Metoda TPM jako element poprawy ciągłości przepływu

MICHLOWICZ Edward 1 SMOLIŃSKA Katarzyna 2 Metoda TPM jako element poprawy ciągłości przepływu WSTĘP Większość nowoczesnych przedsiębiorstw wprowadza do zarządzania zasady znane jako chude, wyszczuplone lean [8]. Aktualnie istnieje bardzo wiele metod i narzędzi umoŝliwiających poprawę efektywności prowadzonej działalności [4]. Warto jednak zwrócić uwagę, Ŝe proponowane narzędzia tzw. lean toolbox [1] mają z reguły określone zastosowania (np. SMED warto wdraŝać tam, gdzie produkcja jest wieloasortymentowa, a przezbrojenia maszyn lub linii produkcyjnych są częste, np. kilka razy w ciągu zmiany). ZróŜnicowanie systemów produkcyjnych sprawia, Ŝe kaŝdy system poprawy efektywności wymaga powaŝnych analiz. Jednym z waŝniejszych zadań stawianych tym systemom jest zapewnienie ciągłości przepływu materiałów w procesach wytwarzania [2]. Jednym z narzędzi szczupłego, odchudzonego (lean) zarządzania procesami w przedsiębiorstwie jest metoda Total Productive Maintenance W literaturze polskiej nazwa metody TPM jest róŝnie tłumaczona, np. Totalne Produktywne Utrzymanie Ruchu Maszyn, Totalne Utrzymanie Maszyn, Kompleksowe Utrzymywanie Sprawności Maszyn. Podstawowym celem TPM jest dąŝenie do zachowania ciągłości pracy urządzeń i maszyn [7] realizujących określone zadania, co jednocześnie oznacza poprawę ich efektywności działania. Metoda bazuje na wykorzystaniu zasobów ludzkich do analizowania przyczyn marnotrawstw i strat (muda) powstających w procesach, a ponadto wymaga systemowego rozwiązywania problemów będących przyczyną przestojów maszyn i urządzeń [3]. Analizę strat nieprodukcyjnych przeprowadza się najczęściej w wybranych siedmiu obszarach powstawania marnotrawstwa (7 Muda). Są to najczęściej: 1. Nadprodukcja (overproduction) - wytwarzanie produktów bez zamówienia klienta. 2. Czekanie (waiting) - bezczynne oczekiwanie ludzi i maszyn na opóźnione dostawy. 3. Transport (transportation) - niepotrzebny transport materiałów. 4. Nadmiernie rozbudowany proces (overprocessing) - zbyt duŝe czasy wykonania operacji procesu przepływu materiałów. 5. Nadmierne zapasy (inventory) - zapasy materiałowe większe niŝ absolutne minimum. 6. Zbędne ruchy (motion) - bezproduktywne przemieszczanie (np. ludzi). 7. Brak jakości (rework) wytwarzanie dóbr wymagających naprawy czy korekty. DuŜa skuteczność metody spowodowała, Ŝe współcześnie jest ona z powodzeniem wdraŝana w nieprodukcyjnych sferach przedsiębiorstwa jako Total Productive Management (Totalna, Kompleksowa Produktywność Przedsiębiorstwa). 1. ISTOTA METODY TPM Podstawowymi celami wdraŝania metody TPM są: zmniejszenie liczby awarii urządzeń, przyspieszenie czasu naprawy urządzenia (linii), eliminacja mikroprzestojów, ograniczanie strat. Metoda TPM opiera się na ośmiu filarach. W literaturze przedmiotu filary te są róŝnie interpretowane. PoniŜej przedstawiono dwa najczęściej stosowane opisy 8 filarów. 1 AGH w Krakowie, Wydział InŜynierii Mechanicznej i Robotyki; 30-059 Kraków; al. Mickiewicza 30; Tel.: 48 12 617 30 50; michlowi@agh.edu.pl 2 AGH w Krakowie, Wydział InŜynierii Mechanicznej i Robotyki; 30-059 Kraków; al. Mickiewicza 30; Tel.: 48 12 617 30 50; usmol@agh.edu.pl 4330

