Miten suomalaisten telakoiden tuotantoprosessien simulointi eroaa muun teollisuuden simuloinneista

3.9.1 Yleistä

Telakoiden yksittäistuotannon erityispiirteet, rakennustavan merkitys sekä tacit-tiedon suuri määrä ovat asioita, jotka omat ominaisia telakoiden toiminnalle. Kun tuotteet suunnitellaan joka tilausta varten ja modulaarisuus on kohtalaisen vähäistä, niin tuotantoprosessitkin eroavat tuotteittain. Erityispiirteenä on suuri hiljaisen tiedon osuus päätöksenteossa, dynaamiset pullonkaulat ja kriittisten polkujen suuri määrä. Lisäksi telakoiden nykyisistä tietojärjestelmistä ei ole helppoa hakea simuloinnin tarvitsemaa tietoa. Telakoilla toistaiseksi myös aikataulujen ja työohjeiden laatimisessa käytetyt dokumentit ovat vapaamuotoisia, joten rakennustapadokumentin sisältämien reititysten ja

Simulointia käytetään enenevissä määrin eri teollisuuden aloilla prosessien optimoimiseen sekä investointipäätösten perustelemiseen. Teollisuuden aloja, joissa tuotantoprosessien simuloinnista on paljon referenssejä ovat autonvalmistus, prosessiteollisuuden prosessit sekä yleisesti varasto-ohjautuva tuotanto, jossa simuloidut prosessit ovat usein toistuvia.

Toisaalta ns. "make-to-order" tuotannosta on simulointireferenssejä. Tällöin simuloinnin tarvitsemat työvaiheiden kestot voidaan laskea tuoterakenteen perusteella.

3.9.2 Simuloinnit paperiteollisuudessa

Paperiteollisuus edustaa divergoivaa teollisuuden alaa, joissa harvoista raaka- ja tarveaineista valmistetaan koostumukseltaan ja kooltaan useita toisistaan vain hieman eroavia lopputuotteita. Tämä vaikeuttaa myös kustannuksien kohdistamista tuotteille, koska eri jalostusvaiheiden vaatimat tuotantopanokset ovat hankalia ennakoida. Tuotannon kustannusten ennakoinnin tekee hankalaksi katkojen, hylättävän laadun sekä lajinvaihtojen suuri merkitys, jonka ennakointi on vaikeaa. Siksi lajikohtaisista tilastollisista laatuvikojen ja lajinvaihtojen kustannuksista on hyvä kerätä jatkuvasti tietoa tuote-erien kustannusten arvioimiseen. Jatkuvana prosessina on joustavuus tuotannossa pientä ja välivarastointi ja vaiheiden lykkääminen on hankalaa, koska välivarastointiin ei juuri ole mahdollisuutta.

Valmiit tuotteet ja välivarastot onnistuvat säiliöissä, joiden kapasiteetit ovat rajalliset.

Tapahtumapohjaisten vaiheiden osuus on hyvin pientä tuotannossa. Tuotanto on myös sikäli jatkuvaa, että koneita käytetään 24 tuntia vuorokaudessa ja huoltokatkotkin pyritään minimoimaan.

Koska prosessiteollisuuden prosessit mallinnetaan käyttäen diskreettejä kaavoja, joiden avulla prosessin käyttäytyminen lasketaan. Prosessin nykytila saadaan suoraan automaatiojärjestelmistä ja lopputuotteen perusteella voidaan laskea automaattisesti resepti, jonka avulla tuote tuotetaan. Ihmisten toiminnan tuotantoon on loppujen lopuksi aika pientä, vaikka eri tuotannon ajotapojen vaikutuksilla on toki merkitystä lopputulokseen. Paperinvalmistuksenkin prosesseja simuloitaessa lähtötietojen keruun merkitys on suuri ja kaikkea ei tarvittuja tietoja ei suinkaan saada automaattisista mittauksista, koska ne eivät tuo ilmi todellisia riippuvuuksia. Tämä tarkoittaa sitä, että mallintamisen tueksi tehtävät täysimittaiset tehdaskokeet paperikoneilla ovat hyvin kalliita menetettyjen tuntikatteiden vuoksi.

