Moderne produksjonsteknikk 2 [2] 8256238429 [PDF]

Zitiervorschau

Lennart Hågeryd Stefan Bjorklund Matz Lenner

Moderne produksjonsteknikk Del 2

Bokmål

Oversatt av Grete og Øivind Husø

NBR-DEPOTBIBLIOTEKET POSTBOKS 278 - 8601 MO

^NKI Forlaget

Originaltittel: Modern Produktionsteknik Del 2 © 1995 Lennart Hågeryd, Stefan Bjdrklund, Matz Lenner och Liber Utbildning AB Norsk utgave: © NKI Forlaget, 1997

1. utgave 1. opplag 1997

Utgiver:

NKI Forlaget, Hans Burums vei 30 Postboks 111, 1341 Bekkestua Tlf.: Sentralbord: 67 58 88 00 Ordrekontor: 67 58 89 00 Telefaks: 67 58 19 02

Oversettelse: Grete og Øivind Husø Omslag: PrePress as Sats: PrePress as Trykk: GCS M AS Læreboka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter i november 1997, til bruk i teknisk fagskole etter fagplan for tekniske fag ved maskinlinjen. Det må ikke kopieres fra denne bok i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, Interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsan­ svar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

ISBN 82-562-3842-9

Forord

Denne læreboka er laget for kurs i produksjonsteknikk ved ingeniørhøyskolen og den tekniske fagskolen. Også i andre utdanninger rettet mot produksjonsteknikk kan boka brukes. Hele utdanningspakken «Moderne produksjonsteknikk» består av to deler, der den første delen behandler grunnleggende verkstedtekniske bearbeidingsmetoder og måle­ teknikk. Denne boka, del 2, er en fortsettelse, og den omfatter verkstedteknisk automa­ tisering. produksjonssystem, CNC-teknikk, industriroboter og datastøtte ved kon­ struksjon og tilvirkning. Boka kan med fordel leses separat dersom du fra før har kunnskaper som svarer til del 1. Hovedhensikten med lærebøkene er å øke forståelsen for de produksjonstekniske vilkårene. For å lette læringen er hvert avsnitt avsluttet med korte repetisjonsspørsmål. Samtlige bilder i bøkene er tegnet av profesjonelle tegnere. Det har bidratt til at illustrasjonene har høy teknisk kvalitet. Mange bilder er hentet fra industrien. Forfatterne svarer samlet for inneholdet. Fordi bøkene skal speile moderne produk­ sjonsteknikk, er vi oppmerksomme på at de må kompletteres og revideres med jevne mellomrom. Vi er derfor takknemlige for synspunkter fra leserne for å forbedre innhol­ det i bøkene.

Forlaget

Innhold 1 Produksjonssystemet ...................... 9 1.1 Innledning .................................. 9 1.1.1 Rasjonaliseringer og tidsstudier .......................... 10 1.1.2 Produksjonsplanlegging ... 12 1.1.3 Samarbeid.......................... 13 1.1.4 Rasjonell produksjon ....... 13 1.1.5 Produktiviteten................. 14 1.1.6 Kapasiteten....................... 16 1.1.7 Effektiviteten ................... 16 1.1.8 Maskinvalg....................... 17 1.1.9 Tidsstudier ....................... 18 1.1.9.1 Tidsbestemming ........ 18 1.1.10 Metoder for beordring ... 19 1.1.11 Kanban............................ 19 1.2 Produksjon i små serier og store serier.................................... 20 1.2.1 Innledning ........................ 20 1.2.2 Produksjonstyper ............. 20 1.2.3 Til virkningsprinsipper .... 21 1.2.4 Småserieproduksjon......... 21 1.2.5 Storserieproduksjon ......... 22 1.3 Ulike former for organisering av produksjonen ...................... 22 1.3.1 Funksjonelt verksted.......... 22 1.3.1.1 Håndteringsproblem .. 23 1.3.1.2 Styringsproblem ....... 24 1.3.2 Produksjonssimulering .... 24 1.3.2.1 Motiver...................... 26 1.3.2.2 Bruksområder........... 26 1.3.2.3 Forventninger........... 26 1.3.3 Transferlinjer ................... 27 1.3.3.1 Stiv linje.................... 27 1.3.3.2 Omstillbar linje......... 29 1.3.4 Blandet tilvirkning........... 30 1.3.4.1 Produktverksteder .... 30 1.3.4.2 Flytgrupper............... 30 1.3.4.3 Analyse av en flytgruppe............ 32 1.3.4.4 Eksempel på flytgruppe 35 1.3.5 Universalgrupper ............. 36 1.3.6 Divisjonalisering ............. 37 1.3.7 Kundeordrestyrt produkt­ framstilling ............ 37 1.3.8 Bestemming av produk­ sjonstid .................... 38 1.3.8.1 Produksjonssystem uten lager ...... 38 1.3.8.2 Produksjonstallet....... 39

E3.8.3 Analyse av auto­ matiserte linjer............ 40 1.3.8.4 Linjer uten lager ....... 40 1.4 Verktøysystemet som en del av produksjonssystemet............ 41 1.4.1 Innledning.......................... 41 1.4.2 Organisering av verktøyflyten ...................... 43 1.4.3 Analyse av verktøybehovet . 44 1.5 System før oppspenningsverktøy 46 1.6 Omstilling ................................... 47 1.6.1 Metoder for omstilling .... 47 1.6.1.1 Indre omstilling.......... 48 1.6.1.2 Ytre omstilling ......... 48 1.6.2 Analyse av omstillingen ... 48 1.7 Fleksibilitetsbegrepet............... 52 1.8 Tekniske problemområder ....... 54 1.9 Nyere metoder .......................... 55 1.9.1 Verdensklassetilvirkning . . . 55 1.9.2 Resursbesparende tilvirkning 56 1.9.2.1 Lederskap for kvalitet. TQM - total quality management .............. 56 1.9.2.2 TBM - time-based management . 57 1.9.2.3 Antroposentrisk system-APS. 57 Repetisjonsspørsmål.................... 58

2 Verkstedteknisk automatisering ... 59 2.1 Generelle synspunkter på utforming av maskinsystemer .............. 59 2.1.1 Innledning.......................... 59 2.1.2 Definisjoner........................ 61 2.2 Koordinering med overordnet datamaskin .......................... 62 2.2.1 Styringsproblemet.............. 62 2.2.2 Dataflyten .......................... 64 2.2.3 FMS-konseptet ................. 65 2.2.4 Tegnkoder......................... 66 2.2.5 Synkron og asynkron overføring ................. 66 2.3 Datakommunikasjon................. 66 2.3.1 Seriell overføring .............. 66 2.3.2 TCP/IP - transmission control protocol/internet protocol..................... 68 2.3.3 OSI - open system interconnection................. 68

5

2.3.4 MAP- manufacturing auto­ mation protocol......... 69 2.3.5 IGES - initial graphics exchange specification .... 71 2.3.6 STEP - standard for exchange of product model data........ 71 2.3.7 Forskjellige typer nettverk . 73 2.3.7.1 Bussnettet.................. 74 2.3.7.2 Ringnettet.................. 74 2.3.7.3 Stjernenettet .............. 74 2.4 Automatisering.......................... 74 2.4.1 Krav til automatisering .... 75 2.4.1.1 PBB-krav .................. 75 2.4.1.2 FMS-krav .................. 76 2.4.1.3 MT-krav .................... 77 2.4.1.4 Systemkrav............... 77 2.5 Løsningsmetoder ...................... 77 2.5.1 Spørsmålsstillinger............ 77 2.5.2 Planlegging........................ 78 2.5.3 Tilpasning av konstruksjon og tilvirkning ........... 78 2.6 Håndtering................................ 79 2.6.1 Håndteringsmomenter som kan automatiseres..... 79 2.6.2 Materialhåndtering........... 80 2.6.3 Delens utseende ................ 82 2.7 Utforming av maskinsystemet . . 83 2.7.1 Valg av metode.................. 84 2.7.2 Valg av systemtype........... 84 2.8 Forskjellige maskinkonsepter... 85 2.8.1 Metodeintegrasjon ............ 87 2.8.1.1 Dreiebenker................ 88 2.8.1.2 Fleroperasjonsmaskiner 89 2.8.1.3 Modulmaskiner......... 90 2.8.2 Overvåking........................ 91 2.8.2.1 Dreiebenker................ 91 2.8.2.2 Fleroperasjons­ maskiner ....... 91 2.8.3 Håndteringsutstyr ved ulike maskintyper............ 92 2.8.3.1 Dreiebenker................ 92 2.8.3.2 Fleroperasjonsmaskiner 93 2.9 Erfaringer fra et PBB-system ... 93 2.9.1 Bakgrunn .......................... 93 2.9.2 Resultat.............................. 95 2.9.3 Beskrivelse av overvåkings­ systemet NIMS ...... 95 2.9.3.1 Overvåking av verktøylevetiden....... 95 2.9.3.2 BTD - broken tool detector......... 95 2.9.3.3 Maksimal effekt ....... 96 2.9.3.4 Modellkurve ............. 97 2.9.3.5 Adaptiv styring......... 97 2.9.4 Erfaringer fra gjennomført installasjon.............. 98 2.9.5 Fortsatte investeringer .... 99

6

2.10 Prøving av enkle eller sammenbygde maskiner ........... 100 2.11 Maskinsikkerhet.................... 103 2.11.1 Sertifiseringsprosedyre . . 104 2.11.2 Farlige maskiner........... 104 2.12 Verkstedtilbakerapportering . . 106 2.12.1 Hvem trenger informasjon om produksjonen?.......... 106 2.12.2 Hva må vi vite om produk­ sjonen? ............... 110 2.12.3 Informasjon om resurser . 110 2.12.4 Informasjon om tider .... 111 2.12.5 Informasjon som kvantiteter og kvaliteter ....... 112 2.12.6 Dagens tilbakerapporteringssystem - prinsipper........ 112 2.12.7 Tilbakerapporteringssystem med rapportkort.. 113 Repetisjonsspørsmål.................. 114

3 Numerisk styrte maskiner............ 115 3.1 Innledning .............................. 115 3.2 Forskjellige måter å sette i verk automatisering på............. 115 3.2.1 Mekanisk styrte maskiner . 115 3.2.2 Elektronikkstyrte automater 116 3.2.2.1 Elektromekaniske komponenter . 116 3.2.2.2 Programmerbare logiske styringer ..... 117 3.2.3 NC-maskiner................... 119 3.2.4 Drivsystem for numerisk styrte maskiner ....... 121 3.2.4.1 Geidesystemet......... 121 3.2.4.2 Utførende enheter ... 121 3.2.4.3 Drivelement............. 122 3.3 Måleverktøy for numerisk styring ............................. 123 3.4 CNC-teknikk ......................... 129 3.4.1 Det analoge måleprinsippet 130 3.4.2 Det digitale måleprinsippet 131 3.4.3 Prinsippene for numerisk styring..................... 131 3.4.3.1 Åpent regulerings­ system............ 131 3.4.3.2 Lukket regulerings­ system ......... 132 3.4.4 Muligheter med fjerdegenerasjons styresystemer.......... 136 3.4.5 Informasjonsoverføring ... 137 3.4.6 Minnekapasitet ............... 137 3.4.7 Datahåndtering ............... 138 3.4.8 Analyse av systemets dynamiske karakter. 139 3.4.8.1 Interpoleringsmetoder 139 3.4.9 Aktive digitale servosystemer ................. 143

3.5 Fordeler og ulemper med numerisk styring ............. 145 3.6 Programmering av CNC-styrte verktøymaskiner ............. 147 3.6.1 Koordinatsystemer.......... 147 3.6.2 Styringsmetoder............. 149 3.6.3 Interpolatorer .................. 150 3.6.4 Programmeringsmetodikk for CNC-styrte verktøymaskiner 151 3.6.4.1 Orientering av arbeidsstykket.. 151 3.6.4.2 Koding av tegningen . 152 3.6.4.3 Metodebeskrivelse . . 152 3.6.4.4 Bestemmelse av koordinater . 152 3.6.4.5 Programskriving .... 152 3.6.4.6 Programtesting ....... 153 3.6.5 Informasjonsoverføring til CNC-styrte verktøy­ maskiner............ 153 3.6.5.1 ISO-kode.................. 154 3.6.5.2 Programoppbygging . 155 3.6.5.3 Dataformatet........... 155 3.6.5.4 Adresseringsmetoder . 155 3.6.5.5 G-koder ifølge standard NS-ISO 6983/1: .... 156 3.6.5.6 M-koder ifølge standard NS-ISO 6983/1 . 157 3.6.5.7 Programmering ved hjelp av faste sykluser .... 157 3.6.5.8 Programmeringseksempel av dreiedel... 159 3.6.6 Programmeringsverktøy ved dialogprogrammering .... 161 Repetisjonsspørsmål.................. 166

4 Industriroboter............................ 4.1 Generelt.................................. 4.2 Bruksområder.......................... 4.2.1 Bruksområder.................. 4.2.2 Håndteringskapasitet .... 4.3 Prinsipiell oppbygning........... 4.3.1 Drivsystemet.................... 4.3.2 Servosystemet................. 4.4 Hovedoppbygningen ............. 4.4.1 Koordinatsystemet.......... 4.4.2 Frihetsgrader ................. 4.4.3 Arbeidsområdet ............. 4.4.4 Nøyaktighet ................... 4.4.5 Styresystemet.................. 4.4.6 Singulærpunkter............. 4.4.7 Rammefunksjoner........... 4.4.8 S4.................................... 4.5 Robotprogrammering............. 4.5.1 «Teach-in» ...................... 4.5.2 Lede og lære.................... 4.5.3 Frakoplet programmering .

167 167 168 169 170 170 170 171 171 171 173 173 174 174 174 175 175 176 176 177 177

4.5.4 Simulering ............ 4.5.5 Kalibrering ............ 4.5.6 Utvikling -framtid........... 4.5.7 Tilbehør ogutstyret rundt . 4.6 Visjonsteknikk(bildebehandling) 4.7 Service .................................... 4.8 Sikkerhet ................................ 4.9 Referanseanlegg...................... 4.10 Prosjektråd ............................ 4.10.1 Prosjekt som arbeidsform 4.10.2 Forskjellige faser i prosjektet............. Repetisjonsspørsmål..................

178 179 179 179 180 181 181 181 182 182

182 184

5 Datastøtte ved konstruksjon og tilvirkning ................................ 185 5.1 Historikk................................... 185 5.1.1 Tradisjonell teknisk databruk 185 5.1.2 Samordning av teknisk databruk................... 187 5.1.3 Datastøtte for konstruksjon og tilrettelegging.... 189 5.1.5 Situasjonen i dag............. 189 5.1.5.1 Utstyr......................... 189 5.1.5.2 Programvare ........... 190 5.1.5.3 Standarder................ 191 5.2 Oppbygningen av DAK/DAPsystemet............................ 191 5.3 Geometrimodeller.................... 192 5.3.1 Trådmodeller.................... 195 5.3.2 Flatemodeller .................. 195 5.3.3 Volummodeller................ 199 5.3.4 Parametrisk og variometrisk konstruksjon ........... 199 5.4 Tilretteleggingsmetodikk ....... 201 5.4.1 Generelt .......................... 201 5.4.2 Operasjonstilrettelegging . 202 5.4.2.1 Valg av oppspenningar 202 5.4.2.2 Valg av skjærparametere 203 5.5 Automatisering av tilretteleggingsarbeidet ............................ 204 5.5.1 Motiver for å velge automatisk tilrettelegging ......... 204 5.5.2 Beskrivelse av ulike automatiseringsnivåer .. 206 5.5.3 Aktiviteter som kan auto­ matiseres ................. 206 5.5.3.1 Nivåene 1-2 ............ 206 5.5.3.2 Nivå 3 ...................... 206 5.5.5.3 Nivå 4 ...................... 208 5.5.5.4 Nivå 5 ...................... 209 5.5.5.5 Nivå 6 ...................... 209 5.6 Datastøttet tilrettelegging....... 210 5.6.1 Innledning........................ 210 5.6.2 Eksempler på geometritilretteleggingssystem...... 210 5.6.2.1 APT........................... 210

7

5.6.2.2 MimAPT................. 213 5.7 Datastøttet teknologitilrettelegging............................. 213 5.7.1 Innledning ...................... 213 5.7.2 Teknologitilretteleggingssystemer ................. 214 5.7.2.1 PRAUT0-B2............ 214 5.7.2.2 EXAPT.................... 215 5.7.3 Tilretteleggingssystem ifølge variantmetodikk og generativ metodikk. 216 5.8 Postprosessorens oppgaver i tilretteleggingssystemet .......... 217 5.8.1 Oppbygning av CL-data .. 218 5.8.1.1 Innlesing av CLdatafilen ..... 218 5.8.2 Postprosessor ................. 220 5.8.3 Postprosessorens oppbygging 220 5.8.3.1 Forskjellige typer postprosessorer........ 221 5.8.3.2 Den generelle postprosessoren. 221 5.9 Bearbeiding av friformsflate - en stadig viktigere tillempning . . . 222 5.9.1 Fireakset og femakset verktøymaskin ....... 225 5.9.2 Grunnleggende bearbeidingsmetoder ved fireaksede og femaksede verktøymaskiner 225 5.9.2.1 Verktøyet i overflatens normalretning . 225 5.9.2.2 Framoverhelning og bakoverhelning........ 225 5.9.2.3 Valsefresing ............ 226 5.9.3 Innskjæringskontroll....... 226 5.9.4 Overflaten på delen bestemmer valget av styresystem og verktøymaskin ...... 227 5.9.4.1 En maskin - én oppspenning . 229 5.9.4.2 Hvilke maskiner kan vi bruke?......... 230

5.9.4.3 Sleidestyringer......... 231 5.9.4.4 Oppbygning............. 231 5.9.4.5 Spindel . ................. 231 5.9.4.6 Automatisk verktøybytte............. 231 5.9.4.7 Styresystemteknologi 232 5.9.4.8 Bearbeiding av flater med høy hastighet............ 233 5.9.4.9 Femakset bearbeiding 234 5.10 DAK/DAP ............................ 236 5.10.1 Bruk av datastøttet tilrettelegging ..... 237 5.11 Datastøttet oppmåling............ 238 5.11.1 Målemetoder.................. 238 5.11.1.1 Konturmåling og bearbeiding . 239 5.11.1.2 Automatisk skanning 240 5.11.1.3 Kontinuerlig avkjenning og kontaktbrytende av­ kjenning - to metoder som vi bruker i dag . 240 5.11.2 Koordinatmåling sett i et systemperspektiv. 241 5.11.2.1 Kommunikasjon med DAK-system .......... 242 5.11.2.2 Oppmåling for om­ arbeiding . 242 5.12 Direktetilvirkning av modell 243 5.13 Beskrivelse av et moderne DAK/ DAP-system........................... 244 5.13.1 Innledning...................... 244 5.13.2 Tilrettelegging i CADDS5 246 5.13.3 Simulering av verktøybevegelser........... 246 5.13.4 Toakset bearbeiding .... 249 5.15.5 Treakset bearbeiding .... 252 5.13.6 Femakset bearbeiding ... 253 Repetisjonsspørsmål.................. 257

Stikkordregister

259

1 Produksjonssystemet

1.1

Innledning

Vi kan se på det vanlige produksjonssystemet som et system der materialer, arbeid og kapital blir matet inn og varer eller tjenester kommer ut. Se figur 1.1. I denne boka behandler vi bare produksjonssystemer i mekanisk tilvirkningsindustri.

Varer/tjenester

Figur 1.1 Generelt produksjonssystem

Produksjonsflyten i en bedrift er flyten fra råvare til ferdig produkt.

Råvarer fra leverandøren

Produkter til kunden

Figur 1.2 Produksjonsflyten

Produksjonsflyten i et produksjonssystem omfatter alle aktivitetene som kreves for å gjøre et emne (råmateriale) om til et ferdig produkt. I tilvirkningen inngår omforming, for eksempel skjærende bearbeiding, plastisk forming, varme- og overflatebehandling og montering, for eksempel sammenføyning som sveising og liming.

9

I et produksjonssystem er det fire hovedfaktorer:

• • • •

produkt maskiner og utstyr personale - medarbeidere lokaler

Disse fire faktorene virker inn på hverandre. Vi kan ikke forandre på én faktor uten at det virker inn på de andre. Et produkt stiller krav om en spesiell type maskinelt utstyr, personalet har bestemte kvalifikasjoner, og lokalene har en bestemt utforming og størrelse. Alt dette er flettet sammen i et integrert system - produksjonssystemet.

Figur 1.3 Hovedfaktorene i produksjonssystemet

Det finnes alltid en måte å organisere produksjonssystemet på slik at vi får den mest optimale løsningen. Noen av grunnsteinene i et moderne produksjonssystem er orga­ nisasjonen, planleggingen og gjennomføringen.

1.1.1

Rasjonaliseringer og tidsstudier

Mange av de metodene vi bruker i produksjonsteknikken for å dele opp arbeidsmomentet, for tidsstudier og for å bestemme skjæredata, ble utviklet på slutten av 1800tallet og i begynnelsen av 1900-tallet i USA av Frederick Winslow Taylor. Han innså tidlig at produksjonen kunne effektiviseres med systematiske analyser av arbeidsme­ todene. Han slo fast dette prinsippet: «Den største produksjonen får vi når hver arbeider til­ deles en bestemt arbeidsoppgave som skal utføres på en bestemt tid og på en bestemt måte.» «Scientific Management»-bevegelsen startet rundt 1910 og hadde som målsetting å spre kunnskap om rasjonaliseringer. Den vitenskapelige arbeidsledelsen hadde som

10

mål å gi arbeidsgiverne og arbeiderne høyere velstand gjennom økt lønn og reduserte produksjonskostnader. Tradisjonelt forbinder vi produksjonsteknikken med å ta fram det som trengs av tilvirkningsunderlag fra produktkonstruktørens tegninger og spesifikasjoner. Produk­ sjonsteknikken omfatter altså utarbeiding av tilvirkningsmetodene ved nyproduksjon (produksjonstilrettelegging), men også rasjonaliseringer av eksisterende produksjon (arbeidsstudier). Produksjonsforberedelse vil si • produktgransking fra et tilvirkningssynpunkt • beslutning om produsenter • valg av arbeidsmetoder og maskiner • valg av spesialverktøy • beregning av nødvendig arbeidstid Vi bruker arbeidsstudier for gjennom analyser å utvikle bedre arbeidsmetoder og for å bestemme tidsforbruket.

I metodestudier inngår • produksjonsanalyser, som betyr inndeling av produksjonsforløpet i operasjoner. Når produksjonsforløpet er bestemt, lager en operasjonskort for arbeidsmomentene • virksomhetsanalyser, som er en beskrivelse av et enkelt virksomhetsforløp, for eksempel beskrivelse av hvordan en arbeider beveger hendene i forbindelse med monteringsoperasjoner • minimering av omstillingstiden Arbeidsmåling vil si • måling med stoppeklokke - tidsstudier. Vi bruker to metoder - kontinuitetsmetoden og nullstillingsmetoden. I det første tilfellet går klokken hele tiden mens vi gjør observasjoner. I det andre tilfellet nullstilles klokken etter hver observasjon • tidsformler, som er innsamling, systematisering og sammenstilling av tidsdata fra studier til tabeller eller nomogram over enkelte arbeidsmomenter • elementærtidssystem, MTM - metode-tid-måling, som er en teknikk der vi kan gjøre en sammenstilling av tidsforbruket for en aktivitet ut fra enkle bevegelser som tidsbestemmes i tidsenheten TMU (time measurement unit). Tidsenheten 1 TMU svarer til 0,00001 time. Arbeidsgangen er slik at vi først bryter arbeidsmoment ned til MTMs grunnbevegelser. I tabeller finner vi disse bevegelsene angitt som hvor mange TMU som går med til bevegelsen. Alle TMU-tidene for grunnbevegelsene som vi bruker, adderes. Vi har da fått fram en tid på arbeidsmomentet • frekvensstudier: SIM - slumpintervallmetoden, som vil si at observasjonsplassene velges tilfeldig. KIM - konstantintervallmetoden, vil si at observasjonstilfellene blir valgt med konstant tidsintervall • GTT - gruppe-tid-teknikk-studier, som er en form av arbeidstidsmåling der vi kan gjøre en delstudie av flere personer eller maskiner samtidig innenfor et begrenset område

Ved rasjonalisering av produksjonssystemer er det lurt å gå skrittvis fram. Grunnentil at vi bør arbeide slik gjennom et større prosjekt, er at produksjonssystemene ofte er svært kompliserte og dermed vanskelige å planlegge og definere på forhånd.

11

Vi arbeider oss fram som i en spiral med tre trinn: • definere problemet • samle inn fakta • komme med løsningsforslag

Neste omdreining i spiralen kan innebære at vi definerer målet og problemområdet bedre. Rasjonalisering er, i likhet med mange andre faktorer i produksjonsteknikken, en prosess som vi sjelden blir ferdig med. Den fortsetter hele tiden i jakten på å for­ bedre resultatet.

Figur 1.4 Rasjonaliseringsspiralen

1.1.2

Produksjonsplanlegging

Grunnprinsippet for den modene produksjonsplanleggingen stammer fra Taylor. Det var en planlegging som lignet den som ble brukt ved Gantts ammunisjonstilvirkning i begynnelsen av 1920-årene. Taylors ideer har hatt mye å si for den videre utviklingen.

Denne definisjonen har vi hentet fra «Produksjonsplanleggingen ved mekaniske verk­ steder», Sveriges Mekanforbund, 1951: Produksjonsplanlegging er en sammenfatning av de midler og tiltak som muliggjør en tilvirkning etter en plan som er lagt på forhånd. Med det mener vi at produktene skal levereres i fastsatte kvantiteter, med fastsatte kvaliteter og ved fastsatte tidpunkter med minst mulig innsats.

Mekanforbundet gir i sin kursbok «Kurs i produksjonsplanlegging» fra 1964 denne definisjonen av produksjonsplanleggingen: Produksjonsplanleggingen er den delen av totalplanleggingen som samordner virk­ somheter og midler som muliggjør at produksjonen drives etter bedriftsledelsens direktiv i form av fastsatte prognoser, planer osv. slik at produksjonsresursene utnyttes sa effektivt som mulig, og slik at planene fullføres med minst mulig innsats. Produksjonsplanleggingsarbeidet har til hensikt å styre tilvirkningen etter bedrifts­

12

ledelsens direktiv ifølge fastsatte planer og informere dersom det blir avvik fra disse slik at egnede tiltak skal kunne settes i verk. Produksjonsplanleggingsarbeidet har også til hensikt å planlegge tilvirkningen slik at tilvirkningsøkonomien blir best mulig, og slik at det blir best mulig kundeservice. Produksjonsplanleggingen skal forsyne bedriftsledelsen og salgsavdelingen med oppgaver om tilgjengelig tilvirkningskapasitet. Produksjonsplanleggingsarbeidet tjener også til i god tid å varsle ved for stor eller for lav ordretilgang slik at arbeidskraft kan bygges opp eller fristilles slik at produk­ sjonsapparatet dermed skal utnyttes riktig.

Omfanget av arbeidsoppgavene i produksjonsplanleggingen har økt mellom de to definisjonene. I dag har vi slått sammen produksjonsplanleggingen og materialstyringen til MPS, material- og produksjonsstyring. Vi satser mer på å styre og regulere forholdene i pro­ duksjonssystemene enn å planlegge. Med materialstyring mener vi styring av materialflyten, det vil si håndtering av leveransetidene fra ordre til kunde.

1.1.3

Samarbeid

Dagens produksjonsteknikk i produksjonssystemet forutsetter et nært samarbeid med andre avdelinger i bedriften. Bedriften må utvikle nye produkter og forbedre produk­ tiviteten og effektiviteten. De pådrivende faktorene er for eksempel • markedskrav • lønnsomhetskrav • lønnskostnader

Før ble et produkt utviklet fra idé til et lagerført produkt i trinn som ble utført i en tids­ rekkefølge. Utviklingen tok mye tid, og kostnadene ble svært høye. I dag forsøker alle å utvikle et produkt på kort tid og til lav kostnad. Utviklingen og produksjonsforberedelsene skjer parallelt for å spare tid og resurser. Produksjonen skal bruke et minimum av resurser. I dag skal produksjonen gi pro­ dukter med null feil. Mange hjelpemidler kan brukes for å nå det målet. Men det viktigste er at vi gjør det riktige til riktig tid og til riktig kostnad. En felles database der vi kan samle erfaringene fra konstruksjonen, produksjonen og markedet, letter fram­ stillingen av produktene. Produktiviteten må være høy, og det får vi gjennom bedre verktøy og maskiner, økt automatisering og kyndige medarbeidere. Norsk verkstedindustri kjennetegnes av at seriestørrelsene varierer mellom enstykks-, fåtalls- og massetilvirkning. Dette avsnittet behandler produksjonssystemer for tilvirkning i små serier (enstykks- og fåtall stil virkning) og i store serier (massetil­ virkning) for den mekaniske verkstedindustrien. Automatiseringen i verksted­ industrien bidrar til å etterligne prosessindustrien ved storserieproduksjon, men med lavere produktivitet.

1.1.4

Rasjonell produksjon

Rasjonell produksjon i et produksjonssystem kan innebære mye, men i dag er en avgjørende faktor for å overleve at bedriften har konkurransedyktige produkter og

13

optimal produksjon. Varer i arbeid (VIA) og produkter i arbeid (PIA) er to begreper som vi bør analysere. Figur 1.5 viser fordelingen av verdiene i en verkstedbedrift.

Diverse 10 %

Kundefordringer 20 %

Maskiner og anlegg 30%

Varelager 40%

Figur 1.5 Verdiene i en verkstedbedrift

Det faktum at varelageret er av samme størrelsesorden som maskiner og anlegg, viser betydningen av at «investeringer» i varelager har like stor økonomisk betydning som maskiner og anlegg. Det er aktuelt å stille en rekke spørsmål: • Hvordan kan vi utnytte kapitalen bedre? • Skal vi i første rekke rette oppmerksomheten mot omsetningsområdet eller anleggs­ området? • Hvordan påvirker de hverandre ved endringer?

En måte å analysere kapitalbindingen på er å gjøre en såkalt TCM-analyse (technical cost management). Teknikken, som ble utviklet i England, går ut på å fokusere på de rasjonaliseringstiltakene som fører til størst gevinst for en bedrift ved hjelp av prioriteringsvurderinger.

1.1.5

Produktiviteten

Produktiviteten kan defineres som et mål på effektiviteten til en bedrift: ... . produksjonsresultatet produktiviteten = --------- ---------------resursmnsatsen

Vi kan også definere produktiviteten som virkningsgraden til en virksomhet:

, . . . det som kommer ut fra virksomheten produktiviteten = ----------—--------- :--------------------det som blir matet inn i virksomheten

14

Av denne definisjonen ser vi at produktiviteten er et begrep som nøye må defineres for at ikke forståelsen skal bli misvisende. Produktiviteten er et mangesidet begrep. Disse definisjonene er fastsatt i en deklarasjon fra European Productivity Agency, Romkonferansen 1958.

Produktiviteten er først og fremst en personlig innstilling. Den er innstillingen til framskritt der vi stadig ønsker å forbedre det eksisterende. Det er en overbevis­ ning om at vi kan prestere bedre i dag enn i går, og at vi i morgen vil prestere enda bedre enn i dag. Det er viljen til å forbedre den nåværende situasjonen uavhengig av hvor god den er. Det er den kontinuerlige tilpasningen av menneskelige og øko­ nomiske resurser til de endrede forholdene. Det er den stadige tilpasningen av nye teorier og metoder. Det er troen på menneskenes muligheter til å forbedre vilkå­ rene sine. Total produktivitet P{, definerer vi slik:

(1:1)

der Pt = den totale produktiviteten Vs = verdien av solgte produkter = kostnaden for innkjøpte varer og tjenester lcl - innsats av arbeidskraft /k = innsats av kapital Fv = foredlingsverdi Fr - totale resursinnsatser Arbeidsproduktiviteten Pa, definerer vi slik:

P = b "

I

(1:2)

a

der Pa = arbeidsproduktiviteten Fv = foredlingsverdi Fcl = innsats av arbeidskraft Kapitalproduktiviteten Pk, definerer vi slik:

PÅ = b

(1:3)

der Pk = kapitalproduktiviteten Fv = foredlingsverdi /k = innsats av kapital

15

Produktivitetsdelegasjonen viser disse verdiene på produktiviteten før: 1960-73

1973-79

1979-88

Sverige

OECD

Sverige

OECD

Sverige

OECD

p
< (O2 + nm-s2) ■ p2 + A

(1:6)

der (9| -,= omstillingstiden ved maskin 1,2 5, ; = stykktiden i maskin 1,2 Pj 2 = den påvirkbare kostnaden ved maskin 1,2 A] 2= tilleggskostnaden ved maskin 1,2 nm - antall deler ved maskinene Relasjonen > < vil si at vi velger det alternativet som gir den laveste kostnaden.