Opis 1: Filar 1 Autonomiczne utrzymanie ruchu. Filar 2 Ukierunkowane doskonalenie. Filar 3 Doskonalenie utrzymania specjalistycznego. Filar 4 Projektowanie i rozruch nowych urządzeń. Filar 5 Utrzymanie dla jakości. Filar 6 TPM w biurach. Filar 7 Bezpieczeństwo i ochrona środowiska. Filar 8 Szkolenie. Opis 2 przedstawiono w tabeli 1. Tab. 1. Opis filarów TPM L.p. Filar Działanie 1 Eliminacja strat związanych ze sprzętem i procesami. Określone działania doskonalące skierowane na zmniejszenie strat. Autonomiczne utrzymanie ruchu ZaangaŜowanie operatorów w czyszczenie, 2 smarowanie, kontrolę i konserwację sprzętu oraz zdobywanie wiedzy o obsługiwanych maszynach. 3 Planowane utrzymanie ruchu. Profilaktyczne i proaktywne sposoby konserwowania maszyn, a takŝe planowane sposoby reagowania, umoŝliwiające szybkie rozwiązywanie problemów. 4 Doskonalenie jakości Działania podnoszenia jakości produktów przez utrzymywanie optymalnych warunków operacyjnych. 5 Zarządzanie parkiem maszynowym. Metody słuŝące skróceniu czasu uruchomienia nowego sprzętu i wytwarzania na nim pełnowartościowych produktów. 6 Bezpieczeństwo. Szkolenie z zakresu bezpieczeństwa; kontrola bezpieczeństwa, stosowanie elementów zarządzania wizualnego oraz urządzeń 7 Planowanie inwestycji sprzętowych i działań profilaktycznych. pozwalających eliminować błędy. Decyzje dotyczące planowania i zakupu na podstawie kosztów operacji i utrzymania sprzętu w całym okresie jego eksploatacji. 8 Szkolenia i rozwój. Program rozwoju umiejętności i wiedzy pracowników, wspierający wdroŝenie TPM. TPM identyfikuje 6 głównych strat produkcyjnych Six Big Losses (w trzech podgrupach rysunek 1.): Straty czasu (dostępność): 1. Straty z powodu awarii. 2. Straty na przezbrojenia i regulacje. Straty wydajności (wydajność): 3. Straty na czasy martwe i mikroprzestoje. 4. Straty z powodu zmniejszenia prędkości procesu. Straty wskutek uszkodzeń (jakość): 5. Straty wskutek wystąpienia braków i poprawek. 6. Straty na rozruch. 4331

Rys. 1. Straty identyfikowane przez TPM Krótki opis sześciu głównych kategorii strat produkcyjnych zamieszczono poniŝej. 1. Awarie wystąpienie w maszynie usterki wymagającej podjęcia czynności naprawczych. Awarie moŝna podzielić na sporadyczne, czyli takie, które następują bez uprzedzenia i nie da się ich przewidzieć, ale jednocześnie występują stosunkowo rzadko, i cykliczne, lub inaczej chroniczne, czyli powtarzające się cyklicznie na danej maszynie (lub w grupie podobnych maszyn). W przypadku tych drugich konieczne jest odszukanie i eliminacja źródła ich powstawania. Inaczej powstają straty czasu, wytworzonych przez uszkodzoną maszynę braków, opóźnienia w realizacji zamówień i koszty związane z częściami zamiennymi. 2. Przezbrojenia i regulacja- oprócz straty czasu wiąŝe się z nimi takŝe strata materiału w postaci braków wytwarzanych w trakcie ustalania parametrów po przezbrojeniu. Rozwiązaniem jest zastosowanie metody SMED (Single Minute Exchange of Die), zakładającej moŝliwość skrócenia wszystkich przezbrojeń do czasu poniŝej 10 minut. 