ISSN 1734–9834

Czasopismo

Akademii Techniczno–Humanistycznej

w Bielsku–Białej

Katedra Inżynierii Produkcji

We współpracy:

Uniwersytet Techniczny w Żylinie – Słowacja

Słowackie Centrum Produktywności w Żylinie – Słowacja

Adres redakcji:

Akademia Techniczno–Humanistyczna

Katedra Inżynierii Produkcji

ul. Willowa 2, 43–309 Bielsko–Biała

tel. 033 82 79 253, email: kip@ath.bielsko.pl

Redaktor Czasopisma:

dr inż. Aleksander Moczała

– Akademia Techniczno–Humanistyczna w Bielsku–Białej

Rada Naukowa Redakcji:

Przewodniczący: prof. dr hab. inż. Józef Matuszek

Akademia Techniczno–Humanistyczna w Bielsku–Białej

Prof. dr hab. inż. Milan Gregor

Uniwersytet Techniczny w Żylinie

Prof. dr hab. inż. Branislav Micieta

Słowackie Centrum Produktywności w Żylinie

Prof. dr hab. inż. Jan Szadkowski

Akademia Techniczno–Humanistyczna w Bielsku–Białej

Uwagi redakcyjne

Decyzja ostateczna o druku jest podejmowana po uzyskaniu recenzji artykułu.Redakcja zastrzega prawo skracania nadesłanych przez autorów publikacji do druku.

SPIS TREŚCI – CONTENT:

1. Aleksander MOCZAŁA: Rozwój systemów ERP ............................................................................................... 1

2. Leif GOLDHAHN, Michael KAISER: Development of adaptable multimedia process

descriptions for process planning and manufacturing via a knowledge based CAP–System ................... 4

3. Dariusz PLINTA: Optymalizacja systemów produkcyjnych z wykorzystaniem

symulacji komputerowej ................................................................................................................................... 7

4. Martin KRAJČOVIČ: Joint replenishment and reorder point systems

in purchase order determining ....................................................................................................................... 11

5. Sławomir KUKLA: Prognozowanie i symulacja w analizie systemów produkcyjnych ................................ 13

6. Milan MALCHO, Jozef JANDAČKA: The proposal of heat recuperation at malt production ...................... 17

7. Maria BARON–PUDA: Systemy wynagradzania w przedsiębiorstwach produkcyjnych.

Różnicowanie płac zasadniczych .................................................................................................................. 20

8. Milan MALCHO, Jozef JANDACKA: Innovation of technological equipment

for calcining of ceramics ................................................................................................................................. 22

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 1

Aleksander MOCZAŁA

Streszczenie: W artykule przedstawiono problem ewolucji sys-temów ERP i przepływu danych w kooperacji procesów produkcji. Rozwój produktywności wymaga ułatwienia inicjowania, tworze-nia i powiększania kooperacyjnych powiązań co wymaga rozwoju systemów inżynierii zarządzania. Rozwój systemów ERP wymaga możliwości wyszukiwania przedsiębiorstw posiadających wolne za-soby. Proponowana ewolucja systemów wspomaga tworzenie pro-cesów produkcyjnych z innymi przedsiębiorstwami

Słowa kluczowe: MRP, ERP, CRM, zarządzanie przedsiębior-stwem, kooperacja,

1. HISTORIA SYSTEMÓW ZARZĄDZANIA PRODUKCJĄ

1.1. Wprowadzenie

W 2007 roku polski rynek ERP powinien osiągnąć wartość 200 mln dol. To o 30 proc. więcej niż dwa lata temu. Koniunkturę nakrę-ca popyt na rozwiązania wertykalne, głównie dla produkcji procesowej i dyskretnej, sekto-ra fi nansowego oraz dla handlu detalicznego i hurtowego [4]

Zintegrowane Systemy Informatyczne klasy ERP ukształtowały się w latach 90–tych, a korzeniami sięgają metodologii MRP oraz MRP II. Wykształciły się poprzez wielokrot-ne dodawanie do tychże systemów kolejnych modułów i często nazywane są po prostu MRP III (Money Resource Planning – Plano-wanie Zasobów Finansowych). Ofi cjalny stan-dard ERP nie został do tej pory zdefi niowany jednak przyjmuje się że podstawowy system ERP to MRP II plus rachunkowość zarządcza, cash–fl ow i rachunek kosztów.

1.2. Historia systemów zarządzania produkcją

Patrząc na historię systemów zarządzania produkcją należy wspo-mnieć osobę Hermana Hollerith, któ-ry już w XIX stuleciu konstruował pierwsze swoje maszyny liczące.

Herman Hollerith (ur. 1860 w USA), utworzył Tabulating Ma-chine Company (TMC), opatento-wał system maszyn licząco–anali-tycznych. Tabulating Company Ma-chine rósł w siłę w miarę jak maszy-ny zdobywały uznanie. W roku 1924 łącząc się z kilkoma innymi fi rmami dał początek korporacji IBM.

ROZWÓJ SYSTEMÓW ERP

Maszyny licząco–księgujące systemu Hollerith stosowane były w okresie międzywojennym również przez polską administrację zagłę-bia karwińskiego (Zaolzie) po przejęciu przez Polskę w 1938 r.

Schemat funkcjonowania systemu maszyn licząco–analitycznych Tabulating Machine Company – przedstawia rys 1.1. – wykorzystują-cy karty dziurkowane, odczytywane raczej pneumatycznie niż z zasto-sowaniem elektryczności. Ten sam system kart dziurkowanych wyko-rzystywany był w czytnikach polskich komputerów Odra jeszcze w la-tach 80–tych.

Rys. 1.1. Schemat funkcjonowania systemu maszyn licząco

–analitycznych Tabulating Machine Company.

Kolejną znaną postacią, zasłużoną w rozwoju systemów zarzą-dzania produkcją był również Joseph Orlicky – emigrant z Czecho-słowacji po II wojnie światowej, – jeden z twórców teorii MRP w la-tach 1970–tych. Joseph Orlicky naukowiec pracujący w IBM porówny-wał konsekwencje powstania systemów MRP do ogłoszenia przez Mi-kołaja Kopernika polskiego astronoma rewolucyjnej teorii o obrotach ciał niebieskich.

1.3. Rozwój systemów zarządzania produkcją

Ewolucja systemów zarządzania produkcją ma już blisko pół-wieczną historię. W okresie od 1960 do 2000 roku pojawiły się nastę-pujące rodzaje systemów:

2 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

1960 – IC (Inventory Control) – systemy Zarządzania Gospo-darką Magazynową, które były pierwszymi systemami wspomagają-cymi zarządzanie przedsiębiorstwem,

1970 – MRP (Material Requirements Planning) – Planowanie Potrzeb Materiałowych – systemy wykorzystywane do racjonalizacji planowania, poprzez wydawanie zleceń zakupu i produkcji w odpo-wiednim momencie, aby każdy produkt pojawił się w potrzebnej chwi-li i w wymaganej ilości,

1980 – MRP II (Manufacturing Resorce Planning) – Plano-wanie Zasobów Produkcyjnych – rozwinięcie MRP I, poszerzone o bilansowanie zasobów produkcyjnych i dystrybucję, wprowadzo-ne przez organizację APICS (American Production and Inventory

Control Society) Amerykańskie Stowarzyszenie Sterowania Produk-cją i Zapasami,

1990 – ERP (Enterprise Resource Planning) czasem określane jako MRPIII lub MRPII Plus – Planowanie Zasobów Przedsiębiorstwa – rozwinięcie systemu MRPII o procedury fi nansowe, w tym księgo-wości zarządczej (Cash Flow, metoda Activity Based Costing).

ERP jest zbiorem aplikacji, adresowanym głównie do fi rm produk-cyjnych, aby zapewnić optymalizację zasobów i procesów wewnętrz-nych przedsiębiorstwa. Dotyczy m. in.: odpowiedniego planowania za-sobów, utrzymywania odpowiedniego poziomu zapasów, zapewnienia przejrzystości procesu produkcyjnego,

1999 – CMR (Customer Relationship Management) – Za-rządzanie Relacjami z Klientem, powstała jako nowa koncep-cja zarządzania zorientowana na kontakty z klientem, opierająca się na nowoczesnych modelach biznesowych oraz na interaktyw-nych technologiach. Rozwiązania CMR są adresowane do wszyst-kich przedsiębiorstw, zarówno produkcyjnych jak i handlowych oraz mogą być stosowane równie skutecznie w małych jak i w dużych przedsiębiorstwach,

2000 – ERP II jest zbiorem specyfi cznych dla danej branży apli-kacji, które generują wartości dla klientów i udziałowców, poprzez udo-stępnienie i optymalizację procesów, zarówno wewnątrz przedsiębior-stwa, jak i pomiędzy przedsiębiorstwami – partnerami. ERP II wyewo-luowało z koncepcji rozszerzonego ERP (extended ERP), w której do tradycyjnego systemu ERP dodano możliwość transakcji między przedsiębiorstwami (B2B) – rys 1.2.

2. TRENDY W ROZWOJU SYSTEMÓW ZARZĄDZANIA PRODUKCJĄ

Współczesne badania dla ERP mają na celu:

• Integracja przedsiębiorstw: EI (enterprise integration) – busi-ness–to–business BtB, przy użyciu języka XML i norm dla pro-cesów zarządzania jak BPML, ebXML

• Integracja ERP z aplikacjami: • CRM (Customer Relationship Management) • SCM (Supply Chain Management) • MES (Manufacturing Execution System), • WMS (Warehouse Management Systems) and• TMS (Transportation Management Systems).

Systemy rozwijające ideę Enterprise Resource Planning – Pla-nowanie Zasobów Przedsiębiorstwa, to zbiór aplikacji, które pozwa-lają integrować działania przedsiębiorstwa na wszystkich szcze-blach zarządzania zapewniając optymalne wykorzystanie zasobów oraz uporządkowanie i przejrzystość procesów wewnętrznych. Sys-temy ERP uzupełnia się także dodatkowymi modułami, którymi mogą być np. CRM (Customer Relationship Management) czyli Zarządza-nie Relacjami z Klientami, SCA (Supply Chain Automation), e–biz-nes – Przyjmowanie i wysyłanie zamówień przez internet, modu-ły rachunkowości zarządczej, hurtownie danych, zarządzanie wie-dzą, GM/dystrybucja.

2.1. Implementacja i funkcje SCM

Integracja w ramach łańcucha logistycznego – jest to dział, któ-ry dyktuje aktualne kierunki rozwoju zintegrowanych systemów wspo-magających zarządzanie, sprawia że tworzone są aplikacje, które za-czynają łączyć przedsiębiorstwa w ramach defi niowanych procesów ERP II lub też pozwalają całkowicie integrować działania wielu przed-siębiorstw za pomocą systemów SCM (Supply Chain Mannagement) – Zarządzanie Łańcuchem Dostaw.

Podczas implementacji SCM w bardziej szczegółowy sposób trakto-wane są funkcje planowania i realizacji łańcucha dostaw. SCM umożliwia opracowanie modelu całej sieci dostaw oraz wszystkich jej ograniczeń. Następnie za pomocą tego modelu można zsynchronizować działania i zaplanować przepływ materiałów w całym łańcuchu dostaw. Na tej pod-stawie dostosowuje się podaż do popytu oraz tworzy możliwe do realiza-cji plany związane z zaopatrzeniem, produkcją, zapasami i transportem.

W planowaniu SCM uwzględnia się wiele lokalizacji, ich wzajem-ne zależności, globalny łańcuch dostaw i partnerów handlowych danej fi rmy. Proces współpracy na skalę globalną jest nowością dla więk-szych fi rm i wymaga wprowadzenia zmian organizacyjnych. Obejmuje nie tylko realizację, ale i planowanie strategiczne, taktyczne oraz ope-racyjne. W rezultacie SCM ma wpływ na procesy biznesowe nawet na najniższym poziomie.

