graphit Kft. Gyártási folyamatkezelési és gyártás optimalizálási szoftvermegoldások szakmai nap összefoglaló A termék életciklusát bemutató ún. PLM kör, amely tartalmazza a tervezés és gyártás fázisait egyaránt A digitális gyártás fogalma A digitális gyártás fogalmának meghatározása során a CIMdata piacelemző cég a gyártási folyamatok hatékonyabbá tételére alkalmas szoftvereszközökként definiálja az ilyen jellegű tevékenység támogatására szolgáló megoldásokat. Kiemeli, hogy a hatékony gyártáshoz szükség van a teljes digitális termékdefinícióra, és a gyártáshoz kapcsolódó adatokra is, ami kihangsúlyozza a gyártás közvetlen kapcsolatát a tervezéssel. A tervezés és a gyártás együttesét átfogóan termék életciklusnak (product lifecycle), az ezek átfogó kezelésére szolgáló megoldásokat, melyek magukban tartalmazzák a digitális gyártást is, termék életciklus kezelő (product lifecycle management - PLM) rendszereknek nevezzük. Egy termék esetében a termék tervezésének és gyártásának fázisait egy PLM körben lehet megjeleníteni, amely két fő részre osztható. Az első rész kapcsolódik a tervezési, termékfejlesztési folyamathoz, kezdve a projekttervezéssel, a koncepcionális, majd a részletes mérnöki tervezéssel, és befejezve a különböző funkcionális és egyéb elemzésekkel, szimulációkkal. Hagyományosan ezt a részt fedik le a különböző CAD és projektkezelő rendszerek. A második része a PLM körnek a gyártással, a gyártástervezéssel és az ahhoz szorosan kapcsolódó minőségbiztosítással foglalkozik. Ide tartoznak többek között a hagyományosan CAM rendszereknek nevezett szoftvereszközök. A PLM kör két fő területét fontos, hogy egy hatékony adatkapcsolati réteg kapcsolja össze, amely biztosítja a tervezési adatok veszteségmentes átvitelét a gyártás területére. A PLM körnek a második fele a digitális gyártási megoldások területe, cikkünkben ezzel foglalkozunk bővebben. UGS Tecnomatix megoldások a digitális gyártás területén A PLM megoldások egyik legelterjedtebb szállítója világszerte a UGS. A UGS széles termékpalettájával teljes körű megoldást nyújt a PLM kör minden szakterülete számára. A digitális termékdefinícióra a Solid Edge, NX rendszerek szolgálnak, az analízisre a FEMAP, a digitális gyártási eszközöket a Tecnomatix termékcsalád egyesíti, míg a mérnöki tervezés és gyártási adatok egységes és átfogó kezelését a Teamcenter biztosítja.
Ezek a termékek, akárcsak számos más korszerű technológia az autó- és repülőgépiparból indult útjára, de mára már a közepes és kisebb cégek is megengedhetik maguknak ezeknek a korszerű eszközöknek a használatát. Cikkünkben ennek az iparban elterjedten használt termékportfoliónak az egyes elemeivel tekintjük át a digitális gyártás világát. A PLM kör digitális gyártási fele a megvalósítandó gyártástámogatási funkció alapján hét részre bontható, ezek az alkatrészgyártás, a szereléstervezés, a gyártási erőforrások kezelése, a gyártervezés és optimalizálás, az emberi teljesítmény vizsgálata, a minőségbiztosítás, és a gyártási folyamatvezérlés. A továbbiakban ezeket a területeket egyesével is megvizsgáljuk, és bemutatjuk az általuk lefedett gyártástámogatási területeket. A digitális gyártás funkcionális területei Alkatrészgyártás A gyártás legyen bár egyedi, vagy sorozatban történő a legritkább esetben nélkülözi az alkatrészgyártást, amely leggyakrabban valamilyen forgácsolási műveletet jelent. Klasszikusan ezt a területet CAM megmunkálási megoldások fedik le, a UGS palettáján ezt a helyet az NX CAM tölti be. Mivel a megmunkálás minden egyéb tevékenységnél jobban kapcsolódik a termék digitális definíciójához (a tervezett modellhez), ezért a CAM rendszerek szorosan integráltak a CAD rendszerekkel, azok geometriai adatait közvetlenül használják fel. Megmunkálási környezet az NX rendszeren belül A korszerűbb CAM rendszerek alkalmasak a tervezett modellen elhelyezett PMI (Product manufacturing information) adatok, mint például egy felületi érdesség értékének felhasználására a megmunkálás készítése során. Az alkatrészgyártás területéhez tartozik még részben a gyártósortervezés és az alkatrészgyártási folyamattervezés is, ezekkel azonban bővebben a szereléstervezésnél és a gyártervezésnél foglalkozunk.
