Wstęp

Przedsiębiorstwa, które w XXI wieku chcą uzyskać przewagę konkurencyjną, muszą sprawić, by podejmowane przez nie działania były możliwie interdyscyplinarne. Korzystanie z kilku źródeł pomysłów, innowacji oraz sprawdzonych rozwiązań umożliwia skuteczne podnoszenie wewnętrznej efektywności i sprawności funkcjonowania konkretnych podmiotów. Problemem, który często pojawia się podczas łączenia różnych zagadnień w celu uzyskania efektu synergii, jest brak opisanego stanu wiedzy. Nie inaczej jest w przypadku nowoczesnych rozwiązań technologicznych stosowanych w prefabrykacji. Niniejsza książka łączy wiedzę, doświadczenie i dobre praktyki z trzech obszarów tematycznych: prefabrykacji, automatyzacji i BIM (ang. Building Information Modeling) (rys. 1.1).

Dopiero połączenie wyżej wymienionych zagadnień daje możliwość wprowadzenia procesu prefabrykacji w czwartą rewolucję przemysłową. Dzięki temu zalety prefabrykacji opisane w [1]:

- szybkość wznoszenia obiektów z prefabrykatów (przewaga montażu nad robotami "mokrymi" na budowie),

- możliwość optymalizacji jakości i zapotrzebowania materiałowego, jak również energochłonności wytwarzania w warunkach powtarzalnej, certyfikowanej produkcji fabrycznej wobec znacznie bardziej podatnych na wpływ czynników losowych technologii monolitycznych,

- zdecydowany wzrost poziomu uniezależnienia prowadzenia robót od warunków pogodowych,

- wyeliminowanie najsłabszych stron tzw. starej prefabrykacji,

- nowoczesne, trwałe złącza, elastyczne systemy uwzględniające wysokie wymagania estetyczne,

- kształtowanie indywidualne bryły budynku o zróżnicowanym charakterze oraz programie funkcjonalnym

ulegają rozszerzeniu o następujące korzyści płynące z równoczesnego zastosowania BIM oraz automatyzacji produkcji:

- usprawnienie procesów optymalizacyjnych na etapie planowania lub projektowania przez zautomatyzowane analizowanie różnych wariantów technologicznych czy organizacyjnych,

- ograniczenie do absolutnego minimum strat materiałowych na etapie zarówno produkcji, jak i montażu elementów,

- zdecydowana poprawa jakości zarządzania przedsięwzięciem inwestycyjno-budowlanym (BIM kompleksowo wspiera takie zagadnienia jak chociażby harmonogramowanie czy kosztorysowanie, które często decydują o sukcesie lub porażce danego przedsięwzięcia),

- ograniczenie zaangażowania pracowników fizycznych w procesie kształtowania elementów w zakładzie prefabrykacyjnym, a tym samym uczynienie linii produkcyjnej bardziej niewrażliwą na braki kadrowe, wynikające chociażby z sytuacji losowych,

- przyspieszenie, przez automatyzację, procesów produkcyjnych na terenie fabryki, jak również usprawnienie procesów logistycznych, także w drodze między miejscem wytworzenia elementu a miejscem jego docelowego wbudowania,

- cyfrowe odwzorowanie elementów i kontrola wykonania,

- stała kontrola stanu technicznego maszyn.

Narzędzia informatyczne wspierają zarówno tradycyjne, jak i nowoczesne metody prefabrykacji w zakresie planowania, logistyki i produkcji. Usprawniają także projektowanie elementów prefabrykowanych, zarówno typowych, jak i skomplikowanych geometrycznie, unikatowych. Technologia BIM pozwala na wyeliminowanie uciążliwej i z reguły niedoskonałej wymiany dokumentacji projektowej o różnym stopniu aktualności, co często prowadzi do poprawek i konieczności wielokrotnego koordynowania projektu między branżami.

1Procesy produkcyjne w wytwórniach prefabrykatów

1.1. Definicja procesu produkcyjnego

Proces produkcyjny jest kompleksowym zespołem działań bezpośrednio i pośrednio produkcyjnych, składających się na przetwarzanie przedmiotów produkcji o cechach wejściowych (surowiec, półfabrykat) w przedmioty o cechach wyjścia (półfabrykat lub gotowy wyrób) [2], [3]. Przedmiotami wejściowymi są w tym przypadku surowce i półfabrykaty. Przedmioty wyjściowe stanowią gotowe wyroby [3].

1.2. Struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego

Struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego dzieli się na:

- poziomą,

- pionową.