2.2. Systemy ERP z wprowadzaną aplikacją SCM

Planowanie w czasie rzeczywistym, zaawansowane metody sy-mulacji i możliwości optymalizacji za pomocą SCM gwarantują całko-wicie nowy przepływ procesów, inny niż w przypadku systemu ERP. Użytkownicy SCM muszą gruntownie zapoznać się z funkcjonowa-niem całego łańcuchu dostaw.

Rys. 1.2. Kierunek ewolucji systemów zarządzania w przedsiębiorstwie

System ERP zarządza przepły-wem wewnętrznych procesów fi rmy w sposób umożliwiający produkcję za-pasów i kosztów. Natomiast wdroże-nie systemów SCM przynosi dodatko-we korzyści dzięki: • Umożliwieniu integracji procesów biz-

nesowych wewnątrz fi rmy i poza nią za pośrednictwem Internetu;

• Dostarczeniu fi rmom funkcjonalności umożliwiających integrację z rynkami elektronicznymi;

• Umożliwieniu globalnego planowania (zamiast specyfi cznego dla zakładu przebiegu MRP)

• Umożliwieniu symulacji w czasie rze-czywistym, co pozwala na trafniejsze

Rozwój systemów ERP Aleksander Moczała

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 3

Rozwój systemów ERP

i szybsze reagowanie na pojawiające się na rynku trendy bądź spe-cjalne zlecenia klientów;

• Dostarczaniu funkcjonalności jednoczesnego planowania potrzeb materiałowych i zdolności produkcyjnych;

• Zapewnieniu przejrzystości łańcucha dostaw na poziomie alokacji klientów i dostawców, stanu zapasów, zleceń, prognoz, planów pro-dukcji oraz kluczowych wskaźników efektywności.

2.3. Przyszłość systemów zarządzania produkcją

Przyszłość w badaniach dla ERP to dalsza integracja systemów: • integracja systemów SCM (Supply Chain Management) oraz

kombinacja aplikacji SCM z GIS (Geographical Information

System) • CAC (Computer Aided Cooperation) – systemy wspomagania

kooperacji

Widzimy już dziś jak tworzenie produktów obejmuje kilka przed-siębiorstw i tak ewoluują też systemy. Wychodzą one poza przedsię-biorstwa i pozwalają na koordynację poszczególnych procesów – klasa ERP II, lub też łączą całe łańcuchy dostaw – systemy SCM. Wewnątrz przedsiębiorstw systemy ERP uzupełniane są o systemy zarządzania wiedzą, ECR, CRM, portale korporacyjne, aplikacje e–biznesowe.

Przedsiębiorstwa kładą nacisk na aplikację – platformę han-dlu elektronicznego muszą ponieść koszty wdrożenia, zyskują jed-nak prawo do pobierania opłat za korzystanie z niej – stałe opłaty li-cencyjne i procent od wartości transakcji. Duża liczba fi rm korzystają-cych z platformy może wprawdzie skłonić jej właścicieli do obniżenia ceny, ale i tak jej wysokość stanowi istotną barierę dla wielu fi rm, któ-re chciałyby z takiej platformy korzystać. Alternatywą dla dużych fi rm jest budowa własnych rozwiązań e–procurement na bazie narzędzi dostarczanych zarówno przez dostawców systemów ERP, jak i innych producentów rozwiązań e–commerce.

Rys. 2. Prognoza ewolucji systemów ERP – zarządzania

w przedsiębiorstwie

CAC – Computer Aided Cooperation systemy wspomagania kooperacji – dzięki zastosowaniu przy równoległemu opracowywaniu procesu kooperacji (simultaneous engineering – SE) można uzyskać skrócenie procesu projektowania produkcji

Przewidywanym obecnie celem rozwoju systemów zarządzania jest stworzenie systemów GRP – Global Resource Planning – pla-nowanie zasobów dowolnie wielu przedsiębiorstw, to zbiór aplikacji, które pozwalają integrować działania wielu przedsiębiorstw na wszyst-kich szczeblach zarządzania zapewniając optymalne wykorzystanie zasobów oraz uporządkowanie i przejrzystość procesów wewnętrz-nych. Systemy ERP z dodatkowymi modułami, którymi mogą być np. CRM, SCA, e–biznes, CAC wyposażone w narzędzia pozwalające na integrację systemów różnych producentów i wersji językowych

Dzięki GRP – Global Resource Planning zintegrowanie dużej liczby dostawców przedsiębiorstwa, choć podnosi koszty wdrożenia powinno dać zyski – rozwiązaniem będą elektroniczne rynki, ale te dopiero powstają. Klient będzie posiadał stały wybór: albo organizo-wać rynek we własnym zakresie, albo kupić proponowane rozwiąza-nie i poddać się praktykom monopolistycznym dostawcy oprogramo-wania. Trzecim naturalnym źródłem korzyści jest integracja e–procu-rement z systemami ERP własnymi i dostawców, których wyszukiwa-nie stanie się szybsze i trafniejsze.

Literatura

[1] Botta–Genoulaz V., *, Millet P. –A., Grabot B.: A survey on the

recent research literature on ERP systems, Elsevier, Computers in In-dustry 56 (2005) 510–522

[2] Grudzewski W., Hajduk I.: Kierunki rozwoju zarządzania a glo-

balizacja, Ekonomika i Organizacja Przedsiębiorstw, 1/2002. [3] Jacobs F. R., Bendoly E.: Enterprise resource planning: deve-

lopments and directions for operations management research, Euro-pean Journal of Operational Research 146 (2) (2003)

[4] Hoppe Marc: „A star is born”, SAP Systems Integration, sapin-

fo. net N 78/2006[5] Knosala R.: Zastosowanie metod sztucznej inteligencji w inży-

nierii produkcji, WNT, Warszawa 2002. [6] Kosturiak, J. Gregor M. Micieta B. Matuszek, J.: Projektovanie

výrobných systémov pre 21 storočie. EDIS, Žilina, 2000, 398s. (ISBN 80–7100–553–3)

[7] Maber Vincent A.: The early road to material requirements

planning, Elsevier, Journal of Operations Management 25 (2007) 346–356

[8] Matuszek J.: „Zarządzanie przedsiębior-

stwem XXI wieku” Przegląd Mechaniczny, Ze-szyt 2/2002.

[9] Moczała A.: The Direction of Develop-

ment of ERP Systems, Medzinarodna vedecka

konferencja InvEnt 2007, Zylina, 2007. [10] Moczała A.: Designing Production

Processes With Computer Aided Cooperation. 18 International Scientifi c Conference in Mit-tweida – 18. Internationale Wissenschaftliche Konferenz Mittweida, 09–11. November 2006

DEVELOPMENT OF ERP SYSTEMS

Abstract The paper presents problem evolution of ERP systems and

data fl ow in the co–operation of production process. The deve-lopment of productivity demands facilitation of initiation, forma-tion and enlarging the cooperation connections. This problem de-mands development of systems in management engineering. This development of systems ERP demands possibility of looking en-terprises which have free resources. The proposed evolution of systems makes support for creating production process with other cooperating enterprises.

dr inż. Aleksander MOCZAŁA – Katedra Inżynierii Produkcji, Akademia Techniczno–Humanistyczna, Bielsko–Biała, 43–309, ul. Willowa 2, email: amoczala@ath.bielsko.pl

Aleksander Moczała

4 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

AbstractŁ The increasing individualisation of products is demanding an excellent managing of process information. One solution are multimedia process descriptions to show the individual knowledge of product and processes in a comprehensive way. But with too much information there is a high risk of “information overload”. So it was necessary to look for a solution to adapt all the information of multimedia process descriptions for the different needs of users. A good possibility to realise such a problem are object oriented knowledge based CAP–Systems. So there was developed an technique to adapt these multimedia process descriptions.

Keywords: process planning, multimedia, process descriptions, knowledge based systems

1. INTRODUCTION

Today industrial manufactured products are getting more and more individual [1]. To manage manufacturing and assembling of these customised products, it is necessary to have special adapted process descriptions. With an intelligent process planning this electronic information will make it possible to shorten times for manufacturing components, assemblies and products. To construct these process descriptions, a good knowledge management is important [2].

The idea was to develop an approach to adapt multimedia process descriptions for the process planning and manufacturing with a knowledge based CAP–system. With this technique it is possible to plan industrial processes faster, because only the right information, which is really needed in this situation, will be shown.

2. MULTIMEDIA PROCESS DESCRIPTIONS

2.1. Characteristic of multimedia process descriptions

The fi rst step is the state of the art multimedia process descriptions and knowledge based systems which are refl ected. Process descriptions in general are fundamental documents in production enterprises. Job descriptions, CAD–drawings, bills of material, quality assurance instructions and further documents belong to them. The importance of the use of multimedia in enterprises is multiple scientifi cally proven [3], [4], [5]. So the user will understand this kind of information in an easier and faster way than classical alphanumerical descriptions.

Alphanumerical process descriptions are arranged as tables consisting of a head and an instruction part. The head part of the process descriptions contains general information of the work piece, of the assembly group and of the process description. The instruction part contains the instructions for the specifi c work piece as well as the data relevant for checking such features as, testers testing devices, frequency of inspection and kind of documentation.

Leif GOLDHAHN, Michael KAISER

Development of adaptable multimedia process descriptions for process planning and manufacturing

via a knowledge based CAP–System

The more complex and extensive the instructions for a successful work execution are, the more attention should be paid to their clarity as to content and layout. For this purpose and for adjusting to the users’ needs, multimedia process descriptions (Figure 2 – solution of multimedia elements in a knowledge–based–system) offer a wide range of solutions, also as an instrument of the knowledge management in the process description.

The idea of multimedia plans are based on an all–embracing, human–natural description of work. As many as possible of the human sensory organs are addressed to make the assimilation of information easier, faster and to improve man’s capacity to remember information [6]. Using multimedia technology means to process not only alphanumeric data but also pictures, animated pictures, sound, language and computer animations. Specifi c, enterprise–related solutions of multimedia quality inspection plans can be set up for each individual application. Multimedia process descriptions integrate product– and manufacturing–related pieces of information to make them available for blue–collar workers on the spot in a decentralised way [7].

2.2 . Application of multimedia process description in small and medium–sized enterprises (SME)

The multimedia process descriptions are in use at some small and medium–sized enterprises [8]. So for example one enterprise uses these plans for assembling mechatronic products [9]. Another example is an enterprise, using these plans for assembling special gears [10]. You also can use these plans for quality inspection for example at co–ordinate measuring machines [11].

What is the advantage of using multimedia process descriptions at small and medium–sized enterprises?

• Accurate description of the single assembly steps, especially for manufacturing of very complex products

• Excellent reproducibility of the assembly– and control processes

• Constant quality parameters• Reducing time for learning a new job step for employees • Increased image of customers• Additional benefi t for service engineers and customersThere exists further possibilities to use these descriptions in

enterprises like the introduction for setting up machines and so on.

3. KNOWLEDGE BASED CAP–SYSTEMS

The other part of the new technique is a knowledge based system. With this kind of software it is possible to manage a huge number of process information in a knowledge base with rules and constraints (Figure 1).

Such systems are solving problems with known (routine activities) and unknown algorithms (selection of machines, tools, operation sequences). Using heuristic solving methods, knowledge, experience and

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 5

Figure 2: Elements of multimedia in a knowledge–

based–system (application system)

Development of adaptable multimedia process descriptions for process planning and manufacturing via a knowledge based CAP–System

intuition is the key to success. Manual activities are time demanding in the engineering process and includes labour activity in preparatory [12].

