POROVNÁNÍ MOŽNOSTÍ MANIPULACE S DÍLY V PŘEPRAVNÍCH PALETÁCH

(1)

POROVNÁNÍ MOŽNOSTÍ MANIPULACE S DÍLY V PŘEPRAVNÍCH PALETÁCH

Bakalářská práce

Studijní program: B2341 Strojírenství

Studijní obor: 2301R030 Výrobní systémy

Autor práce: Dipl.-Kffr. Kateřina Vodičková Vedoucí práce: doc. Dr. Ing. František Manlig

(2)

Katedra obrábění a montáže studijní rok: 2013 / 2014

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

Jméno a příjmení : Kateřina VODIČKOVÁ Studijní program : B2341 Strojírenství

Obor : 2301R030 Výrobní systémy

Zaměření : Řízení výroby

Ve smyslu zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách se Vám určuje bakalářská práce na téma:

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách

Zásady pro vypracování:

(uveďte hlavní cíle bakalářské práce a doporučené metody pro vypracování)

1. Úvod do problematiky (rešerše – trendy, automatizační prvky ,…).

2. Popis současného způsobu manipulace na vybraném pracovišti.

3. Rozbor možností manipulace na daném pracovišti a jejich porovnání se současným stavem.

4. Vyhodnocení, doporučení pro nové projekty.

5. Závěr a zhodnocení práce.

(3)

Forma zpracování bakalářské práce:

- průvodní zpráva: cca 40-50 stran textu

- grafické práce: obrázky, tabulky a grafy - dle potřeby

Seznam literatury (uveďte doporučenou odbornou literaturu):

1. LIKER, J. Tak to dělá Toyota. Praha: Management press, 2007. 390 s. ISBN 978-80-7261-173-7.

2. WARNECKE, H.-J., et. Al. Fraktálový podnik. Bratislava: Slovenské centrum produktivity, 2000. 208 s. ISBN 80-968324-1-7.

3. KOŠTURIAK, J. a FROLÍK, Z. Štíhlý a inovativní podnik. Praha: Alfa- Publishing, 2006. ISBN 80-86851-38-9.

4. Tuzemské a zahraniční časopisy.

5. Elektronická databáze článků ProQuest (knihovna.tul.cz).

6. IPA slovník (www.ipaslowakia.sk/sk/ipa-slovnik).

Vedoucí bakalářské práce: doc. Dr. Ing. František Manlig Konzultant bakalářské práce: Ing. Jan Vavruška - KVS

L.S.

Doc. Ing. Jan Jersák, CSc. Doc. Ing. Miroslav Malý, CSc.

vedoucí katedry děkan

V Liberci, dne 18. 12. 2013

Platnost zadání bakalářské práce je 15 měsíců od výše uvedeného data. Termíny odevzdání bakalářské práce jsou určeny pro každý studijní rok a jsou uvedeny v harmonogramu výuky.

(4)

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách Comparison of manipulation possibilities with the parts

in the transport boxes

ANOTACE

Bakalářská práce shrnuje informace o logistice a manipulaci s díly. Práce se zabývá porovnáním možností manipulace s díly v přepravních paletách na vybraném pracovišti u svařovací linky ve firmě Škoda Auto a. s., závod Kvasiny, a návrhem vhodné manipulace pro budoucí projekty.

Klíčová slova: ruční manipulace, automatická manipulace, přepravní palety, robot, automobilový průmysl

ANNOTATION

This bachelor thesis summarizes information about logistics and manipulation with parts. The work is dealing with comparison possibilities during manipulation with parts in transport container (pallet). It was chosen a working place by welding line at the Škoda Auto a. s. in the plant Kvasiny. It was suggested a suitable solution for future projects.

Keywords: manual manipulation, automatically manipulation, transport boxes, robot, automotive industry

(5)

MÍSTOPŘÍSEŽNÉ PROHLÁŠENÍ

Byla jsem seznámena s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.

Datum 19. 5. 2014

………..

Kateřina Vodičková

(6)

PODĚKOVÁNÍ

Tímto bych chtěla poděkovat zejména vedoucímu mé bakalářské práce panu doc. Dr. Ing. Františku Manligovi za poskytnutí cenných rad, systematické vedení, čas a trpělivost. Ing. Davidu Vostrému děkuji za odborné informace a možnost zpracování bakalářské práce ve firmě Škoda Auto a. s. Celému týmu plánování svařoven děkuji za trpělivost a rady i přes velké pracovní vytížení. Panu Ing. Lubomíru Slavíkovi Ph.D. děkuji za kontrolu pravopisu a stylistické stránky práce.

(7)

Katedra obrábění a montáže

Evidenční číslo práce: KOM 1256

Jméno a příjmení: Kateřina VODIČKOVÁ

Vedoucí práce: doc. Dr. Ing. František Manlig Konzultant: Ing. Jan Vavruška

Počet stran: 45

Počet tabulek: 13

Počet obrázků: 11

Počet grafů: 3

(8)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 8

Obsah

1. Úvod ... 11

2. Teoretická část ... 12

2.1 Logistika a materiálový tok ... 12

2.1.1 Balení a přepravní prostředky ... 13

2.1.2 Palety v automobilovém průmyslu ... 14

2.1.3 Manipulace s materiálem ... 15

2.2 Automatizace manipulace ... 16

2.3 Automatická manipulační zařízení ... 18

2.3.1 Teleoperátory ... 18

2.3.2 Manipulátory s pevným programem ... 18

2.3.3 Manipulátory s pružným programem ... 18

2.4 Průmyslové roboty ... 19

2.4.1 Kinematika robotů ... 19

2.4.2 Pracovní prostory robotů ... 20

3. Experimentální část ... 22

3.1 Metodika řešení ... 22

3.2 Pilotní díl ... 23

3.3 Popis současného stavu – ruční manipulace ... 24

3.3.1 Ruční palety pro postranice vnější ... 25

3.3.2 Paletové točny ... 26

3.3.3 Ergonomie ruční manipulace ... 26

3.3.4 Nedostatky stávajícího stavu ... 29

3.4 Možnosti manipulace splňující požadavky modelové ofenzívy a navýšení kapacit ... 29

3.4.1 Ruční manipulace – rozšířené pracoviště ... 29

3.4.2 Automatické pracoviště ... 30

(9)

_________________________________________________________________________

3.5 Návrh vhodné manipulace pro budoucí projekty ... 34

3.5.1 Výhody a nevýhody ruční manipulace ... 34

3.5.2 Výhody a nevýhody automatické manipulace ... 35

3.5.3 Porovnání možností manipulace ... 36

3.5.4 Ekonomické zhodnocení ... 39

3.5.5 Doporučení pro nové projekty ... 43

4. Závěr ... 45

(10)

FS TUL Bakalářská práce Kateřina Vodičková

_________________________________________________________________________

Seznam použitých zkratek a symbolů

AM [-] koeficient úhlu asymetrie

CM [-] koeficient spojení

DM [-] koeficient rozdílu výšek DN [rok] doba návratnosti investice Dv [ks/den] denní výroba vozů

