Βιομηχανικός σχεδιασμός: OK COMPUTER!

f8_resize

O ENIAC απαρτίζονταν από 18.000 λυχνίες, 70.000 αντιστάσεις, 10.000 πυκνωτές, 6.000 διακόπτες, το μήκος του έφτανε τα 13 μέτρα, το ύψος του τα 6 μέτρα, το βάρος του ξεπερνούσε τους 30 τόνους και ήταν ο πρώτος ψηφιακός υπολογιστής που λειτουργούσε ηλεκτρονικά. Παρουσιάστηκε πριν από περίπου έξι δεκαετίες και αποτέλεσε την αρχή της ψηφιακής επανάστασης· της τεχνολογικής μεταρσίωσης που ζούμε σήμερα. Οι υπολογιστές έφεραν νέες μεθόδους στην βιομηχανία και δημιούργησαν νέες θέσεις αλλάζοντας ριζικά το εργασιακό καθεστώς. Η εφαρμογή τους στην αυτοκινητοβιομηχανία επιτάχυνε σε απίστευτο βαθμό τους χρόνους παραγωγής και συρρίκνωσε τα κόστη κατασκευής των εταιριών που βλέπουν σταδιακά να πραγματώνεται αυτό που πάντοτε ονειρευόντουσαν. «Ένα εργοστάσιο δίχως εργάτες» όπως χαρακτηριστικά αναφέρει ο συγγραφέας Jeremy Rifkin.

Μια φορά και έναν καιρό τα αυτοκίνητα -αλλά και κάθε βιομηχανικό προϊόν- σχεδιάζονταν πάνω σε λευκό χαρτί ενώ σήμερα, σχεδιαστές και μηχανολόγοι τραβούν γραμμές στις οθόνες του υπολογιστή. Οι πρώτες ανάλογες εφαρμογές εμφανίσθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του ’70 και αποτέλεσαν τα πρώτα βήματα της τεχνολογίας CAD (Computer Aided Design), της σχεδίασης στον υπολογιστή. Η υπολογιστική ισχύς αυξάνονταν με γοργούς ρυθμούς, τα λογισμικά γινόντουσαν πιο απλά και σε μικρό χρονικό διάστημα η σχεδίαση CAD καθιερώθηκε στον χώρο εργασίας. Σε ένα μεγάλο εργοστάσιο σπάνια θα συναντήσετε κάποιον σχεδιαστή που θα δουλεύει πάνω στο χαρτί και θα παιδεύεται σβήνοντας και γράφοντας.

f2_resizeΣτον υπολογιστή δεν υφίσταται τέτοια ταλαιπωρία. Ανάμεσα στα προτερήματα της σχεδίασης CAD περιλαμβάνεται η εύκολη μεταβολή της κλίμακας ενός σχεδίου, η αποθήκευση και μεταφορά σε μαγνητικά μέσα (π.χ. CD-ROM), η αυτόματη διαστασιολόγηση, η χρήση τυποποιημένων δεδομένων (π.χ. βίδες, σπειρώματα, ατράκτους κ.λπ.). Πριν από καιρό η σχεδίαση ενός π.χ. ενός σπειρώματος σε κάθε νέο σχέδιο ήταν μια ιδιαίτερα επίπονη διαδικασία για τον μηχανολόγο ο οποίος με χάρη στο CAD μπορεί να το πάρει έτοιμο και να το αντιγράψει.

Σταδιακά, τα δισδιάστατα σχεδιαστικά προγράμματα εξελίχθηκαν σε τρισδιάστατα (3D) και η δόμηση των συσχετιζόμενων software προσαρμόστηκε από την πλεγματική μέθοδο στην επιφανειακή μοντελοποίηση. Οι τρισδιάστατες προσομοιώσεις (CAE ή Computer Aided Engineering) διευκολύνουν αφάνταστα το έργο των σχεδιαστών χωρίς η εταιρία να επιβαρύνεται με επιπλέον έξοδα που μπορούν να προέλθουν από ένα λανθασμένο ή ασύμβατο στοιχείο. Τα υπολογιστικά προγράμματα CAD/CAE στην αυτοκινητοβιομηχανία δεν χρησιμοποιούνται μόνο για την σχεδίαση και εξέλιξη μηχανικών μερών (κινητήρα, κιβωτίου ταχυτήτων, ανάρτησης κ.α.) αλλά ευρέως και σε άλλους τομείς όπως στην αεροδυναμική, την εργονομία, την ασφάλεια κ.α.

