Przemysław Chabowski 1, Paulina Rewers 2 Politechnika Poznańska Wpływ przezbrojeń na elastyczność produkcji Wprowadzenie Koncepcja szczupłego wytwarzania (ang. Lean Manufacturing), stała się bardzo popularnym rozwiązaniem wśród przedsiębiorstw pragnących skutecznie konkurować o klienta. Usprawnienia działalności produkcyjnej pozwalają na zapewnienie warunków do rozwoju oraz stabilizacji pozycji na rynku. Celem efektywnego zarządzania procesami produkcyjnymi jest ograniczenie marnotrawstwa, poprzez odpowiednie zarządzanie od surowca po produkt końcowy. Dzięki stosowaniu Lean Manufacturing w przedsiębiorstwach, możliwe jest również osiągnięcie takich korzyści jak : zwiększenie jakości produktu, obniżenie zapasów magazynowych oraz racjonalne gospodarowanie zasobami. Lean Manufacturing wywodzi się z koncepcji systemu produkcyjnego Toyoty (ang. Toyota Production System). W skład popularnych narzędzi i technik stosowanych w ramach szczupłego wytwarzania zalicza się: dokładnie na czas (ang. Just in Time), 5S, SMED, Poka-Yoke, QRM (ang. Quick Response Manufacturing) oraz VSM (ang. Value Stream Mapping) [1]. Właściwe stosowanie koncepcji odchudzonej produkcji pozwala na zwiększenie elastyczności produkcji przedsiębiorstwa. Jako elastyczność produkcji rozumieć należy możliwość zaspokojenia zmiennego zapotrzebowania na wyroby gotowe. Oznacza to, że przedsiębiorstwo produkcyjne wykształciło system produkcyjny zdolny do wytwarzania różnego rodzaju asortymentu w różnych ilościach i możliwie najkrótszym czasie realizacji zleceń. Efekt ten przekłada się na krótkie czasy realizacji zleceń produkcyjnych (małe partie produkcyjne) oraz dużą rotację zamówień pozycji asortymentowych. Na skutek takiego działania w procesie wytwórczym zwiększa się liczba przezbrojeń maszyn produkcyjnych, działanie takie wpływa na niższe wartości wskaźnika OEE (ang. Overall Equipment Effectiveness), co oznacza niższy stopień wykorzystania czasu dostępnego dla maszyn ze względu na czas trwania przezbrojeń. Racjonalnym zatem jest podjęcie działań ukierunkowanych na jego możliwie największą eliminację. Metodą pozwalającą na skrócenie do pojedynczych minut czasu przezbrojeń jest SMED (ang. Single Minute Exchange of Die). Twórcą tej metody był Shingeo Singo, który propagował ideę szybkich przezbrojeń od 1950 roku. Wyodrębnił on cztery składowe poprawy procesu przezbrajania maszyn: analiza stanu obecnego danego stanowiska produkcyjnego, rozdzielenie operacji przezbrojenia na wewnętrzne i zewnętrzne, przekształcenie operacji wewnętrznych w zewnętrzne, usprawnienie wszystkich aspektów przezbrojenia [2, 3]. Działaniem przynoszącym największy efekt w minimalizacji czasu przezbrojenia jest przekształcenie czynności wewnętrznych w zewnętrzne. Czynności wewnętrzne, to te, których wykonanie odbywa się podczas postoju maszyny. Zewnętrzne, to czynności, które wykonywane są przed i po postoju maszyny. Im więcej czynności uda się przenieść poza postój związany z przezbrojeniem, tym więcej czasu można przeznaczyć na produkcję. Działanie takie pozwala na zwiększenie dostępności zasobu dla którego stosuje się SMED, co przekłada się na wzrost wskaźnika OEE oraz elastyczności procesu technologicznego [3, 4]. 1 Przemysław, Chabowski, Politechnika Poznańska, Katedra Zarządzania i Inżynierii Produkcji, Poznań, Polska, przemyslaw.chabowski@doctorate.put.poznan.pl 2 Paulina, Rewers, Politechnika Poznańska, Katedra Zarządzania i Inżynierii Produkcji, Poznań, Polska, paulina.h.rewers@doctorate.put.poznan.pl 8736