Those activities can be computer aided (CAP) for logic and methodology decisions [13]. So, the fl exibility of the plan consistency will increase and will be much more effi cient. The activities of process planning include applications like manufacturing planning, process engineering, machine routing and material processing.

Today in the fi eld of CAP–Systems there exist knowledge based CAP–Systems [14]. State of the art are object oriented systems [15]. They are successfully in use in many enterprises [16], [17],[6],[7].

With the help of these systems the process planning engineer is able to plan faster and more accurately with less errors. A person, who is new in this job, is able to choose components for the process description without having the whole knowledge about the process. They are also able to calculate exact prices on base of calculated process times with such a system.

4. THE ADAPTATION OF MULTIMEDIA PROCESS DESCRIPTION WITH A KNOWLEDGE BASED

CAP–SYSTEM

Presently multimedia process descriptions include all Information in a multimedia–based way about the product and the process. If someone needs special information like for example, some parts of the process for a special situation, there is the danger of “information overload”. To manage these situations and all the information it is necessary to use the advantages of a knowledge based system. But before you can adapt multimedia process description via a knowledge based system it was necessary to develop a solution to handle multimedia elements

in such a system. This is an absolutely new possibility and an intermediate step for the new technique (cf. fi gure 2).

To adapt multimedia process descriptions with a knowledge based CAP–system, there are some following important steps necessary:

Based on the needs of industrial processes, there were developed criteria adapting multimedia process descriptions on a multiple way. There are 3 kinds of criterions

• object oriented criteria • situation oriented criteria, and • function oriented criteria.

Object oriented criteria are related to the process with the information about itself. Situation oriented criteria describe the adaptable infl uences like the user of the description and the kind of process. Function oriented criteria describe the use of the process

description with possible infl uences. Actually these criteria are evaluated particularly.

Next steps are to set these criteria into a morphology to get a better overview about possible relations and to defi ne the characteristics oft each criterion. Then it is necessary to defi ne and handle the relations of the criteria and their characteristics. After that comes a realisation of the defi ned relations in a knowledge based CAP–system. A pilot application with an evaluation will fi nish the procedure.

There were other approaches tested, like using only a database. With such a solution you couldn’t use rules and constraints.

Special about this technique is the combination of advantages of a knowledge based system and multimedia process descriptions. To handle all these information in a good quality it is necessary to adapt them on a multiple way. The developed method for this is shown in fi gure 3.

Figure 1: System to apportionment a knowledge based system into development system

and application system

Leif Goldhahn, Michael Kaiser

6 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

5. CONCLUSIONS

The new technique to adapt multimedia process descriptions with the help of a knowledge based system is an important contribution to plan and operate industrial processes to make customised products more effi cient. So the user can get the right information in a special situation in a faster way. Mistakes could be reduced through preselected information. Actual the new technique will be tested and evaluated in a pilot project at the laboratory of the University.

Using a knowledge based system might be a good solution to handle multimedia process descriptions. This technique is a new possibility to adapt the process information required for customised products. On the one hand you can use the advantages of multimedia process description and on the other hand you use the power of knowledge based CAP–systems. So with the combination of these properties it will be possible to develop a software tool to manage safely and quickly huge amounts of the product information and process information.

Figure 3: Knowledge based approch to adapt multimedia process descriptions

6. REFERENCES

[1] Zäh, Michael; Egermeier, Hans; Eursch, Andreas; Petzold, Bernd: Effi -ziente Interaktion mit virtuellen Prototypen; Werkstattstechnik online 9/2003

[2] Goldhahn, Leif: Kompetenzbasi-ertes, multimediales Wissensmanagement für die Fertigung. In: Enderlein, Hartmut (Ed.): Kompetenznetze der Produktion und mobile Produktionsstätten. TBI ´02. Chem-nitz: TU Chemnitz, iBF, 2002, p. 85 – 89

[3] Westkämper, Engelbert: Ferti-gungsplanung – Wissensmanagement für die Produktion; Werkstattstechnik 3–2002, p. 51

[4] Meier, H.; Neuschwinger A.: M–AIS – ein multimediales Arbeitsplatz–Informationssystem; Werkstattstechnik 1/2–2000

[5] Spath Dieter; Gerlach Stefan: Informationen in Teams in Montage und Produktion; Werkstattstechnik 9–2003

[6] Hüser, M; Rein, E.: Multimediaan-wendungen in der Produktion – Komplexe Prozesse werden mit Bildern und Symbolen für jeden Mitarbeiter verständlich ausgedrückt. Blick durch die Wirtschaft. 1998 /18, p. 3

[7] Klement, Roman: Produktionsanla-gen – mobil, transparent und vernetzt. In-dustrieanzeiger. Sonderausgabe zum AWK 2002. (2002) p. 48

[8] Goldhahn, Leif; Puchegger, Markus; Regenfelder, Jochen : Einführung multime-dialer Arbeitspläne und CAD–Anbindung für den Gerätebau http://www.htwm.de/~innarb/PDF/mmAPGeraetebau.pdf, 2004

[9] Goldhahn, Leif; Kern, René: Arbeitspla-nung für die Fertigung mechatronischer Sys-teme. 16th International Scientifi c Conference Mittweida IWKM 2003. Scientifi c Reports Nr. 2, 2003, p. 73 – 77

[10] Mäder, Hans–Jürgen: Erfahrungen mit multimedialen Arbeitsmitteln aus der Sicht

eines Anwenderbetriebes; Scientifi c Reports 4–2002; ISSN 1437–7624[11] Goldhahn, Leif; Kretzschmar, Hans–Gerhard; Kaiser,

Michael: Development and application of multimedia quality inspec-tion plans at Coordinate Measuring Machines. In: VIth International Scientifi c Conference Coordinate Measuring Technique Bielsko–Biala 2004. Scientifi c Bulletin of University of Bielsko–Biala. Number 10. 2004, S. 49 – 54

[12] Goldhahn, Leif: Wissensbasierte Arbeits planung. lecture script. Mittweida: University of Applied Sciences, Department of Me-chanical Engineering, 2004

[13] Westkämper, Engelbert: Computereinsatz in der Planung und Fertigung. Werkstattstechnik 6–2001, p. 299 – 300

[14] Zäh, Michael; Rudolf, Henning; Vogl, Wolfgang: Computer Aided Process Planning as a Necessity for the Production of Custom-ised Products in Distributed Production Networks; Vernetzt Planen und Produzieren 2004 – proceedings, p. 197 – 202. Chemnitz, Technical University of Chemnitz, Faculty of Mechanical Engineering, 2004

[15] Kaiser, Michael: Konzeptionelle Unter su chu ngen zur Ablei-tung von Kriterien für die Adaption multimedialer Prozess beschrei-bungen mittels wissensbasierter Techniken im Fabrikbetrieb. Diploma Thesis. Chemnitz: Technical University of Chemnitz, Faculty of Me-chanical Engineering 2004

[16] Wiehn–Gruschwitz, Elsbeth: Jede Kalkulation steht auf absolut sicheren Füßen – CAPP–System minimiert Ausschuss, Werkzeugbruch und Planungsfehler. Extra print of Industrie Anzeiger Nr. 18/2003

[17] Tristram, Volker: Unikate von der Stange; MM – Das Industriemagazin Nr. 9/2002

Prof. Dr.–Ing. Leif GOLDHAHN – goldhahn@htwm.deDipl.–Ing. Michael KAISER – mkaiser@htwm.deInnArbeit – Centre of innovative Process Planning and ErgonomicsFaculty of Mechanical and Precision EngineeringHochschule Mittweida (FH) – University of Applied SciencesTechnikumplatz 17, D–09648 Mittweida, Germany

Development of adaptable multimedia process descriptions for process planning and manufacturing via a knowledge based CAP–System Leif Goldhahn, Michael Kaiser

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 7

Dariusz PLINTA

Streszczenie: W artykule przedstawiono zastosowanie meto-dy modelowania i symulacji w usprawnianiu systemu produkcyjne-go. W przeprowadzonych badaniach wykorzystano pakiet symula-cyjny Arena oraz wchodzący w jego skład moduł do optymalizacji symulowanych procesów OptQuest. W analizowanym przykładzie wyróżniono dwa etapy projektowania: budowa modelu symulacyj-nego oraz budowa modelu optymalizacyjnego. Oba etapy zosta-ły zilustrowane praktycznym przykładem analizy gniazda obróbki sworzni. Wykorzystując symulację połączoną z optymalizacją moż-na stosunkowo szybko sprawdzić wszystkie dopuszczalne warian-ty proponowanych usprawnień w celu dokonania oceny i wyboru najlepszego rozwiązania.

Słowa kluczowe: modelowanie i symulacja, optymalizacja pro-cesów produkcyjnych

1. WPROWADZENIE

Współczesne przedsiębiorstwa działają w warunkach ograniczo-nego popytu oraz rynku nabywcy, co wymusza konieczność nieustan-nego ulepszania własnej działalności. Dlatego też coraz istotniejszym zagadnieniem staje się optymalizacja procesów produkcyjnych [1, 3].

Połączenie optymalizacji z metodą modelowania i symulacji może stanowić efektywną podstawę do usprawniania systemu pro-dukcyjnego. Różnicę pomiędzy modelowaniem, symulacją i optyma-lizacją przedstawia poniższy rysunek.

OPTYMALIZACJA SYSTEMÓW PRODUKCYJNYCH Z WYKORZYSTANIEM SYMULACJI

KOMPUTEROWEJ

Rys. 1. Relacje pomiędzy modelowaniem, symulacją

i optymalizacją [1]

Różnica pomiędzy opisywanymi pojęciami tkwi w zadaniach, któ-re mają one do spełnienia. Zadaniami tymi są [1]:

− dla modelowania – znalezienie modelu symulacyjnego, − dla symulacji – określenie rezultatów, czyli wyników, − dla optymalizacji – określenie właściwych danych wejściowych,

które umożliwią uzyskanie wymaganych wartości wyjściowych.

Celem każdego przedsiębiorstwa powinno być stworzenie syste-mu produkcyjnego, który zapewni warunki do produkowania różnorod-nych wyrobów wysokiej jakości. Najważniejszym wymaganiem jest jed-nak ekonomiczność, a zatem niskie koszty jednostkowe, krótki okres zwrotu kapitału, szybki obrót kapitału itd. Dzięki komputerowej symulacji jesteśmy wstanie sprawdzić, czy zamodelowane przyszłe rozwiązanie (usprawnienie obecnego systemu produkcyjnego) spełni założone wy-magania. Natomiast dzięki metodom optymalizacji szybciej znajdziemy najlepszy wariant usprawnienia analizowanego systemu.

2. OPTYMALIZACJA SYSTEMÓW PRODUKCYJNYCH

Przez optymalizację systemu produkcyjnego rozumiemy takie za-projektowanie systemu produkcyjnego, czyli wszystkich jego składni-ków, które zapewnią optymalne jego funkcjonowanie [4].

Optymalizacja systemu produkcyjnego może na przykład doty-czyć [4]:

− doboru pracowników, − doboru maszyn, − ustawienia stanowisk pracy, − doboru środku transportu, − umiejscowienia i wielkości buforów.

Optymalizacja jest procedurą składającą się z trzech etapów, któ-re polegają na:

− opracowaniu i odpowiednim przedstawieniu zbioru wariantów dopuszczalnych,

− sformułowaniu kryteriów optymalizacji, − wyborze i opracowaniu metody znajdowania wariantu optymalnego.

Rys. 2. Wybór optymalnego wariantu procesu technologicznego

8 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

Ze względu na liczbę kryteriów oceny wariantów optymalizację można podzielić na [4]:

− jednokryterialną (jedno kryterium oceny), − wielokryterialną (dwa lub więcej kryteriów).