3. Mikroprzestoje i bieg jałowy na straty te składają się sytuacje, w których maszyna nie pracuje (nie spełnia swojej funkcji, choć nie musi to oznaczać zatrzymania maszyny) i przyczyną tego stanu nie jest awaria. Są to sytuacje spowodowane np. brakiem surowca czy blokadą. Przerwy te są często bardzo trudne do określenia, ale jednocześnie mogą stanowić duŝy procent niewykorzystanego planowanego czasu pracy. 4. Nieprawidłowa prędkość operacji obejmuje zarówno zmniejszenie prędkości pracy maszyny np. ze względu na usterkę, jak i praca ze zbyt duŝą prędkością, co moŝe skutkować obniŝeniem jakości wyrobów czy teŝ szybszym zuŝyciem maszyny. Źródłem problemu często jest w tym przypadku nieznajomość optymalnej prędkości pracy. 5. Wybraki są to straty związane z wytwarzaniem produktów o jakości nie spełniającej wymogów klienta. Kosztuje to czas wykorzystany na wytworzenie wadliwych wyrobów, ich ewentualną naprawę, oraz straty materiału. Rozwiązaniem moŝe być ukierunkowanie kontroli jakości na identyfikację i eliminację przyczyny powstawania braków, zamiast na samo ich wykrywanie. 6. Rozruch produkcji straty te mierzone są w materiale i czasie od chwili rozpoczęcia przygotowań do rozpoczęcia produkcji, do chwili ustabilizowania się procesów. 2. MIERNIKI EFEKTYWNOŚCI Metoda TPM proponuje konkretne narzędzia do pomiaru efektywności wprowadzonych działań. Jednym z załoŝeń metody jest stawianie konkretnych celów, na przykład w postaci liczbowych wartości głównych wskaźników pomiaru efektywności jej wprowadzenia, wyznaczanych dla określonego przedziału czasu. PoniŜej wymieniono 6 warunków sprawdzanych dla konkretnych maszyn i urządzeń, które muszą być spełnione, aby wykonywany na tym stanowisku proces mógł być uznany za efektywny. 1. Niezawodność. Rozumie się ją jako zdolność maszyny lub urządzenia do wykonywania postawionych zadań w danym okresie czasu, w określonych warunkach. Opisuje się ją przy 4332

wykorzystaniu wskaźnika MTTF (Mean Time to Failure), który określa średni czas urządzenia, maszyny lub elementu (np. łoŝyska) do momentu nastąpienia usterki, przy czym zakłada się, Ŝe usterka ta nie moŝe zostać naprawiona (jest to główna róŝnica pomiędzy MTTF a opisanym w dalszej części artykułu MTBF). Do opisu niezawodności moŝna takŝe uŝyć średniej liczby awarii danego urządzenia w określonym przedziale czasu. 2. Łatwość utrzymania. Jest to cecha obiektu określająca jak łatwo jest dane urządzenie utrzymać, lub przywrócić do stanu, w którym jest ono zdolne wypełniać swoje funkcje. Wskaźnikiem uŝywanym do jej opisu ilościowego jest MRT (Mean Repaire Time), określający średnią długość naprawy (lub konserwacji) urządzenia lub maszyny przy załoŝeniu, Ŝe czynności te wykonywane są przy uŝyciu odpowiednich zasobów, zgodnie z zaleceniami producenta. 3. Dostępność. MoŜe być rozumiana jako stopień wykorzystania planowanego czasu. Traktując ją jako miernik efektywności łatwiej jest jednak przyjąć, Ŝe jest to skłonność urządzenia do pozostawania w stanie, w którym moŝe wykonywać załoŝone działania dla określonych warunków, w określonym czasie. NaleŜy przyjąć załoŝenie, Ŝe wszystkie niezbędne zasoby zewnętrzne są dostępne. Oznacza to, Ŝe na dostępność maszyny nie mają wpływu sytuacje, w których znajduje się ona np. w stanie postoju wymuszonego. 