Simulatie binnen Diamond Quartz-2
Een onderzoek naar de inrichting en het gedrag van een te ontwikkelen flow productielijn binnen De Glasfabriek met behulp van simulatie.
Auteur: H.A. Ritsema
Studentnummer: 1369849 Onderzoeksorganisatie: De Glasfabriek
Bedrijfsbegeleiders:
Universiteit: Rijksuniversiteit Groningen
Technische Bedrijfswetenschappen
Discrete Technologie
Eerste begeleider: Dr. ir. W. Klingenberg Tweede begeleider: Dr. ir. D.J. van der Zee
oktober 2005
De auteur is verantwoordelijk voor de inhoud van het afstudeerverslag; het auteursrecht van het afstudeerverslag berust bij de auteur.
Samenvatting
De Glasfabriek produceert buisglas voor de productie van lampen toegepast in producten x en. Om het marktaandeel in de markt te behouden en het marktaandeel product 2 te vergroten zal de kwaliteit van de producten moeten toenemen.
Operationele kosten en investeringen moeten beperkt blijven om kostprijsverhogingen tegen te gaan. Dit in verband met de groeiende concurrentie.
Om aan deze eisen te kunnen voldoen is het Diamond Quartz-2 project gestart waarin de huidige batchgewijze productie wordt gewijzigd in een flow lijn. Gedurende het project dienen de technische en economische haalbaarheid aangetoond te worden.
Binnen het project bestaat onzekerheid wat de gevolgen van de koppeling van de processen zullen zijn voor de output, benodigde buffers, machinesnelheden, aantallen productdragers. Daarom is door De Glasfabriek gevraagd om een onderzoek uit te voeren waarbij op basis van een model van de productielijn de gevolgen van de uitvoering duidelijk worden. Hiermee draagt dit onderzoek bij aan de dimensionering van de lijn binnen het DQ-2 project.
Dit heeft geresulteerd in de volgende probleemstelling van dit afstudeeronderzoek Doelstelling:
Op basis van een model van de te ontwikkelen productielijn inzicht geven in de gevolgen van gemaakte keuzes voor de lijndynamica en het doen van aanbevelingen voor de optimale inrichting van het DQ-2 proces aan de hand van de bevindingen opgedaan in dit onderzoek.
Hoofdvragen:
1. Het maken van een model van de voorgestelde productielijn om inzicht te geven in de gevolgen van koppeling van processen met betrekking tot de doorstroom en de benodigde buffercapaciteit.
2. Welke aanbevelingen voor de inrichting van het productieproces kunnen op basis van dit onderzoek gedaan worden?
Om deze vragen te beantwoorden is gebruikgemaakt van computersimulatie.
De hiervoor noodzakelijke systeembeschrijving en modelspecificatie, die als basis dienen voor de bouw van het simulatiemodel hebben tot de volgende inzichten geleid.
De dimensionering van de lijn in de vorm van procestijden, machine-aantallen, te bewerken aantallen producten per processtap en de dimensie van productdragers zijn bepaald in samenwerking met het projectteam. Daarnaast is het storingsgedrag in kaart gebracht. Ook zijn de volgende proceswijzigingen voorgesteld
De 100% inspectie op gasstrepen kan vervangen worden door een steekproef, wat investeringen in handling en vision beperkt
Het uitvoeren van het zuurproces na het vacuümstoken beperkt de handling en maakt het daar geplaatste ultrasoon reinigingsproces overbodig. Procestechnisch bleek deze mogelijkheid echter niet haalbaar.
Het dynamische gedrag van de lijn ten gevolge van het aankomstpatroon en het storingsgedrag maken een buffer voor de opslag van lange lengtes direct na de smeltoven noodzakelijk.
Om de storingen die optreden binnen de lijn op te lossen is de inzet van 10 FTE´s noodzakelijk, waardoor de verminderde inzet van operators door automatisering beperkt wordt.
Het vacuümstoken blijft een batchproces die voor een onderbreking in de flow zorgt.
Dit proces is daarom niet meegenomen in het simulatiemodel. Uit berekeningen blijken afhankelijk van de inzet van de vacuümovens 236 tot 298 uitstook-mallen benodigd.
De gespecificeerde uitvoering van de productielijn is vertaald naar een
simulatiemodel. Uit de simulatieresultaten blijkt dat de volledige ovenoutput in de lijn verwerkt kan worden. De benodigde capaciteit die deze buffer bedraagt 1600 stuks, bij het gebruik van een minimaal aantal zuurkorven. Verhoging van het aantal zuurkorven beperkt de belasting van de buffer voor lange lengtes, maar is niet noodzakelijk.
Storingen die langer duren dan gespecificeerd leiden tot verhoogd buffergebruik en leiden tot niet meer kunnen leegtrekken van de buffer met lange lengtes. De
gespecificeerde storingsduur mag dus niet overschreden worden.
Het minimum aantal benodigde US/korven voor het proces volstaat. Buffering van glasbuisjes in de korven gedurende storingen kan toegepast worden, maar is niet noodzakelijk aangezien ook de uitstook-mallen hiervoor kunnen volstaan.
Nabeschouwing van het project voor De Glasfabriek leidt tot de volgende inzichten.
Het DQ-2 project heeft geleid tot een technisch haalbare uitvoering. Door enorme investeringen en beperkte besparingen is het project echter niet economisch haalbaar gebleken. Daarbij komt dat de grootste klanten niet overtuigd zijn van een volledig foutloos product. Hieruit kan geconcludeerd worden dat te snel naar de technische uitontwikkeling gestapt is zonder eerst uitgebreid te onderzoeken aan welke eisen voldaan moet worden.
Zonder volledige eindinspectie kan niet aan de klanteisen worden voldaan. Een mogelijke oplossing hiervoor biedt een automatische inspectielijn na het huidige afbotproces. Hiermee is een investering van 590k€ benodigd. De terugverdientijd bedraagt door besparing ten opzichte van manuele inspectie 1,3 jaar. De voordelen van flowproductie worden echter volledig te niet gedaan.
Door het vacuümstoken naar voren te halen en hierna het inkorten, zuurproces, inspectie en verpakken geautomatiseerd in flow te laten plaatsvinden, wordt de investering beperkt tot € 2,7mln. De terugverdientijd ligt echter te hoog ( 5 jaar).
Ook bestaat de kans dat kristallisatie hierdoor toeneemt. Om dit te onderzoeken is meer research benodigd.
Voorwoord
Ter afsluiting van de opleiding Technische bedrijfswetenschappen aan de rijksuniversiteit Groningen heb ik mijn afstudeeronderzoek uitgevoerd bij De
Glasfabriek. De resultaten van mijn onderzoek worden in deze scriptie weergegeven.
Ik wil graag een aantal mensen bedanken voor hun steun tijdens dit onderzoek.
Ten eerste mijn bedrijfsbegeleiders Edwin Wage en Alex Oomen voor hun
begeleiding gedurende het hele onderzoek. Ook wil ik Gerrit Brouwer van bedrijf D bedanken voor de ondersteuning bij de bouw van het simulatiemodel.
Daarnaast wil ik de begeleiders vanuit de universiteit, Warse Klingenberg en Durk Jouke van der Zee, bedanken voor de feedback en adviezen met betrekking tot de uitvoering van het onderzoek. Ik denk met plezier terug aan de discussies tijdens de besprekingen in De Glasfabriek.