Kryteria klasyfikacji poziomej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego obejmują [3]:

- zespoły działań: przygotowanie kruszyw, produkcję mieszanki betonowej, produkcję zbrojeń, formowanie prefabrykatu, wykańczanie i pielęgnację,

- grupy funkcyjne: zbrojenie elementu, układanie mieszanki betonowej, zagęszczenie mieszanki betonowej, fakturowanie i dojrzewanie prefabrykatu,

- rodzaje działań: wibrowanie, prasowanie, wirowanie, odpowietrzanie, utrząsanie,

- warianty działań: wibrowanie objętościowe, wibrowanie wgłębne, wibrowanie powierzchniowe, wibrowanie denne.

Na rys. 1.1 widoczne są kolejno od góry zespoły działań (np. formowanie prefabrykatu), grupy funkcyjne, rodzaje i warianty działań (np. wibrowanie denne).

Rys. 1.1. Pozioma struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego [3]

Pionowa struktura funkcjonalna procesów produkcyjnych obejmuje czynniki materialne, działania i procesy techniczne oraz zasady wiodące i porządkujące proces [3]. Na rys. 1.2 pokazano schemat ogólny pionowej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych [3], [4].

Funkcjonowanie procesu produkcyjnego opiera się nie tylko na doborze czynników materialnych i działań technicznych, lecz także na prawidłowym ich uporządkowaniu i powiązaniu zgodnie z trzema zasadami opartymi na: technologii, organizacji i optymalizacji ekonomicznej [5], [6].

Zasada technologiczna, będąca trzonem wymienionych, warunkuje możliwości zastosowania określonych zasad organizacyjnych oraz wpływa decydująco na jakość i efektywność procesu produkcyjnego [3]. Zasada ta obejmuje [3]:

- charakterystykę jakościową i ilościową wielkości wejściowych przedmiotu produkcji,

- charakterystykę jakościową i ilościową wielkości wyjściowych przedmiotu produkcji,

- kolejność wykonywania koniecznych działań technicznych przetwarzania uzupełnioną o szczegółową charakterystykę tych działań, w skład której wchodzą parametry oddziaływania środków technicznych, czynników fizycznych wraz z czasem oddziaływania.

Rys. 1.2. Schemat ogólny pionowej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych [3], [4]

Zasada organizacyjna odnosi się do porządkowania czynników materialnych oraz działań, jak również procesów technicznych w sensie przestrzennym i czasowym oraz w zakresie ilości, a także kolejności [5]. Właściwie funkcjonująca organizacja procesu produkcyjnego powinna zapewniać wysoki poziom zdolności produkcyjnej oraz niezawodności procesu przy maksymalnym wykorzystaniu środków technicznych i stałym poziomie nakładów finansowych.

Zasada optymalizacji ekonomicznej dotyczy wyboru odpowiedniego wariantu procesu produkcyjnego pod względem opłacalności ekonomicznej na podstawie kryteriów porównywalności wariantów [4].

1.3. Struktura organizacyjna procesu produkcyjnego

Struktura organizacyjna procesu produkcyjnego, analogiczne do struktury funkcjonalnej, dzieli się na:

- poziomą,

- pionową.

W strukturze poziomej wyróżnia się: procesy scalone, procesy częściowe i procesy elementarne [3].

Struktura pionowa, zgodnie z rys. 1.3, dzieli proces produkcyjny na: proces produkcji ubocznej, proces produkcji głównej i proces produkcji usługowej.

Rys. 1.3. Schemat pionowej struktury organizacyjnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych [3], [4]

Proces produkcji ubocznej w wytwórni jest doraźny, podejmowany w celu lepszego wykorzystania odpadów lub nadwyżek produkcyjnych [5], [7], [8]. Proces produkcji głównej to ten, dla którego została zorganizowana dana jednostka w strukturze organizacyjnej prefabrykatów budowlanych [3]. W wyniku procesu produkcji usługowej otrzymywane wyroby nie są przedmiotami zbytu, a jedynie stanowią niezbędne komponenty do poprawnego przebiegu procesów produkcji głównej i ubocznej. Wśród wyrobów produkcji usługowej wyróżnia się m.in. sprężone powietrze, parę, wodę, energię [3].

1.4. Struktura funkcjonalna wytwórni prefabrykatów

Wytwórnia prefabrykatów betonowych jest systemem produkcyjnym, który stanowi jeden z licznych podsystemów makrosystemu, jakim jest budownictwo [2]. Budownictwo jest natomiast integralnym składnikiem ogólnonarodowego systemu gospodarczego.

