We współczesnym świecie i na zglobalizowanym rynku producenci muszą wykorzystać każdy sposób na zwiększenie produktywności, zmniejszenie kosztów, eliminację strat oraz poprawę jakości produktu. Opracowane w Japonii zasady szczupłej produkcji (Lean Manufacturing), gdy są poprawnie zaimplementowane, pomagają zrealizować wszystkie te cele. Jednym ze sposobów optymalizacji przepływu materiałów, ludzi i informacji zgodnie z tymi zasadami jest zapewnienie odpowiedniego poziomu automatyzacji.
N a najbardziej elementarnym poziomie szczupłe wytwarzanie to produkcja typu „pull”, napędzana bezpośrednio popytem ze strony klientów lub rynku. Produkcja zorganizowana według tych zasad optymalizuje kompleksowo przepływy w przedsiębiorstwie: materiałów, ludzi i informacji.
Aby realizować założenia szczupłej produkcji, firmy muszą być na bieżąco z nowymi technologiami. Dotyczy to również podejmowania decyzji o sposobie i czasie wprowadzenia automatyzacji. Określenie właściwego poziomu automatyzacji może rozszerzyć obszary wdrożenia zasad szczupłej produkcji w aplikacjach dotąd niebranych pod uwagę, oferując nowe możliwości zmniejszenia ilości marnowanego czasu, energii i wysiłku w wypadku poprawnej aplikacji.
Nowo powstające platformy produkcyjne wykorzystujące zdobycze mechatroniki, potężne, inteligentne i zintegrowane systemy sterowania, a nawet coraz popularniejsze technologie bezprzewodowe otwierają całkowicie nowe możliwości. Dodają one do tradycyjnych zalet automatyzacji, jakimi są precyzja i szybkość, elastyczność i zdolność do reagowania na zmieniający się popyt, pozwalając na wyeliminowanie nadmiernie odpadotwórczych procesów realizowanych w większości manualnie.
Identyfikacja odpadów w celu optymalizacji przepływu
Do praktycznego wdrożenia zasad szczupłej produkcji wymagane jest nieco więcej niż tylko połączenie kilku komórek produkcyjnych w kształcie litery „U” lub „L”. Jest to filozofia, która dzięki odpowiednim działaniom pozwala na redukcję ilości odpadów powstających w procesie produkcyjnym. To wskazówki w zakresie podejmowania decyzji, a do podjęcia poprawnych decyzji dotyczących eliminacji odpadów kluczowe jest zrobienie kroku w tył i analiza przepływu materiałów w procesie wytwórczym.
Optymalizacja przepływu materiałów ukierunkuje decyzje dotyczące możliwości ograniczenia odpadów. Aby wypracować pogląd na zakres automatyzacji, który będzie wymagany, należy wykonać krótką identyfikację siedmiu typów procesów generowania odpadów (najczęściej wskazywanych przez osoby korzystające z systemów odchudzonych):
→ nadprodukcja,
→ czas oczekiwania,
→ defekty i błędy,
→ nadmiarowe operacje przenoszenia,
→ nadmiarowe wyposażenie,
→ niewydajne procesy,
→ niewymagane operacje transportowe.
Powstawanie tych klasycznych typów odpadów może być codziennie obserwowane w wielu środowiskach produkcyjnych – wliczając te z dużym udziałem ręcznej produkcji. Dalsze analizy pozwalają na zidentyfikowanie dwóch kolejnych typów systematycznych odpadów i marnowanych zasobów, które szczupła produkcja może ograniczyć:
→ talent – może być konsekwencją kiepskiego bądź niedostatecznego przeszkolenia lub źle zaprojektowanego interfejsu operatora, który stwarza możliwość popełnienia błędu,
→ energia – wiele platform produkcyjnych nie jest w pełni zoptymalizowanych w zakresie energooszczędności. W firmie Bosch Rexroth sformułowano wewnętrzne systematyczne podejście Rexroth 4EE dotyczące wydajności energetycznej, które identyfikuje 4 zagadnienia – projekt systemu energetycznego, wydajne komponenty, energię „na żądanie” i odzyskiwanie energii – mogą one być wykorzystane do wyeliminowania strat energii w przemyśle produkcyjnym.
Bardzo skutecznym narzędziem wsparcia strategii szczupłej produkcji, które może pomóc dojść do istoty problemu strat w systemach produkcyjnych, jest mapa przepływu wartości. Warto zawsze opracować taką mapę i zidentyfikować straty na każdym odcinku systemu (proste wyszukiwanie w Internecie pomoże znaleźć wzory i dodatkowe środki dla mapy przepływu wartości). Jeśli jednak do stworzenia takiej mapy brakuje czasu i chęci, warto zapytać operatorów o odpadotwórcze procesy. Są oni blisko wykonywanych procesów, powinni więc wiedzieć, gdzie rozpocząć ich naprawę.