17

1.1.9

Tidsstudier

Et viktig spørsmål er hvor stor del av den tilgjengelige tiden som utnyttes til produksjon. Dersom vi går ut fra antall timer i et år og så trekker fra alle timer vi ikke bruker til produksjon, kommer vi fram til resultatet vi ser på figur 1.7.

Helger og ferier 34 %

Tredje skift 22 %

Andre skift 22 %

Fordelingstid 2 %

Tekniske tap 14 %

Effektiv utnyttbar tid 6 %

Figur 1.7 Utnyttbar tid for en enskifts maskin

Av figuren ser vi at vi utnytter maskinen i bare 6 % av et helt år. Derfor er det viktig at vi finner metoder for å øke utnyttingen, det vil si effektiviteten og tilgjengeligheten.

1.1.9.1 Tidsbestemming For å kunne analysere en tilvirkning når det gjelder tiden og kostnaden, må vi ha opplysninger om hver oppdragstid i den aktuelle maskinen. Oppdragstiden er summen av omstillingstiden (stilltiden) og stykktiden (operasjonstiden). Se også 1.3.7. U =

der U N n (f Vj

18

(1:7)

= = = = =

oppdragstiden antall deler antall maskiner omstillingstiden for maskin i stykktiden for maskin i

1.1.10 Metoder for beordring Tidsutnyttingen og kapitalutnyttingen blir viktigere når produksjonen går over fra storserie- til småserieproduksjon. Etterspørselen etter produkter blir styrt av kundeetterspørselen, og få produkter lagres. Varen produseres direkte mot kundeordrer for å redusere lagerkostnadene. Vi prøver å oppfylle målet JIT (just-in-time)-produksjon, det vil si at vi produserer et minimum av produkter som vil bli brukt umiddelbart. JIT er de viktigste metoden ved produksjonsstyringen for å redusere lagerkostnaden og varer i arbeid. For at systemet skal fungere, forutsetter vi at de produktene som vi lager, har riktig kvalitet. Kvalitetssikringen og kvalitetsstyringen blir viktig. En god måte å møte kravet om kvalitetsstyring på er å innføre en form for EN 90000 eller ISO 9000. De er de standar­ dene som styrer opprettelsen av et kvalitetssikringssystem. For hver operasjon får en normalt ordreflyt i verkstedet fra planleggingen - en operasjon er en ordre. Fordi et produkt skal gjennomgå et antall operasjoner i en sekvens, må hver ordre passere et planleggingskontor. Da oppstår det et tidstap som til slutt kan føre til at ordren ikke blir klar til fastsatt tid. Det har oppstått en forsinkelse, og gjennomløpstiden er forlenget.

Produksjonsflyt

Figur 1.8 Ordreflyt og produksjonsflyt

1.1.11 Kanban En metode for effektivt å styre ordreflyten i verkstedet er å bruke såkalte kanbankort. Kanban ble utviklet i Japan. Metoden går ut på at den som skal gjøre den siste opera­ sjonen, får ordren. Medarbeider A sender et kort til B og B sender et kort til C osv. Ordet kanban betyr kort. Det blir medarbeiderne som får kortene, og de får dermed et godt overblikk over antall operasjoner og når disse skal være ferdige. Ordre

Produksjonsflyt

Figur 1.9 Ordreflyt og produktflyt med kanban

I kanban går det greit å la medarbeiderne kontrollere hverandre. Den etterfølgende medarbeideren kontrollerer den foregående. På den måten kan vi opprettholde

19

kontrollen uten administrasjon. Vi bør huske på at kontrollen med kontrollører oppda­ ger bare om en feil har oppstått. Det er i prosessen feilen oppstår, og det er der vi skal sette i verk tiltakene og helst unngå at de oppstår igjen. Utfører vi dokumentasjonen tilfredsstillende, kan dette være en del i et kvalitetsoppfølgingssystem.

1.2

Produksjon i små serier og store serier

1.2.1

Innledning

I begynnelsen av industrialismen strevde en med å få til masseproduksjon av nyttegjenstander. Det var knapphet på nesten alle resurser. Det var bare menneskelig arbeidskraft som var billig. Maskinene var vanskelige å stille om. Drivkraften var damp, vind, vannkraft eller trekkdyr. Alle produktene som ble laget, ble gjort som en unik del. Mulighetene til å bytte mellom ulike produkter var begrenset. På 1900-tallet, da «T-Forden» så dagens lys, ble det innført strengere krav til produktenes mål. Når delene ble laget med snevre toleranser, kunne de lages i større serier og legges på lager. Den avgjørende årsaken til at delene ble masseprodusert, var maskinutnytting og lave lagerkostnader. Maskinene var vanskelige å stille om. En resonnerte slik: «Det er like bra å lage mange deler nå når maskinen gjør riktig.» Det fantes også et stor marked som kjøpte disse varene. Det som blir avgjørende framover, er hvor godt bedriften organiserer alle resursene sine, og hvordan vi kan ta hensyn til menneskene. Når vi viser hvordan en bedrift har organisert produksjonen sin, bruker vi uttrykk som blandet tilvirkning, serietilvirkning og løpende bånd. Disse uttrykkene er ube­ stemte og ofte vage. Ved analyser og sammenligninger mellom ulike bedrifter krever vi mer adekvate uttrykk.

1.2.2

Produksjonstyper

Dersom vi innfører begrepene engangsproduksjon, intermitterende produksjon og kontinuerlig produksjon, kan analysene bli sikrere. Med produktslag mener vi produk­ ter som er like når det gjelder utseende, kvalitet og dimensjoner.

Engangsproduksjon Ulike produktslag avløser hverandre uten å komme tilbake. I sin rendyrkede form er denne produksjonstypen sjelden. Intermitterende produksjon Samme produktslag kommer tilbake med lengre eller kortere mellomrom i tilvirknin­ gen. Vi kan lage et større eller mindre parti ulike produktslag. I denne gruppen ligger det meste av tilvirkningsindustrien.

Kontinuerlig produksjon Samme produktslag lages hele tiden.

Vi kan dele enhetene inn i enkle eller sammensatte produkter. Et sammensatt produkt består av minst to sammensatte deler.

20

Inndelingen nedenfor er forenklet, men likevel ganske praktisk:

• Individuelle enheter - enkle produkter • Sammensatte produkter - få inngående deler - mange inngående deler

1.2.3

Tilvirkn ingsprinsipp er

Den enkleste formen for tilvirkning er den som skjer i en operasjon på et sted. Se figur 1.2. Tilvirkning der maskiner og arbeidsplasser er satt opp i en linje, krever at produktslaget og de inngående delene er like eller nesten like. Dersom tilvirkningsteknikken er forskjellig for produktslagene og delene, må vi velge en annen oppstillingsform. Da har vi tre oppstillinger å velge mellom:

1 Til v i rkn i n gs l inje r - Det er én tilvirkningslinje per delslag. - De ulike produktene lages i en linje. - Bare mindre avvik i tilvirkningsgangen kan tolereres. 2 Tilvirkningsgrupper - En tilvirkningsgruppe består av et antall maskiner og arbeidsplasser. Der lager vi en bestemt type deler som tilvirkningsmessig er like. - Bare den første tilvirkningsoperasjonen i gruppen må beordres. Disse operasjo­ nene skjer uten separat beordring. - Enhetene i et tilvirkningsparti går videre til neste operasjon uten å vente på disse enhetene.

3 Funksjonell oppstilling - Samme tilvirkningsfunksjoner er samlet i grupper. Vi får en oppdeling i ulike tilvirkningsavdelinger, som dreieavdeling. boreavdeling og gradeavdeling. - Hver operasjon blir utført separat. - Tilvirkningspartiene mellomlagres i påvente av neste operasjon.

1.2.4

Småserieproduksjon

Småserieproduksjon krever et verksted som er fleksibelt. Utstyret må raskt kunne stil­ les om til annen produksjon. Delene er ofte tilvirket med varierende kvalitet, fra høy presisjon til lav. Disse delene kan lages som enstykksdeler eller fåtallsdeler (seriestørrelse fra 2 til 100 stykker). Maskinene og operatørene må kunne omorganiseres etter behov. Forberedelsesarbeidet i denne typen produksjon er viktig for at det ikke skal bli avbrudd i produk­ sjonen. Operatørene bør ha bred yrkeserfaring og kunne passe flere maskiner. Det er ofte prisen på varen som avgjør hvilke forberedelser som er nødvendig. Dyre, kompli­ serte produkter krever minutiøse forberedelser ved produktframstillingen. For denne typen produksjon passer det med et verksted som klarer såkalt blandet produksjon. Egnede organisasjonsformer er funksjonelt (oppstilling) verksted, tilvirk-

21

ningsgrupper. produktverksteder, flytgrupper, universell flytgruppe og FMS-anlegg. Se avsnitt 2.1.2.

1.2.5

Storserieproduksjon

Storserieproduksjon krever ofte spesialmaskiner for at vi skal kunne utnytte maskin­ parken og tiden effektivt. Den avgjørende faktoren er antall produserte deler, det vil si massedeler til relativt lav pris. Produksjonen må flyte uten forstyrrelser, fordi leveran­ setidene må holdes. Her kan det lages alt fra et hundretalls deler til millioner av deler. Vi stiller store krav til materialflyten og planleggingen i verkstedet. For denne typen produksjon passer det med et verksted som klarer få deltyper og store serier. Egnede organisasjonsformer er tilvirkningslinjer: faste og omstillbare linjer og funksjonelt verksted dersom det er et lite antall operasjoner.

1.3

Ulike former for organisering av produksjonen

Vi kan dele oppstillingen av maskinene inn etter ulike systemer, alle med sine spesielle egenskaper. Eksempler på slike er funksjonelle verksteder, produktverksteder og flyt­ grupper.

1.3.1

Funksjonelt verksted

I et funksjonelt verksted er maskinene organisert etter maskintypen. Det vil si at kappe-, bore-, frese- og slipemaskiner og dreiebenker er satt opp i grupper hver for seg. En operatør betjener hver maskin. Men dersom maskinene er automatisert, kan én operatør betjene flere maskiner i den samme gruppen. Vi deler tilvirkningen inn operasjoner, som vi planleg­ ger inn på de forskjellige maskinene før de ulike parti­ ene sendes ut i verkstedet. Et delparti blir bearbeidet i flere maskiner eller grupper av maskiner. Hver maskin kan ha en kø av deler som venter på bearbeiding. Hele partiet blir vanligvis gjort ferdig i en maskin før det transporteres til neste. Figur 1.10 viser hvordan en del går gjennom et funk­ sjonelt verksted.

-------- ► Informasjonsflyt og ordreflyt

Figur 1.10 Funksjonelt verksted

22

----------- ► Gangen til arbeidsstykket

Et funksjonelt verksted har høyt og jevnt maskinbelegg. Det oppnår vi fordi maskinresursene er tilgjengelige for samtlige delpartier. En annen viktig faktor er at fleksibi­ liteten er høy fordi det er enkelt å flytte en operasjon til en annen maskin i den samme gruppen. Hva skjer da ved tilvirkningen? I teorien ser alt bra ut - produksjonsstyringen har tilgang til alle resursene. Opplysningene om tidsforbruket i hver maskin eller maskingruppe foreligger. Vi har selv delt opp tilvirkningen av produktene i deloperasjoner. Det vi mangler oversikt over, er alle køene foran hver maskin. Oppstår det en forstyr­ relse i form av en maskinfeil eller et bearbeidingsproblem, blir det stopp i produksjo­ nen ved maskinen. Den planlagte tiden i maskinen blir lengre enn ventet, og vi får en kø som påvirker maskinene som følger etter. Den neste maskinen står uten jobb, og vi må forandre planene. Problemene i en maskin påvirker hele tilvirkningen med omleg­ ging av planene som resultat. Det oppstår dels et håndteringsproblem, dels et styrings­ problem.

◄------------ ► Informasjonsveien

Figur 1.11 Planleggingssituasjonen i et funksjonelt verksted

For å kunne holde avtalte leveranser i denne situasjonen må mange deler lages med «ekspressordre».

1.3.1.1 Håndteringsproblem Det oppstår problemer med håndteringen fordi de ulike delpartiene sendes på kryss og tvers i verkstedet. Vi får såkalt kryssende flyt. Se figur 1.10.

23

1.3.1.2 Styringsproblem Vi har problemer med styringen på grunn av de mange planleggingspunktene og fordi det oppstår forstyrrelser. I et funksjonelt verksted utgjør et planleggingsspunkt en eller flere maskiner som er like ut fra et planleggingssynpunkt. I et planleggingspunkt søker produksjonsstyringen å regulere køene av deler. Dekningen i hver maskin eller maskingruppe og kapasiteten i maskinene blir stadig fulgt opp. Gjennom denne oppfølgin­ gen får vi underlag for bedre å kunne styre produksjonen. Men konsekvensen blir at vi får lange og usikre gjennomløpstider. Også med god organisering er det nesten umulig å redusere gjennomløpstiden. I forbindelse med innføring av databasert produksjonsstyring håpet mange at dette var løsningen på styringsproblemene, men vi fikk bare marginale forbedringer. Den virkeligheten som det funksjonelle verkstedet utgjør, er altfor komplekst for å kunne avbildes tilfredsstillende med et dataprogram.

1.3.2

Produksjonssimulering

Simulering er en metode der vi med ulike matematiske og statistiske modeller studerer hvordan et system oppfører seg i ulike situasjoner. Etter innsamling av statistiske data, historiske data og prosessdata kan vi behandle dem i et dataprogram for å vise hvordan en prosess opptrer innenfor ulike tenkte hendelser. De prosessene vi kan studere, er for eksempel • FMS-anlegg • køer i et varehus • lagerendringer Det viktigste er at vi kan definere et problem som vi kan formulere matematisk, og at det er mulig å behandle problemet som et avgrenset system. I det avgrensede systemet kan det være en mengde ulike objekter, og alle disse objektene har innbyrdes relasjo­ ner med en hensikt, nemlig å nå et mål. Operasjonsanalyse er en vitenskap som behandler problemer med det målet å finne den beste løsningen med visse restriksjoner. Simulering er en teknikk i operasjonsana­ lysen. Det er to problemer vi kan se spesielt på, nemlig lagerproblemet og køproblemet.

Lagerproblemet kommer av at en mengde gods varierer i kvantitet ut fra en behovs­ styrt uttaksprosess og en kontrollerbar påfyllingsprosess. Se figur 1.12.

Figur 1.12 Lagerproblemet

24

• Køproblemet kommer av en køsituasjon, ankomstprosess, køregel og betjeningsprosess. Se figur 1.13.

Figur 1.13 Køproblemet

Et produksjonssystem består vanligvis av flere koplede lager- og køproblemer. Avgrensningene omkring et produksjonssystem er valgbare, det vil si at vi kan selv velge hva vi vil betrakte som et system i et gitt tilfelle. Det som ikke kommer med, regnes i systemet som omgivelsene. Et produksjonssystem kan bestå av en del av hele FMS-anlegget, det vil si en delmengde av hele produksjonssystemet. Et produksjons­ system er definert før. Se avsnitt 1.1. Produksjonssystemets omgivelser kan være dels materialtilførselssystemet (innsatsvarer), dels distribusjonssystemet (ferdige produkter). Objektet i et produksjonssystem er av to slag:

• Permanente objekter (resurser). De finnes alltid i systemet, for eksempel operatører, maskiner, transportinnretninger, verktøy, lastbærere (paletter) og fiksturer. • Temporære objekter, som både kommer inn i systemet fra omgivelsene og innenfra systemet ut til omgivelsene. De siste tilsvarer for eksempel innsatsvarer, råvarer, komponenter, halvfabrikater eller ferdige produkter. De temporære objektene kan også betraktes som arbeidsordre eller transportoppdrag. De kommer utenfra og inn i systemet og blir behandlet der. Det kan dreie seg om enkelte artikler eller grupper av artikler. Relasjonene mellom objektene i et produksjonssystem består for en stor del av regler. Det kan være regler for å velge parti fra en kø til en maskin eller for å velge en bestemt maskin ut fra flere mulige maskiner. Produktstruktur og operasjonslister er eksempler på relasjoner mellom objekter. Målet med et produksjonssystem er å omdanne råvarer til ferdige produkter av en bestemt kvalitet, i riktig mengde, i riktig tid og til laveste kostnad.

Disse punktene bør inngå i målformuleringene der en simulering bør kunne gi svar på om vi oppnår • høyere kapasitet • lavere kapitalbinding • høyere servicenivå • større fleksibilitet ♦ mindre følsomhet for forstyrrelser • høyere maskinutnytting • kortere gjennomløpstider

25

Det som gjør situasjonen vanskelig, er at vi i virkeligheten ofte har begrenset tilgang på varer og resurser. Videre kan målene motvirke hverandre. Kravet til høy service­ grad til kunder, få artikler på lager og få varer i arbeid i produksjonen er uforenlige. Vi må derfor konsentrere oss om de kravene som har størst innvirkning på det overord­ nede målet, det vil si god lønnsomhet.

1.3.2.1 Motiver Vi bruker produksjonssimulering for å utvikle nye eller eksisterende produksjons­ systemer ved å analysere og sammenligne alternativer og prøve ideer. Resultatet av analysen blir et sikrere beslutningsunderlag og større forståelse for produksjons­ prosessen og økt produktivitet. Se figur 1.14.

Eksperiment Analyse Sammenligning

Beslutningsunderlag Forståelse

Økt produktivitet

Figur 1.14 Motiver

1.3.2.2 Bruksområder Vi kan bruke simulering ved prosjektering av anlegg ved nybygging, tilbygging eller ombygging. Finjustering av eksisterende anlegg er også et område for simulering. Teknikken kan brukes i disse fasene: • utredning av alternativer • del konstruksjon av produksjonsprosessen • installasjon og drift

Simuleringssystemene blir stadig enklere å bruke og vil derfor bli vanlige ved tids­ planlegging og leveransetidsetting. Nye produkter eller endret etterspørsel er ofte motivet for simuleringen. Et produksjonssystem er ofte av kompleks natur. Det ser vi av • antall variabler, altså store mengder artikler, resurser, relasjoner og begrensninger som gjør det vanskelig å få overblikk • ulineære forhold; vi må ta hensyn til at operasjonstiden for et parti er sammensatt av en fast del (stilltid) og en bevegelig del (stykktid) • tilfeldige variasjoner; det kan være visse hendelser som det ikke går an å forutse, for eksempel at det oppstår maskinfeil eller variasjoner i tiden når det gjelder etterspør­ selen

1.3.2.3 Forventninger Ved simuleringer er det nesten umulig å forutsi kostnadene og gevinstene både før og etter et prosjekt. Vanskelighetene ligger i å bedømme hvor mye data vi trenger for å gjennomføre simuleringen.

26

• • • • • • •

Den store kostnadsspredningen kommer av de ulike forutsetningene som gjelder produksjonssystemet målet omfanget detaljeringsnivået programvaren kompetansen tilgang til - inndata - kunnskap - programvare

Innsamling av primærdata og innmatning står for en stor del av kostnadene. Datainn­ samling kreves for alle typer av framstilling av beslutningsunderlag. Noe som i høy grad kan påvirke kostnadene, er dersom det finnes kunnskaper om simulering i bedriften, eller dersom konsulenter må engasjeres. Det finnes i dag et stort utvalg av enkle, lettbrukte simuleringsprogrammer for personlige datamaskiner. Disse programmene er så enkle at vi ikke trenger noen omfattende programmeringskunn­ skaper. Videre bør vi bedømme kostnadene med utgangspunkt i det forventede resultatet. I mange produksjonstekniske sammenhenger finnes det ingen annen måte å løse et problem på enn å gjøre en simulering. Flere spørsmålsstillinger kan besvares på en tydelig måte med simuleringer. Vi får for eksempel lavere • kostnader for varelageret • resurskostnader • markedsrelaterte kostnader

For å kunne bedømme effektivt om en produksjonssimulering er verd innsatsen, kan vi nevne fem ulike metoder for å utvikle produksjonssystemet, nemlig metoder som byg­ ger på • erfaring, kunnskap og intuisjon • middelverdiberegninger • eksperiment med virkelige systemer • analyser • simuleringer

1.3.3

Transferlinjer

1.3.3.1 Fast linje Denne typen maskinelt utstyr er ikke lenger så vanlig, til tross for at den kan produsere store volumer av relativt komplekse deler. I dag når produktene skal kunne varieres, blir sortimentet større og partistørrelsene dermed mindre. Maskinene bygges opp rundt en felles transportinnretning som fører delene fram til bearbeidingsstasjonene. Transportinnretningen behøver ikke være en rett linje, men kan også være et rundbord. Det viktigste er antallet stasjoner for å produsere en enhet. Hver bearbeidingsstasjon er bygd opp av moduler. Modulene er nå standardiserte. Til tross for dette har de fleste produsentene valgt andre løsninger. Omlegging til fast linje krever ofte store investeringer, og det er nødvendig med stor etterspørsel for at omleggingen skal forsvares

27

økonomisk. Forberedelsene for en fast linje er svært omfattende både når det gjelder balansering av produktene mellom stasjonene og bestemmelse av bearbeidingstiden i stasjonen. Et program for simulering av produksjonen letter dette arbeidet betydelig.

Figur 1.15 Fast rett linje

Det må være buffere i linjen for å forhindre stopp i produksjonen, for eksempel • • • • •

planlagt verktøybytte verktøyjusteringer og verktøyhavarier oppsamling av defekte deler omstilling av grenseposisjon oppretting av feil i transportinnretningen

Figur 1.16 Fast rundbordslinje

28

1.3.3.2 Omstillbar linje Den omstillbare linjen er beslektet med den faste linjen, men som det går fram av nav­ net, kan den stilles om.

Figur 7.17 Omstillbar linje (Bushido) Disse forholdene er godt egnet i en omstillbar linje:

1 Linjen er gruppert fra 5 til 12 stasjoner med mindre lager imellom for å hindre at stans, verktøybytte, justeringer og innkjøringer av en stasjon fører til at hele linjen stoppes. 2 Vi bør unngå at operasjoner som skjer på en sidebane, kan forstyrre linjens balan­ sering. 3 Maskinstasjonene er bygd opp av datamaskinstyrte (CNC-styrte) moduler som vi kan bygge sammen til ønsket funksjon. Her kan også CNC-styrte standardmaskiner være aktuelt. 4 Raske vekslingsinnretninger av verktøyholdere med verktøy eller veksling av kom­ plette forhåndsinnstilte verktøy. 5 Deler som hører til samme delgruppe, men bare varierer i noe få hull eller gjenger, kan bearbeides i linjen dersom variasjonen er merket på en måte som maskinen kan lese, og dersom den stasjonen som kreves for bearbeidingen, aktiveres.

Den omstillbare linjen blir styrt med programmerbare styresystemer eller en såkalt celledatamaskin. En omstillbar linje kan også være bygd opp av flere fleroperasjonsmaskiner som har et fast transportsystem for paletter. Hver maskin kan skifte ut en palett i maskinens bearbeidingsrom. Dette konseptet blir vanligere enn et med moduloppbygde ombyggbare enheter. Vi bør legge merke til likhetene med et FMS-anlegg.

29

1.3.4

Blandet tilvirkning

I 1970-årene ble en oppmerksom på de lange gjennomløpstidene ved såkalt blandet til­ virkning i funksjonelt organiserte verksteder. Lange gjennomløpstider betyr at stor kapital er bundet i varer i arbeid (VIA). Ved å redusere VIA kan vi frigjøre kapital til andre mer påtrengende gjøremål. En annen årsak til den økte interessen for å korte ned gjennomløpstidene var at markedet ønsket raskere leveranser. Det skjedde etter hvert en forskyving mot tilvirkning av mer kompliserte produkter i mange varianter. A oppfylle disse tre kravene samtidig syntes umulig dersom en til­ virket mot lager etter prognose. En bedre måte er å produsere direkte mot kundeordrer. Reduksjon av gjennomløpstidene ytterligere gjør det mulig å tilvirke direkte mot kundeordrer. Det krever imidlertid andre organisasjonsformer i verkstedet. Det finnes tre former av flytinnretning ved blandet tilvirkning, nemlig produktverksteder, flytgrupper og divisjonalisering.

1.3.4.1 Produktverksteder Produktverksteder er en måte å strukturere produksjonen på ved blandet tilvirkning i store eller middelstore bedrifter. Produksjonen består ofte av et relativt omfattende produktsortiment. Hovedprinsippet ved utformingen er å skape et produktverksted innenfor verkstedet som har komplette resurser for å lage en bestemt produkttype med varianter eller et visst størrelsesintervall. Produktverkstedet administrerer seg selv. Administrasjonen består av planleggere, produksjonsteknikere, konstruktører og selgere. Dermed blir planleggingen og styringen enklere, og gjennomløpstidene avtar. Mindre kapital bindes opp i varer i arbeid, samtidig som transportene i verkstedet blir kortere. Vi bør prøve å få til to materialinnganger: en for halvfabrikater direkte til monteringen og en for halvfabrikata som krever bearbeiding i verkstedet. Komponen­ tene med høy volumverdi (volumverdi = foredlingsverdi multiplisert med seriestørrelsen) bør lages i eget verksted. Det er viktig at varer med høy volumverdi blir fulgt nøye opp i verkstedet. De påvirker blant annet gjennomløpstiden og produktkvaliteten. Hvor stor del av tilvirkningskjeden som skal ligge i produktverkstedet, må vurderes i hvert enkelt tilfelle. Korte gjennomløpstider og enklere flyt må veies opp mot lav maskinutnytting. Produktverksteder vil si at produksjonen får en bestemt flytretning. Innenfor produktverkstedet kan flyten være mer eller mindre oppdelt. Maskinene kan grupperes på forskjellige måte, fra utpregede linjer til et mer operasjonsgruppert eller funksjonelt opplegg. Et produktverksted kan bestå av en eller flere flytgrupper.

1.3.4.2 Flytgrupper En flytgruppe består av alt nødvendig utstyr for å ferdigstille deler som har likt utseende. Maskinene betjenes av et arbeidslag. Antall personer i arbeidslaget er ofte mindre enn antall maskiner i gruppen. En ønsker arbeidsrotasjon for å gi et mer innholdsrikt arbeid. Gjennomløpstidene i gruppen blir bestemt av den dyreste maski­ nen. Den krever som oftest kontinuerlig pass.

30

Strengt tatt utgjør en flytgruppe et planleggingspunkt ved planleggingen. Flytgruppen er bygd opp for å gi korte og pålitelige gjennomløpstider. Delflyten er enkel og oversiktlig, og det er lite behov for mellomlagring ved maskinene.

Figur 1.18 Planleggingssituasjonen ved flytgrupper

To spørsmål som umiddelbart dukker opp, er: Hvilke bedrifter kan benytte flytgrupper? Kan all tilvirkning skje i flytgrupper? Det er ofte vanskelig å gi enkle svar på disse spørsmålene. Det kreves som regel en analyse av situasjonen i den aktuelle bedriften. Det avgjørende er volumverdien, intermittensen og gjennomløpstiden til produktene. Vi kan dele produktene inn i grupper.

Gruppe 1 • Deler med lav volumverdi • Enkle deler som lages i store serier, og som legges på lager Sortimentet kan lages i et funksjonelt verksted. Med innretning mot JIT-produksjon bør vi studere leveransesituasjonen ekstra nøye. Det kan bli problemer med å klare leveransene i et funksjonelt verksted, fordi vi får delt opp produksjonen i mindre til­ bakevendende partier, som ikke blir lagt på lager. Eventuelt kan praktisering av kanban forenkle og effektivisere planleggingen.

31

Gruppe 2 Deler med høy eller middels høy volumverdi Tilvirkning med kort gjennomløpstid

Sortimentet består av verdifulle deler som krever mange operasjoner. For denne typen tilvirkning er flytgrupper en egnet form.

Gruppe 3 Deler som lages i et lite antall Til tross for lav volumverdi kan det foreligge krav til kort gjennomløpstid Sortimentet består av stykktilvirkning og kan lages i et funksjonelt verksted eller i en såkalt universalgruppe der fagarbeidere tilvirker delene direkte etter tegning. I en flytgruppe kan vi ha flere hovedmaskiner. Det viktige er at flytgruppen utgjør et planleggingspunkt.

1.3.4.3 Analyse av en flytgruppe Gruppeteknologiske metoder Mange ganger kan det være vanskelig å finne den mest effektive bivirknings- eller pro­ duksjonsmetoden og det mest konstnadseffektive produksjonsutstyret uten bruk av noen analysemetoder. Vi har ofte en uklar oppfatning om produktfloraen. Vanlige spørsmål som er vanskelige å besvare, er: • Hvilke operasjoner må til for et bestemt produkt? • Hvilke operasjoner er like? • Hvordan kan de like operasjonene danne produktfamilier?

Et godt hjelpemiddel ved slike analyser er en gruppeteknologisk metode (GT). Alle gruppeteknologiske metoder bygger på en form for sifferkode, bokstavkode eller kombinasjonskode av både siffer og bokstaver. Koden bruker vi for å gruppere eller sortere artikler etter en oppstilt nøkkel ved hjelp av datamaskin. Det er tre typer av kodesystemer:

• hierarkisk oppbygd kode eller monokode • kjedeoppbygd kode eller polykode • hybrid kode eller blandingskode Koden og kodenøkkelen kan brukes for å klassifisere disse egenskapene til delen: • • • • •

geometrisk utseende og kompleksitet dimensjoner materialtype utseende av råmaterialet etterspurt nøyaktighet

GT-systemer er ofte dyre å implementere, men i mange CIM-systemer inngår moduler som ligner GT-systemene. GT-systemer har flere fordeler framfor manuelle metoder

32

når det gjelder å sortere eller anta produktfloraen. Systemene er også effektive i situa­ sjoner der vi prøver et nytt eller bedre tilpasset produksjonssystem, for eksempel ved • verkstedutforming • flytgruppeutforming • tilvirkningscelleutforming • funksjonell verkstedutforming Videre kan et GT-system fungere som en metode for å få inngangsdata til simuleringsprogrammet.

Figur 1.19 Eksempel på monokode

En metode som er nær beslektet med GT-systemet, er produksjonsflytanalysen - PFA. Metoden, som ble utviklet i 1970-årene, er enkel og naturlig å bruke for spørsmåls­ stillinger rundt flytspørsmål. Den er basert på antakelsen om at majoriteten av deler og maskiner i et funksjonelt verksted allerede hører til delfamilier og maskingrupper. En PFA-analyse blir utført i tre trinn:

1 Verkstedflytanalyse. Flyten i verkstedet bør forenkles. Videre bør flyten mellom avdelingene begrenses. Ifølge metoden bør vi flytte en bestemt operasjon som vi ofte bruker, til den avdelingen som utnytter den mest.

2 Gruppeanalyse. Ved å sortere operasjonskortene kan vi finne naturlige inndelinger i delfamilier og maskingrupper.

33

3 Linjeanalyse. Dette trinnet omfatter forenkling av flyten i de maskingruppene vi har funnet i trinn 2. Del Maskin 1 0) 2(3) 3 4(3) 5 6 7 8 9 10

1

2

3

1

1

1

1 1 1

4

1 1

5

6

7

8

9

10

11

12 13

14

15 16 17 18

1 1

1

1

1

1

1

1 1

1

1

1

1

1

1

1

1 1 1

1

1

1 1

1

1

1

1 1

1

1

1 1

1

1

1 1

1

1 1

1 1

22 23

1

1

1

1

19 20 21

1

1

Figur 1.20 Resultatene fra sammenstilling av operasjonskortene Resultatene etter sorteringen blir som nedenfor. Del Maskin 3 2 4 8 1 2 4 10 7 9 6 1 2 5

3

1 1 1

17 19 18 20

1 1 1 1 1 1 1 1 Maskinc rup pe

6

7

8

11

12

9

10 23

1

1

1 1

1

1

1

1

2

21

22

4

14 15 13 16

5

1

1 1

1

1

1

1 1 1 1 1 Maskingruppe 2

Maskinc rup pe 3 1 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1 1

1 1 1

1

1

1

1

1

1

Figur 1.21 Inndeling i maskingrupper Resultatet av PFA-analysen ble at maskinparken kan grupperes i tre maskingrupper eller tre produktverksteder. Det finnes faremomenter ved denne metoden. Den bygger på historiske data operasjonskortene - som er plukket ut fra den foregående produksjonen. Spørsmålet er om produksjonen vil bli gjentatt. Men som en blant flere metoder ved analysen av verkstedflyten kan den brukes med godt resultat. Metoden har til tross alt flere fordeler: • Den kan brukes når delene har liten geometrisk forskjell. • Den identifiserer maskingrupper raskere enn GT-systemet. • Fordi metoden baseres på operasjonskort, fokuseres problemet på aktuelle tilvirkningsmetoder med eksisterende utstyr. • Den viser hvordan vi kan omorganisere produktflyten med minst mulig investering.