Struktura funkcjonalna wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmuje 6 grup podsystemów o odmiennym charakterze pełnionych funkcji, kolejno [5]:

- proces zarządzania,

- proces produkcyjny,

- proces obsługi,

- technologiczno-organizacyjne przygotowanie produkcji,

- sterowanie produkcją,

- gospodarkę zasobami.

Schemat ogólny struktury funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmujący zależności między kolejnymi podsystemami pokazano na rys. 1.4 [4], [5].

Rys. 1.4. Schemat ogólny struktury funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów [4], [5]

Wiodącą rolę w strukturze funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów budowlanych odgrywa podsystem procesu produkcyjnego. Przedmiotami wejściowymi są w tym przypadku surowce i półfabrykaty, natomiast przedmiotami wyjściowymi gotowe wyroby. Proces zarządzania służy do bieżącej analizy informacji, podejmowania decyzji, wydawania dyspozycji oraz nadzoru nad ich wykonaniem [3].

Wśród funkcji szczegółowych i zadań podsystemu obejmującego technologiczno-organizacyjne przygotowanie produkcji wyróżnia się m.in. [3], [4]:

- badania materiałowe,

- ustalanie receptur,

- opracowywania kart technologicznych przebiegu operacji,

- nadzór technologiczny i szkolenie załogi produkcyjnej,

- badania norm zużycia czynników produkcji,

- opracowanie ruchowej dokumentacji przebiegu procesu produkcyjnego,

- przeciwdziałanie zakłóceniom,

- przygotowanie narzędzi, aparatury, form, instalacji itp.

Wśród funkcji szczegółowych i zadań podsystemu obejmującego sterowania produkcją wyróżnia się [3], [4]:

- długoplanowe planowanie i korygowanie programu produkcyjnego,

- korygowanie procesu produkcyjnego w zakresie asortymentu wytwarzanych wyrobów poprzez analizę zapasów,

- kontrolę i rejestrację bieżącej produkcji, ewentualne zmiany w planie operatywnym,

- nadzór nad jakością na wszystkich etapach przetwarzania przedmiotu produkcji.

Funkcje szczegółowe i zadania dotyczące podsystemu procesów obsługi produkcji są następujące [3], [4]:

- zapewnienie przepływu i gromadzenia informacji o zmianach i stanach podsystemów procesu produkcyjnego,

- udoskonalanie procesu produkcyjnego w wytwórni,

- opracowywanie nowych lub zmodernizowanych rozwiązań materiałowych, produkcyjnych,

- sprawozdawczość,

- księgowość,

- rozliczenia,

- bilansowanie środków,

- kalkulacja kosztów i rachunkowość,

- zabezpieczanie potrzeb pracowniczych w zakresie odzieży i obuwia roboczego oraz spraw socjalnych,

- zabezpieczanie wytwórni na wypadek kradzieży i pożaru,

- prowadzenie magazynu ogólnego,

- obsługa prawna.

Funkcje szczegółowe i zadania dotyczące podsystemu procesów gospodarki zasobami obejmują m.in. [3], [4]:

- gospodarkę kadrową, w tym nabór kadr pracowniczych, obsadę poszczególnych stanowisk i sterowanie ruchem kadr,

- gospodarkę materiałową, polegającą na planowaniu, zamawianiu, transporcie magazynowaniu i rozliczanie materiałów,

- utrzymywanie w stałej i pełnej gotowości oraz sprawności technicznej maszyn, urządzeń, instalacji, narzędzi i budynków,

- zaopatrywanie systemu produkcyjnego w energię elektryczną, parę technologiczną, sprężone powietrze i wodę,

- zabezpieczanie wytwórni w zakresie usług transportu ogólnego oraz utrzymywanie środków transportowych,

- zapewnienie właściwego składowania, utylizacji odpadów,

- uzyskiwanie odpowiednich pozwoleń oraz wykonywanie koniecznych sprawozdań,

- akwizycję, ekspedycję i rozliczanie gotowych wyrobów.

1.5. Struktura organizacyjna wytwórni prefabrykatów

Struktura organizacyjna wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmuje cztery poziomy podsystemów.

Rys. 1.5. Schemat ogólny struktury organizacyjnej wytwórni prefabrykatów budowlanych [3], [4]

Najwyższy poziom złożoności reprezentuje wytwórnia prefabrykatów budowlanych, natomiast najniższy gniazda produkcyjne [24]. Szczegółowy schemat struktury wytwórni pokazano na rys. 1.5 [3], [4].