Mając takie informacje, można zacząć podejmować bardziej efektywne i inteligentne decyzje dotyczące eliminacji zidentyfikowanych strat, wliczając określenie odpowiedniego poziomu automatyzacji wymaganego w celu realizacji tego założenia.
Macierz systemu szczupłej produkcji
Strategia szczupłej produkcji dostarcza podbudowy dla wydajnej i konkurencyjnej produkcji przede wszystkim na podstawie zasady kompleksowego unikania odpadów i strat. Aby skutecznie wdrożyć tę strategię, firmy produkcyjne muszą zająć się wszystkimi stratami przez wdrożenie procesów – i wykorzystanie odpowiednich systemów – które pozwolą na:
→ zmniejszenie wyposażenia do minimum,
→ eliminację czasu przestoju,
→ zmniejszenie wymaganej powierzchni produkcyjnej,
→ uniknięcie błędów i niewydajnych procesów,
→ inteligentne monitorowanie i kontrolowanie produkcji,
→ uniknięcie nadprodukcji,
→ skrócenie tras transportowych.
Pomocnym podejściem w zakresie wyboru odpowiednich systemów produkcyjnych jest myślenie bazujące na wielkości produkcji i udziale produktów oraz przedstawienie tych czynników w macierzy. Jedna z macierzy, którą opracował Bosch Rexroth, przedstawia cztery ogólne typy najczęściej wykorzystywanych systemów produkcyjnych: systemy produkcji manualnej, modułowe systemy z pewnym stopniem automatyzacji, wolno stojące zautomatyzowane komórki produkcyjne i w pełni zautomatyzowane linie produkcyjne.
Ta użyteczna macierz decyzji może pomóc wybrać odpowiednie do realizacji strategii szczupłej produkcji technologie produkcyjne dzięki oszacowaniu przepływu w zakresie objętości produkcji i udziału produktów oraz zestawieniu tych czynników z różnymi typami rozwiązań produkcyjnych (rys. 1).
W zależności od sytuacji firmy na macierzy szczupłej produkcji, poziom wymaganej automatyzacji może zawierać się pomiędzy całkowitym brakiem automatyzacji (produkcja manualna) i w pełni zautomatyzowaną produkcją.
W najbardziej nieprzewidywalnych
środowiskach montażowych (małe wolumeny produkcji, duża różnorodność produktów) montaż ręczny jest zazwyczaj najrozsądniejszym wyborem – koszty inwestycji w wyposażenie zautomatyzowane mogłyby się nigdy nie zwrócić. W niektórych operacjach montażowych ręczna produkcja jest rozszerzana o automatyczną inteligencję: nowa generacja bezprzewodowych wkrętarek przeznaczonych do operacji montażowych ma zintegrowany sterownik, który tymczasowo przechowuje parametry każdej dokręconej nakrętki, a następnie przekazuje te dane za pomocą łączności WiFi do stacji odbiorczej i systemu zarządzania jakością. Dzięki automatycznemu pobieraniu danych zapewnia pełną kontrolę nad jakością ręcznej produkcji z wykorzystaniem elementów zintegrowanej inteligencji, jednocześnie eliminując konieczność manualnej kontroli poprodukcyjnej.
Skuteczne wykorzystanie nowej technologii
Aktualny poziom inteligencji i zaawansowania maszyn powoduje zmiany w sposobie określania optymalnego czasu wprowadzenia automatyzacji. Zautomatyzowane komórki produkcyjne, które często łączą wykwalifikowanego operatora z automatycznymi podajnikami i/lub wolno stojącymi modułami obsługi, pozwalają na stosunkowo duży wolumen produkcji.
Wykorzystanie systemów taśmowych w szczupłej produkcji jest często zbyt szybko odrzucane, głównie z powodu traktowania ich jako urządzeń przenoszących części z jednego miejsca na drugie. Aktualnie dostępne systemy taśmowe pozwalają na znacznie więcej i są kluczowe w minimalizacji strat w produkcji o średniej lub wysokiej objętości z niską różnorodnością. To prawda, że systemy te szybko przenoszą elementy pomiędzy kolejnymi etapami produkcji. Jednak w połączeniu ze zintegrowaną kontrolą położenia produktów, precyzyjnym przytrzymywaniem elementu i jego ergonomicznym umiejscowieniem skutecznie zaimplementowane systemy taśmowe są kluczowe w organizacji szczupłej fabryki przyszłości, w szczególności połączone z nowymi technologiami kontroli mobilnej.
