PROIZVODNE STRUKTURE

Postizanje višeg stupnja učinkovitosti i organizacije proizvodnje nalaže prostorno

grupiranje elemenata sustava.

Skupine elemenata zasebno, i sve zajedno, tvore određenu, jedinstvenu strukturu

proizvodnoga sustava.

Pod strukturiranjem proizvodnoga sustava razumijeva se aktivnost kojoj je cilj

najekonomičnije povezivanje i usklađivanje konstituirajućih elemenata sustava u

prostornome i vremenskome pogledu.

Struktura i funkcija sustava uvjetuju jedna drugu pa se za neku unaprijed zadanu

funkciju može definirati više različitih struktura.

Na izbor strukture utječe niz činilaca, od kojih najveći utjecaj imaju proizvodni

program i tehnologija (Dakle: asortiman i količine proizvoda, stupanj konstrukcijske

i tehnološke sličnosti proizvoda, oblik, dimenzije i tolerancije, brzina promjena

proizvoda, tržišni vijek itd.).

Efikasnost proizvodnoga sustava bitno ovisi o njegovoj prostornoj strukturi, jer ona

izravno određuje sustav toka materijala koji se pak odražava na:

− upravljivost proizvodnje,

− cikluse proizvodnje, te

− iskorištenje sredstava za proizvodnju.

2

U osnovi postoje izradbeni sustavi kod kojih:

− predmeti rada miruju, a ljudi i ostali elementi sustava se kreću, ili,

− predmeti rada se kreću, a elementi i ljudi su stacionirani na svojim mjestima.

Poseban slučaj: pokretni predmeti rada, ljudi i elementi.

Stacionarni se predmeti rada mogu naći pretežno u proizvodnji velikih objekata,

kao što su brodovi, lokomotive, avioni i slično. Daleko je češći slučaj da se

predmeti rada kreću sustavom.

Oblici proizvodnih struktura razlikuju se:

− u izradbi i montaži, te

− prema stupnju automatizacije.

3

STRUKTURE U NEAUTOMATIZIRANOJ IZRADBI

Proizvodne strukture klasičnih izradbenih sustava definiraju se po:

− načelu funkcije ili po

− predmetnom načelu.

Po načelu funkcije, skupine tvore elementi iste vrste obrade, za izvođenje

operacija na različitim predmetima rada.

Po predmetnom se načelu elementi grupiraju za izvođenje različitih vrsta obrade u

cilju potpune ili gotovo potpune obrade jednog ili više sličnih predmeta rada.

Strukture tako mogu biti:

− po vrsti obrade, ili,

− po predmetu rada (izradbene linije, izradbene stanice i samostalna radna

mjesta potpune izradbe).

4

IZRADBENI SUSTAV STRUKTURIRAN PO VRSTI OBRADE

Karakteristika je izradbenih sustava strukturiranih po vrsti obrade (radionička,

funkcionalna ili procesna struktura) grupiranje sredstava za proizvodnju u skladu s

tipom izradbenoga postupka. To znači da će grupa strojeva za tokarenje tvoriti

jedan zaseban odjel, glodalice drugi, bušilice treći itd.

Tok će se materijala stoga odvijati uglavnom između odjela, a rijetko unutar odjela

između strojeva slične namjene.

5

BR

BR

BR

BR

BO BO

M

T

T

T T

T

T

T

T

G

G

G

GG

P SS

S S

P

P P

ZZ

ZZ

G

G

G

B B

M M

M

M M

M M

M M

M M

B

B B

B

G G

Skla

diš

te s

irovin

a

Skla

diš

te p

roiz

voda

Prednosti

• dobro iskorištenje opreme

• jednostavna raspodjela poslova

• korištenje univerzalne opreme

• visoka programska fleksibilnost

• različite zadaće osoblju

Ograničenja

• dug ciklus izradbe

• velik broj povratnih tokova materijala

• nepreglednost procesa

• značajan udio pripremno-završnog vremena

• velika nedovršena proizvodnja (WIP)

• otežano planiranje, vođenje i praćenje proizvodnje

• velike površine za odlaganje

• visok nivo znanja i sposobnosti zaposlenih

T

Z

BR

G

- tokarilica

- glodalica

- brusilica

- zavarivanje

M

BO

B - bušilica

- bojenje

- montaža

6

IZRADBENI SUSTAV STRUKTURIRAN PO PREDMETIMA RADA

Potreba prevladavanja nedostataka podjele sustava po vrsti obrade, potakla je

razvoj izradbenih sustava strukturiranih po predmetu rada.

Isprva su to bile izradbene linije namijenjene masovnoj i velikoserijskoj proizvodnji,

dok su se tek kasnije pojavili sustavi skupne izradbe slijedeći koncept skupne

proizvodnje (tehnologije).

7

IZRADBENE LINIJE

Izradbene su linije orijentirane na konkretan proizvod, a njihova struktura uključuje

različite specijalizirane strojeve, linijski raspoređene po zahtjevima tehnološkoga

procesa (redoslijedu operacija) određenog predmeta rada.

Počele su se primjenjivati razvojem Taylorovoga koncepta podjele rada, rezultirajući

izrazito niskim udjelom pripremnoga vremena zbog visokog stupnja specijalizacije i

determiniranosti rada.

Jednostavnim jednosmjernim tokom materijala s kratkim transportnim

udaljenostima, kao i bez posebnih poremećaja, izradbene linije postižu visoku

učinkovitost proizvodnje s kratkim ciklusima izradbe.

