AS-0.1502 Automaatio 2. Kappaletavaraautomaation moduuli Opettaja: Prof. Kari Koskinen, Automaation tietotekniikka, TUAS huone 1553, puhelin 050-5857834, sähköposti: kari.o.koskinen@aalto.fi. Moduulin suorittaminen: välikoe, maksimi 20 p (20/101). AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 1
Teollisuuden automaation sovellusaluejako Prosessiteollisuus prosessiautomaatio Kappaletavarateollisuus kappaletavara-automaatio Liikkuvat työkoneet työkoneautomaatio Tärkeitä uusia (ei varsinaisesti teollisia) alueita ovat mm: - rakennusautomaatio - infrastruktuurien automaatio, esim. hajautettu energiantuotanto AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 2
Määritelmä Kappaletavaratuotanto on erillisten kappaleiden muokkaamista, siirtoa, kuljetusta, varastointia ja liittämistä. Teollisuudenaloja, joilla tuotanto on kokonaan tai pääosin kappaletavaraa: Kone- ja metallituoteteollisuus Elektroniikka- ja sähköteollisuus Puusepänteollisuus Vaatetusteollisuus Teollisuudenaloja, joilla tuotanto on osittain, erityisesti loppupäässä, kappaletavaraa: Elintarviketeollisuus Paperiteollisuus Lääketeollisuus AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 3
Teollisuuden alojen vertailua (kärjistetysti) PT = prosessiteollisuus KT = kappaletavarateollisuus Lähtökohta materiaalinkäsittelyssä: PT mekanisoitu, KT manuaalinen Prosessien ja materiaalivirtojen mallinnus: PT jatkuvat järjestelmät, selkeät materiaalivirrat KT diskreettiaikajärjestelmät, usein monimutkaiset ja epähavainnolliset materiaalivirrat Tuotantoyksikön koko: PT suuri, KT pieni Prosessiliitäntöjen ja automaation perustoimintojen standardointi: PT pitkällä, KT melko alussa, kohdealue on laajempi ja hajanaisempi Suomalainen automaatioteollisuus: PT kansainvälistyminen pitkällä, KT melko alussa, paitsi muutama alue (elektroniikan tuotantoautomaatio, konepajojen joustavat valmistusjärjestelmät, varastoautomaatio) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 4
Esimerkki prosessikaaviosta, josta ilmenevät prosessin materiaalivirrat Massankäsittely paperivalmistuksessa edeltäen paperikonetta Lähde: http://know.tkk.fi/pap/ AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 5
Esimerkki materiaalivirroista pienessä konepajassa Kuva esittää analyysiohjelmistolla (FactoryFlow) muodostettua kaaviota materiaalivirroista konepajan pohjapiirroksen suhteen. Ohjelmaa voidaan käyttää layoutratkaisun suunnittelussa tai parantamisessa. Lähde: David P. Sly: Before dynamic simulation: systematic layout design from scratch Proceedings of the 1997 Winter Simulation Conference. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 6
Kappaletavaratuotannon prosessi - testausta ja laadunvarmistusta voi lisäksi olla mukana kaikissa eri vaiheissa Raaka-aineiden ja komponenttien vastaanotto Loppukokoonpano Valmiiden tuotteiden lähetys Osavalmistus Osavalmistus Osavalmistus Osavalmistus Osakokoonpano Osakokoonpano AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 7
Testaus ja laadunvarmistus Korjaus tai hylkyyn hylky M M - hylky Valmistus- tai kokoonpanovaihe n Testaus ja/tai laadunmittaus Valmistus- tai kokoonpanovaihe n + 1 Vaiheen n lähtö on materiaalivirta M kpl / aikayksikkö Vaiheen n saanto ( yield ) = (M hylky) / M 1 AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 8