W rzeczy samej, nowe sposoby identyfikacji, śledzenia i eliminacji odpadów stają się coraz bardziej zauważalne w sytuacjach, gdy świat automatyzacji spotyka świat nowoczesnej technologii informacyjnej. Systemy kontroli nadzorującej wciąż oczywiście pełnią swoją rolę, jednak równie ważny jest rozwój bardziej elastycznych standardów, które pozwolą na komunikację pomiędzy bardziej tradycyjnymi platformami PLC i zaawansowanymi platformami oraz językami programowania.
Nowy poziom komunikacji pozwoli zarówno na wykorzystanie nowoczesnych urządzeń (np. tabletów ze standardowym systemem operacyjnym), jak i połączenie wcześniej niezintegrowanych systemów. Ten ruch w kierunku „połączonego przemysłu” pozwala niepołączonym zautomatyzowanym komórkom – często używanym w pakowaniu, inspekcji i innych pomontażowych operacjach – na kontaktowanie się z systemami diagnostyki produkcyjnej oraz innymi aplikacjami kontrolnymi i monitorującymi. Tego typu mądrzejsze i szczupłe systemy produkcyjne uproszczą operacje dzięki szybszej komunikacji w czasie rzeczywistym. Jeśli w systemie pojawi się problem skutkujący przestojem lub inną formą strat, menedżer zostanie natychmiast poinformowany.
Jak pokazuje omawiana wcześniej macierz, wraz ze wzrostem wielkości produkcji automatyzacja może pomóc zwiększyć wydajność i jakość, w szczególności w przypadku wykorzystania nowoczesnych sterowników i energooszczędnych technologii – co zmniejszy odpady do minimum. Kiedy mamy do czynienia z długim czasem wytwarzania produktu i dużymi seriami produkcyjnymi, w pełni zautomatyzowany system można traktować jako szczupły dzięki pełnemu wykorzystaniu inwestycji w wyposażenie i wykwalifikowanych pracowników. Skutkuje to najbardziej wydajnym rozwiązaniem szczupłej produkcji z najmniejszą ilością odpadów.
Przewaga zasad Lean Manufacturing
W niedalekiej przeszłości jedną z decyzji, jakie musiały podjąć przedsiębiorstwa w celu zwiększenia produktywności i zmniejszenia kosztów, było przeniesienie operacji montażowych tam, gdzie praca fizyczna jest tańsza. Kalkulacja leżąca u podstaw tego rozumowania polega na tym, że taniej i łatwiej jest zwiększyć wolumen siły roboczej, niż inwestować w potencjalnie drogi miejscowy personel i wyposażenie. W tym rozumowaniu zachodzi jednak znacząca zmiana: przeniesienie produkcji bliżej klienta końcowego i rynków docelowych jest coraz częstszą praktyką w wielu gałęziach przemysłu. Częściowo jest to podyktowane świadomością, że istnieje dużo kosztów trudnych do określenia w sytuacjach przeniesienia produkcji, wliczając w to kontrolę jakości i możliwość szybkiej odpowiedzi na zmieniające się oczekiwania klientów.
Dodatkowo na wykresie kosztów, w zależności od czasu cyklu (rys. 2), przedstawiono porównanie kosztów pracy manualnej, systemu „pick & place” oraz systemu automatycznego. Wraz ze spadkiem czasu cyklu (np. wynikającym ze zwiększenia szybkości wytwarzania) transfer automatyczny zyskuje sens ekonomiczny – nawet w porównaniu z montażem ręcznym w krajach o taniej sile roboczej.
Warto pamiętać, że odległość transportu jest jednym z typów strat. Jest to powód, dla którego firmy dbające o przestrzeganie zasad Lean próbują wytwarzać produkty jak najbliżej odbiorców i wymagają tego samego od dostawców.
Podsumowanie
Filozofia Lean jest instrukcją przy podejmowaniu decyzji, a w celu podjęcia poprawnych decyzji dotyczących eliminacji strat kluczowe jest zrobienie kroku w tył i określenie przepływu materiałów w procesach produkcyjnych. Nowe sposoby identyfikacji, śledzenia i eliminacji odpadów oraz strat stają się coraz bardziej zauważalne w sytuacjach, gdy automatyzacja styka się z nowoczesną technologią informacyjną.
W zależności od sytuacji firmy na macierzy szczupłej produkcji wymagany poziom automatyzacji może się mieścić w zakresie od braku automatyzacji (produkcja ręczna) do w pełni zautomatyzowanej produkcji. Jest to dynamiczny zestaw rozważań, bez jednoznacznie poprawnej odpowiedzi.
Wybór odpowiedniego poziomu automatyzacji, który na bieżąco zmniejsza poziom strat w procesie, pozwala firmie na realizacji strategii szczupłej produkcji oraz, co ważniejsze, budowę przewagi na konkurencyjnym na rynku.
Autor: Kevin Gingerich jest odpowiedzialny za komunikację i marketing elektroniczny w Bosch Rexroth.