34

Før vi flytter om i verkstedet, bør vi nøye analysere flyten ved hjelp av et simulerings­ program. Ved en slik analyse ser vi om vi virkelig vinner tid. Det er enkelt å teste flere alternative måter å organisere verkstedet på. Det viktigste er at vi lager så rett flyt som mulig. Det vil si uten hopp fram og tilbake i tilvirkningskjeden. Flyten må være enveisrettet. Det er den maskinen som er mest langsom, eller den operasjonen som tar lengst tid, som er flaskehalsen, og den bestemmer gjennomløpstiden til flytgruppen. Her bør vi vurdere alternative løsninger. Vi kan dublere med en tilsvarende maskin, men må huske at da kan en annen maskin bli flaskehalsen. Det kan simuleringsprogrammet løse.

Noen eksempler på hvordan vi kan løse vanskelige tilfeller: • To flytgrupper som utnytter samme kompletteringsmaskin. Dersom maskinkapasiteten er tilstrekkelig til å klare tilvirkningen fra begge flytgruppene, oppstår det ikke noe planleggingsproblem. • Et parti må ha tilgang til samme kompletteringsmaskin flere ganger. Dette er et unntak. Vi kan akseptere tilbakehopp under forutsetning av at kompletteringsmaskinen har ledig kapasitet. Tiltakene kan føre til økt personalbehov og for­ andre arbeidsfordelingen innen gruppen. Det må vi ta hensyn til i planleggingen.

• Et parti deler trenger en styrende maskin flere ganger. Problemet løser vi ved at vi lar deler av partiet passere flytgruppen det antall ganger som den styrende maskinen krever. Partiet planlegges som flere uavhengige partier, og de gjennomløper flyt­ gruppen i rekkefølge. Tiltakene gir lengre gjennomløpstid og bør unngås. Personalet i flytgruppen må kunne arbeide selvstendig. De må selv fordele arbeidet innenfor gruppen. Materialtransporten, opprydningen osv. blir utført av gruppen. En flytgruppe består av flere maskiner og arbeidsstasjoner enn antall medarbeidere. Dekningen mellom de ulike stasjonene varierer etter hva slags deler som lages i gruppen. De må selv tilpasse arbeidsinnsatsene sine etter produktene (sortimentet). Med rask flyt og små partistørrelser skal operatørene selv stille om maskinene og sørge for kontrollen av ferdige deler.

1.3.4.4 Eksempel på flytgruppe Figur 1.22 viser en av de første flytgruppene i drift for tilvirkning av pumpeaksler. Til tross for den store delfamilien får vi små forskjeller i stykktider mellom partiene av aksler. Omstillingen mellom variantene blir enkel. Flytgruppen er bygd opp med en CNC-dreiebenk som styrende maskin. Denne dekkes hundre prosent, mens øvrige maskiner i gruppen får en lav dekning. Flyten er rettet en vei, og den skjer med vogner som går i spor på rullebaner. Gruppen er beman­ net av to operatører som betjener samtlige maskiner innenfor arbeidsområdet. Arbeidsområdet er begrenset av rullebanen. De enkleste delene blir gjort ferdig fra kappet emne ved én omdreining i gruppen. De mest kompliserte delene krever tre omdreininger. Det er innretninger ved utstasjonen og innstasjonen som letter tilbakeføringen av vognen. Produkter som krever tre omdreininger, planlegger vi som tre separate artikler som blir utført i en rekkefølge.

35

Inn Løftebord

□=>

|

Sentreringsmaskin | Supportdreiebenk

Radialbor

Fresemaskin Ut Løftebord

Kontroll

Utformingen av rullebanen er slik at vognene kan blir styrt forbi radialboremaskinen på to ulike steder, før og etter bearbeidingen i den sty­ rende maskinen. Fordi gruppen har to boreplasser med forskjellige verktøy, blir omstillingen mellom operasjonene i boremaskinen enklere. Vi har oppnådd mange fordeler ved å innføre flytteknikken på verk­ stedet. Den viktigste er at antallet planleggingspunkter er redusert med seks. Stilltidene er redusert med 50 %. Flytgrupper er en måte å organi­ sere produksjonen av det store volumet av delsortimentet på.

Kilesporfres

En flytgruppe bygger på dette prin­ sippet:

CNC-styrt dreiebenk

Figur 1.22 Utforming av en flytgruppe

1.3.5

• Gruppen utgjør et planleggingspunkt sett fra et overordnet nivå. Delplanlegging og løpende arbeidsfordeling skjer blant med­ lemmene i gruppen. • Flyten er enveisrettet og ubrutt innenfor gruppen. • En dyr maskin er styrende. Kompletteringsmaskinene har over­ kapasitet. • Arbeidsorganisasjonen innenfor flytgruppen er fleksibel. • Rullebaner og andre linjebundne transportinnretninger gjør produktflyten oversiktlig. De letter håndteringen og arbeidsplanleggingen.

Univ ers algrupper

Universalgruppen har en flytinnrettet maskinoppstilling for framstilling av små partier på kort tid. Delsortimentet kan variere mye. Organisatorisk kan hver maskin være et planleggingspunkt. De produktene som ikke egner seg for tilvirkning i flytgruppene, utgjør en restpost som blir gjort ferdig i universalgruppen.

36

Kravene som vi stiller til en universalgruppe, er disse: 1 Egnethet for småpartitilvirkning og enstykkstilvirkning. Legg merke til at små partier gir lav kostnad for varer i arbeid 2 Kort gjennomløpstid 3 Mulighet før tilvirkning uten forutbestemt flyt

Den store antallet varianter og den ubestemte flyten gjør at vi organiserer virksom­ heten med en operatør ved hver maskin. Antallet maskiner som operatøren kan betjene, avhenger både av hvor kompliserte maskinene er, og av hvor dyktig operatø­ ren er. For å oppfylle kravene som stilles til universalgruppen, trenger vi en kort operasjonskjede. Det får vi ved • • • • •

få planleggingspunkter hurtig tilvirkning og i aktuelle tilfeller hurtig programmering hurtig omstilling og delskifting mange verktøy hurtig tilbakerapportering til produksjonsstyringen

Det som er avgjørende for maskinvalget i gruppen, er:

• Konvensjonelle maskiner blir valgt dersom sortimentet består av enkeltstående og få tilbakekommende deler. • CNC-maskiner blir valgt dersom sortimentet består av - tilbakekommende eller få deler - små tilbakekommende deler som kompletteres med enkelte større deler - deler med komplisert form • Enkle kompletteringsmaskiner

Delflyten i en universalgruppe er ikke forutbestemt for partier med spesielle størrelser eller former. Derfor er det vanskelig å automatisere håndteringen. Dersom operatøren også skal betjene sidemaskiner, bør hovedmaskinene være CNCstyrte.

1.3.6

Divisjonalisering

Med divisjonalisering mener vi en oppdeling i produktdivisjoner med eget resultat­ ansvar for et produkt. Årsaken til dette er ofte at vi ønsker enklere organisasjoner og bedre økonomisk kontroll. Vi har delt opp salg, utvikling, konstruksjon, planlegging på ulike produkter eller produktgrupper, men det er ikke ofte vi har gjennomført det i produksjonen. Vi kan også her gå videre med å organisere produksjonen som flyt­ grupper eller produktverksteder.

1.3.7 Kunde ordrestyrt produktframstilling Dette er en metode for tilvirkning av produkter direkte mot kundeordre. Det som gjennomsyrer konseptet, er korte leveringstider til kunden. Det kan vi oppnå enten med leveranser fra lager eller med hurtig tilvirkning direkte mot kundeordre.

37

Tilvirkning etter prognose

Funksjonelt verksted

Tilvirkning med krav til kort gjennomløpstid

Universal­ gruppe

Omstillbar linje

Flyt­ gruppe

Fast linje

Flytinnrettet tilvirkning

Flere planleggingspunkter

Små eller mellomstore partier med enkle deler

Små partier med mange forskjellige deler

Ett planleggingspunkt deler som har lik form eller bearbeides på samme måte

Små partier med mange varianter

Mellomstore partier med noen varianter

Store partier med få varianter

Figur 1.23 Et verksted kan organiseres på mange måter

Mulighetene for automatisering øker til høyre på figuren. Vanlige organisasjonsformer er det funksjonelle verkstedet og den faste linjen. Økte krav til kundeordrestyring kommer sannsynligvis til å øke antall verkstedtyper, i første rekke på bekostning av det funksjonelle verkstedet.

1,3.8

Bestemming av produksjonstid

Med oppdragstiden U, som vi beskrev i avsnitt 1.1.9.1, analyserer vi tidsforbruket for framstilling av deler i en produksjon som kan bestå av en fast eller en omstillbar linje, maskiner som er sammenbygd med en form for transportinnretning. Når vi bruker en automatisk transportør, eller en styrt truck med automatlager, blir analysen mer kom­ pleks, og derfor tar vi ikke opp den her, men viser til spesiallitteraturen.

1.3.8.1 Produksjonssystem uten lager Oppdragstiden U for maskiner med ulike tider per stasjon er:

U = £(O, + Ns,. + /,.) 1

der (91 5j /■ N nm

38

= omstillingstiden = stykktiden = fordelingstiden = seriestørrelsen = antall stasjoner

(1:8)

Oppdragstiden U for maskiner med like tider per stasjon er U = nm- (O + N • s + f) der nm O 5 N f

(1:9)

= antall stasjoner - omstillingstiden for hele anlegget = stykktiden - seriestørrelsen = fordelingstiden for hele anlegget

Stykktiden deles opp slik: (1:10) der tm = maskintiden th - håndteringstiden tth = verktøyhåndteringstiden

Ved all tilvirkning blir noen produkter feil og må kasseres. Ved en nøyaktig analyse av resultatene av produksjonssystemet bør vi ta hensyn til vrakproduksjonen (det vil si deler med feil). Ligningene 1.8 og 1.9 blir da:

der q = antall vrakdeler i prosessen

1.3.8.2 Produksjonstallet Produksjonstallet R er definert som seriestørrelsen N dividert med den midlere produk­ sjonstiden Ut per maskin. Den midlere produksjonstiden Ut blir bestemt med disse ligningene:

• for maskiner med ulike tider m

u, = u-Yf,

(1:13)

for maskiner med like tider V t = U-nm -f J

Produksjonstallet blir derfor: V

u,

(1:14)

(1:15)

39

L3.8.3 Analyse av automatiserte linjer Her må vi innføre en måte å bedømme frekvensen av stillstand på. Linjen er synkron, og dermed skjer transport av deler etter syklustiden. Det er den stasjonen som har den lengste oppdragstiden i linjen, som bestemmer syklustiden. Dersom en bearbeiding ved en stasjon tar kortere tid en syklustiden, er tidsutnyttingen dårlig. Vi har en dårlig balansering av linjen. Den beste balanseringen får vi dersom samtlige stasjoner viser lik syklustid. For linjer med ulike stillstandstider får vi: n,„ Ur= +

I

der U{ Zc F. Li

= = = =

den midlere produksjonstiden den teoretiske syklustiden frekvensen av stillstand stillstandstiden inklusive reparasjonstiden

For linjer med like stillstandstider får vi: Ut = tc + F-tr der Ut tc F tr

(1:17)

- den midlere produksjonstiden - den teoretiske syklustiden = frekvensen av stillstand = stillstandstiden inklusive reparasjonstiden

Tilvirkningskostnaden C, for en del blir siden:

C, = Cemnc + C, ■ U, + Cv

(1:18)

der C, - tilvirkningskostnaden kr/del Cemne = materialkostnaden kr/del CA = kjørekostnaden kr/minutt (maskinkostnaden Km /60) Cv = verktøykostnaden kr/del lf = den midlere produksjonstiden min/del

1.3.8.4 Linjer uten lager Ved en analyse av linjene der vi har fordelt den sannsynlige stillstandstiden, kan vi konstatere to ytterligheter. Tilfelle 1: Delen tas ikke bort ved en stillstand: n F =

(1:19)

I

der Pj = sannsynligheten for at noe inntreffer Dersom sannsynlighetene px - p2 =......- p} = p, får vi feilfrekvensen F:

F = n■p

40

(1:20)

Tilfelle 2: Delen tas bort ved stillstand: n

f= i-Xe-/’,)

(1:21)

Dersom pt = /?, blir: F = 1 - (1 -

1.4

(1:22)

Verktøy systemet som en del av produksj onssystemet

1.4.1 Innledning Et fullstendig system for håndtering av verktøy omfatter blant annet

• • • •

verktøymagasin og automatiske verktøyvekslere verktøylager og vedlikeholdssystemer verktøyhåndteringssystemer verktøyfeilindikeringssystemer

Verktøymagasiner og automatiske verktøyvekslere er montert på maskinen. Et verk­ tøymagasin er bygd opp etter noen av disse prinsippene:

• • • •

skive - disk trommel revolver kjede

Hovedoppgaven til verktøylageret og vedlikeholdssystemet - verktøyrommet - er å forberede verktøy for maskinparken og sørge for at det ikke mangler verktøy eller skjærende egger. Oppgavene kan deles opp i

• verktøyidentifikasjon • lagerhold • forhåndsinnstilling av arbeidsdata til verktøyet og verktøyholderen

Oppgaven til verktøyhåndteringssystemet er å transportere verktøyet mellom maskiner og lager. I et fullautomatiseret system kan vi bruke både automatiske transportører og roboter. Vi kan redusere omstillingstiden til et fullautomatiseret system dersom det er mulig å bytte verktøyene mens maskinen utfører bearbeiding med et annet verktøy. Hensikten med et system for verktøyfeilindikering er å avdekke ødelagte verktøy eller verktøydeler. Det kaller vi broken tool detector. Et slikt system kan eliminere verktøybrudd. Naturligvis må vi bytte inn et nytt verktøy samtidig med at vi plasserer den delen som kan inneholde en havarert verktøyegg ved siden av den egentlige pro­ duksjonen.

41

I et produksjonssystem er utstyret som sørger for en sikker håndtering av det skjæ­ rende verktøyet, viktig, spesielt for en produksjon der vi ønsker korte gjennomløpstider. Det bør ikke forekomme ventetider fordi det mangler verktøy. Det bør finnes et tilstrekkelig antall verktøy på lageret i tillegg til at verktøyskiftingen i maskinen er effektiv slik at «spon-til-spon-tiden» blir kort. Vi bør stille disse kravene til en verktøyveksling: 1 Verktøyskiftingstiden (spon-til-spon-tiden) skal være kjent for at maskinens kapasitet skal kunne regnes ut. 2 Verktøyskiftingstiden skal være kort slik at den ikke-produktive tiden minimeres.

3 Operatøren må ikke være bundet til maskinen. 4 Det skal finnes et stort magasin for at vi skal kunne utføre så mange operasjoner som mulig på den oppspente delen. Vi bør streve etter en høy grad av ferdigbearbeiding av delene i den styrende maskinen.

5 Det skal finnes utbyttbare magasiner eller basisoppsetninger av verktøy i magasiner for å redusere den ikke-produktive tiden i maskinen. En basisoppsetning vil si at det alltid skal være deluavhengige verktøy i magasinet. Dersom alle verktøyene er deluavhengige, får vi en permanentoppsetting. De tre første kravene oppfylles med en automatisk verktøy, og de to siste leder fram til store faste eller utbyttbare magasiner. Skjærende verktøy blir stadig mer universelle. De kan utføre flere og mer kompli­ serte operasjoner. Dette sammen med moduloppbygde verktøysystemer gir store for­ deler sammenlignet med faste verktøy. Utviklingen går mot stadig kortere verktøyskiftingstid og moduloppbygde verktøy. Maskinbyggere arbeider også med å utstyre maskinene med verktøymagasin som kan bygges i moduler, slik at vi kan velge egnet størrelse.

Skjærende verktøy ved en maskin deles inn i basisverktøy, delavhengig verktøy og reserveverktøy. Basisverktøy er de verktøyene som er deluavhengige, og som alltid kan sitte monterte i verktøymagasinet, det vil si permanentoppsatte verktøy. Delavhengige verktøy bruker vi for visse artikler. Vi bytter dem i forbindelse med omstilling til en annen deltype.

Reserveverktøy er andre tilsvarende verktøy som vi trenger til bearbeidingen. Bearbeidingstiden kan være for lang for et verktøy. Ved ubemannet drift er det viktig at vi kontrollerer verktøylevetiden, slik at vi kan unngå dyre og unødvendige havarier. Forutsetningene for en basisoppsetning av verktøy er

a egnet utvalg av et delsortiment som skal bearbeides i maskinen. Det oppnår vi ved oppdeling av delsortimentet b universelle maskiner. Dette kravet stilles til den styrende maskinen

c en form for automatisk kontroll av verktøy slitasjen Punktene a og b blir oppfylt med de kravene som vi stiller til delene og styrende maskinene i flytgrupper.

42

Antall verktøy

Figur 1.24 Inndeling av forskjellige verktøyoppsetninger i magasiner med automa­ tisk verktøyveksling

Punkt c løser vi med noen av strategiene som er nevnt nedenfor: • Vi kan regne ut utslitingstiden til verktøyet med vcTc-kurver og programmerer det til å stoppe når inngangstiden nærmer seg utslitingstiden. System av denne typen kaller vi «programmerbar utslitingtid». Metoden har begrensninger og svakheter ved at slitasjeegenskapene ikke er godt nok kjent. Ulike materialsammensetninger har ulike utslitingskriterier. Se også kapitlet om skjærende bearbeiding. • Vi kan måle slitasjen direkte eller indirekte.

1.4.2

Organisering av verktøyflyten

Vi kan benytte to forskjellige prinsipper for å organisere flyten av verktøy, nemlig prosessorganisasjon og informasjonsorganisasjon. Prosessorganisasjon innebærer regulering av verktøyflyten gjennom hele tilvirk­ ningsprosessen. Prosessorganisasjon omfatter dels at verktøyet lagres sentralt, ved maskinene eller ved maskingruppen, dels at maskinene er utstyrt med verktøy etter deltype eller permanentrigget med verktøy. Verktøyflyten er like viktig som flyten av materialer, og derfor bør vi foreta en nøyaktig analyse for å forhindre at det oppstår kø- og bristsituasjoner. Et hurtig verktøyflyt kan innebære at det totale verktøy lageret kan reduseres. Dersom parameterne er usikre og vi ønsker å teste flere løsninger, kan vi ta en simulering. Informasjonsorganisasjon bygger på innsamling av data om verktøyflyten og inne­ bærer at vi • dokumenterer hvilke typer verktøy, skjær og kombinasjoner av disse som er mulige og anbefalt av produsentene • overfører forhåndsinnstillingsdata, verktøyidentitetene og data for beordret parti • overfører aktuelle verktøykorrektører til maskinens styresystem

43

• gir beskjed om hvilke verktøyplasser som blir opptatt i maskinene • overfører grenseverdier på slitasjeverdier for overvåkingsfunksjonen til maskinens styresystem

• gir opplysninger om verktøyplass og inngrepstid for verktøyet som er basisrigget for innkjøp av erstatningsverktøy • oversender til verktøyskjerpingsavdelingen opplysninger dersom det oppstår erstatningsbehov for verktøy ved verktøybrudd og for skjæregger som er raskere nedslitt enn forventet

1.4.3

Analyse av verktøybehovet

Det er delens geometri kombinert med bevegelsesmønsteret til maskinen som bestemmer antall verktøy og hvordan verktøyet ser ut. Når antall verktøy er bestemt, helst til et minimum, kan vi gå over til en metode for å bestemme størrelsen av verktøymagasinet.

ITP - Boston Incorporated har definert et såkalt kapasitetstall for verktøymagasinet, VK: V VK = ~ (1:23) vp

der Va - maksimalt antall verktøyplasser Vp = antall verktøy for et parti

VK < 1 Dette bør unngås fordi det må være et antall skift mellom magasinet og lageret under bearbeidingen av partiet 1 < VK < 2 Dette krever omstilling mellom to partier siden vi ser bort fra like verktøy. VK> 2 Verktøy for et parti kan byttes mens et annet parti bearbeides.

Ubemannet bearbeiding krever reserveverktøy og personale for bytte av slitte eller havarerte verktøy. Dessuten trenger vi tilgang til spesialverktøy. Den metoden vi velger til verktøyhåndteringen, avhenger av hva slags oppsetning vi velger for verktøymagasinet. Vi kan alltid ty til metoden med å bytte manuelt der­ som ikke noe annet fungerer eller er tilstrekkelig.

Tre løsninger for automatisk verktøybytte kan innpasses: • Bytte fra et frittstående sekundærmagasin • Sekundærmagasiner på palett • Flyttbare robotmagasiner

44

Tilfelle 1: Delavhengig verktøysoppsetning

Dette innebærer bytte i forbindelse med omstilling til nytt delparti. Alt verktøy som vi trenger for delpartiet, settes opp, og de gamle verktøyene nedmonteres. Vi får færre problemer til tross for at vi har et større verktøylager. Legg merke til at det kreves dob­ belte oppsetninger av nødvendige verktøy - en omgang i magasinet og en i lageret. Tilfelle 2: Bruk av likt verktøy for ulike deltyper innenfor en begrenset produkt­ sammensetning Ulike deltyper bruker en felles verktøyoppsetning - basisrigging. Det reduserer antall verktøy som vi bruker i forhold til delavhengig verktøy. Etter bearbeidingen lades verktøymagasinet med nye verktøy. Metoden krever en mer avansert programvare til styringen av verktøysystemet. Fleksibiliteten er begrenset med hensyn til valg og planlegging av produktsammen­ setningen, men fungerer tilfredsstillende for bearbeiding av delfamilier og deler med likeartede operasjoner. Tilfelle 3: Utbytte og komplettering av verktøy avhengig av deltype Her bruker vi i større grad enn i de to første tilfellene likt verktøy. Noe bytte av samtlige verktøy i forbindelse med omrigging er det ikke rom for, vi bytter bare det verktøyet som ikke er felles. Nye delspesifikke verktøy lades. Det reduserer antall verktøy i omløp, og lageret av verktøy reduseres. For styringen av verktøysystemet kreves en mer avansert beslutningslogikk. Med det kan vi besvare spørsmålet: Hvor mange verktøy må magasinet kompletteres med for å håndtere delpartiet uten å få still­ stand fordi verktøylevetiden overskrides? Dessuten bør vi avklare om et verktøy er utbrukt før utslitingstiden er nådd. Dersom det er situasjonen, må vi bestemme tids­ grensen, slik at vi kan unngå flere verktøybytter enn nødvendig under bearbeidingen.

Tilfelle 4: Basisoppsetting I de tilfellene som vi har beskrevet ovenfor, er det forutsatt at rekkefølgen for deltypene er fastlagt. Dersom det inntreffer en uforutsett situasjon som resulterer i revide­ ring av rekkefølgen til partiet, øker behovet for fleksibilitet. Det verktøyet som er fel­ les for et delsortiment, sitter permanentrigget i verktøymagasinet, mens det verktøyet som er variantspesifikt, blir ladd ved omstillingen. Dermed minimerer vi ikke antallet verktøy, men fleksibiliteten er høy, og systemet takler tilfeldige hendelser på en bedre måte. Tilfelle 5: Permanentoppsetning Her kan verktøymagasinet til maskinen rigges med verktøy for alle deltypene som forekommer. Det krever svært store magasin og at et stort antall verktøy er bundet i magasinet uten at vi bruker dem. Metoden løser behovet for korrekt verktøy ved hjelp av et dyrt verktøymagasin, men styringen blir relativt enkel.

45

1.5

System for oppspenningsverktøy

I Moderne produksjonsteknikk del 1, under avsnittet om skjærende bearbeiding, anbefaler vi ulike konstruksjoner for oppspenning av rotasjonssymmetriske og ikkerotasjonssymmetriske deler. Rotasjonssymmetriske deler spennes opp med en form for chuck, for eksempel i en dreiebenk. Delen orienteres automatisk rundt rotasjonsaksen, og oppspenningen blir lik fra gang til gang. Det gjør bestemmelsen av origo ved CNC-programmering enklere og sikrere. Ikke-rotasjonssymmetriske deler har ofte flere ulike innretninger som kan brukes til oppspenning. Det er hensiktsmessig å spenne delene opp på et slags bord. Bordet kan være utstyrt med T-spor eller hull som er jevnt fordelt. Orienteringen av delen i forhold til maskinens spindelsentrum krever stor nøyaktighet, og vi må foreta en siste innjustering mot delen og spindelen i maskinen. Denne oppspenningsprosedyren tar tid. I den senere tid er begge systemene integrert for å oppnå kort omstillingstid. Med nøyaktig borede hull som er jevt fordelt på oversiden av en palett eller et maskinbord, får vi mulighet til å foreta omriggingen på en kontrollert måte. Maskinens, delens og palettens koordinatsystem fungerer sammen i et slikt system. Systemet som vi viser på figur 1.25, er i henhold til SS 3641. Systemet med borede hull som er jevnt fordelt, er helt overlegent de vanlige maskinbordenes T-spor. Med dem er det vanskelig å oppnå like referanser mellom oppspenningene.

I R!

Figur 1.25 Prinsippet for et lokaliseringssystem (System 3R)

46

Oppspenningsverktøyet skal • holde fast delen mot de skjærkreftene som opptrer • posisjonere delen i riktig stilling • i visse tilfeller posisjonere verktøyet i riktig stilling

I tillegg til et referansesystem bør vi forsøke å standardisere konstruksjonselementene som vi bruker til konstruksjonen og tilvirkningen av fiksturene. Målsettingen er å skape forutsetninger for fiksturarrangementer som vi kan bruke om igjen, og som er enkle å montere. På markedet finnes det flere modulsystemer som letter fiksturarrangementene.

Figur 1.26 Moduloppbygd fikstur (System 3R)

1.6

Omstilling

Omstillingstiden var tidligere vurdert som en uvesentlig tidsfaktor fordi påvirkningen på produksjonskostnadene blir redusert ved at omstillingstiden blir dividert med partistørrelsen eller klassifisert som indirekte arbeid. Pk = Ccmnc+(‘H

' Km

(1:24)

der Pk = produktkostnaden per del Cemne = materialkostnaden 5 = stykktiden (operasjonstiden) O - omstillingstiden Km - kostnaden per time N = seriestørrelsen

Av ligningen ser vi at omstillingstiden har liten innvirkning på produktkostnaden ved store serier.

47

1.6.1

Metoder for omstilling

Omstilling kan skje på flere måter, og det kan påvirke produksjonsutstyret. Vi bør legge merke til at omstilling ikke har noe med bytte av deler å gjøre. De metodene som er beskrevet i avsnittet om verktøysystemer og oppspenningsverktøy, er ofte egnet til å begynne med når vi forsøker å få en kort omstillingstid av maskinene. Ved omstilling bør vi prøve å få til kort indre omstilling og forsøke å overføre indre omstilling til ytre omstilling på forskjellige måter.

1.6.1.1 Indre omstilling Det er den omstillingen som vi må gjøre i maskinen i pausen mellom ulike delpartier. Omstillingen kan gjøres på to måter - manuelt eller automatisk. Maskinen star stille under omstillingen og delvekslingen. For å holde gjennomløpstidene korte bør omstillingen og delvekslingen skje raskt. Arbeidet kan utføres manuelt dersom innretningene har lav vekt. For maskinen er det viktig at den gir god tilgjengelighet og har kraftmanøvrert oppspenning og lett tilgjengelige manøverinnretninger. Når håndteringen automatiseres, krever det at håndteringsutstyret har til­ gjengelighet fra magasin til oppspenningsverktøy, at oppspenningsverktøyet er auto­ matisert, og at det gis et kvitteringssignal. Oppspenningsinnretningene, skjærende og hullende verktøy bytter vi mellom hvert parti. Delene skiftes derimot hver gang bearbeidingen er klar.

1.6.1.2 Ytre omstilling Slik omstilling kan vi gjøre mens maskinen bearbeider et parti. Den kan foretas manuelt eller automatisk.

1 Delen og oppspenningsverktøyet håndteres manuelt, mens fastspenningen av opp­ spenningsverktøyet er automatisert 2 Del og oppspenningsverktøy håndteres automatisk

Det finnes to løsninger for skifting av deler utenfor maskinen. Det er bytte av palett eller fiksturplater. Palettbytte er integrert med maskinen. Fiksturveksling vil si at stan­ dardiserte fiksturplater blir byttetmanuelt eller med et håndteringsverktøy og spent fast ved maskinbordet. Når vi bytter del, må vi skifte palett med maskinens palettvekslere. Vi kan utføre alt forarbeidet utenfor maskinen. Bytter vi parti, må vi montere et nytt fiksturarrangement på paletten eller også bytte fiksturplaten.

1.6.2

Analyse av omstillingen

For å kunne balansere et produksjonssystem riktig må vi kjenne tidsforbruket for alle deler som er med. Ved en slik analyse er det viktig å finne hvilke tider som forårsaker unødvendig arbeid, hvilke som er bundet til prosessen, og hvilke som forårsakes av riggingen, verktøybyttet, transporten osv. Som før gjelder det å redusere tidene mellom to partier.

48

Produksjonen går mot kortere serier som produseres innenfor korte intervall. Det krever større kontroll med omstillingstiden. Omstillingstiden gjentas hver gang del­ partiet skal bearbeides. Denne tiden har stor betydning for den totale tilvirkningstiden, fordi hver omstillingstid trekkes fra den tiden en maskin kan være produktiv. Vi bør derfor redusere omstillingstiden til et minimum. Det første skrittet kan være å avklare hva som er indre og ytre omstillingstid (stilltid). Ytre omstilling skjer utenfor maskinen. Den japanske måten å tenke på, som ble brukt tidlig i 1950-årene i Toyo Kogyos Mazda-fabrikk i Hiroshima for å forenkle og effektivisere omstilling av presser, kaller vi SMED-metoden (SMED - single-minute exchange of die). Metoden bygger på to grunnpilarer: 1 Sortering av momenter som skal gjøres når maskinen stanses (indre omstilling), fra det som kan gjøres når maskinen arbeider (ytre omstilling). Denne strategien hjel­ per oss med å eliminere de dyre momentene. 2 Den japanske strategien er å overbevise ledelsen og medarbeiderne om at kortere omstillingstider er avgjørende for bedriftens lønnsomhet og fleksibilitet.

Forsøk ikke å regne ut lønnsomheten i hvert enkelt omstillingsprosjekt. Få har hatt evnen til å regne ut disse effektene, og derfor har en ikke oppnådd noen positive resultater.

Fem trinn for å forbedre omstillingseffektiviteten: Trinn 1 - analysere nåsituasjonen

Trinn 2 - separere indre og ytre omstilling Trinn 3 - omfordele eller flytte ut

Trinn 4 - minimere indre og ytre omstilling

Trinn 5 - analysere den kritiske linjen

49

Trinn 4 kan være svært omfattende. Det kan derfor være på sin plass å gi disse retningslinjene:

• Standardiser fiksturer og skjærende og holdende verktøy. Forsøk å benytte de allerede de facto-standardiserte elementene. • Benytt funksjonelle fastinnretninger med enkle løse- og festemekanismer. • Benytt fiksturer som kan justeres i forbindelse med ytre omstilling. • Arbeid med parallelle operasjoner dersom plassen tillater det. • Eliminer etterjusteringer i maskinen. • Mekaniser innfestingen.

For å klare trinn 5 trenger vi et analyseredskap som vi raskt kan tilpasse til produk­ sjonsteknikker og verkstedpersonell.

Figur 1.28 Tilpasning av SMED

Det er vanskelig å foreta objektive analyser. Oppfølgingen blir lettere dersom vi har tilgang til et videokamera som vi kan bruke til å filme omstillingen. Det er viktig at maskinmedarbeiderne (operatørene) er med i den gruppen som utfører analysen. Den er til for å forenkle arbeidet deres. I tillegg til videoteknikk kan vi bruke flere andre teknikker, som frekvensstudier, GTT, tidsstudier og MTM. Vi bør ikke bruke såkalte bakspeilteknikker eller studere statistisk materiale. Analysen bør lede til • at vi objektivt identifiserer og skiller ut funksjoner fra hjelpefunksjoner • en kreativ prosess for å gi forbedringsforslag og på forhånd bedømme disse • at vi formulerer konkrete mål med hensyn til nye kritiske linjer for enkelte omstil­ linger når forbedringer blir innført • at vi følger opp resultatet og analyserer eventuelle avvik som underlag for korrige­ rende tiltak

50

en vurdering av disse resultatmålene etter en gjennomgang av effektiviteten under omstillingen

1 Partiomstillingseffektiviteten - POe QF POe

(1:25)

der Q = partistørrelse Fd = foredlingsverdi per del Pk = partiomstillingskostnaden

2 Operasjonsomstillingseffektiviteten - OOC

(1:26) der Fdo = foredlingskostnaden per del (operasjon) Op = operasjonsomstillingskostnaden

3 Omstillingsfrekvensen - Of

(1:27) der N = årsproduksjonen Q = partistørrelsen

Det går utmerket å bruke de anbefalte størrelsene direkte i produksjonen, men vi kan ikke bruke dem til å sammenligne produkter og operasjoner.