Tuotantojärjestelmän kokonaistehokkuus OEE, Overall Equipment Effectiveness Tuotantojärjestelmän tai siihen kuuluvan osajärjestelmän, koneen tai laitteen kokonaistehokkuutta voidaan mitata seuraavista osatekijöistä muodostuvalla kokonaistunnusluvulla: Kokonaistehokkuus = Käytettävyys x Suorituskyky (Nopeus) x Laaduntuotto Englanninkielinen terminologia: Overall Equipment Effectiveness, OEE Availability (Käytettävyys), Performance (Suorituskyky), Quality (Laatu) OEE= Availability x Performance (Speed) x Quality AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 9
Kokonaistehokkuus, OEE Käytettävyys = (suunniteltu tuotantoaika tuotantokatkot) / suunniteltu tuotantoaika 1 Suorituskyky (Nopeus) = toteutunut tuotantonopeus / maksimi tuotantonopeus 1 Laaduntuotto (Saanto) = (kokonaistuotanto hylätty tuotanto) / kokonaistuotanto 1 0 OEE 1 Esimerkiksi työstökoneen kokonaistehokkuuden tarkastelu tietyltä käyttöjaksolta: OEE = Käytettävyys x Nopeus x Laatu = 0,95 x 0,8 x 0,9 = 0,684 OEE-mittarointia käytetään tärkeimpien kehityskohteiden löytämiseksi AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 10
Kappaletavaratuotannossa käytettäviä koneita ja laitteita automaattivarasto teollisuusrobotti numeerisesti ohjattu työstökone (NC-kone) rullakuljetin automaattitrukki (vihivaunu) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 11
Esimerkki elektroniikkatuotannon kokoonpanolinjasta (Photonium Oy) Lähde: http://www.photonium.fi/a_flex_electronic.htm, 8.9.2008 AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 12
Esimerkki konepajateollisuuden joustavasta valmistusjärjestelmästä (Fastems Oy) Lähde: http://www.fastems.com/, 8.9.2008 AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 13
Kappaletavaratuotannon ja - automaation sisällölliset elementit (kursseilla AS-0.1501 ja AS-0.1502) Tuotantojärjestelmän peruskomponentit (AS-0.1502) Kuljetus- ja varastointilaitteet Teollisuusrobotit NC-koneet ja FM-järjestelmät Mittaustiedon saanti (AS-0.1502) Anturit Tunnistaminen ja identifiointi. Viivakoodit. RFID. Konenäkö. Ohjaus Ohjelmoitavat logiikat ja PC-valvomot (AS-0.1501) Peruskomponenttien ohjaukset ja ohjelmointi (AS-0.1502) Tiedonsiirto ja integrointi (AS-0.1501) Kenttäväylät (AS-0.1501) Suunnittelu ja projektointi Simuloinnin käyttö (AS-0.1502) Automaatioprojekti (AS-0.1501) RFID NC FMS Radio Frequency IDentification Numerical Control Flexible Manufacturing System AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 14
Kappaletavara-automaation luennot 17.01.2013 Moduulin esittely. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. 24.01.2013 RFID ja viivakoodit. 31.01.2013 Konenäkö ja sen soveltaminen. 07.02.2013 Teollisuusrobotit ja niiden soveltaminen. 14.02.2013 NC-koneet, FM-järjestelmät, tuotannonohjaus. 21.02.2013 Varalla. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 b15
Kurssien AS-0.1501 ja AS-0.1502 (Kappaletavara-automaatio) ja AS-116.3111 (Teollisuuden tietojärjestelmät) aihealueet Toimitusketjun hallinta (SCM) Toiminnanohjaus (ERP) AS-116.3111 Valmistuksenohjaus (MES) Ohjelmoitava logiikka (PLC) Anturit, toimilaitteet, koneet AS-0.1501 AS-0.1502 SCM Supply Chain Management ERP Enterprise Resource Management MES Manufacturing Execution System PLC Programmable Logic Controller AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 16
Kappaletavaratuotanto logistisena prosessina. Logistisen prosessin tilamalli ja tilamallin päivitys. käyttäjä ja/tai ohjausautomatiikka ohjaukset ja toimenpiteet logistinen prosessi ohjaustiedot, kytkintiedot, tunnistustiedot logistisen prosessin tilamalli AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 17