FM [-] frekvenční koeficient

HM [-] koeficient dosahu

INA [Kč] výše investice do automatického pracoviště INR [Kč] výše investice do ručního pracoviště

ki [-] nenormovaná váha i-tého kritéria Mref [kg] referenční hmotnost 25 kg

Mskut [kg] skutečná hmotnost manipulovaného dílu

n [-] počet kritérií

p [-] pořadí i-tého kritéria v jeho preferenčním uspořádání

Pd [ks] počet dílů v paletě

PM [-] koeficient dle počtu manipulantů

Pp [-] počet palet

Ri [-] index rizika

RML [kg] doporučený hmotnostní limit

U [Kč/rok] roční úspora automatického pracoviště v porovnání s ručním

VM [-] koeficient výšky úchopu

Z [den] dosah zásob

(11)

_________________________________________________________________________

1. Úvod

Firma ŠKODA AUTO a. s. se sídlem v Mladé Boleslavi v České republice patří k nejstarším automobilkám na světě. Počátky společnosti sahají do roku 1895, kdy Václav Laurin a Václav Klement vytvořili podnik, který položil základy více než stoleté tradice výroby českých automobilů. V současné době ŠKODA AUTO zaměstnává po celém světě více než 25.750 osob. Značka ŠKODA je od roku 1991 součástí koncernu Volkswagen. Během této doby se objemy prodejů skupiny ŠKODA AUTO podstatně zvětšily a její produktové portfolio se výrazně rozšířilo. V roce 2013 se prodalo 920.750 vozů a na trh bylo uvedeno osm nových či kompletně přepracovaných vozů. V budoucnosti má být uveden na trh zhruba každých šest měsíců nový model. [18]

Požadavek na porovnání možností manipulace s díly vznikl na základě koncernové Strategie 2018 a s ní spojeným zvyšováním výrobních kapacit a rozšiřováním modelové palety. V rámci této strategie je cílem firmy Škoda Auto a.s. v roce 2018 dosáhnout výroby a prodeje 1,5 milionu vozů ročně.

Aby bylo možné takový objem vozů vyprodukovat, je třeba zvýšit výrobní kapacity závodů a investovat do moderního výrobního zařízení. Ve velkosériové výrobě mají široké využití jednoúčelové CNC stroje a průmyslové roboty. Tato automatická zařízení umožňují oproti manuální práci zvýšení výrobních kapacit a dosažení výborné kvality. Nevýhodou je však jejich cena.

Cílem této bakalářské je porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách a následné doporučení vhodné manipulace pro budoucí projekty. Práce se omezuje na manipulaci s lisovanými díly z přepravní palety do svařovací linky. Premisou je návrh manipulace pro pracoviště, na kterém jsou manipulovány díly třech modelů vozu při výrobním objemu 900 vozů denně.

V rámci návrhu vhodné formy manipulace budou možnosti porovnány s ohledem na důležitá kritéria ovlivňující rozhodování odborníků z oblasti projektování. Dále bude provedeno finanční vyhodnocení. Od této práce čekávané doporučení vhodné manipulace pro nové projekty bude učiněno v závislosti na výši plánovaného výrobního objemu.

(12)

_________________________________________________________________________

2. Teoretická část

V teoretické části bude čtenář seznámen s teoretickými poznatky k dané problematice. Protože téma manipulace s díly spadá do logistiky, bude krátce popsán obor logistiky, druhy manipulace, druhy přepravních palet a jejich funkce.

V další kapitole bude řešena automatizace manipulace a s ní spojené manipulační prostředky. Blíže bude popsán průmyslový robot, jeho kinematika a pracovní prostory.

2.1 Logistika a materiálový tok

Pro podnik potřebné zboží, díly a suroviny nejsou zpravidla vyráběny na místě a v čase potřeby. Tímto vzniká časová a prostorová propast mezi místem výroby a místem spotřeby. [7] Na základě této situace může být odvozen úkol logistiky. Jejím úkolem je efektivní příprava požadovaných objektů v požadovaném množství, kvalitě a složení, ve správný čas, na správné místo. [10]

Logistika je vnímána jako důležitá funkce zahrnující všechny oblasti. Z této funkce vyplývá více cílových konfliktů mezi podílejícími se oblastmi. Předpokladem pro dosažení celkově optimálního stavu je kooperativní spolupráce oblastí. [21]

Podle vědeckých teorií je logistika zodpovědná za plánování, řízení, kontrolu a fyzické zacházení s materiálovým tokem a k tomu nutným informačním tokem. Jak je znázorněno na obrázku 1, probíhá materiálový tok ve směru od dodavatele přes výrobce až ke konečnému zákazníkovi. Oproti tomu probíhá informační tok v protisměru. [12]

(13)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 13 Obr. 1: Materiálový a informační tok

2.1.1 Balení a přepravní prostředky

V rámci firmy Škoda je materiálový tok lisovaných dílů realizován pomocí přepravních palet. V následujícím textu budou popsány funkce balení [12]:

ochranná funkce, skladovací funkce, dopravní funkce, manipulační funkce, informační funkce.

Ochranná funkce: Obal má zboží chránit před mechanickými, chemickými a klimatickými zátěžemi. Na druhou stranu má obal chránit okolní prostředí před škodlivým vlivem nezabaleného materiálu.

Skladovací funkce: Obal má umožňovat snadné skladování zboží. V první řadě je důležitou skladovací funkcí obalu jeho stohovatelnost. Tvar a rozměry musí umožňovat přímé postavení jednotlivých skladovacích jednotek na sebe.

Význam stohovatelnosti tkví v efektivním využití skladovacích ploch. Skladovací jednotka musí být vyrobena tak, aby snesla silové poměry a zůstala stabilní.

Dopravní funkce: Obaly a přepravní prostředky ulehčují, popř. vůbec umožňují přepravu zboží. Přitom mají obaly co nejméně vážit a jejich rozměry by

(14)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 14 měly umožňovat optimální využití používaných ložných ploch a využití ložného prostoru dopravního prostředku.

Manipulační funkce: Manipulované zboží má být prostřednictvím obalu tvarováno do takových jednotek, které umožňují snadnou manipulaci při skladovacích a přepravních procesech. Jednotky musí být manipulovatelné technickými prostředky, jako jsou vidlicové vozíky, regálové zakladače apod.

Informační funkce: Obaly je třeba rozlišovat např. barvou, nápisem apod., aby sestavovatel zakázky mohl snadno identifikovat žádaný sortiment. Dále je potřeba výrazně, pomocí piktogramů, různých znaků či nápisů označit obaly výrobků křehkých, rychle se kazících, a jiných, které vyžadují zvláštní způsob manipulace.

2.1.2 Palety v automobilovém průmyslu

Palety patří spolu s malými kontejnery a roltejnery a dalšími do kategorie logistických jednotek 2. řádu. Jsou to jednotky přizpůsobené k mechanizované nebo automatizované manipulaci, k ukládání ve skladech, k mezioperační manipulaci, k meziobjektové a vnější přepravě apod. Hmotnost palet se zpravidla pohybuje mezi 250 kg a 1 000 kg. V některých případech může jejich váha dosahovat až 5 000 kg. [19]

Pro manipulaci s paletami se využívá nízko- a vysokozdvižných vozíků, regálových zakladačů, stohovacích jeřábů, dopravníků atd. V případě roltejnerů je možná na kratší vzdálenost i ruční manipulace odtlačením. [19]

V automobilovém průmyslu se rozlišuje mezi standardními a speciálními přepravními paletami/kontejnery. Standardní palety se dělí na malé a velké nosiče, přičemž podstava malých nosičů nepřesahuje rozměry 600 mm x 400 mm a podstava velkých nosičů (europalety, giterboxy) by neměla přesahovat rozměry 1200 mm x 800mm. [20]

S přibývající tvarovou komplexitou, nároky na ochranu manipulovaného zboží a s rostoucími požadavky automatizace stoupají i individuální požadavky na

(15)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 15 palety. Z tohoto důvodu jsou v automobilovém průmyslu často používány speciální manipulační jednotky. Tyto jednotky disponují např. klikovými rozdělovači, hřebeny, umožňují popř. automatické nakládání a vykládání. Nevýhodou speciálních kontejnerů je jejich vysoká cena a nízká flexibilita využití. [3]

Velikost a váha speciálních kontejnerů variuje podle přepravovaného zboží.

