Tuotantoautomaatio Pekka Ristikaarto 2011.

Esitys aiheesta: "Tuotantoautomaatio Pekka Ristikaarto 2011."— Esityksen transkriptio:

1 Tuotantoautomaatio Pekka Ristikaarto 2011

2 Tuotantojärjestelmän haasteet
Nykyisin tuotteen hyvä laatu ja alhaiset tuotantokustannukset eivät ole enää kilpailuvaltteja. Ne ovat hengissä pysymisen ehto! Ajankäyttö, eli nopeus ratkaisee kuka on voittaja ja kuka häviäjiä. Nopeus näkyy yrityksen kykynä tuottaa pieniäkin tuotemääriä kannattavasti. Täytyy pystyä valmistamaan erikoistoivomusten mukaan nopeasti ilman, että hinta nousee. On lähes mahdotonta luoda pysyviä kilpailuvaltteja. Ellei menestyväkin yritys tee laadun, hinnan ja nopeuden hyväksi koko ajan lujasti töitä, tulee jonain päivänä kilpailija, joka hoitaa homman paremmin ja halvemmalla.

3 Tuotantojärjestelmän ristipaineet

4 Tuotantojärjestelmän ristipaineet
Palvelukyky Asiakas arvostaa lyhyttä ja varmaa toimitusaikaa. Toimitusajan toteutumisvarmuus todella tärkeää. Asiakkaan kuunteleminen ja tuotannon sopeuttaminen asiakasvaatimuksiin taloudellisesti kannattavasti. Laatu Asiakas saa tuotteen, joka täyttää asiakkaan asettamat vaatimukset. Tehdään kerralla oikein vaatimusten mukaan. Laadun tasaisuus. Kustannukset Tuotantojärjestelmän oltava kustannustehokas! Poista kaikki toiminnot jotka eivät nosta tuotteen jalostusarvoa (lean- ajattelu).

5 Tuotantojärjestelmän kehittäminen
Tavoitteena on jatkuva parantaminen jakamalla työt jalostaviin ja jalostamattomiin. Jalostavaa työtä ovat työvaiheet, joissa tuote saa lisäominaisuuksia (esim. työstäminen, hitsaaminen...). Jalostamattomassa työssä tuote ei saa lisäominaisuuksia ja näin ollen ne ovat turhia, siksi ne tulisi poistaa. Tällaisia ovat esim. Ylituotanto ja varastointi Odottaminen ja etsiminen Kuljetukset, siirrot ja käsittelyt Turhat työt ja virheet Sopimattomat työmenetelmät Epäsiisteys ja -järjestys

6 Tuotantoautomaatio Tuotantoautomaatio on keino tehostaa tuotantoa ja karsia tuotantokustannuksia. Tuotantoautomaation investointien on oltava kuitenkin kannattavia, vaatii paljon suunnittelua ja laskemista. Teollinen tuotantoautomaatio on syntynyt USA:n autoteollisuudessa, jossa otettiin ensimmäisenä käyttöön linjatuotanto ja automatisoidut osien valmistuskoneet. Ensimmäiset laitteet pohjautuivat ns. jäykkään tuotantoautomaatio, eli tuotteen muuttuessa tuotantolinja piti suunnitella ja rakentaa uudestaan. Tästä syystä uuden tuotteen valmistuksen käynnistäminen vei viikkoja.

7 Tuotantoautomaatio Yleisiä perusteluja tuotantoautomaation käyttöönotolle=> Raskaiden ja vaarallisten työtehtävien poistaminen Laadun tasaisuus (automaatio tasaa hajontaa) Tuottavuuden parantaminen Kapasiteetin lisääminen Helpompi ohjattavuus Ammattitaitoisen henkilöstön puute Yritys- ja tuoteimagon luominen ja ylläpitäminen

8 Tuotantoautomaatio Automaatioasteet Vuorovaikutteinen automaatio
Kone hoitaa automaattisesti tehtäviä, mutta ihminen tekee päätökset. Panostus ja valmiiden kappaleiden irrotus hoidetaan käsin. Valvottava automaatio Ihminen puuttuu valmistusprosessiin häiriötilanteissa. Miehittämätön automaatio Hoitaa myös tavallisimmat häiriötilanteet omatoimisesti (esim. terän rikkoutuminen).