Kappaleiden automaattinen tunnistus ja identifiointi kappaletavaratuotannossa Miksi? - Mahdollistaa automaattiset ohjaustoiminnot. - Tiedonkeruun avulla voidaan ylläpitää ajan tasalla olevaa tietokantaa logistisesta prosessista. - Päästään eroon tietojen manuaalisesta syötöstä, mikä on usein hankalaa ja puutteellista. - Mahdollistaa tuotteiden valmistus- ja laatutietojen keruun ja ylläpidon sekä jäljitettävyyden (traceability). AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 18
Kappaleiden havaitseminen, tunnistaminen ja identifiointi Havaitseminen (Detection) Havaitaan kappaleen läsnäolo/poissaolo. Tyypilliset anturit: mekaaniset, induktiiviset, kapasitiiviset tai optiset kytkimet. Tunnistaminen (Recognition) Tunnistetaan, että kappale kuuluu tiettyyn kappaleluokkaan. Tyypilliset anturit: kytkinrivit tai matriisit, konenäkö, viivakoodinlukijat, RFIDlukijat. Identifiointi (Identification) Tunnistetaan kappale juuri tietyksi kappaleeksi, jolla on yksikäsitteinen identiteetti. Tyypilliset anturit: viivakoodinlukijat, RFID-lukijat. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 19
Logistisen prosessin tilamallin päivitys Kappaleiden seuranta ja tunnistaminen logistisessa prosessissa. Eri vaihtoehdot: 1. Prosessimalli päivitetään ohjaustoimenpiteiden ja pelkän on/offhavaintotiedon perusteella (häiriöherkkä, uudelleenkäynnistys vaikeaa). 2. Seuranta ja tunnistaminen tapahtuu joka vaiheessa identifiointiantureiden avulla (vikasietoinen, toimintavarma, kallis). 3. Sopiva yhdistelmä edellisistä vaihtoehdoista. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 20
Havaitseminen (detection). Kytkevät asema-anturit. Kytkevillä on/off-tyyppisillä asema-antureilla voidaan havaita kappaleen läsnäolo tai poissaolo tietyssä asemapaikassa. Tärkeimmät anturityypit ovat: mekaaniset rajakytkimet induktiiviset kytkimet kapasitiiviset kytkimet valosähköiset kytkimet ultraäänikytkimet AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 21
Anturikäsitteitä Tuntoelin (sensor). Anturin osa, johon mitattava ilmiö välittömästi vaikuttaa. Mittamuunnin (transducer). Mittauslaite, joka muuntaa mitattavan suureen arvot mittaviestin arvoiksi tunnetun säännön mukaan. Mittamuunnin sisältää sähköistä signaalinkäsittelyä, mutta mittaviesti ei ole standardin mukainen. Mittalähetin (transmitter). Mittalähettimen viesti on standardin mukainen virtaviesti tai jänniteviesti. Analoginen anturi (analog transducer). Mittauslaite, jonka lähtösuure on analoginen. Digitaalinen anturi (digital transducer). Mittauslaite, jonka lähtösuure on digitaalinen (esim. jännitetasot vastaten binäärisignaalin arvoja 0 ja 1 ). AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 22
Mekaaniset rajakytkimet mekaanisia rajakytkimiä: Mekaanisten rajakytkimien käyttöä nykyaikaisissa ohjausjärjestelmissä voivat rajoittaa: kytkentäaika kosketinvärähtely mekaanisten osien kuluminen Valinnassa tärkeitä ominaisuuksia: kotelon muoto ja materiaali rakennelaji ja suojausluokka (IP) käyttölämpötila mekaaninen elinikä ohjaustapa, -voima, -nopeus kytkentätiheys (kytkentää/h) kytkentänopeus (ms/ohjaus) toistotarkkuus koskettimien värähtelyaika kytkentäjännite kytkentävirta standardit (esim. DIN 43694) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 23
Induktiiviset kytkimet Induktiivinen kytkin antaa lähtösignaalin metallin tai muun hyvin sähköä johtavan materiaalin lähestyessä tuntopintaa. Kapasitiiviseen kytkimeen verrattuna induktiivisella kytkimellä on seuraavat erityisominaisuudet: soveltuu suurille kytkentätaajuuksille tunnistaa vain metallit usein edullisempi tarkempi useita normikokojen valmistajia induktiivisen kytkimen periaate AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 24
