Kappaleiden siirtoaikojen huomioimisen vaikutus skeduloinnin tarkkuuteen flexible job shop -ympäristössä
Kymäläinen, Severi (2023)
Kymäläinen, Severi
2023
Automaatiotekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Automation Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-04-24
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304033421
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304033421
Tiivistelmä
Metalliteollisuudessa hyödynnetään tuotteiden valmistuksessa usein erilaisia metallintyöstöön erikoistuneita koneita kuten sorveja sekä jyrsin- ja porauskoneita. Jokainen itsenäinen CNC-kone tehostaa tuotantoa kasvattaen tuotantokapasiteettia ja tuoden siten yritykselle huomattavaa lisäarvoa. Koneet ovat kuitenkin myös omistajalleen suuri investointi, mistä syystä niiden tehokas ja jatkuva ympärivuorokautinen toiminta on toivottavaa. Metallintyöstökoneet mahdollistavat yritykselle jatkuvan tuotannon, mutta useista työstökoneista koostuvan työstökonejärjestelmän tuotannon suunnittelulla ja koneiden välisten töiden synkronoinnilla on suuri vaikutus koko järjestelmän toiminnan tehokkuuteen.
Useista metallintyöstökoneista koostuvan järjestelmän toimintaa ohjaava, suunnitteleva ja seuraava tuotannonohjausjärjestelmä vastaa järjestelmän tehokkaasta ajamisesta. Muun muassa valmiiden osien toimitusaikataulut, raakamateriaalin ja työkalujen saatavuus sekä käytettävissä olevat valmistusresurssit määrittävät kukin tuotannolle omat rajoitteensa. Tuotannonohjausjärjestelmän on kaikki nämä muuttujat huomioiden kyettävä paitsi toteuttamaan myös ennustamaan tulevaa tuotantoa. Näillä tuotantoennusteilla on yritykselle käytännön merkitystä, jotta järjestelmän käyttäjä osaa varautua tulevaan tuotantoon oikein työkaluin ja materiaalein. Lisäksi valmiiden tuotteiden jatkojalostuksen tai toimituksen suunnittelemiseksi ymmärrys eri tilausten valmistumisajankohdista on hyödyllistä.
Tässä diplomityössä tarkasteltiin erästä kuudesta identtisestä metallintyöstökoneesta koostuvaa automatisoitua järjestelmää, jossa yksi tuotannonohjausjärjestelmän ohjaama hissi palveli kaikkia koneita vieden niille uusia töitä ja hakien valmistuneita töitä pois. Työ keskittyi tuotannonohjausjärjestelmään, joka suunnittelee tuotannon, ohjaa sen toteutusta ja ennustaa tuotannon etenemistä. Tuotannonohjausjärjestelmä ei kuitenkaan ottanut sellaisenaan huomioon hissiltä töiden siirtoon kuluvia aikoja johtaen liian optimistisiin tuotantoennusteisiin. Tässä työssä töiden siirtoaikojen huomiointi sisällytettiin tuotannonohjausjärjestelmän skedulointialgoritmiin, jotta siirtoaikojen huomioimisen vaikutusta ennusteiden tarkkuuteen voitiin arvioida. Uuden siirtoajat huomioivan ja vanhan siirtoajat huomiotta jättävän algoritmin tuottamia ennusteita verrattiin lopulta toteutuneeseen tuotantoon ennusteiden keskinäisen paremmuuden selvittämiseksi.
Mittaustulokset osoittivat siirtoajat huomioivan algoritmin tuottamat ennusteet kiistattomasti siirtoajat huomiotta jättävän algoritmin ennusteita tarkemmiksi tilausten valmistumista pitkällä tähtäimellä ennustettaessa. Lyhyellä, muutaman päivän otannalla algoritmien tuottamien aikataulujen välillä ei havaittu merkittävää eroa. Tutkimuksissa todettiin kuitenkin myös alkuperäisen siirtoajat huomiotta jättävän algoritmin tuottavan varsin hyviä ennusteita tämän työn kontekstissa. Näin ollen siirtoajat huomioimalla saavutettu paremmuus ennusteiden tarkkuudessa todettiin vaatimattomaksi tutkitun järjestelmän osalta. Siirtoajat huomioivan algoritmin marginaalisesta paremmuudesta saatavat hyödyt hukkuvat todellisuudessa nopeasti järjestelmän ulkopuolisten häiriöiden aiheuttamaan kohinaan. Järjestelmässä, jossa töiden siirtoviiveet vievät suuremman osuuden kokonaistuotantoon kuluvasta ajasta, siirtoaikojen huomioimisesta voisi olla enemmän käytännön hyötyä.