4. Zdolność wsparcia. Opisuje ją wskaźnik MLD (Mean Logistic Delay), określający czas od wystąpienia awarii do momentu rozpoczęcia naprawy. Wliczyć moŝna do niego m.in. czas oczekiwania na informacje, czas dojazdu, czas oczekiwania na dostępność maszyny, zasoby niezbędne do dokonania naprawy i.t.d. Inaczej zdolność wsparcia moŝna więc określić jako zdolność odpowiedniej jednostki do wykonania odpowiednich czynności naprawczych. 5. Dostępność operacyjna. MoŜna ją opisać jako czas wykorzystany bezpośrednio na wykonanie operacji. 6. MTTM (Mean Time to Maintenance).Wskaźnik ten opisuje średni czas jaki upływa pomiędzy naprawami i zabiegami konserwacyjnymi wykonywanymi na konkretnej maszynie i określany jest dla konkretnego przedziału czasu. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe rany jest pod uwagę tylko czas, kiedy maszyna nie pracuje. Do określenia wszystkich wymienionych wyŝej wskaźników konieczna jest długotrwała obserwacja poszczególnych stanowisk pracy oraz konsekwentne zbieranie danych dotyczących m.in. czasów przestojów, czasów poświęconych na przywrócenie sprawności urządzeń czy ilości wyprodukowanych braków. Opisują one jednak jedynie efektywność procesów przeprowadzanych na konkretnych maszynach czy urządzeniach. Oprócz tego, TPM daje narzędzia do określenia efektywności wdraŝania samego systemu. W metodzie TPM wykorzystuje się najczęściej trzy wskaźniki: MTTR, MTBF i najbardziej charakterystyczny - OEE. Pierwsze dwa z nich związane są wyłącznie z problemami technicznymi badanej linii produkcyjnej. MTTR (Mean Time to Repair) czyli średni czas naprawy, to wskaźnik oznaczający średni czas potrzebny do dokonania naprawy urządzenia (urządzeń linii): czasów trwania napraw MTTR = liczba napraw (1) MTBF (Mean Time Between Failures) czyli średni czas pomiędzy awariami, to wskaźnik oznaczający średni czas dzielący wystąpienie dwóch awarii lub mikroprzestojów: czasów trwania poprawnej pracy MTBF = liczba zdarzeń poprawnej pracy (2) Natomiast podstawowym miernikiem efektów wprowadzania TPM jest wskaźnik OEE (Overall Equipment Effectiveness), czyli Całkowita Efektywność WyposaŜenia albo Globalny (całkowity) 4333

Wskaźnik Efektywności WyposaŜenia (urządzeń). Wskaźnik ten ukazuje jakim procentem teoretycznie moŝliwej do uzyskania efektywności charakteryzuje się badane urządzenie lub linia produkcyjna. Wskaźnik OEE obliczany jest najczęściej za pomocą prostej formuły: wskaźnik OEE = dostępność wydajność jakość 100 [%] OEE = A P Q 100 [%] A dostępność (Availability): dyspozycyjność praktyczna, współczynnik dostępności; P wydajność (Performance): skuteczność osiągów, współczynnik wydajności; Q jakość (Quality): współczynnik, miara jakości. (3) Dostępność: Wydajność: Jakość: A2 czas pracy ( czas operacyjny netto planowane postoje ) A = = A 1 czas operacyjny netto ( czas dysponowany ) Q2 Q = = Q 1 P2 P = = P 1 produkcja rzeczywista produkcja docelowa produkcja dobra ( liczba sztuk dobrych ) rzeczywista produkcja (4) (5) (6) Specyfiką wskaźnika OEE jest to, Ŝe niski poziom jednego z czynników powoduje znaczne obniŝenie ostatecznej wartości OEE. Na rysunku 2 przedstawiono schematycznie składniki umoŝliwiające praktyczne wyznaczenie wskaźnika oceny efektywności (sprawności) maszyny lub linii wykorzystywanej do realizacji określonego procesu. Rys. 2. Składniki wskaźnika OEE (opracowanie własne wg [7]) Analiza strat jest początkiem całego procesu wprowadzania modyfikacji. Na jej podstawie rozpoznawany jest problem i oceniany wpływ poszczególnych czynników (A, P, Q) na 4334

