Rola systemów sterowania w Zarządzaniu Cyklem Życia Produktu

Cyfrowe modelowanie produkcji pozwala inżynierom automatykom w większym stopniu uczestniczyć w procesie ogólnego definiowania produktu. Zysk – to dochodząca do 40% oszczędność czasu, dzięki skróceniu okresu planowania produkcji.

Osoby odpowiedzialne za automatykę przemysłową mogą wiele zyskać na współpracy z projektantami, oszczędzając zasoby poprzez zastosowanie zarządzania cyklem życia produktu (product lifecycle management – PLM). Państwo także możecie przyczynić się do tego procesu. Czy kiedykolwiek odkryliście możliwość modyfikacji projektu produktu, która mogłaby znacznie usprawnić proces produkcyjny, ale z braku czasu poniechaliście działania?

Ponieważ świat systemów PLM obfituje w różnorodne interpretacje, zacznijmy od definicji. PLM to strategiczne podejście biznesowe, stosujące konsekwentny zestaw rozwiązań do wspierania wspólnego tworzenia, zarządzania, rozpowszechniania oraz stosowania firmowych definicji dotyczących produktu i zakładu, które obejmują całość przedsięwzięcia – od koncepcji do „końca życia”, integrując zasoby ludzkie, procesy, systemy firmowe oraz informacje. PLM tworzy i zarządza cyfrowo produktem lub całym zakładem, zapewniając firmie i realizowanym przez nią przedsięwzięciom spójną strukturę informacyjną.

PLM zaczęło się od aplikacji zarządzania danymi o produkcie (product data management – PDM) opracowanej w połowie lat 80. Wczesne wdrożenia obracały się głównie wokół danych dotyczących projektów technicznych. Ale wraz z rozwojem przemysłu reagującego na wymagania klientów ich zakres wychodził poza działy inżynieryjne.

 

Udostępnianie informacji, procesy

Podczas tej ewolucji zmieniła się również definicja „cyklu życia produktu”. Piętnaście lat temu „cykl życia” dotyczył działalności związanej z projektowaniem technicznym, ponieważ narzędzia skupiały się głównie wokół zarządzania danymi CAD. W późnych latach 80. perspektywy zaczęły się rozszerzać, obejmując przepływ pracy i procesy rozmieszczone na całej długości życia produktu – udostępniając informacje i procesy różnym działaniom projektowym.

Ta ekspansja trwa, a rozwiązania PLM obejmują wiele różnych funkcji firmy i organizacji, wychodząc poza tradycyjne działy techniczne i projektowe. Firmy chcą wykorzystywać informacje dotyczące definicji produktów i zakładów w każdym obszarze działalności, aby udoskonalić możliwości projektowania, produkowania oraz obsługiwania produktów i zakładów. Jedną z podstawowych inicjatyw jest ściślejsza integracja procesów projektowania i produkcyjnych.

Koncepcja równoczesnego opracowywania produktu oraz związanych z nim procesów produkcyjnych została wprowadzona z projektowaniem całościowym (concurrent engineering*). Te podejmowane równocześnie działania to zazwyczaj dwie różne, lecz związane ze sobą ścieżki projektowe. Opracowujący koncepcję oraz sam produkt zajmują się głównie definicją, projektem oraz analizą produktu czy zakładu oraz technicznymi szczegółami produkcyjnymi z opracowaniem procesów, jakie zostaną wykorzystane w realizacji produktu. W wielu przypadkach procesy produkcyjne trwają dłużej niż cykl życia produktu, a zadaniem inżynierii produkcyjnej staje się adaptacja procesów do nowych produktów.

Narzędzia do komputerowego wspomagania projektowania oraz modelowania CAD/CAE są stosowane, aby pomóc określić, „co” ma zostać zbudowane, a narzędzia do zarządzania procesami produkcyjnymi służą do zdefiniowania, „jak” ma wyglądać proces realizacji. Następnie osiągnięte rezultaty są przekazywane automatycznie do systemu realizacji produkcji (manufacturing execution system – MES) w celu zarządzania produkcją. Strukturalne rozwiązania PLM zapewniają integrację oraz zarządzanie zarówno narzędziami, jak i procesami.

Rys. Integracja systemów PLM i MES, tworzenie zunifikowanego środowiska zarządzania w skali całego przedsiębiorstwa.

 

Cyfrowa produkcja

Oprogramowanie do cyfrowej produkcji, kluczowy komponent PLM (patrz: informacje w ramce Cyfrowa produkcja), było na początku zintegrowane z aplikacjami do opracowywania produktu, co umożliwiało firmom bardziej skuteczną optymalizację projektów i planów procesów produkcyjnych na wczesnym etapie cyklu projektowania. Dzisiaj rozwiązania te są integrowane z MES w celu szybkiego i automatycznego przeniesienia planów procesowych na halę produkcyjną. Koncepcje cyfrowej produkcji są znane od wielu lat, a ich korzenie sięgają przełomowych inicjatyw podejmowanych od lat 80. i 90., a obejmujących: ekonomiczną produkcję (lean manufacturing*),elastyczną produkcję (agile manufacturing*), produkcję dokładnie na czas (just-in-time manufacturing), projektowanie dla montażu, projektowanie dla produkcji oraz projektowanie całościowe (concurrent engineering*).