Szereléstervezés A szereléstervezés számos részből áll, egyik legfontosabb eleme a robotokkal történő gyártási, szerelési folyamatok támogatása, a robotok programozása. A robotok a gyártás során számos területen használatosak, pl: hegesztés, festés, ragasztás, polírozás, kivágás, stb. Ezek hatékony támogatásánál nagyon fontos, hogy a robotprogramozásra használt rendszer az értékes robot gépidő használata nélkül egy személyi számítógépen is alkalmas legyen a robotok programozására. Ilyen rendszer a Tecnomatix RobCAD rendszer, amely számos eszközzel rendelkezik a hibátlan, ütközésmentes és optimalizált robotpálya elkészítésére. A robotok offline programozása kiemelt fontosságú az autóipar számára A szerelési folyamat többlépcsős, több munkafázisos a legtöbb esetben, ennek megfelelően ez az első területe a digitális gyártásnak, ahol érdemes foglalkozni az egyes műveletek egymásra épülésével, a műveletek közötti szűk keresztmetszetek keresésével, és a műveletek, a kapcsolódó erőforrások optimalizálásával. Az ilyen folyamatok esetében kiemelt fontosságú rendszerint a megfelelő tárolás, a megfelelő pufferméretek meghatározása. A Plant Simulation egy disztrét eseményorientált szimulációs rendszer, amely számos olyan objektumot nyújt, amely kiválóan alkalmas a gyárban lévő sorok, munkahelyek modellezésére, viselkedésének vizsgálatára, és működésük optimalizálására. A szimuláció eszközei egyaránt kiválóan alkalmazhatók már meglévő gyártósorok optimalizálására, és tervezett sorok viselkedésének, kapacitásának vizsgálatára még a megvalósítás előtt. Az anyagáram szimuláció készítéséhez intelligens objektumok széles palettája áll rendelkezésre, beleértve a különböző feldolgozó elemeket, a szállítószalagokat, az anyagmozgató eszközöket, az emberi és egyéb erőforrásokat egyaránt. A modellezési objektumok között olyan összetett elemek is megtalálhatók, mint a Kanban elemek. Az adatelemzést a tetszőlegesen testreszabható grafikonok, html jelentések segítik. Hátsó futómű gyártósorának szimulációja és elemzése Az eredmények analízisét támogatja a szűk keresztmetszet-keresés, az anyagáram erősségét jelző Sankey diagramm, és még számos egyéb eszköz. A Plant Simulation a gyártási folyamatok elemzésén kívül akár különböző egyéb üzleti folyamatok modellezésére is használható.