Kapasitiiviset kytkimet Toimintaperiaate: Kapasitiiviset kytkimet sisältävät oskillaattoripiirin, jonka kapasitanssiin vaikuttaa tuntopinnan edessä oleva aine. Tunnistusetäisyys riippuu tunnistettavan aineen dielektrisyysvakiosta. Tunnistettava aine täytyy viedä sitä lähemmäksi, mitä pienempi on sen dielektrisyysvakio. Aineet, joilla on suuri dielektrisyysvakio, voidaan tunnistaa pienemmän dielektrisyysvakion omaavan aineen läpi (esim. nestepinnan tarkkailu säiliössä muovi- tai lasiseinämän läpi). Induktiiviseen kytkimeen verrattuna kapasitiivisella kytkimellä on seuraavia erityisominaisuuksia: säädettävä herkkyys tunnistaa eristäviä aineita kokoonsa nähden suhteellisen pitkä tuntoetäisyys pienempi kytkentätaajuus Kapasitiivisiä kytkimiä käytetään mm. nesteiden, rakeisten ja jauhemaisten aineiden pinnankorkeusantureina, muovi- ja paperiratojen kulun katkeamisen valvontaan ja impulssiantureina metalli- ja ei-metalliosien laskennassa. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 25
Kapasitiivisen kytkimen käyttöesimerkkejä pahvilaatikon pinnantarkkailu min-max nesteen pinnanvavonta paperipinon korkeuden tunnustelu virtaavien aineiden tunnustelu irtoaineiden pinnantarkkailu tunnustelu esim. muovi- tai lasiseinämän lävitse pinnan tarkkailu automaattinen täyttö kierrosluvun tarkkailu automaattinen lajittelu repeämän tarkkailu laskee, rekisteröi, automatisoi AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 26
Valosähköiset kytkimet Toimintaperiaate: Optinen kytkin koostuu valolähteestä ja valoa ilmaisevasta tuntoelimestä. Kappaleen havaitseminen liittyy joko valon ilmaisuun tuntoelimessä tai sen katkeamiseen (esim. valokenno). Valonlähteenä voi olla hehkulamppu, LED, jne. Valolähde on useimmiten moduloitu taustavalon vaikutuksen vähentämiseksi. Valoa ilmaiseva tuntoelin on esim. valoa vastaanottava transistori. Kuitukaapelikytkimissä käytetään optista kuitua sekä lähetettävän valon että vastaanotettavan valon kuljetukseen. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 27
Valosähköiset kytkimet Vastaanotinperiaate Suoraan heijastava periaate Lähetin-vastaanotinperiaate V-heijastava periaate AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 28
Kuitukaapelikytkimen käyttöesimerkkejä osien syötön osoitus etiketin osoitus osien siirtymisen osoitus nestepinnan osoitus pienten osien erotus nauhalla kahden paperiarkin osoitus langan katkeamisen osoitus tekstin osoitus korkeuden mittaus reunan valvonta IC-piirin aseman osoitus paksuuden mittaus AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 29
Ultraäänikytkimet Ultraäänianturissa äänilähteenä toimii esim. pietsosähköinen kide, joka muuttaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi. Äänen ilmaisussa toiminta on päinvastainen. 1. Sama kide toimii lähettimenä ja vastaanottimena. 2. Anturissa on erilliset lähetin- ja vastaanotinkiteet. Etäisyyden tunnistus perustuu ultraäänen kulkuaikaan, johon voivat virhelähteinä vaikuttaa: - vaihtelut ilman lämpötilassa - kosteus, vesi - ilmavirtaukset - lika Tunnistettavan materiaalin heijastus- ja absorptio-ominaisuudet ovat olennaisia anturin toimivuuden kannalta. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 30
Ultraäänikytkimet käyttö lähestymiskytkimenä, jolloin kohde-esine toimii ultraäänen heijastimena kytkimen tunnistusalue ja siihen liittyvät käsitteet käyttö heijastuskytkimenä, jolloin kaiku katkaistaan kohde-esineellä AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 31
