Διοίκηση Παραγωγικών Συστημάτων Συστήματα Παραγωγής ΤΕΙ Χαλκίδας Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων 6ο εξάμηνο Διδάσκων Φώτης Χ. Κίτσιος

Γενικά Κατανόηση των εννοιών CAD/CAM/CIM Διάκριση μεταξύ των αντίστοιχων τεχνολογιών Περιγραφή του κύκλου παραγωγής ενός προϊόντος

Πρόλογος Αλματώδη ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστικών συστημάτων – επιτυχή ανταπόκριση στις νέες απαιτήσεις Υιοθέτηση νέων μεθόδων παραγωγής με τη χρήση των Η/Υ – μεταβολή στη φιλοσοφία σχεδίασης της παραγωγικής διαδικασίας Αύξηση της παραγωγικότητας » Βελτίωση της ποιότητας Προβλήματα παραδοσιακής τεχνολογίας Συστήματα CAD/ CAM απαραίτητο στοιχεία της επιβίωσης και της ανταγωνιστικότητας μιας επιχείρησης Χρήση των συστημάτων από βιομηχανία για το σχεδιασμό προϊόντων και τον έλεγχο διεργασιών

Έννοιες Τεχνολογιών CAD/CAM/CIM Σχεδιασμός Συστήματα CAD/CAM Χρήση Η/Υ Παραγωγή CAD: Αφορά τη χρήση υπολογιστή για να υποστηρίξει τις λειτουργίες σχεδιασμού Computer – Aided Design CAΜ: Αφορά τη χρήση υπολογιστή για να υποστηρίξει τις λειτουργίες παραγωγής Computer – Aided Manufacturing CAD/CAΜ: Προσπάθεια ολοκλήρωσης των λειτουργιών σχεδιασμού και παραγωγής σε συνεχή διαδικασία – παραδοσιακά θεωρούνταν ξεχωριστές CIM: Ολοκληρωμένη αυτοματοποίηση των διαδικασιών της παραγωγής Computer Integrated Manufacturing

Συστήματα CAD Τα υπολογιστικά συστήματα CAD απαρτίζονται από το υλικό (hardware) και το λογισμικό (software), απαραίτητες συνιστώσες για την εφαρμογή μεθόδων CAD/CAM Hardware Υπολογιστής Τερματικές οθόνες γραφικών Ειδικές συσκευές Software Προγράμματα γραφικών Προγράμματα εφαρμογών (εφαρμογή επιστημονικών μεθόδων) Πολλά συστήματα CAD διαφορετικά Ανάλογα με τον εξοπλισμό: Σχεδιασμός – Ανάλυση – Βελτιστοποίηση για κατηγορία συστημάτων διαφορετικού ενδιαφέροντος

Συστήματα CAM Χρήση υπολογιστικών συστημάτων για τον προγραμματισμό, διαχείριση και έλεγχο των λειτουργιών σε μια βιομηχανική μονάδα με άμεση ή έμμεση σύνδεση με τον υπολογιστή με τους συντελεστές παραγωγής Άμεση Σύνδεση (computer monitoring and control) On line στην παραγωγική διαδικασία παρακολούθηση έλεγχος Έμμεση Σύνδεση (manufacturing support applications) Υποστήριξη παραγωγικής διαδικασίας Off-line (πλάνα, εντολές, πληροφορίες) Αποδοτικότερη διαχείριση παραγωγικού συστήματος σε σχέση με κλασσικές μεθόδους Ανθρώπινη παρουσία

Συμβολή συστημάτων CAD/CAM Βελτίωση της ποιότητας σχεδιασμού Διαχείριση της παραγωγικής διαδικασίας Ευκολία σχεδίασης Έγκαιρη διάγνωση λαθών και επανόρθωση αυτών Μείωση του χρόνου παραγωγής Ευκολία εκπαίδευσης σε νέα παραγωγικά συστήματα

CAD/CAM και Κύκλος Παραγωγής Περιγραφή κύκλου ζωής Απαίτηση αγοράς για παραγωγή προϊόντος Ιδέα για το προϊόν Δημιουργία Μετασχηματισμός Μοντέλο μέσω της σχεδίασης Προϊόν που επιστρέφει στην αγορά Κλείνει ο κύκλος παραγωγής Κάθε βελτίωση ή μεταβολή του προϊόντος ξεκινά από το πρώτο στάδιο