9 Konepaja-automaation jako

10 Joustava tuotantoautomaatio
Joustavat valmistusjärjestelmät mahdollistavat hiehittämättömän tuotannon, mikä parantaa tuotantokapasiteettia ja työstökoneiden käyttöastetta. Joustavalla valmistusjärjestelmällä voidaan valmistaa monentyyppisiä osia samanaikaisesti. Tämä mahdollistaa lyhyet toimitusajat ja pienet eräkoot säilyttäen samalla massatuotannon edut. Joustavalla valmistujärjestelmällä tarkoitetaan siis tuotantolinjan kykyä tuottaa joustavasti erilaisia tuotteita ja tuotevariaatioita. Yleensä joustava valmistusjärjestelmä koostuu kolmesta pääosasta: NC-työstökoneista, automaattisesta kuljetusjärjestelmästä jossa voi olla varasto, sekä ohjausjärjestelmästä, joka vastaa prosessin kokonaisvaltaisesta ohjauksesta.

11 Joustava tuotantoautomaatio
Tiedonhallinnan ja ohjautumisen kannalta järjestelmät voidaan jakaa kahteen ryhmään: Tieto seuraa joko tuotteiden mukana tai tieto tulee keskusohjaukselta. Järjestelmän kantavana ideana on hyödyntää mahdollisimman moni vuoden 8760 tunnista. Euroopassa 1970-luvulla tehty tutkimus osoitti, että manuaalisesti käytettyjen työstökoneiden todellinen lastuamisaika oli noin 2 % ja NC-työstökoneiden noin 10 % vuoden kaikista tunneista. Käyttöasteet ovat nykyisin parantuneet NC-tekniikan kehittyessä ja koneet voivat toimia ilman ihmisen jatkuvaa valvontaa. Kuitenkin uusimpien tutkimusten mukaan lastuavassa työstössä vain 20 % vuoden 8760 tunnista käytettiin 1990-luvulla!

12 Joustavan automaatiotason valinta

13 Joustava automaattinen valmistusyksikkö (FMU)
Käytetään myös nimitystä joustava automaattinen valmistusmoduuli. Valmistusyksikön rakenne koostuu: Numeerisesti ohjattavasta peruskoneesta (koneistuskeskus, monitoimisorvi) Kappaleenvaihtojärjestelmästä Valvontatoiminnoista Työkappalevarastosta Automatisoidusta terähuollosta Automaattisesta asetusten vaihdosta Valmistusyksiköllä on valmius toimia osana FM-järjestelmää.

14 Joustava automaattinen valmistusyksikkö (FMU)

15 Joustava transferlinja (FTL)
Transferlinja koostuu useammasta automatisoidusta koneesta jotka ovat toisiaan täydentäviä. Transferlinjalla koneet on järjestetty fyysisesti peräkkäin, niin että kaikkien kappaleiden vaihejärjestys on sama. Transferlinjalla on koneajat ja kuljetukset pyritty tahdistamaan. Häiriön ilmetessä yleensä koko linja pysähtyy lyhyen ajan sisällä. Tästä syystä voi linjalla olla käytössä pieniä puskureita. Transferlinjan tuotantovolyymi on oltava melko suuri toimiakseen taloudellisesti.