Ultraäänikytkimien käyttöesimerkkejä autojen tuulilasien tunnistelu materiaaliradan katkojen valvonta erikokoisten pakkausten lajittelu pinon korkeuden valvonta henkilöiden havaitseminen kuljetuskonttien sisällön valvonta (täysien ja tyhjien erottelu) bulkkitavaran täyttöasteen valvonta turva-anturointi törmäyksenestossa puuttuvien yksiköiden havaitseminen kuljettimella nestepintojen valvonta nestevirtojen valvonta nauhamaisten materiaalien venymisen valvonta AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 32
Kytkevät asema-anturit yhteenveto Kytkevän asema-anturin oikea ja luotettava toiminta on olennaisen tärkeää sovelluksen kannalta. Anturin valintaan ja asennukseen liittyy paljon yksityiskohtaista tietoa. Kytkevien asema-antureiden signaalit saadaan ohjausjärjestelmään tyypillisesti ohjelmoitavan logiikan binäärituloina tai kenttäväylän I/Oterminaalin binäärituloina. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 33
Tunnistaminen ja identifiointi koodattuun tunnisteeseen perustuen Kappaleen tai kuljetusalustan mukana kulkevaan koodattuun tunnisteeseen tai saattomuistiin voidaan sisällyttää erilaista tietoa: Kappaleen identiteetti Valmistus- ja käsittelyohjeita Toteumatietoa valmistusprosessista, testauksesta ja laadunvarmistuksesta.tämä edellyttää kirjoitusmahdollisuuden, jolloin tunnisteen asemesta on perusteltua käyttää nimitystä saattomuisti. Eri menetelmiä, joilla koodattu tunniste tai saattomuisti voidaan toteuttaa: Sähkömekaaniset tunnisteet Magneettiset tunnisteet Optiset tunnisteet, viivakoodit ja matriisikoodit RF-tekniikalla luettavat/kirjoitettavat tunnisteet ja saattomuistit (RFID) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 34
AIM on keskeinen standardointiorganisaatio tunniste- ja saattomuistiteknologiaan liittyen AIM Association for Automatic Identification and Mobility Since 1972, AIM has actively led the way in industry standards, education, and outreach. AIM is the international trade association representing automatic identification and mobility technology solution providers. Through the years, industry leaders continue to work within AIM to promote the adoption of emerging technologies. AIM actively supports the development of AIM standards through its own Technical Symbology Committee (TSC), Global Standards Advisory Groups, and RFID Experts Group (REG), as well as through participation at the industry, national (ANSI) and international (ISO) levels. AIM is the leading authority on: Bar code, Radio frequency identification (RFID), and Enterprise mobile computing. AIM members are also leading solutions providers of: Voice systems, Magnetic stripe, Mobile computing, OCR, and Contact memory. AIM delivers accurate and unbiased information on AIM technologies, standards, and applications. Through support of the Education and Public Policy Committee (EPP), AIM is able to provide an unbiased technology perspective to legislators, media and consumers. http://www.aimglobal.org/ AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 35
Kappaleiden automaattinen kuljetus ja varastointi Automaattinen kuljetus ja kuljetusjärjestelmät Varastot ja varastoautomaatio Esimerkki toimittajasta ja sovelluksista (Cimcorp Oy) Vihivaunut Kuljetusten ja varastoinnin automatisointi muualla kuin tehdasympäristössä - Esimerkki konttien kuljetuksen ja varastoinnin automatisoinnista (Cargotec Finland Oy, Kalmar Industries) - Esimerkki malminkuljetuksen automatisoinnista kaivoksessa (Sandvik Mining and Construction Oy) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 36