Ο Κύκλος Παραγωγής

Ανάπτυξη Νέων Προϊόντων «Διαδικασία νέου προϊόντος: ένας τυπικός οδηγός, σχέδιο, πρότυπο ή διαδικασία σκέψης προκειμένου να οδηγηθεί ένα έργο νέων προϊόντων από την ιδέα μέχρι το λανσάρισμά του στην αγορά» (Cooper, 1991)

Επίδραση των λειτουργιών CAD/CAM Αύξηση της παραγωγικότητας των παραγωγικών μονάδων Ορθολογισμός των παραγωγικών διαδικασιών Αύξηση της απόδοσης των πόρων και των συντελεστών της παραγωγής

Γενικά Κατανόηση της αυτοματοποίησης των παραγωγικών διαδικασιών μετά από τη χρήση των τεχνολογιών CAD/ CAM Διάκριση των παραγωγικών διαδικασιών και ένταξη κάθε προϊόντος στην κατάλληλη διαδικασία Περιγραφή των τεχνικών αυτοματισμού της κάθε διαδικασίας Υπολογισμός χρόνου παραγωγής προϊόντος Εφαρμογές τεχνολογιών CAD/ CAM

Κατηγορίες παραγωγικών διαδικασιών Η χρήση των συστημάτων CAD/CAM στον αυτοματισμό ορίζει αλλά και ορίζεται από την παραγωγική διαδικασία Ανάλογα με το προϊόν που παρασκευάζεται, την ποσότητα των προϊόντων, το είδος κατεργασίας κ.λ.π. διακρίνονται τέσσερις βασικές κατηγορίες παραγωγικών διαδικασιών Continuous – flow processes (διαδικασίες συνεχούς ροής) Mass production of discrete products (μαζική παραγωγή επιλεκτικών προϊόντων) Batch production (παραγωγή δέσμης προϊόντων) Job shop production (παραγωγή κατά παραγγελία)

Διαδικασίες συνεχούς ροής Continuous – flow processes Διαδικασίες επεξεργασίας μεγάλων ποσοτήτων ρευστών, συνήθως πρώτων υλών, όπως: Χημικές βιομηχανίες Βιομηχανίες φυσικού αερίου Εταιρίες ύδρευσης Χυτήρια Τεχνικές αυτοματισμού που εφαρμόζονται: Σύστημα μετρήσεων των παραμέτρων της διαδικασίας Τεχνικές ελέγχου και βελτιστοποίησης της συνεχούς διαδικασίας Πλήρη αυτοματοποίηση της παραγωγής

Μαζική παραγωγή επιλεκτικών προϊόντων Mass production of discrete products Παραγωγή σε μεγάλες ποσότητες ενός μόνο τελικού προϊόντος Αυτοκινητοβιομηχανίες Βιομηχανίες παραγωγής μηχανών Τεχνικές αυτοματισμού που εφαρμόζονται: Αυτόματη μεταφορά πρώτων υλών και προϊόντων Αυτόματη συναρμολόγηση Χρήση robot για κοπή, για χειρισμούς, βαφή Επιλεκτικότητα: δυνατότητα παραγωγής από την ίδια διαδικασία ενός προϊόντος μέσα από ένα πλήθος άλλων παραπλήσιων προϊόντων

Παραγωγή δέσμης προϊόντων Butch production Παραγωγή περιορισμένων ποσοτήτων ενός προϊόντος που μπορεί να επαναλαμβάνεται περιοδικά Βιβλία Ρούχα περιοδικά Υποδήματα Εφημερίδες Τεχνικές αυτοματισμού που εφαρμόζονται: Αριθμητικός έλεγχος (Numerical Control – NC) Επεξεργασία με βάση αρχές προσαρμοστικού ελέγχου Χρήση robots και ολοκληρωμένα συστήματα βιομηχανικής παραγωγής με τη βοήθεια υπολογιστή