Jako miarę elastyczności produkcji stosuje się wskaźnik EPEI (ang. Every Part Every Interval), który obrazuje częstość wytwarzania w ramach ustalonego harmonogramu w określonym przedziale czasowym [5]. Analiza elastyczności produkcji przed wdrożeniem koncepcji przezbrojeń kilkuminutowych Analizie poddano obszar produkcji zajmujący się wytwarzaniem płyt kompozytowych na bazie drewna, w skład którego wchodzą dwie linie produkcyjne. Każda linie obsługiwana jest przez dwóch pracowników, którzy odpowiedzialni są również za przezbrojenie przydzielonej im linii. Poniższa grafika (rys.1) przedstawia schemat obu analizowanych stanowisk. Załadunek płyt Załadunek surowca Klejenie warstw kompozytu Pozycjonowanie płyt Prasowanie płyt Szlifowanie powierzchni płyt Rozkrój płyt Frezowanie wzdłużne Frezowanie poprzeczne Automatyczne paletowanie gotowych Ręczy odbiór wyrobu gotowego Ręczy odbiór wyrobu gotowego Załadunek surowca Załadunek płyt Klejenie warstw kompozytu Załadunek płyt zewnętrznych Pozycjonowanie płyt Prasowanie płyt Szlifowanie powierzchni płyt Rozkrój płyt Frezowanie wzdłużne Frezowanie poprzeczne Ręczy odbiór wyrobu gotowego Rys. 1. Schemat linii produkujących płyty kompozytowe. Źródło: Opracowanie własne. Analiza procesu przezbrojenia przed działaniami usprawniającymi wykazała pozwoliła wytypować najistotniejsze problemy związane z realizacją czynności przezbrojenia. Poniższa tabela (tabela 1) przedstawia zestawienie wytypowanych komplikacji. Kategoria Pracownik Organiazcja pracy Stanowisko Tabela 1. Przyczyny długiego czasu trwania przezbrojeń Brak szkolenia związanego z przezbrojeniem Brak motywacji do doskonalenia stanowiska pracy Brak świadomości kosztowej przezbrojenia Przyczyna komplikacji Brak przepływu informacji dotyczących czynności związanych z przezbrojeniami pomiędzy współpracownikami Brak podziału czynności przezbrojenia na wewnętrzne i zewnętrzne Brak informacji o czasie zmiany pozycji asortymentowej Brak odpowiedniego wyposażenia Brak pełnej automatyzacji linii produkcyjnej Duża odległość pomiędzy przezbrajaną linią a magazynem narzędziowym Brak ujednnolicenia sposobu mocowania frezów Analiza pozwoliła również na wytypowanie dwóch kategorii przezbrojeń, których czasy zostały następnie zmierzone. Pierwszą kategorią jest zmiana ustawień linii produkującej płyty kompozytowe (zmiana wymiarów obrabianej płyty oraz korekta ustawień uchwytów obróbkowych), drugą z kolei jest wymiana frezów oraz korekta ustawień uchwytów mocujących płyty. Czasy dotyczące długości trwania czynności związanych z przezbrojeniami zebrano poprzez obserwacje oraz nagrania kamerą. Zebrane w ten sposób 8737
dane posłużyły analizie procesu przezbrojenia, wytypowaniu najdłuższych czynności oraz dokonaniu podziału na czynności wewnętrzne oraz zewnętrzne. Poniższa tabela (tabela 2) przedstawia analizę czasów przezbrojenia dla jednej z linii produkujących płyty kompozytowe. Tabela 2. Analiza czasów trwania czynności związanych z przebrojeniem Przezbrojenie linii 1 Lp. Opis czynności związanej z przezbrojeniem: Czas trwania [mm:ss]: Liczba pracowników: Czynność wewnętrzna/zewnętrzna: 1 Demontaż frezów 20:00 1 W 2 Korekta ustawień bazowania 17:00 2 W 3 Korekta ustawień frezarek 07:30 2 W 4 Dojazd materiału 07:20 1 W 5 Montaż frezów 06:58 1 W 6 Pomiary kontrolne płyt 06:32 1 Z 7 Demontaż osłon frezów 06:00 1 W 8 Załozenie osłon frezów 05:30 1 W 9 Przenoszenie narzedzi miedzy frezarkami 02:00 2 Z 10 Zatrzymanie linii 02:00 1 W 11 Uruchomienie instalacji dozowania kleju 02:00 1 W 12 Korekta ustawień podajnika płyt pierwszego stanowiska 01:50 1 W 13 Przejazd pierwszych plyt przez linię 01:32 2 W 14 Odpięcie węży 01:30 1 W 15 Korekta ustawień bazowania piły 01:30 1 W 16 Uruchomienie dyszy z klejem i szkłem 01:30 2 W 17 Przyniesienie narzedzi na stanowisko 01:30 2 Z 18 Dostarczenie palety z nowym półfabrykatem 01:20 1 Z 19 Opuszczanie pił 01:20 1 W 20 Doniesienie frezów 02:00 1 Z 21 Ustawienie parametrów pracy szlifierki 01:00 2 W 22 Produkcja pierwszych plyt (próby) 00:50 1 W 23 Kontrola wymiarów po cięciu na piłach 00:50 2 Z 24 Ustawienie licznika płyt 00:50 1 W 25 Korekta ustawień podajnika przed szlifierką 00:40 1 W 26 Zmiana ustawień prędkości podajników płyt 00:35 1 W 27 Korekta ustawień dozownika kleju 00:35 1 W 28 Uruchomienie napędów 00:30 1 W W celu określenia czasu traconego na zmianę produkowanego asortymentu dokonano pomiarów długości wszystkich występujących przezbrojeń z podziałem na kategorie. Poniżesz tabele (tabela 3 i 4) przedstawiają czasy trwania wszystkich przezbrojeń w ciągu pojedynczego dnia roboczego. Czas pomiaru przezbrojeń: Tabela 3. Łączny czas przezbrojeń linii pierwszej Liczba przezbrojeń - kategoria 1 Przezbrojenia linii 1 Czas trwania [mm]: Liczba przezbrojeń - kategoria 2: 1 dzień 7 65 17 152 Czas trwania [mm]: 8738