Kappaleiden automaattinen kuljetus ja varastointi osana koko tuotantoprosessin automatisointia Automaattinen kuljetus ja varastointi + Automaattinen prosessointi (työstö, pintakäsittely, jne.) + Kokonaan automatisoitu tuotantoprosessi Miehittämätön tai rajoitetusti miehitetty tuotanto Automaattinen kokoonpano Kuljetusten, siirtojen ja varastoinnin automatisointia kutsutaan yhteisnimellä materiaalinkäsittelyn automatisointi, AMH Automated Material Handling AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 37
Kuljetusjärjestelmän tehtävät vastaanotto varasto työpiste varasto työpiste työpiste lähetys työpiste varasto lähetys Kuljetusjärjestelmän tehtävät: 1. Kuljetukset eri paikkojen välillä (kuva). 2. Kuljetusjärjestelmä tai sen osa voi toimia puskurivarastona. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 38
Sisälogistiikka ja ulkologistiikka Sisälogistiikalla tarkoitetaan tuotantolaitoksen sisällä tapahtuvaa materiaalien (komponentit, puolivalmisteet, lopputuotteet) ja niiden kuljetusalustojen tai pakkausten kuljetusta ja varastointia sekä lähisiirtoja kuljetusjärjestelmän rajapinnoissa varastoihin ja työpisteisiin. Ulkologistiikalla tarkoitetaan tuotantolaitoksen ulkopuolella tapahtuvaa materiaalien, komponenttien ja tuotteiden kuljetusta ja varastointia. Sisälogistiikan ja ulkologistiikan rajapinnat tuotantolaitoksessa ovat vastaanotto ja lähetys. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 39
Kuljetus- ja varastointialustat Kuljetus- ja varastointialustojen valintaan vaikuttavat asiat: Tulo- ja lähtöasemat ja niiden rakenteet. Kappaleiden purku ja täyttö työpisteissä kuljetusalustoilta, esimerkiksi robotilla. Ulkologistiikka voi vaikuttaa alustojen valintaan toimitusketjujen puitteissa. Sekä sisä- että ulkologistiikassa on edullista pyrkiä minimoimaan erilaisten alustojen määrä ja kappaleiden siirrot alustalta toiselle. Valittujen alustojen, kuten kuljetuslavojen, palettien, kasettien jne., tulisi olla yleisesti käytettyjen standardien mukaisia, jos mahdollista. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 40
Automaattisen identifioinnin ratkaisut Alustojen ja/tai kappaleiden koodaus. Identifiointimenetelmän (viivakoodi, RFID jne.) valintaan vaikuttavat ympäristöolosuhteet sisälogistiikassa ja mahdollisesti myös ulkologistiikassa. Automaattisen identifioinnin käytöllä pyritään saavuttamaan - mahdollisimman oikea ja ajantasainen tieto logistisen prosessin tilasta: varastosaldot, tieto valmistuksen eri vaiheissa olevasta materiaalista ja sen tilasta, - lopputuotteiden jäljitettävyys: mistä komponenteista ja materiaaleista ne on valmistettu ja millaisissa prosessiolosuhteissa. Koodausratkaisut vaikuttavat logistisen prosessin sekä valmistusprosessin erilaisten laitteiden ja koneiden ohjausjärjestelmien käyttötapoihin ja käyttömahdollisuuksiin. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 41
Kuljetusjärjestelmien luokitus Jatkuvatoimiset, kiinteät kuljettimet esim: rullakuljettimet ketjukuljettimet hihnakuljettimet ruuvikuljettimet Vaunupohjaiset kuljetusjärjestelmät, esim: kiskoilla liikkuvat vaunut siltanosturit trukit vihivaunut Näiden kahden pääluokan sisällä voidaan luokittelua tarkentaa mm. tukeutumistavan, mekaanisen käyttövoiman välityksen, ohjausperiaatteen jne. perusteella. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 42
Kaksi esimerkkiä kattoon tuetuista kuljetinjärjestelmistä AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 43
Esimerkkikuvia kiinteistä kuljettimista hihnakuljetin rullakuljetinjärjestelmä ketjukuljetinjärjestelmä AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 44