Paperiteollisuuden tuotanto on tilausta varten tehtävää tuotantoa ja eroaa laivanrakennuksesta siten, että tuotetta ei tarvitse suunnitella joka asiakasta varten alusta.

Simulointiperusteet ovat prosessien erilaisesta käyttäytymisestä johtuen myös aivan erilaiset.

3.9.3 Panosprosessien simulointi

Laajojen panosprosessien hallinnassa ajosuunnitelman laatiminen ja ylläpitäminen ovat keskeisiä tehtäviä. Tuotantosuunnitelman yksityiskohtaisen ajosuunnitelman laatiminen perustuu yleensä tuotantohenkilöstön kokemukseen. Kampanj anvaihtoj en, tuotantosuunnitelman muutosten ja prosessihäiriöiden yhteydessä uuden ajosuunnitelman laatiminen on hankalaa. Suunnitelman laatijan on tyypillisesti ennakoitava jopa kymmenien säiliöiden tuleva tila, huolehdittava suodatusten ja muiden operaatioiden hallinnasta ja määrättävä mm. pesujen ajankohdat. Epäonnistunut suunnitelma voi aiheuttaa panosten menetyksiä, tuotantokatkoja ja kapasiteetin vajaakäyttöä. (Hämäläinen, 2000)

VTT Automaatio on yhteistyössä Genencor Internationalin kanssa kehittänyt entsyymituotantoprosessin jälkikäsittelyn hallintaan ajosuurmittelua avustavan jäijestelmän, joka on ollut päivittäisessä käytössä keväästä 1999. Järjestelmä perustuu prosessin tilan 48 tuntia eteenpäin ennustavaan simulointimalliin, jonka alkutila luetaan tehtaan ohj ausj äij estelmästä. Järjestelmällä voidaan "mitä - jos" -analyysin avulla muodostaa aina vallitsevassa tilanteessa paras mahdollinen ajosuunnitelma.

Simulointimallin alkutila luetaan suoraan ohj ausj äij estelmästä. Käyttäjän on päivitettävä jäijestelmään voimassa oleva ajosuunnitelma. Ajosuunnitelmassa määrätään suodatusten syöttövirtaukset, säiliöiden ja suodatinten väliset kytkennät sekä tietyt laimennuskertoimet.

Jäijestelmään ohjelmoitu logiikka huolehtii automaattisesti säiliöiden tyhjentymisen ja täyttymisen edellyttämistä toimenpiteistä siten, kuin kokenut operaattori toimisi vastaavissa tilanteissa. Simuloinnin avulla voidaan ajosuunnitelmaa optimoida joko erilaisia ajosuunnitelmia kokeilemalla tai hyödyntämällä geneettisiä algoritmeja. Laitteiden huoltojen yhteydessä voidaan prosessin ajo suunnitella siten, että huollettava laite on vapaa huoltoaj anj aksona.

Laivanrakennuksen simulointien kannalta kyseisen casen opetuksista merkittävämpiä

koeversioiden kohdalla saavutettujen hyötyjen osoittaminen oli tärkeää, jotta käyttäjät saatiin luottamaan järjestelmään. Laivanrakennukseen yhteistä on hiljaisen tiedon suuri osuus päätöksenteossa ja sääntöjen suuri määrä.

3.9.4 Tilauskohtaisen tuotannon simulointi

VTT Valmistustekniikka, Kone Oyj ja Neles Controls Oy ovat kehittäneet Tekesin teknologiaohjelmassa "Mallitehdaskonseptien kehittäminen" simulointityökalua päivittäiseen tuotantokapasiteetin hallintaan ja avuksi strategisella aikavälillä tuotannonsuunnitteluun. Molempien yritysten tuotanto on asiakasohjautuvaa tuotantoa, jossa jokainen uusi tilaus kuormittaa tuotantoresursseja epätasaisesti ja aiheuttaa pullonkaulojen dynaamisuuden. Simuloinnin avulla ennustetaan tulevaisuutta.