8

BR

BR

BO

T T

T M

M

M

M

M

M

G T

G B

P S

B

BS

kla

diš

te s

irovin

a

Skla

diš

te p

roiz

voda

T

Z

BR

G

- tokarilica

- glodalica

- brusilica

- zavarivanje

M

BO

B - bušilica

- bojenje

- montaža

Prednosti

• jednostavan, jednosmjeran i direktan tok materijala

• mala nedovršena proizvodnja

• visoka produktivnost

• jednostavno planiranje, vođenje i praćenje procesa

• malo rukovanja materijalom

• nizak nivo znanja i sposobnosti

• uporaba specijalne opreme

Ograničenja

• osjetljivost na zastoje

• nefleksibilnost sustava

• nemotiviranost osoblja

• velika investicijska sredstva

• najdulja operacija determinira izlaz

9

Vremena potrebna za obavljanje operacija na pojedinim radnim mjestima moraju

biti međusobno ujednačena i po mogućnosti jednaka taktu linije, da bi se izbjegla

pojava neproizvodnih vremena čekanja.

Takt linije:

− raspoloživo vrijeme za obradu na pojedinome radnome mjestu/stroju,

− može se izračunati iz odnosa raspoloživoga vremena za proizvodnju i traženoga

broja proizvoda u određenom planskome razdoblju,

− to je ujedno zbroj vremena izvršenja najdulje operacije i vremena

međuoperacijskog transporta.

10

IZRADBENE STANICE

U izradbenoj su stanici grupirani elementi (klasični ili numerički upravljani strojevi)

u skladu s izradbenim procesom skupine tehnološki sličnih predmeta rada.

Unutrašnja je struktura stanice slična podjeli po vrsti obrade, posjedujući

fleksibilnost takve strukture, ali s prostornim rasporedom koji najbolje odgovara

toku materijala izradbenoga procesa za definiranu grupu proizvoda. Stoga

izradbeni sustav, sastavljen od izradbenih stanica, posjeduje efikasnost linija, a

djelomice i fleksibilnost sustava strukturiranih po vrsti obrade.

Ovakva struktura pridonosi i humanizaciji rada, budući da radnicima omogućava

uvid u cjelokupni proizvodni proces, odnosno krajnji rezultat i svrhu svojega rada.

Tako radnici mogu obavljati i dio organizacijskih poslova što se odražava na

povećanje motivacije i postizanje boljih radnih rezultata.

11

BR

BR

BO

BO

M

T

TT

T

T

T

G

G

B

Z

PP

S M M

M

G

G

G B

B BR

P

P

S

Z

B

B

G

B

BO

M M

M

M

MSkla

diš

te s

irovin

a

Skla

diš

te p

roiz

voda

T

Z

BR

G

- tokarilica

- glodalica

- brusilica

- zavarivanje

M

BO

B - bušilica

- bojenje

- montaža

Prednosti

• malen udio pripremno-završnog vremena

• velika preglednost procesa

• jednostavno planiranje, vođenje i praćenje izradbe

• osigurani uvjeti za timski rad

• proširenje (obogaćivanje sadržaja) rada

• dobro iskorištenje strojeva

• povećanje kvalitete izradaka

• kratke transportne udaljenosti

Ograničenja

• visok nivo znanja i sposobnosti

zaposlenih

• neujednačenost opterećenja po

stanicama

• nužno je ujednačavanje tokova u

svakoj stanici

• manja uporaba specijalne opreme

• potreban polivalentan poslovođa 12

Usporedba grupa po vrsti i izradbenih stanica

Veličina serije: 5 komada

Vrijeme obrade: 1 minuta/komad

Nije uključeno vrijeme transporta.

Napomena: kod grupa po vrsti obrade su velike udaljenosti između elemenata

te nije moguće transportirati komad po komad. 13

IZRADBENA STANICA

Paralelno kretanje serije

GRUPA PO VRSTI OBRADE

Uzastopno kretanje serije

Strukturiranjem sustava na izradbene stanice dobiva se podjela na manje

podsustave, pri čemu se značajno pojednostavnjuje sustav toka materijala, a time i

planiranje te upravljanje proizvodnjom. Stoga su posebno prikladne za primjenu

koncepta skupne tehnologije i automatizaciju proizvodnje.

Izradbene stanice mogu biti potpuno samostalne, što znači da u cijelosti mogu

obraditi grupu sličnih proizvoda od početka do kraja. Tada se između stanica u

sustavu neće pojavljivati tok materijala, već će se on odvijati uglavnom samo sa

skladištima.

Ako je za danu grupu proizvoda i proizvodne količine opterećenje nekih, poglavito

skupih, sredstava za proizvodnju slabo, iz ekonomskih razloga nije isplativo

osigurati takve kapacitete, već ih treba, ako je moguće, dijeliti s nekom drugom

stanicom. Izradbene stanice koje dijele elemente s drugim stanicama nazivaju se

djelomično samostalnima (virtual cells) te uzrokuju međusobni tok materijala.

14

Izradbena stanica za obradu tri skupine (A, B, C) tehnološki sličnih dijelova

ulaz

izlaz

1 2 3 4

5

6

7 8 9 11 10

12 Skupina A:

Skupina B:

Skupina C:

15 (x) – x-ta operacija

HG - 1

BU

T - 1

T - 2

HG - 2

VG

Završna

kontrola

Obrađeni

dijelovi

1

2

3A 3B

4

5

6

ulaz

pripremci

izlaz Izradbena stanica za izradu vratila

put kretanja radnika

put kretanja pripremaka

i obradaka (materijala)

HG - horizontalna glodalica

BU - bušilica

VG - vertikalna glodalica

T - tokarilica

16

Povezane stanice orijentirane su na proizvod − struktura

proizvodnog sustava prati strukturu proizvoda

Izradba dijelova

Završna

montaža

Montaža

sklopova

17

Pristupi proizvodnji:

PUSH (guranje) ili

PULL (povlačenje)?