Indre omstilling Vraksøking CNC-program

Figur 1.29 Årsak til og virkning av en omstillingsanalyse

51

1.7

Fleksibilitetsbegrepet

Alle produksjonssystemer blir utsatt for endringen Dersom produksjonssystemet kan møte endringene uten problemer, sier vi at systemet er fleksibelt. Disse endringene kan forekomme i et produksjonssystem: Endringer

Tiltak

A

Variasjoner i arbeidsmaterialet Verktøy slitasje Temperaturendringer

Kan løses med tilpasset adaptiv styring eller oppmåling og justering flere ganger

B

Belegget varierer hver uke

Utnytter varierende antall produksjonstimer per uke

C

Nytt parti som tidligere er pro­ Omstilling en eller flere ganger per skift dusert dersom systemet ikke er permanent rigget

D

Nye varianter skal lages et visst Krever tilretteleggelse antall ganger per år

E

Store endringer av produktsorti- Krever stor grad av tilrettelegging, forand­ mentet ringer av maskinutforming og operasjonsrekkefølgen og endringer av maskinparken

Endring A løser vi med teknologisk eller geometrisk tilpasset styring, som gir prosessfleksibilitet. Se figur 1.30. Det er nødvendig med en form for geometrisk tilpasset styring (målstyring) for å tilfredsstille kravet til delens nøyaktighet. Den teknologisk tilpassede styringen gir muligheter til å lage deler med stor variasjon av emnene. Endringene B, C, D og E kan vi løse med en form for omstillingsfleksibilitet og kapasitetsfleksibilitet. Se figur 1.30. Med omstillingsfleksibiliteten mener vi at det er enkelt å omstille systemet fra ett produkt til et annet. Den beste omstillingen oppnår vi med permanentriggede maskiner. Permanentrigging vil si at de skjærende verktøyene er plassert i maskinmagasinet. Maskiner med programmerbart utstyr og datastøttede programmeringssystemer letter omstillingen. Kapasitetsfleksibiliteten krever et stort verktøymagasin og en produksjon med begrenset bemanning. Blandet tilvirkning med store endringer i produktsortimentet forutsetter en høy omstillingsfleksibilitet. Ved å la hver maskin med tilhørende utstyr fungere som en selvstendig enhet og ved å bruke fleksibelt transportutstyr kan vi unngå endringer i utformingen ved vekslingene i delsortimentet. Bruker vi moduloppbygde fleroperasjonsmaskiner er det relativt enkelt å tilpasse maskinene til nye produkter. På figur 1.30 viser vi en oversikt over kravene og forutsetningene for et fleksibelt system for varianttilvirkning.

52

Figur 1.30 Inndeling av fleksible systemer

Vi må kunne tilpasse et fleksibelt system etter de forutsetningene som tilvirkningen krever. Derfor kan to løsninger være realistiske, en for små serier og små sett og en der store variasjoner av del- og produktfamiliene forekommer. En løsning er enstasjonsmaskinen, og en annen er moduloppbygde fleroperasjonsmaskiner.

Figur 1.31 Oppdeling av fleksible systemer

En kartlegging av hvilke arbeidsoppgaver som kreves for bearbeiding av et parti i maskiner med automatisk arbeidssyklus, viser at flere arbeidsmomenter er vanlige, og at disse ofte binder operatøren til maskinene. Se figur 1.32. En begrensende faktor er hvor fleksibel operatøren er ved maskinen. Hva kan vi forvente av medarbeideren ved prosessen? Jo, at vedkommende kjenner, hører, ser, lukter, måler og vurderer. Forholdene som vi har beskrevet ovenfor og på figur 1.32, gjelder ved maskiner der delbyttet skjer manuelt og ikke med håndteringsutstyr. Enkelte operasjoner kan vi automatisere ytterligere.

53

For hver del

Starte arbeidssyklusen

Forandre matingen

Skifte verktøy

Forandre omdreiningstall

Bytte arbeidsstykke Vende arbeidsstykke

Skifte verktøy som er slitt Forandre verktøykorrektøren

Beordre ny oppsetting Skifte program

Korrigere oppspenningen Alarm

Skifte verktøy

Stoppe

Må iverksette tiltak ved for­ styrrelser

Fjerne løs spon For hvert

sett

Skifte måle- og oppspenningsverktøy

Systematiske hendelser

Tilfeldige hendelser

Figur 1.32 Faste arbeidsoppgaver til operatøren

1.8

Tekniske problemområder

Vi kan betrakte et tilvirkningssystem eller et produksjonssystem som en «svart boks» der det skjer material-, energi- og informasjonsomdanning. Se figur 1.33. Prosessen skal med minst mulig innsats gi godkjente deler som oppfyller gitte kvalitetskrav.

Godkjente deler

Restmateriale Energi

Koordinering

Figur 1.33 Problemkomplekser for et tilvirkningssystem

Ulike former for kvalitetsoppfølgingssystemer er nødvendige instrumenter for å klare et stadig hurtigere produksjontempo. Kostnadene for å lage «vrak» bør elimineres i alle former. Vrak behøver ikke bare å bety at en del blir feil, men det kan også inne­ bære at tid mistes.

54

1.9

Nyere metoder

I det siste har en gått nye veier i produksjonsteknikken for å rasjonalisere og effektivisere tilvirkningen. En har sett helhetlig på hele produksjonssystemet og for­ søker på forskjellige måter å bruke nye metoder for å analysere hvordan et tiltak virker inn på de andre delene av produksjonen. To slike begreper er WCM - verdensklasseproduksjon (world class manufacturing) og resursbesparende tilvirkning (lean production). I dette avsnittet skal vi kort presen­ tere metodene.

1.9.1

Verdensklassetilvirkning

En produsent i verdensklasse skal være en bedrift som i et internasjonalt perspektiv kan tjene penger og være framgangsrik nå og i framtiden. For å nå dette målet forut­ settes det at en på forskjellige måter har kontroll over alle aktivitetene i bedriften. En av grunnpilarene i metoden er at de ansatte skal være involvert i gjennomføringen av nødvendige tiltak. Verdensklassetilvirkning kan karakteriseres på denne måten:

visjonært lederskap ny bedriftskultur og nytenking strategiske langtidsplaner og retninger involvere de ansatte og menneskelig resursutvikling integrerte og holistiske (helhetlige) mål målkonsekvent måling og belønningssystem produkt- eller kundefokusert organisasjon godt kommunikasjonssystem støtte til forskning og utdanning kvalitet - kundestyrt produktutvikling og markedsføring - tverrsammensatte grupper for produktutvikling og tilvirkning - individuelt ansvar og arbeid mot kontinuerlig kvalitetsforbedring - statistisk prosesstyring av nøkkelprodukter - belønning av innovasjoner og eksperimenter - partnerlike relasjoner med kvalitetssikrede selgere • produksjon - kontinuerlig tilvirkning eller flytgruppetilvirkning - etterspørselsbasert og ikke kapasitetsbasert tilvirkning - raske endringsprosesser og små seriestørrelser - belønning for standardisering og forenkling framfor automasjon - forebyggende og forutsigbare vedlikeholdsprogrammer

• • • • • • • • • •

Når en bedrift skal gjennomføre et program for å bli en verdensklassebedrift, må hele bedriften være involvert i prosessen. Det finnes flere veier til et vellykket resultat: 1

Vi starter med et pilotprosjekt i bedriften. Der gjennomfører vi samtlige trinn i kjeden.

55

2 Vi velger ut de to gunstigste trinnene i kjeden. 3 Vi gjør siden et «tofrontsangrep». Den ene fronten er innføring av et kvalitets­ system og den andre fronten JIT-produksjon, kontinuerlig flyttilvirkning med raske omstillingstider og små seriestørrelser.

De ulike punktene i gjennomføringskjeden er

strategisk plan ansattes medvirkning lederskap for kvalitet, total quality management - TQM gruppeteknologi - GT flyttilvirkning omstillingsreduksjon reduksjon av seriestørrelsene produktplanlegging og styring totalt vedlikehold leverandørutvikling

• • • • • • • • • •

1.9.2

Resursbesparende tilvirkning

Resursbesparende tilvirkning skjer med et minimum av resurser. Med resurser mener vi alt vi bruker til produksjonen: mennesker, materialer, tid, energi osv. Bedriften forsøker å overgå seg selv ved å hele tiden forbruke stadig mindre resurser. Det forutsetter en overlegen hurtighet, smidighet og evne til å tilpasse seg situasjonen. Det kreves også at bedriften har god kontroll med hele framstillingsprosessen. Det gjelder å velge en teknikk som reduserer resurssløseri. For at vi skal lykkes med å framstille produkter som tilsvarer kundenes behov, forutsettes det at maskinparken er fleksibel, og at personalet er dyktig. Det finnes mange ideer som er hentet fra Japan, der hensikten er at alt som ikke tilfører produktene foredlingsverdi, er sløseri. Til slikt sløseri kan vi regne ubenyttet kapasitet, kapitalbinding, feil osv. Samlebegrepet for resursbesparende produksjon er JIT, som kan løses på flere forskjellige måter. Én er med kanban, som vi har beskrevet før. Her skal vi se på tre andre framgangsmåter som fører til det samme målet.

1.9.2.1 Lederskap for kvalitet, TQM - total quality management Her gjelder det for ledelsen å få de ansatte til hele tiden å forbedre bedriftens kvalitet. Den økte konkurransen kan møtes med å forbedre og følge bedriftens kvalitetsstrategier. TQM kan spores tilbake til Demings ledelsesfilosofi, som ofte sammenfattes i 14 punkter. 1 2 3 4 5

56

Skape et klima for langsiktige beslutninger og stadige forbedringer Ikke akseptere defekte produkter Slutte å prøve å kontrollere inn kvaliteten Redusere antall leverandører og ikke bare vurdere dem etter pris Stadig forbedre hver prosess ved å brukte statistiske metoder

6 7 8 9 10 11 12 13 14

Gi alle medarbeidere mulighet til å utvikle seg i arbeidet sitt Belønne lederskap Fjerne redsel Rive ned barrierene mellom avdelingene Slutte med slagord. I stedet gjennomføre tiltak Avskaffe akkord Fjerne hindringer for yrkesstolthet Oppmuntre til utdanning Sette i verk tiltak for å få i gang forbedringsprosessen

1.9.2.2 TBM - time-based management Metoden fokuserer på bedriftens leveransetider, det vil si tiden som går fra en kunde forteller om et behov, til dette behovet er oppfylt. Det gjelder å redusere tiden for produktutvikling, administrasjon, produksjon, service osv. Flere bedrifter i Norge og utlandet utnytter denne ideen for å redusere bedriftens leveransetider. Bedriftens mål er blant annet å redusere ventetiden og settstørrelsen, eliminere alle aktiviteter som ikke øker verdien til produktet, arbeide tverrfunksjonelt og utvikle relasjonene med leverandørene.

1.9.2.3 Antroposentrisk system - APS Her prøver vi å gjøre arbeidsmiljøet bra og arbeidsoppgavene gode for hver enkelt medarbeider. Økende konkurransekrav kan møtes ved bedre å utnytte kunnskapene og ferdighetene til medarbeiderne. APS innebærer en avansert tilvirkning, som er basert på dyktige medarbeidere og tilpassede teknologier. Det gjelder å balansere menneskelige faktorer med teknikkene som benyttes. De ulike nivåene er • • • • • •

arbeidsplassen gruppearbeidet fabrikkorganisasjonen tekniske verktøy organisasjon og ledelse utdanning og trening

Metodene ovenfor med anbefalinger om å forenkle og effektivisere produksjonen og tilvirkningen bygger på et helhetssyn på bedriften. Vi arbeider mer i lag (team) enn med ordre. Problemene løses i en gruppe når de oppstår.

57

Repetisjonsspørsmål 1 Hvilke metoder finnes for arbeidsmåling? 2 Hva er rasjonaliseringsspiralen? 3 Hvordan måler og definerer vi produktiviteten?

4 Hvilke underavdelinger inngår i et produksjonssystem? 5 Hva mener vi med simulering i et verksted?

6 Hva bør inngå i en analyse av maskinvalg?

7 Hvordan foregår beordring ifølge kanban og konvensjonelle metoder? 8 Hvilke fordeler og ulemper har vi ved et funksjonelt verksted når det gjelder plan­ leggingen?

9 Beskriv funksjonen til ulike transferlinjer. 10 Hva er en flytgruppe?

11 Hva kan vi brukte gruppeteknologi til? 12 Hvordan blir en PFA-analyse utført?

13 Hva omfatter et fullverdig system for håndtering av verktøy?

14 Hvilke krav bør vi stille til verktøybyttesystemet i en fleroperasjonsmaskin?

15 Hva mener vi med basisrigging? 16 Hvilke metoder finnes for omstilling av en maskin? 17 Med hvilke fem trinn kan vi forbedre omstillingseffektiviteten? 18 Hva innebærer resursbesparende tilvirkning for en bedrift med småserietilvirkning? 19 Hvilke tekniske problemområder kan forekomme i et tilvirkningssystem?

20 Nevn og forklar noen måter å forbedre utnyttelsen av tiden på i forbindelse med tilvirkning.

58

2 Verkstedteknisk automatisering

2.1

Generelle synpunkter på utforming av maskinsystemer

I dette kapitlet skal vi se på ulike måter å arrangere maskiner på i ulike typer mer eller mindre automatiserte maskingrupper. Videre kommer vi til å belyse behov for automa­ tisering av maskingruppen. Kapitlet avsluttes med et praktisk eksempel fra en bedrift.

2,1.1

Innledning

Det brukes flere trebokstavkombinasjoner for å beskrive organisasjonsformer, oppstil­ linger og automatiseringsnivåer for maskiner. Felles for disse bokstavkombinasjonene er at de viser hvordan maskinene er organisert, og hvilken type av automatisering vi trenger. I 80-årene diskuterte en CIM - computer integrated manufacturing - som var en måte å innføre data og integrere hele bedriften på - fra verkstednivået til den øverste ledelsen. Denne filosofien kan sies å være en ønskedrøm for en systemtekniker, en datalog og en bedriftsleder. Men rent konkret manglet gode verktøy for å utføre integ­ rasjonen. Problemet lå i vanskelighetene med å få «ett-tall og nuller» til å flytte seg mellom ulike datamaskiner og bety det samme i ulike applikasjoner. På figur 2.1 har vi forsøkt å beskrive CIM. Figuren viser at CIM utgjør helheten, og at de øvrige aktivitetene er sek­ torer eller deler av sektorer.

Figur 2.1 Integrasjonstanken reiser seg som en paraply over bedriftens forskjellige datasystemer. Alle skal kunne bevege seg og hente informasjoner fra den felles databasen

59

Innføringen av CIM skjer best trinnvis, enten fra toppen og nedover eller omvendt. Informasjonsmengden i CIM - eller snarere i virkeligheten - kan beskrives med et triangel. Verkstednivåene har behov for og sitter inne med mest informasjon og denne informasjonen blir mindre etter hvert som vi kommer høyere opp i hierarkiet.

Figur 2.2 Informasjonsmengden i forskjellige nivåer i et verksted

Den store mengden data som må genereres og håndteres, forutsetter at vi kan organi­ sere informasjonen på en kontrollert måte. Bedriften GM foreslo en protokoll som blir kalt MAP, se også avsnitt 2.3.4. Det grunnleggende for alle applikasjoner, se figur 2.1, er at vi bruker en database som er felles for alle brukerne. Informasjonen må kunne tas fram etter behov. CIM er enda en tankemodell som er realisert noen få steder i verden, og det gjenstår mye videreutvikling før strategien kan innføres i alle typer bedrifter. I dag pågår forsknings- og utviklingsprosjekter samtidig som internasjonale og europeiske standardiseringsorganer utvikler nye standarder for å løse informasjonsproblemene. Et slikt prosjekt er avansert tilvirkningsteknologi - AMT (advanced manufacturing technology). Prosjektet drives innen CEN - Comité Européen de Normalisation - og har som mål å muliggjøre datastyring av verkstedet. Videre har vi innført begrepet Intelligent Manufacturing, som er en variant av AMT. AMT har som mål å overføre nasjonale og internasjonale standarder på området til en euronorm - EN. På de områdene der det mangler relevante standarder, vil nye bli utviklet. Det pågår også arbeid i ISO for å dekke samme behov. Vi får håpe at standardene får likt innhold. Prosjektet kombinerer både maskin- og programvare for å løse kommunikasjonsproblematikken i verkstedet. Vi forsøker i første rekke å løse kommunikasjonen fra gulvet opp mot ledelsesnivået. Det pågår også spesielle utviklingsprosjekter på området AMT for å teste ulike delsystemer. Disse prosjektene drives som samarbeidsprosjekter i Europa med deltakere fra bedrifter, institutter og universiteter.

60

2.1.2

Definisjoner

Betegnelsene som vi beskriver og forklarer nedenfor, har fått redusert betydning, men de blir fortsatt brukt i litteraturen.

DAK - datastøttet konstruksjon (CAD - computer aided design) Et hjelpemiddel for konstruksjon og framstilling av tegninger. Systemet kan arbeide med faste modeller eller med trådmodeller i to eller tre dimensjoner. DAP - datastøttet tilvirkning (CAM - computer aided manufacturing) Et tilvirkningshjelpemiddel for å framstille underlag for styring av CNC-styrte verktøymaskiner, det vil si NC-programmer. Systemdelen er ofte integrert med et DAK-system.

PBB - produksjon med begrenset bemanning Det vil si at tilvirkningen kan fungere ubemannet i fra en til seksten timer, og at det manuelle arbeidet fortrinnsvis skjer på dagtid. PBB kan tilpasses i enkelte maskiner, maskingrupper eller hele verkstedavsnitt. FMS - flexible manufacturing system, fleksibelt tilvirkningssystem Systemet består av maskiner, verktøy, håndterings- og måleverktøy, styringsutstyr, datamaskiner og mennesker for tilvirkning (bearbeiding og montering).

Tilvirkningssystemet kan bestå av • enkeltmaskiner • flytgrupper • verkstedavsnitt

Vi kan dele FMS opp i under­ grupper. På figur 2.3 viser vi undergruppene FMM, FMC og FME Det er fortrinnsvis i Japan at de bruker disse begrepene. Figur 2.3 FMS med logiske undergrupper

FMM - flexible manufacturing machine,/7eCyz/?eZ tilvirkningsmodul

FMC - flexible manufacturing cell, fleksibel tilvirkningscelle

FMF - flexible manufacturing factory, fleksibelt tilvirkningsverksted Kommentar: Det engelske ordet «manufacturing» tilsvarer vårt «produksjon». Ordet «production» står for «tilvirkning». Derfor burde vi kalle FMS flexible manu­ facturing production system.

FE - flexible automasjon, fleksibel automasjon Vi deler FE inn i FMS, FMC og FTL. Se figur 2.4.

61

FTL - flexible transfer line, fleksibel transferlinje Dette tilsvarer en omstillbar linje. Se avsnitt 1. Kjennetegn for FTL-systemene er • internt sammenkoplede maskiner • flertrinnsbearbeiding • syklisk transport av arbeidsstykket • styrt materialflyt • delvis mangesidig bearbeidingsutstyr med kort omstillingstid

Figur 2.4 Inndeling av begrepet fleksibel automasjon MT - metodeintegrert tilvirkning Her integreres en eller flere bearbeidingsmetoder i en og samme maskin. Eksempler er fleroperasjonsmaskinen som kan frese, bore og gjenge, og fleroperasjonsdreiebenker som kan gjennomføre både operasjoner for roterende og stillestående verk­ tøy.

2.2

Koordinering med overordnet datamaskin

2.2.1

Styringsproblemet

Et godt tilvirkningsresultat forutsetter at den relative bevegelsen mellom maskinen, arbeidsstykket og verktøyet stemmer overens med kundens, konstruktørens og tegningens intensjoner. For å løse dette pro­ blemet må vi identifisere systemfunksjoner og beskrive koplin­ gen mellom dem. Se figur 2.5.

Figur 2.5 Noen systemfunksjoner og forholdet mellom dem

62

I et fleksibelt tilvirkningssystem skal flere aktiviteter programmeres og bli styrt på en systematisk riktig måte. Tilfeldige forstyrrelser gjør at vi må modifisere, avbryte eller starte det programmerte forløpet på nytt. Ved tilvirkningen av en del skal den gå gjennom et visst antall sekvenser. Se figur 2.6.

Figur 2.6 Tilvirkningssekvens

I styresystemet til en maskin er det integrert flere funksjoner. I dag er det ikke maskin­ varen som er den begrensende faktoren, men mangelen på god programvare. En trinnvis oppbygging av strukturen fører til at funksjoner som allerede er innført, kan beholdes ved den videre utbyggingen. De enkelte trinnene bør være avgrensede, utbyttbare delsystemer. Eksempel på trinn og delsystemer er

1 2 3 4

Styring av utstyret Overvåking av tilfeldige hendelser - havarier Overvåking og tilpasning av gradvise feil - slitasjer Automatisk bytte av verktøy, arbeidsstykke og program etter planlagte eller ikkeplanlagte stopper og automatisk transport mellom lager og maskin

Metoden med trinnvis oppbygging bygger på at vi tydelig avgrenser og definerer trinnene og utformer separate enheter med tilhørende programvare for de ulike trinnene. De må være enkle å integrere i styresystemet eller i en separat datamaskin. For kommunikasjonen mellom de trinnvis oppbygde funksjonene bruker vi en standard for informasjonsutveksling.

63

Trinnvis oppbygging forutsetter at vi bestemmer • hvem som bestemmer i systemet. Strukturen bør være hierarkisk oppbygd og ha klare beslutningsregler • hvordan lagring og overføring av styredata i systemet skal skje • om hvert delsystem skal ha sin egen databank eller ikke • om systemet skal kunne kommunisere med en sentral databank

2.2.2

Dataflyten

De fleste databaserte maskinsystemer må kunne startes på nytt etter en ikke- planlagt stopp dersom den videre bearbeidingen kan skje uten ytterligere skader. Informasjon om hendelsen må lagres, og melding skal overføres til et operatørpanel.

For trinnvis oppbygging gjelder dette: 1 Hver stasjon skal utstyres med lokal kapasitet for behandling av drifts-, samordnings- og omstillingsdata. 2 Det skal finnes et sentralt system for material- og tilvirkningsstyring, koplet til håndteringsutstyret for den fysiske samordningen mellom delsystemene. 3 Programmer for en til seks timers bearbeiding i ubemannet drift skal kunne lagres lokalt. Øvrige programmer bør lagres sentralt og overføres ved behov på dagtid. 4 Datakommunikasjonen mellom enhetene i systemet skal skje via et lokalt nettverk.

64

2.2.3

FMS-konseptet

Systemet kan bestå av • standardiserte kodede lastbærere • lokale systemer som håndterer samordningen, programlagringen. maskinstyringen, overvåkingen og omstillingen • et lite lager og en type automatisk utstyr for materialhåndteringen • lokalt nettverk • eventuelt konvensjonelle maskiner

Erfaringen viser at vi bør bygge på en desentralisering av styringen. Maskinstyresystemet skal håndtere forflytning av maskinakser, setteinn riktig verktøy, holde riktig omdreiningstall og matehastighet og overvåke at de øvrige programmerte verdiene overholdes. Styresystemet skal kommunisere med overordnede datamaskiner i syste­ met og hente inn nødvendig informasjon fra utstyret rundt. Den overordnede samord­ ningen av håndteringsutstyret. programlagringen av ikke-planlagte hendelser, NC-programmene, prioriteringsordningen, beslutningen om omstart osv. bør skje i en separat datamaskin, i en såkalt celledatamaskin. Typiske oppgaver for celledatamaskinen er • lokal lagring av programmene • prosess- og tilstandskontroll • tilpasset styring ved målekontroll, kvalitetsstyringsrutiner • styring og samordning av maskinene og håndteringsutstyret • tiltak ved feil og omstilling • operatørkommunikasjon • kommunikasjon via nettverk med andre systemer Tidskritiske forløp må håndteres med spesielle løsninger, for eksempel slaveprosessorer. Et anlegg som er utstyrt med datamaskiner, har store muligheter for kraftfull kom­ munikasjon med en eller flere datamaskiner. Det går alltid an å ordne punkt-til-punktkommunikasjon. Med slik kommunikasjon mener vi sammenkopling av to data­ maskiner som utnytter en protokoll og en overføringsform som begge datamaskinene kan lese. Denne typen overføring baseres på for eksempel et RS 232 C- eller V.24snitt. Dette snittet er vanlig på CNC-maskiner og annet datautstyr. Kommunikasjonen skal klare å overføre bestemt informasjon, men bør bare være oppkoplet når vi beordrer overføring på sendersiden og deretter beordrer lesning på mottakersiden. Dersom vi ønsker en mer generell overføringsmetode, må vi ha en form for nett­ verksløsning. Det finnes flere generelle nettverk, som Ethernet og Novellnet, på mar­ kedet. Ved nettverk er det viktig at den informasjonen som skal overføres mellom data­ utstyret. må være lesbar for maskinens styresystem. Fordi styreutstyret ofte bygger på punkt-til-punkt-overføring. kreves det en protokoll som kan tolkes. I industrien pågår det innføring av nettverk for sammenkopling av ulikt databasert utstyr. Det kan være alt fra enkle kontorrutiner til hele styringen av produksjonsflyten i en bedrift. De protokollene og datarutinene en bruker, er EIA, R S232 C, MAP, TOP, TCP/IP og PC-nett. Den protokollen vi bruker, kalles ofte MMS. Se også avsnitt 2.3.4 om MAP. Nyere synspunkter på datakommunikasjonen i verkstedmiljøet gjør det mulig å overføre alle typer informasjon, vertikalt og horisontalt i bedriftorganisasjonen. Har vi

65

skapt en informasjon i en datamaskin og lagret den i et datamedium. skal den kunne leses på en hvilken som helst dataterminal.

2.2.4

Tegnkoder

Alle datamaskiner arbeider med informasjonen som er lagret i binær form, det vil si som nuller og ett-tall. På internasjonalt nivå er det bestemt at tallene (0-9) og boksta­ vene (A-Z, a-z) skal oversettes til binær form med en tegnstandard som kalles ASCIItegn. Disse tegnene er standardisert i henhold til ISO 646 og tilsvarende norsk standard. I prinsippet bruker vi i Norge en variant av standardene fordi vårt alfabet også inneholder bokstavene (ÆØÅ, æøå). Tegn i binær form kan representeres med en sjubiterskode eller åttebiterskode. Med en sjubiterskode kan vi bruke 128 tegn og med åttebiterskode 256 tegn. ISO 646 er en sjubitersrepresentasjon. NS-ISO 8859-1 Datarepresentasjon - åttebiterskodede tegnmengder, er basisen for det standardiserte alfa­ betet (Latin - 1) som vi bruker.

2.2.5

Synkron og asynkron overføring

Synkron overføring er overføring av en streng biter mellom dataenheter som har samme klokkepuls. De går i takt. Asynkron overføring er overføring av tegn hver for seg med et starttegn og et stopptegn mellom dataenhetene som har ulik klokkepuls og derfor starter overføringen med å stille klokkepulsen. Overføringen kan skje stokastisk i tiden.

2.3

Datakommunikasjon

2.3.1

Seriell overføring

RS 232 C- eller V.24-porten utgjør en punkt-til-punkt-kommunikasjon. Et V.24-snitt er et fysisk grensesnitt. Dette snittet utgjør en anbefaling som viser til andre standarder. Standarden viser hvordan ledningene skal gå mellom de 25-polede kontaktene. CCITT Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique, er en inter­ nasjonal komité som blant annet anbefaler standarder for datakommunika­ sjon. Den anbefalingen som CCITT gir (V.24) for funksjon, leder og tilkoplingsstift for grensesnitt, bruker vi for tilkopling av terminal og datamaskin til det omliggende utstyret. Tilkoplingen skjer med en 25-polet kabel av maksimalt 15 meters lengde, maksimal overføringshastighet 20 kbit/s.

EIA

Electronic Industries Association er en sammenslutning av amerikanske elek­ tronikkbedrifter. De utarbeider standarder for elektriske data og funksjonsdata for blant annet datakommunikasjon. RS 232 C er en utarbeidet standard for seriell asynkron datakommunikasjon med ubalanserte ledninger over korte avstander mellom datamaskiner og periferi utstyret. Standarden spesifiserer overføringskretser og kontrollkretser, elektriske spenningsnivåer, impedanser osv. Data overføres i blokker på 10 eller 11 biter ved en maksimal avstand på 15 meter og en overføringshastighet på maksimalt 20 kbit/s.

EIA RS 232 C tilsvarer stort sett CCITT V.24 og er akseptert av de fleste produsentene.

66

Sammenstilling og sammenligning av V.24 og RS 232 C: Til Mod

Til Term

★ ★

★ ★ ★

★ *

★

★

★ * *

*

★ ★ ★ ★ ★

*

★ ★

★ * ★

★

Stift 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 20 21 21 22 23 24 25

232 C — BA BB CA CB CC AB CF — — — SCF SCB SBA DA/DB SBB DD — SCA CD — CG — CE CH DA —

V.24RS — 103 104 105 106 107 102 109 — — 126 122 121 118 113/114 119 115 141 120 108/1 108/2 110 140 125 111 113 142

Benevning — Datasending Datamottaking Sendeforstyrrelse Datakanal klar Modemet klart Signaljord Bærebølgeindikering — — Frekvensvalg sendersiden Bærebølgeindikering bakkanal Bakkanal klar Datasending bakkanal Bittakt sendersiden Datamottaking bakkanal Bittakt mottakersiden Analog slynge Sendingsforespørsel bakkanal Tilsluttet fjærforbindelse Dataterminal klar Signalkvalitet indikering Digitalslynge-fjærende Anropsindikering Hastighetsvalg Bittakt sendersiden Testindikering

Tabell 2.1 Sammenligning mellom stiften på V.24 og RS 232 C

Vanligvis trenger vi ikke alle disse tilkoplingspunktene for kommunikasjon fra en dataenhet til en annen. For CNC-system som skal koples til andre ytre enheter, er det ofte nok med en 3-10 stifts tilkopling. Det går klart og tydelig fram i programmeringsmanualen for styresystemene. Vi bør være klar over at hver produsent håndterer signalene noe ulikt. Forskjellen er der, og derfor bør vi prøve oss fram i hvert enkelt tilfelle. I dag finnes det vi kaller enkle snittspioner, som letter feilsøkingen i over­ føringen. Figur 2.8 viser et eksempel på tilkopling mellom et styresystem og periferiutstyret og tilsvarende kontakt.

1 2 3 45 6 78 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

dåodoooodo

o

oo

o

o

o

o

ooo

o

o

o

o

o

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Figur 2.8 Tilkopling av et styresystem og 25-polede kontakter for RS 232 C- eller V.24-snitt

67

2.3.2 TCP/IP- transmission control protocol/ internet protocol En forgjenger til OSI-modellen (open system interconnection), se avsnitt 2.3.3, er TCP/IP (transmission control protocol/ internet protocol). TCP/IP er en samlebetegnelse for to godt utprøvde kommunikasjons­ protokoller. Oppbygningen er lik OSI-modellen, og TCP/IP ses på som en midlertidig løs­ ning. TCP/IP er resultatet av forskning som drives i USA, og er skrevet for universitets­ miljøet. Vi kan dele TCP/IP inn i fem sjikt. Se figur 2.9.

Objekt passerer mellom sjiktene

Sjikt

Figur 2.9 Strukturen til TCP/IP

2.3.3

OSI - open system interconnection

For å skape orden i datakommunikasjonsverdenen startet ISO et arbeid med å utvikle en struktur for datakommunikasjon som har fått betegnelsen OSI (open system inter­ connection). Modellen gir mange fordeler: • Forståelsen øker fordi ulike systemer beskrives på lik måte. • Gjennom oppdeling av funksjoner i sjikt skapes muligheter for å bytte ut et funksjonssjikt med andre funksjoner i det samme sjiktet. • Kommunikasjon mellom systemer lettes. Sjikt

OSI-standarden finnes som NS-ISO 7498 - Datautbytte mellom åpne systemer (OSI). Fordi standarden er svært omfat­ tende, viser vi til spesiallitteraturen. Over­ føringen, atkomsten og håndteringen av filer er også standardisert i en serie som kalles FTAM (file transfer access and management) og finnes i serien NS-ISO 8571-1 - 5. ISOs referansemodell består av sju sjikt. Se figur 2.10.

Figur 2.10 OSIs referansemodell

68

7

Tilpasset sjikt

6

Presentasjonssjikt

5

Hendelsessjikt

4

Transportsjikt

3

Nettsjikt

2

Forbindelsessjikt

1

Fysisk sjikt

Overføringen starter hos senderen i sjikt 7, og hvert sjikt legger noen styretegn til den opprinnelige infor­ masjonen som deretter blir overført til mottakeren i sjikt 1 via en datakabel. Mottakeren skaller av styrebitene fra informasjonen med start i sjikt 1 og slutt i sjikt 7. Det som gjenstår, er den opprinnelige informa­ sjonen. Meldingen som blir overført i det fysiske sjiktet eller mediet, går fram av figur 2.11.