Παραγωγή κατά παραγγελία Job shop production Παραγωγή μικρών ποσοτήτων, συχνά ενός μόνο προϊόντος, στο οποίο ειδικεύονται οι κατασκευαστές και είναι, συνήθως, σύνθετο τεχνολογικά όπως: Αεροπλάνα Εργαλειομηχανές Ειδικά μηχανήματα για εξειδικευμένες εργασίες Προϊόντα υπέρ υψηλής τεχνολογίας Τεχνικές αυτοματισμού που εφαρμόζονται: Αριθμητικός έλεγχος (Numerical Control – NC)

Χρόνος παραγωγής ενός προϊόντος Αναφερόμενοι στον κύκλο παραγωγής, υποθέτουμε ότι: t1: ο χρόνος που απαιτείται για την παραγωγή μιας μονάδας (τεμαχίου) προϊόντος t2: ο χρόνος που απαιτείται για τον προγραμματισμό και την εκκίνηση της παραγωγικής διαδικασίας, προκειμένου να κατασκευαστεί μια ποσότητα προϊόντων t3: ο χρόνος που απαιτείται για το σχεδιασμό και όλες τις άλλες διαδικασίες, που απαιτούνται για την παραγωγή ενός προϊόντος, όπως η σχεδίαση της παραγωγής, η κοστολόγηση, η ανάπτυξη ειδικών μηχανημάτων Ν: είναι ο αριθμός των επαναλήψεων παραγωγής μιας ποσότητας προϊόντος (number of butches) στη διάρκεια του κύκλου παραγωγής ω: το πλήθος των προϊόντων που παρασκευάζεται κάθε φορά (σε κάθε δέσμη παραγωγής butch)

Ολικός χρόνος παραγωγής Ολικός αριθμός προϊόντων: Ν * ω Ολικός χρόνος που καταναλώθηκε σε όλη τη διάρκεια του κύκλου παραγωγής: Τ = Ν*ω*t1 + N*t2 + t3 t1: χρόνος παραγωγής ενός τεμαχίου t2: χρόνος εκκίνησης της διαδικασίας παραγωγής t3: χρόνος σχεδίασης Ν: επαναλήψεις παραγωγής ω: πλήθος προϊόντων

Σκοπός αυτοματισμού και μεθόδων CAD/CAM Μείωση των διαφόρων χρόνων κατά την παραγωγική διαδικασία Αυτοματισμός Επιδιώκεται κύρια η μείωση των χρόνων t1, t2, με έμφαση στο χρόνο t3 CAD/CAM Αποσκοπείται η μείωση και των τριών συντελεστών χρόνου t1, t2, t3 και ιδιαίτερα στα t2 και t3

Παράδειγμα υπολογισμού χρόνου παραγωγής Εκφώνηση Σε βιομηχανική μονάδα ο χρόνος παραγωγής ενός τεμαχίου είναι 14 δευτερόλεπτα. Οι επαναλήψεις παραγωγής 15 και το πλήθος προϊόντων 10. Ο χρόνος σχεδίασης του προϊόντος είναι 30 λεπτά. Ο ολικός χρόνος που καταναλώνεται σε όλο τον κύκλο παραγωγής είναι 1,5 ώρα. Ζητείται να υπολογιστεί ο χρόνος εκκίνησης της διαδικασίας παραγωγής

Παράδειγμα υπολογισμού χρόνου παραγωγής Λύση t1: 14’’ t2: ? t3: 30’ = 1800’’ Ν: 15 ω: 10 Τ= 1,5 h = 90’ = 5400’’ Τ = Ν*ω*t1 + N*t2 + t3 5400=15*10*14 + 15*t2 + 1800 t2 = 100’’