Proizvođač

Kupac

Kupac Kupac

Regal

1 2

7

6

3

Kanban post Skladište

Kanban post

8

4

5

Izradba

- transportna karta

- proizvodna karta

18

Sustav JUST-IN-TIME s KANBANima

(PULL sustav)

Skladište kupljenih dijelova

i sklopova

Skladište

završne

montaže

Kupac

Skladište

Skladište sklopova

Skladište

predmontaže

Skladište dijelova

Međuskladište

dijelova

Dobavljači

Skladište sirovina

Skladište gotovih proizvoda

Završna montaža

Predmontaža

T

T

T

T

T

T

T

T

T

P

P

Izradba dijelova

T

P

P

P

Oznake: P - proizvodne karte

T - transportne karte 19

SAMOSTALNA RADNA MJESTA POTPUNE IZRADBE

Samostalno radno mjesto potpune izradbe poseban je slučaj izradbenih stanica s

jednim radnim mjestom na kojemu se izvodi obrada predmeta rada od početka do

kraja.

Ovakav je organizacijski oblik zatvoren u odnosu na ostatak proizvodnoga sustava,

a tok se materijala uspostavlja samo sa skladištima.

Primjena samostalnih radnih mjesta moguća je u slučajevima prostorne

koncentracije sredstava rada, kao kod ručnih radova (naprimjer, pri izradbi

prototipa), ili pak koncentracije operacija na jednome stroju kao što je to u

automatiziranoj proizvodnji (naprimjer, NC-obradni centar ili automat) ili u aditivnoj

proizvodnji.

20

SKUPNA PROIZVODNJA (TEHNOLOGIJA) – MODELI I

ALGORITMI

Da se iskoriste prednosti serijske izradbe i u tvrtkama pojedinačne izradbe, 60-ih

godina 20. stoljeća pojavila se ideja o grupnoj (skupnoj) tehnologiji.

Primjenom skupne tehnologije identificiraju se i iskorištavaju sličnosti dijelova i

sličnosti procesa izrade.

Sličnost

dimenzija

Sličnost

oblika

Obrada

skupine

dijelova

Mjerna

sredstva

Tehnološka

sličnost

Obrada

Sredstva

za stezanje

21

Postizanje ponovljivosti

Po konceptu skupne proizvodnje, pronalaženje tehnološki sličnih dijelova prvi je

i nuždan korak za oblikovanje i primjenu proizvodnih struktura zasnovanih po

predmetnom načelu.

Za definiranje skupina tehnološki sličnih dijelova primjenjuju se sljedeći posebni

postupci:

− analiza toka proizvodnje,

− sustavi klasifikacije i označavanja, te

− cluster analiza.

22

ANALIZA TOKA PROIZVODNJE (J. I. Burbidge)

Analiza toka proizvodnje temelji se na informacijama iz planova izradbe. Na osnovi

njih oblikuje se matrica, u kojoj retci predstavljaju dijelove, stupci strojeve, a kružići

(ili neke druge oznake) označavaju obradu dijela na stroju (strojevima).

Dobivenu matricu treba preurediti promjenom redoslijeda redaka i stupaca, tako da

se dobiju skupine tehnološki sličnih dijelova i njima pridružene skupine strojeva

(izradbene stanice) koje omogućuju potpunu izradbu svih dijelova skupine.

23

Analiza toka proizvodnje 24

(a) početna matrica b) preuređena (konačna) matrica

ANALIZA TOKA PROIZVODNJE

A. Početna matrica, s pridodatim retkom i stupcem u koje su unijete učestalosti

strojeva odnosno dijelova, po stupcima i retcima.

25

B. Preuređenje matrice

1. Preurediti matricu tako da retci budu u rastućem, a stupci u padajućem nizu

prema učestalosti dijelova/strojeva.

26

2. Preinačiti retke. Početi s prvim stupcem. Sve retke koji imaju jedinice u prvom

stupcu premjestiti na vrh matrice u redoslijedu njihovog pojavljivanja. Ponavljati i

za ostale stupce dok se svi retci ne premjeste.

27

3. Usporediti dobivenu matricu s neposredno prethodnom. Prekinuti postupak

ako su obje matrice jednake, inače nastaviti s preinakom stupaca.

4. Preinačiti stupce. Početi s prvim retkom. Premjestiti sve stupce koji imaju

jedinice u prvom retku ulijevo, po redoslijedu njihovog pojavljivanja. Ponavljati i

za ostale retke dok se svi stupci ne premjeste.

28

5. Usporediti dobivenu matricu s neposredno prethodnom. Prekinuti postupak

ako su obje matrice jednake, inače se vratiti na korak 2. i nastaviti s preinakom

redaka.

Ako u sustavu postoje obostrano nezavisne skupine dijelova i strojeva, algoritam će

konvergirati i u ograničenome broju iteracija oblikovat će se skupine tehnološki

sličnih dijelova, i njima pripadajućih izradbenih stanica.

29

Skupina tehnološki

sličnih dijelova 1

(familija dijelova 1)

Pridružena skupina strojeva -

izradbena stanica 1

Pridružena skupina strojeva -

izradbena stanica 2

D6

D5

D4 D1 S5 S4

S2

D2 D3 S1 S3

30

Skupina tehnološki

sličnih dijelova 2

(familija dijelova 2)

SUSTAVI KLASIFIKACIJE I OZNAČAVANJA

Sustavi su klasifikacije i označavanja sredstvo za opisivanje objekata. Objektima

klasifikacije dodjeljuju se oznake, prema unaprijed određenim parametrima i

definiranim pravilima. Oznake mogu biti brojčane, slovne ili kombinacija brojeva i

slova.

Smisao je označavanja u tome, da su označene informacije kod istoga sadržaja:

− bitno kraće od opisa riječima, i da je

− lakša računalna obrada podataka.

31

Najvažnija zadaća kod svake klasifikacije jest izbor odgovarajućih parametara.

On ovisi o obilježjima objekata i ciljevima koji se žele postići klasifikacijom.

Analizom parametara pronalaze se sličnosti između objekata te se objekti

razvrstavaju u skupine prema sličnosti.

Objekti istog klasifikacijskog broja su jednaki samo u odnosu na opisana obilježja i

stoga u pravilu nisu identični.