Abe Ritsema
Inhoudsopgave
SAMENVATTING ...2
VOORWOORD...4
INHOUDSOPGAVE...5
1. INLEIDING...7
2. INTRODUCTIE DE GLASFABRIEK ...8
2.5MARKTONTWIKKELINGEN...10
3. ONDERZOEKSOPZET EN SCOPE...11
3.1 DE GLASFABRIEK...11
3.2HET DIAMOND QUARTZ-2 PROJECT...11
3.3SCOPE AFSTUDEERONDERZOEK...13
3.4PROBLEEMSTELLING...13
3.5OPZET AFSTUDEERONDERZOEK...14
4. THEORETISCHE VERKENNING...15
4.1PRODUCTIEBEHEERSING...15
4.1.1 Flowproductie ...15
4.1.2 Lean Manufacturing...16
4.2SIMULATIE...18
5. SYSTEEMBESCHRIJVING ...21
5.1BESCHRIJVING VAN HET HUIDIGE PRODUCTIEPROCES...21
5.1.1 Processen ...21
5.1.2 Producten...21
5.1.3 Kostprijsopbouw product 1...22
5.1.3 Verspillingen ...22
5.1.4 Tussenvoorraden...24
5.1.5 Defecte producten ...25
5.2.SYSTEEMBESCHRIJVING VAN HET DQ-2 PRODUCTIEPROCES...26
5.2.1 Inleiding ...26
5.2.2 De process flow...26
5.2.3 Uitwerking processtappen ...27
5.2.4 Mogelijke alternatieve process flows/ wijzigingen ...30
5.2.5 Kwantitatieve beschrijving...31
GEVRAAGDE LIJNSNELHEDEN...31
VOUDIGHEDEN VAN PROCESSEN EN DIMENSIES VAN DE PRODUCTDRAGERS...33
5.2.6 Bepaling storingsgedrag ...34
5.2.7 Verdeling storingsgedrag/ variatie ...36
5.2.8 Buffering ...37
6. DE MODELSPECIFICATIE ...38
6.1INLEIDING...38
6.2SCHAAL EN DETAILLERING...38
6.3MODELSTRUCTUUR...39
6.4NUMERIEKE SPECIFICATIE...40
6.5VERIFICATIE EN VALIDATIE...42
6.6SCENARIO’S...42
7. RESULTATEN ...45
7.1SIMULATIERESULTATEN...45
7.2REFLECTIES BIJ DE SIMULATIE...47
7.3BENODIGD AANTAL UITSTOOK-MALLEN...48
7.4OPERATORBELASTING DOOR STORINGEN...49
8. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN...50
9. NABESCHOUWING...52
9.1INLEIDING...52
9.3MOGELIJKE BESPARINGEN...53
9.4MOGELIJKE VERBETERINGEN...55
9.4.1 Procesoptimalisatie...55
9.4.2 Inspectie ...56
9.5MOGELIJKHEID TOT FLOW-PRODUCTIE:...57
9.6RESUMÉ...58
LITERATUURLIJST...60 BIJLAGE 1: LAY-OUT ...ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
BIJLAGE 2: DIMENSIONERING ...ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
BIJLAGE 3: MODELLERING...ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
BIJLAGE 4: BEPALING OPWARMPERIODE EN RUNLENGTE... ERROR!
BOOKMARK NOT DEFINED.
BIJLAGE 5: GRAFIEKEN BUFFERINHOUD ...ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
BIJLAGE 6: INVESTERINGSOVERZICHT ...ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
BIJLAGE 7: PERCENTAGE AFVAL LASERSNIJDEN/KRASBREKEN
...ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
1. Inleiding
Deze scriptie geeft het resultaat weer van het afstudeeronderzoek uitgevoerd bij De Glasfabriek.
Het bedrijf richt zich op de productie van hoge kwaliteit buisglas voor de productie van onder andere lampen toegepast in producten x en y.
Om aan de kwaliteitseisen die klanten stellen te kunnen blijven voldoen en om operationele kosten te verlagen is in De Glasfabriek het Diamond Quartz-2 project gestart. In dit project wordt een voorstel uitgewerkt om de huidige batchgewijze productie te wijzigen in een flow lijn. Gedurende het project dienen de technische en economische haalbaarheid bepaald te worden.
Binnen dit project bestaat onzekerheid omtrend de gevolgen van de koppeling van processen met slechts kleine buffers om verstoringen op te vangen. Daarom is door De Glasfabriek gevraagd om een model te bouwen van de productielijn waarme de gevolgen van de koppeling duidelijk gemaakt worden. Hiervoor zal gebruik worden gemaakt van simulatiesoftware. De resultaten dienen een bijdrage te leveren aan het dimensioneringsvraagstuk van de voorgestelde productielijn.
De indeling van dit verslag is als volgt.
In hoofdstuk 2 wordt een korte introductie gegeven van De Glasfabriek.
In hoofstuk 3 wordt de onderzoeksopzet en scope uitgewerkt. De aanleiding tot het afstudeeronderzoek en de positie hiervan in het DQ-2 project worden verduidelijkt.
Ook wordt de probleemstelling gegeven. Hoofdstuk 4 is de theoretische verkenning.
Hierin wordt een beschouwing gegeven van productiebeheersing in de vorm van flowproductie en lean manufacturing. Tevens wordt de keus en toepassing van simulatie verduidelijkt. In hoofdstuk 5 vindt de systeembeschrijving van het huidige productiesysteem en de flowlijn volgens Diamond Quart plaats. Op basis van de kwalitatieve en kwantitatieve beschrijving van het DQ-2 proces vindt in hoofdstuk 6 de modelspecificatie plaats.
In hoofstuk 7 worden de simulatieresultaten besproken. Hoofdstuk 8 geeft de conclusie en aanbevelingen.
Ten slotte wordt in de nabeschouwing uitgezoomd naar de gevolgen van het DQ-2 project voor De Glasfabriek en worden mogelijke alternatieve oplossingen gegeven.
2. Introductie De Glasfabriek
2.1 Geschiedenis
In 1971 opende De Glasfabriek. De eerste acht jaar werden onderdelen geperst voor de productie van TV-buizen, glasschermen en conussen. Hierna werd de fabriek omgebouwd tot en speciaalglasfabriek waar een grote variatie aan glassoorten gesmolten, vormgegeven en nabewerkt kunnen worden. Tegenwoordig worden er in de fabriek veel verschillende technische glazen gemaakt in verschillende glassoorten, die voornamelijk hun toepassing vinden in lampen. Naast de productie vindt in De Glasfabriek ook ontwikkeling plaats van nieuwe of verbeterde glassoorten,
vormgevingstechnieken en productiemethoden.
2.2 Missie en visie
Visie:
De Glasfabriek: de meest innovatieve kwarts en speciaal glas producent voor de lichtmarkt en geselecteerde specifieke markten
Missie:
• Het leveren van technologisch hoogstaand kwarts- en speciaalglas producten gebruikmakend van de technologieën die al bestaan of die ontwikkeld worden voor lichttoepassingen.
• Gericht op innovatieve en/of veeleisende klanten in potentiële groeimarkten
• Door de innovatie- en serviceleider te zijn, die nauw samenwerkt met zijn belangrijkste klanten
• Waardoor de klanten in staat zijn nieuwe kansen in de markt te creëren
2.3 Producten
In De Glasfabriek wordt het buisglas geproduceerd, waarvan vervolgens in andere De Glasfabriek vestigingen of buitenfirma’s lampen worden gemaakt
Er kan onderscheid worden gemaakt in twee glassoorten, samengestelde glazen en kwartsglas. Samengesteld glas bestaat uit verschillende grondstoffen per glassoort, variërend van vier tot tien verschillende stoffen. Voorbeelden van toepassingen van het buisglas zijn buizen die UV-C licht doorlaten en glas dat UV-B licht doorlaat,.
In tegenstelling tot het samengestelde glas wordt kwartsglas bereid uit éen grondstof, die erg duur is.
Het kwartszand wordt gedolven uit mijnen, waarna het een aantal behandelingen ondergaat om verontreinigingen te verwijderen en de zuiverheid te vergroten. Voor de levering van het zand is De Glasfabriek afhankelijk van de leverancier U. Deze leverancier bezit een monopoliepositie, er zijn momenteel geen andere leveranciers die de gevraagde zuiverheid kunnen leveren.
Het kwartsglas wordt toegepast in hoogbelaste lampen. Hieronder worden
afbeeldingen weergegeven van product x en y. Dit verslag zal zich verder richten op de productie van de buisglas voor de producten x en y.
Figuur 2.1: afbeelding product x Figuur 2.2: afbeelding product y
2.4 Het productieproces
Het productieproces voor kwartsglas bestaat uit het smelten van de grondstoffen in de oven, het trekken van de buizen en de nabewerking van het glas.
Aangezien dit onderzoek zich zal richten op de productielijn voor producten 1 en 2, zal hieronder in het kort een beschrijving gegeven worden van de inrichting van het productieproces van deze producten.
Figuur 2.3: productieproces
Het kwartszand wordt aangevoerd in containers. Voordat het zand de smeltoven ingaat wordt het uitgestookt om het geadsorbeerde water te verwijderen, zodat het watergehalte in het uiteindelijke glas zo laag mogelijk is.
Hierna wordt het zand in de bunker boven de smeltoven gestort. In de smeltoven wordt het zand door elektrische straling verhit tot het smeltpunt, zodat het vloeibare glas de oven uitstroomt en er een buis getrokken kan worden. Afhankelijk van de uitstroomsnelheid uit de oven, de diameter en wanddikte van de buis komt deze met een bepaalde snelheid uit de oven. Door de snelle afkoeling keert de kristalstructuur niet af en blijft het glas doorzichtig (amorfe structuur).
Van deze buis worden de zogenaamde lange lengtes (± 1700 mm)afgezaagd. Deze worden door een operator in een zuurcassette geplaatst, waarna ze de zuurstraat in gaan om vervuiling op het buisoppervlak (molybdeenafzettingen) van de buizen te verwijderen. Na het zuren worden de buizen door een operator in een ovenrek geplaatst. Vervolgens worden de buizen maximaal x uur uitgestookt onder vacuüm om opgeslagen water te verwijderen. Dit is noodzakelijk omdat vrijkomend water uit het glas de levensduur van de lamp kan verkorten.
Na het uitstoken worden de buizen, met de hand, overgeplaatst in boxen voor opslag.
Van de lange lengtes wordt momenteel een voorraad van 2 weken aangehouden.