funkcjonowanie obiektu badań. Na podstawie danych o stratach wyznacza się priorytety w działaniu i ustala plan działań naprawczych. 3. EGZEMPLIFIKACJA Badanym obiektem była Walcownia Zimna Blach, a dokładnie dwa procesy związane z wytwarzaniem cienkich blach (tzw. karoseryjnych): proces wytrawiania i walcowania blach. Na rysunku 3 przedstawiono schematycznie badane podsystemy. Rys. 3. Schemat podsystemów wytrawiania i walcowania Szczegółowe informacje o parametrach materiałów wsadowych (kręgów blach) oraz charakterystyki urządzeń i procesów wytrawiania oraz walcowania blach moŝna uzyskać w pracach [5] i [6]. Wyniki badań procesu wytrawiania i walcowania kręgów blach (za okres sześciu miesięcy) przedstawiono poniŝej. Proces wytrawiania (agregat ciągłego wytrawiania CPA): A2 A1 2980 h 3679 h A - dostępność: A = = = 0, 81 A 1 czas operacyjny netto dla 6 miesięcy pracy agregatu ciągłego wytrawiania, A 2 rzeczywisty czas pracy agregatu. P2 P1 383 616 Mg 425 000 Mg P - wydajność: P = = = 0, 90 P 1 produkcja zaplanowana na 6 miesięcy, P 2 rzeczywista produkcja procesu wytrawiania kręgów blach. Q2 379 779 Mg Q - jakość: Q = = = 0, 99 Q1 383 616 Mg Q 1 rzeczywista produkcja blach wytrawionych w ciągu 6 miesięcy, 4335

Q 2 produkcja jakościowa dobra. Wskaźnik efektywności OEE procesu wytrawiania: OEE CPA = A x P x Q = 72,2 % Proces walcowania (walcarka czteroklatkowa): A2 2279 h A - dostępność: A = = = 0, 66 A 1 3438 h A 1 czas operacyjny netto dla 6 miesięcy pracy walcarki tandem - czteroklatkowej, A 2 rzeczywisty czas pracy walcarki. P2 P1 332 394 Mg 410 000 Mg P - wydajność: P = = = 0, 81 P 1 produkcja blach zimnowalcowanych zaplanowana na 6 miesięcy, P 2 rzeczywista produkcja uzyskana w procesie walcowania blach. Q2 Q1 332 010 Mg 332 394 Mg Q - jakość: Q = = = 0, 99 Q 1 rzeczywista produkcja blach zimnowalcowanych w ciągu 6 miesięcy, Q 2 produkcja blach jakościowa dobrych. Wskaźnik efektywności OEE procesu walcowania: OEE FHM = A x P x Q = 52,9 % Wskaźnik OEE uzyskany dla procesu i agregatu wytrawiania wynosi OEE CPA = 72,2 %, a zatem jest na dobrym, światowym poziomie. Natomiast wskaźnik dla procesu walcowania na walcarce czteroklatkowej osiąga wartość OEE FHM = 52,9 %, co świadczy o niskim poziomie sprawności. WNIOSKI Wartość współczynnika OEE jest ściśle uzaleŝniona od działania danej linii produkcyjnej, ale jego wartość zaleŝy od metod obliczeniowych i sposobu pozyskiwania danych. Dlatego wskaźnik OEE naleŝy traktować jako wskaźnik wewnętrzny, pozwalający oszacować poprawę lub pogorszenie sytuacji w porównaniu do sytuacji z innego okresu czasu na tej samej linii produkcyjnej. W przypadku procesu wytrawiania i walcowania w celu poprawienia współczynnika OEE w pierwszej kolejności naleŝałoby szukać poprawy we