32

Klasifikacijski sustavi se dijele na krute i fleksibilne.

Kod krutih klasifikacijskih sustava sve informacije sustava su definirane i

nepromjenjive. Naprimjer, oznaka ima devet znakova a prvi znak predstavlja odnos

duljine i promjera za okrugle dijelove, odnosno odnos glavnih dimenzija za kutijaste

dijelove, dok sedmi znak označuje materijal dijela.

Fleksibilni klasifikacijski sustavi dopuštaju korisnicima, da u određenim granicama,

prema njihovim potrebama i željama, odrede parametre i njihove atribute. Uz

fleksibilni dio ovi sustavi najčešće imaju i univerzalni dio s određenim brojem

parametara koji su obvezni za sve korisnike.

Prema strukturi oznake (odnosu jednog znaka prema nekom drugom znaku),

klasifikacijski sustavi se dijele na hijerarhijske, nehijerarhijske i kombinirane.

33

Parametri u klasifikacijskim sustavima mogu biti kvalitativni i kvantitativni.

Kvalitativni parametri na jednom objektu se mogu pojaviti u jednoj ili više varijanti.

Parametri s jednom varijantom pojavljivanja su naprimjer oblik i materijal, a s više

inačica kvaliteta površine, točnost izradbe i slično.

Kvantitativni se parametri izražavaju brojčanim veličinama, primjerice: dimenzije

objekta, veličina serije, vrijeme obrade, veličina dozvoljenog odstupanja i slično.

Klasifikacija se najčešće provodi u interaktivnom radu s računalom, pri čemu se na

ekranu pojavljuju pitanja na koje se odgovara da, ne ili unose numerički podaci. Tim

se odgovorima posredno provodi klasifikacija. Broj pitanja izravno ovisi o

kompleksnosti objekta i željenom stupnju detaljnosti klasifikacije.

Razvijen je čitav niz softvera za klasifikaciju i označavanje. Neki su od njih: MICLASS

(TNO, NL), CODE (Mfg. Data Systems, USA), PARTS ANALOG...

34

Sito koje sortira dijelove

po definiranim obilježjima

Sustav klasifikacije i označavanja može se usporediti sa sitom 35

Osnovna struktura japanskoga sustava

klasifikacije i označavanja KK-1 s

primjerima označavanja.

36

Najpoznatiji sustav klasifikacije za izratke u strojnoj obradi razvijen je na Visokoj

tehničkoj školi u Aachenu (H. Opitz).

Ovaj sustav se koristi u originalnom obliku ili u njegovim modifikacijama u brojnim

tvrtkama. Struktura sustava se sastoji od peteroznamenkastog kôda za opis oblika i

dopunske četveroznamenkaste oznake.

37

Struktura Opitzovog klasifikacijskog sustava 38

Primjer klasifikacije rotacijskog dijela Opitzovim klasifikacijskim sustavom

označavanja

39

Struktura sustava klasifikacije za obradne postupke,

nezavisno od radnih mjesta (Sulzer) 40

Izradbene stanice služe za obradu skupina dijelova sa sličnim ili istim izradbenim

tokom. To znači da se dijelovi obrađuju na istim strojevima i istom opremom.

Sustav klasifikacije za identifikaciju takvih skupina dijelova mora sadržavati sljedeće

parametre:

• glavni oblik (okrugli, prizmatični, pločasti)

• elementi oblika na glavnome obliku (konusi, rupe, utori);

• položaj elemenata oblika

• dimenzije: glavna dimenzija, pomoćna dimenzija i odnosi dimenzija

(duljina/promjer, duljina/širina/visina)

• točnost dimenzija

• materijal

• oblik sirova komada.

41

Prethodni parametri definiraju stroj, naprimjer za okrugle dijelove to će biti tokarski

centar (NC-tokarenje/brušenje).

Oprema stroja identificira se parametrima:

• vrsta i veličina sredstva za stezanje (stezne čeljusti, šiljci, palete,

posebne naprave)

• potreban alat (vrsta, broj).

Suvremeni fleksibilni sustavi klasifikacije i označavanja omogućuju oblikovanje

skupina dijelova prema potrebi korisnika uz definiranje preciznih parametara.

42

Sustav klasifikacije i označavanja jest pretpostavka za

integrirani pristup CAD/CAM 43

CAE, CAPP

CLUSTER ANALIZA

Cluster analiza (cluster − engl., hrpa, gomila, nakupina) skupno je ime za niz

matematičko-heurističkih postupaka, kojima je svrha otkrivanje strukture nekog

početnog skupa (podataka) njegovim dekomponiranjem u manje, homogenije

podskupove.

1. Formirati binarnu matricu (n x m, n dijelova, m strojeva).

2. Definirati metriku za određivanje sličnosti (različitosti) dijelova, naprimjer

euklidsku:

gdje su:

xik − vrijednost k-tog obilježja i-toga dijela

xjk − vrijednost k-tog obilježja j-toga dijela

m − broj obilježja (strojeva).

21

1

2

/

m

k

jkikij )x(xd

44

3. Određuje se raspon broja skupina koje će se ispitivati. Raspon broja skupina

određuje projektant prema vlastitoj procjeni. Za svaki se broj skupina unutar

raspona generatorom slučajnih brojeva formira početno rješenje.

4. Metodom premještanja, tj. prebacivanjem objekta iz skupine u skupinu,

pokušava se poboljšati početno rješenje.

Pri vrednovanju rješenja najčešće se rabi kriterij sume kvadrata odstupanja:

što su točke u nekom podskupu prostora bliže jedna drugoj, suma kvadrata

odstupanja bit će manja.