Om de lange lengtes in te korten tot korte lengtes (150-290 mm) wordt een
krasbreekproces toegepast. Hierbij wordt met behulp van een mes een kras op het glas aangebracht waarna de korte lengte wordt afgetikt. Na het krasbreken vindt het flame polishing plaats, waarbij de buisuiteinden door een vlam worden gehaald om de ruwe uiteinden af te botten. Hierna worden de buisjes verpakt in dozen en op pallets gezet, waarna ze klaar zijn voor verzending naar de klant.
Van deze eindvoorraad wordt 2 à 3 weken voorraad aangehouden.
Voor de klant X, die extra hoge kwaliteitseisen stelt, worden de producten voor het verpakken nog ultrasoon gereinigd en visueel geïnspecteerd op fouten.
Hierbij wordt gecontroleerd op dimensies en glasfouten (gasstrepen, kristallisatie, vuil en plakkers).
2.5 Marktontwikkelingen
Het productpakket kan worden ingedeeld in high en low end producten. De productie van uitontwikkelde producten (low end) verplaatst zich steeds meer naar lage
lonenlanden. Door de hoge loonkosten hier kunnen deze producten daar goedkoper geproduceerd worden. Een belangrijke interne indicator hiervoor is de sales over wages ratio, deze moet boven de 6 liggen om de productie in Nederland te behouden.
De vraag naar high end producten (…) neemt sterk toe. Hierdoor stijgt de vraag naar kwartsglas voor de productie van producten x en y sterk.
Van oorsprong is De Glasfabriek door de hoge kwaliteit glas qua dimensies en kwaliteit marktleider op dit gebied. De concurrentie neemt echter toe, de grootste concurrent, Y, dreigt marktaandeel over te nemen, door de sterk verbeterde
glaskwaliteit. Om de productie in De Glasfabriek te behouden zal de productkwaliteit moeten toenemen tegen minimale kosten.
Een andere ontwikkeling binnen het bedrijf is dat fabrieken niet meer verplicht zijn om alleen glas van De Glasfabriek te betrekken, zij mogen hun glas ook elders
inkopen (second sourcing). De Glasfabriek mag echter ook aan buitenfirma’s leveren.
Het beleid van de interne en externe klanten is twee leveranciers te hebben waarbij de verdeling maximaal 80-20 is, de kleinste leverancier levert dus minimaal 20% van het glas. Hierdoor zijn klanten niet meer afhankelijk van een leverancier en zitten ze nooit zonder producten. Dit beleid zorgt tevens voor toenemende concurrentie tussen glasleveranciers. De fabrikant met de beste prijs-kwaliteitverhouding levert het grootste aandeel glas.
3. Onderzoeksopzet en scope 3.1 De glasfabriek
De markt voor producten x en y is een snelgroeiende markt. De Glasfabriek heeft een groot marktaandeel (70%) in het kwartsglas. Deze positie is bereikt door de hoge kwaliteit glas (qua dimensies, puurheid en watergehalte) die geproduceerd wordt. De grootste concurrent, bedrijf Y, is echter bezig om de kwaliteit van zijn glas te
verbeteren en behaalt al minstens de visuele kwaliteit van De Glasfabriek. Daarnaast profiteren zij van de hoge koers van de euro.
De kwaliteitseisen die de klanten aan het buisglas stellen nemen steeds toe. De markt gaat hier richting een zero-defect policy. De externe klant X vraagt hier al om. Voor deze klant worden momenteel de korte lengtes manueel geïnspecteerd op glasfouten (gasstrepen, plakkers, kristallisatie en metaaldeeltjes) en ultrasoon gereinigd om vuil te verwijderen.
Naast kwartsglas voor de markt x produceert De glasfabriek ook glassoort y voor in- en externe klanten. De grootste concurrent levert momenteel meer dan 70% van het glas y aan bedrijf Z.
In de toepassingsindustrie wordt gewerkt met een zero defect policy. Aan de suppliers worden dus hoge eisen gesteld. Vandaar dat bedrijf Z vanaf 2006 ook met een zero defect policy werkt waarbij elke glasfout tot een klacht in De Glasfabriek zal leiden.
Naast deze marktontwikkelingen kleven er een aantal nadelen aan het toegepaste productieproces. De buizen worden veel met de hand verplaatst en getransporteerd.
Dit zorgt voor een aanzienlijke operatorbelasting in de lijn. In totaal zijn er 17,8 FTE’s werkzaam (in ploegen) om de lijn te bemannen. Daarnaast is de kans op beschadigingen (krassen) aan de buizen groot
Er zijn verschillende buffers en een ontkoppelingspunt in de vorm van een buffer van 2 weken. De totale doorlooptijd vanaf de lange lengtes tot verpakt eindproduct is 13,8 dagen, terwijl de procestijd slechts 6,2 dagen bedraagt.
Kwaliteit wordt voornamelijk aan het eind beoordeeld, producten die dus al het hele proces doorlopen hebben worden dan pas afgekeurd. Directe terugkoppeling naar de processen is hierbij niet mogelijk (beperkte traceability). Door de inspectie aan het eind uit te voeren kan er niet geanticipeerd worden op fouten die in het proces plaatsvinden. Dit kan leiden tot afkeur van hele partijen.
3.2 Het Diamond Quartz-2 project
Om het marktleiderschap in de markt te behouden en het marktaandeel glassoort y te vergroten zal de kwaliteit van de producten moeten toenemen, waarbij de operationele kosten en investeringen beperkt moeten blijven om kostprijsverhogingen tegen te gaan. Om dit te bereiken is in 2004 een voorstudie gedaan naar de mogelijkheid van flowproductie. De indeling van de batchgewijze productie is hierbij gewijzigd naar een flow lijn vanaf de baan waar lange lengtes glas worden aangeleverd.
Met deze voorstudie waren de volgende doelstellingen beoogd:
• Kwaliteit verbeteren door proceswijziging
• Manuele handling elimineren (operatorbelasting verminderen)
• Zo mogelijk de kostprijs van de producten verlagen of in ieder geval gelijk houden
• Voldoen aan de verschillende klanteisen (kwaliteit,zero defects)
• Doorlooptijdverkorting
• Lagere voorraden
• hogere leverbetrouwbaarheid
Naar aanleiding van deze voorstudie is in januari 2005 het Diamond Quartz-2 project gestart. Gedurende dit project moeten de technische en economische haalbaarheid van het voorgestelde flow principe worden aangetoond. Daartoe dienen alle processtappen uitgewerkt te worden en op elkaar aangesloten om een zo veel mogelijke continue flow te bewerkstelligen. Op basis van de resultaten van dit project wordt in augustus 2005 een beslissing genomen of doorgegaan wordt met de ontwikkeling van dit concept.
De doelstelling en randvoorwaarden van het DQ-2 project zullen hieronder worden weergegeven.
Doelstellingen DQ-2 project:
Het verbeteren van de kwaliteit van het buisglas voor de x en y markt door
productieprocessen te optimaliseren ( gebruik makend van korte terugkoppeling naar de processen en minder defecten door manuele handling te elimineren ) en door defecten uit te sorteren om aan de klanteisen te kunnen blijven voldoen.
Het terugbrengen van de operationele kosten door een bijna onbemande automatische productielijn te ontwikkelen, waarbij tussenvoorraden verminderd worden en de doorlooptijd gereduceerd wordt.
Hierbij zijn de volgende randvoorwaarden opgesteld:
• Het DQ-2 proces zal geplaatst worden na de SQH smeltoven, die in uitstroom verhoogd wordt van 100 naar 130%
• Er dient rekening gehouden te worden met de lijndynamica, waarbij de aangeleverde lange lengtes verwerkt moeten worden in de lijn
• Het DQ-2 project zal plaatsvinden vanaf de levering van lange lengtes, de smeltoven valt dus niet binnen dit project
• Direct na de oven zullen de lange lengtes ingekort worden.
• De glastypes product 1, product 2 en product 3 zullen meegenomen worden in dit project. De focus zal wel liggen op product x, aangezien deze ongeveer 70% van dit productpakket uitmaakt.
• Automatische inspectie en sortering dienen zo dicht mogelijk na het deelproces verantwoordelijk voor de glasfout plaats te vinden.
• De maximale investering bedraagt € 4 miljoen, waarbij inbegrepen de investering in een vacuümoven.
• De terugverdientijd moet in de buurt van 2,5 jaar liggen.
3.3 Scope afstudeeronderzoek
Het DQ 2 project zal de huidige batchgewijze productie wijzigen in een flow
productie lijn waarbij processen aan elkaar gekoppeld worden. Er is onzekerheid wat de gevolgen hiervan betekenen voor de output van de lijn, benodigde buffers, machinesnelheden en aantallen productdragers. Er bestaat nog geen duidelijk beeld van de lijndynamica van de flow-lijn. Daarom is door De Glasfabriek gevraagd een onderzoek uit te voeren, waarbij op basis van een model van de productielijn de gevolgen van de uitvoering duidelijk worden. Hiermee draagt dit onderzoek dus bij aan de dimensionering van de lijn en wordt een bijdrage geleverd aan het DQ-2 project.