Στο παρελθόν το πρόγραμμα που εκτελούσε μια αυτοματοποιημένη εργαλειομηχανή (τόρνος, φρέζα, βαφεία, πλυντήρια κ.α.) ήταν «τυπωμένο» πάνω σε ειδικές διάτρητες καρτέλες όπου ένας μηχανισμός «διάβαζε» τις τρύπες ή τα κενά τους. Το «γράψιμο» των εντολών το αναλάμβανε ένας μηχανολόγος με γνώσεις προγραμματισμού ο οποίος είχε αφιερώσει δεκάδες εργατοώρες ώστε να μετουσιώσει το χάρτινο σχέδιο στην γλώσσα της μηχανής (NCM ή Numerically Controlled Machines).

Όταν εμφανίστηκαν οι πρώτες εφαρμογές σχεδιασμού οι οποίες ήταν συμβατές με την παραγωγική διαδικασία (CAM ή Computer Aided Manufacturing) δημιουργήθηκε μια μικρή επανάσταση στην σύγχρονη αυτοκινητοβιομηχανία. Οι ειδικοί μπορούσαν πλέον να παίρνουν κατευθείαν το τελικό προϊόν από το σχεδιαστήριο και με λίγες μετατροπές να το έβγαζαν στην παραγωγή. Σήμερα, διατίθενται εφαρμογές οι οποίες περιλαμβάνουν σε ένα σύνολο τις τεχνολογίες CAD/CAE/CAM επιταχύνοντας τους ρυθμούς παραγωγής.

Προηγουμένως, τα μηχανικά μέρη ενός κινητήρα που ήταν σχεδιασμένα στο πρόγραμμα CAD μια μηχανή κατεργασίας δεν ήταν σε θέση να τα «διαβάσει» διότι δεν μιλούσε στην ίδια γλώσσα. Σταδιακά, θεσπίστηκαν συγκεκριμένες προδιαγραφές ώστε να υπάρχει συμβατότητα των software δημιουργώντας το ολοκληρωμένο σύνολο CIM (Computer Integrated Manufacturing). Το συγκεκριμένο πρωτόκολλο επικοινωνίας παρείχε την δυνατότητα της μεταφοράς δεδομένων από το σχεδιαστήριο μέχρι και την μονάδα που προγραμματίζει τις κινήσεις των ρομπότ.

f5_resizeΧάρη στους υπολογιστές ο χρόνος και το κόστος που απαιτείται για την παραγωγή ενός βιομηχανικού προϊόντος όπως είναι το αυτοκίνητο έχει μειωθεί δραματικά. Ας πάρουμε για παράδειγμα την κατασκευή ενός κιβωτίου ταχυτήτων. Παλιότερα, οι μηχανικοί προχωρούσαν σε κάθε βήμα εμπειρικά. Κατασκεύαζαν κάθε παρελκόμενο εξάρτημα (π.χ. γρανάζια, άξονες) και παρατηρούσαν στην πράξη πως αυτά συνεργαζόντουσαν μεταξύ τους. Η όλη διαδικασία στοίχιζε σε χρόνο και σε χρήμα, παράγοντες που περιορίστηκαν σημαντικά με την χρήση των υπολογιστών.