4.1 Za svako se j-to obilježje (od ukupno m obilježja), unutar svakog k-tog podskupa

osnovnoga skupa, najprije izračuna aritmetička sredina definirana sljedećim

izrazom:

nk − broj objekata (dijelova) k-tog podskupa

xij − vrijednost j-toga obilježja i-toga dijela.

kn

i

ij

k

jk xn

x1

1

45

4.2 Potom se za svako obilježje podskupa sumiraju kvadrati odstupanja:

Što je vrijednost Ojk manja, objekti su prema j-tom obilježju homogeniji.

4.3 Sume kvadrata odstupanja svih m obilježja k-toga podskupa daje mjeru

kompaktnosti (homogenosti) čitave skupine objekata:

4.4 Funkcija cilja jest zbroj suma kvadrata odstupanja svih obilježja, svih

podskupova osnovnoga skupa S:

kn

i

jkijjk xxO1

2

m

j

jkk OO1

46

s

k

kc Of1

min.

4.5 Premještanjem objekta iz skupine u skupinu, mijenja se funkcija cilja. Promjenu

funkcije cilja opisuje razlika :

Ako je 0: ne usvaja se premještanje objekta;

ako je 0: usvaja se premještanje objekta.

Razlika računa se rekurzivnom formulom:

nI − broj objekata skupine iz koje se izdvaja objekt

m − broj obilježja čitavog skupa

nD − broj objekata skupine u koju se dodaje (premješta) objekt

xjI, xjD − aritmetičke sredine vrijednosti obilježja u podskupu iz kojega se

izdvaja, odnosno u koji se dodaje objekt

xj − vrijednost j-toga obilježja objekta koji se premješta.

.novastara cc ffΔ

m

j

jDj

D

Dm

j

jIj

I

I xxn

nxx

n

nΔ

1

2

1

2

11

47

Primjer:

Zadan je skup dijelova i skup strojeva na kojima se dijelovi obrađuju, pri čemu je za

svaki dio poznato na kojim se sve strojevima obrađuje. To je prikazano u binarnoj

matrici dijelovi-strojevi.

1. Formiranje binarne matrice dijelovi-strojevi

strojevi (obilježja)

S1 S2 S3 S4 S5 S6

dijelovi (objekti)

D1 1 0 0 1 1 0

D2 0 1 1 0 0 1

D3 1 0 0 1 1 0

D4 1 0 0 0 0 0

D5 1 0 0 1 0 0

D6 0 1 0 0 0 1

i j

Vrijednosti polja matrice poprimaju vrijednosti 0 (i-ti dio se ne obrađuje na j-tom

stroju) ili 1 (i-ti se dio obrađuje na j-tom stroju. Svaki je dio predstavljen

odgovarajućim vektorom u m-dimenzionalnom prostoru (m = 6 jest broj strojeva). 48

2. Slučajnim izborom podijeli se skup dijelova u nekoliko skupina

U primjeru će se razmotriti podjela skupa dijelova u dvije skupine.

Neka je prva skupina dijelova C1= {D1, D3, D4, D5}, a druga C2 = {D2, D6}.

3. Izračunavanje mjera kompaktnosti skupina dijelova i funkcije cilja

Za svaku se skupinu dijelova načini posebna tablica.

49

Skupina C1 strojevi (obilježja)

dijelovi (objekti)

S1 S2 S3 S4 S5 S6

D1 1 0 0 1 1 0

D3 1 0 0 1 1 0

D4 1 0 0 0 0 0

D5 1 0 0 1 0 0

4 0 0 3 2 0

1 0 0 0,75 0,5 0

(xij − )2

D1 0 0 0 0,0625 0,25 0

D3 0 0 0 0,0625 0,25 0

D4 0 0 0 0,5625 0,25 0

D5 0 0 0 0,0625 0,25 0

Oj1 0 0 0 0,75 1,00 0

O1 1,75

i j

i

i jx

1jx

1jx

1

1

2

11

n

i

ji jj )x(xO

m

j

jOO1

11

Veličina O1 jest suma kvadrata odstupanja prema težištu skupine i mjera je

kompaktnosti skupine. 50

Skupina C2 strojevi (obilježja)

dijelovi (objekti)

S1 S2 S3 S4 S5 S6

D2 0 1 1 0 0 1

D6 0 1 0 0 0 1

0 2 1 0 0 2

0 1 0,5 0 0 1

(xij- )2

D2 0 0 0,25 0 0 0

D6 0 0 0,25 0 0 0

Oj2 0 0 0,5 0 0 0

O2 0,5

i j

i

i jx

2jx

2jx

2

1

2

22

n

i

ji jj )x(xO

m

j

jOO1

22

Budući da je O1 > O2, skupina C2 kompaktnija je od skupine C1.

Funkcija je cilja:

.252507512

1

k

kc ,,,Of51

4. Pokušavanje minimiranja funkcije cilja premještanjem dijelova iz skupine u skupinu

Istražit će se učinak premještanja dijela D1 iz skupine C1 u skupinu C2.

Nova vrijednost funkcije cilja jest:

Razlika Δ računa se sljedećim (rekurzivnim) izrazom:

gdje su:

nI – broj dijelova u skupini iz koje se izdvaja dio

nD – broj dijelova u skupini u koju se dodaje dio

xij – vrijednost j-tog obilježja i-tog dijela – dijela koji se premješta

xji, xjD – aritmetičke sredine skupine iz koje se dio izdvaja, odnosno u koju se dodaje.

Δ.ffstaranova cc

22

11jDij

D

DjIi j

I

I xxn

nxx

n

nΔ

52

22

11jDij

D

DjIi j

I

I xxn

nxx

n

nΔ

.,,,,,,,

,,,,,

,

,,Δ

0494346534156025566031250331

11125011660025006250000331

10010150010013

2

0050175010000113

4

222222

222222

Budući da je Δ < 0, premještanje se dijela D1 ne usvaja.