wskaźniku dostępności gdyŝ ma on małą wartość dla wytrawiania A = 0,81, a dla walcowania A = 0,66. Poprawienie wartości tego wskaźnika moŝemy uzyskać poprzez analizę przyczyn występowania nieplanowanych postojów, a następnie przez ich stopniowe eliminowanie. Głównymi przyczynami występowania nieplanowanych postojów procesu walcowania oprócz trudnych do przewidzenia awarii jest nieodpowiednie planowanie produkcji procesu poprzedzającego, tzn. wytrawiania i tutaj naleŝałoby szukać poprawy, gdyŝ oba te procesy są ściśle ze sobą związane. Światowe badania wskazują, Ŝe średni współczynnik OEE w zakładach produkcyjnych wynosi ok. 60%. Wyniki na światowym poziomie to 85% i więcej, zatem w omawianej walcowni, dla której wskaźniki efektywności wynoszą odpowiednio: 72,2 % i 52,9 %, istnieje znaczna moŝliwość poprawy efektywności procesów wytrawiania i walcowania. Streszczenie Potrzebną do prawidłowego funkcjonowania systemów produkcyjnych ciągłość przepływu materiałów moŝna uzyskać róŝnymi sposobami i metodami sterowania. Od strony infrastruktury technicznej waŝnym zadaniem jest zapewnienie duŝej bezawaryjności maszyn, urządzeń i całych linii produkcyjnych. Cele te moŝna 4336

zrealizować poprzez stosowanie Total Productive Maintenace TPM. W opracowaniu przedstawiono analizę TPM dla procesów wytrawiania i walcowania w Walcowni Zimnej Blach jednej z hut stali. TPM method as an element of flow continuity mprovement Abstract The continuity of the flow of materials needed for correct operation of manufacturing systems can be achieved using different means and control methods. As far as the technical infrastructure is concerned, ensuring high reliability of machines, devices and whole manufacturing lines is an important task. These objectives can be achieved through the use of Total Productive Maintenance (TPM). Article present TPM analysis for pickling and rolling processes in tins Cold Rolling Mill in one of steelworks. BIBLIOGRAFIA 1. Bicheno J., Hollweg M., The Lean toolbox: The essential guide to Lean transformation. Picsie Books, Johannesburg 2008. 2. Harris R., Harris Ch., Wilson E., Doskonalenie przepływu materiałów. Wrocławskie Centrum Transferu Technologii, Wrocław 2005. 3. Kornicki L., Kubik Sz.(red.), OEE dla operatorów. Całkowita efektywność wyposaŝenia. Wydawnictwo ProdPress.com, Wrocław 2009. 4. Michlowicz E., Mapping as an important element of production logistics in small companies. [w]: Production systems Selected Issues Theory and Practice. Publishing House of Poznan University of Technology. Poznan 2011, s. 113-132. 5. Michlowicz E.: The analysis of materials flow in cold rolling mill. Congress proceedings CLC 2012 Carpathian Logistics Congress; TANGER Ltd. Jesenik, 2013 s. 79-86. 6. Michlowicz E.: TPM method in the analysis of flow in the cold rolling mill. Conference proceedings 22nd International Conference on Metallurgy and Materials METAL 2013; TANGER Ltd. Brno, 2013, s. 44-49. 7. Rother M., Harris R., Tworzenie ciągłego przepływu. Wydawnictwo Lean Enterprise Institute Polska, Wrocław 2007. 8. Womack J.P., Jones D.T., Lean Thinking - szczupłe myślenie. Wydawnictwo ProdPress.com, Wrocław 2009. 4337