Stále by ale mělo být cílem optimální využití nákladního prostoru. Proto by měli být rozměry speciálních palet 1200 mm x 800 mm nebo násobky těchto rozměrů. [3]

2.1.3 Manipulace s materiálem

Manipulace s materiálem se stala jako soubor operací nutných při výrobě významným oborem novodobé techniky. Ve smyslu normy ČSN 26 0002 je manipulace s materiálem odborné přemisťování, ložení a usměrňování materiálu ve výrobě, oběhu a skladování. Seskupení dvou a více zařízení a prostředků tvořících celek pro určitou oblast manipulace a přepravy, včetně organizace a řízení. [13]

Norma ČSN 26 0002 uvádí prostředky, které jsou k manipulaci s materiálem využívány [13]:

zdvihací zařízení dopravní zařízení,

zařízení pro operační a mezioperační manipulaci, zařízení pro ložné operace,

přepravní prostředky, skladovací zařízení,

zařízení pro úpravu materiálu k manipulaci, dopravní prostředky.

Pro obsah praktické části této bakalářské práce je relevantní zařízení pro operační a mezioperační manipulaci, tj. manipulační roboty. V následující kapitole bude popsána historie a důvody automatické manipulace.

(16)

_________________________________________________________________________

2.2 Automatizace manipulace

Jakýmsi prvním krokem k automatizaci je mechanizace. Mechanizace představuje proces, kdy se využívá strojního zařízení k osvobození člověka od namáhavé a opakující se fyzické práce. [2] Strojní operace jsou realizovány přenosem mechanické, elektrické, pneumatické či hydraulické energie. Člověk zabezpečuje činnosti jako je výběr operace, řízení, zahájení a ukončení pracovního cyklu. Mechanizace často slouží k odstranění namáhavé lidské práce při manipulaci s předměty o vysoké hmotnosti. [6]

Pojem automatizace označuje proces, kdy jsou technická zařízení využívána k nahrazení nejen fyzické práce člověka, ale zejména k nahrazení duševní řídicí činnosti lidí. Řídicími činnostmi člověka jsou myšleny především výpočtářské práce, logické usuzování, rozhodování, zapamatování a vyhledávání, tvorba a realizace složitých postupů. Takovéto činnosti se obvykle vyskytují např.

při spouštění strojů, všeobecném řízení jejich chodu, hledání a nastavování optimálních pracovních a provozních podmínek apod. [9]

Jak bylo již řečeno, jsou v rámci automatizace nahrazovány fyzické a duševní činnosti člověka činností strojů. Tento proces má své důvody, které můžeme rozdělit do následujících skupin [9]:

vynucená automatizace, ekonomické důvody, jiné důvody.

Vynucená automatizace

Do této skupiny patří případy, kdy je náhrada člověka automaty vynucena určitými skutečnostmi [9]:

nebezpečí pro člověka (např. manipulace s vysoce radioaktivními materiály, práce za extrémně vysokých teplot apod.),

riziko lidského pochybení a z toho vyplývající nepříznivé následky (např.

automatická navigace letadel v mlze při přistávacích manévrech),

(17)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 17 fyzická únava člověka, pobyt v nepříjemných podmínkách s možnými

zdravotními následky (např. vlhko, teplo, hluk, prach, otřesy),

neschopnost člověka vykonávat potřebnou činnost z hlediska rychlosti, přesnosti, rozsahu nebo jiných příčin (např. řízení raket, parních a spalovacích turbín apod.),

vyšší jakost požadovaných činností při automatickém řízení než při ručním řízení (např. dosažení kvalitní stejnoměrné vrstvy laku na karosérii robotickým vedením stříkací pistole),

nemožná přítomnost člověka (např. kosmické sondy, srdeční stimulátor apod.).

Ekonomické důvody

Do skupiny důvodů pro použití automatického zařízení z ekonomického hlediska tržního hospodářství patří především [9]:

snížení výrobních nákladů, zejména úspora přímých mzdových nákladů a úspora na základě menšího odpadu,

snížení režijních nákladů na skladovací prostory, výrobní plochy, administrativní práce apod.,

zvýšení produktivity práce a objemu výroby, zkrácení průběžné doby vývoje a výroby,

umožnění pružné reakce na individuální přání zákazníka.

Jiné důvody

použití automatizace z prestižních důvodů,

zvýšení pohodlí člověka (např. automatické spouštění oken v autě, dálkové ovládání domácích spotřebičů),

realizace ekologického hlediska (např. řízení optimálního spalování za účelem minimálního množství škodlivých spalin). [9]

(18)

_________________________________________________________________________

2.3 Automatická manipulační zařízení

Automatický provoz technologických prostředků je podmíněn automatickou manipulací. Hlavní prvek automatické manipulace představuje robot. Pojem

„robot“ pochází z divadelní hry R.U.R. českého spisovatele Karla Čapka a označoval výrobu umělých lidí nahrazujících lidskou práci. [9]

2.3.1 Teleoperátory

Teleoperátory se řadí mezi manipulátory s ručním řízením. Teleoperátor nedisponuje řídicím systémem, nýbrž je ovládán člověkem. Úkolem teleoperátorů je násobení síly, eliminace nedokonalosti člověka a umožnění práce v nepříznivých podmínkách. [14]

2.3.2 Manipulátory s pevným programem

Jedná se o zařízení, která mají automatický řídicí systém. Každá změna programu je však podstatným zásahem. Výhodou manipulátoru s pevným programem je jeho jednoduchost, spolehlivost a nízká cena. Tyto manipulátory se využívají především jako podavače. [14]

2.3.3 Manipulátory s pružným programem

V případě manipulátorů s pružným programem se jedná o zařízení, která mají automatický řídicí systém. Změna programu je oproti manipulátorům s pevným programem rychlá. Manipulátory s pružným programem se dělí na [14]:

průmyslové roboty,

adaptivní průmyslové roboty, kognitivní roboty.

Průmyslový robot provádí spektrum činností, které lze měnit na základě změny programu. V případě adaptivních průmyslových robotů se vložený program automaticky upravuje a modifikuje na základě aktuálních informací z čidel.