Figuur 3.1: positie afstudeeronderzoek
3.4 Probleemstelling
Het in de vorige paragraaf geschetste probleem leidt tot de volgende uitwerking van de probleemstelling:
Doelstelling:
Op basis van een model van de te ontwikkelen productielijn inzicht geven in de gevolgen van gemaakte keuzes voor de lijndynamica en het doen van aanbevelingen voor de optimale inrichting van het DQ-2 proces aan de hand van de bevindingen opgedaan in dit onderzoek.
De hoofdvraag die dit onderzoek dient te beantwoorden kan opgesplitst worden in twee delen.
1. Het maken van een model van de voorgestelde productielijn om inzicht te geven in de gevolgen van koppeling van processen met betrekking tot de doorstroom en de benodigde buffercapaciteit.
2. Welke aanbevelingen voor de inrichting van het productieproces kunnen op basis van dit onderzoek gedaan worden?
De Glasfabriek DQ-2
afstudeer onderzoek
Randvoorwaarden/ beperkingen
• Het onderzoek moet in een tijdsbestek van 6 maanden afgerond worden
• De te behalen onderzoeksresultaten die van belang zijn voor de voortgang het DQ-2 project dienen op tijd geleverd te worden
• Aangezien de processen en logistieke inrichting zich gedurende het project ontwikkelen kan dit tot gevolg hebben dat uitgangspunten of aannames
bijgesteld moeten worden. Indien deze niet meer meegenomen kunnen worden zal dit duidelijk aangegeven worden
• Visualiseren van het model ter informatie van de projectteamleden
3.5 Opzet afstudeeronderzoek
In dit onderzoek is ervoor gekozen om gebruik te maken van simulatie.
Een simulatiestudie kan ingedeeld worden in een aantal fasen (zie ook paragraaf 4.2), die in dit verslag doorlopen zullen worden.
Figuur 3.2: fasen simulatiestudie
De systeembeschrijving zal uitgewerkt worden in hoofdstuk 5. Naast de kwalitatieve en kwantitatieve beschrijving van het DQ-2 proces die als basis zal dienen voor het model zal ook een uitgebreide beschrijving van het huidige proces gegeven worden met de verspillingen die hierin plaatsvinden. Dit omdat mij opvalt dat er veel afval en uitval optreedt in de fabriek.
Na deze beschrijving zal de modelspecificatie van het DQ-2 proces plaatsvinden op basis waarvan het simulatiemodel gebouwd zal worden. Vervolgens zullen de
resultaten hiervan besproken worden. Ten slotte zal ook nog een nabeschouwing van het project plaatsvinden waarbij wordt uitgezoomd uit de opdracht naar de resultaten van het DQ-2 project en de gevolgen en mogelijkheden voor De Glasfabriek.
Eerst zal in het volgende hoofdstuk gestart worden met een theoretische verkenning van productiebeheersing in de vorm van flowproductie en lean manufacturing. Ook zal aandacht worden besteed aan simulatie.
Systeem beschrijving
Conceptueel model
Simulatie programma
Correcte resultaten
Gebruik resultaten in besluitvorming
4. Theoretische verkenning
In dit hoofdstuk zal een theoretische verkenning van flow productie gegeven worden.
Daarnaast wil ik van de gelegenheid gebruik maken om de lean productiefilosofie weer te geven. Dit theoretische concept is erop gericht waarde te leveren tegen minimale kosten door het verbeteren van de operationele prestaties. Bij De
Glasfabriek speelt dit een belangrijke rol aangezien er gestreefd wordt naar een hoge productkwaliteit tegen lage kosten. Paragraaf 4.2 richt zich op simulatie.
4.1 Productiebeheersing
4.1.1 Flowproductie
De toepassing van flowproductie betekent dat de producten de bewerkingsstations in dezelfde volgorde doorlopen. De bewerkingstijden op de stations zijn ongeveer gelijk waardoor producten steeds stapsgewijs doorgezet kunnen worden naar de volgende bewerking. Voordelen van deze vorm van productie zijn een hoge bezettingsgraad van de stations en het voorkomen van wachttijden. De doorlooptijd van de producten wordt hierdoor gereduceerd en productiebeheersing vergroot, zodat een grotere leverbetrouwbaarheid bereikt kan worden.
Pure flowproductie wordt gekenmerkt door ( Bertrand e.a 1998):
- dezelfde volgorde van bewerkingen voor alle producten - dezelfde constante bewerkingstijd bij alle bewerkingen - werkplekken die zonder storingen kunnen doorwerken
In praktijksituaties is dit vaak moeilijk te bereiken. Gelijke en constante
bewerkingstijden op machines die niet storen komen bijna niet voor. Het verwerken van verschillende producten op een lijn kan leiden tot wisseling van bewerkingstijden of het wijzigen van de route die de producten moeten doorlopen. Daarnaast kan de gewenste technologie om de gewenste procestijd te bereiken niet beschikbaar zijn.
Om een constante flow te bewerkstelligen dienen de stationstijden op elkaar
afgestemd te worden. Als de bewerkingen op de stations gereed zijn moeten ze door worden geschoven naar het volgende station. Het afleveringsinterval hiertussen wordt de takttijd genoemd. Bij het ontwerp van een productiesysteem wordt deze gebaseerd op een bepaalde takttijd. Deze hangt veelal af van de vraag naar producten en de beschikbare productietijd en wordt dan gedefinieerd als:
klantvraag
ijd productiet e
beschikbar
takttijd _
=
Bij De Glasfabriek kan de takttijd niet direct gerelateerd worden aan de klantvraag, aangezien er met een vaste uitstroomsnelheid uit de smeltoven gewerkt wordt. Deze bepaald hoeveel lange lengtes er verwerkt moeten worden en hiermee ook de beschikbare takttijd.
Variërende bewerkingstijden kunnen leiden tot starving en blocking van de stations.
Ook storingen in de lijn kunnen de flow bedreigen. De gevolgen hiervan kunnen een lagere beschikbaarheid van de lijn ten gevolg hebben waardoor de output verkleind wordt. Indien bijvoorbeeld vier processen met een operationele beschikbaarheid van 90% hard aan elkaar gekoppeld worden leidt, dit in het slechtste geval tot een beschikbaarheid van de gekoppelde processen van slechts 66%.
Voor een goed doorstroom is het van belang dat de machines die de bewerkingen uitvoeren robuust worden uitgevoerd, zodat storingen weinig optreden. De aanname dat machines niet storen gaat echter vaak niet op, zeker bij de ontwikkeling van een nieuwe lijn waarbij nieuw ontwikkelde machines ingezet worden.
Om storingen op te vangen kan ervoor gekozen worden om buffers in de lijn op te nemen. Deze kunnen een storingen opvangen zolang deze korter duren dan het bereiken van de maximale bufferinhoud. De effecten van harde koppeling worden op deze manier verminderd, aangezien de processen bij storingen niet op elkaar hoeven te wachten.
Een andere mogelijkheid is om parallel aan machines die vaak storen een zelfde machine te plaatsen die gedurende storingen het werk overneemt. Dit is echter een dure oplossing, aangezien deze machine dan een lage bezettingsgraad heeft.
Het parallel uitvoeren van bewerkingen kan ook nodig zijn als de bewerkingstijden te lang zijn om aan de takttijd te voldoen. Hierbij wordt afgeweken van pure
flowproductie, dit heeft een aantal nadelen. De lijn moet opgesplitst worden, wat ertoe leidt dat het transportsysteem ingewikkelder en duurder wordt. Ook is het niet
eenvoudig om faseverschillen tussen twee parallelle bewerkingen te voorkomen, wat het noodzakelijk maakt om buffers toe te passen voor en na de bewerking. Hiermee wordt nog verder afgeweken van pure flow, ook hiervoor moeten weer extra
investeringen gedaan worden.
4.1.2 Lean Manufacturing
Een veel toegepast theoretisch concept bij de toepassing van flow productie is Lean Manufacturing. Dit brede theoretische concept geeft aanbevelingen om de
operationele prestaties te verbeteren door zich te richten op een snelle ononderbroken flow van producten en materialen door de productieketen.
Om dit te kunnen bereiken dienen de vormen van verspilling geïdentificeerd worden en verwijderd uit het proces. Onder verspilling worden alle stappen verstaan die geen waarde toevoegen voor de klant. Door een van de grondleggers van Lean
manufacturing bij Toyota, Taiichi Ohno, zijn zeven vormen van verspilling gedefinieerd, die hieronder kort beschreven worden.
Overproductie
Overproductie wordt gedefinieerd als het produceren van producten voordat ze benodigd zijn. Overproductie zorgt voor hoge doorlooptijden voorraadkosten en het niet op tijd ontdekken van defecte producten.