Useista metallintyöstökoneista koostuvan järjestelmän toimintaa ohjaava, suunnitteleva ja seuraava tuotannonohjausjärjestelmä vastaa järjestelmän tehokkaasta ajamisesta. Muun muassa valmiiden osien toimitusaikataulut, raakamateriaalin ja työkalujen saatavuus sekä käytettävissä olevat valmistusresurssit määrittävät kukin tuotannolle omat rajoitteensa. Tuotannonohjausjärjestelmän on kaikki nämä muuttujat huomioiden kyettävä paitsi toteuttamaan myös ennustamaan tulevaa tuotantoa. Näillä tuotantoennusteilla on yritykselle käytännön merkitystä, jotta järjestelmän käyttäjä osaa varautua tulevaan tuotantoon oikein työkaluin ja materiaalein. Lisäksi valmiiden tuotteiden jatkojalostuksen tai toimituksen suunnittelemiseksi ymmärrys eri tilausten valmistumisajankohdista on hyödyllistä.
Tässä diplomityössä tarkasteltiin erästä kuudesta identtisestä metallintyöstökoneesta koostuvaa automatisoitua järjestelmää, jossa yksi tuotannonohjausjärjestelmän ohjaama hissi palveli kaikkia koneita vieden niille uusia töitä ja hakien valmistuneita töitä pois. Työ keskittyi tuotannonohjausjärjestelmään, joka suunnittelee tuotannon, ohjaa sen toteutusta ja ennustaa tuotannon etenemistä. Tuotannonohjausjärjestelmä ei kuitenkaan ottanut sellaisenaan huomioon hissiltä töiden siirtoon kuluvia aikoja johtaen liian optimistisiin tuotantoennusteisiin. Tässä työssä töiden siirtoaikojen huomiointi sisällytettiin tuotannonohjausjärjestelmän skedulointialgoritmiin, jotta siirtoaikojen huomioimisen vaikutusta ennusteiden tarkkuuteen voitiin arvioida. Uuden siirtoajat huomioivan ja vanhan siirtoajat huomiotta jättävän algoritmin tuottamia ennusteita verrattiin lopulta toteutuneeseen tuotantoon ennusteiden keskinäisen paremmuuden selvittämiseksi.
Mittaustulokset osoittivat siirtoajat huomioivan algoritmin tuottamat ennusteet kiistattomasti siirtoajat huomiotta jättävän algoritmin ennusteita tarkemmiksi tilausten valmistumista pitkällä tähtäimellä ennustettaessa. Lyhyellä, muutaman päivän otannalla algoritmien tuottamien aikataulujen välillä ei havaittu merkittävää eroa. Tutkimuksissa todettiin kuitenkin myös alkuperäisen siirtoajat huomiotta jättävän algoritmin tuottavan varsin hyviä ennusteita tämän työn kontekstissa. Näin ollen siirtoajat huomioimalla saavutettu paremmuus ennusteiden tarkkuudessa todettiin vaatimattomaksi tutkitun järjestelmän osalta. Siirtoajat huomioivan algoritmin marginaalisesta paremmuudesta saatavat hyödyt hukkuvat todellisuudessa nopeasti järjestelmän ulkopuolisten häiriöiden aiheuttamaan kohinaan. Järjestelmässä, jossa töiden siirtoviiveet vievät suuremman osuuden kokonaistuotantoon kuluvasta ajasta, siirtoaikojen huomioimisesta voisi olla enemmän käytännön hyötyä.