53

Primjeri izradbenih struktura (stanica) u grupnoj tehnologiji

54

(a) samostalno radno mjesto

potpune izradbe

(b) više strojeva s ručnim

rukovanjem

(c) više strojeva s mehaniziranim

rukovanjem

(d) fleksibilna izradbena stanica

(e) fleksibilni izradbeni sustav

radnici

radnici

sirovci

izratci

strojevi

strojevi

strojevi predmeti

rada

obratci stroj

(a) (b)

(c) (d)

(e) (d) i (e): automatizirane strukture

ODREĐIVANJE NAJPOVOLJNIJE STRUKTURE

Određivanje najpovoljnije strukture obavlja se nakon podjele proizvodnoga sustava

na skupine elemenata unutar kojih se obrađuju odgovarajuće skupine predmeta rada

(Skupna proizvodnja).

Zaključak o najpovoljnijoj strukturi temelji se na sljedećem postupku.

Za svaku se skupinu elemenata izračunava stupanj kooperacije æ, koji označuje

prosječan broj elemenata s kojima je jedan element skupine povezan tokom

materijala:

æ

gdje je ki broj elemenata s kojima je i-ti element u neposrednoj vezi tokom materijala,

a m broj elemenata skupine.

U skupini elemenata koncentrirano je najmanje 70 % operacija obrade odgovarajuće

skupine dijelova.

m

km

i

i 1

55

Porastom složenosti tehnološkoga procesa raste i stupanj kooperacije.

Za skupinu koja sadrži samo jedan element, stupanj kooperacije poprimit će

vrijednost nule, upućujući na strukturu samostalno radno mjesto potpune izradbe.

Proizvodni sustav strukturiran po vrsti obrade načelno predviđa komunikaciju između

svih elemenata. Proizlazi onda da je najveći mogući broj veza definiran sljedećom

jednadžbom:

tj. svako radno mjesto od m postojećih u vezi je s ostalih (m−1).

Stupanj kooperacije tada iznosi:

æ = m − 1, m ≥ 1, m je cijeli broj.

)1(1

mmkm

i

i

56

Slikom su prikazana područja struktura u dijagramu æ-m. Posebnost je strukture

samostalnog radnog mjesta potpune izradbe (SRM) da je na m-osi predstavljena

jednom točkom, izdvojenom od ostalih krivulja.

Iz dijagrama se vidi da se linijska struktura (LS) preklapa s izradbenom stanicom

(IS). Stoga se odluka o tipu strukture donosi na osnovi (ne)postojanja povratnih

tokova materijala.

Nakon određivanja najpovoljnije(ih) strukture slijedi oblikovanje prostornoga

rasporeda elemenata skupine i čitavoga sustava.

5 10 15 20

2

4

6

8

10

0

æ

m

SRM

GVO

LS IS

57

STRUKTURE U AUTOMATIZIRANOJ IZRADBI

Klasični izradbeni sustavi imaju jednu od dvije različite značajke:

- mogućnost izradbe različitih proizvoda ali uz visoke troškove (npr. grupe po vrsti

obrade)

- mogućnost izradbe velikog broja proizvoda uz male troškove ali vrlo nefleksibilno u

pogledu različitosti proizvoda koji se mogu izraditi (npr. transfer linije).

Fleksibilni izradbeni sustavi (FIS) su oblikovani tako da osiguraju obje gornje

pozitivne značajke (izradba različitih proizvoda i u velikim i u malim količinama uz

snižene troškove), tj. spajaju fleksibilnost s učinkovitošću.

FIS je reprogramabilan izradbeni sustav sposoban automatski proizvoditi različite

proizvode.

Pojam FIS-a uveo je Dolezalek početkom 70-tih godina 20. stoljeća,

podrazumijevajući njime automatizaciju serijske proizvodnje, integracijom toka

informacija i toka materijala u sustavu alatnog stroja.

58

Fleksibilni izradbeni sustavi čine temelj suvremene automatske proizvodnje.

Automatizacija je činjenje procesa ili sustava neovisnim o izravnom ljudskom radu.

Pri projektiranju proizvodnih sustava, razmatrani stupanj automatizacije mora biti

nedvojbeno ekonomski opravdan.

Naime, iskustvo pokazuje da su najuspješniji oni proizvodni sustavi koji nisu u

potpunosti automatski.

Pojam fleksibilnosti podrazumijeva sposobnost proizvodne opreme da se može

upotrebljavati za različite proizvodne zadatke. Fleksibilnost je izrazito važna

značajka i kod klasičnih izradbenih sustava, a posebno je istaknuta kod

automatiziranih sustava. Naime, kako je čovjek najfleksibilniji element, fleksibilnost

neautomatiziranih sustava biva ograničena prije svega prostornom strukturom i

raspoloživošću opreme, dok u slučaju automatiziranih sustava i (naizgled)

najjednostavniji ljudski rad treba biti učinkovito zamijenjen strojnim (znatno sužena

fleksibilnost automatskih sustava).

Fleksibilnost je obrnuto razmjerna osjetljivosti na promjene, pa se može uspostaviti

mjera fleksibilnosti − veličina kazna promjene (Penalty Of Change):

POC = trošak promjene u odnosu na ograničenja sustava x vjerojatnost.

Što je iznos POC-a niži, fleksibilnost sustava je viša. 59

Opće važeće značajke fleksibilnih proizvodnih sustava jesu:

- visokoautomatizirani proizvodni proces (gotovo) bez nazočnosti ljudi

- više obradnih sustava (programabilnih alatnih strojeva) povezanih

automatskim transportnim sustavom

- struktura sustava je određena opremom za transport i rukovanje materijalom

(konvejeri, stacionarni i mobilni roboti, automatski vođena vozila)

- podsustavi fleksibilnog proizvodnog sustava su koordinirani i upravljani

zajedničkim nadređenim sustavom upravljanja

- sustav je modularno izgrađen

- izrada različitih izradaka s različitim obradnim procesima u proizvoljnom

redoslijedu, uz skraćenje pripremno-završnih vremena i vremena čekanja

- velik obujam toka informacija (sustav rukovanja materijalom, osjetilo za

nadzor alata...) upravljan računalima i nadziran ljudima.