Kognitivní roboty disponují umělou inteligencí v řídicím systému. Pomocí umělé

(19)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 19 inteligence se automaticky generuje program činností na základě člověkem vložených algoritmů. [14]

2.4 Průmyslové roboty

První konstrukce robotů, které blíže souvisí s dnešními představami o jejich podobě, vznikaly po roce 1954. Výraznější zájem o automatizaci diskrétních procesů byl vyvolán až na počátku sedmdesátých let významnými změnami v technologii a v koncepcích výrobních strojů. [1]

Robotické manipulační systémy se uplatňují zejména v zemích s vysokými mzdovými náklady. Robotické systémy mohou nahradit svým výkonem celou řadu zaměstnanců. I přes vysoké pořizovací náklady pomohou tyto systémy zrychlit, zjednodušit a v konečném důsledku zlevnit výrobu díky snížení nákladů. Další nespornou výhodou je snížení zmetkovitost výroby a zvýšení bezpečnosti a zlepšení zdraví pracovníků. [1]

2.4.1 Kinematika robotů

Aby mohl průmyslový robot dopravit těleso z jedné polohy do jiné dané polohy, musí být vybaven jistým počtem stupňů volnosti. Pro porovnání: lidská ruka má celkem 27 stupňů volnosti. Koncepce a kinematika pohyblivých částí průmyslových robotů víceméně uměle reprodukuje motorické funkce lidské ruky.

Pro obecné zajištění polohy a orientace v prostoru postačuje 6 stupňů volnosti. Při specifických požadavcích na manipulaci jsou však konstruována i zařízení s více stupni volnosti. Po roztřídění všech pohybů průmyslového robota analogicky dle pohybů člověka lze rozlišovat pohyby [15]:

manévrovací (globální) operační (regionální) suboperační (místní).

Takovéto rozdělení pohybů umožňuje rozdělit kinematický mechanizmus robota na dvě části s různou funkcí. První částí je úchopný člen (chapadlo), určující orientační schopnosti robota, a druhou částí jsou zbývající prvky

(20)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 20 výkonného mechanismu, určující tvar a rozměry operačního prostoru a manévrovací schopnosti robota. [15]

Při konstrukci průmyslových robotů a manipulátorů se využívá kinematické vazby 5. třídy – translační a rotační. [11]

Dvě tělesa, která jsou spolu spojena vzájemnou pohyblivou či nepohyblivou vazbou, se nazývají kinematická dvojice. Druh a sled kinematických vazeb předurčuje kinematickou strukturu robota a jeho pohybové možnosti. Různá kinematická uspořádání jednotlivých prvků přináší různé tvary operačních prostorů. [15]

2.4.2 Pracovní prostory robotů

Při rozboru kombinací různých přímočarých a rotačních mechanismů lze odvodit tvar, popřípadě velikost opsaných pracovních prostorů. Nejčastěji používané varianty polohovacích mechanismů se třemi stupni volnosti jsou zobrazeny na obr. 2. Jedná se o čtyři základní používaná uspořádání souřadnicových systémů polohovacích mechanismů ovlivňující tvar pracovního prostoru orientačního mechanismu a výstupní hlavice. Jedná se o [6]:

pravoúhlý (kartézský) souřadnicový systém, kde je pracovním prostorem hranol,

válcový (cylindrický) souřadnicový systém, jehož pracovním prostorem je válcový prstenec,

sférický souřadnicový systém s dvěma rotačními a jednou posuvnou dvojicí;

zde je pracovním prostorem kulový prstenec,

angulární souřadnicový systém se třemi rotačními dvojicemi; u tohoto souřadnicového systému je pracovním prostorem segment s průřezem obecnějšího tvaru, který je odvozen od volby rozměrů kinematických dvojic a úhlů.

(21)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 21 Pro porovnání vlastností uvedených struktur polohovacího mechanismu je možné zvolit různá kritéria. Volba rozhodujícího kritéria závisí na předpokládaném použití daného průmyslového robota. Obecně lze jmenovat tři základní kritéria:

kritérium přesnosti polohování, kritérium vlivu dynamiky,

kritérium velikosti a tvaru ovládaného pracovního prostoru. [6]

Nepřesnosti a vůle pohybového mechanismu ve směru každé souřadnice ovlivňují i přesnost dráhy, kterou vykonává pohybový člen. Jednotlivé chyby se geometricky sčítají. Jejich součet udává výslednou geometrickou chybu polohování. Nejpřesnějším systémem pro mechanismus se třemi stupni volnosti je kartézský souřadnicový systém. Nejméně přesným je sférický souřadnicový systém. [6]

Obr. 2: Pracovní prostory robotů (8)

(22)

_________________________________________________________________________

3. Experimentální část

Poté, co byl čtenář seznámen s teoretickými poznatky, bude v experimentální části řešen samotný cíl bakalářské práce - porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách a doporučení vhodné manipulace pro budoucí projekty. Budou řešeny možnosti manipulace s vybraným dílem u svařovací linky ve firmě Škoda Auto a. s. v závodu Kvasiny.

3.1 Metodika řešení

Za účelem porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách bude vybrán pilotní lisovaný díl zakládaný do svařovací linky. Sledovaným kritériem při výběru bude velikost a váha dílu.

V následujícím kroku bude popsán sám vybraný díl, jeho logistický proces od místa výroby dílu po místo zástavby do karoserie na svařovací lince a stávající způsob manipulace na daném pracovišti.

Po seznámení se stávajícím stavem na pracovišti budou popsány nedostatky stávající manipulace s ohledem na růstovou „Strategii 2018“ spojenou se zvyšováním kapacit a rozšiřováním modelové palety vozů. V návaznosti na požadavek rozšíření pracoviště o další model vozu a navýšení kapacity pracoviště budou uvedeny vyhovující možnosti manipulace.

Navržené možnosti splňující požadavek zvýšené kapacity budou blíže popsány. Následně budou shrnuty výhody a nevýhody jednotlivých možností s ohledem na prostorovou náročnost, výši investice, ergonomii, kapacitu a údržbu.

Dále budou možnosti manipulace porovnány vůči sobě. V prvním kroku budou u zvolených kritérií pomocí párového porovnání zjištěny preference. Na základě počtu preferencí budou kritéria seřazena a na základě vzorce (4) pro výpočet nenormované váhy bude určena váha jednotlivých kritérií. Poté budou na základě diskuse s odborníky z oddělení plánování materiálových toků a plánování svařoven obodována daná kritéria u navržených možností manipulace. Kritéria

(23)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 23 budou obodována číslem od 1 do 10 dle míry plnění daného kritéria. Výstupem vícekriteriálního porovnání bude relativní vhodnost možností manipulace.

Hospodářské aspekty budou zohledněny v podrobnějším propočtu nákladů na jeden vyrobený vůz a ve výpočtu doby návratnosti investice. Vstupem propočtu nákladů jsou údaje oddělení controllingu a odborníků z oblasti plánování svařoven.

Cílem této bakalářské práce je doporučení vhodné manipulace pro budoucí projekty. Vhodnost manipulace bude doporučena na základě plánovaného objemu výroby a hospodářských aspektů.

3.2 Pilotní díl

Jak bylo uvedeno ve výše uvedené metodice, bude pilotní díl zvolen dle velikosti a váhy. Největším lisovaným dílem v rámci celého podniku Škoda Auto a.s. je postranice vnější modelu Superb.

Hmotnost postranice je 14,55 kg, což je opět nejvyšší hmotností v rámci lisovaných dílů. Například podlaha karoserie se může zdát větším dílem, ale jedná se o svařenec, tj. svařený celek více lisovaných dílů.

Postranice se lisuje z předem nastříhaného plechu na lisu Müller Weingarten v lisovně M15 v Mladé Boleslavi. Rozměry postranice jsou přibližně 3,5 m x 1,1 m x 0,2 m (délka x výška x šířka).

Postranice je párový díl, což znamená, že se do karoserie zastavují dva díly: postranice pravá a levá. Díl má své označení: 3T5 809 605 / 606.