Figur 2.11 Meddelelse ved fysisk overføring

2.3.4

MAP - manufacturing automation protocol

Vi ønsker å standardisere dataoverføringen for at databrukerne skal få muligheten til å velge mellom flere produsenter av datamaskiner og systemer. General Motors, som er en stor produsent av biler, har flere tilvirkningsenheter som bruker utstyr med data­ maskiner. For å knytte sammen disse maskinene til fabrikkenheter kreves et stort utviklingsarbeid på programmeringssiden. Flere brukere på GM ville ta del i all den informasjonen som flyter, og som er lagret i ulike databaser. GM besluttet derfor i 1980 å starte et prosjekt de kalte MAP. Bokstavkombinasjonen MAP står for manufac­ turing automation protocol og betyr tilvirkningsautomasjonsprotokoll. Hensikten med MAP er, med utgangspunkt i tilgjengelige ISO-standarder, å lage en plattform for kommunikasjon mellom forskjellige dataprodusenter. Tall, figur og tekst skal kunne overføres i protokollen. MAP bygger på den arkitekturen som kalles OSI-modellen, og som vi tidligere har omtalt. Se figur 2.10. Dataoverføringen skjer med en bredbåndkabel (IEEE 802.4 broadband token bus), og hastigheten er 10 Mbit/s, det vil si 10 millioner «nuller eller ett-tall» per sekund. MAP har siden starten kommet ut i tre versjoner, og den nåværende MAP 3.0 vil gjelde i minst fem år før ISO reviderer denne standarden. MMS - manufacturing message spesification Det viktigste resultatet av MAP er de programmene som er standardisert for over­ føring av meldinger mellom datautstyr, de såkalte MMS - manufacturing message specification. Disse standardene vil bli utgitt som NS-ISO 9506 Industriautomasjon Spesifikasjon av meldinger for produksjonsutstyr.

69

En MMS består av disse elementene: • Beskrivelse av hvordan vi bruker MMS i spesielle NC-applikasjoner • Beskrivelse av en modell for NC-utstyr i termer av spesielle applikasjonsfunksjoner og hvordan disse «funksjonskartene» kan brukes som attributt på en VMD - virtual manufacturing device • Støtte av NC-spesifikk syntaks for disse MMS-tjenestene, som kan applikeres på en NC-operasjon, og som også tillater sammenlignende standarders spesielle parame­ tere • Definisjon av standardiserte navn for spesielle NC-objekter • Definisjon av spesiell NC-konformitet sammenlignet med MMS-tjenester og parametere for byggeblokkene

Disse meldingsprotokollene er generelle og kan brukes i de fleste nettverk. Spesifikasjon

Nivå 7 Applikasjon

MAP

MAP

MAP

MAP

MSS ISO 9506 del 1 og 2

Nettverksstyring ISO 9595 del 1 og 2 ISO 9596 del 1 og 2

FTAM ISO 8571 del 1 og 4

Katalogservice ISO 9594

ACSE

ISO 8649/2 ACSE service ISO 8650/2 ACSE protokoll

8822 presentasjonsservice 8823 presentasjonsprotokoll 8824 ASN.1 (abstrakt syntaks 1) definisjon 8825 ASN.1 grunnleggende koderegler

6 Presentasjon

ISO ISO ISO ISO

5 Sesjon

ISO 8326 tilkoplingsorientert sesjonservice ISO 8327 tilkoplingsorientert sesjonsprotokoll

4 Transport

ISO 8072 transportservice ISO 8073 transportprotokoll

3 Nettverk

ISO ISO ISO ISO

2 Datalink

ISO 8802.2 logisk linkstyring

1 Fysisk

MAP

MAP

IEEE 802.4 Carrier band Token Bus

IEEE 802.4 Broadband Token Bus

8348 nettverksnivåservice 8348/AD1 tilkoplingsfri modusoverføring 8473 + AD1 nettverksnivåprotokoll 9542 ES til IS utvekslingsprotokoll

Figur 2.12 MAP-standarden, versjon 3.0

70

2.3.5

IGES - initial graphics exchange specification

IGES er et prosjekt som drives av NIST - National Institute of Standards and Techno­ logy i USA. Målsettingen er å få fram et universelt fungerende datautveksling mellom ulike DAK/DAP-systemer. IGES er først og fremst laget for overføring av todimensjo­ nale og tredimensjonale kantmodeller, flatemodeller og tekniske tegninger. Standardformatet for en IGES-fil bygger på kortbilder med 80 posisjoner av sjubiters ASCII-format. Filstrukturen deles opp i fem avsnitt:

• • • • •

Introduksjon og start Globale instruksjoner for pre- og postprosessoren Katalog med pekere til parameterdelen Parameterdelen med hovedbeskrivelse Avslutning

2.3.6

STEP - standard for exchange ofproduct model data

STEP betyr standard for utveksling av produktmodelldata. Det er en av standardene som ISO arbeider med (1993). Den skal standardisere overføringen av informasjon mellom ulike DAK/DAP-systemer. STEP skal lette lagringen og informasjonshåndteringen ved bruk av produktet. Standarden kommer til å behandle både den grunnleg­ gende representasjonen av produktdata og en teknikk for representasjon av et bibliotek med elementer som kommer igjen, eller standarddeler. Med produktdata mener vi den helheten av dataelementer som definerer alle sidene ved et produkt i den tiden det skal vare. Produktdata omfatter derfor geometri, topologi, toleranser, forbindelse, attributt og egenskaper som fullstendig definerer en komponent når det gjelder sluttmål, produksjonstilvirkning, prøving, kontroll og vedlikehold. En av målsettingene med STEP er å kunne håndtere informasjon om produktmodeller som kan tolkes direkte av avanserte tilempningsprogrammer uten menneskelig påvirkning. IGES

STEP

Trådgeometrier

XX

X

Overflater

XX

X

/

X

Tegningsstruktur

XX

X

Tekst

XX

X

Målsetting

XX

X

Solider

Logiske relasjoner

X

Produktstruktur

X

Bibliotek

XX

X

NC

X

Formelement

X

X = i spesifikasjonen XX = i filer / = ufullstendig

Figur 2.13 Sammenligning av prestasjoner mellom STEP og IGES

71

Målsettingen er å

• utvikle teknologien for representasjon og utveksling av digitale produktbeskrivelser • kodifisere denne teknologien som en eneste internasjonal standard • garantere kvaliteten på tilpasningene på hele linjen fra selger til bruker

Programkommunikasjonen beskrives som på figur 2.14. Der viser vi tre nivåer: seman­ tikk, syntaks og datamedium. SEMANTIKK Formelt spesifikasjonsspråk Applikasjonreferansemodell Universelle objektklasser/typer Identifisering/unikhet

SYNTAKS Strøm av påstander/strukturliste Token/Basisdatatyper Alfabet DATAMEDIUM Magnetiske Optiske Lagringsmedier

Distribusjon Konversasjon Nettverk

Figur 2.14 Programkommunikasjon STEP blir et effektivt verktøy for samarbeidet innen produktutviklingen. Det blir mulig å drive prosjektet som en integrert prosess som kopler sammen konstruksjons-, tilvirknings- og vedlikeholdsprosessene. Dermed øker effektiviteten og kvaliteten til redusert kostnad.

CALS - computer acquisition and logistics support CALS står for datastøttet forespørsel og vedlikehold, og den kommer fra forsvarsdepartementet i USA, som er en stor bruker av STEP. CALS forutsetter at bedriften sam­ ler all nødvendig informasjon om produktene på en dataform.

Figur 2.15 Forholdet mellom DAK, DAP og CALS

72

Målet med CALS er å effektivisere informasjonsflyten og redusere de samlede livssykluskostnadene til produktet. Forbedringer kommer til å skje på flere områder, for eksempel bedre kvalitet og reduserte ventetider. Produktiviteten øker dersom samtlige parter i kjeden går over til en papirløs informasjonsflyt. En svært viktig del i informasjonen er at den ikke behøver å gjenskapes med et kvalifisert detektivarbeid, men kan overføres fra en bruker til en annen. Lagringen i de ulike mediene og databasene må være sikker på kort og lang sikt. Informasjonen må kunne tas fram under og etter hele livssyklusen. STEP blir brukt for utveksling av informasjon mellom ulike enheter. I STEP disku­ terer en tilgjengelighetsaspektet og sikkerhetsaspektet. Se figur 2.16. Informasjonen som er lagret, skal være uavhengig av på hvilket tidspunkt den blir overført til et medium vi kan lese.

Figur 2.16 Informasjonens tidsavhengighet. Obs.: Program B kjøres 20 år senere enn program A

2.3.7

Forskjellige typer nettverk

Et lokalt nettverk er et såkalt høyhastighetsnett, og vi kaller det LAN - local area network. Dette datakommunikasjonssystemet gir muligheten for at et visst antall uav­ hengige utstyrsdeler kan kommunisere med hverandre. Nettverket er beregnet til bruk i et begrenset geografisk område, for eksempel innen et bedrift. En naturlig inndeling av lokalnett er bussnett, stjernenett og ringnett. Se figur 2.17.

73

Stjernenett

Figur 2.17 Bussnett, stjernenett og ringnett

2.3.7.1 Bussnettet I en datamaskin bruker vi overføringsbusser for å kople til ulike enheter i data­ maskinen. Det blir en slags «landevei» som alle bruker. Lokalnett som er utformet som bussnett, er bygd opp rundt en seriell overføringsbuss. Hver enhet er direkte koplet til bussen og har mulighet til å sende meldinger til hvilken som helst annen datamaskin på noden.

2.3Z7.2 Ringnettet Ringformede LAN er bygd opp av en serie punkt-til-punkt-forbindelser. Det betyr at nettverket kan ha større utbredelse enn et bussnett. Meldingene sirkulerer i ringen, fra node til node. Datastrømmen passerer gjennom hver node, der signalene blir regene­ rert før de sendes videre. På grunn av dette er ringnettet følsomt for avbrudd. Slutter en node å fungere, blir hele signaloverføringen avbrutt.

2.3.7.3 Stjernenettet I et stjernenett har hver stasjon en helt egen kommunikasjonslinje til et sentralt punkt. Hver stasjon disponerer sin egen linje. Dersom vi ønsker at to enheter skal kommu­ nisere med hverandre, må oppkoplingen av forbindelse skje via en sentral som står i sentrum. Det er denne sentralen som styrer hele nettet.

2.4

Automatisering

Vi skal sammenfatte de grunnleggende viktigste strategiene som kan øke produktivi­ teten og effektiviteten i en virksomhet i ti punkter for automasjon: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

74

Operasjonsspesialisering Operasjonskombinasjon Simultane operasjoner Operasjonsintegrasjon Fleksibilitetsøkning Reduksjon av materialhåndteringen og lagerhåndteringen Kontroll i prosessen Prosesstyring og optimalisering Produksjonsstyring CIM - dataintegrert tilvirkning

Med disse ti strategiene er det mulig å redusere gjennomløpstiden, operasjonstiden og omstillingstiden og å øke utbyttet i systemet. Her er noen forslag: 1 Velg den operasjonen som tar lengst tid, og forsøk å redusere operasjonstiden for dermed å forbedre produktiviteten. 2 Forsøk å finne operasjoner som det går an å kombinere i én stasjon i stedet for i to. Å redusere den ikke-produktive tiden er også en god måte. 3 Forsøk å starte flere aktiviteter samtidig uten at de forstyrrer noen annen. 4 Før sammen operasjoner for å redusere antall stasjoner. 5 Reduser omstillingstiden ved å innføre verktøyvekslere og palettvekslere, eller innfør andre systemer som øker fleksibiliteten. 6 Dersom operasjonstiden for hver stasjon endres, kan det gi mulighet for å redusere antall deler i kjeden eller antall buffere i systemet. 7 Kontroller og foreta målinger i produksjonen. Forbedre kvalitetsstyringen og arbeid mot null feil. 8 Studer produksjonsflyten og reduser antall produksjonskjemaer. Reduser antall planleggingspunkter. 9 Forsøk å overføre informasjon fra tilvirkningssystemet direkte til den overordnede bedriftsstyringen. 10 Sett opp framtidige mål for innføring av CIM, datastøttet tilvirkning. Mange små trinn må til for å nå målet.

2.4.1

Krav til automatisering

Dagens verktøymaskiner er utviklet og optimalisert under forutsetning av at en person er tilgjengelig for å betjene og overvåke maskinene. Arbeidet med PBB og MT (se nedenfor) ved stadig kortere seriestørrelser stiller helt nye krav. Maskinene må tilpasses og optimaliseres både med tanke på bearbeidingen, håndteringen og overvåkingen. Derfor må vi utvikle maskinene og det omkring­ liggende utstyret slik at det kan inngå i integrerte tilvirkningssystemer med over­ ordnede datamaskiner og automatisk transportutstyr. Vi kan dele kravene inn i PBBkrav, FMS-krav, MT-krav og systemkrav.

2.4.1.1 PBB-krav Målet med PBB (produksjon med begrenset bemanning) er å sette kapitalkostnaden for utstyr per produsert del. Det oppnår vi med høy maskinutnytting og lave utstyrskostnader. De viktigste tekniske kravene er disse: 1 2 3 4 5 6

Mulighet for å overvåke prosess, utstyr og kvalitet og å veksle inn reserveverktøy ved behov Mulighet for automatisert håndtering og manuell inspeksjon Tilstrekkelig lagringskapasitet i verktøymagasinet, delmagasinet og programminnet Hurtig og helst automatisk omstilling innen delfamilien ved småserieproduksjon Funksjoner som trinnvis eller oscillerende mating for å oppnå sponbryting Maskinkonsept med forutsetninger for fri sponavgang og effektiv spontransport

75

PBB vil si at det manuelle arbeidet kan skje på dagtid. Teknisk vanskelige momenter kan vi da utføre på dagtid dersom forskjellige magasiner er tilgjengelige.

2.4.1.2 FMS-krav Et FMS-anlegg består av enkelte CNC-styrte maskiner for rotasjonssymmetriske eller prismeformede deler som er koplet sammen med en form for håndteringsutstyr for arbeidsstykke eller paletter. For store årsvolumer bygger vi maskinene som en omstill­ bar linje. For mindre seriestørrelser utstyrer vi dem med mer fleksible transportinnretninger. Håndteringssystemet kan også omfatte en form for lagerhåndtering. FMS-systemet har disse kjennetegnene: • • • • •

Eksternt sammenkoplede maskiner Enkel bearbeiding eller flertrinnsbearbeiding Ikke-syklisk transport av arbeidsstykket Automatisert materialflyt med hensyn på variasjon og sekvens Ingen omstilling for et begrenset sortiment

Det er ikke krav til overvåking av prosessen fordi en eller flere operatører kan over­ våke et FMS-anlegg.

Figur 2.18 Et moderne FMS-anlegg

76

2.4.1.3 MT-krav MT - metodeintegrert tilvirkning - har til hensikt å korte ned den uproduktive tiden og redusere kapitalbindingen. Forskjellige metoder må tilpasses for å lage et produkt, for eksempel kapping, dreiing, sliping, fresing, hullbearbeiding, varmebehandling, over­ flatebehandling, merking og montering. MT krever at • de forskjellige metodene som vi trenger til en bestemt tilvirkning, kan kombineres i en maskin eller maskingruppe • bruk av billige miniprosessorer og kompletteringsmaskiner eller fleroperasjons­ maskiner der ulike metoder er integrert. Fordi miniprosessorene ikke blir styrende, kan det stilles lavere krav til en slik innretning enn til en sentral datamaskin

2.4.1.4 Systemkrav Blant de andre kravene til det framtidige systemet er disse de viktigste: • • • • • •

mulighet til å integrere maskinen i et utbygd tilvirkningssystem lave investeringskostnader, innkjøringskostnader og driftskostnader høy og jevn kvalitet godt arbeidsmiljø høy funksjonssikkerhet og godt vedlikehold for å skape høy tilgjengelighet høy fleksibilitet for å møte endringer

2.5

Løsningsmetoder

2.5.1

Spørsmålsstillinger

Når vi har tatt beslutningen om at produksjonen skal tilfredsstille PBB- eller FMSkravene, må vi finne løsningen på mange vanskelige spørsmål før vi kan foreta ombyggingen. Vi må finne fram til det rette produktsortimentet. Er disse produktene tilstrekkelige for en installasjon? Vi bør kunne besvare disse spørsmålene før vi foretar installa­ sjonen: 1 2 3 4 5 6 7

Hva gjør operatøren i dag? Hvilke arbeidsoppgaver kan automatiseres? Hvilke arbeidsoppgaver kan gjøres på dagtid? Hvilke arbeidsoppgaver kan elimineres? Hvordan skapes et godt arbeidsinnhold ved PBB? Finnes det flere løsningsforslag? Hvilke forslag foretrekkes når det gjelder kostnad per enhet, arbeidsmiljø, kvalitet og fleksibilitet?

I mange anlegg er bare noen av spørsmålene aktuelle.

77

Om arbeidet skal være manuelt eller automatisk, avhenger av dette: • I hvor stor grad gjentas arbeidsoppgaven? Arbeidsoppgaver som gjentas ofte, bør automatiseres. Det bør også arbeidsoperasjoner som er ergonomisk feil. • Er det risiko for tilfeldige forstyrrelser som fører til maskinhavari eller verktøyhavari og til at produkter må kasseres? Her bør kostnadene ved tilfeldige hendelser sammenlignes med kostnadene for overvåking. • Er det ledige operatører?

Mangel på for eksempel gripe- og oppspenningsflater og at delene ikke kan stables eller forskyves, gir ofte unødvendig store problemer. Dette må løses gjennom konstruksjonstilpasning. Korte omstillingstider er en fundamental forutsetning i blandet tilvirkning og må løses på en teknisk og planleggingsmessig riktig måte i et PBB-system. Tettere omstilling fører til flere arbeidsoppgaver, og vi bør studere tidsutnyttingen. Maskinen skal være produktiv og lage riktige deler. Tilretteleggere trenger bedre underlag for valg av verktøy og sikre skjæredata. Dessuten trenger vi opplysninger om begrensninger som kan legges inn i overvåkings­ systemene. Hvilke typer opplysninger trenger vi? Hvilke konsekvenser oppstår dersom grensene i overvåkingssystemet er gale?

2.5.2

Plan legging

Et godt planleggingssystem skal gi løsningen på flere tekniske problemer, eksempel

for

• hurtig beordring • hurtig tilbakerapportering

Planleggingssystemet bør kunne • • • • •

endre rekkefølgen i omstillingene skille mellom dagdeler og nattdeler holde orden på deler som ikke er ferdig bearbeidet styre flyten av verktøy, gripe- måle- og oppspenningsverktøy kommunisere direkte med transportutstyret og de øvrige terminalene

2.5.3

Tilpasning av konstruksjon og tilvirkning

Mange problemer løses ved å konstruksjonstilpasse og tilvirkningstilpasse sortimentet i et PBB-anlegg. De vanligste tiltakene er disse: • Velge av arbeidsmateriale, verktøy og skjæredata ut fra gitte forutsetninger og med tanke på sikkerhet. Verktøy og skjæredata bør velges blant annet ut fra en vurdering av levetiden i forhold til ubemannet kjøretid for å redusere mengden av reserve­ verktøy og for å maksimere antall deler under ubemannet drift. For å redusere antall verktøy i magasinet bør vi velge flerbruksverktøy. Vi kan for eksempel dreie inn­ vendig med korthalsbor og bore med en sentrumsskjærende pinnefres. • Bruke grovest mulig toleranse for å kunne velge den beste målemetoden • Tilpasse formen til delen for å lette innstyringen og stablingen i magasinet

78

• Standardisere - gripe- og oppspenningsflatene - arbeidsmateriale - radier og hull for å redusere antall verktøy

2.6

Håndtering

Hvilken løsning som blir valgt for håndteringsproblemet, er mye avhengig av

• geometri • nøyaktighet • vekt

• syklustid • partistørrelse • årsvolum

Maskinutformingen og -grupperingen påvirker også måten å løse både håndteringsproblemene og magasineringsproblemene på. Et tilvirkningssystem som består av automatisk omstillbare fleroperasjonsmaskiner eller flermetodesmaskiner, er fleksi­ belt. og samtidig får vi kort gjennomløpstid. For løsninger med fleroperasjonsmaski­ ner blir håndtermgsproblemene mindre, fordi maskinen ofte har et fiksturbyttesystem.

2.6.1

Håndteringsmomenter som kan automatiseres

Her ser vi på flere momenter som er enkle og banale for operatøren, men som er vanskelige å mekanisere. Vi bør identifisere slike momenter for å finne andre løsnin­ ger. Vi kan dele inn håndteringsoppgavene i hovedgrupper. Se figur 2.19.

Delen tas ut fra en eske. Posisjon og retning bestemmes visuelt, og delen gripes og løftes opp.

Vinkelposisjonen til delen bestemmes med oyne eller ved beføling. Vinkelen endres til ønsket posisjon. Delen løftes med kjent orientering over til bearbeidingsområdet.

Delens posisjon og retning justeres ved at den varsomt skyves til ønsket posisjon. Oppspenningsverktøyet settes på og festes.

Oppspenningsverktøyet løses slik at delen kan tas ut. Delen gripes i kjent posisjon og løftes over til en plass hvor den slippes eller legges.

Figur 2.19 Hovedpunktene i håndteringen i en konvesjonell maskin

Av de hovedmomentene som vi har satt opp på figur 2.19, er det bare overføring og løsning som vanligvis kan mekaniseres.

79

Sammenligner vi hovedmomentene for håndteringen av delene i en fleroperasjonsmaskin, ser vi hvilke momenter som blir utført manuelt, og hvilke som blir utført auto­ matisk. Se figur 2.20.

Figur 2.20 Håndteringstrinnene ved en fleroperasjonsmaskin

2.6.2

Materialhåndtering

Håndteringen av gods mellom de enkelte maskinene og mellom grupper av maskiner må løses på en effektiv og ergonomisk riktig måte. I dette avsnittet skal vi behandle håndteringsinnretninger som er egnet for funksjonelle verksteder, produktverksteder og flytgrupper. Vi kan naturligvis bruke mer påkostede løsninger ved storserie­ produksjon enn ved blandet tilvirkning. Men det er like viktig at vi studerer materialhåndteringen på en rasjonell måte uansett hvilken type tilvirkning det gjelder. Tabellen nedenfor viser noen eksempler på innretninger for håndtering av deler:

A Løftehjelpemidler

B Transportbaner

C Automatiserte innretninger

- traverser - trucker - løftebord - heiser

- kjedetransportører - rullebaner - skinner

- selvgående trucker - automatisk transportør - industriroboter

Håndteringen skal overføre et objekt til en stasjon etter et gitt bevegelsesmønster. De anbefalte innretningene består både av fast og mobilt utstyr. Overføring kan skje linjebundet eller flatebundet. Linjebundet transportutstyr er rullebaner, trinnmatere, glidebaner, kretstransportører og førerløse trucktog. Flatebundne håndteringsinnretninger er trucker og traverser. Industriroboter er naturligvis en annen håndteringsinnretning som fungerer i et verksted. I prinsippet kan vi klassifisere utstyret etter styringsegenskapene og etter prestasjonene. Se figur 2.21.

80

Fysiske prestasjonskrav

Høye krav til fysiske prestasjoner Enkel styring

Hoye krav til fysiske prestasjoner Avansert styring

Små krav til fysiske prestasjoner Enkel styring

Små krav til fysiske prestasjoner Avansert styring

Styringskrav

Figur 2.21 Gruppering etter egenskapene til forskjellige håndteringsinnretninger

Hva mener vi med håndtering? Håndteringen knytter de enkelte stasjonene sammen. Håndteringsinnretningen er ett av flere produksjonsmidler som skal virke sammen med resten av utstyret. Håndtering kan gjelde ulike objekter som arbeidsstykke, verktøye, måleverktøy og oppspennings­ verktøyet. Hva skal håndteres? Det er viktig å avklare hvilke deler som skal håndteres i produksjonssystemet. Disse er med på å bestemme produktvalget: • materiallikhet • produkttilhørighet • størrelse (vekt, volum) • volumverdi • nøyaktighetskrav • geometrilikhet (form) • operasjonslikhet

Volumstørrelsen kan være et egnet kriterium for å styre delene med stort volum til de dyre, effektive maskinene.

81

Inndeling ut fra gometrien gjør automatiseringen av håndteringen lettere. Materialflyten kan bli komplisert fordi ulike deler skal passere stasjonene. Deler med stor og liten volumstørrelse og forskjellige krav til gjennomløpstiden blir tilvirket i samme gruppe. Operasjonslikheten er positivt for maskinvalget, og det gir enklere flyt. Hånd­ teringen kan bli vanskelig å automatisere. Vi bør være oppmerksomme på at deler med stort og lite volum blandes. En analyse av kriteriene for flyten gir oss disse egen­ skapene ved delene: • produksjonsvolum • variantmangfold

Variantmangfold fører til • ulik operasjonsflyt • at sortimentet endres med tiden • at det ikke er enhetlige gripeflater og oppspenningsflater

Produksjonsvolumet i forhold til variantmangfoldet avgjør i prinsippet hvordan flyten løper i en gruppe av stasjoner.

2.6.3

Delens utseende

Når vi har bestemt oss hvilket sortiment vi skal produsere, studerer vi form og vekt. Delegenskaper av interesse er primære og sekundære egenskaper: Primære egenskaper gripeflater opplegningsflater oppspenningsflater

Dersom delene ikke har de egenskapene vi ønsker, må vi tilpasse konstruk­ sjonen. Delens grunnform er det viktigste kriteriet for valg av håndteringsmetode.

Figur 2.22 Eksempel på gripeevne

82

Sekundære egenskaper rulleevne nøyaktighetskrav hengeevne stivhet materialets stablingsevne temperatur naturlig hvileposisjon materiale overflatekvalitet

Vekten av delen er avgjørende når vi skal vurdere kapasiteten til håndteringsutstyret. Vi stiller også krav til håndteringsutstyret når det for eksempel gjelder materialet som håndteres, stivheten og kravet til nøyaktighet. Gruppeflyten stiller krav til ekstra inn­ retninger for ulike formål, som forgreninger, vendinger og vridningen En bufferinnretning er ofte nødvendig til tross for at gjennomløpstiden dermed øker noe. Maskinene i gruppen kan ha ulike operasjonstider, men det kan også være andre motiver for å bruke en buffer. Den kan for eksempel • • • • • • •

samle tilstrekkelig med deler for å nå økonomisk seriestørrelse redusere risikoen for at dyre maskiner skal bli stående jevne ut belastninger som kommer fra ikke-kjente tider redusere stillstandstiden ved omrigging indikere at noe har gått galt gjøre det mulig å omprioritere redusere virkningen fra begrenset driftssikkerhet

I den styrende maskinen bør automatiseringsgraden være høy for både bearbeidingen og skifte av deler. Vi bør legge mye arbeid i å minimalisere riggingstiden fordi et stort antall ulike deler som lages i gruppen, krever at den styrende maskinen utnyttes effek­ tivt. Del skiftekan for eksempel bestå i • å bytte deler i et parti • å bytte til en ny type deler

2.7

Utforming av maskinsystemet

En automatisert tilvirkningsstasjon består av maskiner med utstyr for PBB-drift som kan endres og bli styrt med programvare fra maskinens CNC-system eller fra en fritt­ stående datamaskin. Maskinen bør kunne kjøres manuelt med overvåkingssystemet frakoplet. Inspeksjon og inntrimming skal kunne foretas under PBB-driften uten risiko for ulykker selv om anlegget ikke er stanset. Her bør vi lese sikkerhetsforskriftene nøye! Det kan også finnes sikkerhetsforskrifter som er utarbeidet av myndighetene. De gjel­ der alltid. Sikre inspeksjonsområder skal finnes ved maskinene der kommunikasjonen foregår mellom menneskene og systemet. Vi skal kunne utføre forebyggende vedlike­ hold og utskifting av verktøy i magasinet uten fare for skader eller stillstand. Håndteringsutstyret skal kunne håndtere materialet fra inn- og utstasjonen til de øvrige arbeidsområdene til maskinen. I visse tilfeller kan vi bruke håndteringsutstyret til transport av måleverktøy, verktøy mellom primær- og sekundærmagasinet og oppspenningsverktøy ved automatisk omstilling. På figur 2.23 viser vi rekkevidden og frekvensen ved bruk av forskjellig håndteringsutstyr. Det er store muligheter å få produksjonen lønnsom dersom PBB brukes systematisk i stedet for at vi løser ett problem om gangen. Det er kombinasjonen av transportutstyr, magasin, gripejern, oppspenningsverktøy, verktøymaskin og styre- og overvåkings­ system som avgjør PBB-systemets fleksibilitet og økonomi. Vi bør gå ut fra begrensningene til verktøymaskinen fordi den er vanskeligst å forandre når vi konstruerer magasin, gripe- og oppspenningsverktøy.

83

Jo flere funksjoner som skal automatiseres, og jo høyere fleksibilitet som ønskes, desto flere frihets­ grader trenger vi i anlegget. Når antallet frihetsgrader øker, blir systemet svakere, dyrere og mer følsomt for for­ styrrelser. Kalibreringspunkter i systemet kan kompensere for forstyrrelser.

Frekvens

Generelle industriroboter

Transportutstyr som trucker og kraner

Figur 2.23 Rekkevidden og frekvensen ved bruk av forskjellig håndteringsut­ styr

Integrerte

Frittstående Bevegelige

2.7.1

Valg av metode

Før vi velger å innføre PBB i en maskin eller maskingruppe, bør vi spørre om ikke delene kan lages på en annen måte. Med systematisk konstruksjonstilpasning og metodetilpasning kan vi få fram løsninger på problemer som oppstår i prosessen. Det kan skje raskere og være mer lønnsomt enn å vente på nye tekniske ideer. Det som avgjør valget av metode, er om det er teknisk og økonomisk forsvarlig på kort og lang sikt. En PBB-prosess behøver ikke alltid løses med et FMS-anlegg. Vi kan velge mellom flere løsninger, blant annet enkelte høyautomatiserte maskiner eller fleksible transferlinjer.

2.7.2

Valg av systemtype

De klassiske tilvirkningssystemene med tradisjonelle bruksområder er • • • • • •

84

faste automater av rundbordstypen eller transfertypen maskingrupper med flerspindlede standardmaskiner og fleksible håndteringsutstyr grupper av enspindlende standardmaskiner med fleksibelt håndteringsutstyr fleroperasjonsmaskiner revolvermaskiner fleroperasjonsdreiebenker

Systemvalget avgjøres av • formen på delene • årsvolum og produktets levetid • antall deltyper i samme system

I virkelig fleksible tilvirkningssystemer kan vi ha en blanding av ulike systemtyper. Fleksible tilvirkningssystemer kan derfor bestå av nesten samtlige systemtyper bortsett fra den faste automaten. Utover numerisk styring er det to krav som er viktige for de inngående maskinene, nemlig automatisk verktøybytte og en form for paletthåndtering.

2.8

Forskjellige maskinkonsepter

I dette avsnittet skal vi presentere noen ulike løsninger som vi har hentet fra studier som er utført i Sverige. Dreiebenker Numerisk styrte dreiebenker er utviklet på mange måter for både å fungere som effektive dreiebenker og som en del i et tilvirkningssystem. I dag er det ikke uvanlig at produsenter kan levere maskiner med integrerte håndteringsutstyr og dobbelte verktøysleider der den ene bæreren er for stillestående verk­ tøy og den andre for roterende verktøy. I disse fireaksede maskinene kan vi bore, gjenge og brotsje hull som er vinkelrette mot eller parallelle med z-aksen i et fritt valgt punkt på langs eller på tvers av matebevegelsene. Dreiebenkene kan også ha to sepa­ rate akser for lengdebevegelsen.

Figur 2.24 CNC-styrt dreiebenk (Stenbergs)

85

Ifølge aksekonvensjonen som er fastsatt, kan en verktøymaskin ha tre vinkelrette og tre roterende akser. De rettvinklede aksene betegnes X, Y og Z og de roterende A, B og C. Dersom vi kan utstyre den fireaksede dreiebenken med en C-akse i spindelen, blir det mulig å frese med roterende verktøy dersom det finnes verktøybærer for roterende verktøy. Denne dreiebenken kaller vi en fleroperasjonsdreiebenk. Kan vi vri verktøybæreren i passelig vinkel i XZ-planet, får vi mulighet til å bore og frese i passende vinkel i forhold til arbeidsstykket. For å lette sponavgangen kan vi gi underlaget en helning slik at tyngden'av sponene får dem til å falle ned i spontransportøren. Sponen faller lett dersom vi konstruerer underlaget med en helning på 45" fordi sponens fallvinkel er ca. 35". Fleroperasjonsmaskiner Fleroperasjonsmaskinene er utviklet for å kunne utstyres med små eller store verktøymagasiner, slik at kjøperen kan bestille det som passer best. For at håndteringen av arbeidsstykket skal bli effektiv, kan maskinene utstyres med automatisert delhåndtering. Denne delhåndteringen baserer seg på håndtering av paletter inn i og ut fra bearbeidingsområdet. Maskinen kan utstyres med flere palettstasjoner eller arrange­ ment for dokking av selvgående trucker og automatiske transportører. Det finnes flere typer av underlag i maskiner for eksempel typene med vandrende eller faste søyler og knetypene. Beddtypene er vanligere og er også mer stabile enn knetypene. Knemaskinene blir mindre fordi motorene og skruene belastes både med vekten av både kneet og arbeidsstykket.