Wachttijd
De tijd die producten niet bewerkt worden of onderweg zijn naar de volgende bewerking is wachttijd. Deze verspilling bepaalt vaak een groot deel van de
doorlooptijd van het product door beperkte flow, te grote batches en grote afstanden tussen processen
Transporttijd
Transport is een stap die geen waarde toevoegt aan het product. Veel transport en handling vergroten de kans op beschadigingen die de productkwaliteit benadelen en tevens de kosten doen stijgen door mensen of machines die hiervoor moeten worden ingezet.
Te dure processen
Deze vorm van verspilling is het toepassen van te dure machines, waar eenvoudiger en goedkopere machines ingezet kunnen worden om de gevraagde kwaliteit te bereiken.
Voorraden
Overvloedige voorraden kunnen problemen op de werkvloer verbergen en ervoor zorgen dat het oplossen van deze problemen uitgesteld wordt. Ook verhogen voorraden de doorlooptijd en brengen ze kosten met zich mee.
Overbodige bewegingen
Overbodige bewegingen in de vorm van zoeken, selecteren, oppakken transporteren, laden en ontladen zijn activiteiten die geen waarde toevoegen, maar wel kosten met zich mee brengen.
Defecte producten
Producten die niet voldoen aan de kwaliteitseisen leiden vaak tot hoge kosten, door opslagkosten, reparatiekosten, her(inspectie), herziening van de productieplanning en capaciteitsverlies.
In veel bedrijven maken deze kosten een groot deel uit van de productiekosten.
Als achtste vorm van verspilling kan hieraan toegevoegd worden het te weinig gebruik maken van de kennis van de medewerkers, om de genoemde problemen op te lossen. Vaak wordt er in bedrijven niet genoeg gebruik gemaakt van de kennis van het eigen personeel om verspillingen te reduceren.
De verwijdering van deze vormen van verspilling leiden tot een hoge productkwaliteit, lage kosten en een korte doorlooptijd.
In de loop der tijd heeft lean manufacturing zich ontwikkeld van een focus gericht op verspillingen op de werkvloer naar het bereiken van waarde voor de klant. Door Womack en Jones (1996) worden vijf stappen aangegeven die leiden tot lean thinking en bruikbaar zijn voor managers in het algemeen.
1. Define value precisely from the perspective of the endcustomer in terms of a specific product with specific capabilities offered at a specific price and time.
2. Identify the entire valuestream for each product or product family and eliminate waste.
3. Make the remaining value creating steps flow.
4. Design and provide what the customer wants and only when the customer wants it.
5. pursue perfection.
Deze ontwikkeling van het lean denken leidde tot een nieuwe manier van denken. De klant bepaald in wat waarde is en wat verspillingen zijn. Waarde wordt dus
gespecificeerd door de wensen van de klant en niet alleen door verspillingen in de productie te elimineren.
Naast het grote belang van waarde in lean denken moet de relatie met kosten gelegd worden. Deze relatie (value) is door Hines, Holweg en Rich (2004) in de figuur hieronder weergegeven.
Figuur 4.1: kosten versus klantwaarde
In deze figuur zijn de kosten van een product uitgezet tegen de klantwaarde. Er bestaat een evenwicht tussen de waarde van een product voor de klant en de kosten van dit product, weergegeven met de stippellijn. Des te verder producten zich boven dit evenwicht bevinden des te aantrekkelijker zijn ze voor klanten. Producten die zich op het evenwicht bevinden geven precies zoveel waarde waarbij de klant bereid is de kosten voor het product te betalen.
Het creëren van Lean oplossingen kan bereikt worden door verspillingen op de productievloer te verwijderen, waardoor de kosten gereduceerd worden en de klant de producten meer waardeert. Een tweede mogelijkheid is ontwikkelen van klantwaarde door additionele producteigenschappen of service te bieden die gewaardeerd wordt door de klant en geen extra kosten met zich meebrengen.
4.2 Simulatie
Om inzicht te verkrijgen in het gedrag van een systeem kan een model van het systeem gebouwd worden. Hiervoor kan simulatie gebruikt worden. Er kan
onderscheid worden gemaakt in deterministische en stochastische modellen. Wanneer geen onzekerheid of random optredende gebeurtenissen plaatsvinden wordt een model
deterministisch genoemd. Deze modellen kunnen in principe rekenkundig opgelost worden zonder simulatie. Voor hele gecompliceerde modellen kan het wel handig zijn om ook hier simulatie toe te passen. Wanneer wel dynamisch gedrag in de vorm van bijvoorbeeld random input of gebeurtenissen plaatsvinden wordt een systeem
stochastisch genoemd. Toepassing van simulatiemodellen van deze systemen kan hier uitkomst geven omtrend het gedrag van het gemodelleerde systeem.
Opgemerkt moet worden dat stochastische simulatiemodellen ook output leveren die random is. Daarom zijn de uitkomsten benaderingen van het werkelijke gedrag van een systeem. Gegeven het dynamische gedrag van het te modelleren systeem is gekozen om computersimulatie te gebruiken
Vanuit De Galsfabriek is de wens geuit om een wiskundig model van de lijn op te zetten, waarbij verschillende parameters ( buffergroottes, machinecapaciteit en productdragers) aangepast kunnen voor verschillende scenario’s. Hieruit dienen aanbevelingen gedaan te worden voor de meest optimale uitvoering van de lijn, waarbij de investeringen beperkt moeten te worden. Bij de ontwikkeling van het model dient nauw samengewerkt te worden met het projectteam om maximale resultaten te behalen.
In de literatuur worden de volgende voordelen voor het gebruik van simulatie genoemd (Robinson 1994):
- Risico vermindering
- Verbeterde communicatie tussen alle betrokken partijen in een simulatiestudie - Reductie van operationele kosten
- Doorlooptijdreductie
- Snellere implementatie van veranderingen - Reductie van het investeringsbedrag - Verbeterde klantservice
Daarnaast laat het bouwen van een simulatiemodel mensen nadenken over de uitvoering van de productielijn en de mogelijke problemen die hierbij optreden. Het voordeel van simulatie wordt dus niet alleen bepaald door de experimenten, maar ook door het verzamelen en analyseren van de informatie om een model te kunnen
bouwen.
Een simulatiestudie kan ingedeeld worden in een aantal fasen (Law en Kelton, 2000), die hieronder worden weergegeven:
Figuur 4.2: fasen simulatiestudie
Begonnen wordt met een uitgebreide beschrijving van het te modelleren systeem, waarbij de benodigde data verzameld en geanalyseerd wordt. Vervolgens wordt het beschreven proces omgezet naar een conceptueel model, waarbij de schaal en het detailniveau vastgelegd worden. Dit model wordt vervolgens in een simulatiemodel getransformeerd.
Systeem beschrijving
Conceptueel model
Simulatie programma
Correcte resultaten
Gebruik resultaten in besluitvorming
Met het simulatiemodel kunnen experimenten uitgevoerd worden om resultaten te verkrijgen. Hierbij worden er steeds kleine veranderingen toegepast om de effecten hiervan te meten. Elke wijziging wordt een scenario genoemd.
De behaalde resultaten kunnen vervolgens gebruikt worden bij de besluitvorming.
Uit het bovenstaande model blijkt dat het bouwen van een simulatiemodel een nauwkeurig onderzoek naar de processen vergt om data te verzamelen om het model te vullen. Dit biedt tevens de mogelijkheid om de uitvoering van het productieproces te analyseren en beoordelen. Hiermee zal in het volgende hoofdstuk worden
begonnen.
5. Systeembeschrijving
In dit hoofdstuk vindt een beschrijving plaats van zowel het huidige proces als het voorstel voor de nieuwe procesuitvoering. Naast de beschrijving van het huidige proces, de producten die geproduceerd worden en de kostprijsopbouw, zullen
verspillingen en zaken die opvallen in kaart gebracht worden. Dit naar aanleiding van mijn eerste indruk van de fabriek, waarbij het percentage afval en uitval dat optreedt bij de processen opvalt. Van het nieuwe DQ-2 procesvoorstel zal zowel een
kwalitatieve als kwantitatieve beschrijving gegeven worden, die zullen dienen als basis voor de modelbouw.
5.1 Beschrijving van het huidige productieproces
5.1.1 Processen
Het trekken van glas
Het zuurproces
Uitstoken
Krasbreken en afbotten
Verpakken
Visuele inspectie manueel + ultrasoonreinigen
5.1.2 Producten
Op de productielijn worden 2 typen producten geproduceerd, product 1 met een diameter van p mm en een wanddikte van q mm en Xenonglas met een diameter van r mm en een wanddikte van s mm. Deze twee producten kunnen weer opgesplitst worden naar verschillende lengtes van de korte lengte variërend van 150 tot 290 mm.
In principe kunnen de korte lengtes op elke gewenste maat gemaakt worden. De maten die klanten vragen liggen echter vast. Het productievolume (aantallen korte lengtes) bestaat voor 61% uit product 1 met een lengte van 245 mm bestemt voor bedrijf V. Daarnaast wordt er glas voor X gemaakt met een lengte van 290 mm (13%). Product 2 wordt gemaakt op een lengte van 220 mm. Het productievolume hiervan bedraagt 24%. Een klein deel van de productie bestaat uit andere lengtes.