60

Sastavnice FIS-a

• direktno upravljani numerički alatni strojevi (DNC) i obradni roboti

• automatski koordinatni mjerni strojevi

• automatski sustav transporta, rukovanja i skladištenja materijala

- automatski vođena vozila (AGV)

- konvejeri

- automatski skladišni sustavi s odlaganjem i izuzimanjem materijala

- industrijski roboti

• upravljački hardver i softver

61

Sastavnice fleksibilnog izradbenog sustava 62

Dijelovi

(pripremci, sirovci)

Gotovi proizvodi

(izratci)

Stavljanje Skidanje

Kontrolna

(nadzorna)

soba

Terminali

Stroj

Spremnik alata

Konvejer

zastoj

kontrola

odlaganje

tra

nsp

ort

operacija

Fleksibilni izradbeni sustav

64

FIS za obradu dijelova za zrakoplove (sadrži pet petosnih obradnih centara FSP-100V) 65

http://www.snkc.co.jp/english/tech/fms.html

FIS za obradu dijelova srednje veličine CAMOS II-MP (600 sati/mjesec)

(sadrži četiri obradna centra EMC-3F) 66

http://www.snkc.co.jp/english/tech/fms.html

FIS za obradu kalupa

DC-4AS visokobrzinske glodalice

HF-M obradni centar

MM2500-30 koordinatni mjerni stroj

67

Fleksibilni izradbeni sustavi razlikuju se s obzirom na operacijske i upravljačke

značajke. Prema sustavu transporta i rukovanja materijalom razlikuju se: fleksibilna

izradbena stanica, fleksibilni izradbeni sustav s više strojeva, višestanični fleksibilni

izradbeni sustav.

CNC STROJ

CNC

OBRADNI

CENTAR

FLEKSIBILNA

IZRADBENA

STANICA

FLEKSIBILNI

IZRADBENI

SUSTAV

S VIŠE

STROJEVA

VIŠESTANIČNI

FLEKSIBILNI

IZRADBENI

SUSTAV

STUPANJ

AUTOMATIZACIJE

BROJ KOMADA, KOMPLEKSNOST

Karakteristični stupnjevi realizacije fleksibilne automatizacije 68

FLEKSIBILNA IZRADBENA STANICA

Fleksibilna izradbena stanica tip je fleksibilnoga izradbenog sustava sačinjen od

jednog ili više CNC i/ili NC strojeva koji dijele jedan sustav za rukovanje

materijalom. Sustav za rukovanje opskrbljuje strojeve predmetima rada iz ulaznoga

spremnika, umeće ih i vadi po završetku operacije te potom prebacuje gotov

predmet u izlazni spremnik. Automatsko čišćenje i provjera također mogu biti

integrirani u izradbenu stanicu.

69

FLEKSIBILNI IZRADBENI SUSTAV S VIŠE STROJEVA

Fleksibilni izradbeni sustav s više strojeva sadrži više CNC i/ili NC strojeva,

međusobno povezanih automatiziranim sustavom za rukovanje materijalom koji

uključuje dva ili više povezanih uređaja za rukovanje ili jedan sposoban posluživati

dva ili više strojeva u isto vrijeme. Takav izradbeni sustav omogućava paralenu

obradu različitih predmeta rada koji mogu prolaziti sustavom različitim putovima

(rutama), ovisno o tehnološkom postupku i raspoloživosti strojeva.

70

VIŠESTANIČAN FLEKSIBILNI IZRADBENI SUSTAV

Višestaničan fleksibilni izradbeni sustav uključuje više fleksibilnih izradbenih stanica,

i često više CNC i/ili NC strojeva, povezanih automatiziranim sustavom za

rukovanje materijalom. Posjeduje karakteristike slične sustavu s više strojeva, s tom

razlikom da je ovdje tok materijala paralelno grupiran po pojedinim stanicama.

71

Iz gornjih je definicija uočljivo da sve strukture fleksibilnih izradbenih sustava mogu

sadržavati više od jednoga stroja. Razlikuju se prije svega s obzirom na sustav za

rukovanje materijalom.

Rukovanje se može obavljati: robotom, konvejerom ili automatski vođenim vozilom.

Fleksibilnu izradbenu stanicu karakterizira jedan uređaj za rukovanje, pa stroj mora

čekati na posluživanje ako je u međuvremenu uređaj zaposlen posluživanjem

drugoga stroja.

Kod višestrojnih fleksibilnih sustava ima više uređaja za rukovanje, te se stoga

smanjuje vjerojatnost čekanja.

U nekim slučajevim fleksibilni izradbeni sustav može biti sastavljen od više CNC i/ili

NC strojeva povezanih jedinstvenim kontinuiranim transportom, kao što je konvejer.

Takav se sustav klasificira kao višestrojni fleksibilni sustav, jer konvejer ima funkciju

kao više uređaja za rukovanje.

72

73

Sistematizacija konfiguracija

fleksibilnih izradbenih

sustava

Broj različitih izradaka

MALEN VELIK

Go

diš

nja

pro

izvo

dn

a

ko

ličin

a p

o i

zra

tku

VELIKA

MALA

izradbene

stanice

fleksibilni

izradbeni sustavi

fleksibilne

transfer

linije

ručni univerzalni

strojevi

krute

transfer

linije

74

Procjena budućih tržišnih rizika (fleksibilnost tržišnog okružja)

75

JEDNONAMJENSKI

SUSTAV

RADIONIČKA

STRUKTURA (GRUPE

PO VRSTI OBRADE)