Figur 2.25 Fleroperasjonsmaskinen (Modig)

86

Modulmaskiner De fleste maskinprodusentene konstruerer verktøymaskinene som modulsystemer. Ulike enheter kan integreres i en komplett kundespesifikk verktøymaskin. Både maskinvaren og programvaren er bygd opp i moduler. Nesten alle maskintypene kan innpasses i et modulsystem, men det er bare på programvaresiden vi i etterhånd kan komplettere. På maskinvaresiden kan vi bare komplettere de modulene som allerede fra starten var konstruert og tilvirket i moduler. Vi kunne oppnå store gevinster dersom flere maskinprodusenter hadde blitt enige om å standardisere enkelte enheter. Da hadde hver enhet blitt tilvirket i større serier, og prisen ville blitt redusert. I dag kan vi kjøpe noe tilbehør og spesielle enheter fra ulike produsenter. I en verktøymaskin er ca. 70-80 % såkalte innsatsvarer.

Kolonne (1500 mm)

Svingbar verktøyveksler

Spindelenhet (7,5 kW)

Magasin og kjede for om lag tretti verktøy

CNC

Bordenhet (2500 mm) Kolonne (1000 mm)

Integrert roterende bord (760 mm)

J Bakre fundament (1000 mm)

Dobbelt på­ monterbart roterende bord (500/760 mm)

Bakre fundament (760 mm)

Påmonterbart roterende bord (500/760 mm)

Integrert roterende bord (760 mm)

Bordenhet (1000 mm)

Dobbelt påmonterbart roterende bord (500/760 mm)

Integrert roterende bord (760 mm)

Påmonterbart roterende bord (500/760 mm)

Bordenhet (1500 mm)

Påmonterbart roterende bord (500/760 mm)

Figur 2.26 Modulmaskin

2.8.1

Metodeintegrasjon

Metodeintegrasjon er en metode for å beskrive hvordan vi på en ny måte kan kombi­ nere flere bearbeidingsmetoder for å øke maskinbruken. Vi har tidligere beskrevet metodeintegrasjonen i forbindelse med dreiebenker og fleroperasjonsmaskiner.

87

2.8.1.1

Dreiebenker

I prinsippet kan vi integrere flere metoder i én dreiebenk. Tidligere har vi behandlet fresing med verktøybærere for roterende verktøy og en såkalt C-akse. Andre metoder er sliping og visse plastiske operasjoner som rullegjenging og rullepolering. Dreie­ benken kan også brukes som bærer av utstyr for plasmasprøyting. Vi kan også tenke oss laserherding og trykkdreiing. Borespindler og fresespindler er integrert i fleroperasjonsdreiebenkene. Med slike dreiebenker kan vi gjøre mye arbeid som normalt krever en sidemaskin. Flere tilsatser kan metodeintegreres

• med eller uten Y-bevegelse på dreiebenkens revolver. Med Y-bevegelse blir maskinen samtidig en breakset «fleroperasjonsmaskin» • en motor for hvert roterende verktøy • revolverborhode kombinert med dreiebenkrevolver • ulike revolvere for boring eller fresing og dreiing • magasin og vekslere kun for boreverktøy og freseverktøy • magasin og vekslere for dreieverktøy og boreverktøy eller freseverktøy

Med en styrt C-akse kan vi plassere spindelen i ulike vinkelposisjoner. Dermed kan vi lage ferdig flere deler i en oppspenning. En bedrift, Ikegai, har gjort en fore­ spørsel blant 100 kunder som har fått slike tekniske fordeler med en tilsvarende dreiebenk. Figur 2.27 viser resultatet fra undersøkelsen.

Figur 2.27 Bearbeidinger i 100 bedrifter. Ikegai

Dreiing

11 %

Dreiing og annen bearbeiding

13 %

35 %

Dreiing og bearbeiding av tverrflater og ende­ flater

Dreiing og bearbeiding av endeflater med roterende verktøy

27 %

Dreiing og bearbeiding av tverrflater

14 %

76 % av fleroperasjonsdelene bearbeides med dreiing og med roterende verktøy

Ifølge undersøkelsen egner 76 % av delene seg for fleroperasjonsdreiing. Det er klare fordeler med å kunne gjøre flere bearbeidinger i en og samme oppspenning. Har delen en komplisert form, blir gevinsten enda høyere sammenlignet med konvensjonell bearbeiding. Store karuselldreiebenker kan utstyres med roterende spindel for boring og fresing. Fordi disse maskinene ofte bearbeider tunge deler, oppnår vi flere fordeler siden delen kan ferdigbearbeides i én oppspenning. Det er bare oppspenningsflaten vi ikke kommer til ved.

88

2.8.1.2 Fleroperasjonsmaskiner En fleroperasjonsmaskin er normalt styrt i tre vinkelrette akser. For å øke mulighetene til å lage mer sammensatte deler kan den utstyres med rundmatebord i to vinkelrette plan. Dersom maskinstyresystemet kan interpolere i samtlige akser, oppstår det en femakset fleroperasjonsmaskin. En fireakset maskin får vi dersom vi kan vri paletten kontinuerlig i begge retninger, og maskinstyresystemet kan interpolere i samtlige akser. Dersom styresystemet bare klarer å styre tre akser kontinuerlig, får vi en maskin med indekserbart bord. Men vi bør legge merke til at en vanlig CNC-styrt fresemaskin også kan integreres til en femakset fresemaskin. Figur 2.28 viser aksebevegelsene hos en femakset maskin.

Figur 2.28 Femakset verktøy­ maskin

For å oppnå en mer komplett bearbeiding i én oppspenning utstyrer vi fleroperasjonsmaskinen med en femte akse eller med utskiftbare hoder. Et maskinkonsept for en fleroperasjonsmaskin er å utstyre maskinen med utskift­ bare hoder i stedet for verktøymagasin. Det gjør det mulig å bore og gjenge flere hull samtidig. De utskiftbare hodene kan være av ortogonaltypen eller være hoder med spindler i vertikalretningen eller horisontalretningen. Se figur 2.29. Ortogonalhodet kan vris i passende vinkel og tilsvarer dermed både et horisontalhode og et vertikalhode. De utskiftbare hodene, som ikke må begrense arbeidsområdet, fører til lange overheng og dyrt verktøybytte. Figur 2.29 Ortogonalhode

89

Små vinkelhoder som håndteres som et verktøy og oppbevares i verktøymagasinet, synes å være en interessant løsning. Spesielt er dette interessant med en standardisert tilkoplingsplass for energiover­ føringen ved spindelnesen. Dette løsningsalternativet er dyrt fordi alt verktøy krever et eget vinkelhode.

Figur 2.30 Vinkelhode (Edeco)

Den femte aksen er ofte et rundbord. Det kan føre til store problemer i et PBB-system med palettskifting, for eksempel dersom vi ønsker den samme paletten i den fire- og femaksede maskinen. Dersom vi innfører en kraftig femte akse, begrenses arbeidsom­ rådet fra en kube til en plate. Vi må merke oss begrensningene som oppstår ved inn­ føringen av den femte aksen. I mange fleroperasjonsmaskiner blir materialer som krever høye spindelhastigheter, bearbeidet. I slike tilfeller er utskiftbare høyhastighetsspindler en enkel løsning. De gir en kombinasjon av ekstremt høye omdreiningstall med standardspindelen som har normalt omdreiningstall. Disse høyhastighetsspindlene har lave spindeleffekter og gir et stort spindeloverheng. Kombinasjonen av en høyhastighetsspindel og en normalhastighetsspindel i en og samme enhet synes å være umulig å løse på en teknisk tilfredsstillende måte.

2.8.1.3 Modulmaskiner I Tyskland og Japan er det utarbeidet modulsystemer som kan brukes for å øke seriestørrelsene ved tilvirkningen. Den samme enheten kan brukes i flere maskiner eller i faste og omstillbare linjer. En måte å forbedre gjennomløpstidene ved lange serier i modulopp­ bygde maskiner på er å utstyre maskinene med utskiftbare hoder for hullbearbeiding.

Figur 2.31 Modulmaskin med utskiftbare hoder

90

2.8.2

Overvåking

I dette avsnittet presenterer vi løsninger på hvordan vi kan arrangere overvåkingen ved et par ulike maskintyper.

2.8.2.1 Dreiebenker Målekontroll Det kan innføres tre typer målekontroll. verktøyspisskontroll. prøvemåling og måle­ stasjon i umiddelbar tilkopling til maskinen. • Verktøyspissmåling krever en plass som følger chuckens varmebevegelser. • Prøvemåling krever for høy målenøyaktighet til at måleverktøyet kan passere spindelsentrum, og at målingen kan gjøres på begge sider av delen. Maskinens X-bevegelse må være tilstrekkelig for at metoden skal kunne benyttes. • Målestasjon stiller ingen spesielle krav til maskinen bortsett fra håndteringsutstyret, som må håndtere delene inn og ut fra maskinen og målestasjonen.

Havariovervåking Her trenger vi målesignaler fra for eksempel skjærkreftene. Det kan skje direkte med kraftgivere eller indirekte fra elektriske størrelser i mate- og spindelmotorene. Dersom målesignalene blir samlet inn og behandlet kontinuerlig, kan vi overvåke skjær­ kreftene fra skjærverktøyet gjennom fastsatte alarmgrenser. Når det er fare for havari, utløses en alarm. En alvorlig forstyrrelse, som kan forårsake store materielle og menneskelige skader, er om spennkraften i chucken går tapt ved høye spindelomdreininger. Vedlikehold av chucken er meget viktig fordi det kan være vanskelig at måle trykket i trekksylinderen. Men de fleste chuckprodusenter arbeider med såkalt passivt trykk fra tallerkenfjærer som kan avlastes med trykksylinderen når vi skal skifte ut eller sette på plass arbeidsstykket i chucken. En produsent har utviklet et system med måling av kreftene direkte i bakkene. Måleverdiene blir overført berøringsfritt, og vi kan bruke opp til åtte målepunkter. Slike chucker bør vi bruke når det er høye sikkerhetskrav.

2.8.2.2 Fleroperasjonsmaskiner Målekontroll I fleroperasjonsmaskinen kan målekontrollen skjer på fler måter: 1 Kontroll av stillengder og skjæregger. Det skjer med en måleplass nær arbeidsstykket. I maskiner med palettvekslere plasseres stasjonen på bordet ved siden av paletten. 2 Kontroll av diametere til hullbearbeidingsverktøy. På denne måten kan utboringsstenger automatisk kompenseres. For å få den høyeste nøyaktigheten må det være topunktsmåling. 3 Kontroll av posisjonen til fiksturer og arbeidsstykke. Skjer i praksis med en måler som kan koples inn fra verktøymagasinet ved behov. 4 Kontroll av diameteren til delen utenfor maskinen. Det kan utføres med en industri­ robot som betjener en målestasjon. 5 Kontroll av posisjonen til delen utenfor maskinen. Det kreves en målemaskin.

91

Havariovervåking Den dominerende metoden er måling av spindelmotorstrømmen. Metoden er ikke helt pålitelig når det gjelder overvåking av spinkle verktøy. I verktøybæreren kan vi bygge inn en målegiver for oppmåling av signaler som indikerer verktøybrudd eller høy slitasjehastighet. Fordi hvert verktøy krever sin egen målegiver, blir dette dyrt. Innbygging av lastgivere i spindelen eller paletten er det også mulig å få til, men det gjelder ikke for spinkle verktøy.

2.8.3

Håndteringsutstyr ved ulike maskintyper

Her skal vi diskutere løsningsforslag til håndteringsproblemene. De generelle sidene har vi gjort rede for i avsnitt 2.4.

2.8.3.1 Dreiebenker I et fullt utbygd system skal håndteringsutstyret klare å flytte arbeidsstykket mellom chucken, inn- og utstasjonen og målestasjonen. Videre skal utstyret klare å flytte verktøy, måle- og oppspenningsverktøy mellom magasinet og aktiveringsplassene i maskinen. Det finnes tre typer utstyr for håndtering av arbeidsstykket:

1 Vekslere er den billigste løsningen, men også den stiveste typen. De løsningene som vist på maskiner, er påhengsarmer, gripeutstyr på en sleide eller på revolveren. 2 Portaler er dyrere, men har flere fordeler sammenlignet med en veksler: - håndteringen kan skje med stengte dører - høy lesekapasitet - høy nøyaktighet - lang rekkevidde

Portalene har erstattet vekselarmene og industrirobotene fordi portalen kan arbeide på høyden ovenfor maskinen og blir derfor lett tilgjengelig uten å stjele gulvplass.

Figur 2.32 Eksempel på en dreiebenk som er utstyrt med portal robot (Stenbergs)

92

3 Frittstående industriroboter. Robotlading er enklest å arrangere i en maskin med horisontalt underlag. Dersom maskinen skal være tilgjengelig for inspeksjon under driften, må ladningen skje bakfra. Et annen måte er å plassere roboten i en portal. Det øker tilgjengeligheten til maskinoverflaten. En robot kan også brukes til andre operasjoner på arbeidsstykket, for eksempel grading.

2.8.3.2 Fleroperasjonsmaskiner Disse punktene må betjenes:

1 2 3 4 5 6 7

Verktøy i standardholdere Arbeidsstykker med eller uten palett Spon Måleverktøy Vinkelhoder Høyhastighetsspindler Fiksturer eller fiksturdeler

Ikke alle disse punktene påvirker maskinutformingen. Punkt 2 løses for eksempel med dokkingsstasjoner for selvgående trucker eller automatiske transportører, eller med inn­ retninger for oppbygging av en omstillbar linje. Punktene 1, 4, 5 og 6 kan håndteres som verktøy med utstyr for verktøyveksling med oppbevaring i verktøymagasinet. Punkt 3 håndteres med en spontransportør eller med bearbeidingsmetoder som gir korte sponer. En metode for sponbryting er et høytrykksmunnstykke som rettes mot sponen.

2.9

Erfaringer fra et PBB-system

2.9.1

Bakgrunn

En bedrift trenger nytt produksjonsutstyr. Ledelsen planlegger å øke tilvirkningstakten, men personalet aksepterer ikke skiftarbeid. Derfor må maskinene og organisa­ sjonen gjennomgås. Maskinparken som skal byttes ut, består av to eldre VME-knefresemaskiner med SAABs styresystem fra 1973-74. Arbeidet består av 99 % fresing i skruestykker. Ladning av nye arbeidsstykker skjer i maskintiden. Operatørene gjør også andre sideoperasjoner mens NC-maskinene utfører bearbeidingen, for eksempel grading, boring og gjenging. Interne studier viser at rasjonaliseringseffekten med vanlige CNC-styrte frese­ maskiner utstyrt med to paletter er marginale. Med utgangspunkt i denne situasjonen startet bedriften et utviklingsprosjekt for å finne en optimal løsning med vekt på • • • • • • •

gjennomløpstider utforming flyten bestillingspunkter forbruk per del lagernivåer planleggingsrutiner og tilvirkningsrutiner

93

Målet med investeringen var å nå oppsatt produksjonsvolum og halvere antall produkter i arbeid. Forutsetningene for investeringene var • seriestørrelse: 700-800 deler/år • bearbeidingstid per palett: 45-92 minutter/palett • settorienterte planleggingsrutiner i fjortendagersperioder

En kalkyle med nedbetaling på 2,5 år ved ni timers arbeidsdag og seks timers ubemannet kjøring viser en gevinst per del på ca. 50 %.

Figur 2.33 Utformingen av et installert PBB-system

94

Utstyret går fram av figur 2.33 og består av

• • • • • • •

fleroperasjonsmaskin Niigata HN50 ladeplasser for bearbeidingskuber: 6 stykker boremaskin for grading båndsliper for grading arbeidsbenk for grading og måling stativ for reserveverktøy gassavtrekk

2.9.2

Resultat

Fordeler: Gevinsten per del med ni timers kjøring ble 40 % og vrakgods nær 0 %. Antall palettplasser er økt med tre. Bedriftens portvakt foretar palettskiftet på kvelds­ tid. Dermed økte tiden for ubemannet kjøring med tre timer. Gjennomløpstiden per del ble redusert til 50 % av den tidligere normaltiden. Ulemper: Maskinen har ingen mulighet for å kompensere for ulike verktøy ved verktøybytte. Det betyr at erstatningsverktøyene må være like.

2.9.3

Beskrivelse av overvåkingssystemet NIMS

NIMS er betegnelsen på overvåkingssystemet som Niigata har levert i forbindelse med installasjonen. Det består av

• • • • •

overvåking av verktøylevetiden BTD (broken tool detector) maksimal effektkurve modellkurve - innspilling av spindelmotoreffekten adaptiv kontroll (som denne maskinen mangler)

2.9.3.1 Overvåking av verktøylevetiden NIMS måler inngrepstiden til det verktøyet som roterer i spindelen. Den tiden som vi får ved bearbeidingen, trekkes fra en beregnet levetidsverdi. Når resultatet blir null, utløses en alarm, men maskinen gjør ferdig operasjonen med det aktuelle verktøyet. Deretter stopper maskinen. Dersom det er reserveverktøy innlagt, fortsetter bearbeidingen med det nye verktøyet. Overvåkingen kan innføres for samtlige verktøy i verktøymagasinet, det vil si 60 stykker.

2.9.3.2 BTD - broken tool detector Et signal til NIMS blir gitt når verktøyspissen kommer i kontakt med arbeidsstykket. Da oppstår det en sluttet strømkrets ved at motorstrømmen fordobles. Se figur 2.34. Oljen i lagrene gir fullgod isolering opp til et omdreiningstall på 100 o/min. Dersom verktøyet går av, brytes den sluttede strømkretsen, og forskjellen mellom den innstilte fordoblede motorstrømmen og motorens tomgangsstrøm gjør at det kommer et alarm­ signal. Se figur 2.35.

95

Skjærende verktøy

Figur 2.34 Prinsipiell opp­ bygning av den sluttede strømkretsen

Strøm Boret treffer arbeidsstykket

Maskintid

Figur 2.35 Skisse av motorst rømmen som funksjon av tiden

Ved verktøybrudd brytes den sluttede kretsen, og en alarm utløses

Tomgangsstrøm

Tid

BTD bruker vi ved bor som er mindre enn 6 mm i diameter, og gjengetapper.

2.9.3.3 Maksimal effekt NIMS kan koples inn og ut med M-funksjoner i forbindelse med programmeringen. Maksimal effektovervåking blir stilt inn for hvert verktøy som er berørt. Når motorstrømmen overstiger den forhåndsinnstilte maksimale strømmen for verktøyet i en forhåndbestemt tid, blir alarmen utløst.

Figur 2.36 Strømkurven med hensyn til tiden

96

Egnede bruksområder: • • • • • •

planfresing skivefresing fresing med vendeskjær pinnefresing med hurtigstål korthullboring variasjon i arbeidsmonn ved for eksempel støpegods

2.9.3.4 Modellkurve Med NLMS spilles en ampere-tid-kurve for et nor­ malt bearbeidingsforhold inn på en kassett. Når produk­ sjonen starter, sammenlignes NIMS-kurven for hver del og verktøy mot den innspilte verdien. Avviker strøm­ styrken mer enn «innstilt toleranse», utløses en alarm. Figur 2.37 Strømkurvens forløp ved modellkurve

I NIMS programmeres verdiene inn for tidstoleransen og en strømtoleranse. De repre­ senterer den øvre og den nedre strømverdien som et normalt bearbeidingsforløp kan variere innenfor. Modellkurven bruker vi ved boring over 6 mm og ved fresing med pinnefreser.

2.9.3.5 Adaptiv styring Et skjæreforløp spilles inn, og NIMS legger inn et referansenivå som er 25 % over den midlere effekten til et innspilt skjæreforløp. Maskinen forandrer matingen med mellom 30 % og 150 % slik at utgangseffekten er lik referansenivået. Øker matingen med over 150 %, utløses en alarm. Reduseres matingen til under 30 % og strømmen fortsatt er for høy (over referanse­ nivået), kommer det også en alarm.

Figur 2.38 Effektkurven ved adaptiv styring

97

Adaptiv styring bruker vi ved bearbeiding av støpegods eller deler med variasjoner i kuttdybden. Ved alarm hender dette: • matingen stopper • spindelrotasjonen stopper • retur til den forutbestemte stillingen til verktøybytteposisjonen via en forhåndsprogrammert vei • bytte av palett • omstart fra programmets begynnelse • havarert verktøy byttes ut automatisk med reserveverktøyet • bearbeiding av ny palett begynner

2.9.4 Erfaringer fra gjennomført installasjon Generelt For å lykkes med en PBB-installasjon må vi besvare flere spørsmål før maskinene leveres. Hvilke deler skal lages? Hvordan skal de spennes fast? Hva er den beste bearbeidingsgangen? Hvis det er behov for konstruksjonsendringer for å få en bedre bearbeiding, kan vi slå flere deler sammen til en del i stedet for å montere dem sammen? Mål, toleranser, skjærende verktøy og fiksturer skal være på plass og fungere når maskinen er installert. Maskin Etter installering av Niigata HN50 gikk det fem måneder til trimming av NC-programmene og justeringer av overvåkingsverdiene. Etter tre måneder kunne maskinen kjøres i produksjon på dagtid, og etter seks måneder var maskinen i drift ni timer bemannet og seks timer ubemannet per dag.

Sponhåndtering Delene er i stål og stålstøpegods. De gir lange sponer ved normal bearbeiding. I maskinen som skal kjøres ubemannet i lang tid, må flatene være rette og glatte og ha størst mulig helning fram til spontransportøren. Det må ikke finnes smutthull hvor sponene kan feste seg.

Skjærende verktøy Hele verktøysortimentet må standardiseres. Vendeskjærverktøy må brukes i størst mulig grad. Fordelen med vendeskjær er redusert behov for effektiv kjøling. Dessuten blir sponbrytingen bedre. Problemene med hurtigstålverktøyet er vanskelighetene med verktøyslipingen og at kjølevannet ikke når fram til skjærepunktet. Ved korthalsboring må delene sitte godt fast, kjølevannet være riktig blandet, pumpen ha høy kapasitet og matingen være riktig tilpasset materialet slik at spon­ brytingen blir riktig. Vi bør velge verktøy med mest mulig innvendige kjølekanaler. Ved boring med spiralbor brytes sponene etter programmerte sponbrytingsykluser. Ved gjenging med tapp for bunnhull er problemet at sponene vil feste seg rundt gjengetappen. Vi bruker svært ofte spondrivende gjengetapper.

98

2.9.5

Fortsatte investeringer

Det positive resultatet fra FMS-anlegget har resultert i at bedriften har investert i en utbygging av anlegget. Figur 2.39 viser anlegget i dag. Lager

,ft, fl, fl, fl, flå flm flflflfl

Figur 2.39 FMS-utforming

Anlegget består av • • • •

6 Niigata fleroperasjonsmaskiner 1 Valmet kranautomatlager 10 ladestasjoner 1 vaskeanlegg

I anlegget håndteres 120 paletter og 30 ulike deltyper. På palettene sitter en grunnfikstur med fire sider som ser ut som en kube. På kubesidene spennes ulike fiksturer fast. På en palett kan det være satt opp ulike deler og like mange som skal settes sammen i den neste operasjonen. Bearbeidingstiden er ca. 1 time per palett. Operatørene arbeider dagskift, og resten av døgnet er produksjonen ubemannet. Bemanningen er ca. 11 000 timer/år og produksjonen ca. 25 000 timer/år. Reservekapasiteten er opp mot 32 000 timer/år. Verktøymagasinet rommer 120 stykk verktøy per maskin. Hver maskin er utstyrt med fire overvåkingssystemer: • • • •

strømmåling gjennom verktøy i inngrep innspilling av spindelmotoreffekt tidsovervåking av hvert verktøy adaptiv styring med tilbakekopling av spindelmotoreffekten og dermed justering av matingen

Arbeidsgangen Det finnes en basiskjøreplan i systemet. Ved behov foretar operatører endringer i kjøre­ planen om morgenen. Operatøren demonterer palettene som er bearbeidet i løpet av

99

natta og lader dem med nytt materiale i overensstemmelse med kjøreplanen. Når en palett er ferdigladet, kvitterer operatøren via knappesystemet som finnes ved hver lade­ stasjon hvor palettene hentes. Kranen henter paletten og lagrer den i kranlageret. Styre­ systemet holder rede på hvor hver palett er. hvilken status den har, og palettens prioritet i køen. Anlegget kan også kjøres halvautomatisk. Det betyr at paletten håndteres direkte mellom maskinen og ladestasjonen uten å plasseres i kranlageret. Mellom maskinen og ladestasjonen er det også en kø til vaskemaskinen for rengjøring av kuber.

Arbeidsoppgavene til operatøren er • • • •

lading av paletter overvåking av systemet vedlikehold av utstyret justering av kjøreplanen

Investeringer Totalt har FMS-anlegget kostet 14 millioner svenske kroner (1985). Av disse er 6 mil­ lioner investert i paletter og 1,5 millioner i verktøy.

2.10 Prøving av enkle eller sammenbygde maskiner En investering i en verktøymaskin eller et maskinanlegg, for eksempel et FMS-anlegg, er kostnadskrevende. Bedriften ønsker derfor å få størst mulig avkastning på investe­ ringen raskest mulig etter installasjonen. I forbindelse med installasjonen er det viktig at maskinen kontrolleres på riktig måte. For å velge det beste alternativet bør vi først ha foretatt en analyse slik at vi vet at den valgte løsningen passer det nåværende og det forventede framtidige produkt­ spekteret. Vær oppmerksom på at det er en funksjon og ikke et produkt vi kjøper. Funksjonen er å ha tilstrekkelig kapasitet til å produsere de aktuelle delene. Se også avsnitt 1.1.8. Analysen av produktspekteret kan vi dele inn i to trinn. Det første trinnet består av underlaget fra tegningene, og det andre trinnet er oppgaver fra tilvirkningen. Nedenfor følger en sjekkliste med viktige krav:

• • • • • • • • • • • • •

tegningsnummer - artikler årsvolum stykktid maskinens ytre mål maskinens bearbeidingområde X, Y, Z og A, B, C minste avstand spindelnese - bordsentrum største avstand spindelnese - bordsentrum avstanden spindelsentrum - bordsentrum - søyle indeksbord rundbord koordinatbord antall bearbeidede sider indekseringsvinkel

100

• •

•

• • •

•

• •

•

rundmating vektkrav - maksima] last på bordet - momenter på bordet verktøykrav - antall - maksimum diameter - minimum diameter - maksimum diameter på verktøyholderne spesielle styresystemfunksjoner fastspenning tilførsel av trykkmedium - hydraulikkolje - trykkluft toleransekrav - dimensjonstoleranse - formtoleranse - planhet - vinkelretthet effektbehov - netto spindeleffekt omdreiningstall - maksimum - minimum matehastighet - minimum - maksimum - hurtighet

Ved å fylle inn sjekklisten ovenfor blir det enklere å få fram og vurdere de forskjellige løsningsalternativene. Mange leverandører setter pris på å få en godt gjennomarbeidet kravspesifikasjon. Når så maskinen eller maskinanlegget er på plass, er det svært viktig at vi prøver maskinen etter standardiserte metoder. Maskinprøvingen kan deles inn i disse punktene:

Prestasjonstest Her bør vi kontrollere • • • • • • • • • •

spindelomdreiningstallet arbeidsmatinger hurtigmating tomgangseffekten maksimum avvirkningsevne trekkstangens holdfasthet arbeidsområdet elektrisk utstyr - EN 60204 tippetest NC-programmering

101

Stabilitetstest Fjæring i spindel, sleider (dubb på dreiebenker).

Geometrisk oppmåling Blir utført i henhold til standardiserte tester som bygger på Schlesingers statiske testprogram. Slike tester er utarbeidet for de fleste maskintypene, og de inneholder anbefalinger om målemetoder, måleverktøy og tillatte avvik. Vibrasjonstest Testen gjelder vibrasjonsnivået rundt maskinspindelen, maskinbordet og verktøyholderne. Det kan forekomme flere typer av dynamiske krefter som kommer fra tilvirkningstoleranser og friksjon mellom maskindeler. Lydnivåtest (støytest) • Lydnivået ved minst seks målepunkter rundt maskinen ved maksimalt omdreiningstall under tomgang. Avstanden mellom målepunktet og lydkilden skal være 1 meter. • Oktavbåndsanalyse gjennomføres ved operatørplassen. Nøyaktighet • posisjonering • repetering • glipp • overlapping • sirkulærtest

Måling med laserinterferometer er den beste og enkleste metoden.

Termisk stabilitet Den termiske vandringen kontrolleres fra kald til varm maskin og fra varm til kald maskin. Målingen kan skje hvert tiende minutt.

Bearbeidnings- og interpoleringstester • Bearbeiding etter et standardisert forløp. Maskinen bearbeider en spesiell testdel, som siden måles opp i en målemaskin. • Lineær interpolering kan kontrolleres med en sinuslinjal. • Sirkulær interpolering kan kontrolleres med en spesiell måleprobe, såkalt «sirkulær prøving». Bearbeidning av produksjonsdel Kommende produksjonsdeler kan brukes som testdel. Kapabilitetsundersøkelser kan også gjøres. Funksjonstest Her bør maskinfunksjonene som nødstopper, beskyttelsesinnretninger, skjærevæsketilførsel, dreneringer, spontransportører, palettvekslere, informasjons- og varselskilt og overvåkingssystemet kontrolleres.

102

I tillegg til testene som vi har beskrevet her, må vi kontrollere kommunikasjonen mellom maskinstyresystemet og det overordnede datasystemet for de enkle og de sammenkoplede maskinene. Her kan vi benytte flere av standardene på dataområdet. Mange av funksjonene i datasystemet og kommunikasjonsprotokollen er sertifisert av leverandørene. Det er viktig å kreve leveransebevis av leverandøren og kontrollere i leverandørbedriften ha klare grensesnitt mellom forskjellige leverandører spesifisere klare leveransetester og verdiene som skal oppnås i kjøpsavtalen ha personale med kunnskaper og direkte kontakt mellom produksjonsarbeideren og leverandørens tekniker for å få en god installasjon og igangkjøring • være nøye med å gi alle krav og synspunkter skriftlig

• • • •

Når vi kjøper inn utstyr, er det viktig at vi formulerer skriftlig betydningen av tilgjen­ gelighet, tilgjengelighetsgaranti og øvrige garantioverenskomster. Disse er ofte fastsatt i leveransebestemmelsene.

2.11 Maskinsikkerhet Maskinsikkerheten er viktig fordi varer kan selges fritt i Europa dersom visse krav oppfylles. Disse kravene er sammenfattet i maskindirektivet, som gir regler for hvordan maskinsikkerheten skal opprettholdes. Regelverket gjelder maskiner som vi bruker, produserer eller gjør forandringer på før forsendelse, både for drift i og utenfor Norge. EFs maskindirektiv 89/392/EEC omfatter hovedprinsippet for de harmoniserte standardene på området. En harmonisert standard er en standard som er laget på oppdrag av EU-kommisjonen og gitt ut av kommisjonens offisielle organ - Official Journal.

Vi deler standardene inn i tre grupper:

A-standarder De er gyldige for flere maskiner og kan gjelde for eksempel konstruksjonsprinsipper og terminologi.

B-standarder Standardene kan gjelde innretninger for flere maskiner, for eksempel sikkerhetsavstander, styreorgan og trykkfølende underlag. C-standarder Disse gjelder spesifikke maskiner som for eksempel fleroperasjonsmaskiner. Dersom det finnes en C-standard for en maskintype, behøver vi bare å oppfylle den for å kunne leverere maskinen fritt i EU.

Problemet er at det må finnes kunnskap om og forståelse for samtlige tre standarder.

103

2.11.1 Sertifiseringsproseclyre Sel vsertifisering Dersom en produsent har en maskin som oppfyller maskindirektivkravene, eller som er tilvirket etter en harmonisert standard, dokumenterer dette og undertegner en EUdeklarasjon om overensstemmelse, har produsenten mulighet til å CE-merke maskinen (selvsertifisering). Se figur 2.39. CE-merket ser alltid likt ut. uavhengig av hvordan vi har utført sertifiseringen. Merket skal settes på produkter som omfattes av såkalt NAdirektiv (new approach). I visse direktiver finnes det regler for merkingen, og merket skal av og til følges av et årstall. Merket er til for at markedskontrollen skal vite at produsenten garanterer at produktet er i overensstemmelse med oppsatte krav for sikkerhet, helse og miljø.