Optymalizacja wielokryterialna stanowi problem bardziej złożony. Zasadniczą rolę w rozwiązywaniu problemów ze względu na kilka kry-teriów odgrywa analiza Pareto. Wyszukuje się w niej optimum Pare-to, będące zbiorem rozwiązań, których nie można już poprawić. Po-lepszając rozwiązanie pod względem jednego z kryteriów, pogarsza-my wartość innych.

W optymalizacji wielokryterialnej struktury procesu wytwarzania stosuje się dwa podejścia do rozwiązywania problemów [4]:

− tworzone jest kryterium zastępcze i dla niego rozwiązuje się problem jak dla optymalizacji jednokryterialnej,

− przeprowadza się optymalizację dwuetapowo – najpierw okre-śla się zbiór optimów w sensie Pareto, a następnie wybiera jedno z tych rozwiązań za pomocą dodatkowego kryterium.

Wybór wariantu procesu wytwarzania może wydawać się po-stępowaniem łatwym, szczególnie w oparciu o koszt własny wyrobu. W rzeczywistości nie jest to tak proste. Na etapie projektowania nowe-go wyrobu określenie takiego kosztu jest bowiem bardzo złożone, ze względu na brak danych. Dlatego zamiast jednego kryterium niejed-nokrotnie przyjmuje się wiele kryteriów, bardziej dostępnych na etapie projektowania. W takich sytuacjach stosuje się optymalizację wielo-kryterialną. Jest ona jednak znacznie bardziej skomplikowana od opty-malizacji jednokryterialnej [4].

3. ARENA I OPTQUEST – NARZĘDZIA DO MODELO-WANIA, SYMULACJI I OPTYMALIZACJI

OptQuest jest dodatkowym narzędziem zawartym w pakiecie sy-mulacyjnym Arena [5]. Zwiększa on możliwości analizy systemów pro-dukcyjnych zamodelowanych w Arenie. Pozwala na znalezienie opty-malnych rozwiązań w opracowanych modelach symulacyjnych.

Bez odpowiednich narzędzi, znalezienie optymalnych rozwiązań dla modelu symulacyjnego, wymaga sprawdzania ich w sposób heu-rystyczny lub losowy. To zazwyczaj pociąga za sobą przeprowadze-nie symulacji dla wstępnie przyjętych wartości zmiennych wejścio-wych. Zmiana jednego lub więcej parametrów wiąże się z konieczno-ścią przeprowadzenia kolejnej symulacji. Ten proces jest powtarzany dopóki nie uzyska się zadowalającego rozwiązania. Ten proces może być bardzo czasochłonny nawet dla niewielkich problemów, gdyż nie-wiadomo jak modyfi kować wartości zmiennych wejściowych pomiędzy jedną symulacją a następną.

OptQuest automatyczne zmienia te wartości, steruje symulacją i wskazuje optymalne rozwiązanie bazując na jednym modelu opraco-wanym w Arenie. W kolejnym punkcie przedstawiono praktyczne za-stosowanie wymienionych aplikacji. [2]

4. PRZYKŁAD OPTYMALIZACJI FUNKCJONOWANIA GNIAZDA OBRÓBKI SWORZNI

Projekt usprawnienia gniazda obróbki sworzni opracowano w dwóch etapach:

− opracowanie modelu symulacyjnego w Arenie; − przeprowadzenie optymalizacji z wykorzystaniem narzędzia

OptQuest.

Pierwszy etap to projektowanie modelu symulacyjnego, czyli określenie wszystkich niezbędnych stanowisk, czasów ich realizacji oraz czasów przejść materiału między stanowiskami. Co sprowadza się do umieszczania właściwych obiektów przedstawiających stanowi-

ska w przestrzeni modelu symulacyjnego oraz zdefi niowanie ich para-metrów opisujących ich funkcjonowanie. Informacje te można uzyskać z dokumentacji technologicznej oraz poprzez obserwację funkcjono-wania rzeczywistego systemu. Przykładową kartę technologiczną za-wierającą dane wejściowe do symulacji przedstawia tabela 1. Po zbu-dowaniu modelu (rys. 3) przeprowadzono pierwszą symulację w celu określenia obecnych zdolności produkcyjnych, wyznaczenia wąskich gardeł oraz obciążenia stanowisk.

Tab. 1. Karta technologiczna dla sworzni

Nr

operacji

Nazwa

operacjiStanowisko

Czas

Tpz[godz] Tj [min]

10 Cięcie Gilotyna 1,50 3,00

20 Rozgrzewanie Piec 0,25 0,25

30 Kucie Młot kuźniczy 2,00 2,00

40 Szlifowanie Szlifi erka 0,50 0,50

50 Piaskowanie Piaskarka 1,00 40,00

60 Obróbka cieplna Piec 1,00 25,00

70 Kontrola Stanowisko kontroli 0,50 0,50

80 Pakowanie Stanowisko pakowania 0.50 1,00

Po przeprowadzonej symulacji otrzymano zestaw raportów na podstawie których przeprowadzono analizę wyników w celu przepro-wadzenia optymalizacji usprawnianego procesu produkcyjnego.

W raportach znalazły się między innymi następujące informacje:

− ilość wyprodukowanych wyrobów, − ilość braków, − czas cyklu produkcyjnego, − obciążenie maszyn, − obciążenie pracowników, − wielkości kolejek, − wielkość produkcji w toku.

Na podstawie przeprowadzonej analizy raportów z pierwszej sy-mulacji wskazano zasoby, które są zasobami krytycznymi czyli decy-dująco wpływają na działanie całego systemu. Parametry opisujące te zasoby powinny być zmiennymi sterującymi w modelu optymaliza-cyjnym. Są to zmienne wejściowe w modelu symulacyjnym, które pro-gram będzie zmieniał w ustalonym zakresie wartości. W analizowa-nym przykładzie wybrano następujące wielkości:

− wielkość partii, − ilość pracowników zatrudnionych w gnieździe, − ilość stanowisk kontroli jakości.

Dla wyżej wymienionych zmiennych określono następnie warto-ści graniczne, które wynikają z rzeczywistych uwarunkowań produk-cyjnych, na przykład z sposobu transportu partii elementów, maksy-malnego poziomu zatrudnienia, dostępnej powierzchni produkcyjnej itp.. W analizowanym przykładzie przyjęto następujące ograniczenia:

− możliwe wielkości serii z przedziału od 10 do 80 co 5 sztuk, − ilość pracowników nie większa niż 14 osób, − kontrola jakości na maksymalnie 3 stanowiskach.

Przeprowadzono kilka optymalizacji zmieniając funkcję celu. Na początku celem było znalezienie rozwiązania, w którym osiągnięta zo-stanie maksymalna wielkość produkcji wyrobów gotowych (150 sztuk) – rys. 4.

Okazało się że wiele wariantów spełnia ten warunek. Warianty te posortowano według ilości zatrudnionych pracowników co przedsta-wiono w tabeli 2.

Optymalizacja systemów produkcyjnych z wykorzystaniem symulacji komputerowej Dariusz Plinta

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 9

Optymalizacja systemów produkcyjnych z wykorzystaniem symulacji komputerowejDariusz Plinta

Rys. 3. Model symulacyjny

gniazda obróbki sworzni

Tab. 2. Zestawienie dziesięciu

najlepszych wyników

10 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

Wyniki optymalizacji przedstawione powyżej wykazały, że przy sześciu pracownikach produkcyjnych i dwóch stanowiskach kontroli jakości, ilość wyprodukowanych elementów wynosi 150 sztuk, a w ko-lejce przeważnie czekają dwa elementy (średnio 2,2 sztuki) . Bardzo podobny wynik uzyskano przy serii 25 sztuk, zatrudniając siedmiu pracowników i wykorzystując również dwa stanowiska kontroli. Ilość sztuk pozostanie taka sama, zmniejszy się wielkość średniej kolejki do 1,836szt.

W kolejnych optymalizacjach zmieniano również ograniczenia. Na przykład przy ograniczeniu wielkości partii tylko do 50szt najlep-szym wariantem okazał się wariant z 8 pracownikami produkcyjnych i dwoma stanowiskami kontroli. Można wtedy wyprodukować maksy-malnie 106 sztuk wyrobów gotowych.

5. PODSUMOWANIE

Zastosowanie metody modelowania i symulacji pomaga zapro-jektować system zbliżony do optymalnego pod względem wielkości maszyn, kosztów i czasu realizacji zadań. Na podstawie przedstawio-nego przykładu można zauważyć, że zmieniając wielkość partii, liczbę pracowników czy stanowisk można zbadać kilka wariantów systemu produkcyjnego i wybrać wariant spełniający oczekiwane kryteria. Jed-nak przy takim podejściu do generowania nowych wariantów nie jeste-śmy pewni czy nie pominiemy jakiegoś rozwiązania, które dałoby lep-

Rys. 4. Model optymalizacyjn gniazda obróbki sworzni

szy wynik. Sprawdzenie wszystkich wariantów jest bardzo pracochłon-ne, a często nawet niemożliwe do zrealizowania. Programy takie jak OptQuest automatyzują proces sprawdzania wariantów usprawnień. Dzięki temu szybciej i łatwiej jest nam znaleźć najlepsze rozwiązanie.

LITERATURA

[1] Gregor M., Haluškova M., Hromada J., Košturiak J., Matu-szek J.: Simulation of Manufacturing System. Politechnika Łódzka, Bielsko–Biała 1998.

[2] Kosok P.: Modelowanie i symulacja procesów produkcyj-nych w przemyśle maszynowym. Akademia Techniczno–Humani-styczna, Bielsko–Biała 2007.

[3] Matuszek J., Košturiak, J., Gregor M., Chal J., Krišťak, J.: Lean Company. Akademia Techniczno–Humanistyczna, Biel-sko–Biała 2003.

[4] Polański Z.: Metody optymalizacji w technologii maszyn. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1977.

[5] Materiały szkoleniowe pakietu symulacyjnego ARENA.

dr inż. Dariusz PLINTA, Akademia Techniczno–Humanistycz-na w Bielsku–Białej, Katedra Inżynierii Produkcji, ul. Willowa 2, 43–309 Bielsko–Biała, e–mail: dplinta@ath.bielsko.pl

Optymalizacja systemów produkcyjnych z wykorzystaniem symulacji komputerowej Dariusz Plinta

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 11

Martin KRAJČOVIČ

Abstract: The joint replenishment problem is a common calculation in the inventory management. This problem is always solved, when one supplier supplies several items. In this case it is more effectively, to order all items at once. One of joint replenishment approaches is based on maximal capacity utilization of used vehicle. This approach will be described in this paper.

Keywords: Joint replenishment, point systems

1. AGGREGATE ORDERS AND JOINT REPLENISHMENT

When one supplier supplies several material items, then it’s cost–effective to join all items to one aggregate order. Main benefi ts of this solution result into order cost reduce. Administration, material receipt and transportation are executed in common terms, that means decreasing of orders number and increasing of vehicle capacity utilization. Base problem of joint replenishment is to determine common run out day for all item inventories.

Joint replenishment problem can be solved by means of:

o Cost oriented approach o Capacity oriented approach

Cost oriented approach is based on POQ (Periodic Order Quantity) model, which is modifi ed for multi item inventory problem conditions. Starting point of this approach is total costs function for multi item inventory problem:

where.S

i – demand for item i

no – order costs for one order

nsi – percentage rate of inventory holding costs for item i

ci – unit price for item i

t – common order cycle T – analysed time period

From this function we can calculate common order cycle:

and subsequently order quantities for all items:

JOINT REPLENISHMENT AND REORDER POINT SYSTEMS IN PURCHAASE

ORDER DETERMINING

2. CAPACITY ORIENTED JOINT REPLENISHMENT APPROACH

Principle of capacity oriented approach is based on one key capacity indicator determinant. Type of capacity indicator depends on item and item package characteristics:

o Light but large items: key capacity indicator – volume (m3, l, etc.)o Heavy and small items: key capacity indicator – weight (kg, t, etc.)