Χάρη στην τεχνολογία CAD/CAE οι μηχανικοί έχουν πλέον την δυνατότητα να διαπιστώνουν στις οθόνες τους πως συμπεριφέρεται το γρανάζι στο κιβώτιο ταχυτήτων και αν δεν τους αρέσει να δοκιμάζουν διαφορετικούς συνδυασμούς με εξαιρετικά μεγάλη επιτυχία. Θέτοντας διάφορες παραμέτρους στον υπολογιστή, όπως οι ιδιότητες του υλικού και οι συνθήκες περιβάλλοντος (θερμοκρασία, πίεση κ.α.), μπορούν να γνωρίζουν τη συμπεριφορά του γραναζιού με την βοήθεια προγραμμάτων ανάλυσης που χρησιμοποιούν πεπερασμένα στοιχεία (Finite Elements Analysis ή FEA).

Η διαστασιολόγηση μίας ατράκτου σε ένα μειωτήρα γίνεται πλέον εύκολα και γρήγορα χωρίς να χρειάζεται ένα κατεβατό υπολογισμών.  Όπως και στην περίπτωση του γραναζιού, ο μηχανολόγος δεν έχει παρά να χρησιμοποιήσει «έτοιμα» μοντέλα και να δώσει διάφορα στοιχεία που αφορούν στις δυνάμεις που θα ασκηθούν, στην φόρτιση, στις καμπτικές ροπές, στις μέγιστες διαστάσεις του άξονα κ.α. Έπειτα μπορεί να συναρμολογήσει ψηφιακά το γρανάζι με τον άξονα και κατ’ επέκταση με το υπόλοιπο κιβώτιο ταχυτήτων και να προσομοιώσει την λειτουργία του.

Ι Robot!

808_resizeΑπό τους αρχαίους χρόνους, ένα από τα ζητήματα που απασχολούσαν την ανθρωπότητα είναι οι μηχανές. Οι οποίες εξελίσσονται συνεχώς και εκτός από το ότι μπορούν να δουλεύουν ακούραστα μπορούν πλέον και να «σκέπτονται». Από έναν απλό εγκέφαλο ενός κινητήρα μέχρι το τελευταίο μοντέλο ενός ρομπότ. Η αυτοματοποίηση βρίσκει τεράστια εφαρμογή στην αυτοκινητοβιομηχανία η οποία κατά περιόδους ενδυναμώνεται με ρομπότ που στέλνουν στο ταμείο ανεργίας χιλιάδες σπιτικά.

Σε σχέση με ό,τι συμβαίνει στον υπόλοιπο κόσμο, στην Ελλάδα τα πράγματα είναι πιο ανώδυνα καθώς δεν υπάρχει βαριά αυτοκινητοβιομηχανία. Θυμηθείτε όμως την σταδιακή περικοπή 12.000 ευρωπαϊκών και 30.000 αμερικανικών θέσεων που εξήγγειλε πριν από κάνα χρόνο η GM ,μέχρι το 2008, αλλά και την Ford που ετοιμάζετε να βάλει λουκέτο σε 10 εργοστάσια της στην Βόρεια Αμερική αφήνοντας άνεργους 25.000 άτομα. Μα θα πείτε, τα πράγματα δεν είναι τόσο μαύρα καθώς οι νέες «ρομποτικές» ανάγκες των εταιριών που προκύπτουν δημιουργούν νέες θέσεις εργασίας. Σύμφωνοι, αλλά ο δείκτης ανεργίας λέει πως από τις χιλιάδες θέσεις εργασίες που περικόπτονται κάθε χρόνο αναπληρώνονται μερικές εκατοντάδες.

Οι ειδικοί κατασκευάζουν μηχανικά χέρια με μεγαλύτερη δείκτη νοημοσύνης, αφού τα νέας τεχνολογίας ρομπότ κάνουν περισσότερες κινήσεις, επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω ενός κοινού πρωτοκόλλου προγραμματισμού, συντονίζονται μεταξύ τους εύκολα και γρήγορα, διαθέτουν τρισδιάστατη όραση, ξεχωρίζουν χρώματα, θυμούνται τα λάθη τους και τα διορθώνουν αυτοβούλως. Ποιος ξέρει τι άλλο θα κάνουν στο μέλλον; Η διάρκεια ζωής ενός τυπικού ρομπότ κυμαίνεται στα 12-15 χρόνια ενώ σε μόλις ένα έτος η παραγωγικότητα του αποσβένει το κόστος της αγοράς του.