Figur 2.39 CE-merket. Merket skal ha en minstehøyde på 5 mm. Det skal være lettlest og varig

For de maskinene som er dekket av en C-standard, skal noen av disse punktene være oppfylt: 1 Selvdeklarasjon: Sammenstilling av teknisk dokumentasjon og opprettelsen av EUdeklarasjon. 2 EU typekontroll: Typekontroll ifølge maskindirektivet anneks VI og opprettelsen av EU-deklarasjon.

2.11.2 Farlige maskin er For maskinene som regnes som farlige, kreves det ifølge maskindirektivet spesielle regler. Som farlige maskiner regner vi • • • • • • • • •

sirkelsager for tre og kjøtt håndmatede høvelmaskiner for tre planhøvler for enkelsidig trebearbeiding båndsager med bevegelig bord kombinasjonsmaskiner håndmatede tappemaskiner med flere verktøyholdere for tre håndmatede fresemaskiner med vertikal spindel for tre bærbare kjedesager for tre formsprutmaskiner eller formpressingsmaskiner for plast og gummi

104

• presser (inklusive kantpresser) for kaldbearbeiding av metaller, med manuell ilegging og/eller avtaking, og som har arbeidsdeler med en bevegelse som kan over­ stige 6 mm. og en hastighet som kan overstige 30 mm/s • maskin for arbeid under jord av disse typene: sporbundet maskin (lokomotiv og bremsevogner), hydrauliske takstøtter og forbrenningsmotorer • håndlastede trucker for innsamling av husholdningsavfall med kompresjonsmekanisme • beskyttelsesutstyr og avtakbare overføringsakser med universalkoplinger • løftekjøretøy

For farlige maskiner som produseres etter en harmonisert standard, gjelder:

1 Tilvirkerdeklarasjon. Dokumentasjon av autorisert organ 2 Tilvirkerdeklarasjon. Dokumentasjon av autorisert organ som verifiserer at standarden blir fulgt 3 EU typekontroll. For maskiner som mangler standarder, gjelder typekontroll som blir utført av et organ oppnevnt av EU

En søknad om typekontroll skal rettes til et autorisert organ i EU. Denne søknaden skal inneholde opplysninger om

• navn og adresse til produsenten eller vedkommendes autoriserte representant, og opplysninger om maskinens tilvirkningmetode • teknisk dokumentasjon som minimum består av - sammenstillingstegning med tegning på styrekretsene - deltegninger. beregningen prøveresultater og lignende som vi trenger for å kon­ trollere maskinens overensstemmelse med viktige miljø-, helse- og sikkerhetskrav - beskrivelse av valgte løsninger som eliminerer farene ved drift av maskinen, og en liste med de standardene som er benyttet - maskinens instruksjonsbok - spesielt ved serietilvirkning skal det følge med en beskrivelse av de tilpasnin­ gene som er gjort for at maskinen skal tilfredsstille maskindirektivets forskrifter Vi bør observere at det er maskinbyggerens ansvar at sikkerhetsstandardene blir fulgt. En maskinbygger kjøper inn maskiner fra et ikke-europeisk land og utstyrer dem med transportinnretninger og industriroboter fra Sverige. Maskinen bygges sammen til et FMS-anlegg. Dersom anlegget skal leveres i EU, er maskinbyggeren ansvarlig for at alle inngående komponenter og maskinenheter oppfyller kravene i maskindirektivet. Dersom maskinbygget kan føre til helsefare og slik skade oppstår, er maskinbyggeren ansvarlig for skaden. Dersom maskinen er kjøpt inn fra en distributør i EU, er distri­ butøren ansvarlig for at den leverte maskinen oppfyller kravene i maskindirektivet. Konklusjonen blir at vi alltid skal sørge for at de innkjøpte komponentene oppfyller kravene for å selges fritt i Europa. En ombygging eller komplettering av en maskin fører til at maskinbyggeren får totalansvaret for helheten. Ved all maskinbygging må en først studere gjeldende A-, B- og C-standarder og spesielt avgjøre om produktet faller inn under gruppen farlige maskiner. Det er svært viktig ut fra et sikkerhetssynspunkt at vi studerer maskinsystemet trinnvis. En fornuftig framgangsmåte er først å foreta en risikoanalyse og deretter avgjøre hvilke tiltak direktivet krever.

105

2.12 Verkstedtilbakerapportering Helt siden industrialiseringen i begynnelsen av forrige århundre har en søkt ulike veier for å tilfredsstille behovet for intern informasjon i den berørte organisasjonen. I verkstedindustrien gjorde behovet for informasjon om produksjonsstatusen seg tidlig gjeldende. Metodene for å samle inn og overføre informasjon er utviklet i takt med at tilgjengelig teknikk er fornyet. Gjennom utviklingen av datateknikken er det åpnet helt nye veier som har forbedret datakvaliteten, hurtigheten og detaljeringsgraden radikalt uten at driftskostnadene har økt. En stadig utvikling av egnede givere og mediebærere har gjort det mulig å drive automatiseringen av datainnsamlingen svært langt. Både teoretiske studier og praktiske forsøk har vist at det er mulig å forbedre tilbake rapporteringen vesentlig. Det er viktig at tilbakerapporteringen fra verkstedet bedres slik at effektiviteten i verkstedet kan videreutvikles mot kortere ventetider, økt arbeidsinnhold og en økt produktivitet.

2.12.1 Hvem trenger informasjon om produksjonen? I alle organisasjoner skjer det en eller annen form for produksjon. Den kan deles inn i tre hovedgrupper, vareproduksjon, tjenesteproduksjon eller en kombinasjon av begge. Dersom hovedproduktet er en vare, pleier vi å kalle det vareproduksjon, til tross for at også tjenestene i tilknytning til varen kan være svært betydningfulle. Forholdet blir til­ svarende ved tjenesteproduksjon. Ved all produksjon trenger vi informasjon om statusen. Typen av informasjon varierer, ikke bare mellom hovedtypene tjenesteproduksjon og vareproduksjon. Også innenfor disse gruppene varierer behovet mye. Vi skal i dette avsnittet konsentrere oss om vareproduksjon i verkstedindustrien. Vi har satt problemet med tilbakerapporteringen fra verkstedgulvet i sentrum i den videre beskrivelsen. For å forstå hvordan en kompleks organisasjon fungerer, skal vi ta for oss en forenklet modell. Det er da svært viktig at modellen vår avspeiler hovedaktivitetene som vi ønsker å studere på en korrekt måte. En verkstedbedrift har en slik komplek­ sitet. For å kunne studere ulike aktiviteter i denne organisasjonen må vi altså lage en forenklet modell av den. Det finnes mange modeller for hvordan en verkstedbedrift fungerer. Avhengig av hva vi skal studere, blir ulike deler av objektet satt i fokus. Dersom vi for eksempel skal studere markedsrelasjonene, retter vi størst oppmerksomhet mot bedriftens kontaktoverflater mot omverdenen. Denne modellen skiller seg på mange vesentlige punkter fra en modell for å studere objektets interne resursbruk. På figur 2.40 viser vi en modell som er utarbeidet for å studere problemene rundt foredlingsprosessen. Hele prosessen domineres av en omfattende materialflyt. Mellom innstasjonen og utstasjonen foregår det en endring (foredling) av materialet, på en eller flere plasser. For at forandringen skal lede til en foredling av materialet, trenger vi både informa­ sjon til prosessen (tegninger, beskrivelser osv.), og informasjon/ra prosessen (resurs­ bruk, avbrudd osv.).

106

Figur 2.40 Modell for å studere foredlingsprosessen i en bedrift

For å effektivisere prosessen gjør vi en fordeling av resursene. Denne måten å plan­ legge på øker behovet for informasjon både fra og til prosessen. Av den resterende organisasjonen i en verkstedbedrift har de fleste som hovedoppgave på forskjellige måter direkte eller indirekte å betjene og passe på at produksjonsprosessen løser sine oppgaver på beste måte. Se figur 2.41.

Figur 2.41 En organisasjon og en informasjonsflyt er nødvendig

107

En bedriftsorganisasjon, som sørger for at materialflytprosessene og materialforedlingsprosessene får korrekt og relevant informasjon til riktig tid, har gode forut­ setninger for et høyt resursutbytte og dermed en god effektivitet. Det er bare organisa­ sjoner som vet å utnytte resursene sine på denne måten, som på lengre sikt kan overleve i et marked bygd på fri konkurranse, under forutsetning av at markedet etter­ spør de varene de produserer. En viktig forutsetning for en effektiv resursbruk er at informasjonsflyten fungerer både til og fra foredlingsprosessen. Generelt har informasjonen til foredlingsprosessen vært ansett som viktigere enn informasjonen fra foredlingsprosessen. Vi skal merke oss at informasjonen til prosessen i høy grad bygger på resultatene som allerede er oppnådd. Resultatene av all informasjonsbehandling er avhengig av to viktige forutsetninger: • at informasjonen behandles korrekt (modellen er riktig) • at inndata er riktige og relevante (datakvaliteten)

Hva som skjer i et verksted, er viktige inngangsdata for blant annet planlegging, tilvirkning og vedlikehold. De aktivitetene gir igjen styringsinformasjon til framtidige forventede hendelser i verkstedet. Se figur 2.42.

Figur 2.42 Hendelseskjeden rundt resursbruken i foredlingsprosessen

Noen bedriftsfunksjoner er nærmere knyttet til verkstedet og har derfor også større behov for informasjon direkte fra verkstedet. Vi kan nevne disse eksemplene på slike bedriftsfunksjoner: • Formannsfunksjonen står stadig i kontakt med produksjonen, både for å løse problemer som kan oppstå, og for på ulike måter å forebygge at problemer oppstår • Funksjonen å gi ordre i verkstedet må, for ikke å belaste verkstedets ulike resurser unødig, hele tiden ha en fersk oppdatering av hendelsesutviklingen i verkstedet

108

• Ordre overvakingsfunksjonen har som oppgave å følge veien til de forskjellige ordrene gjennom verkstedet. Oppgaven er å sammenligne resultatet av de forskjellige ordrene med de fastsatte planene og å sette i verk korrigerende tiltak når det blir oppdaget avvik • Produksjonsplanleggingsfunksjonen skal planlegge resursbruken i den nærmeste framtiden ut fra produktenes behov for resurser og ut fra den aktuelle produksjonsstatusen • Tilretteleggingsfunksjonen skal forberede en ordreutgang med hensyn til - passende resursbehov - tilgjengelige produksjonsresurser - eventuelle behov for spesielle forberedelser (NC-programmering, fiksturframstilling o.l.) • Vedlikeholdsfunksjonen skal forebygge og avhjelpe produksjonsforstyrrelsene og følge opp produksjonsresursen. Hvordan resursene er utnyttet, er derfor en svært viktig informasjon for vedlikeholdsarbeidet • Kvalitetsplanleggingsfunksjonen har til oppgave å passe på at produktene har en optimal og jevn kvalitet. Dette arbeidet blir best utført ved at hvert produksjonsmoment tilpasses slik at kvalitetsresultatet for produktet i sin helhet blir som for­ ventet. Påviste avvik under framstillingen kan ha innvirkning på sluttresultatet. SPS, statistisk prosesstyring, krever en omfattende informasjonstilbakeføring fra tilvirkningsavdelingen og kontrollavdelingen

• Kalkylefunksjonen bygger forhåndskalkylene sine på planer og prognoser. Etterkalkulering tar i størst mulig grad hensyn til hva som faktisk har skjedd under produk­ sjonsprosessen. Eventuell differanse mellom kalkylene kan ha mange årsaker. De kan føre til korrektive tiltak • Produksjonsstyringsfunksjonen skal passe på at resurser er tilgjengelige på rett plass, i rett mengde av riktig type, til rett tid og til lavest mulig kostnad, for at produksjonen skal flyte problemfritt. For å forbedre denne funksjonen må produk­ sjonen følges opp og årsakene til eventuelle avvik avklares slik at en får et korrekt resultat i fortsettelsen • Materialstyringsfunksjonen skal sørge for at materialer er tilgjengelige på rett plass, i rett mengde, til riktig kvalitet, til rett tid og til lavest mulig kostnad. For å nå et bedre resultat må det også være en oppfølging, det vil si innhenting av informasjon fra den pågående prosessen I alle disse funksjonene inngår det. direkte og sentralt, informasjon fra produksjons­ prosessen. Det er en forutsetning at denne informasjonen er tilgjengelig for at disse funksjonene skal kunne løse oppgavene sine på en hensiktsmessig måte. På den andre siden har disse funksjonene til oppgave å forsyne den tilvirkende enheten med den informasjonen den trenger for å kunne utføre oppgavene sine. Denne sterke og viktige vekselvirkningen forutsetter at informasjonsoverføringen skjer raskt, og at data­ kvaliteten er god.

109

2.12,2 Hva må vi vite om produksjonen? k produsere i verkstedindustrien er en kompleks aktivitet. Det er mange samvirkende resurser som må til for at vi skal kunne nå det ønskede resultatet. Mange ulike bedrifts­ funksjoner påvirker tilvirkningsprosessen. Alle disse funksjonene trenger også informasjon fra tilvirkningen for å kunne dokumentere resultatet av innsatsene sine og for å kunne tilpasse sine framtidige påvirkninger etter den aktuelle situasjonen som råder ved tilvirkningsprosessen. I hovedsak kan informasjonen fra tilvirkningen deles inn i fire kategorier. Dette er informasjon om

• • • •

resurser tider kvantiteter kvaliteter

2.12.3 Informasjon om resurser En viktig og kapitalkrevende del av tilvirkningen er de resursene som må til for å nå de resultatene vi ønsker. Ved all tilvirkning trenger vi en passende blanding av tre hovedgrupper av resurser. Den ene går på personale, den andre er forskjellig slags utstyr. Kapital er en tredje vik­ tig resurs, som før tilvirkningen blir satt inn i de to andre resursgruppene. Personalet er bedriftens viktigste resurs. Tregheten på arbeidsmarkedet kombinert med direkte og indirekte personalkostnader betyr at vi må legge stor vekt på ansettelser og på personalutvikling. A følge opp arbeidssituasjonen til personalet blir derfor en hovedoppgave. Det er viktig å tilby meningsfulle arbeidsoppgaver og en riktig arbeidsbelastning. For å nå disse målene for personalpolitikken må vi ha en kontinuerlig, korrekt og lett tilgjengelig informasjon om personalsituasjonen. Det må være en av hovedopp­ gavene for tilbakerapporteringen fra verkstedet. Maskiner, lokaler og annet utstyr som er nødvendig for å drive en rasjonell produk­ sjon, representerer en stor kapital i verkstedindustrien. Disse resursene må utnyttes på en mest mulig effektiv måte for at bedriften som helhet skal nå et akseptabelt resultat. Det kan derfor aldri være et mål i seg selv å forsøke å maksimere belegget av disse resursene. Derimot bør vi ha som mål å utnytte resursenes yteevne optimalt også der­ som dette resulterer i en tilsynelatende stor uutnyttet kapasitet ved de enkelte maski­ nene. Gjennom dette har vi økt handlefriheten ved planleggingen både på kort og lang sikt. En forutsetning for å kunne utnytte dette er selvsagt at vi har informasjon både om resursenes yteevne og den daglige utnyttelsen. Her er tider for ulike arbeidsmomenter et viktig utgangspunkt. Fra dem kan vi få en oppfatning av resursenes kapasitets­ utnyttelse og ikke bare det totale tidsbehovet. Den tilbakerapporteringen som skjer fra dagens verksteder, gir dessverre sjelden mulighet til å beregne kapasitetsutnyttelsen, men bare dekningsgraden ved enkelte resurser. En forutsetning for å kunne dele tidene nøyaktig og detaljert nok er en høy grad av automatisering av informasjonsinn­ samlingen. Å følge opp kapasitetsutnyttelsen både på kort og lang sikt er en forut­ setning for å finne ut hvilke ytterligere resurser som må settes inn, og hvilke som ikke er riktig tilpasset oppgaven. Den kortsiktige løsningen ligger ofte i at vi forsøker å

110

redusere problemene ved å endre planene. På lang sikt kan vi løse problemene ved å investere i ny teknologi, øke resursene på det eksisterende teknologinivået eller kjøpe inn produksjonskapasitet. På tilsvarende måte kan ledig kapasitet utnyttes til å øke fleksibiliteten ved planleggingen. Den langsiktige løsningen av et kapasitetsoverskudd kan bestå i å fjerne den eller øke produksjonsvolumet. Det er selvfølgelig også andre handlings­ alternativer avhengig av den aktuelle situasjonen. Kødannelser i produksjonen oppstår som et resultat av forstyrrelser i kombinasjon med en altfor høy kapasitetsutnyttelse av resursene. Dersom resursene utnyttes til 80-90 % eller mer av den nominelle kapasiteten, synker systemets fleksibilitet raskt mot null. I et slikt tilfelle blir kødannelsen det naturlige resultatet av uforutsette hen­ delser. I et komplekst miljø, slik tilfellet er i verkstedindustrien, blir det ofte uforutsig­ bare forstyrrelser. Derfor må vi ta slike forstyrrelser med i beregningen. Derimot greier vi ikke å forutse dem. Vi må derfor skaffe oss metoder for å oppdage dem raskt, eller oftere symptomene på forstyrrelsene, kødannelsen, og deretter utnytte de hand­ lingsalternativene vi bør ha i beredskap for å redusere effektene. Et slikt handlings­ alternativ kan være å øke fleksibiliteten til produksjonsutstyret gjennom en lavere kapasitetsutnyttelse eller et lavere belegg.

2.12.4 Informasjon om tider Planlegging for framstilling av et produkt skjer ut fra størrelsene tid og resurser. Den totale tilvirkningstiden for et produkt brytes ofte ned i ulike deltider. Det skjer fortrinnsvis slik at deltidene tilsvarer ulik resursbruk i framstillingsprosessen. Resursbruken for et produkt varierer mye i løpet av den tiden det er i verkstedet. Produktkalkyler baseres på dette faktumet. Den tiden som produktet mellomlagres (venter), er relativt sett mindre kostnadskrevende, mens tiden med produksjonsavbrudd er relativt kostnadskrevende. For å kunne bedømme effektiviteten til et produksjonsutstyr må en rekke godt spesifiserte deltider og det tilsvarende resursforbruket dokumenteres. Detaljeringsgraden i denne dokumentasjonen er ofte bestemt av de praktiske begrensningene til tidsregistreringssystemet og ikke av det faktiske behovet. Organisasjonen har vært tvunget til å tilpasse rutinene sine deretter. Mer detaljerte deltider fra produksjonsutstyret gir mulighet til mer detaljert oppfølging, og det kan igjen føre til en bedre effektivitet i produksjonsprosessen. Prosesstiden i en verktøymaskin for et produkt eller et parti av produkter kan grovt deles opp i produksjonstid og stilltid. Produksjonstiden kan igjen deles opp i bearbeidingstid, håndtid og avbruddstid. Så kan bearbeidingstiden igjen deles opp i tider med forskjellig utnyttelsesgrad av maskinytelsen. Hvor langt vi bør gå i å dele opp tidene, er et spørsmål om hvilken verdi en mer detaljert informasjonen har. Informasjonen har først en verdi når den utnyttes. Men de tilbakerapporteringssystemene som er vanlige i dag, er som nevnt ikke spesielt detaljerte. Derfor finner vi ikke i dagens organisasjonsstruktur en direkte bruk av den detaljeringsgraden som vi har beskrevet ovenfor. Behovet gjør seg likevel gjeldende på flere indirekte måter.

111

2.12.5 Informasjon som kvantiteter og kvaliteter En parameter som er viktig for resultatet, er den mengden som ferdigstilles i produk­ sjonsprosessen. For å kunne bedømme prosessen er det viktig å vite hvor stor del av det opprinnelige antall deler i en ordre som resulterer i ferdige produkter. Den delen som av forskjellige årsaker faller bort underveis i framstillingen, gir en indikasjon på prosessens kvalitative virkningsgrad, kapabiliteten. For å kunne påvirke resultatet er det viktig å oppdage så tidlig som mulig hvor og helst også på hvilken måte feilene oppstår. I konvensjonelle produksjonsprosesser bruker en å ta en kvalitets- og kvantitetskontroll. Kontrollen er skilt fra, men i umiddelbar tilkopling til de ulike delprosessene. Denne kontrollformen fører til at eventuelle korreksjoner kommer sent inn, kanskje først når det neste partiet produ­ seres. Resultatet kan bli et stort antall kasserte deler. En mer praktisk måte for raskere å korrigere for avviket er å styre prosessen ved hjelp av adaptiv styring. Dermed kan en, dersom kontrollmulighetene er til stede, foreta en inn-prosesskorreksjon, og kassasjonen skulle rent teoretisk nærme seg null. Rent praktisk er det viktig at mer omfattende kassasjoner raskt rapporteres slik at en ved tilvirkningen og planleggingen får mulighet til å vurdere om metode- eller prosessendringer må settes i verk for å forhindre en gjentakelse. Årsakene til feilen må også inngå i den informasjonen som rapporteres tilbake. Alle slags kontroller krever resurser. Derfor må vi vurdere kontrollfrekvensen opp mot kassaksjonsfrekvensen og merkostnaden på grunn av avviket fra det forventede produksjonsresultatet.

2.12.6 Dagens tilbakerapporteringssystem - prinsipper I dag finnes det verkstedtilbakerapporteringssystemer med forskjellig automatise­ ringsgrad. Felles for dem er at datainnsamlingen skjer manuelt, det vil si at de bygger på iakttakelser og observasjoner gjort av menneskelige sanseorganer. Dette er den største ulempen med systemet. Alle data som finnes i tilbakerapporteringssystemet, er subjektive. Derfor har grunndataene en varierende kvalitet. Også mengden observasjoner begrenses kraftig av dette. Bare enkelte overordnede hendelser registreres. De hendelsene som vanligvis registreres, er når en ordre legger beslag på et bestemt utstyr eller en gruppe av utstyr. Det kan skje på flere forskjellige måter, alt fra at vi noterer ned eller stempler med et stempelur tiden på et spesialkort, tilbakerapporteringskortet, til at vi via en dataterminal ute i verkstedet mater informasjonen direkte inn. I det siste tilfellet har vi fordelen av en tidlig dataregistrering. Informasjonssystemet kjenner da til hendelsen og kan bearbeide den eller formidle den til brukerne. Det kan som regel ikke skje i de tilfellene der vi bruker rapporteringskort. Disse må først oversendes til en dataoperatør, som så kan mate dem inn til datasystemet. Først etter dette er infor­ masjonen om hendelsen tilgjengelig for brukerne. Det vil si at det i det siste tilfellet oppstår en tidsforskyvning mellom hendelsen og informasjonen om den. Tidsforskyv­ ningen kan variere avhengig av innleggingen, mellom en dag og opp til noen uker. Derimot er kvaliteten på informasjonen stort sett uavhengig av tilgjengelighetstiden. Denne avhenger i hovedsak av rapportøren. På samme måte som beskrevet ovenfor rapporteres også ofte opplysninger om at ordren er ferdigbearbeidet i utstyret eller forlater utstyrsgruppen. Utover denne

112

tidregistreringen blir vanligvis antallet registrert. Det kan skje både før og etter foredlingsavsnittet. men pleier vanligvis bare skje i forbindelse med at ordren forlater utstyret. Mindre avbrudd eller tilfeldige produksjonsstopper rapporteres mer sjeldent. Ved lengre avbrudd er det vanligere å rapportere. Ikke sjelden kommer denne informa­ sjonen inn i datasystemet i forbindelse med en avrapportering, det vil si at informa­ sjonen først er tilgjengelig når feilen er rettet opp. Ofte har vi gruppert de vanligste avbruddsårsakene og kodet dem. Ved lengre eller ofte gjentatte avbrudd blir avbruddkategorien registrert. Kvaliteten på de dataene som blir ført inn i rapportsystemet, er vanligvis så lav at vi av og til vegrer oss for å bruke dem. Årsakene til den lave kvaliteten er selvfølgelig mange, subjektiviteten har vi allerede nevnt. En annen viktig årsak er sannsynligvis at også lønnssystemet delvis er basert på prestasjoner. Normalt fører slike avbrudd eller produksjonsstopper til lavere lønn for det berørte personalet. Dersom tilbakerapporteringsdataene også går inn i underlaget for lønnsberegningene, har vi med stor sannsynlighet skapt et tilbakerapporteringssystem med lavest mulig kvalitet på ingangsdataene.

2.12.7 Tilbakerapporteringssystem med rapportkort Blant de styrekortene, kortsettet, som slippes ut når en ordre skal tilvirkes, finnes det et visst antall tilbakerapporteringskort. De skal brukes til tidsrapportering ved forskjellige trinn i tilvirkningen. Når en begynner en operasjon eller en avgrenset mengde arbeidsmomenter, registreres tiden på det bestemte kortet. På det samme kortet skrives tiden for even­ tuelle avbrudd, årsakene til avbruddet og kommentarer dersom det er skjedd uforut­ sette ting. Når operasjonens arbeidsmoment avsluttes, registreres også dette tids­ punktet. Deretter overføres informasjonen på kortet til en datamaskin, der den bearbeides og distribueres i bearbeidet form ti) forskjellige brukere, som på grunnlag av det kan sette i verk passende tiltak for framtiden.

113

Repetisjonsspørsmål 1 Hva mener vi med OSI, og hvilken fordel har OSI framfor andre metoder å over­ føre data på? 2 Hvordan overføres en melding mellom to enheter med et RS 232 C-snitt?

3 Hvordan kan vi overføre informasjon med et MAP/OSI-nett?

4 Hva inngår i begrepet CIM?

5 Hva er forutsetningene for PBB i et FMS-anlegg?

6 Hva mener vi med MMS? 7 Hvilke fordeler har STEP framfor IGES?

8 Hvilke nett-typer er vanlige i LAN? 9 Hvilke er de viktigste strategiene ved automatisering?

10 Hva kjennetegner et FMS-anlegg?

11 Hvilke spørsmål bør vi kunne besvare før vi kjøper inn et FMS-anlegg? 12 Hva er de klassiske tilvirkningssystemene?

13 Beskriv noen moderne maskinkonsepter i forbindelse med metodeintegrasjon.

14 Hvordan blir det utført målekontroll ved en fleroperasjonsmaskin? 15 Hva innebærer en havariovervåking av en fleroperasjonsmaskin?

16 Hvordan kan vi organisere håndteringen ved fleroperasjondreiebenker og fleroperasjonsmaskiner? 17 Hva bør vi tenke på i forbindelse med prøving av en verktøymaskin? 18 Hvordan utføres en selvsertifisering av en maskin som skal kunne selges fritt i EU? 19 Hvordan skal en BTD (broken tool detector) prinsipielt være bygd opp?

20 Hvilke typiske oppgaver har en celledatamaskin i et maskinsystem?

114

3 Numerisk styrte maskiner

3.1

Innledning

Automatisering vil si at en innretning som skal utføre en prosess, blir utstyrt slik at innretningens funksjon blir helt eller delvis uavhengig av inngrep fra mennesker. Numerisk styring av verktøymaskiner er i denne sammenhengen en måte å øke auto­ matiseringsgraden på. Med numerisk styring av verktøymaskiner mener vi at maskinen kan utføre hele eller deler av arbeidsprogrammet sitt automatisk og blir styrt av et program der veiinformasjon og omkoplingsinformasjon (spindelomdreiningstall, matehastigheter og lignende) blir uttrykt med tall. Interessen for numerisk styring av verktøymaskiner har økt kraftig siden 1960-årene. Bruksområdet er dominert av maskiner for sponskjærende bearbeiding, men numerisk styring utnyttes også til andre metoder, som • trykkdreiing • laserskjæring • rørbøying • stansing og nibling • målemaskiner • væskestråleskj æring • industriroboter • gnistbearbeiding • induksjonsherdere • skjærebrenning

3.2

Forskjellige måter å sette i verk automatisering på

3.2.1 Mekanisk styrte maskiner Allerede i 1870-årene begynte de å utvikle automatdreiebenker i USA. Maskinfunksjonene ble styrt av kammer, og derfor kaller vi ofte disse maskinene for kamstyrte auto­ mater. På kamakselen på figur 3.1 sitter styrekammeret. som i dette tilfellet er radialt (plant), men det kan også være aksiale (sylindriske). De radiale kammene er stålskiver med et hull som passer til kamakselen og en medbringerinnretning, for eksempel et hull eller et kilespor, som gir kamskiven en bestemt stilling på akselen. Radiene ut til kamskiveperiferien varierer i samsvar med de bevegelsene vi vil at kamskiven skal gi hevarmen, som ligger an mot kamskivens periferiflate. Figur 3.1 Prinsippskisse for kamstyrt tverrmating av dreiestål

1 15

Når vi setter flere kamskiver på den samme kamakselen. kan vi styre flere forløp. Tilpasning av kammenes utforming og deres vinkelposisjon på akselen fører til at vi får ulike hevarmsbevegelser i den rekkefølgen vi ønsker. Kamakselen roteres med det omdreiningstallet som samsvarer med den tiden vi vil at gjennomføringen av programmet skal ta. En kamaksel med tilhørende kammer, ruller og hevarmer gir et fast program som det er forholdsvis tidkrevende å forandre på. Systemet er robust, og det passer godt til å styre rent mekaniske verktøy, som koplinger av ulike slag, eller til å gi bevegelser til verktøybærerne til maskiner for sponskjærende bearbeiding. Den kamstyrte klassiske automaten er en typisk storseriemaskin. Maskintypen er driftsikker, men har lange still- og forberedelsestider. Store partier er økonomisk. I plasstilvirkning i for eksempel bilindustrien bruker de fortsatt denne maskintypen.

3.2.2 Elektronikkstyrte automater 3.2.2.1 Elektromekaniske komponenter Den elektriske utviklingen førte til økt bruk av elektriske komponenter, og da utviklet en automater der strømbryterne og releene spiller en viktig rolle i styringen av maskinen. For eksempel kan hevarmen på figur 3.1 (kamstyring) erstattes med en mikrobryter som styrer ett eller flere releer, som i sin tur styrer en funksjon i maskinen. Denne typen styring finner vi også i dag blant annet i trykkpresser. Denne måten å styre en maskin på er en slags sekvensstyring. Maskinen er utrustet med posisjonsfølere og tilstandsfølere (for eksempel brytere), som gir signaler når en bestemt stilling er nådd. Disse signalene bruker vi som impulser til framføring i pro­ grammet. Ofte skal flere forutsetninger være oppfylt før et nytt trinn i programmet kan tas. For eksempel skal visse maskindeler befinne seg i bestemte stillinger, drivmotorer skal være i gang, o.l. Det løser vi ved at bryterne for disse funksjonene koples i serie. På figur 3.2 ser vi et eksempel på det.

Figur 3.2 Et eksempel på en enkel vilkårskjede

Her må kontaktene a, b og c være sluttet for å gi spolen d strøm. Spolen kan siden for eksempel være et elektronisk relé, som igjen styrer en eller annen funksjon.

116

Ytterligere et trinn i utviklingen av et mer fleksibelt styresystem er innføringen av såkalt kamstyring. Lengdebevegelse

Figur 3.3 Eksempel på kamstyring

Her gir ikke bryterne signal direkte til motorene som utfører bevegelsen, men til en innstillingstavle (propptavle) som velger hva neste programtrinn skal være. Propptavlen programmeres ved hjelp av propper i ulike hull. Ved et gitt signal går en trinnvelger fram et trinn, og et signal går videre til de utførende enhetene, som for eksempel kan være motorer. Når vi studerer styringen av tekniske funksjoner, finner vi at vi kan angi vilkår for at funksjonen skal settes i gang med setninger som inneholder «og» eller «ikke». For å studere hvordan vi kan bygge opp et styresystem ut fra oppsatte vilkårssetninger, har vi bruk for den logiske algebraen eller boolske algebraen. Figur 3.2 viste betingelsen for funksjonen d, nemlig a og b og c. Funksjonen til kretsene som arbeider etter koplingslogikken, er altså å åpne veien for impulser til de utførende enhetene når fastsatte vilkår er oppfylt. Vi snakker her om portfunksjoner, og styresystemene blir bygd opp av og-porter, eller-porter og ikke-porter. I begynnelsen ble portene bygd opp av releer. Deretter ble transistorer koplet som brytende eller sluttende elementer. Virkemåten var i prinsippet den samme som for releer. I dag bruker vi nesten bare logiske IC-kretser som portfunk­ sjoner.

3.2.2.2 Programmerbare logiske styringer Mikroelektronikken har nærmest ført til en revolusjon i automatiseringsteknikken. Ofte bruker vi såkalt PLS-utstyr (programmable logical controller), som er en omprogrammerbar fast logikk. Se figur 3.4.