Each item has an item code number (e.g. barcode), and a bunch of descriptive information, which is interested for us in this case. There are fi elds containing the weight (per case/per unit), volume (per case/per unit), average demand (per day) and balance on hand (number of cases or units in the warehouse or on order).

When items are ordered, all items from a single supplier are ordered at once, in appropriate quantities. The problem solved by this program is to determine the optimum quantities of each item to order.

We start with an initial quantity (Balance on Hand – BOH) of each item. The ideal case is to order enough quantities of each item so that there is exactly one full truckload, and every item in the order will run out at exactly the same time as all the others. On the fi gure 1 is an illustration with four items.

For item x04, there are more then 2 days on hand

For item x03, there is more then 1 day on hand

For item x02, there are almost 2 days on hand

For item x01, there are 4 days on hand

Fig. 1. – Principle of capacity oriented approach of joint

replenishment

12 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

Joint replenishment and reorder point systems in purchaase order determining Martin Krajčovič

The total order quantity is to bring the total order to one truckload that will all run out at the same time (6 days in the case on Figure 1). For several items from one supplier, the relationships are expressed much more easily as vector equations. In the following equations, upper lined names will indicate vectors. Lower–case letters will be scalars. Sign will indicate the inner (“dot”) product of two vectors and sign * will indicate scalar multiplication. Additionally, and subtraction will be a vector or scalar as indicated by context, and division will be scalar.

We will use the following symbols: BOH = Balance On Hand D = Daily demandOO = On–Order quantity Q = Quantity to be orderedTD = Total Demand over the time period W = Weight per caset = time until predicted run out of all items w = weight total of entire load (constant, depending on size of truck)

Mathematical formulas:

Having now solved for t, we plug it back in and get

3. JOINT REPLENISHMENT AND REORDER POINT METHODOLOGY

Because real demand has stochastic progression, it’s necessary to take into account probabilistic problem solving. In this case it is suitable to use reorder point systems (ROP) application. Principle of ROP application consists of reorder levels determining each of items and following observation of inventory levels progress. When the inventory level at any item will decrease below reorder point, the joint replenishment approach will be initialized, order quantities for each of item will be calculated and new reorder levels, expected run out day and reorder day will be determined.

Steps of Joint Replenishment – Reorder Point algorithm (Figure 2):

1. Statistical analysis of demand progress for each of item. Calculating of average demand and standard deviation.

2. Calculation of appropriate safety stock and reorder level for each of item based on following formulas:

Safety stock:

Reorder level:

Fig. 2. – Joint Replenishment–Reorder Point algorithm

where:

– average demand per dayld – lead time

xp – safety stock

xs – reorder level

σd – standard deviation of demand

3. Observation of inventory levels progress for each of items. When disposable inventory (on hand + on order – safety stock) for any item decreases below calculated reorder level, then starting joint replenishment approach (step 4).

4. Determining of disposable inventories for each of items. Calculation of new values of average demand and standard deviation. Selection of vehicle types and vehicle capacity determination.

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 13

5. Calculation of common run out day based on formula (4):

6. Calculation of order quantities for each of items based on formula (5):

7. Calculation of expected reorder day:

8. Calculation new values of safety stock and reorder level for each of item based new calculated average demand and standard deviation.

9. Repeat from step 3.

4. CONCLUSION

Presented approach combines joint replenishment and reorder point methodology for inventory control in real conditions. Joint replenishment gives a tool for aggregate ordering of several items from one supplier. Reorder point approach gives a tool for right determining of reorder terms in the stochastic demand conditions. Thus combination of both approaches gives a simple tool for an aggregate ordering several items in conditions of stochastic demand progress and real lead times calculation.

Doc. Martin KRAJČOVIČ, PhD. Žilinská Univerzita – University of Zilina, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Industrial Engineering, e-mail: martin.krajcovic@fstroj.utc.sk

Sławomir KUKLA

Streszczenie: W artykule przedstawiono możliwość zastoso-wania techniki symulacyjnej do analizy systemów produkcyjnych. Obszerną grupę systemów można schematycznie przedstawić jako sekwencje gniazd połączonych systemem transportowym obsługu-jącym również magazyny i obszary składowania dla przechowania częściowo przetworzonych przedmiotów między kolejnymi etapa-mi przetwarzania. Każde gniazdo produkcyjne składa się z zesta-wu maszyn wykonujących pewne sekwencje operacji na kolejnych przedmiotach przekazywanych przez system transportowy.

1. WPROWADZENIE

Modelowanie procesów wytwórczych sprowadza się do określe-nia charakterystyki i zachowania poszczególnych elementów systemu oraz relacji zachodzących między nimi. Dzięki technice modelowania i symulacji można dokonywać analiz systemów produkcyjnych na mo-delach komputerowych (rys. 1).

PROGNOZOWANIE I SYMULACJA

W ANALIZIE SYSTEMÓW

PRODUKCYJNYCH

Rys. 1. Modelowanie i symulacja systemów produkcyjnych

Przy tworzeniu modelu systemu produkcyjnego defi niuje się przede wszystkim granice systemu, połączenie systemu z otocze-niem (np. dostawy materiałowe, wyjście gotowych wyrobów, powią-zania z fi rmami kooperacyjnymi), modeluje się stanowiska pracy i ich wzajemne relacje przez zdefi niowanie przepływu materiałów i przepły-wu informacji, defi niuje się reguły sterowania, program możliwych po-stojów, przezbrojeń maszyn, prawdopodobnych awarii i ich skutków, defi niuje się koszty itp.

Funkcjonowanie systemu jest przedstawiane w sposób grafi czny poprzez animację, a po przeprowadzeniu symulacji uzyskuje się re-zultaty w postaci raportów oraz zestawu statystyk obrazujących sto-pień wykorzystania dostępnych zasobów produkcyjnych, wielkość buforów, obciążenie pracowników, czas spędzany przez przedmiot w systemie itp.

Na etapie planowania produkcji symulacja może być wykorzysta-na zarówno do określania przepustowości wybranych stanowisk pro-dukcyjnych, jak i szacowania sprawności i wydajności całych linii wy-twórczych. Zbudowany model może być użyty do określenia różnych algorytmów kontroli projektowanego systemu wytwarzania. Ponadto modele symulacyjne mogą służyć jako pomoce dydaktyczne w szko-leniach personelu mogących odbywać się już w trakcie budowy kon-kretnego systemu produkcyjnego [1, 3].

Głównymi obszarami zastosowania modelowania i symulacji są [2]:

• projektowanie systemów produkcyjnych, • porównywanie alternatywnych procesów wytwarzania, • planowanie i sterowanie produkcją, • analiza wykorzystania dostępnych zasobów produkcyjnych

(wykrywanie tzw. wąskich gardeł), • analiza efektywności zamierzonych inwestycji, • prognozowanie i planowanie zamówień, • ciągłe doskonalenie procesów i usuwanie marnotrawstwa, • przeprowadzanie prezentacji i szkoleń dla personelu, • prognozowanie wyników fi nansowych przedsiębiorstwa.

Joint replenishment and reorder point systems in purchaase order determining Martin Krajčovič

14 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

Prognozowanie i symulacja w analizie systemów produkcyjnych Sławomir Kukla

2. PRZYKŁADY PROJEKTÓW SYMULACYJNYCH

Przed przystąpieniem do projektu symulacyjnego, dla określenia produktywności systemu wytwarzania, należy:

• zidentyfi kować czynniki powodujące zakłócenia w przebiegu procesów produkcji,

• określić wielkość ich wpływu na system rzeczywisty, • określić możliwości eliminacji zakłóceń, • wyznaczyć ryzyko realizacji programu produkcji.

Pod pojęciem ryzyka realizacji programu produkcji będzie się ro-zumieć stopień wrażliwości systemu produkcyjnego na zakłócenia wy-

Rys. 3. Fragment

modelu symulacyjnego

odlewni żeliwa

– wytwarzanie odlewów

na liniach odlewniczych

Rys. 2. Obszary procesu oraz wyszczególnione w nich czynniki ryzyka na przykła-

dzie produkcji odlewów żeliwnych

rażony w postaci nie osiągnięcia zakładanych wyników w założonym przedziale czasu i w określonych warunkach. W praktyce ocena ry-zyka sprowadza się do wyznaczenia wielkości negatywnego wpły-wu czynników zakłócających na funkcjonowanie systemu produkcyj-nego. Na rysunku 2 przedstawiono obszary procesu oraz występujące w nich czynniki ryzyka wyszczególnione na podstawie analizy praktyki produkcyjnej w przemyśle odlewniczym. Chcąc obniżyć poziom ryzy-ka należy eliminować poszczególne jego czynniki lub obniżać ich po-ziom powodujący błędy w procesie.

Modelować można zarówno procesy dyskretne (np. obróbka wał-ków na tokarce), jak i ciągłe (np. wytłaczanie tworzyw sztucznych) . Istnieje także możliwość modelowania kombinacji procesów dyskret-

nych i ciągłych, czego przykładem mogą być procesy realizowa-ne w zakładach odlewniczych.

Na rysunku 3 przedstawiono widok modelu symulacyjnego systemu produkcyjnego obejmującego procesy przygotowania ciekłego żeliwa, formowania, zalewania form, wybijania odle-wów, oczyszczania wstępnego oraz kontroli wzrokowej.

Przebieg zasilania linii żeliwem oraz pracy automatycz-nych linii odlewniczych analizowano jako czynniki wejściowe w projekcie symulacyjnym dla minimalizowania strat wyni-kających ze złej organizacji procesów wytwarzania [3].

W celu opracowania harmonogramów wytwarzania odlewów przeprowadzono eksperyment składający się z kilku doświadczeń symulacyjnych na modelu kom-puterowym dla danych testowych. Warianty rozwiązań, mieszczące się w zbiorze rozwiązań dopuszczalnych pod względem terminowości realizacji poszczegól-nych zleceń produkcyjnych, oceniano pod względem sumarycznych kosztów własnych w analizowanym okresie sprawozdawczym na bazie zakładowego ar-kusza rozliczeniowego. Rozwiązaniem preferowa-nym będzie wariant przebiegu procesów produkcji odlewów żeliwnych spełniający wymogi czasowe, dla którego poniesione koszty własne w okresie sprawozdawczym są najniższe (rys. 4).

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 15

Prognozowanie i symulacja w analizie systemów produkcyjnychSławomir Kukla

W dalszej kolejności analizowano możliwe warianty przebiegu procesów obróbki odlewów po odbiorze z linii (rys. 5). Biorąc pod uwa-gę metodę i miejsce realizacji zabiegów obróbki wykańczającej spraw-dzono następujące warianty rozwiązań:

• wszystkie odlewy obrabiane są w zakładach kooperacyjnych, • odlewy szlifowane są w odlewni w ramach dostępnych zaso-

bów, a pozostałe w kooperacji, • wszystkie odlewy obrabiane są na terenie odlewni wyposażo-

nej dodatkowo w prasy wykorzystywane do obróbki wykańcza-jącej odlewów,

• wszystkie odlewy obrabiane są na terenie zakładu tradycyjny-mi metodami po zainstalowaniu dodatkowych stanowisk szli-fi erskich.