Erőforrás kezelés Az ipari gyártás során kiemelt fontosságú a gyártáshoz kapcsolódó adatok és információk egységes, minden érintett számára hozzáférhető módon történő tárolása. A UGS Teamcenter környezet egy osztályba sorolás alapú, és egy klasszikus mappa tárolási rendszerű tárhelyet nyújt a gyártási-mérnöki adatok számára. A CNC programok, a gyártási beállítólapok, a gépkönyvek, stb. a mappa rendszerben tárolhatók, mindez teljes körű verziókövetéssel és keresési funkciókkal. A szerszámadatok, a gépadatok, a robotok, a szerszámlapkák stb. osztályba sorolhatók a funkciójuk szerint, így a keresésük jóval könnyebb, egyszerűbb. Az így osztályba sorolt erőforrások hozzárendelhetők projektekhez, gyártási műveletekhez. Gyártási erőforrások osztályba sorolása Teamcenter környezetben A gyártási erőforrások ily módon történő kezelése segíti a vállalati tudás rögzítését, és újrahasznosítását, ami biztosíthatja a cégek számára az egységes hosszútávú működést. Gyártervezés és optimalizálás A digitális gyártás talán leginkább látványos, és általánosan közérthető területe a gyárak tervezése, amely tulajdonképpen a gyár geometriai tervezését jelenti. A gyártervezés három fő területe az építészeti tervezés, beleértve a belső építészetet is, az épületgépészeti tervezés, és a gyár funkcionalitását biztosító ipari tervezés. Ez a harmadik tevékenység tartalmazza a gyáron belüli gyártási folyamatok és lépések megtervezését, gyáron belüli elhelyezését, és azok optimalizálását. A Tecnomatix FactoryCAD egy parametrikus objektum könyvtárral felvértezett eszköz, amely a hagyományos AutoCAD-re ráépülve egy valóban hatékony gyártervező megoldást nyújt a gyár geometriájának megtervezésére. Az intelligens technológia révén vonalak, körök és blokkok készítése helyett előre definiált vagy saját modellekből lehet építkezni, amelyek viselkedésükkel a megfelelő környezethez is igazodnak (pl. egy lépcső készítésekor a kapcsolódó korlátot "kivágja" a megfelelő alakra). Az objektumok intelligenciája kiterjed a megfelelő kapcsolódás biztosítására is (pl. a szállítószalagok csak a megfelelő csatlakozó helyeken kapcsolódhatnak egymáshoz, így biztosítva a megfelelő anyagáramlást). A gyár 2D és 3D reprezentációja egyszerre készül el, ami a gyár teljes körű dokumentációját is automatikusan nyújtja. Az elkészült modell alapján költségelemzés, helykihasználás-elemzés, és különböző kapacitáselemzések végezhetők. Az elkészült vagy tervezés alatt álló gyár esetében nagyon fontos annak biztosítása, hogy a gyártási folyamat sima legyen, az anyagáramlás, a munkadarabok áramlása folyamatos, nincs sehol sem szűk keresztmetszet, ami akadályozná a kívánt termelékenység elérését. Ezt gyártási szimulációval lehet elérni, ahol az egyes gépek, munkafázisok, ütemidők a valóságnak megfelelően lemodellezhetők, az elkészült modellen pedig kipróbálható a sor, vagy a teljes gyár viselkedése. A szimulációs modellben a különböző paraméterek (sorelrendezés, erőforrások növelése, csökkentése stb.) módosításának hatása azonnal megjelenik, és számszerű értéket ad a sor termelékenységéről. A gyártáshoz kapcsolódó
logisztikai feladatok (anyagellátás, raktározás stb.) szintén felépíthető a modellben, így a gyártás teljes spektruma kipróbálható a virtuális gyár szimulációjában. Erre szolgál a korábbiakban már tárgyalt Plant Simulator, amelynél a teljes gyár szimulációja egy kiterjesztett alkalmazási terület. Gyár 3D FactoryCAD modellje és ugyanannak az anyagáram szimulációja Plant Simulationban Emberi teljesítmény Az ergonómikus a legtöbb ember számára nagyjából a kényelmes megfelelője. És ez a megközelítés lényegében fedi is a valóságot, bár a mérnöki munka során az ergonómiai vizsgálatok számos fajtája szükséges ahhoz, hogy egy hétköznapi használati tárgy (pl. autó, kávéfőző, szék, stb.) vagy egy gyártási munkahely kényelmes, szóval ergonomikus legyen. Az ilyen ergonómiai vizsgálatok elterjedt szoftvereszköze a UGS Tecnomatix termékcsalád Jack nevű rendszere. A Jack alkalmas arra, hogy a termék virtuális prototípusát (CAD modelljét, tetszőleges CAD rendszerből) használva azt egy emberi környezetbe helyezve azon ergonómiai vizsgálatokat végezzen. Ezen vizsgálatok között szerepelnek többek között az emberi test geometriai méreteihez kapcsolódó vizsgálatok ilyenek lehetnek például, hogy adott testmagasságú ember rá tud-e ülni az adott székre, az adott testméretekkel rendelkező ember eléri-e az adott kapcsolót, stb. A vizsgálatok összetettebbjei a látótér vizsgálatok és a különböző kényelmi vizsgálatok. Ergonómiai vizsgálat munkavégzés szimulációja közben Egy Jack figura ANSUR ajánlás alapú, 69 szegmensből, 68 csuklóból és 135 szabadságfokból áll. A figurának biomechanikai szempontból pontos a szerkezete és a csuklók korlátai, vagyis hogy például a karját milyen szögben tudja használni az emberfigura. Az embermodellekre több, mint 30 előre definiált testhelyzetet tartalmaz a Jack, ezek között nemcsak az ülés, fekvés, hanem olyanok is találhatók, mint például a rakodás, vagy a tánc.