Ίσως κάποια μέρα ολόκληρη η γραμμή παραγωγής σε ένα εργοστάσιο κατασκευής αυτοκινήτων θα είναι εντελώς αυτοματοποιημένη. Το εργατικό δυναμικό θα έχει μειωθεί δραματικά και θα υπάρχουν μερικές ομάδες μηχανολόγων/μηχανικών που θα βρίσκονται σε control rooms. Από εκεί θα επιβλέπουν τις ενέργειες ρομπότ υψηλής νοημοσύνης τα οποία θα αποτελούν τους εργοδηγούς των ρομπότ/εργατών. Βλέπετε, τα ρομπότ απαιτούν μόνο την προβλεπόμενη συντήρησή τους χωρίς να φωνάζουν για αυξήσεις και ασφάλιση ή να απεργούν. Αρκεί να σκεφτεί κανείς πως στις γραμμές παραγωγής των αυτοκινητοβιομηχανιών που βρίσκονται στην Ιαπωνία, στην Ιταλία και στην Γερμανία κάθε ρομπότ που βρίσκεται στην πρίζα αντιστοιχεί σε δέκα εργάτες.

f3_resize1Ένα ρομπότ μπορεί να επαναλάβει την ίδια εργασία με πανομοιότυπο και αλάνθαστο τρόπο και μάλιστα πολύ πιο γρήγορα από τον άνθρωπο αφού οι κινήσεις του εκτελούνται από υδραυλικούς μηχανισμούς που ελέγχονται από ηλεκτρονικά κυκλώματα. Επίσης, οι φάσεις εργασίας κάθε ρομποτικής μηχανής μπορούν να αλλάξουν εύκολα και σύντομα, με μικρές επεμβάσεις στις παραμέτρους του προγράμματος. Η διάδοση τέτοιων προγραμμάτων μείωσε σημαντικά τον χρόνο παραγωγής ενός προϊόντος, την πιθανότητα αστοχίας και το κατασκευαστικό κόστος για τις εταιρίες.

f9_resizeΟι μηχανές που αντικαθιστούν τα ανθρώπινα χέρια υπήρχαν από πολύ παλιά, από την εποχή του ατμού. Τον 17ο αιώνα, σε ένα εργοστάσιο στην Γαλλία, εργάτριες πέταξαν τα sabot (σαμπό, τα γνωστά ξύλινα παπούτσια) που φορούσαν για να σαμποτάρουν τις εργαλειομηχανές· εξού και η λέξη σαμποτάζ (sabotage). Στα μέσα όμως του προηγούμενου αιώνα η απειλή των μηχανών για τους εργάτες είχε αρχίσει να κορυφώνεται. Η αμερικανική Ford ήταν η πρώτη αυτοκινητοβιομηχανία που εισήγαγε, στις αρχές της δεκαετίας του 1950, τις πρώτες ρομποτικές μηχανές στην γραμμή παραγωγής της. Ο εργατικός κύκλος είχε θορυβηθεί έντονα καθώς ένιωσε να απειλείται από έναν ακούραστο αντίπαλο που μπορεί να εργάζεται με τον ίδιο ρυθμό ολόκληρη την ημέρα χωρίς σημαντικές απαιτήσεις.