Kuljettimien ja kuljetinjärjestelmien ohjaus Perusohjaus yleensä ohjelmoitavalla logiikalla (PLC). Järjestelmän I/O-signaalit on liitetty joko suoraan PLC:n I/O-moduuleihin tai kenttäväylän I/O-terminaaleihin. Toimintojen ohjaukseen käytetään kytkeviä asema-antureita ja usein myös automaattista koodinlukua (viivakoodit, RFID). Laajemmissa järjestelmissä PLC:n ylätasolla voi olla PC-pohjainen ohjaus ja käyttöliittymä tai kaupallinen PC-valvomo-ohjelmisto. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 45
Materiaalivirtojen kuvaus Voidaan käyttää esimerkiksi seuraavankaltaisia symboleita: työasema puskurivarasto 2 3. 1 1 2 3. n materiaalivirran jakautumiskohta materiaalivirran kokoamakohta n AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 46
Materiaalivirtojen kuvaus. Esimerkkinä koneistusosasto. Koneistusosaston kaavio ja sen yläpuolella materiaalivirtapiirros AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 47
Periaatekuva eri kuljetusratkaisujen soveltuvuusalueista materiaalivirran suuruus kiinteät jatkuvatoimiset kiinteät vaunujärjestelmät vihivaunut langoitetut reitit vihivaunut vapaasti navigoivat manuaaliset vaunut, trukit jne. joustavuuden tarve AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 48
Varastot ja varastoautomaatio Miksi varastoja tarvitaan? - Tasaamaan logistisen järjestelmän materiaalivirtoja ja varmistamaan materiaalien oikea-aikainen saatavuus. - JOT- tai JIT- periaatteen mukaisesti varastot pyritään kuitenkin minimoimaan, ettei niihin sitoutuisi materiaaleja, mistä koituu pääomakustannuksia. - Varastojen mitoitus on monitavoitteinen optimointiongelma: liian suuret varastot lisäävät tarpeettomasti investointikustannuksia sekä kustannuksia varastoihin sitoutuneiden materiaalien (mm. KET) muodossa. Liian pienet varastot voivat puolestaan aiheuttaa menetyksiä tuotantosuunnitelmien ja asiakastoimitusten viivästymisen muodossa. - Toimitusketjujen puitteissa on yleistynyt VMI - periaate, jolloin toimittaja vastaa tilaajan tehtaalla olevan varaston materiaalin riittävyydestä. Materiaali siirtyy tilaajan maksettavaksi vasta, kun se otetaan varastosta tuotantoon. - Termejä: JOT = Juuri Oikeaan Tarpeeseen, JIT = Just In Time, KET = Keskeneräinen Tuotanto, VMI = Vendor Managed Inventory. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 49
Varastot ja varastoautomaatio Varastojen toiminnallista jaottelua: vastaanoton ja lähettämön varastot keskusvarastot tuotantoon liittyvät välivarastot Varastojen teknologista jaottelua: korkeavarastot paljon nimikkeitä, pieni materiaalivirta per nimike, tyypillinen käyttö: keskusvarastona, FM-järjestelmään integroituna varastona, läpivirtausvarastot vähän nimikkeitä, suuri materiaalivirta per nimike, tyypillinen käyttö: esimerkiksi meijerin lähettämössä, jonotyyppiset puskurivarastot esimerkiksi kuljetinjärjestelmän puskuriosuus työpisteen tuloasemalla, alustalle pinottavat varastot esimerkiksi lattialle sijoitetut välivarastot poimintaa ja lajittelua varten, satamaterminaalien konttivarastot jne. paternoster-tyyppiset varastot pienosille ja tarvikkeille AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 50
Varastot - esimerkkikuvia Miniload Store http://www.stocklin.co.uk/stocklin.html Miniload Crane http://www.stocklin.co.uk/stocklin.html Pienehköille varastointi- ja kuljetuslaatikoille tarkoitettu korkeavarastotyyppinen ratkaisu AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 51
Kuljetus- ja varastointijärjestelmän suunnittelu ja valinta yrityksen strategia, johon vaikuttavat arviot markkinoiden kehityksestä kuljetusten ja varastoinnin volyymitarpeet ja joustavuustarpeet erilaiset tekniset ratkaisumahdollisuudet ratkaisuvaihtoehdot, joista valitaan kustannus- ja muiden kriteerien perusteella muutokseen käytettävissä olevat resurssiraamit nykyiset tilat ja järjestelmät, mahdollisuudet uusiin tiloihin AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 52