Aangezien product 2 een kleinere diameter heeft, maar de uitstroom van de smeltoven constant is de productiesnelheid van de buisjes veel groter. Dit maakt dat de lijn slechts voor 10% van de productietijd ingezet hoeft te worden voor product 2.
5.1.3 Kostprijsopbouw product 1
Een groot deel van de kostprijs van het buisglas bestaat uit materiaalkosten.
Hieronder wordt in een diagram de kostprijsopbouw voor x weergegeven. De
kostprijs wordt voor x% bepaald door de grondstofkosten en de toegevoegde waarde voor het produceren van lange lengtes (de smeltoven). De materiaalkosten alleen bedragen x%. Dit is behoorlijk hoog te noemen.
Het zuurproces, onder vacuüm uitstoken, krasbreken, afbotten en verpakken bepalen slechts x% van de kostprijs. Een groot deel van deze kosten bestaan uit mankosten (x%), de rest bestaat uit afschrijving en variabele machinekosten.
Figuur 5.1: kostprijsopbouw x
5.1.3 Verspillingen
afval/uitval tijdens productie
Wat opvalt in de lijn is de behoorlijke hoeveelheid afval en uitval die optreedt in de productielijn. De eerste uitval ontstaat bij de productie van lange lengtes. Op basis van de binnen- en buitendiameter meting in de baan, worden lange lengtes die buiten de specificaties vallen uitgesorteerd. Met behulp van deze metingen wordt tevens het proces bijgeregeld.
Daarnaast ontstaat er afval bij het omstellen naar andere producten.
Ook bij het vullen van de zuurcassettes en ovenrekken vindt er een vluchtige selectie plaats door de operators, waarbij een klein deel wordt uitgesorteerd.
Bij het krasbreken valt op dat er een behoorlijk deel van de lange lengte tot afval wordt gedegradeerd (minstens 125 mm). Het afval bestaat uit de begin- en eindstukken die bij het krasbreken verloren gaan. Een deel van dit afval is noodzakelijk, aangezien de lange lengtes ruw afgezaagd worden in de baan. De uiteinden van de lange lengte moeten dus verwijderd worden. Het inkortproces laat echter geen kortere beginstukken dan minimaal 10 keer de diameter (= 60 mm) en
eindstukken van 65 mm toe. Dit leidt tot een afvalpercentage van 8,5% is. Dit is erg hoog, zeker gezien de hoge kostprijs van het buisglas.
Naast afval ontstaat er bij het krasbreken ook nog uitval ten gevolge van bijvoorbeeld gebroken lange lengtes of verstoringen in het proces.
Ook bij het flamepolishen treedt uitval op, ten gevolge van het zoeken naar de optimale instelling na productwisseling of storingen en invoerstoringen waardoor buisjes kapot gedrukt worden of niet goed afgebot.
In de tabel hieronder worden per processtap de uitval en afvalpercentages
weergegeven. Op basis hiervan zijn de kosten hiervan berekend bij een productie van 100 ton product 1. Dit komt overeen met 7700 kpcs. korte lengtes, wat de verwachte vraag voor x in 2005 was. De kosten van getrokken buis bedragen ongeveer €… per kg.
Tabel 5.1: kosten van afval en uitval
uitval afval som verliezen bij 100 ton productie
SQ-G oven 6% 6% 75 k€
vacuumoven 1% 1% 12,5k€
zuurstraat 1% 1% 12,5k€
krasbreken 2% 8,50% 10,5% 131 k€
afbotten 2% 2% 25 k€
totaal 21% 256 k€
Van de geproduceerde lange lengtes wordt meer dan 20% weggegooid. Dit betekent dat de totale kosten door materiaalverliezen in de lijn bij een productie van 100 ton product 1 256 k€ per jaar bedragen.
Afkeur percentages bij inspectie
Naast afval en uitval in de productie vindt er ook nog uitval plaats bij de inspectie.
Hieronder wordt de afkeur weergegeven van de eerste serie buisjes die geïnspecteerd zijn voor X volgens de huidige specificaties. Hieruit blijkt dat een behoorlijk
percentage van de buisjes wordt afgekeurd. De afkeur wordt voornamelijk
veroorzaakt door afkeur op gasstrepen, die hun oorsprong vinden bij de glasproductie in de oven. Ook vuil en kristallisatie blijken tot grote afkeur te leiden.
290 mm
9,5%
7,9%
1,4%
0,4%
0,2%
23,5%
76,5%
4,0%
Good
Dirt/ cristallisation Airline < 2mm Airline => 2mm Cutting Quality
Scratch outside midsection Scratch inside midsection
Figuur 5.2: afkeur DQ-1 inspectie
De uitval op kristallisatie is hier om onbekende redenen erg hoog. Gemiddeld ligt dit percentage ongeveer op 3%, hierin zit echter een behoorlijke variatie. Het ontstaan van kristallisatie kan door een aantal mogelijke oorzaken in grotere mate optreden.
Deze zijn vervuiling in het gebruikte zand, stof uit de fabriek dat neerdaalt op de buizen, vervuiling van de buizen veroorzaakt bij het zuurproces en vrijkomende elementen uit de ovendragers gedurende het uitstoken. Om met zekerheid een uitspraak te kunnen doen omtrend kristallisatie zal uitvoerig onderzoek gedaan
moeten worden naar dit probleem. Wel kan opgemerkt worden dat het vrij stoffig is in de fabriek en de buizen liggen voor ze de oven ingaan gedurende lange tijd te wachten in de ovenrekken. De kans dat er stof neerdaalt op de buizen is dus aanwezig.
Een klein deel van de afkeur wordt veroorzaakt door de kwaliteit van de
buisuiteinden, met als oorzaak het krasbreken of afbotten. De afkeur op krassen is slechts 0,6%.
5.1.4 Tussenvoorraden
De batchgewijze productie leidt tot wachttijden en voorraden. In het huidige proces wordt een tussenvoorraad lange lengtes van twee weken aangehouden.
Tussenvoorraden in de lijn kunnen gezien worden als verspilling. Ze leiden tot kosten in de vorm van rente, ruimte en risico.
De tussen voorraad bestaat uit 60.000 lange lengtes. Deze vertegenwoordigen een waarde van ongeveer 75.000 euro. De kosten van het op voorraad houden van deze producten bedragen ongeveer 10% per jaar, dit komt neer op een bedrag van 7500 euro.
5.1.5 Defecte producten
Alleen voor X wordt het buisglas volledig geïnspecteerd. Voor de andere klanten vindt geen uitgebreide inspectie van producten plaats. Gevolgen hiervan kunnen klachten van klanten zijn, doordat toch producten geleverd worden die niet aan de eisen voldoen. En voorbeeld hiervan is het uitkeren van een bedrag aan van € 11000,- voor de levering van producten die niet verwerkt konden worden in 2004. Naast directe kosten levert dit ook extra kosten op door administratie en managementtijd.
5.2. Systeembeschrijving van het DQ-2 productieproces
5.2.1 Inleiding
In deze paragraaf zal een uitgebreide beschrijving van de DQ-2 productielijn gegeven worden. De ontwikkeling van de lijn gedurende het project en de keuzes die hierbij gemaakt zijn zullen worden uitgelegd.
Hierbij zal uitgegaan worden van de opgestelde process flow. Aan de hand hiervan zijn alle processtappen uitontwikkeld om de technische haalbaarheid aan te tonen en de economische haalbaarheid te kunnen bepalen.
In dit onderzoek dient deze paragraaf om data ter verzamelen en aan de hand hiervan een model te kunnen bouwen om het beoogde resultaat te halen. Daarnaast zal aan de hand hiervan een beoordeling gedaan worden van de uitvoering en kunnen mogelijke oplossingen ter verbetering aangedragen worden.
5.2.2 De process flow
Figuur 5.3: proces flow DQ-2
Uitgangspunten voor deze indeling zijn een geautomatiseerde handling, inspectie van de buisjes zo dicht mogelijk bij de verantwoordelijke processtap en een volledig gecontroleerd en schoon verpakt eindproduct. Buisjes dienen per stuk getransporteerd worden zodat er geen krassen aan het oppervlak kunnen ontstaan door contact tussen de buisjes onderling.
Uit de figuur blijkt dat het productieproces een aantal wijzigingen ondergaat. De grootste wijziging ten opzichte van de huidige inrichting is het direct inkorten van de lange lengtes voor er verdere processtappen uitgevoerd worden. Dit is noodzakelijk om de dimensionele inspectie uit te voeren, die terugkoppeling naar het proces
mogelijk maakt. Het meten van de volledige lange lengte is namelijk niet mogelijk en noodzakelijk. De maatnauwkeurigheid van de buis is het grootst in het midden, waar later bij de lampfabrikant het bolletje gemaakt wordt. De meting moet dus in het middengedeelte uitgevoerd worden van de korte lengte deze plaats is op de lange lengte niet aangegeven, waardoor er onnodig veel camera’s nodig zouden zijn om de hele lengte te beoordelen.