16 Joustava transferlinja (FTL)

17 Joustava automaattinen valmistusjärjestelmä (FMS)
Joustava automaattinen valmistusjärjestelmä koostuu kahdesta tai useammasta automatisoidusta koneesta, joita käytetään yhtenä yksikkönä. Koneita voidaan käyttää miehittämättöminä. Työvaiheet ovat toisensa korvaavia tai toisiaan täydentäviä. Järjestelmällä on mahdollista valmistaa siihen kuuluvan laitteiston puitteissa taloudellisesti ja keskeyttämättömästi haluttuja tuotteita, halutun kokoisissa erissä ja halutussa järjestyksessä. Automaattinen valmistusjärjestelmässä kappaleita siirretään koneelta toiselle automatisoidulla siirtojärjestelmällä. Siirtojärjestelmä sisältää usein myös automaattivaraston miehittämättömän ajon mahdollistamiseksi.

18 Joustava automaattinen valmistusjärjestelmä (FMS)
Työkalujen ja kiinnittimien hallinta kuuluu kokonaisjärjestelmään. Järjestelmää ohjataan toteutuksen monimutkaisuudesta riippuen joko logiikalla tai tietokoneella. Järjestelmän laajentaminen on mahdollista. Taloudellista hyötyä saavutetaan korkealla vuotuisella käyttötuntimäärällä, miehittämättömyydellä, lyhyellä läpäisyajalla sekä alhaisilla varastoilla.

19 Joustava automaattinen tehdas (FMF)
Joustava automatisoitu tehdas on joustavan automaation ylin taso. Näissä käytetään modernia valmistus- ja automaatiotekniikkaa, joita valvotaan ja ohjataan ihmisvoimin ylätasolta. Myös yrityksen materiaali- ja informaatiovirrat on integroitu järjestelmän alaisuuteen. Joustavasti automatisoidussa tehtaassa on valmistuksen automaatio yhdistetty kokoonpanon ja muiden järjestelmien automaatioon yhdeksi kokonaisuudeksi. Tehdas pystyy toimimaan hyvin pitkiä aikoja miehittämättömänä. FMF on laaja kokonaisuus ja maailmanlaajuisestikin vielä edelleen aika harvinainen investointi.

20 Työstökoneet FM-järjestelmän osana
Tuotantojärjestelmän joustavuus aiheuttaa myös järjestelmän työstökoneille tiettyjä vaatimuksia. Vaikka lähes kaikki nykypäivän koneet ovat jo numeerisesti ohjattavia, ei pelkkä NC-ohjaus tee koneesta vielä FMS-käyttöön soveltuvaa. Työstökoneen tulee myös olla integroitavissa osaksi järjestelmää niin tiedon, työkalujen, työkappaleiden kuin hallinnan osalta. Koneen ei välttämättä täydy olla täysin samankaltainen muiden järjestelmän koneiden kanssa, mutta sen on tarjottava sovelias rajapinta järjestelmään nähden. FM:n asettamat yleiset vaatimukset työstökoneille luotettavuus sekä tarkkuus monipuolinen NC kappaleenkäsittelyautomaatio terähuolto valvontatoiminnot

21 Työstökoneet FM-järjestelmän osana
Koneistuskeskukset Koneistuskeskusten soveltaminen FM-järjestelmiin on helppoa ja ne ovatkin järjestelmien tavallisimpia työstökoneita. Rakenteensa sekä ominaisuuksiensa puolesta niiden sovittaminen järjestelmään on helppoa. Koneistuskeskuksien tarkkuus on hyvä, niissä on vakiovarusteena automaattiset työkalun- ja työkappaleenvaihtotoiminnot. Nykyaikaisina koneina koneistuskeskusten valvontatoiminnot ovat laajat ja niiden ohjausjärjestelmät sekä tietojärjestelmät ovat monipuoliset ja helposti liitettävissä tehdasverkkoon.