f8_resizeΟι πρωταγωνιστές σε μια γραμμή παραγωγής αυτοκινήτων είναι τα ρομπότ. Το 1991 ο πληθυσμός τους άγγιζε τις 630.000 και η απόδοση τους αντιστοιχούσε σε τέσσερις θέσεις εργασίας. Κάθε χρόνο η UNECE (United Nations Economic Commission for Europe) ανακοινώνει τις συνολικές επενδύσεις στον τομέα της ρομποτικής. Για το 2003, η συνολική απογραφή έδειξε πως λειτουργούν  σε εικοσιτετράωρη βάση περισσότερα από 800.000 ρομπότ εκ των οποίων τα 350.000 εργάζονται στην Ιαπωνία, τα 250.000 στην Ευρώπη, τα 112.000 στην Βόρεια Αμερική και όσα περισσεύουν κυρίως στην Κορέα. Η οικονομική επιτροπή προβλέπει πως ο αριθμός των ρομπότ στην Ευρώπη θα αυξηθεί δραματικά μέχρι το 2007 -περίπου 76.000. Οι μηχανολόγοι κατασκευάζουν συνεχώς πιο έξυπνα και πιο γρήγορα ρομπότ ενώ οι αυτοκινητοβιομηχανίες προχωρούν συνεχώς στην μείωση των εξόδων τους με την περικοπή θέσεων εργασίας.

f10_resizeROBOCAD. To Dingolfing είναι μια αρκετά μεγάλη πόλη περίπου 100 χιλιόμετρα ανατολικά από το Μόναχο, στην Γερμανία. Εκεί βρίσκεται μια από τις σημαντικότερες μονάδες παραγωγής του BMW Group με έμψυχο δυναμικό 21.000 άτομα. Η ημερήσια παραγωγή κυμαίνεται στις 1.300 μονάδες δηλαδή 280.000 αυτοκίνητα το χρόνο, όσο περίπου είναι οι ετήσιες ταξινομήσεις το τελευταίο διάστημα στην χώρα μας. Στο εργοστάσιο υπάρχουν 12 γραμμές αυτοματοποιημένες γραμμές παραγωγής μήκους 90 μέτρων εκάστη όπου η καθεμία παράγει 13 τεμάχια το λεπτό.

Οι κινήσεις των 250 ρομπότ που πραγματοποιούν περίπου 6.000 συγκολλήσεις στο εργοστάσιο Dingolfing ελέγχονται συνεχώς από αισθητήρες που βρίσκονται τοποθετημένοι γύρω ώστε να διορθώνεται η λειτουργία τους. Η κάθε συγκόλληση πραγματοποιείται με την τεχνολογία λέιζερ ενώ το εντυπωσιακό είναι πως αν χρειαστεί η γραμμή παραγωγής να «ράψει» ένα πλαίσιο διαφορετικών διαστάσεων χρειάζονται μόλις δύο ώρες επαναπρογραμματισμού. Μετά την φάση της διαμόρφωσης του μετάλλου, της συγκόλλησης των πλαισίων και της βαφής, κάπου εδώ η κυριαρχία των ρομπότ σταματά και εμπλέκεται το εργατικό χέρι.

Ένας εργάτης μπορεί να πραγματοποιήσει παραπάνω από 20 αξονικές κινήσεις (π.χ. στην φάση συναρμολόγησης) σε σχέση με ένα βιομηχανικό ρομπότ το οποίο μπορεί να εκτελέσει το πολύ επτά αντίστοιχες. Αξίζει να σημειωθεί πως πριν από μερικά χρόνια η μονάδα της Renault στην Palencia της Ισπανίας -όπου κατασκευάζονται τα πλαίσια του Megane- εξοπλίστηκε με 363 σύγχρονα ρομπότ. Δύο μήνες μετά την εγκατάσταση τους τα εξυπνότερα ρομπότ και η σωστή οργάνωση τους αύξησαν την ημερήσια παραγωγικότητα από τις 150 στις 1.000 μονάδες δηλαδή σχεδόν 42 αυτοκίνητα την ώρα.

Δημοσιευμένο στο περιοδικό RAM (Τεύχος Σεπτεμβριου 2004)

Ετικέτες

Nίκος Ι. Mαρινόπουλος

Πρόκειται για τον δημιουργό και συντονιστή του καρότου με τις περισσότερες τεχνολογικές βιταμίνες σε όλον τον κόσμο!

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close