Daarnaast is het automatisch handelen van korte lengtes beter te realiseren dan lange lengtes met een lengte van 2 meter.
In de volgende paragraaf zullen alle processtappen in dit schema omschreven worden.
5.2.3 Uitwerking processtappen
koelen
Als de lange lengtes uit de baan komen hebben ze nog een temperatuur van 465 graden. Op dat moment kunnen ze nog niet uitgenomen worden, daarom zullen ze direct na het aftikken op een carrousel terechtkomen, waarop ze staand
getransporteerd worden naar de uitneemrobot.
Inkorten van lange lengtes
Voor het inkorten van lange lengtes is onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om in plaats van te krasbreken te gaan lasersnijden. Bij het lasersnijden wordt een lange lengte opgespannen in een boorkop en geroteerd, zodat de buis rondom wordt ingesneden met de laser. De buis wordt slechts deels ingesneden en vervolgens afgetikt. Na uitvoering van dit proces met een proefopstelling is besloten het lasersnijden te gaan toepassen in plaats van het krasbreken. De redenen hiervoor waren dat het krasbreken moeilijker te automatiseren is, meer onderhoud en afval oplevert en de kwaliteit van lasergesneden producten hoger is. Ook kunnen de vele schilfers die op het glas terechtkomen bij het kasbreken de DQ-1 inspectie
bemoeilijken.
Het lasersnijden kan enkelvoudig, 2-voudig of 3-voudig worden uitgevoerd om de gevraagde lijnsnelheden te halen.
Flamepolishen
In eerste instantie is geprobeerd om het flamepolishen als processtap te laten vervallen, door met behulp van de laser het uiteinde te versmelten, zodat er geen scherpe uiteinden aan de buisjes ontstaan. Het volledig doorlaseren bleek echter niet haalbaar doordat de binnenrand van het buisje scherp bleef en er kwartsdamp aan de binnenkant van de buis neersloeg.
Het flamepolishen zal uitgevoerd worden op een bed waarop een aantal buisjes liggen, die door de branders die aan de zijkant zijn gepositioneerd, worden geleid. De procestijd voor het flamepolishen bedraagt 2,1 sec. voor product 2 en 3,5 sec. voor product 1. De buisjes zullen met behulp van een robot worden aangeleverd en na het proces worden doorgezet naar de inspectielijn. Het oppakken , invliegen en loslaten kan door de robot in 1,35 sec. gedaan worden. De robot zal zowel het aanleveren van de buisjes verzorgen als het doorzetten van de afgebotte buisjes, om van de ene naar de andere positie terug te keren is 1,5 sec. benodigd.
Dimensionele inspectie
De dimensionele inspectie (WIBOL-TEIS) bestaat uit twee delen. De bepaling van de buisdimensies en de inspectie van het uiteinde van de buis. Hiervoor zijn 2
verschillende inspectiestations benodigd. Aangezien er deze systemen zich ten tijde
van de modelbouw nog in de ontwikkelingsfase bevonden was de procestijd niet bekend. Aangenomen is een procestijd van 1,2 sec. inclusief de handling van de buisjes. Voor de meting worden de buisjes namelijk uit de lijn getild en vervolgens opgemeten.
Dit betekent dat de inspectielijn een lijn is die steeds een of meerdere posities vertakt, waarna er een glasbuisje uit de lijn getild wordt, gemeten wordt en weer
teruggeplaatst. Vervolgens schuift de transportband weer een aantal posities op.
Zuurproces
In eerste instantie is voorgesteld om het zuurproces volledig te verwijderen uit het proces. Dit bleek echter niet mogelijk aangezien het niet mogelijk is om
molybdeenresten op het buisglas te voorkomen.
In de flow lijn zal geen gebruik worden gemaakt van de huidige zuurstraat, aangezien deze alleen geschikt is om grote batches lange lengtes te zuren.
In plaats van het schoon sproeien in tanks, zoals dit nu gebeurt zal er gebruik worden gemaakt van een dompelproces, waarbij een korf gevuld met korte lengtes
ondergedompeld zal worden in zuur. Dit proces zal bestaan uit een zuurbad, een aantal spoelstappen en een droogstraat om de buisjes te drogen.
Na overleg is besloten om voor de simulatie uit te gaan van een procestijd van 12 minuten bestaand uit 6 stappen van 2 minuten. Er kunnen dus 6 korven gelijktijdig in bewerking zijn, waarbij er iedere 2 minuten een korf gereed is.
DQ-1 inspectie
De DQ-1 inspectie vindt plaats om gasstrepen en metaaldeeltjes te detecteren en op basis hiervan uit te sorteren. Deze glasfouten vinden hun oorsprong in de smeltoven en zouden dus eigenlijk eerder in de lijn gedetecteerd moeten worden. Vuil en stofdeeltjes bemoeilijken de inspectie echter, wat het noodzakelijk maakt om deze inspectie na het zuren te doen als het buisoppervlak schoon is.
De voor deze toepassing benodigde apparatuur is nog niet op de markt en wordt speciaal voor deze toepassing ontwikkeld door de research afdeling van het bedrijf.
De ontwikkeling van dit systeem vindt gelijktijdig met het project plaats.
Vacuümstoken
De vacuümoven is een ontkoppelingspunt in de flow lijn, aangezien er hiervoor een batch wordt opgebouwd van x uur, die vervolgens in de oven geplaatst wordt en x uur wordt uitgestookt. Van continue flow is dus geen sprake meer. In het pilotproject voorafgaand aan het DQ-2 project is voorgesteld om gebruik te maken van meerdere kleine vacuümovens om de wachttijd voor de vacuümovens te verkorten, om de ontkoppeling te verminderen en de doorlooptijd te verkorten. Bij gebruikmaking van bijvoorbeeld 4 kleine ovens hoeven de producten slechts x uur te wachten. Ook wordt op deze manier de flexibiliteit van de lijn verhoogd doordat met kleinere batches verschillende producten gewerkt kan worden De investering voor een kleine ovens is echter niet veel lager dan die voor een grote oven. De huidige vacuümovens kosten ongeveer 900 k€ per stuk, 4 kleine vacuümovens die gezamenlijk dezelfde capaciteit hebben kosten 2,4 M€
Een andere optie is om gebruik te maken van een door doorvoeroven, bestaand uit 3 compartimenten. Hierbij is wel sprake van min of meer continue flow doordat steeds
kleine hoeveelheden in het eerste compartiment te zetten, dat vervolgens vacuüm getrokken en verhit wordt. De producten schuiven vervolgens door naar het tweede compartiment, waarin ze de benodigde tijd verblijven. Gedurende de verblijftijd verschuiven de producten naar het derde compartiment waarin ze afgekoeld worden.
Dit systeem is echter ook te duur gebleken, er moet rekening gehouden worden met investeringen van 2,5 M€
De investeringen om snellere doorstroom te creëren vergen te hoge investeringen, aangezien het volledig te investeren bedrag slechts € 4 miljoen bedraagt. Daarom wordt er gebruik gemaakt van de huidige vacuümovens. In verband met de verwachte toename van de vraag naar buisglas wordt de capaciteit wel uitgebreid met een
vacuümoven in dezelfde uitvoering als de huidige ovens.
US-reinigingsproces
Na het vacuümstoken is een US-reinigingsproces opgenomen om vuil en stofdeeltjes te verwijderen. Het doel van deze stap is het voldoen aan de klantspecificatie en het mogelijk maken van de DQ-1 eindinspectie. Stofdeeltjes op het glas kunnen namelijk door de visionsystemen als glasfout herkend, wat kan leiden tot onterechte afkeur van de buisjes. Voor dit proces worden buisjes net als bij het zuurproces verzameld in korven, waarna ze een aantal reiniging en droogstappen doorlopen.
DQ-1 eindinspectie
De DQ-1 inspectie vindt plaats om glasfouten die in de vacuümoven ontstaan (plakkers, kristallisatie en vuil) te detecteren en op basis hiervan uit te sorteren.
Ook deze visionsystemen zijn niet op de markt en worden gedurende het project ontwikkeld. De uitvoering is vergelijkbaar met de dimensionele inspectie.
Automatische verpakking
Na de eindinspectie zullen de buisjes automatisch verpakt worden. De verpakking zal plaatsvinden in een cleanroom, zodat de buisjes stofvrij verpakt kunnen worden. Als verpakkingsmethode Voor product 1 is gekozen voor folieverpakking. De buisjes worden tussen twee lagen folie verpakt en van elkaar gescheiden door tussen elk buisje de folie dicht te sealen. De buisjes zijn op deze manier luchtdicht verpakt, dit garandeert dat ze schoon aankomen bij de klant.