22 Työstökoneet FM-järjestelmän osana
Sorvit Sorvien käyttö FM-järjestelmässä on monimutkaisempaa. Nykyaikaisissa monitoimisorveissa ohjaus- ja valvontajärjestelmät ovat jo samalla tasolla kuin koneistuskeskuksissa, joten tältä osalta liitettävyys on hyvä mutta ongelmia tuottavat työkaluhallinta sekä työkappaleiden vaihto. Pyörähdyssymmetrisiä kappaleita ei voi käsitellä standardipaleteissa vaan sorvi vaatii aina erillisen kappaleenvaihtojärjestelmän. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi robotilla, mutta joka tapauksessa kyseessä on tavallaan ylimääräinen investointi, joka aina mutkistaa osaltaan järjestelmää sekä ohjausta. Sorvien työkalunvaihtoautomaatio on vielä heikommalla tasolla kuin koneistuskeskuksissa. Pitkään on työkaluvalikoima rajoittunut moniteräpitimien tapaisiin ratkaisuihin, mutta hiljalleen myös työkaluvaihtajat yleistyvät.

23 Työstökoneet FM-järjestelmän osana
Levytyökoneet Levytyökoneiden kytkeminen samaan järjestelmään muiden työstökoneiden kanssa on hankalaa, johtuen käsiteltävien materiaalien asettamista vaatimuksista. Samat laitteet, jotka soveltuvat palettien ja kuormalavojen siirtelyyn, eivät ole soveliaita levyjen käsittelyyn. Kuitenkin myös levytyöpuolella pätevät samat teknistaloudelliset vaateet kuin muualla ja paineet joustavaan tuotantoon siirtymiseen ovat kovat. Tästä johtuen on levytyöhön kehitetty omanlaisiansa FM- järjestelmiä. Näihin järjestelmiin pystytään nykyään liittämään jo oikeastaan kaikenlaisia NC-ohjattuja levytyökoneita ja näiden järjestelmien tarjoamat mahdollisuudet ovat yhteneväiset perinteisten FMS kanssa. Laajemmassa tehdaskokonaisuudessa saman katon alla voi tietenkin toimia erilliset valmistusjärjestelmät levytöille ja koneistuksille, jotka ovat sitten liitetty tietojärjestelmien avulla suuremmaksi FM- kokonaisuudeksi

24 Siirto- ja kuljetusjärjestelmät FM-järjestelmän osana
Pahimmillaan materiaalien, osien ja tuotteiden käsittelyyn ja varastointiin kuluu enemmän aikaa kuin itse jalostamiseen. Kaikki siirtely ja käsittely on jalostamatonta työtä, eli se ei lisää tuotteen arvoa vaan kasvattaa kustannuksia. Tästä syystä siirtely ja käsittely tulisi saada minimiin ja lyhentää jalostavien työvaiheiden välimatkoja tehokkaalla suunnittelulla. Tämä on pyrittävä tekemään jo ennen automatisointia! Tekniikan kehittyminen kohti monitoimikoneita vähentää siirtelyn tarvetta, kun esimerkiksi monitoimisorvilla pystytään sorvaamaan, poraamaan, jyrsimään ja kierteyttämään.

25 Siirto- ja kuljetusjärjestelmät FM-järjestelmän osana
Vaatimuksia siirto- ja kuljetusjärjestelmälle: Osien ja aihioiden siirtely on oltava joustavaa työasemien välillä. Järjestelmän on kyettävä siirtämään kappale miltä tahansa järjestelmän työasemalta mille tahansa toiselle järjestelmään kuuluvalle työasemalle. Näin ollen voidaan toteuttaa erilaisia työkiertoja tuotteiden muuttuessa. Siirto- ja kuljetusjärjestelmän on kyettävä käsittelemään osia niiden muodosta tai koosta riippumatta. Materiaalinhallinnan on kyettävä toimimaan tarvittaessa myös väliaikaisvarastona kappaleille ja aihioille, koska yleisesti FM-järjestelmän sisällä olevien kappaleiden määrä ylittää sen mitä parhailla ollaan koneistamassa. Järjestelmässä oleva kappaleiden syöttämiseen ja poistamiseen tarkoitettu latausasema on oltava helppokäyttöinen.