Rys. 4. Wybór wariantu

rozwiązania o najniższych

kosztach własnych

Zaletą podjęcia kooperacji z fi rmami zewnętrznymi, w przypad-ku obróbki wykańczającej odlewów, jest możliwość negocjacji korzyst-nej ceny za wykonaną usługę oraz brak konieczności zarządzania tą częścią procesu. Do wad należy zaliczyć wydłużenie cyklu produkcyj-nego, konieczność dodatkowego ważenia i transportowania odlewów oraz problemy z jakością świadczonych usług. Realizacja zabiegów obróbki wykańczającej w zakładzie może wiązać się z koniecznością zatrudnienia nowych pracowników oraz z zakupem kolejnych stano-wisk pracy. Istnieje możliwość zwiększenia wydajności obróbki wykań-czającej niektórych odlewów poprzez wykorzystywanie pras do tego typu działań. Prasy są urządzeniami droższymi i bardziej złożonymi w obsłudze, ale zastosowanie ich w obróbce wykańczającej kilkakrot-nie zwiększa wydajność tych zabiegów w porównaniu z tradycyjnymi

Rys. 5. Fragment

modelu symulacyjnego

odlewni żeliwa –

obróbka wykańczająca

odlewów

16 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

metodami. Do wad należy zaliczyć konieczność powtórnego oczysz-czania odlewów. Przykładowe warianty przebiegu obróbki wykańcza-jącej odlewów przedstawiono na rysunku 6 oraz w tabeli 1.

Do oceny poszczególnych wariantów rozwiązań przebiegu proce-sów obróbki wykańczającej przyjęto następujące kryteria:

• k1 – szacowane koszty zabiegów obróbki wykańczającej

w analizowanym okresie, • k

2 – długość cyklu produkcyjnego,

• k3 – jakość zabiegów (świadczonych usług).

Przeprowadzono eksperyment symulacyjny, z którego wynika, że preferowanym wariantem przebiegu procesów obróbki wykańczającej odlewów jest wariant trzeci. Według założeń tego rozwiązania wszyst-kie odlewy powinny być obrabiane w odlewni, z czego część na wyso-kowydajnych prasach.

3. PODSUMOWANIE

Symulacja staje się ważnym narzędziem planowania procesów zachodzących w przedsiębiorstwie. Technika modelowania i symulacji jest coraz częściej wykorzystywana przy projektowaniu nowych syste-mów produkcyjnych oraz do analizy systemów już istniejących.

Do głównych zalet symulacji komputerowej, w porównaniu z inny-mi metodami analizy systemów, można zaliczyć:

• elastyczność modelu rozumianą jako łatwość wprowadzania zmian w modelu symulowanego procesu oraz łatwość uzupeł-niania go o nowe parametry,

• stosunkowo niewielki koszt i czas przygotowania oraz przepro-wadzania symulacji w porównaniu z przeprowadzaniem eks-perymentów na systemie rzeczywistym,

Rys. 6. Przykłady wariantów

procesów obróbki

wykańczającej odlewów

TABELA 1: Opis wariantów

procesów obróbki

wykańczającej odlewów

• wiarygodność wyników symulacji, zwłaszcza w przypadku możliwości porównania wyników symulacji z danymi otrzyma-nymi z pomiarów na rzeczywistym systemie,

• zwalnianie i przyśpieszanie przebiegu symulacji pozwalające na dokładne prześledzenie zjawisk pojawiających się w bada-nym systemie,

• rozpoznawanie ograniczeń umożliwiające usunięcie skutków opóźnień w procesie wytwórczym, przepływie informacji itp.,

• możliwość wizualizacji planu zakładu oraz przebiegów proce-sów dla celów szkoleniowych,

• możliwość symulacji funkcjonowania systemu w warunkach ekstremalnych.

LITERATURA

1. Chung C.: Simulation Modeling handbook: a practical Approach, CRC Press, London 2004.

2. Law A., Kelton D.: Simulation modeling and analysis, McGraw – Hill, New York 2000

3. Matuszek J., Kukla S.: Zarządzanie produkcją odlewów w oparciu o technikę modelowania i symulacji pracy linii odlewniczych. Archiwum Odlewnictwa R.5, nr 17, 2005, s.169 – 174

4. Zdanowicz R., Świder J.: Modelowanie i symulacja systemów produkcyjnych w programie Enterprise Dynamics. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej. Gliwice 2005

dr inż. Sławomir KUKLA – Akademia Techniczno–Humanistyczna, Katedra Inżynierii Produkcji, ul. Willowa 2, 43–309 Bielsko–Biała, e–mail: skukla@ath.bielsko.pl

Prognozowanie i symulacja w analizie systemów produkcyjnych Sławomir Kukla

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 17

Milan MALCHO, Jozef JANDAČKA

Abstract: On Slovakia is still always augmented technology kiln malting barley on kiln. This technology is concerning exploitation fl at–potential junky warm energic diffi cult. In report is present systems design for downward acquisition warm on blanching drying air by means of deck recuperative exchanger own construction.

Key words: backward acquisition warm , kiln malt, recuperative heatexchanger

1. INTRODUCTION

Malt kilning is a special method of drying at which certain complicated microbiological changes take place. As it happens with every process of phase change, malt kilning is very energy demanding, too. Besides the modern technologies of kilning on one–hurdle kilns with heat recuperation mostly in tube recuperators with glass tubes, considerable part of production is still being kilned on one–hurdle recuperators. In the time of building of that equipment for malt production the price of energy was a minor problem and building of energy–effi cient systems was economically not interesting. At present the exchange of existing technological equipment for more modern and economically less demanding one is very expensive, and therefore the possibilities of making it less energy–demanding using reconstruction and embedding of recuperation systems for recuperation of heat from waste low–potency air are being searched.

The aim of this paper is the analysis of technologies of malt barley kilning from the thermomechanical point of view, comparison of systems of heat recuperation of heat potential escaping in the air and the proposal of systems of pre–heating of the atmospheric air intended for drying from the waste heat. The proposed equipment must enable simple cleaning by reaching the highest possible effectivity of heat transfer. It must also enable the application of the previous alternative of kilning in case of system failure.

2. DETERMINATION OF HEAT POTENTIAL OF DRYING AIR

For malt production so called green malt is necessary, that we can gain by humidifying of heaps of malt barley. We let the barley germinate in them at the temperature no less than 16 to 18°. After fi nishing these procedures, the green malt is transported to the drying platform, where we decrease the the humidity in 2x12 hour–process to the fi nal humidity of 4–2% in a controlled and a very careful way.

The basis of curing is, consequent on the gradient of humidity between the dry air and the cured malt, to ensure the transport of the humidity from the malt to the drying air. One of the possibilities of barley kilning is withering on two hurdles arranged above each other. On the up hurdle is the malt precured by humid air, that has already taken a part of humidity of the malt cured on the down hurdle. On the up hurdle comes malt with humidity from 40 to 44% relatively lively (there are still running the biochemical processes), where it is cured to

The proposal of heat recuperation at malt production

Project backward acquisition warm at kiln malt

Pict.1:Malt kilning 2x12 hours process

I run out of the process of roller burnishing, II main phase of

curing, III–IV phase of fi nal curing before the transport to malt kiln

No.2, IV–V the fi rst and the second phase of fi nal curing of the malt

itself, VI curing of the kiln–dried malt

from 10 to 8%. After this it is transported to the down hurdle (mostly by tipping of the hurdle, or by carriers), where it is cured to the fi nal humidity from 2 to 4%. This way treated malt is suitable for storing and for later manufacturing.

With the waste air, that is formed by the curing processes, fades also the heat capacity of this air. The heat capacity is included in the heat feeled and in the internal latent heat, plainly bounded in the water vapour. The task of the devices for heat reextraction is to transport maximum amount of heat capacity from the waste air into the fresh air, coming into the focusing point of the heater (the heat–exchanger) from the exterior. The waste air is remarkably choked by different mechanic pollutants, polluted by poisonous emissions, corrosive fumes, which are formed by the biochemical processes of malt withering. There is also a high rate of humidity, where the heat is necessary to be taken from and which is necessary to be separated from the fresh air. From the thermomechanical point of view we can realize the introduced conditions by different ways from the possible principles of transport of the heat by recuperational, regenerative and mixing up mean.

Nowadays is, when malt barley kilning in the brewery Gemer Rimavská Sobota, the air for the malt kilning supplied by the air vents (pict.2). There is drawn the fresh atmospheric air while it is futher heated in the steam calorifers to temperature cca. 65°C,then it goes through the up and down hurdle, where it gives off a part of the heat to the barley and it takes the humidity of the barley. Such an air, with temperature cca 25°C and humidity cca 90%, becomes waste. With help of the exhaust of the four axial fans is this air supplied into the chimney and it is without any other usage of the heat blown off back

18 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

into the atmosphere. For the determination of the heat potential of the curing air in the malting plant there were made measurations, where were measured during the malt kilning different temperatures (external temperature– text, temperature above the up hurdle– thl, temperature of a wet thermometre– tm, temperature of a dry thermometre– ts). Temperature sensors for the heat extraction of the wet and dry thermometre were placed in the exhaust air in the chimney. The temperatures were taken down by the temperature recorder DATALOGER TESTO 177 in 5min. intervals during the particular dippings in the period January– February. The dipping is simply an amount of cured barley in one inerval for two malt kilns.

Pict.2 Drawing in air vents

Pict. 3 Malting plant

The measuration was processed, there were determined the average temperature values, worked out the humidities, created diagrams and charts. The relative humidity was calculated from the relations for

• Psychometric equation and

• Relative humidity where is tr–

temperature of the condensation point, pd

–partial pressure of the water vapour in the air, p“

dm – pressure of the saturated water vapour by the

temperature of the wet thermometer and A– psychrometric coeffi cient.On the pict.4 can be seen the basis of the malt kilning, where we

can see a steep temperature rise after the fi rst six hours of the process, what is formed by the fi nal barley kilning temperatures on the down hurdle. This can be also seen on the total output air. The humidity of the air starts to decrease on account of withering of the barley on the down hurdle and we can already see only the infl uence of the up hurdle. Some of the diagrams of the dippings (diagram No.2) do not match with the technology of the malt kilning. The differences are probably caused by the defective manipulation, or by a malfunction by malt kilning.

The task of the next measuring was to fi nd out to what extent the polluted air, which is formed during the malt kilning chokes the pipes of the heat exchanger. There was put a part of the slat exchanger into the chimney on the output of the waste air, on which was installed the fan.The fan ensured the fl ow of the polluted air through the heat–exchanging surfaces of this exchanger. After four months of operation was focused on the pollution of this exchanger. By cleaning was shown, that the exchanger is able to work in an environment like this and it is at the same time not demanding on cleaning and maintenance. The pollution of the heat–exchanging slats was cleaned by pressure water.

Pict. 4 The behaviour of

the temperatures and

humidity on the malt kiln

Pict. 5 View on the exchangerplaced in the space of the chimney

The proposal of heat recuperation at malt production Milan Malcho, Jozef Jandačka

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 19

3. THE HEAT EXCHANGERS

Regeneration exchangers are not appliable in this area,because the emissions and the humidity would get into the drawn in air, what would lower the effi ciency of the curing.

The heat pipes prevent this effect of contamination of the fresh air, because the drawn in air and the exhaust air can be separated from each other. But the disadvantage of this is the unsuitableness of the usage of pipes in the polluted environment. After pollution of the pipes, if it is not possible to clean them, they are replaced by new ones. To keep the high effi ciency it is necessary to place a higher amount of pipes into the air piping, what is usually fi nancially demanding.

Pict. 7 The proposal of

the placement of slat

recuperators in the heat

reextraction system

Pict. 7 The proposal of the

arrangement of the system for the

heat reextraction

pollutants. Here extends the necessity to fi lter properly the supplied air to the exchanger to prevent the choking.