Voor product 2 is gekozen om deze te verpakken in zogenaamde KLT’s (klein last tragers). Deze bakjes worden momenteel door de klant gebruikt om de buisjes in te verzamelen nadat ze, na aankomst, gesorteerd zijn op gewicht. Deze kleine plastic boxen worden als standaard verpakkingsmiddel gebruikt in de industrie, ze zijn afsluitbaar met een deksel, zodat de producten stofvrij verpakt kunnen worden.
Transport en handling
Het transport van de buisjes tussen de verschillende processtappen vindt plaats op transportbanden, waarin de buisjes in een v-vormige houder getransporteerd worden, zodat ze niet in contact met elkaar komen. Aangezien de verschillende processtappen niet dezelfde takttijden hebben worden de buisjes afhankelijk van de duur van het uit te voeren proces in een bepaalde hoeveelheid naar het uit te voeren proces
getransporteerd.Dit transport wordt door robots uitgevoerd. In bijlage1 is in een tekening weergegeven hoe dit er ongeveer uit zal zien.
5.2.4 Mogelijke alternatieve process flows/ wijzigingen
Bij het bestuderen van de proces flow vallen een aantal dingen op.
De beide DQ-1 inspecties controleren allebei alle producten. Er vindt dus twee keer een 100% inspectie plaats. De keus om deze inspecties te laten plaats vinden is gebaseerd op het zo dicht mogelijk bij de bron inspecteren. De eerste inspectie vindt plaat op gassstrepen en metaaldeeltjes. Aangezien de visionsystemen vuildeeltjes op het glas voor fouten kunnen aanzien is dit vision systeem na het zuurproces geplaatst om inspectie mogelijk te maken. De eindinspectie vindt plaats na de vacuümoven en inspecteert op plakkers en kristallisatie en vuil. Kristallisatie en plakkers zijn
glasfouten die in de oven kunnen ontstaan.
Het enige voordeel van de eerste inspectie is dat de volledige afkeur op gasstrepen in beeld gebracht wordt. Het is namelijk niet zeker dat de verschillende glasfouten door de visionsystemen onderscheiden kunnen worden. Dit kan betekenen dat de
uitvalspercentages gerelateerd aan de processen uiteindelijk niet in beeld kunnen worden gebracht. Het belang van de eerste inspectie is echter het meten van een gasstreepniveau veroorzaakt in de smeltoven. Bij een verhoogd niveau dient er ingegrepen te worden in het proces. Dit is ook mogelijk met een steekproefmeting.
Dit maakt een volledig ingerichte inspectielijn overbodig. De steekproefmeting zou door een visionsysteem in de lijn uitgevoerd kunnen worden. Een andere
mogelijkheid is om met een bepaald tijdsinterval buisjes uit de lijn te halen die door een operator worden geïnspecteerd. Deze is immers toch aanwezig bij de lijn.
Een tweede punt dat opvalt is dat de producten twee keer gereinigd worden, een keer door middel van het zuurproces en daarna nog een ultrasoonreiniging na het
vacuümstoken. Een mogelijkheid om een van deze processtappen te verwijderen is het uitvoeren van het zuren na het vacuümstoken. Naast het elimineren van de US-straat spaart dit ook de twee handlingsstappen voor en na het zuurproces uit.
Figuur 5.4: wijzigingen flow
In het huidige proces vindt het stoken na het zuren plaats. De keuze hiervoor is ooit zo bepaald en men wist niet met zekerheid te zeggen of met omdraaien van deze stappen mogelijk zou zijn. Uitstoken voor het zuren zou een verhoogd kristallisatieniveau van de producten ten gevolg kunnen hebben, doordat vuil op de buizen dit proces
bespoedigt. Om dit te onderzoeken zijn proeven uitgevoerd. Uit de resultaten bleek dat het uitstoken voor zuren een uitval op kristallisatie van 2% gaf, het zuren voor uitstoken op basis van het nieuwe zuurproces (onderdompelen met andere
zuursamenstelling in plaats van sproeien,) gaf slechts 0,2% uitval op kristallisatie. Dit zou betekenen dat het risico bestaat dat bij omwisseling van deze processen
kristallisatie een factor 10 kan toenemen.
Daarnaast brengt zuren na het uitstoken het risico met zich mee dat vervuiling geïntroduceerd door het zuurproces niet meer herkend wordt in De Glasfabriek, waardoor er bij de klant na verhitting van de buis kristallisatie kan optreden.
Uitstoken dient dus ook als controlestap.
Naar aanleiding van deze resultaten is besloten om de processflow op dit punt niet te wijzigen, omdat het risico voor het optreden van kristallisatie te groot is.
5.2.5 Kwantitatieve beschrijving
Om een simulatiemodel te kunnen bouwen van de lijn zijn kwantitatieve gegevens benodigd over de productielijn,deze zullen in deze paragraaf worden weergegeven.
Gevraagde Lijnsnelheden
De verwerkingssnelheid van de lijn hangt af van de uitstroomsnelheid van de oven en de productdimensies. Hieronder is het productpakket weergegeven dat door de lijn verwerkt moet kunnen worden. Op basis van deze gegevens is het mogelijk om de hoeveelheid korte lengtes die per uur worden aangeboden te berekenen. Ook de
beschikbare taktijd per product kan hiermee bepaald worden. Deze gegevens worden in de tabel hieronder weergegeven.
Tabel5.2: beschikbare takttijden
De uitstroomsnelheid uit de oven bedraagt voor de productie momenteel 100%. De Glasfabriek is bezig om deze te verhogen naar 130% om aan de voorspelde vraag in de toekomst te kunnen voldoen. Om deze verhoogde uitstroom te kunnen verwerken wordt er bij de specificaties van de DQ-2 lijn uitgegaan van een uitstroom van 130%.
Aangezien de volledige ovenoutput verwerkt moet worden en de lijn dus trekkend moet zijn is een overcapaciteit van 20% voorgesteld. Dit betekent dat de lijn
maximaal een uitstroom van 150% aan zou moeten kunnen. Dit leidt tot takttijden van 0,22 tot 1,26 seconden voor de verschillende producten.
Op basis van deze gegevens zijn er drie mogelijke productpakketten opgesteld, waarop de uitvoering lijn gespecificeerd kan worden.
Dit zijn de volgende pakketten:
Pakket 1: product 1 en 3 met een takttijd van 0,67 sec.
Pakket 2: product 1,2 en 3 (lengte 220), met een takttijd van 0,31 sec.
Pakket 3: alle producten 1, 2 en 3, met een takttijd van 0,22 sec.
Bewerkingstijden
Hieronder zijn in een tabel de procestijden voor de verschillende bewerkingen weergegeven.
Tabel 5.3: procestijden
koelen lange lengte 3 minuten
lasersnijden 0,22-0,67 sec.
flamepolishen 2,1-3,5 sec.
Wibol, TEIS 1,2 sec.
zuurproces 6x 2 minuten
vacuümstoken x uur
US-reiniging 6x 6 minuten
DQ-1 inspectie 1,2 sec.
verpakken 0,22-0,67 sec.
Processtappen die langer duren dan de takttijd zullen in kleine batches buisjes of parallel uitgevoerd moeten worden Hiervoor worden de aantallen en productdragers hieronder bepaald.
Voudigheden van processen en dimensies van de productdragers
Na het inkorten worden de buisjes afhankelijk van het uit te voeren proces verzameld in een bepaalde hoeveelheid, die afhangt van de duur van het uit te voeren proces en de snelheid waarmee de buisjes aangeleverd worden of de grootte van de
productdragers. Deze gegevens worden in bijlage 2 voor elk product in het productpakket weergegeven.
De opslag van buisjes voor het zuurproces en ultrasoonreiniging zal plaatsvinden in korven. De opslagmedia voor het vacuümstoken zullen hieronder verduidelijkt worden.
Voor het vacuumstoken worden de buisjes verzameld in een uitstookmal, die eruit ziet als een u-goot. De dimensies van de goot worden vastgelegd door de volgende
beperkingen. De gestapelde glashoogte mag maximaal 100 mm bedragen om plakkers ontstaan door de druk van de glashoogte te voorkomen. De breedte van de mal wordt vastgelegd door het mogelijk maken van een stapeling van 1,2 en 3 glas, hiertoe moet de breedte 161,9 mm zijn ( EBM Techniek). De lengte van de mal is beperkt tot 1 meter, om doorbuiging te voorkomen en handeling door een robot mogelijk te maken in beperkte ruimte.
De mallen worden in een ovenrek geplaatst die wordt opgebouwd uit een plaat met daarop 2 balken waarop de volgende laag rust. Tussen de balken bevinden zich 4 uitstookmallen met glas. De plaat waar de balken op liggen heeft een breedte van 800 mm, zodat de mallen aan elke zijde 100 mm uitsteken om ze met een robot op te kunnen pakken.
onderplaten: 970x800x15 balken: 800x 75x110
mal: 1000x161,9x100 (binnenmaat), wanddikte: 5 mm
Figuur 5.5 : opbouw ovenrek met afmetingen 970 mm
800 mm