Postranice odebírají dva pracovníci z lisovacího pásu a zakládají je ručně do přistavených speciálních palet. Po naplnění je paleta převezena logistikem pomocí Obr. 4: Logistický tok postranice vnější modelu

Superb Obr. 3: Postranice vnější modelu

Superb limuzína

(24)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 24 vysokozdvižného vozíku do skladu. Odtud se na základě odvolávek ze svařovny transportují nákladním vozem do meziskladu u svařovny v Kvasinách. Odtud je podle potřeby naváží obsluha vysokozdvižného vozíku k danému pracovišti u svařovací linky. Prázdné palety jsou odvezeny do meziskladu na svařovně a odtud pak zpět do lisovny v hale M15 v Mladé Boleslavi.

Počet potřebných palet se odvíjí od denní výroby vozů, daného dosahu zásob a z toho odvozené lisovací dávky (viz vzorec (1)). Ve firmě Škoda je určen dosah zásob pět dní. V případě párového dílu je třeba vynásobit výsledek dvěma.

Ze vzorce (1) je zřetelné, že počet palet a počet kusů v paletě je vůči sobě v nepřímo úměrném vztahu. Tzn., že čím méně dílů v paletě, tím více je potřeba palet a naopak.

P Z P D

D V

p = 2∗ ∗ ^{, kde} ⁽¹⁾

Pp počet palet [-]

Dv denní výroba vozů [ks/den]

Pd počet dílů v paletě [ks]

Z dosah zásob [den]

3.3 Popis současného stavu – ruční manipulace

Postranice modelů Superb limuzína a kombi jsou manipulovány ručně ve třísměnném provozu. Denní výroba je 450 vozů denně. Vyšší výrobní objem nelze na stávajícím pracovišti realizovat.

Protože jsou postranice rozměrné a těžké díly, manipulují s nimi dva pracovníci. Ti vyjímají díl z palety a zakládají ho do rotačního bubnu, odkud díl vyjme robot a manipuluje s ním dále do linky postranice svařené.

(25)

_________________________________________________________________________

Layout ručního

pracoviště pro vyjímání postranic z palet a zakládání do svařovací linky je zobrazen na obr. 5. Na obrázku jsou znázorněny paletové točny pro přistavení palet a již zmíněné rotační bubny, do kterých se díly zakládají. Po vynásobení uvedených prostorových údajů vychází prostorová náročnost manuálního pracoviště 157 m².

V následujících kapitolách bude blíže popsáno nutné příslušenství, jako jsou paletové točny a palety. Dále bude zmíněna ergonomie ruční manipulace

3.3.1 Ruční palety pro postranice vnější

V případě palet pro postranice vnější se jedná o speciální palety. Palety mají kovovou konstrukci s prvky uvedenými na obr. 6. Jedná se o nosná ramena s nerezovými hřebeny (č. 1), dorazy prahu (č. 3, 4), nerezové hřebeny na podlaze palety (č. 5, 6), zadní vedení (č. 7, 8), přední a zadní závora (č. 9, 10).

Váha jedné prázdné palety je 440 kg. Za účelem lepšího rozlišení má každý model vozu jinou barvu palet. U Superbu limuzíny je to hnědá barva RAL 8002.

Počet palet se odvíjí od velikosti lisovací dávky, která je determinována objemem výroby. Zpravidla se lisuje na čtyři dny dopředu s jednodenní pojistnou Obr. 5: Layout pracoviště postranice modelu Superb

Tab. 1: Parametry přepravních palet

(26)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 26 zásobou. Do jedné palety se vejde 9 postranic. Při denní výrobě 450 vozů je třeba pro postranici jako párový díl 500 přepravních palet (viz vzorec (1)).

3.3.2 Paletové točny

Jak je zřejmé z layoutu pracoviště (viz obr. 5), jsou palety přistavovány logistikem s vysokozdvižným vozíkem na tzv. točnu. Jedná se o kruhovou pohyblivou platformu zasazenou do podlahy. Točna je rozdělena na dvě poloviny.

Na každé polovině se nachází jedna paleta. Z jedné palety odebírají pracovníci díly, druhá paleta je plná. Po vyprázdnění první palety se točna mechanicky otočí o 180 stupňů, čímž je pracovníkům přistavena druhá plná paleta. Prázdnou paletu odveze logistik do skladu prázdných palet. Pomocí točny je zajištěn hladký průběh zásobování pracoviště díly. Průměr točny je 4,2 m. Cena paletové točny je 80 000 Kč. Paletové točny jsou velice nenáročné na energii a údržbu.

3.3.3 Ergonomie ruční manipulace

Ergonomické zásady práce jsou zakotveny v právních předpisech České republiky. V obecné formě zohledňuje ergonomii především zákoník práce.

Detailní zásady a limity jsou následně rozepsány v nařízeních vlády, ve vyhláškách ministerstva práce a sociálních věcí. Ostatní detailní informace jsou

Obr. 6: Paleta pro postranice vnější modelu Superb limuzína

(27)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 27 uvedeny v převzatých normách ČSN EN a ISO. Hlavní právní předpisy vztahující se k ergonomii ve společnosti Škoda Auto a. s. jsou především [16]:

zákon číslo 262/2006 Sb., Zákoník práce,

nařízení vlády 361/2007 Sb., o ochraně zdraví při práci ve znění pozdějších dodatků,

ČSN EN 1005 – Bezpečnost strojních zařízení – fyzická výkonnost člověka.

Následně byly tyto právní předpisy rozpracovány do interních předpisů.

Jedná se o procesní dokumentaci, která byla implementována do organizačních norem.

Limity kumulativní hmotnosti za směnu (8 hodin) v optimálních pracovních podmínkách jsou 10 tun pro muže a 6,5 tun pro ženy. Optimální pracovní podmínky jsou splněny, pokud:

manipulovaný předmět nepřesahuje rozměr 30 x 40 mm vertikální rozdíly manipulace jsou minimální, ve výšce 70 cm, rotace trupu pracovníka = 0˚

vzdálenost úchopu = 25 cm,

frekvence manipulace = jednou za 10 minut apod. [16]

Pokud není manipulace prováděna v optimálních pracovních podmínkách, postupuje se podle ČSN EN 1005, část 2 – výpočet fyzické zátěže při manipulaci s břemeny (viz vzorec (2)):

M M M M M M

M

ref

V D H A C F P

M

RML = ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗

^{, kde} ⁽²⁾

RML doporučený hmotnostní limit [kg]

Mref referenční hmotnost 25 kg [kg]

VM koeficient výšky úchopu [-]

DM koeficient rozdílu výšek [-]

HM koeficient dosahu [- AM koeficient úhlu asymetrie [-]

(28)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 28 CM koeficient spojení [-]

FM frekvenční koeficient [-]

PM koeficient dle počtu manipulantů [-]

Z vypočítaného RML je možno vypočítat index rizika Ri dle následujícího vzorce (3):

RML

R_i = M^skut , kde (3)

Ri index rizika [-]

Mskut skutečná hmotnost manipulovaného dílu [kg]

RML doporučený hmotnostní limit [kg]

Pokud vyjde index rizika nižší než 0,85, je manipulace z hlediska ergonomie v pořádku. Pokud je index rizika vyšší než 0,85 a nižší než 1, existuje potencionální riziko poškození pohybového aparátu manipulanta. V tomto případě jsou nutná organizační a/nebo technická opatření, např. rotace pracovníků. Vyjde- li index rizika vyšší jedné, je třeba okamžitě jednat, neboť je riziko poškození pohybového aparátu manipulanta nepřijatelně vysoké. Rozměry manipulovaných břemen nejsou normou upraveny. V zásadě se vychází z antropometrie, tzn.

z rozpětí paží. U postranice vnější modelu Superb kombi jsou antropometrické rozměry překročeny. Z tohoto důvodu jsou pro manipulaci s dílem třeba dva pracovníci. Hmotnost dílu se nedělí rovným dílem mezi pracovníky, nýbrž se na každého pracovníka počítá 0,85 procent celkové hmotnosti dílu.