Integracja cyfrowej produkcji z PLM to możliwość usprawnienia połączenia pomiędzy projektowaniem a produkcją, poprzez udostępnianie krytycznych danych dotyczących konfiguracji produktu oraz procesów produkcyjnych pomiędzy PLM a ERP (enterprise resources planning* – planowanie zasobów przedsiębiorstwa), co wspiera rozpowszechnianie wiedzy o produkcie. Ponadto ułatwiając pracę zespołową na wczesnych etapach opracowywania produktu, cyfrowa produkcja pozwala projektantom i inżynierom automatykom szybko opracowywać projekty, które można łatwo i ekonomicznie wdrożyć do produkcji w ramach istniejących zakładów produkcyjnych. Takie zintegrowane systemy zwiększają również elastyczność produkcyjną, umożliwiając firmom zmianę operacji odpowiednio do zmieniających się wymagań konkurencyjności oraz preferencji klienta.

 

Rys. Cyfrowe modelowanie produkcji (digital manufacturing) zapewnia wiele możliwości oszczędności podczas planowania operacji i produkcji.

 

System MES zapewnia zbieranie danych produkcyjnych w czasie rzeczywistym, w oparciu o najbardziej aktualny wykaz materiałów oraz wyznaczone sekwencje realizacji procesów, umożliwiając wgląd w zakłady i monitorowanie działań produkcyjnych. Ponieważ dane zbierane są przez MES na każdym etapie działań produkcyjnych, mogą być analizowane i udostępniane różnym systemom planowania, łącznie z ERP i PLM, w celu rozwiązywania problemów, planowania, i osiągania porozumień (patrz schemat: Zintegrowane systemy PLM i MES).

Wiele firm opracowuje i udoskonala rozwiązania cyfrowej produkcji, w tym: IBM/Dassault Systemes (z zestawem DELMIA), Polyplan, Tecnomatix, Visiprise oraz UGS PLM Solutions (wraz z E-Factory oraz związanym z nim Tecnomatix).

 

Korzyści dla procesu

Producenci, którzy wdrożyli rozwiązania z zakresu cyfrowej produkcji, zazwyczaj odnotowują znaczne korzyści wynikające z udoskonalonego planowania procesów i produkcji. Obejmują one szybsze wdrażanie dużych objętości produkcyjnych, ogólne skrócenie czasu wprowadzania produktu, zwiększoną wydajność, redukcję kosztów kapitałowych, lepsze wykorzystanie dostępnych środków, redukcję kosztów operacyjnych, udoskonaloną jakość produktu oraz ograniczenie ciągłego wspierania produktu.

 

     Cyfrowa produkcja: definicja

 

     Cyfrowa produkcja to inicjatywa mająca na celu zapewnienie rozwiązań  wspierających skuteczną współpracę w planowaniu procesu produkcyjnego pomiędzy działami projektowymi a produkcyjnymi. Cyfrowa produkcja obejmuje zintegrowane zestawy narzędzi posługujące się definicją produktu oraz obsługujące wizualizacje, symulacje i inne analizy niezbędne do optymalizacji projektowania produktu i procesów produkcyjnych oraz do zapewnienia realizacji wymogów różnych działów inżynieryjnych i produkcyjnych. Cyfrowa produkcja wspiera również analizowanie czynników ergonomicznych i czynników ludzkich oraz inne narzędzia służące do wykonywania analiz inżynieryjnych niezbędnych do optymalizacji procesów produkcyjnych. Ułatwiacałościowe spojrzenie na projekt produktów i procesów jako integralnych komponentów całego cyklu życia produktu i umożliwia uwzględnienie w projekcie produktu ograniczeń i możliwości procesu.

     Cyfrowa produkcja obejmuje również wsparcie programowe dla obszarów funkcyjnych takich, jak:

  • przekładanie danych projektowych na produkcyjne;
  • planowanie procesu;
  • planowanie działań produkcyjnych i przetwórczych;
  • definiowanie i ustalanie sekwencji montażowych;
  • szczegółowe projektowanie linii, komórki, stacji oraz zadania.
  • wykonywanie pomiarów jakości i ich raportowanie;
  • dokumentacja produkcyjna; instrukcje dla hali produkcyjnej i współpraca;
  • symulacja i analizowanie działań produkcyjnych, zakładów, zasobów oraz możliwości.