By recuperation of higher volume fl ow rate it is possible to link together more exchangers designed for lower volume fl ow rate.

When installing the exchangers into the environment with humidity transmission it is necessary to install the exchangers with a certain pitch for condensate drain. There has to be also an easy access to the exchangers because of the maintenance and cleaning of the exchangers.

4. ENERGETICAL BALANCE OF THE MALT KILNING

We go out of the initial and the end conditions at mass and thermal balance:

Chart 1 Energetical balances of the malt kilning

Pict. 8 The behaviour of the heat–saving during the year in GJ

Pict. 9 The behaviour of the heat–saving during the year in %

Pict. 6 An example

of solution of the

exchanger box case

The heat exchangers with auxiliary liquid. To the main problems of these exchangers belongs poor effi ciency on account of conduction losses, a big amount of the heat transmissions (air / liquid, liquid / air), the necessity to use another liquid than water, which has more suitable qualities for heat transfer and it has low solidifi cation temperature.

The heat exchanging slats seem because of these reasons as the most suitable ones. From the point of view of the application of these exchangers in practice these exchangers are produced in different material designs. Depending on the aggressivity of the environment there are produced iron heast exchanging slats, which are provided with anti–corrosive materials, then plastic ones and fi nally the glass ones into very aggressive enviromnents. From the point of view of the effi ciency can be the heat exchanging slats of the exchanger of different shapes. On one hand, the complicated shapes are more effi cient, but on the other hand, they are much faster choked by

5. CONCLUSION

It was shown from the analysis and measuration of the exhausted waste air, which is formed by technology of the barley malt kilning, that during the time of the malt kilning (ten months in a year) it comes to mass fl ow of the waste heat into the atmosphere. This waste heat is possible to be reused for the preheating of the fresh air, used in this technology of malt kilning, and to lower the costs of the malt production this way.

There was also made an energetical balance of the malt kilning at the innovation proposal, from which results, that a considerable part of the consumed heat is used for the water vapourization, which is in the specifi c

The proposal of heat recuperation at malt productionMilan Malcho, Jozef Jandačka

20 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

consumption about 1,67GJ/t of the malt. Because of the fact, that there is under the down hurdle necessary the fi nal kilning temperature 67°C, the rate of the energy demand of the malt heating is then about 0,31GJ/t.

A considerable energy potential is exactly in the latent heat of vapourisation, where by one malt kilning, at the fl ow rate 50 000m3/h evaporates to 10t of water by lowering of the barley humidity from 43% to 3%. When we analyse the potential of the heat–saving during a year (except of July and August, when on account of high relative humidity is not malt kilned), there results from the behaviour of the demand and the heat–savings, that the highest savings are reached during the winter months and the lowest on contrary during the summer time. It was managed, by the upgrading of the savings of the proposed system, to reduce the peak of the demand when the process is because of low surrounding temperatures energetically most heavilly loaded. If we make a simple analysis of return by saving about 4600GJ/per year at the price about 500Sk/GJ, it is possible to save the investment during the period of maximum three years. There is of course not included the infl ation, the price of funds, but neither the increase of the energy price, which is nowadays still rising and the expectation of the growth still lasts.

As we can see from the introduced analysis, the installation of the systems for reextraction of the heat also from the low potential air is at high volume fl ow rates effective and it enables markable energy savings. Considering the low potential of the energy it is not possible to use it in a more effi cient way as to use it for reheating of the technology.It is possible to lower the energy demand of the process this way, especially in the production, where it comes to

phase transformations, which is also the process of the malt kilning. By application of the systems for reextraction of the heat cannot be, of course, restricted the technological process of the production.

To the most important factors infl uencing the effi ciency of the heat reextraction belongs the process of choking of the heat–exchanging surfaces of the exchangers (fouling), because the waste air is almost always considerably polluted. If it manages to solve this problem of choking in a way, that the maintenance and cleaning of the system will happen in not a short period of time, then this system is highly effective and it enables in a considerable way to lower the energy demand of the introduced technological process and so catch the pure energy,which is then actually not necessary to produce.

REFERENCES[1] CHYSKÝ,J., HEMZAL,K. and team: The Ventilation and

Air–conditioning, Technical guide 31 SNTL Nakladatelství technické literatury, Praha 1, 1993, pg.560

[2] http://www.tzb–info.cz/ – portal in the fi eld of heating, air–conditioning, energy savings

[3] SZEKYOVÁ, M., BOĎO, R., IHRANSKÝ, J.,: Ventilation, Press Publishing STU, Bratislava, 2002, pg. 176

Doc.RNDr. Milan MALCHO,PhD, Doc.Ing. Jozef JANDAČKA,PhD., Katedra energetickej techniky, Strojnícka fakulta, Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná 1, 010 26 Žilina, č.tel/fax: 004215252541, e–mail: milan.malcho@fstroj.utc.sk, jozef.jandacka@fstroj.utc.sk

Maria BARON–PUDA

Streszczenie: W projektowaniu systemu wynagradzania pra-cowników danego przedsiębiorstwa podstawowym zagadnieniem jest różnicowanie stawek płac zasadniczych stosownie do oceny wymagań pracy oraz indywidualnych własności pracowników. Arty-kuł przedstawia sposoby budowy tabel płacowych oraz kryteria róż-nicowania stawek dla pracowników produkcyjnych.

1. WPROWADZENIE

Wynagrodzenie to dla większości pracowników najistotniejszy element motywacji. Może być określone globalnie – jako jeden skład-nik lub może być sumą różnych składników (także pozapłacowych) re-kompensujących odrębne aspekty i tytuły pracy – rys. 1.

Liczba składników wynagrodzenia nie jest limitowana ani też ograniczana przez prawo pracy. Nieliczne tylko (takie jak płaca zasad-nicza, dodatek za pracę w godzinach nadliczbowych czy w porze noc-nej) są narzucone ustawowo. Poza tym przedsiębiorstwa mają swobo-dę co do wyboru i kształtowania składników wynagrodzenia.

2. PŁACA ZASADNICZA

Wśród składników wynagrodzenia najważniejszym jest płaca za-sadnicza, która jako obligatoryjny element wynagrodzenia pracowni-

Systemy wynagradzania w przedsiębiorstwach produkcyjnych

Różnicowanie płac zasadniczych

Rys. 1. Kształtowanie struktury wynagrodzenia – przykład

ka, nierzadko jedyny, powinna odzwierciedlać wszystkie najważniejsze aspekty pracy tj. wymagane kwalifi kacje, odpowiedzialność, wkładany wysiłek itd. Uwzględnienie tych czynników jest niezbędne dla zapewnie-nia związku płacy z pracą i jest realizowane w praktyce poprzez syste-my wartościowania pracy1. Ponadto o wysokości płacy zasadniczej po-winny też decydować indywidualne walory wykonawcy, jak posiadane kwalifi kacje, postawa i zachowanie, osiągane wyniki (rys. 2).

The proposal of heat recuperation at malt production Milan Malcho, Jozef Jandačka

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 21

Systemy wynagradzania w przedsiębiorstwach produkcyjnychMaria Baron–Puda

Rys. 2. Określanie płacy zasadniczej pracownika

Reasumując, podstawą przyznania pracownikowi kategorii za-szeregowania, a następnie stawki płacy powinny być jednocześnie stosowane procesy wartościowania pracy i oceny pracowników. Tylko zintegrowane podejście pozwala zapewnić obiektywność postępowa-nia przy podejmowaniu decyzji płacowych.

2.1. Tabele stawek płac

W praktyce najczęściej występują trzy typy tabel płac: jednosz-czeblowe, wieloszczeblowe, widełkowe. Tabele jednoszczeblowe (jed-nopoziomowe) mają najprostszą konstrukcję – danej kategorii zasze-regowania odpowiada jedna stawka – rys. 3. W takiej sytuacji nie ma poziomego różnicowania płac. Wszyscy pracownicy wykonujący pra-ce o tej samej czy podobnej wartości (w tej samej kategorii) otrzymu-ją jednakową stawkę. Rozwiązanie takie może znaleźć zastosowanie tam, gdzie indywidualne walory pracownika nie mają istotnego wpływu na efekty pracy, np. prace proste, jednolite, powtarzalne – zwykle są to stanowiska w pierwszych kategoriach zaszeregowania.

Kategoria zaszeregowania

Stawka płacy zasadniczej [zł/miesiąc]

I 1600II 1800III 2100... ...

Rys. 3. Przykład jednoszczeblowej tabeli stawek płac

W sytuacjach, gdy wskazane jest różnicowanie płac w ramach tej samej kategorii, a także gdy istnieje możliwość awansu poziomego, właściwym rozwiązaniem są tabele wieloszczeblowe (wielopoziomo-we) , w których poszczególnym kategoriom odpowiada więcej niż jed-na stawka (rys. 4) oraz tabele widełkowe, gdzie do kategorii przypisa-ny jest przedział stawek (rys. 5), a zatem pozwalają one na większą elastyczność w określaniu indywidualnych płac.

Stawka płacy zasadniczej [zł/miesiąc]

Kategoria szczeble

zaszeregowania A B C

I 1500 1600 1700II 1650 1800 1950III 1900 2100 2300... ... ... ...

Rys. 4. Przykład wieloszczeblowej tabeli stawek płac

W tabelach wieloszczeblowych, w zależności od przyjętych kry-teriów różnicowania płac, liczba szczebli płacowych może być różna oraz zmienna – mniej szczebli w początkowych kategoriach, więcej w górnych z uwagi na większe możliwości awansu poziomego.

Kategoria zaszeregowania

Stawka płacy zasadniczej[zł/miesiąc]

I 1500 – 1700II 1700 – 2000III 2000 – 2300... ...

Rys. 5. Przykład widełkowej tabeli stawek płac

Dwie ostatnie tabele pozwalają na poziome różnicowanie płac, a za-tem wymagają wyboru i zdefi niowania kryteriów oceny pracowników.

2.2. Kryteria różnicowania stawek płac zasadniczych

W zależności od przyjętej w fi rmie polityki personalnej oraz płacowej można przyjąć różne kryteria różnicowania stawek płacowych – rys. 6.

W odniesieniu do pracowników produkcyjnych odchodzi się obec-nie od form wynagradzania wybitnie stymulujących ilość pracy (forma akordowa) , w kierunku form czasowych zapewniających osiągnięcie z góry założonego wyniku ilościowego i jakościowego, nie mniej ani też nie więcej (dniówka zadaniowa) . Skoro zatem od pracowników wymaga się uzyskiwania wyników na poziomie zaplanowanym dlate-go różnicowanie płac według kryterium wyniki pracy może w wielu sy-tuacjach okazać się niezbyt adekwatnym, zwłaszcza w odniesieniu do stanowisk pracy charakteryzujących się ograniczonym stopniem sa-modzielności pracy. Zamiast obniżać stawkę pracownikowi, który nie osiąga założonych wyników, należy zastanowić się nad przyczynami takiego stanu i podjąć stosowne decyzje, np. w zakresie doszkolenia, zmiany stanowiska pracy czy nawet zwolnienia pracownika. Utrzymy-wanie nieefektywnego pracownika jest niekorzystne tak dla pracodaw-cy jak i pracownika, który być może znalazł się na „niewłaściwym miej-scu”. Należy też pamiętać, że nie zawsze przyczyna słabych efektów pracy musi tkwić w samym pracowniku. Może wynikać także z niena-leżytej organizacji pracy, złych warunków pracy, słabości systemu mo-tywacyjnego itd.