FIS

Isplativost

stabilni

uvjeti

promjenjivi

uvjeti

promjenjivi

uvjeti

promjenjivi

uvjeti

stabilni uvjeti

stabilni

uvjeti

Iskorištenje

kapaciteta

80 do 90 %

10 do 20 %

Još jedna sistematizacija FIS-ova

76

2 ili 3 1 4 ili više Broj strojeva

Ula

gan

je

Vri

jem

e i

zra

de p

o k

om

ad

u

Go

diš

nja

ko

ličin

a

FIS

Fleksibilna

izradbena

stanica

Jedno-

strojna

stanica

Jednostrojna fleksibilna izradbena stanica (CNC obradni centar, transportni sustav s dva

transportera i spremnik paleta s obratcima)

77

sprem-

nik alata

CNC obradni

centar

transporter s paletom i

obratkom

vreteno

paleta

(prazna)

spremnik

paleta

paleta s

obratkom

nosač palete (prazan)

staza

(tračnica)

transportera

transporter

(prazan)

Višestrojna fleksibilna izradbena stanica

78

radne stanice

(CNC strojevi)

transportni sustav obratka

(staza transportera)

transporter

stanica za

punjenje/

pražnjenje

IZVEDBE PROSTORNOG RASPOREDA STRUKTURA

FIS-ova

79

Linija

Linija s dvosmjernim tokom izratci

izratci

transportni sustav

obradaka

pripremci

pripremci

tok obradaka

tok obradaka primarni sustav

rukovanja (linija)

sekundarni

sustav

rukovanja

(fleksibilnost

ruta)

transporter obradaka

Nema povratnog toka

materijala.

obradak

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

punje-

nje/

praž-

njenje

pu-

njenje

praž-

njenje

80

Petlja

Petlja s povratnim

tokom praznih

nosača obradaka

izratci

izratci

pripremci

pripremci

tok obradaka

povratna petlja

smjer toka

obradaka

povratne palete

transportna

petlja

obradaka

auto-

mat.

obrada

pu-

njenje

praž-

njenje

punje-

nje/

praž-

njenje

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

obrada

auto-

mat.

ispiti-

vanje

81

Ljestvičasta

izratci pripremci

smjer

toka

obradaka

Povećanje broja mogućih ruta

(putova) od stroja do stroja.

Smanjenje zakrčenja.

Skraćanje transportnih putova

i vremena.

82

Otvorena

Roboto-

centrična

izratci

pripremci alatni stroj radni stol stroja

Višeljestvenost.

Mogući sporedni ogranci.

Za velike familije dijelova.

Obradak se uobičajeno upućuje na prvi raspoloživi stroj.

karusel s

dijelovima

staza AGV-a

AGV

83

Prostorni

rasporedi FIS-ova

(d)

(a) linearni jednoredni

(c) polukružni

(d) grozd

(e) petlja

(b) dvoredni

84 Vought Aircraft

http://statecasefiles.justia.com/documents/tennessee/workers-compensation/PesceOPNrev.pdf?ts=1323967201

http://www.jorgensenconveyors.com/chipconveyors/

http://www.productionmachining.com/articles/technologies

-for-chip-and-coolant-management

85 FIS za limove

86

NOVIJI KONCEPTI IZRADBENIH (PROIZVODNIH) SUSTAVA

Mane FIS-ova:

-- ipak relativno uzak raspon varijantnosti proizvoda (familije proizvoda,

konačan skup)

-- cijena

-- dugotrajnost razvoja i instaliranja (nerijetko dvije godine)

-- cijena osoblja i troškovi obuke

-- rizik pogrešnih procjena tržišta – iskazuje se ograničena fleksibilnost FIS-

ova (fleksibilnost je predefinirana građom FIS-a).

Pojavljuju se stoga:

AGILNI proizvodni sustavi

REKONFIGURABILNI proizvodni sustavi

LEAN proizvodni sustavi te

ADITIVNA PROIZVODNJA (BRZA IZRADA PROTOTIPOVA).

87

Imaju sposobnost tretiranja tržišnih promjena (varijantnosti proizvoda i njihovih

količina) rutinski. Riječ je o više poslovnom nego proizvodnom pristupu.

Značajke:

snažna kooperacija između nekoliko tvrtki (potrebni resursi za proizvodnju

uobičajeno veći od onih u pojedinačnim tvrtkama)

virtualni proizvodni sustavi koji koriste postojeće kapacitete bez njihove

prilagodbe

snažna povezanost s kupcima (zajednički projekti)

manje proizvodne količine – niži rizici gubitaka nego kod tradicionalnih

struktura u masovnoj proizvodnji (uključivši često i FIS-ove)

veća učestalost promjena manjeg opsega.

Osnovna razlika prema lean sustavima: nepredefiranost tržišnih promjena (vrsti

i varijanti proizvoda i njihovih količina).

AGILNI proizvodni sustavi

88

REKONFIGURABILNI proizvodni sustavi

Cilj: brzo rekonfiguriranje ili promjena komponenti sustava da bi se odgovorilo

neočekivanim tržišnim promjenama.

Značajke:

modularnost

integrativnost (uključivo i novih tehnologija)

konvertabilnost (hardvera i softvera)

dijagnostika izvora problema kvalitete i pouzdanosti

prilagodljivost (sposobnost realizacije cjelokupnog raspona) predviđene familije

dijelova.

89

LEAN proizvodni sustavi

Toyota

Cilj: uklanjanje svega onoga (gubici) što ne pridonosi vrijednosti proizvoda ili

kupac nije spreman platiti.

Gubici:

prekomjerna (preuranjena) proizvodnja (PUSH-PULL)

vremena čekanja

predaleko transportiranje

procesiranja (suviše dugotrajne ili složene obrade)

suvišak inventara (na različitim razinama)

suvišne kretnje radnika

otpad.

Ograničenja:

sužena varijantnost proizvoda

ograničenost kapaciteta.

90

ADITIVNA PROIZVODNJA (BRZA IZRADA PROTOTIPOVA)

Koncentracija poslovno-inženjersko-proizvodnog procesa.

Drastično smanjenje broja sudionika u proizvodnom procesu.

Industry 4.0

freelancing

prekarnost (prekarijat)