26 Siirto- ja kuljetusjärjestelmät FM-järjestelmän osana
Kappaletavarakuljettimet Tuotteita tai niiden aihiota siirretään ja kuljetetaan eri työpisteiden välillä usein erilaisten kuljettimien avulla. Niitä voidaan kuljettaa yksittäin, alustoilla tai laatikoissa Kuljetin voi itsessään toimia myös dynaamisena puskurina, jolloin ei erillisiä välivarastoja tarvita. Kuljettimien käytöllä saadaan aikaan suhteellisen edullisia kuljetusratkaisuja, jotka saattavat olla tietyssä käytössä hyvinkin tehokkaita. Yleisimmin käytettyjä kuljettimia: Luisut Rullaradat Kiekkoradat Hihnakuljettimet Ketjukuljettimet

27 Siirto- ja kuljetusjärjestelmät FM-järjestelmän osana
Vihivaunut Vihivaunut ovat kiinteistä kiskoista riippumaton kuljetuslaite, joka seuraa lattiaan maalattua reittiä optisesti tai lattiaan upotettua jännitteistä johdinta. Vihivaunu voi toimia veto-, kanto-, käsittelytehtävissä ja myös asennusalustana. Vihivaunuja käytetään erityisesti kuljetuksissa joissa välimatkat ovat pitkiä. Vihivaunu on mahdollista varustaa pitkällä pystyliikkeellä, jolloin haarukan nosto-ominaisuudet ovat hyvät Vihivaunuissa on turvapuskurit, jotka pysäyttävät vaunun heti, kun se koskettaa puskurillaan estettä. Esteiden havaitsemiseen voidaan käyttää myös ”näkökykyä”.

28 Siirto- ja kuljetusjärjestelmät FM-järjestelmän osana
Vihivaunujen käyttöä puoltaa: Varmatoimisuus. Vaunut voidaan reitittää melko vapaasti tehtaassa ja myös uusien reittien tekeminen on kohtuullisen helppoa. Reittiä ei tarvitse eristää erillisillä häkeillä tai suojaelementeillä, koska vihivaunut ovat varustettu törmäystunnistimin. Pystytään käsittelemään ja kuljettamaan suuria kuormia. Vihivaunujen haittapuolia: Vaunujen hitaus, ei sovellu tuotantoon jossa lyhyet kappaleajat. Akkujen lataustarve, vaunu ei ole aina käytettävissä. Paikoitustarkkuus ei ole kovin hyvä.

29 Siirto- ja kuljetusjärjestelmät FM-järjestelmän osana
Hyllystöhissit Hyllystöhissejä käytetään korkeavaraston yhteydessä. Kiskoilla liikkuva, korkeavarastoa palveleva hyllystöhissi on nykyisin olennainen osa FM- järjestelmää. Menetelmä on hyvin tehokas ja käyttökelpoinen tilanteissa, joissa ulkopuoliset seikat eivät aseta rajoituksia järjestelmän layoutille vaan työstökoneet voidaan liittää suoraan korkeavaraston yhteyteen. Tällöin varastoinnista ja kuljetuksesta saadaan aikaan helposti hallittava ja yhtenäinen kokonaisuus. Hyllystöhissi rajaa FMS:n rakenteen linjaksi ja tämä saattaa aiheuttaa ongelmia tehtaassa liikkumiseen. Hyllystöhissillä ja korkeavarastolla on kuitenkin paljon etuja, jotka puoltavat sen käyttöä. Varasto hyödyntää lattiapinta-alansa hyvin tehokkaasti kattoa myöten, materiaalinkäsittely on nopeaa ja samaan paikkaan voidaan säilöä kaikki tarpeellinen. Menetelmän paikoitustarkkuus on hyvä sekä ohjattavuus selkeää.

30 Lähteet Edellä oleva materiaali pohjautuu seuraaviin lähteisiin:
Kalevi Aaltonen, Tuotantoautomaatio, Espoo, Otatieto, 1992, Lapinleimu, Kauppinen, Torvinen, Kone- ja metalliteollisuuden tuotantojärjestelmät, Helsinki, 1997, WSOY, Fastemsin kotisivut,