Po konzultaci a výpočtech s odborníky z oddělení ergonomie byla vypočítána hodnota doporučeného hmotnostního limitu ve výši 14,85 kg. Hodnoty jednotlivých koeficientů nejsou v bakalářské práci z důvodu utajení zveřejněny.

Po dosazení skutečné váhy dílu Mskut ve výši 14,55 kg a RML ve výši 14,85 kg do vzorce (3), vyjde za předpokladu rotace pracovníků po čtyřech hodinách index rizika 0,98. Pro snížení indexu rizika jsou nutná technická opatření. Použití manipulátoru není bohužel z kapacitních a kvalitativních důvodů možné. Vyjímání dílů za použití manipulátoru je časově náročné a navíc manipulátor díl poškozuje. Protože se u postranice jedná o pohledový díl, jsou

(29)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 29 jakákoliv poškození neakceptovatelná. Návrh vhodného technického řešení pro snížení indexu rizika není předmětem této bakalářské práce.

3.3.4 Nedostatky stávajícího stavu

Z hlediska koncernové Strategie 2018, jejímž cílem je neustálé zvyšování počtu prodaných vozů a modelová ofenzíva, je stávající pracoviště nevyhovující.

Je třeba rozšířit pracoviště o další model vozu a zdvojnásobit stávající výrobní kapacitu 450 vozů denně na 900 vozů denně.

3.4 Možnosti manipulace splňující požadavky modelové ofenzívy a navýšení kapacit

V této kapitole budou navrženy dvě možnosti manipulace vyhovující požadavkům na zvýšení výrobní kapacity ze 450 na 900 vozů za den a integraci tří modelů do jednoho pracoviště. Layouty pracovišť byly zpracovány ve spolupráci s odborníky z oddělení plánování svařoven v programu Process Designer.

3.4.1 Ruční manipulace – rozšířené pracoviště

Jak bylo řečeno v předchozí kapitole, je třeba pracoviště zakládání postranic do linky rozšířit o třetí model vozu a zdvojnásobit kapacitu pracoviště ze 450 na 900 vozů denně. Jednou z možností, jak dostát plánovaným změnám pracoviště bez investic do automatického zařízení, je rozšíření pracoviště o dvě mechanické točny pro přistavení palet s díly dalšího modelu. Po personální stránce je třeba na pracoviště přidat další dva pracovníky. Layout rozšířeného ručního pracoviště je znázorněn na Obr. 7.

Rozdílem rozšířeného pracoviště vůči původnímu stavu jsou další dvě paletové točny a dva další pracovníci. Rozšířením pracoviště došlo k navýšení potřebného prostoru ze 154 m² na 284 m², což je skoro dvojnásobkem původního prostoru. Roční personální náklady se také zdvojnásobily z 1 872 000 Kč na 3 744 000 Kč.

(30)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 30 Obr. 7: Layout rozšířeného ručního pracoviště

3.4.2 Automatické pracoviště

Další možností, jak daným požadavkům vyhovět, je nasazení plně automatické manipulace s díly. Pro postranice vnější je toto řešení použito pouze na jedné svařovací lince, a sice na lince modelů Škoda Octavia limuzína, kombi a Škoda Rapid v Mladé Boleslavi. Nasazení jiného než automatického řešení nebylo na uvedené svařovací lince z důvodu nedostatku výrobního prostoru ve stávající hale M12B možné. Pro nasazení automatické manipulace s postranicemi na svařovací lince v Kvasinách budou použity údaje ze stávajícího pracoviště v Mladé Boleslavi.

Obr. 8: Layout automatického pracoviště

(31)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 31 Manipulátor

Na pracovišti je nainstalován robot Fanuc M900iA/350. Jedná se o šestiosého robota o nosnosti 350 kg. Na rameni robota je namontováno tzv. chapadlo.

Chapadlo je konstruováno tak, aby bylo možné ho použít pro všechny tři modely běžící na svařovací lince.

Pro umožnění potřebného dosahu je robot vybaven tzv.

sedmou osou, což je kolejnice, po které se robot může přímočaře pohybovat. Robot je vybaven softwarem dle požadavků výroby.

Robotická paletová věž

Protože je robot velmi citlivý na přesnost, je třeba přistavit palety na pracoviště velmi přesně. Za tímto účelem jsou palety zaváženy obsluhou vysokozdvižného vozíku do tzv. robotických věží. Jedná se o pevnou kovovou konstrukci, do které logistik naváží palety s díly. Každý model vozu má svou věž.

Kapacita jedné věže jsou dvě palety, což je u postranice vnější 18 dílů. Robot vyjímá díly podle sekvence z palet, přičemž vždy vyprázdní jednu paletu.

Poté začne vyjímat díly z druhé a logistik je uvědomen o nutnosti vyjmutí prázdné palety a doplnění plné palety. Za účelem přesného ustavení palety disponují ustavovací plochy středicími prvky, jako jsou centrovací kolíky apod., na které je adekvátně uzpůsobena i robotická paleta. Pro zajištění bezpečnosti osob jsou robotické věže vybaveny posuvnou ochrannou stěnnou.

Obr. 10: Robotická paletová věž Obr. 9: Robot Fanuc

(32)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 32 Robotická paleta

Robotické palety musí být pevnější, tužší a přesnější než palety ruční.

Z konstrukčního hlediska se liší především podlaha palet. Na podlaze robotických palet jsou umístěny jednoduché centrovací prvky, které umožňují přesné ustavení palety do robotického pracoviště. Dále disponují robotické palety automatickými registry. Registr je prvek, který odděluje jednotlivé díly v paletě. V případě automatického registru se po vyjmutí jednoho dílu uvolní registr oddělující další díl.

Tím je zajištěno plynulé vyjímání dílů robotem.

Vzdálenost mezi jednotlivými díly v robotické paletě musí být zpravidla větší než v paletě ruční. Důvodem je chapadlo robota, které by při nedostačujícím rozestupu dílů kolidovalo s následujícím dílem.

Výše uvedené nároky prodražují robotické palety v porovnání s ručními o ca. 10 % pořizovací ceny. Vysoká citlivost robota na přesnost robotických palet s sebou však nese další náklady během užívání palet. Palety se musí kontrolovat a v případě vyskytujících se nepřesností seřizovat, aby odpovídaly požadavkům na přesnost robotického pracoviště. Četnost kontrol se odvíjí od počtu oběhů jedné palety za rok (viz Tab. 2).

V případě palet pro postranice vnější modelu Superb je počet oběhů jedné palety při daných výrobních číslech vždy nižší než 100 oběhů ročně. Tzn., že je třeba palety kontrolovat jednou za rok.