Εφαρμογές τεχνολογιών CAD/CAM

Επιστημονικά πεδία CAD/CAM Αλληλεπιδραστικό σύστημα γραφικών υπολογιστή, Interactive Computer Graphics Systems (ICG) Προγράμματα ανάλυσης μηχανολογικής σχεδίασης, Design engineering analysis software, Ομαδοποίηση – Ταξινόμηση – Κωδικοποίηση, Group Technology (parts classification and Coding) (GT) Συστήματα ανάκτησης σχεδίων, Design retrieval systems Αυτόματη μηχανολογική σχεδίαση, Automated drafting Βάσεις δεδομένων σχεδίων και κατασκευών, Design and manufacturing data base Υποστήριξη διαδικασιών προγραμματισμού μέσω υπολογιστή, Computer – Assisted Process Planning (CAPP) Λεπτομερής συντονισμός χρονοδιαγράμματος παραγωγής, Finely tuned production scheduling Προγραμματισμός απαιτήσεων υλικών, Material Requirement Planning (MRP) Αριθμητικός έλεγχος μέσω υπολογιστή, Computer Numerical Control (CNC) Έλεγχος αυτομάτων μηχανικών διατάξεων μέσω υπολογιστή, Computer – control robots Έλεγχος ποιότητας μέσω υπολογιστή, Computer – Aided quality testing (CAT) Επιθεώρηση μέσω υπολογιστή, Computer – Aided Inspection (CAI)

Περιεχόμενα Ενότητα Ι 1. Έννοιες CAD, CAM, CIM Περιεχόμενα Ενότητα Ι 1. Έννοιες CAD, CAM, CIM 2. Computer Aided Design 3. CAD/ CAM και αυτοματισμός 4. Μέθοδοι CAM και Ολοκληρωμένη Παραγωγή 5. Γραφικά και μέθοδοι απεικόνισης 6. Εργαλεία CAD/CAM/CIM 7. Συσκευές αυτοματοποιημένης σχεδίασης – εκτύπωσης 8. Συσκευές ψηφιοποίησης των εικόνων 9. Συσκευές απεικόνισης (οθόνες CRT, LCD, TFT) 10. Οπτική αποθήκευση

Γενικά Διάκριση της διαφοράς μεταξύ των τεχνολογιών CAD και CIM Καταγραφή των μεθόδων CAM και τι αυτές περιλαμβάνουν Διάκριση διαφοράς μεταξύ των τεχνολογιών CAM & CIM Εφαρμογές των παραπάνω τεχνολογιών Μελλοντικές τάσεις στο χώρο του CAD/CAM/CIM

Εισαγωγικές πληροφορίες CAM: Αποτελεσματική χρησιμοποίηση της τεχνολογίας των υπολογιστών στον έλεγχο των παραγωγικών διαδικασιών CIM: Αποτελεσματική χρησιμοποίηση της τεχνολογίας των υπολογιστών στη διοίκηση, τον προγραμματισμό, και τον έλεγχο των παραγωγικών διαδικασιών

Μέθοδοι CAM Οι μέθοδοι CAM διακρίνονται σε: Μεθόδους προγραμματισμού της παραγωγής (manufacturing planning) Μεθόδους ελέγχου της παραγωγής (manufacturing control)

Προγραμματισμός Παραγωγής Ανήκουν οι μέθοδοι off-line που αναφέρονται: Προσδιορισμό του κόστους των νέων προϊόντων (cost estimating) Προγραμματισμό της παραγωγικής διαδικασίας (Computer – Aided Process Planning) Προγραμματισμό των μηχανών και τον έλεγχο των εργαλειομηχανών (computerized machine ability data systems / computer – assisted NC part programming) Δημιουργία προτύπων εργασίας (development of work standards) για τον προσδιορισμό του χρόνου εργασίας των υπαλλήλων σε κάθε φάση της παραγωγής Διευθέτηση της γραμμής παραγωγής (computer – aided line balancing) Προγραμματισμό προμηθειών (production and inventory planning) για τη βελτιστοποίηση της ροής των πρώτων υλών και τη διατήρηση αποθεμάτων στα οικονομικότερα επίπεδα

Έλεγχος παραγωγής Ανήκουν οι μέθοδοι on-line που αναφέρονται: Ελέγχου διαδικασιών (process control) Ποιοτικού ελέγχου (quality control) Συλλογής δεδομένων (shop floor control) Στο πεδίο του ελέγχου διαδικασιών περιλαμβάνονται τα αντικείμενα: Των γραμμών παραγωγής (transfer lines) Των συστημάτων συναρμολόγησης (assembly systems) Του αριθμητικού ελέγχου (NC-DNC-CNC) Των robots Του χειρισμού των υλικών (material handling) και Των ευέλικτων συστημάτων βιομηχανικής παραγωγής (flexible manufacturing systems FMS)