117

Programmeringsenhet

Figur 3.4 PLS-utstyr

En PLS består normalt av en sentral styreenhet, innganger og utganger, minnekretser og en programmeringsenhet som ofte kan koples bort fordi den ikke er nødvendig ved kontinuerlig drift. I minnet programmerer vi de kommandoene som kreves for å styre et visst automatiseringsobjekt. En PLS er stort sett bygd opp av datakretser, men mangler i sin enkleste utførelse datamaskinens programvare og beregningskapasitet. Den er bygd for bruk i verksted og er enkel å håndtere. Inngangene og utgangene er ofte utført som skruekoplinger, slik at vi kan bruke tilstrekkelige effekter til å tilkople ventilspoler, kontaktorer og lignende direkte. Ofte er det lysdioder ved inngangene og utgangene for å markere om signalene foreligger eller ikke. Funksjonen til en PLS er vanligvis slik at samtlige innganger og utganger leses av når programmet gjennomløpes. Avhengig av tilstanden til inngangene og utgangene og hvordan PLS-en er programmert, gir den styresignaler ut. Enkle betingelser kan ofte skrives inn, og det er vanlig med et antall forsinkelseskretser og tellekretser. Det gjør at vi kan løse de fleste styreproblemene med relativt enkle og kostnadseffektive PLSsystemer. Programmeringen av en PLS er lagt til rette slik at den skal kunne utføres av verkstedpersonalet. Det er mest vanlig at programmeringen følger et reléskjema, fordi det forutsettes kjent. Ved kraftig PLS-utstyr kan reléskjemaet vises på en bildeskjerm. Det er også vanlig at vi programmerer med boolske uttrykk. Dem skriver vi da som ordlignende uttrykk, som er konstruert slik at de skal være lette å huske. Det forekommer også flytskjemainnrettet programmering av samme type som vi bruker ved program­ mering av datamaskiner. Slik programmering kan koples direkte til et funksjons­ skjema. Typiske oppgaver for et PLS-system er å • erstatte relésystemer i automatisert utstyr • samordne mellom systemer • styre flyten i tilvirkningssystemer med automatisert materialhåndtering

118

Vi bruker også avanserte PLS-systemer til å overvåke bestemte målepunkter der vi bruker analog-til-digitalomforming, til utskrift av måledata, feilanalyse og til å regulere både analoge og digitale prosesser. Store systemer kan ha opp til flere tusen digitale innganger og utganger. PLS-systemer er svært brukbare på de fleste verkstedtekniske områdene. De åpner muligheten til å løse styreproblemene på en standardmessig måte. For brukeren betyr det blant annet • • • • • • •

enklere programmering enklere montering og installasjon mindre utprøving og vedlikehold redusert reservedelslager mulighet til å endre programmet på en enkel måte mulighet til å bygge ut systemet med flere moduler mulighet til å kople sammen utstyr til integrerte systemer

PLS-systemer er fortsatt underlegne datasystemene når det gjelder avansert program­ mering og mulighet til å bruke visse høynivåspråk. Det er mulig å kople til PC- eller arbeidsstasjonsbaserte utviklingsmiljøer for slik programmering.

3.2.3

NC-maskiner

I 1949 kom noen for første gang på tanken å konstruere maskiner som kunne forstå sifferangivelser. De samme geometriske data som beskriver et arbeidsstykke, skulle få styre bearbeidingen. Betegnelsen NC er hentet fra den amerikanske terminologien og er en forkortelse for «numerical control». Numerisk kommer fra latin og betyr «uttrykt med sifre», det vil si at styreordren til maskinen gis til et utstyr som oppfatter hva sifrene betyr, og som bearbeider informasjonen etter fastsatte prosedyrer. Resultatet ligger siden til grunn for styresignalene til maskinen. Det første NC-utstyret ble utviklet ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) og ble satt i drift i 1952. Bare noen år senere var den første numerisk styrte maskinen på markedet. Denne generasjonen styreutstyr var bygd opp av releer og elektroniske rør. Omkring 1960 så vi de første eksemplarene av andre generasjons styreutstyr. Releene og rørene var nå ersattet av diskrete halvlederelementer. Fra 1965 snakker vi om en tredje generasjon. Elektronikkdelen var for det meste bygd opp av integrerte kretser. I dagens fjerde generasjon er datamaskiner grunnelementene i NC-utstyret. For å skille de databaserte informasjonsbehandlende systemene fra de konven­ sjonelle NC-styresystemene snakker vi nå om CNC-styresystemer. (computerized numerical control). Logikken i disse styresystemene ligger i hovedsak i dataprogram­ mer som tolker innleste bearbeidingsprogrammer og beordrer og overvåker de utførende systemene. Logikkendringer i denne typen styresystemer kan således skje ved at en legger inn modifiserte dataprogrammer. Fleksibiliteten er derfor vesentlig større enn i konvensjonelle NC-systemer. Enkelte numerisk styrte maskiner kan logisk koples sammen med hverandre og med annet automatisert verkstedutstyr som roboter og transportører via en sentral data­ maskin av PLS-typen. Systemer for programforsyning kan også ordnes automatisk fra en sentral database. Slike systemer kalles et DNC-system (distributed numeric con­ trol). Se figur 3.5. Motivet for å innføre slike styresystemer er at vi ønsker å lette dis-

119

tribusjonen av bearbeidingsprogrammene til verktøymaskinene og samordne materialtilførselen til dem for å få større automatiske enheter og lette overvåkingen og styr­ ingen av tilvirkningen.

Figur 3.5 Eksempel på et DNC-system

Det som kjennetegner numerisk styrte verktøymaskiner, er at de blir styrt av et program som viser sleidenes posisjoner i numerisk form. Det skjer gjennom et styre­ system som mottar programmets sifferoppgaver i kodet form fra en hullremse eller via en datalink fra en sentral datamaskin. Styresystemet, som vanligvis er en generell datamaskin med egnet program, gir ordresignaler til sleidenes matemotorer og maskinens omstillingsorgan. Den metoden som er vanligst for numerisk styrte maskiner, er digitalprinsippet. Det går ut på at vi benytter en målende enhet som viser et antall pulser under forflytningen. Vi kan si at digitalprinsippet er en regnemetode. Ved numerisk styring omarbeides den informasjonen som finnes på en deltegning, til en slik form at det numeriske styresystemet kan oversette informasjonen til bevegelser, hastigheter osv. Et moderne styresystem er utrustet med digital hastighetsregulering og digital posisjonsregulering og arbeider som et lukket reguleringssystem. Se figur 3.6. o Maskinen består av et visst antall sentrale deler. Hver numerisk styrt akse er bygd opp av en kule- eller rulleskrue, alternativt en tannstang, i kombinasjon med drev for overføring av bevegelser. Langs aksen som bevegelsen skal skje etter, trengs det et geidesystem. Videre kreves det en drivmotor, drivelektronikk og en målende enhet.

120

Figur 3.6 Blokkskjema av et moderne styresystem for en CNC-maskin

Når en sleide skal bevege seg til en gitt posisjon, sender styresystemet ut informasjon til matemotoren om å starte med en gitt hastighet. Bevegelsen blir målt av den målende enheten, som sender en viss mengde pulser tilbake til styresystemet. Disse sammen­ lignes, og ny informasjon kan sendes ut.

3.2.4

Drivsystem for numerisk styrte maskiner

Et drivsystem for en numerisk styrt verktøymaskin består av

• • • •

geidesystem utførende enhet motorer og sevostyringer drivelement: kule-skrue, rulleskrue eller tannstang/tannhjul

3.2.4.1 Geidesystemet Geidesystemet til moderne verktøymaskiner er konstruert med skinnestyringer der rulleblokken er med som element. Vi bruker herdede linjaler som skaves inn på plass, og rulleblokken tar opp kreftene. Disse faktorene er viktige for at et geidesystem skal fungere godt: • • • • • •

god geometrisk nøyaktighet stivhet ingen glipp god slitestyrke gode dempeegenskaper lav uforanderlig friksjon mellom den faste og den bevegelige delen

3.2.4.2 Utførende enheter Det stilles høye krav til de utførende enhetene ved numerisk styring. Kravene er ulike ved punktstyring, rettlinjestyring og kurvelinjestyring og for ulike maskintyper.

121

Nedenfor nevner vi noen viktige egenskaper hos de utførende enhetene: • • • • • •

hastigheten til drevne maskinsleider skal kunne varieres innenfor svært vide grenser stort vrimoment og jevn bevegelse også ved lave hastigheter hurtig reaksjon (gode dynamiske egenskaper) stor stivhet uten glipp liten oppvarming

Egenskapene ovenfor stiller store krav til motorene som driver sleidebevegelsene.

De mest brukte motorene kan grupperes slik: • elektriske motorer - vekselstrømsmotorer - likestrømsmotorer - trinnmotorer - lineære motorer • hydrauliske sylindere • hydrauliske motorer - deplasementmotorer av rotasjonssleidetypen - aksialstempelmotorer - radialstempelmotorer

I dag bruker vi svært sjelden hydrauliske sylindere og hydrauliske motorer som drivenhet ved numerisk styring. Det er de elektriske motorene som dominerer. En trinnmotor har den egenskapen at rotoren kan vri seg trinnvis. Hver gang en strømimpuls blir matet inn i motoren, vrir rotoren seg ett trinn. Trinnmotoren har åpnet muligheter for å bygge numeriske styresystemer som ikke krever en målende enhet. Systemer som fungerer slik, og som også er tilpasset kurvelinjestyring, har vært i bruk i verkstedindustrien i lengre tid.

3.2.4.3 Transmisjon Ved overføring av motorens roterende bevegelse til en rettlinjet bevegelse i en maskinsleide bruker vi ofte skrue og mutter som hjelpemiddel. På numerisk styrte maski­ ner er en kuleskrue mye brukt. Se figur 3.7. Kuleskruer lages i ulike dimensjoner og nøyaktighetsklasser. Blant fordelene til kuleskruen er • • • • •

høy virkningsgrad (90 % og mer) liten varmeutvikling ingen glipp høy stigningsnøyaktighet lang levetid

122

Returrør Sirkulerende kuler Skrue Avstryker Venstre mutter Distansebrikke for justering av forspenningen Høyre mutter

Figur 3.7 Kuleskrue med mulighet for forspenning

Når vi bruker skrue og mutter til drift av en maskinsleidebevegelse på numerisk styrte maskiner, er skruen ofte dimensjonert betydelig kraftigere enn hva som har vært praksis på konvensjonelle maskiner. Den kraftige dimensjonen øker stivheten til trans­ misjonen. Ved å lagre skruen i begge endene og ved å forspenne skruen aksialt kan vi øke transmisjonens stivhet ytterligere. I vanlige tilfeller er skruen roterende og mutteren stillestående. Dersom vi av spesielle grunner må bruke lange kulemutterskruer, er skruen oftest stillestående og aksialt forspent. Maskinsleiden forflytter seg gjennom transmisjon av en roterende, aksialt og radialt lagret mutter. I det sistnevnte tilfellet må den målende enheten være koplet sammen med skruen. Kuleskruen finnes også i andre utførelser enn den vi ser på figur 3.7. Ved driving med skrue og mutter avtar stivheten og egenfrekvensen med økende bevegelseslengde. Ved bevegelseslengder over ca. 2,5-3 m bruker derfor en del maskinprodusenter driving med tannstang og drev i stedet for skrue og mutter. En av de vitale oppgavene ved transmisjon av sleidebevegelser med tannstang og drev er eliminering av glippen mellom tennene. På markedet er det ulike løsninger av det problemet.

3.3

Måleverktøy for numerisk styring

Overvåking av hvordan arbeidsstykkets mål endrer seg under et bearbeidingsforløp, og styringen av dette skjer i numerisk styrte maskiner oftest indirekte gjennom måling av sleideposisjonen. Den målende enheten måler og styrer bevegelsene til maskinsleidene og dermed indirekte dimensjonsendringene på arbeidsstykket. Derfor stiller vi høye krav til verktøymaskinen og egenskapene den har.

123

Den målende enheten kan være arrangert på forskjellige måter under måling av sleideposisjon. Den målende enheten

• måler direkte posisjonen til en maskinsleide (lineært måleverktøy). Se figur 3.8 • er koplet sammen med en maskinsleides drivskrue og viser indirekte hvor maskinsleiden befinner seg (roterende måleverktøy). Se figur 3.8 • er koplet sammen med en presisjonstannstang, en nøyaktig ledeskrue eller lignende, som bare er beregnet for måling av posisjonen til maskinsleiden (roterende måle­ verktøy). Drivningen av sleidebevegelsen skjer med en separat drivenhet. Se figur 3.9 Ut fra nøyaktigheten foretrekker vi det førstnevnte arrangementet. Feil som kan virke inn på nøyaktigheten ved det andre arrangementet, kan oppstå for eksempel gjennom skruens oppvarming, stigningsfeil, glipp mellom skruen og mutteren eller skruens elastiske deformasjon.

Figur 3.8 Forskjellige arrangementer av de målende enhetene 1 Lineært måleverktøy måler direkte posisjonen til maskinsleiden 2 Roterende måleverktøy koplet sammen med maskinsleidens drivskrue

Figur 3.9 Bestemmelse av posisjo­ nen til en maskinsleide ved hjelp av en presisjonstannstang og roterende måleverktøy

124

Det stilles høye krav til målesystemet fordi den målende enheten samtidig må dekke et stort bevegelsesområde og ha et stort hastighetsområde og stor nøyaktighet ved posisjonsangivelsene. Med måleverdioppløsningen mener vi den minste posisjonsendringen eller vinkelendringen som det målende enheten reagerer på, og som gir opphav til et brukbart signal. Hvor nøyaktig maskinsleidene i en bestemt maskin når en fastsatt stilling, defineres vanligvis av maskinprodusenten gjennom opplysninger om • posisjoneringsnøyaktigheten (nøyaktighet ved posisjonsinnstilling) • repeteringsnøyaktigheten (spredning ved gjentatte bevegelser til samme stilling) • vendesprang ved omkasting av maskinsleidens bevegelsesretning I tillegg til de «statiske» nøyaktighetsangivelsene ovenfor er det ved kurvelinjestyring svært viktig hvor nøyaktig verktøyets virkelige stilling følger den fastsatte.

De målende enhetene kan i prinsippet deles inn i to grupper:

• inkrementelle eller forflytningsmarkerende måleverktøy • absolutte eller posisjonsmarkerende måleverktøy

Inkrementelle måleverktøy viser at en forflytning, for eksempel lik lengdeenheten 0,01 mm, har funnet sted. Hver slik forflytning gir en eller annen type puls. For å holde orden på hele lengdeforflytningen summeres pulsene i en regnemaskin. Signalene fra posisjonsmarkerende måleverktøy viser tydelig maskinsleidens aktuelle stilling. Måleverktøyene kan også deles inn etter hvordan de er bygd, i • roterende måleverktøy • lineære måleverktøy

En annen måte for grupperingen av måleenhetene er inndeling i • analoge måleverktøy • digitale måleverktøy - pulsgivende (forflytningsmarkerende) - kodede (posisjonsmarkerende)

Eksempler på analoge måleverktøy er

• resolver • induktosyn måleskala • potensiometer

Resolver er et ofte brukt måleverktøy for posisjonsbestemmelse i numerisk styrte maskiner. Den har to statorviklinger som ligger i 90 ’ vinkel mot hverandre, og en eller to rotorviklinser. I det siste tilfellet ligger også disse i 90° vinkel mot hverandre, se figur 3.10. Nøyaktigheten hos resolverer som vi bruker som målende enhet i numerisk styrte maskiner, gjør det mulig å dele opp en omdreining i 3 000 deler eller mer.

125

Figur 3.10 Prinsippet for en resolver

En induktosyn måleskala kan sies å være en lineært utbredt resolver. I stedet for rotorspolen og de to statorspolene i en resolver er det fram- og tilbakegående ledninger av elektrisk ledende materiale, og statordelene og rotordelen er isolert og montert på hver sin skinne. Den finnes også i sirkulær utførelse.

Figur 3.11 Induktosyn måleskala i en sirkulær utførelse

Spolene i statordelen, se den øverste figuren, er seriekoplet i grupper som ligger for­ skjøvet i forhold til hverandre, 1/4 sirkel eller 90". Rotorspolen (underst) har en lang fram- og tilbakegående ledning med samme deling som statordelen. Rotordelen festes på den maskinsleiden som skal måles, mens statordelen festes parallelt med rotordelen på maskinsleidens underlag. Monteringen kan også være omvendt.

126

Digitale, eller pulsgivende, måleverktøy lages både i roterende og lineære utførelser. Det er flere prinsipielt forskjellige arbeidsmåter. Eksempler på slike måle­ verktøy er • • • •

roterende fotoelektrisk pulsgiver parallellgitterlinjal roterende induktiv pulsgiver laserinterferometer

En roterende fotoelektrisk pulsgiver er ofte den mål­ ende enheten i numerisk styrte maskiner. På figur 3.12 viser vi prinsippet for en enkel utførelse av en roterende fotoelektrisk pulsgiver. Figur 3.12 Prinsippskisse av en fotoelektrisk pulsgiver

En skive med skiftevis gjennomskinnelige og ikke-gjennomskinnelige felt er lagret på en aksel i et hus og kan rotere. Skiven er plassert mellom en lyskilde og en fotocelle. Når skiven roterer, blinker lyset og treffer fotocellen i takt med de gjennomskinnelige og ikke-gjennomskinnelige feltene som passerer den. Fotocellen omdanner blinkene til elektriske pulser. Skiven kan koples sammen med drivskruen til maskinsleiden eller drives av for eksempel tannstang og drev. For å holde rede på forflytningslengden reg­ nes pulsene i en elektronisk regnemaskin. Antall lyse og mørke felt per omdreining kan variere svært mye. Skiver av metall (hullskiver) kan ha ca. 100 hull eller utfresinger per omdreining. Mer vanlig er skiver av glass der antallet lyse og mørke felt per omdreining kan variere fra et fåtall og opp til 18 000 og i visse tilfeller langt mer (gitterskiver). Vanligvis bruker vi såkalt referansegitter som hjelpemiddel ved avlesningen. Se også figur 3.13.

Figur 3.13 Roterende fotoelektrisk pulsgiver med gitterskive og foto­ celler (Heidenhain)

127

I parallellgitterlinjalen på figur 3.14 er strekene på referansegitteret parallelle med strekene på gitterlinjalen. Begge gitterne har samme strekdeling. Streken er like bred som mellomrommet, det vil si at strekbredden er lik halve strekdelingen. Gitterlinjalen er fastmontert på maskinbordet eller sleiden, mens referansegitteret sitter på den faste maskindelen eller omvendt. Når streken på gitterlinjalen ligger midt foran streken på referansegitteret, treffer lysstrålene fra lyskilden fotocellene. En forflytning av maskinsleiden, som svarer til en strekdeling, fører altså til en veksling mellom lys og mørke, og den omdannes av fotocellen til en elektrisk puls. Strekene på den nedre delen av referansegitteret er forskjøvet 1/4 strekdeling i for­ hold til streken på den øvre delen. Det fører til at vi får 90" faseforskyvning mellom de elektriske pulsene fra den øvre og den nedre fotocellen. Systemet blir retningsfølsomt. Oppløsningen for modene parallellgitterlinjaler går ned til 1 nm.

Figur 3.14 Parallellgitterlinjaler

128

3.4

CNC-teknikk

CNC-systemet er bygd opp av et visst antall funksjonsblokker som virker sammen og omdanner den informasjonen som leses inn fra en informasjonsbærer, eller som er lagret i et minne i CNC-systemet. Prinsippet for systemet går fram av figuren nedenfor.

Andre akser

Figur 3.15 Prinsippet for oppbygningen av et CNC-system

Utviklingen startet med NC-maskiner, og nå bruker vi fjerde generasjonens CNCsystem. Forskjellen mellom NC- og CNC-systemet har vi beskrevet tidligere i kapitlet. Vi skal skissere kort utviklingen av CNC-systemet:

Første generasjonen - 70-årene

• • • •

Logiske funksjoner oppkoplet med elektromekaniske komponenter NC-programmene blir overført via et hullbånd Minidatabasert Lineær interpolering

Andre generasjonen - 80-årene

• • • •

Logiske funksjoner i frittstående PLS-systemer Minidatabasert Lineær og sirkulær interpolering Kommunikasjon med ytre enheter gjennom DIO og RS 232 C-port

129

Tredje generasjonen - 80-årene • Logiske funksjoner - 16-bitersbuss • Mulighet til bearbeiding av flere oppdrag samtidig ved at flere mikroprosessorer virker sammen • Lineær-, sirkulær- og helixinterpolering Fjerde generasjonen - 90-årene • • • • • • •

Logiske funksjoner - 32-bitersbuss Flere samvirkende mikroprosessorer som kan bearbeide flere oppdrag samtidig Lineær-, sirkulær- og helixinterpolering Vinduteknikk DOS-baserte applikasjoner MAP MMS

Førstegenerasjonssystemet kan realiseres etter to hovedprinsipper, et analogt og et digitalt.

3.4.1

Det analoge måleprinsippet

Med det analoge måleprinsippet uttrykker vi en bestemt størrelse med et måltall for en annen størrelse. Størrelsen på måltallene varierer i overensstemmelse med hverandre. Eksempel: Tiden på en urskive blir gitt med posisjonen til to eller tre visere: en viser for timer, en viser for minutter og en viser for sekunder. Dermed får vi et måltall for en størrelse ved å måle en annen og mer eksakt stør­ relse. For et numerisk sty­ resystem kan prinsippet brukes til å måle leng­ den eller posisjonen på maskinens bevegelige sleide. I eksemplet på figuren måler vi posisjo­ nen med en elektrisk spenning.

Figur 3.16 Analogprinsippet

130

3.4.2

Det digitale måleprinsippet

Med det digitale måleprinsip­ pet uttrykker vi et måltall med et antall enhetsdimensjoner som vi får direkte fra den aktu­ elle dimensjonen. Den digitale metoden er en regnemetode. Eksempel: En lengde kan uttrykkes i tusendels millime­ ter (0,001 mm). Vi har en inn­ retning som regner antall tusendeler fra en gitt stilling til den aktuelle posisjonen. På figur 3.17 kan du se et måle­ system etter digitalprinsippet.

Pulser

Figur 3.J 7 Digitalprinsippet

3.4.3

Prinsippene for numerisk styring

Vi kan få fram et numerisk system på flere måter. Vi bruker to forskjellige reguleringstekniske metoder: åpent og lukket reguleringssystem. o

3.4.3.1 Apent reguleringssystem Det åpne reguleringssystemet kjennetegnes av at vi ikke har noen tilbakeføring av posisjonen på maskinsleiden. Vi kan få det til dersom vi har en motor som kan forflytte seg et vist stykke (trinn) for hver puls. En trinnmotor er derfor en forutsetning.

Figur 3.18 Blokkskjema av et numerisk åpent reguleringssystem

131

Vi stiller regneren inn på det antall pulser som tilsvarer forflytningen vi ønsker. Generatorpulsene får regneren til å gå trinnvis ned, og den forflytter samtidig trinnmotoren ett trinn. Når regneren har regnet til null, sperrer porten, og trinnmotoren stopper. Hastigheten til trinnmotoren reguleres av pulsfrekvensen.

3.4.3.2 Lukket reguleringssystem Et lukket reguleringssystem består vanligvis av blokker som virker sammen for å gjennomføre en oppgave. Blokkene er informasjonslesere, informasjonsbehandlere, sammenlignere, iverksettere, maskinens sleider og maskinens målende enhet. På figur 3.19 viser vi hvordan blokkene organiseres logisk.

numerisk lukket reguleringssystem

Første- og andregenerasjonssystemer for numerisk styring er bygd opp av diskrete komponenter, mens senere generasjoner inneholder integrerte kretser med mikro­ maskin som hovedkomponent. De er bygd med analog eller digital hastighets- og posisjonsregulering eller en kombinasjon av begge reguleringstypene. Ved numerisk

132

Før de integrerte kretsene ble vanlige i styresystemene, ble de bygd opp med kretser som var basert på diskrete komponenter. Hver funksjon eller hvert prinsipp må framstilles som maskinvare. Den totale dynamikken til maskinen avgjør den avvirkende evnen til regulerings­ systemet og maskinen og muligheten til å lage komplekse former. Regulatoren som vi bruker ved oppbyggingen av en akselstyring, kan være en såkalt PID-regulator (proporsjonal, integrerende og deriverende).

Posisjonstilbakeføring

Figur 3.21 Prinsippskissen viser oppbygningen av et lukket reguleringssystem

Komponenten som vi kaller pulsgiver på figur 3.21, forandrer seg avhengig av om systemet er analogt eller digitalt. I et analogt system består giveren av en pulsgenerator som gir fra seg en likespenning som tilsvarer motorhastigheten. I et digitalt system er giveren en pulsgiver som gir fra seg den pulsfrekvensen som tilsvarer motor­ hastigheten.

133

Posisjonstilbakeføringen kan enten være digital eller analog. Forskjellen mellom prinsippene er som nevnt • digital - målgiver som gir pulser • analog - målgiver som gir en spenning Maskinvaresystemet ble bygd opp modulært. Hver enhet ble koplet sammen gjennom kabeltrekk og tilkoplingsplinter.

Figur 3.22 Blokkskjema for et diskret styresystem - første og andre generasjon

Førstegenerasjons styresystemer ble ofte byttet ut dersom de skulle integreres i et FMS-anlegg. Andregenerasjons styresystemer er vanligvis utstyrt med DIO (digitale innganger og utganger) og den vanlige RS 232 C-porten for kommunikasjon. Fordelene med DIO er spesielt store dersom vi skal integrere en slik maskin i et FMS-anlegg. Det er mulig å komplettere med overordnede programsekvenser for å utføre nødvendige tilpasninger. I dag (tredje og fjerde generasjon) baserer vi alle inngående funksjoner på programmer i vanlige datamaskiner. Det åpner en helt ny verden når det gjelder mulig­ heter til effektive løsninger på kompliserte kommunikasjonsproblemer. Den nyeste teknikken i styresystemene bruker operativsystemer som gjør det mulig å benytte programmer som bruker MS-DOS, OS/2 eller Windows. Den nye vinduteknikken gir gode utviklingsmuligheter. Vi kan for eksempel

• • • • • • • • •

lage programmer for verktøyplanlegging lagre maskinens og styresystemets manual i PC-delen gi riggingsinformasjon i form av grafiske bilder bruke innebygd diagnostikk med grafiske bilder ved feilsøking bruke kompilatorer med muligheter til å skape egne rutiner, C++ og andre program­ språk lage programmer for skjæredataberegninger hente fram rutiner for statistisk prosesskontroll vise videobilder fra bearbeidingsrom kommunisere med eksternt utstyr via den interne bussen

134

Figur 3.23 Et integrert styresystem - tredje og fjerde generasjon

Det integrerte styresystemet er bygd opp på et styresystem som er basert på et generelt PLS-system. Denne teknikken kaller vi kort og godt åpne styresystemer. De er ofte basert på en teknikk der flere mikroprosessorer er involvert. Figur 3.24 viser tredje- og fjerdegenerasjons styresystemer. Disse systemene er basert på en intern kommunikasjonslink som tar seg av kommunikasjonen mellom de forskjellige enhetene i systemet. Det finnes flere velstrukturerte fjerdegenerasjons styresystemer på markedet. Her har vi valgt å vise et system fra Fanuc.

Figur 3.24 Grunnkonseptet til Fanuc 15

135

Den fjerde generasjonen har velutviklede moduler og en 32-bitersbuss. Det gir gode muligheter for utbygging og egne tilpasninger. Det er mulig å bruke MAP 3.0-protokollen som grensesnitt til omverdenen. Maskinen blir da styrt via automasjonsprotokollen MMS. Ved å utnytte disse funksjonene kan vi enkelt programmere inn FMS-funksjoner på et ganske høyt nivå.

3,4.4

Muligheter med fjerdegenerasjons styresystemer

Ser vi på bruken, og mulighetene for utbygging og framfor alt hurtigheten, finner vi en merkbar forskjell mellom generasjonene. Muligheter med den flerprosessorkapasiteten som finnes i moderne styresystemer, er • • • • • • • •

femakset bearbeiding store datamengder, høy beregningskapasitet stivlengdekompensering kompensering av vinkelfeil mellom aksene temperaturkompensering prosessovervåking med feildetektering kvadrantovergangsproblematikk start- og stoppstreker

Mikroprosessorbaserte styresystemer består at disse enhetene: • • • • •

beregningsdatamaskin minnebuffer prosessregulering drivinnretninger - motorer maskin

Figur 3.25 Prinsippet for oppbygningen av et moderne styresystem

136

3.4.5

Informasjonsoverføring

Mann-maskin-kommunikasjonen kan bygges opp på flere måter. Hovedmålsettingen er at informasjonen til og fra menneskene må være entydig slik at det ikke oppstår tolkningsproblemer. Informasjonen som skal beskrive delen som skal bearbeides, må skrives etter opp­ satte regler. Alt datautstyr bruker en tegnoppsetning som vi kaller ASCII-kode. Denne koden oversetter et alfanumerisk tegn til binære sifre. Før brukte en hullbånd til å overføre programmer til NC-maskiner. Nå er de erstattet med andre medier som er tilgjengelige i dataverdenen. Et moderne styresystem går ut fra en eller flere mikrodatamaskiner. De tidlige systemene gikk ofte ut fra minimaskiner som inneholdt et enkelt operativsystem. Kjernen i systemet er operativsystemet. Lengst ute finner vi innmating og utmating, bildeskjermshåndtering og redigering.

Figur 3.26 Eksempel på programmoduler

3.4.6

Minnekapasitet

Styresystemet bør ha et stort internt minne for å kunne lagre flere store NC-programmer. Et normalt program kan inneholde 100 000 instruksjoner. En instruksjon kan ha opp til 30 tegnkarakterer (ASCII-tegn). Et slikt program krever en minnekapasitet på 3 MB. Med en overføringskapasitet på 9600 baud, det tilsvarer 1000 tegnkarakterer per sekund, tar det 3000 sekunder eller 50 minutter å lade det fra en ytre enhet. Et stort internminne er derfor en forutsetning for å klare komplekse flater ved bearbeiding med høye matehastigheter.

137

3.4.7

Datahåndtering

For mange applikasjoner er beregningskapasiteten, overføringstiden og utføringstiden for en instruksjon av avgjørende betydning. Ved små, korte bevegelser av maskinen blir det mange beregningen Det blir spesielt merkbart ved bearbeiding av krumme flater. Med dagens raske mikroprosessorer blir tidene svært korte: • • • •

posisjonsregulering 2-4 ms hastighetsregulering 0,2-0,6 ms momentreguleringen er ikke tidskritisk PLS-systemets syklustid 10-80 ms

Ved vanlig treakset bearbeiding er det ofte ikke noe problem. Derimot blir det kritisk ved femakset bearbeiding av krumme flater. Her bør vi legge merke til den risikoen som kan oppstå dersom programmet til CNC-maskinen er generert i et DAP-system som resulterer i korte, rette inkrementer av komplekse overflater. Med en blokksyklustid på 4 ms klarer systemet å gjøre 250 instruksjoner per sekund.

Blokkvekslingstiden definerer vi slik:

«Blokkvekslingstiden er den tiden som går med fra systemet avslutter blokk n - 1 til det begynner å utføre blokk n.» Et praktisk måte å gå fram på er å kjøre et program for 1000 forflytninger der samtlige akser medvirker - en såkalt nullforflytningstest. Den totale forflytningen blir null. Med tiden T for 1000 blokker kan vi bestemme tiden /0 for en blokk.

r° = Tooo

(3:1)

Blokkutføringstiden definerer vi slik:

«Blokkutføringstiden er den tiden som går med fra blokk n - 1 er klar inntil blokk n er klar.» Blokkutføringstiden kan nå bestemmes: + th>>o M

‘i, = der AL F t0 thv

138

= = =

programmert bevegelsesstrekning [mm] programmert mating [mm/s] blokkutføringstiden [s] blokkvekslingstiden [s]

(3:2)

Den maksimalt tillatte blokkprosesstiden TB ved bearbeidingen avhenger av maksimalt tillatt trinn og mating. Atrinnmaks

(3:3)

der Tb = blokkprosesstiden / = matingen [mm/min]

3.4.8

Analyse av systemets dynamiske karakter

Det er svært viktig at den evnen som moderne styresystemer har, ikke settes ut av spill ved feil i maskinens mekaniske oppbygning, det vil si at maskinen ikke må ha for treg dynamikk.

3.4.8.1 Interpoleringsmetoder Lineær interpolering innebærer at vi kan utføre en forflytning som ikke er parallell med geidene.

En forflytning kan vi dele inn i en viss mengde lineære inkrementer: n ' %P %A = xA+Y~Pr~

(3:4)

n- 1 n

(t\

ye~ya

(3:5)

X—v n- 1

der N - antall trinn T = interpolasjonstiden x(t) og y(t) = et punkt mellom startpunktet og sluttpunktet. Beregningsfrekvensen /0 = —

(3:6)

Figur 3.27 Lineær bevegelse

139

Sirkulær interpolering blir utført på tilsvarende måte. Når vi bruker topunktsformelen for en sirkel, kan vi bestemme uttrykkene nedenfor.

x(r) =

+

—