Simuloinnilla visualisoidaan pullonkaulojen muodostuminen ja tehdään korjaavat toimenpiteet ajoissa. Simulointi on projektissa integroitu osaksi toiminnanohjausta.

Yritysten toiminnanohj ausj ärj estelmien (ERP) staattinen simulointi ei anna riittävästi tukea useiden samanaikaisten asiakasprojektien hallintaan. ERP järjestelmissä tuotannossa olevien tilausten ja tarvittavien resurssien riippuvuussuhteiden kuvaukset voivat olla puutteellisia ja asiat eivät tapahdu aina suunnitellulla tavalla. (Heilala, 1999)

Projektissa luotu järjestelmän mallit perustuvat

• työmääräyksiin (toiminnanohj ausj ärj estelmän) j a tuotannon aikatauluihin

• tarjoukset (myynnin tietokannasta)

• tuotteen rakenteeseen j a reititykseen

• työpisteisiin j a komponenttitehtaisiin

• tehdaskalenteriin (lomat, poissaolot, huollot)

• simulointiparametreihin (tuoterakenteen tasot, prioriteetit)

Neles Controls sovelluksessa käyttäjä voi vapaasti määritellä tarkasteltavien resurssien määrän ja järjestyksen. Tuloksia voidaan tarkastella taulukoista, kuvaajista ja aikajanakaavioista. Kaavioiden värit kertovat tuotantoerien tilan ja paljon etuajassa tai myöhässä olevien osavaiheiden väritys on erilainen. Tarkastelut voidaan tehdä joko tilaus- tai resurssikohtaisesti. Muutosten jälkeen voidaan aina ajaa simulointimallia uudestaan.

Kone Oyj:n simulointi on työkalu karkeakuormituksen, ajoituksen ja kapasiteetin hallintaan. Simulointia voi käyttää siihen oikeutetut henkilöt. Simuloinnin käyttöliittymä näyttää tilauskiijan mukaisen kuorman komponenttitehtaittain toimitusviikolle laskettuna ilman kapasiteettirajoitteita sekä eri komponenttitehtaittain simuloidut kuormat.

Aikajanakaavioilla voidaan näyttää asiakasprojektien tilanne, toimituserien ajoitus, pääkomponenttien tilanne ja valittujen kuormitusryhmien tilaukset.

Kehitetyllä ENDY-järjestelmällä voidaan tutkia investointien vaikutuksia, arvioida henkilöresurssien käyttöä, tehdä "tee itse vai osta" -päätöksiä. Järjestelmässä käyttäjä voi muuttaa simulointimallia muuttamalla lähtötiedostoja tietyin rajoituksin. Käyttämisessä ei tarvita ohjelmointi- tai simulointiasiantuntijoita, koska kehitystyö on tehty VTT Valmistustekniikassa. Itse toteutukset on tehty simulointiohjelmiston 2000$ maksavalla

"runtime" -versiolla, joihin käyttöliittymä on tehty joko Exceliin tai kokonaan VBA- tekniikoilla. Näin tehty järjestelmä on edullinen ratkaisu ohjelmistoinvestointien osalta.

Simulointimalliin rakennettiin käyttöliittymät Exceliin ja MS-Projectiin. Projektissa haastavampaa olikin hyvän käyttöliittymän laatiminen, kuin itse simulointimallien toteutus (Heilala, 1999).

Toteutettujen tilauskohtaisen tuotannon simulointien erot laivanrakennusprosessiin ovat lähinnä siinä, että tilaukset ovat pienempiä ja vaativat vähemmän yksilöllistä suunnittelua.

INDY-hankkeen yrityksissä simulointi kohdistui omaan tuotantoverkostoon ja sisälsi siis useampia tuotantolaitoksia. Yhteistä on tuotannon pullonkaulojen dynaamisuus, johtuen tuotteittain vaihtuvasta kuormituksesta eri resursseille.

Neles Oy:n ja Kone Oyj:n simulointien jatkohyödyntämisessä heikkous on, että pian projektin jälkeen pääkäyttäjät vaihtoivat yritystä ja simuloinnin käyttö ei ole siksi jatkuvaa (Heilala, 15.11.2001).