Rys. 6. Kryteria różnicowania stawek a polityka płacowa fi rmy

– przykłady

O różnicowaniu stawek zaszeregowania osobistego może decy-dować kryterium stażu pracy. Z motywacyjnego punktu widzenia przy-jęcie takiego kryterium można zaakceptować pod warunkiem, iż w fi r-mie funkcjonuje odpowiedni system rozwoju zawodowego. Pracowni-cy podnoszą kwalifi kacje, przez co staż pracy nie jest efektem same-go tylko upływu czasu, ale faktyczną miarą doświadczenia. Starsi sta-żem pracownicy to wartościowi, oddani fi rmie fachowcy, którzy powin-ni być relatywnie wyżej wynagradzani.

Ważnym kryterium oceny pracownika decydującym o jego przy-datności dla fi rmy może być poziom kwalifi kacji. W obecnych warun-kach produkcyjnych preferuje się, by pracownicy charakteryzowali się tzw. elastycznością funkcjonalną. Umiejętność a także gotowość pra-cy na różnych stanowiskach (wielozawodowość), w zależności od bie-żących potrzeb przedsiębiorstwa, może być także kluczowym kryte-rium decydującym o przyznaniu stawki2.

Różnicowanie stawek zaszeregowania osobistego może być do-konane także na podstawie kombinacji powyższych bądź innych jesz-cze kryteriów oceny.

22 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

Systemy wynagradzania w przedsiębiorstwach produkcyjnych Maria Baron–Puda

3. PODSUMOWANIE

Podsumowując, projektowanie systemów wynagradzania we współczesnych zakładach wymaga odpowiedniego kształtowania płacy zasadniczej, która jako trzon wynagrodzenia pracownika istotnie wpły-wa na jego motywację oraz efekty pracy. Uzupełnieniem płacy zasadni-czej mogą być także inne składniki płacowe, których wprowadzenie do systemu wynagradzania przedsiębiorstwa powinno być przemyślane.

Literatura

1] DZIECHCIARZ P.: Kto pracuje a kto je czyli krótka historia pła-cy. Personel 12/1999

[2] KARNEY J. K.: Człowiek i praca. Międzynarodowa Szkoła Me-nedżerów. Warszawa 1998

[3] GABLETA M. (red.): Potencjał pracy w przedsiębiorstwie. AE im. O. Langego, Wrocław 1998

[4] MARTYNIAK Z.: Metodologia wartościowania pracy. Ofi cyna Wydawnicza ANTYKWA, Kraków 1998

[5] BARON–PUDA M: Wybrane zagadnienia zarządzania perso-nelem w przedsiębiorstwach przemysłowych – Część 2. Korzyści wyni-kające z wartościowania pracy. „Produktywność i Innowacje” 1/2006

[6] BARON–PUDA M: Projektowanie systemów pracy. Systemy wynagrodzeń. Wydawnictwo ATH w Bielsku–Białej, Bielsko–Biała 2003

[7] BLIKLE A. : Zarządzanie bez kar i nagród. Personel 7–8/1999

dr inż. Maria BARON–PUDA, Katedra Inżynierii Produkcji, Aka-demia Techniczno–Humanistyczna Bielsko–Biała, ul. Willowa 2, 43–309 Bielsko–Biała, mpuda@ath.bielsko.pl

Milan MALCHO, Jozef JANDACKA

Summary: The paper deals with the issues of innovation of kilns on account of usage of secondary energy sources mainly for heating of industrial objects and preparation of hot service water. There is describes the way of heat extracting from combustion gas produced by the bogie hearth furnaces designed for calcining of electrical porcelain.

1. INTRODUCTION

Nowadays, the problems of solving the extensive energetic prob-lem come forth more and more often, which is connected with the use and changes of the thermal energy, emissive load of the environment and permanently sustainable life.

In spite of restructuring of the Slovak industry and the change of property rights, it is determined by the history, that the industry in the Slovak Republic is energy demanding (ferrous and non–ferrous metal-lurgy, ceramics and heavy machinery). For these reasons, possibilities to revalue the energy demand of the whole range of production tech-nologies are being searched and projects which on the basis of their innovation decrease the demand on energy, or more precisely, they

INNOVATION OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT

FOR CALCINING OF CERAMICS

can make use of low– and moderate–potential heat as the secondary energetic source for other purposes.

Currently, thermal energy is still being produced mainly from natu-ral sources. Reserves of the natural sources are entirely represented by the fossil fuels, such as coal, oil, natural gas. Therefore the lack of energetic sources is starting to appear and from this reason it is neces-sary to search new alternative sources of thermal energy. The problem of innovation of technological equipment for calcining of ceramics in order to use the waste heat in technical and industrial equipment for the reason of decreasing energy demand of production is being proved as necessary for a lot of technologies.

2. POSSIBILITIES OF USING HEAT IN PRODUCTION OF ELECTRICAL PORCELAIN

Production of electrical porcelain is technologically a complicated process which involves above–standard demands on technological temperatures. Products are susceptible to the temperature during the process when the internal temperature is set on 25°C and the relative humidity. One of the fi nal technological operations is the calcining of the

Pict. 1. Air pipeline with heated air

in the tunnel oven

Pict. 2. The induction unit in the heated space Pict. 3. The bogie hearth furnace

with discontinual operation

P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n1 / 2007 (4) 23

glazed insulators, which is realized in bogie hearth furnace. The calcining curve is complicated and depends on the type of baked products, glazes and substance. Maximal temperature of the calcining is cca 1300°C. The curve must be thoroughly adhered, because the quality and of the error rate of the products depends mainly on the way of calcining.

The calcining of the ceramics is made either in continuously work-ing in tunnel kiln or in bogie–earth furnaces with interrupted operation.

From the reason of decreasing the energetic diffi culty of heating the spaces in a production hall of the fi rm CERAM Cab, a.s. as well as from the reason of decreasing unfavorable effect of the infi ltration of the outdoor air into the spaces of the hall with the tunnel kiln caused by the existing suppress ventilation, there has been designed and realised a system of heating and distribution of the vent air which uses existing radiating recuperative exchanger of the warmth incorporated in working place of the tunnel kiln for calcining of the ceramic insulators. Realiza-tion of the project of distribution of the heated vent air also respects the demand of the investor – possibilities of the distribution partly in the exchanger of the heated air with the suction from the space of the hall of the tunnel kiln and partly with the possibility of distribution of the vent air supplied from the exterior without heating in the heat–exchanger. The uniformity of air distribution was reached by stepwise adjusting of the fl apper valve situated in front of each induction unit.

Pict.4 The behaviour of the internal temperature in the bogie hearth furnace

The heat rate of the bogie hearth fur-nace is 3,6 MW. The technological process is highly energy demanding and there is produced a considerable heat amount, which is necessary to use in an optimal way. The exhausting combustion gases from the furnace are used in the proposed heat–ex-changer for the heating of the fumigant water for the system of factory heating. The experience with operation of bogie hearth furnace by porcelain calcining showed, that the combustions are not loaded by dust ash,

that is why it is possible to use pipe volumes (alternated) as heat–ex-changing elements. About the suitability of layout decided the most used stage of the operation of the heat–exchanger.

The heat–exchanger was structurally designed on the basis of the data about the technological process, where was gone out of the mathematical model, which was produced with help of the theory of the detail, and which was also designed with CFD method.

The exchanger is build of the tube plate and the shell, which is formed by membrane walls (pict.5.) The membrane walls deal espe-cially with the transport of heat by radiating from the combustion gases into the walls and at the same time is solved the cooling of the walls this way.The main executive branch is the tube plate consisting of 60 pieces of 14m long coil pipes (snakes) ? 31,8 x 3,2 mm, that go out of the pipe divider and fl ow into the pipe collector. The tube plate is situ-ated in the chamber of the skeleton, which is formed by the membrane walls. The membrane walls consist of a dividing and a collecting pipes, which are connected by the system of parallel pipes. The water fl ows in the exchanger in two circuits:

– through the skeleton and the membrane walls– through the tube plate.

A part of the exchanger is also its bypass, through which are the combustion gases after their cooling connected by the fl apper valve on the fl uor absorber. The operating temperature of the combustion gases in front of the absorber is 170°C and it should not fall under 150°C, by which is the function of the absorber limited.

Pict.5 Membran walls VT Pict.6 The heat–exchanger with the

pipeline of the divider and collector

of the heated water

Pict.7. The

placement of the

heat–exchanger

with bypass Pict. 8.Scheme of the system control heat–exchanger – bypass

Innovation of technological equipment for calcining of ceramicsMilan Malcho, Jozef Jandacka

24 P r o d u k t y w n o ś ć i I n n o w a c j e / P r o d u c t i v i t y & I n n o v a t i o n 1 /2007 (4)

Innovation of technological equipment for calcining of ceramics Milan Malcho, Jozef Jandacka

The system heat–exchanger – bypass is controlled by the control system EXCEL 100. This control system controls the valves, measures the decisive temperatures and pressures. The scheme of the set is on the pict.8.. On the pict.9. is a simplifi ed scheme of the connection of VT on the furnace and on the heating circuit.

The control of the technological complex furnace – heat–ex-changer – bypass is very complicated because of different dynamics of the schemes. The dominant technology is the bogie hearth furnace, which works in the burst. Its maintenance is insured by the draught of the chimney fans. The system is very sensitve and every rapid change of the pressure ratio of the furnace causes its immediate lockout.

All these facts needed a new structural solution of the bypass, considering all the thermodynamical rules and a new access to the conception of the control of the whole thermodynamical system. There are several restricting factors for the control. There were mentioned already diametrically different dynamics of the schemes: kiln – heat–exchanger – bypass – fl uor absorber. The next restrictions are the heavy–duty possibilities of the frequency controlled chimney fans. Be-

cause of this reason was the bypass optimized on the basis of the of CFD methods so, that the cooling mixing air is supplied without the help of the pressure fan in suffi cient amount. There were simulated and compared several solutions (for example pict.9. and pict.10), from which was chosen a solution with cone adjusting of the mixing part of the bypass (pict.7 and pict.9). The proposed solution insures, on one hand, the supply of suffi cient amount of the cooling air and, on the other hand, also the protection of the carrying part of the bypass by the bedding of the fl ow of combustion gases and the air behind the enterings of the admixing air.

3. CONCLUSION

The existing solutions of the innovations of technologies with reusage of the heat in different metalurgical or ceramic applications showed, that this is a considerably wide–spectrum problematics and it needs a complex access to the proposal of the solution. As advanta-geous seems to be the combination

of experimental approaches by winning relevant entering data into the mathematical models and the simulation of the transmission phenom-enons by one of the CFD methods.

REFERENCES

[1] MALCHO, M., KOMANDERA, I. A KOL.: The Use of the Sec-ondary Energy Sources of Heat from the Electical Arc–shaped Kilns in OFZ, a.s. Istebné. Technic–economical study. Žilina, August 1999

[2] ČARNOGURSKÁ, M.: The Thermal Field of the Solid Shape with Local Heating, Acta Mechanica Slovaca, č.1,1999, ISSN1335–2393

[3] SAZIMA, M. a Col.: Sharing of Heat, Tech. guide 78, SNTL Praha 1999

Ing. PhD Milan MALCHO, Ing. PhD Jozef JANDACKADepartment of power engineering, University of Žilina, Slovak Republic, Univerzitná 1, 010 26 Žilinaphone/fax: 00421 41 5252 541, e–mail: milan.malcho@fstroj.utc.sk, jozef.jandacka@fstroj.utc.sk

Pict.9. Model of a bypass with tangencial

air enteringPict.10. Air velocity fi eld in the bypass

with tangencial air entering

Pict.11 Air velocity fi eld by the original bypass Pict.12 Air velocity fi eld by the modifi ed bypass

Pict.13 Thermal fi eld by the original bypass Pict.14 Thermal fi eld by the modifi ed bypass

Pict.14 The realization of the

modifi ed bypass