Simuloinnin käyttö kuljetus- ja varastointijärjestelmän suunnittelussa ja valinnassa Tarkastelun kohteena on koko tuotantolaitoksen tai sen osan layout. Kuljetus- ja varastointijärjestelmien lisäksi mallinnetaan myös työpisteet ja niiden kapasiteetit. Materiaalivirtoja simuloimalla voidaan testata ja vertailla eri vaihtoehtoja (layoutit, kapasiteetit). Mallintamiseen ja simulointiin on olemassa kehittyneitä työkaluohjelmistoja (esim. ProModel, QUEST jne.) 2D-mallintaminen ja simulointi on yleensä riittävä materiaalivirtojen tutkimiseen ja mitoitukseen. 3D-malleilla ja animaatioilla on käyttöä ratkaisun ja sen toiminnan havainnollistamisessa. Monimutkaisen järjestelmäratkaisun mitoituksessa ja verifioinnissa simulointi on perusteltu, usein jopa välttämätön työmenetelmä. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 53
Varastot ja varastoautomaatio Varastojen automaatio koostuu seuraavista tasoista: Varastokoneiden ja/tai robottien liikeohjaus ja paikoitus. Tehtävänannon suunnittelu varastokoneille ja/tai roboteille (mistä noudetaan, mihin viedään, kulkureitti). Varastossa olevan materiaalin hallinta, materiaalinsiirto-operaatioiden (esim. keräily) suunnittelu. Varastoitavien kappaleiden tai alustojen automaattinen identifiointi on usein olennainen piirre varastoautomaation toteuttamisessa. Perustason liikeohjaus toteutetaan usein ohjelmoitavilla logiikoilla ja robotti- tai NCohjauksilla. Ylemmän tason toiminnot, erityisesti varastonhallinta, ovat usein laajoja tietokantasovelluksia. Suomalaisia varastojärjestelmien ja varastoautomaation toimittajia ovat mm. Pesmel Oy ( http://www.pesmel.fi/ ) ja Cimcorp Oy (http://www.cimcorp.fi/) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 54
Esimerkki tuotteiden keräilyvarastosta elintarviketeollisuudessa (http://www.cimcorp.fi/) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 55
Esimerkki paperirullien käsittelyjärjestelmästä (http://www.cimcorp.fi/) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 56
Esimerkki renkaiden käsittelyjärjestelmästä (http://www.cimcorp.fi/) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 57
Erään varastonohjausjärjestelmän kaavio (http://www.cimcorp.fi) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 58
MultiPick Simulation for Beverage, Hartwall Lähde: Janne Tiuttu, Cimcorp, Esittelykalvosarja 16.4.1999 AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 59
Uusi sovellusalue: Cimcorpin robottitekniikkaa aurinkopaneelien tuotannossa (http://www.cimsolar.com) AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 60
Esimerkki logistiikkakeskuksen asiakastilausten keräilyjärjestelmästä Krones: Automatic order-picking system http://www.youtube.com/watch?v=yu6owsqetzi&feature=related AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 61
Vihivaunut Vihivaunu Automaattinen trukki AGV = Automated Guided Vehicle Erittäin joustava ja nopeasti yleistyvä kuljetusjärjestelmä. Sovelluksia lähes kaikilla kappaletavarateollisuuden aloilla sekä erityyppisissä varastoissa. Vaunujen koko ja kuormauskyky voi vaihdella laajalla alueella: 50 kg esim. elektroniikkateollisuus 1500 kg esim. autoteollisuus 60 tn esim. konttien kuljetus satamissa Sovellukset ensin tehtaissa, myöhemmin myös ulkovarastoissa, satamissa jne. AS-0.1502 Kappaletavara-automaatio. Kappaleiden kuljetus ja varastointi. KK/17.1.2013 62