A gyártási folyamatok esetében kiemelt fontosságú az emberi erővel végzett munka elemzése. Ez egyrészt jelenti az emberi képességek elemzését (elérhetőség, látótér, stb.), másrészt a megfelelőséget a különböző emberi munkavégzéssel kapcsolatos szabványoknak, előírásoknak (emelési súly, gerincterhelés, stb.). Ekkor a teljes munkakörnyezet 3D modellje kialakítható, és a munka során végzett mozdulatok felépítésével elemezhető a folyamat. A Jack az emberi csuklók mozgatásán lehetővé teszi magasszintű feladatdefiníciók kiadását is a virtuális embernek, mint például "menj oda", "fogd meg", stb. Ezekkel a definíciókkal a munkvégzés leírásának elkészítési ideje a töredékére csökkenthető. Minőségbiztosítás A digitális gyártáson belül a minőségbiztosítás területébe a gyártás utáni mérési, ellenőrző tevékenységek és a tervezés illetve gyártás során egyaránt fontos tűrésanalízis tartozik bele. Ezekre a területekre az NX rendszer nyújt megoldást a UGS Tecnomatix termékpalettán. A mérési feladatok a CMM koordinátamérés igényeinek, és a CMM programok készítésének lehetőségeit nyújtják. Emellett a mért adatok elemzésére is lehetőség nyílik. A tűrésanalízisen belül különböző matematikai módszerek (pl. Monte Carlo analízis) szolgál a digitális termékdefinícióhoz kapcsolt tűrésadatok elemzésére. Gyártási folyamatvezérlés A gyártási folyamatok vezérlése egyrészt jelenti a gyártáshoz kapcsolódó összes adat egységes tárolását, másrészt a gyártás során a gyártási folyamatok által létrehozott adatok folyamatos tárolását, figyelését. Ez utóbbi terület hagyományosan SCADA rendszerekkel kerül megvalósításra, ahol a gyártás során a folyamatos adatgyűjtés biztosítja, hogy a gyártásért felelős személyek valós időben láthassák át a gyártás helyzetét, az egyes folyamatok, fázisok állapotát. A SCADA adatok és a tervezés-gyártás egyéb adatai együtt jelenítik meg a termékhez kapcsolódó PLM adatokat. A UGS Teamcenter az összes ilyen jellegű adatot kezeli és elérhetővé teszi a vállalaton belül. Digitális gyártás kapcsolata a vállalat többi részével A gyártás minden cégen belül szorosan összefonódik az adott cégen belüli egyéb osztályokkal, mint például marketing és beszerzés. Ezek a területek általában más jellegű (pénzügyi, ERP, CRM, stb.) rendszerekkel dolgoznak. A UGS Teamcenter az összes elterjedt ERP rendszerhez rendelkezik előre konfigurált kapcsolattal, amely biztosítja azt, hogy a mérnöki adatokból elérhetők legyenek a többi osztály számára fontos adatok is. A gyártás során ilyen lehet pl. egy anyagigény, amelyről a beszerzésnek értesülnie kell. A kommunikáció a PLM és ERP rendszerek között jellemzően speciálisan testreszabott BOMokon (darabjegyzékeken) keresztül történik. Digitális gyártás, lean és a hat szigma Felmerül a kérdés, hogy miképp kapcsolódnak ezek a digitális gyártási eszközök a gyártásban napjainkban elterjedt technológiákhoz, módszertanokhoz, mint például a lean és a hat szigma. Napjainkban a gyártás hatékonyságának, és optimalizálásának jelentősége a lean gyártási törekvések és a hat szigma megfelelőség igénye miatt jelentősen megnőtt. A lean gyártás, és azon keresztül a lean tervezés alapelve, hogy a megfelelő elemek (adat, darab, stb.) a megfelelő helyen, a megfelelő időben legyen, mindezt a fölösleges erőforráshasználat elkerülése mellett. Ezeknek a céloknak az eléréséhez olyan rendszer szükséges, amely lehetővé teszi a gyártási munkafolyamatok modellezését, bevezetését, folyamatos figyelemmel kísérését, és kezelését,