 

Cyfrowa produkcja jest zazwyczaj wdrażana w celu: zmniejszenia ryzyka, przygotowania wirtualnych „wycieczek” po zakładach, sporządzenia dowodu na słuszność koncepcji, szybszego wprowadzania maszyn, sprawdzania skuteczności
procesów przed ich realizacją w produkcji, redukowania potrzebnego miejsca oraz przeróbek sprzętu; identyfikowania wąskich gardeł procesu, potencjalnych kolizji oraz problemów w kwestiach pracowniczych, zanim one nastąpią; udoskonalenia wykorzystania zasobów, programowania maszyn i komórek przed przystąpieniem do produkcji, eliminowania prototypów oraz zredukowania liczby przeróbek i odpadów.

 

Stosując cyfrowe technologie produkcyjne, organizacje mogą znacznie zredukować liczbę zmian wprowadzanych do projektu. Wykorzystując symulacje, projektanci i inżynierowie widzą, jak będzie wyglądała produkcja i montaż przed przystąpieniem do rzeczywistej produkcji. Wspólnie mogą badać alternatywne projekty i oceniać ich wpływ na wydajność produkcji. Ponieważ koszt projektu drastycznie wzrasta z przemieszczaniem się produktu na dalsze etapy procesu produkcyjnego, zmiany wprowadzane wcześnie, na etapie wirtualnym, mogą w znacznym stopniu pomóc zredukować wydatki i czas do rozpoczęcia produkcji.

Zastosowanie narzędzi programowych oraz symulacji cyfrowych przyczynia się do oszczędności. Udoskonalona wizualizacja umożliwia projektantom narzędzi i inżynierom automatykom lepsze zrozumienie narzędzi niezbędnych do produkcji. Ponadto rozwiązanie zapewnia skuteczne przeszkolenie projektantów produktów i narzędzi w zakresie procesów i metodologii produkcyjnych.

Nieodłączną zaletą cyfrowej produkcji jest możliwość udowodnienia słuszności koncepcji oraz potwierdzenia skuteczności wybranych procesów. Poprzez cyfrowe modelowanie i planowanie procesów użytkownicy mogą definiować etapy cyfrowej produkcji, będące podstawą symulacji procesu. Dzięki zastosowaniu symulacji użytkownik może wizualnie i analitycznie zweryfikować, czy dane działanie produkcyjne będzie zachodzić zgodnie z planem. Jakiekolwiek niedoskonałości czy ograniczenia wydajności mogą być szybko wychwycone i skorygowane.

Doświadczenie zdobyte na symulacjach procesu można włączyć w zestaw „najlepszych praktyk”, które później zostaną wykorzystane w podobnych sytuacjach. Posługiwanie się zweryfikowanymi procesami zapewnia zastosowanie najwłaściwszej metodologii. Procedury opisujące najlepsze praktyki gwarantują konsekwencję i udoskonaloną jakość produktu, mogą też znacznie obniżyć koszty związane z planowaniem procesów, operacji i produkcji (patrz wykres: Zyski po stronie produkcji oraz operacji przy zastosowaniu najlepszych, optymalnych procedur).

Dostęp do danych może skrócić czas poszukiwania informacji nawet o 80%. Planiści zajmujący się produktami i procesami otrzymują informacje zwrotne znacznie wcześniej, co przyspiesza rozwiązanie problemu.

Cyfrowa produkcja zapewnia inżynierom zajmującym się sterowaniem i automatyką uczestnictwo w całym procesie definiowania produktu. Inżynierowie stają się partnerami projektantów, dostarczając cenną wiedzę niezbędną do doskonalenia produkcji części, zespołów oraz produktów. Ich wiedza i ekspertyza to krytyczne zasoby intelektualne, potrzebne firmom do doskonalenia produktów i sposobów ich wytwarzania.

IBM/Dassault Systčmes – www.3ds.com
Polyplan – www.polycapp.com
Tecnomatix – www.tecnomatix.com;www.premiumtechnology.pl
UGS – www.ugs.pl
Visiprise – www.visiprise.com

Ken Amman jest dyrektorem ds. badań w CIMdata Inc. (www.cimdata.com), niezależnej firmie konsultingowej zajmującej się zastosowaniem rozwiązań PLM.

 

Terminologia

 Lean manufacturing – strategie zaprojektowane w celu wyeliminowania strat w procesie produkcyjnym i zredukowania stanów magazynowych (definicja na bazie CI).

Concurrent engineering (CE) – systematyczne podejście do zintegrowanego procesu opracowywania produktu, z naciskiem na właściwe reagowanie na zapotrzebowania klienta. Uosabia zespołowe wartości współpracy, zaufania oraz dzielenia się w taki sposób, że decyzje podejmowane są wspólnie, obejmując równolegle wszystkie perspektywy, od początku cyklu życia produktu.

Agile manufacturing – zdolność szybkiego dostosowywania platformy produkcyjnej do zmieniających się zapotrzebowań; może obejmować szybkie przestawianie linii montażowej z jednego typu produktu na inny lub przezbrajanie linii do montażu podobnego produktu przy minimalnych zmianach narzędziowo-programowych; dotyczy również zdolności produkowania dużych i małych partii produktów, odpowiednio do potrzeb.