Tab. 2: Četnost kontrol v závislosti na počtu oběhů jedné palety za rok

(33)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 33 Kontrola a seřizování robotických palet

Za účelem rozměrové kontroly a seřízení robotických palet bylo v závodě v Mladé Boleslavi zřízeno pracoviště U18 s měřicí stanicí znázorněnou na obr. 11.

Tato stanice vykazuje přesnost měření +/- 0.5mm a tolerance funkčních rozměrů palety je +/- 2mm. Měření palety trvá přibližně 10 minut a případné seřízení průměrně jednu hodinu.

Obr. 11: Měřicí stolice pro kalibraci palet

Měření a seřízení palet probíhá následovně [17]:

1. Zadání referenční palety do softwaru měřicího zařízení

V prvním kroku se musí do softwaru měřicího zařízení nahrát referenční paleta a to tak, že se nejprve určí kontrolní body a obrázek se zadá do softwaru.

Následně se referenční paleta umístí na dosedací plochy a načte se nulový bod.

Do softwaru se poté načtou a uloží polohy kontrolních bodů.

2. Kontrola a seřízení sériové palety

V dalším kroku je nejprve načtena vzorová paleta příslušného typu v softwaru přístroje. Poté se měřená sériová paleta ustaví na dosedací plochy a načte se nulový bod a následně polohy kontrolních bodů. Pokud nejsou hodnoty v toleranci ± 2mm, musí se polohy prvku palety nastavit. Po dosažení hodnot pro všechny kontrolované body je vytištěn protokol.

(34)

_________________________________________________________________________

3.5 Návrh vhodné manipulace pro budoucí projekty

V následujících podkapitolách nejprve obecně shrnuty výhody a nevýhody navržených možností manipulace. Dále bude na základě vícekriteriálního porovnání doporučena vhodnější manipulace. V rámci ekonomického zhodnocení budou rozpočítány náklady na investici a režijní náklady na jeden vyrobený vůz.

Jako další ekonomický ukazatel bude vypočítána doba návratnosti investice.

Výsledkem této kapitoly bude doporučení vhodné manipulace pro pracoviště postranice vnější za daných podmínek integrace tří modelů a denní produkce 900 vozů. Dále bude učiněno i doporučení vhodné formy manipulace pro budoucí projekty v závislosti na objemu výroby.

3.5.1 Výhody a nevýhody ruční manipulace

Ruční manipulace s díly z palety do linky postranice svařené nevyžaduje vysoké investice do technického vybavení. Jak bylo popsáno v předešlých kapitolách, je pracoviště vybaveno mechanickými točnami pro přistavení palet s díly. Protože je postranice párový díl, je počet točen dvojnásobkem počtu modelů vozu.

Palety pro ruční manipulaci nejsou náročné na přesnost a nevyžadují pravidelnou kontrolu a kalibraci. Výsledkem jsou nižší pořizovací náklady a nižší náklady na údržbu než u palet pro automatickou manipulaci.

Nevýhodou ruční manipulace jsou relativně vysoké personální náklady. Díl postranici vnější manipulují dva pracovníci a při třísměnném provozu je třeba při výrobním objemu 900 vozů denně celkem 12 pracovníků denně. Při roční mzdě 312 000 Kč za osobu včetně odvodů se jedná o roční personální náklady ve výši 3 744 000 Kč.

Dalším problémem ručního pracoviště je nevyhovující ergonomie. Se svou délkou 3,5 metru, výškou přes jeden metr a váhou 14,55 kg se jedná o rozměrný a těžký díl.

Hlavní nevýhodou ručního manipulace s díly je omezená kapacita. Člověk je omezen v rychlosti manipulace s díly a stihne díl za daných prostorových

(35)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 35 podmínek manipulovat jen do určitého časového rozmezí. Pro dosažení vyšší kapacity je třeba přidat na pracovišti další pracovní sílu, což vede ke zvýšení personálních nákladů.

Další nevýhodou ruční manipulace na daném pracovišti je jeho prostorová náročnost. Ta je zapříčiněna především potřebou manipulačního prostoru mezi paletami a zakládacím oknem. Pracovníci musí postranici při vyjmutí z palety horizontálně přetočit o 180 stupňů. Aby bylo zabráněno případným kolizím, musí být prostor dostatečně velký.

3.5.2 Výhody a nevýhody automatické manipulace

Hlavní přínos automatizace manipulace s postranicemi spočívá v humanizaci výroby, kdy je ruční manipulace s rozměrnými a těžkými díly nahrazena prací stroje – v tomto případě prací manipulačního robota.

Další výhodou je téměř nulové riziko poškození manipulovaných dílů. Robot disponuje speciálně navrženým chapadlem, které na dílech nezanechává žádné otlaky a jiná kvalitativní poškození.

Z kapacitního hlediska je při nasazení automatické manipulace dosažen vyšší maximální počet manipulovaných dílů než při manipulaci ruční.

Prostorová náročnost automatického pracoviště je podstatně nižší než náročnost pracoviště ručního.

Hlavní nevýhodu představují u automatické manipulace vysoké investiční náklady. Ve firmě Škoda je u nových projektů požadována doba návratnosti investice kratší, než je životnost zařízení. Životnost zařízení musí být nejméně sedm let.

Další nevýhodou automatické manipulace je citlivost robota na přesnost.

Aby byla přesnost zajištěna, jsou pro automatickou manipulaci vyráběny speciální robotické palety, které se musí pravidelně kontrolovat a kalibrovat, a paletové věže (viz kap. 3.4.2). Tato zařízení s sebou nesou vysoké pořizovací náklady a kvůli kontrole a kalibraci i relativně vysoké režijní náklady.

(36)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 36 3.5.3 Porovnání možností manipulace

Pro výběr vhodné metody manipulace bude použito porovnání jednotlivých možností manipulace z hlediska více kritérií. Zvolen byl soubor osmi kritérií k:

k1 investice [Kč]

k2 personální náklady [Kč/rok]

k3 kvalita [-]

k4 kapacita [ks/den]

k5 prostorová náročnost [m²]

k6 spotřeba energie [kWh]

k7 náklady na údržbu zařízení a palet [Kč/rok]

k8 fyzická náročnost [-]

Pro určení váhy jednotlivých kritérií bylo použito párové porovnání (viz Tab.

3). Metoda párového porovnání slouží ke zjištění preferenčních vztahů dvojic kritérií. Cílem je zjistit, kolik preferencí má každé kritérium vzhledem ke všem ostatním kritériím souboru. V horní trojúhelníkové matici hodnotitel u každé dvojice kritérií zjišťuje, zda preferuje kritérium uvedené v řádku před kritériem uvedeným ve sloupci. Jestliže ano, zapíše do příslušného políčka číslo kritéria uvedeného v řádku, v opačném případě číslo kritéria uvedeného ve sloupci. Při vyhodnocení této tabulky se pro každé kritérium stanoví počet jeho preferencí, který je roven součtu jeho preferencí v řádku a v sloupci tohoto kritéria. Podle počtu preferencí kritéria se určí jeho pořadí v souboru kritérií. [4] Váha kritéria byla vypočítána na základě vztahu (4):

i

i n p

k = +1− , kde (4)

ki nenormovaná váha i-tého kritéria [-]

n počet kritérií [-]

pi pořadí i-tého kritéria v jeho preferenčním uspořádání [-]

(37)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 37 Tab. 3: Určení váhy kritérií

Poté, co byla pomocí párového porovnání určena váha jednotlivých kritérií, jsou v tabulkách 6 a 7 uvedeny hodnoty u vybraných možností manipulace s díly.

