatos megmunkálása egy szerszámgéptípuson. Tervezés során ismertté válnak: - ráhagyás eltávolításához szükséges műveletelemek - műveletelemek sorrendje - szerszámok - szerszámok elrendezése Műveletelemek tervezése Tervezés során ismertté válnak: - szerszámok mozgásciklusai - forgácsolási paraméterek - a műveletelemekkel kapcsolatos főidők és mellékidők, költségek Technológiai folyamatok tervezése (9 szintű modell) I. gyártmányszerelési folyamat tervezése 1. szerelési műveletek sorrendtervezése 2. szerelési műveletek tervezése 3. szerelési időháló összeállítása II. alkatrészgyártás előzetes tervezése 4. alkatrészek elemzése, rangsorolása 5. nagyvonalú folyamattervezés 6. előgyártmányok tervezése III. alkatrészgyártási folyamat tervezése 7. műveleti sorrendtervezés 8. megmunkálási műveletek tervezése 9. műveleti idők meghatározása. Gyártórendszerek egyszerűsített irányítási modellje 15
Integrált folyamattervezés és irányítás Lehetőségek "Nemlineáris" folyamattervezés: alternatív folyamattervek elkészítését és alkalmazását jelenti műhelyszintű termelésirányítási döntések támogatására. Zártciklusú (visszacsatolt) folyamattervezés: újragenerálják a folyamatterveket a valós műhelyszintű státusz-adatok alapján. Megosztott folyamattervezés: a folyamattervezést egy előzetes és egy végleges fázisra osztják fel. Az utóbbi csak a valós adatok ismeretében generálható. Alkalmazkodó szabályozás: a műveletek a gépen mért adatok alapján irányíthatók. Az irányítás taktikai céljait a CAPC adja. CAPP/PPS/CAPC integráció 16
17
A Q szerepe a CAPP/PPS/CAPC integrációban 1. A CAPP több alternatívát kínál minden műveletre (műveletelemre), alternatív technológiai intenzitásadatokkal; 2. A PPS átadja az előirt leválasztási intenzitás értéket a CAPP művelettervezési (műveletelem-tervezési) szintjére (megosztott folyamattervezés); 3. A CAPC igényelhet csökkentett vagy megnövelt anyagleválasztási intenzitást, akár a finomprogramozáshoz, akár a műhely aktuális státusza alapján; 4. Ha felügyeleti rendszer vagy adaptív szabályozórendszer működik az adott gépen, akkor az anyagleválasztási intenzitást a cellavezérlő szintjén egy ún. "override" interakció segítségével lehet megváltoztatni. Termeléstervezés és -irányítás Tágabb értelemben a termelésirányítás a termeléssel kapcsolatos döntési feladatok megfogalmazásával és megoldásával foglalkozik, figyelembe véve a termelés főbb tényezőit és ellenőrizve a döntések végrehajtását. Szűkebb értelemben a termelésirányításon termelési feladatok meghatározását és végrehajtásuk megszervezését értjük. A szűkebb értelemben vett termelésirányítás feladatainak csoportosításakor az idő horizont nagysága jelenti a rendező elvet, azaz felülről-lefelé haladva egyre kisebb időhorizontú tevékenységek tervezéséről és/vagy irányításáról van szó. Időhorizontok Átlagos bonyolultságú termékek kis- és közép-sorozatgyártására berendezkedett gépipari vállalat esetében a szokásos időhorizontok: - termeléstervezés: 1-3 hónap 18
- termelésütemezés: 5-10 nap - termelésprogramozás: 8-24 óra A piacgazdaság alapvető követelményei - a vevők (megrendelők) igényeinek megfelelő szállítókészséget biztosítsuk - alacsony készletszintekkel dolgozzunk (nyersanyagra, félkész- és késztermékre, pótalkatrészre, stb. egyaránt kiterjedően) és - a termelő-berendezések és más homogén munkahelyek kapacitásának megfelelő mértékű kihasználásával valósítsuk meg a termelést OPTIMUMPROBLÉMA! A Kybernos fejlesztőinek következtetései 1. a három fő termelési jellemző bármelyike a másik kettő rovására könnyen javítható, ezért a három jellemzőt csak együtt lehet kezelni 2. az optimum-probléma logikailag a teljes termelés minden részletét átfogja; ez azt is jelenti, hogy a termelésirányítás optimálásához a három alapvető termelési jellemző vizsgálata nemcsak szükséges, hanem egyben elégséges feltétel is 3. a megoldási módszer logikailag a feldolgozóipar összes vállalatára kiterjeszthető A termelésirányítás alapfeladata Oly módon határozza meg a gyártási és beszerzési rendeléseket az aktuális termelési környezet figyelembevételével, hogy az adott - alkatrészgyártó és szerelő típusú - iparvállalat a szállítókészség, a készletszint és a kapacitások kihasználása szemszögéből az "optimális munkapont" környezetében működjön. A termelési háromszög modell A gyártási helyek általános leírása 19
Raktárakkal kapcsolatos fogalmak Termelési egyenletek 1. készlet-egyenlet: 2. komponens-szükséglet egyenlet: 3. kapacitás-szükséglet egyenlet: 4. gyártás-átfutási idő egyenlet: 5. szállítási határidő egyenlet: Megoldásjavító szabályzókör A Kybernos egyszerűsített modellje 20
A termelés egyszerűsített elvi modellje Tervezés (1 fázis) - termelési főterv elkészítése - konkrét megrendelések - vártható értékesítések prognózis-adatai alapján Tételes végtermék-kiszállítási terv: - végtermékre - tartalék szerelvényekre, szerviz alkatrészekre amely: - hozza a tervezett vállalati nyereséget - erőforrások (személyek + eszközök) oldaláról reális fedezettel rendelkezik - tükrözi a vállalat hosszú távú műszaki fejlesztési elképzeléseit Tervezés (2 fázis) - szükségletszámítás Anyagszükséglet tervezése: - termelési főterv bruttó anyagszükséglete - raktárkészlet + indított rendelések eredményeként képződő készlet Anyagszükséglet-terv: - beszerzési tételekre - belső gyártású (szerelésű) tételekre Kapacitásszükséglet tervezése: - erőforrás-adatok (szabadkapacitások) - műveleti időadatok Durva-program (középtávú ütemterv): - belső gyártású (szerelésű) tételekre Tervezés (3 fázis) - termelésprogramozás 21
- durva program alapján rövid időszakra előre megadja az elvégzendő feladatok részletes listáját homogén munkahely vagy egyedi gép bontásban - ez alapján elkészíthetők a részletes gyártási dokumentációk (pl.: művelettervek, műveleti utasítások, szerszámjegyzékek, anyag-kivételezési és mozgatási utasítások, alkatrészprogramok, robotprogramok stb.) Kivitelezés (végrehajtás-irányítás) A tevékenységek a tárgyidőszakban: - előretartással - időben vagy - késéssel történnek Beszerzés: beszerzési rendelés kiadása, nyomon követés, beérkeztetés a raktárba. Gyártás (szerelés): gyártási rendelés kiadása, nyomon követés, visszajelentések aktualizálása, újraütemezés,, készre jelentés, kiszállítás. 22