annak érdekében, hogy ezek a munkafolyamatok hatékonyabban tervezhetők legyenek. Ahogy a fentiekben ez látható volt, a Tecnomatix termékcsalád funkcionalitása kiválóan lefedi ezeket az igényeket. A Tecnomatix termékcsalád az alábbi funkciócsoporton keresztül valósítja meg a lean gyártás támogatását: Központi adattárolás a gyártási folyamatokra, és azok adataira: minden adat tárolása amely a sorokhoz, munkahelyekhez tartozik, Kaizen fejlődés elősegítése, a lean gondolkodás egységesítése a gyáron belül és kívül akár a beszállítók felé is; a folyamatok, és a bevált gyakorlatok újrahasznosításának megkönnyítése a vállalaton belül. Lean és egyéb folyamatok ellenőrzése szimulációval: a kipróbálás utáni hibák jellegű problémák elkerülése a gyártástervezés korai szakaszában. Lean folyamatok tervezésére integrált eszközkészletet tartalmaz: termelés kibocsátás, és szűk keresztmetszetek elemzése; gyár és gyártás elrendezés tervezése; munkahelyek ergonómiai elemzése; pufferméretek (Kanban is) meghatározása, optimalizálása; erőforrások elhelyezésének optimalizálása; gyártási költség elemzése; elektronikus gyártási utasítások, és dokumentáció készítése. Gyártási adatok összegyűjtése, beleértve az anyagáram jellemzőit, és az erőforrások kihasználtságát. A UGS Tecnomatix termékek révén a már a tervezés korai szakaszában alkalmazható a lean filozófia, így megvalósíthatók a következő tervezésgyorsító tevékenységek: Információ hatékony megkeresése Fizikai prototípusok készítésének elkerülése Meglévő tervek, adatok újrahasznosítása Meglévő bevált folyamatok újrahasznosítása Tervező tudás egységesítése a teljes cégen belül Megfelelőségre tervezés Ezek kiemelkedően fontos lehetőségek, felmérések szerint a tervező cégeknél akár a tervezésre fordított idő 30-40%-a is elpocsékolódhat az adatok keresésével, aminek ideje a megfelelő adattárolás és verziókezelés mellett gyakorlatilag a nullára csökkenthető. A gyártás a Lean filozófia klasszikus alkalmazási területe, ahol a következő feladatok megoldásában nyújtanak segítséget ezek a termékek: Kapcsolatok definiálása és követése a termék, a gyártási erőforrások, és a gyártóhely között az idő függvényében is Sorok, gyárak geometriai megtervezése, és helyoptimalizálása Anyagáram leírása, elemzése és optimalizálása Gyártási szűk keresztmetszetek megkeresése TAKT (ütem) idők számítása, optimalizálása Gyártási művelettervek készítése Gyártási folyamatok figyelése, felügyelete Jól látható, hogy a Lean filozófia bevezetése egyre fontosabbá válik az ipari cégeknél, és ennek a filozófiának a bevezetése nagyságrendekkel egyszerűbb, követhetőbb a megfelelő szoftvereszközök használatával.
Összefoglalás Láthatóan napjainkra a digitális gyártás minden területére léteznek megoldások, melyek bizonyos esetekben pont megoldásokként adott gyártási részfeladatot fednek le, bizonyos esetekben pedig részei egy nagyobb, átfogóbb termelési környezetnek. A következő években ezeknek a megoldásoknak a még szorosabb integrációja várható ezen a területen, különös hangsúlyt helyezve az összes gyártási információ egy helyen tárolására és egy helyről elérhetőségére. A digitális gyártás a termék életciklus talán leginkább dinamikusan fejlődő területe, így várható, hogy a legnagyobb cégek mellett egyre inkább a kisebb, közepes méretű cégeknél is megjelennek a gyártás digitális kezelésére irányuló törekvések.