Subjektivní metodou hodnocení byla každému kritériu přiřazena hodnota od 1 do 10, přičemž číslo 1 znamená, že kritérium není splněno, a číslo 10 znamená plné splnění kritéria (viz tab. 8). Bodové ohodnocení bylo provedeno na základě konzultace s panem Ing. Vostrým z oddělení plánování materiálových toků a s Ing. Šulcem z oddělení plánování svařoven.

Výše investic do ručního pracoviště byla vypočítána z uvedených hodnot v tab. 4 pro ruční manipulaci a v tab. 5 pro automatickou manipulaci.

Tab. 4: Výše investice do ručního pracoviště

Tab. 5: Výše investice do automatického pracoviště

(38)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 38 Tab. 6: Hodnota kritérií u ručního pracoviště

Tab. 7: Hodnota kritérií u automatického pracoviště

Tab. 8: Pořadí jednotlivých variant dle zvolených kritérií

(39)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 39 Při vyhodnocení obodovaných kritérií se vychází z referenčního řešení, tzv.

„ideální varianty“, která splňuje všechna kritéria v plné míře (viz Tab. 8).

Z Tab. 8 je zřejmé, že v poměru k „ideální variantě“ splňuje ruční způsob manipulace daná kritéria z 53 % a automatická manipulace ze 70 %. Automatická manipulace se tím jeví jako lepší možnost manipulace. Porovnání však nezohledňuje plánovaný počet vyráběných vozů, který je při volbě formy manipulace jedním z důležitých faktorů kvůli degresi fixních nákladů s rostoucím počtem vyráběných vozů.

3.5.4 Ekonomické zhodnocení

V této kapitole budou varianty manipulace ekonomicky vyhodnoceny.

Nejprve budou rozpočítány náklady na investici a režijní náklady na jeden vyrobený vůz. Poté bude vypočítána doba návratnosti investice. Tento ukazatel zohledňuje pouze investiční náklady v poměru s úsporou personální nákladů.

Další náklady nejsou brány v potaz.

Investice a provozní náklady

Tabulky 9 a 10 nabízejí podrobnější přehled o investici a s ní spojených režijních nákladech. Náklady jsou rozpočítány na jeden vůz, za předpokladu výrobního objemu ve výši 900 vozů denně, tj. 225 000 vozů ročně.

Investice do zařízení je víceméně jednorázovou finanční záležitostí.

S pracovištěm a potřebným zařízením jsou však spojeny i náklady na jejich provoz. Mezi tyto náklady patří náklady na:

personál, plochy,

elektrickou energii,

údržbu zařízení a palet, apod.

(40)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 40 Tab. 9: Náklady ručního pracoviště na jeden vyrobený vůz

Tab. 10: Náklady automatického pracoviště na jeden vyrobený vůz

Z grafů 1 a 2 lze vidět grafické znázornění podílu jednotlivých druhů nákladů na celkové sumě na jeden vůz. U ruční manipulace jsou pořizovací náklady v poměru k automatické manipulaci nižší. Částku však zvyšují relativně vysoké personální náklady (viz graf 1). U automatické manipulace jsou naopak rozhodující pořizovací náklady zařízení. Ostatní náklady zvyšují částku jen mírně.

(41)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 41 Graf 1: Náklady na jeden vůz při ruční manipulaci

Z nákladů na jeden vůz vychází v případě automatické manipulace úspora vůči manipulaci ruční úspora ve výši 6,06 Kč na vůz. Při roční produkci 225 000 vozů je to úspora ve výši 1 363 997 Kč za rok.

Doba návratnosti investice

Ukazatel „doba návratnosti investice“ se používá k hodnocení efektivnosti investic. Tato metoda se řadí mezi statické metody, což znamená, že nezohledňuje faktor času. Z hlediska hodnocení investice dle efektu z investice zohledňuje metoda návratnosti investice finanční kritéria, tj. peněžní příjmy nebo

Graf 2: Náklady na jeden vůz při automatické manipulaci

(42)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 42 zisk. Přestože je doba návratnosti investice vcelku nevhodnou metodou, je i v nynější době nejčastěji používaným ukazatelem při hodnocení investic. [5]

Ve firmě Škoda Auto a.s. je doba návratnosti investice controllingem stanovena pro doplňující/inovační investice na 2,5 roku. Pro nové projekty je všeobecně platný předpoklad, že je doba návratnosti investice kratší než doba životnosti zařízení. U firmy Škoda musí mít zařízení životnost nejméně 7 let. Podle slov odborníků ze svařovny je ale skutečná životnost mnohem delší. Pokud se nijak zásadně nezmění podmínky na svařovací lince a zařízení vyhovuje, je možné stroje a zařízení použít pro další dvě modelové generace, což je ve výsledku dalších 14 let.

Následně bude vypočítána doba návratnosti investice do automatického pracoviště pro manipulaci s postranicemi. Použita bude jednoduchá metoda výpočtu dle vzorce (5). V čitateli bude zohledněna delta investic do automatického a ručního pracoviště. Ve jmenovateli je zohledněna roční úspora personálních nákladů.

U IN DN IN^A − ^R

= , kde (5)

DN doba návratnosti investice [rok]

INA výše investice do automatického pracoviště [Kč]

INR výše investice do ručního pracoviště [Kč]

U roční úspora automatického pracoviště v porovnání s ručním [Kč/rok]

Výše investice do automatického pracoviště je 43 318 000 Kč a do ručního pracoviště 27 880 000 Kč (viz tab. 4 a 5). Úspora personálních nákladů na čtyři pracovníky na směnu je 3 744 000 Kč (viz Tab. 6). Po dosazení hodnot do vzorce (4) vyjde doba návratnosti 4 roky a 1 měsíců. Jelikož je minimální doba životnosti zařízení 7 let, je kritérium kratší doby návratnosti investice v porovnání s dobou životnosti splněno.

(43)

_________________________________________________________________________

Porovnání možností manipulace s díly v přepravních paletách 43 3.5.5 Doporučení pro nové projekty

V případě plánování nových projektů je způsob manipulace s díly ovlivněn mnoha faktory. Důležitým vstupem je např. stupeň automatizace, který je určen představenstvem. Dále hrají velkou roli plochy, které jsou k dispozici. Ve většině případů se nové projekty implementují do stávajících hal a rozhodování je ovlivněno prostorovými možnostmi.

V grafu 3 je znázorněn průběh nákladových křivek ruční a automatické manipulace na daném pracovišti při platnosti předpokladů, že jsou na pracovišti integrovány tři modely vozů a minimální doba využití je sedm let.

Jak je z grafu zřetelné, vyplatí se do objemu 450 vozů denně ruční manipulace a při vyšším počtu automatická manipulace. Nevýhodnost ruční manipulace při vyšších počtech kusů je dána personálními náklady. Ty se mění skokově na rozhraní 450 vozů denně, kdy je třeba zvýšit počet manipulantů na čtyři na směnu a při 900 vozů denně, kdy je třeba přidat další dva pracovníky.

Skokové změny v uvedených bodech jsou také čitelné v grafu 3.

0 50 100 150 200 250 300

100

Náklady na vůz při automatické manipulaci Náklady na vůz při ruční manipulaci

[Kč/vůz]

[vozů/den]

Graf 3: Vhodnost způsobu manipulace dle počtu vyráběných vozů