Czas pomiaru przezbrojeń: Tabela 4. Łączny czas przezbrojeń linii drugiej Liczba przezbrojeń - kategoria 1 Przezbrojenia linii 2 Czas trwania [mm]: Liczba przezbrojeń - kategoria 2: Czas trwania [mm]: 1 dzień 19 61 20 127 Określenie elastyczności produkcji z wykorzystaniem wskaźnika EPEI Jako narzędzie pozwalające określić poziom elastyczności produkcji analizowanych linii produkcyjnych wybrano wskaźnik EPEI (ang. Every Part Every Interval). Wskaźnik ten reprezentuje z jaką częstością wytwarzany jest określony zbiór zleceń produkcyjnych w ramach ustalonego harmonogramu. EPEI przedstawiany jest w dniach lub jego częściach i reprezentuje interwał między kolejnymi powtórzeniami harmonogramu. Koncepcja szczupłego wytwarzania dąży do tego aby wartość EPEI była możliwie najmniejsza (zmniejszenie zapasów produkcji w toku oraz skrócenie czasu przejścia lead time) [5]. C / O EPEI O / TD OEE r ADD C / T gdzie: C/O łączny czas potrzebny na przezbrojenia przy pełnej rotacji grupy, O/TD dzienny czas eksploatacji zasobu, OEE wartość wskaźnika efektywności, r ilość maszyn obsługujących proces wytwórczy, ADD dzienne zapotrzebowanie dla danego procesu, C/T czas cyklu wytwórczego. Poniższe tabele (tabela 5 i 6) przedstawiają obliczenia wskaźnika EPEI dla obu linii produkujących płyty kompozytowe. Grupa Zapotrzebowanie w danym miesiącu Tabela 5. Obliczenie wskaźnika EPEI dla linii pierwszej Tygodniowe zapotrzebowanie Dzienne zapotrzebowanie [sek.]: Czas przezbrojenia 1 23 000 767 110 16 0,27 126 2 10 000 334 48 15 0,25 123 3 500 17 3 6 0,1 120 Razem: 33500 1117 161 37 0,52 369 Czas eksploatacji Dzienny czas eksploatacji 480 1440 OEE [%]: 73 Czas wykonania [min]: 98,37 EPEI: 1,46 8739
Grupa Zapotrzebowanie w danym miesiącu Tabela 6. Obliczenie wskaźnika EPEI dla linii drugiej Tygodniowe zapotrzebowanie Dzienne zapotrzebowanie [sek.]: Czas przezbrojenia 1 23 500 783 112 11 0,27 100 2 7 600 253 36 18 0,25 196 3 4 200 140 20 25 0,1 90 Razem: 35 300 1176 168 54 0,90 286 Czas eksploatacji Dzienny czas eksploatacji 480 1440 OEE [%]: 65 Czas wykonania [min]: 151,28 EPEI: 1,78 Wyniki obliczonego wskaźnika EPEI (1,46 dla linii pierwszej oraz 1,78 dla linii drugiej) posłużą analizie elastyczności produkcji po implementacji metody SMED na stanowiskach produkcyjnych. Wartość obliczonego wskaźnika została obliczona dla jednego dnia roboczego. Doskonalenie procesu przezbrajania linii produkujących płyty kompozytowe Przeprowadzona analiza przezbrojeń stanowisk wchodzących w skład linii produkcyjnych pozwoliła na wytypowanie najistotniejszych problemów wpływających na długi czas trwania przezbrojeń. W celu usprawnienia przezbrojenia, modyfikacji poddano oprzyrządowanie służące do regulacji ustawień frezarki oraz każde stanowisko wyposażono w pistolety na sprężone powietrze. W celu minimalizacji czynności związanych z regulacją oraz korektami pracy maszyn zdecydowano się zastosować podziałki na każdym regulatorze. Zmianie konstrukcyjnej uległy również klatki ochronne (zwiększenie ich powierzchni) w celu zwiększenia swobody pracy podczas przezbrojenia. Zastosowanie metody 5S pozwoliło zaoszczędzić czas tracony na poszukiwanie narzędzi niezbędnych w przezbrojeniach. W celu minimalizacji czynności wewnętrznych utworzono karty standaryzacji przezbrojenia, wykaz czynności i podział obowiązków dla pracowników przedstawia poniższa tabela (tabela 7). Dzięki wdrożeniu koncepcji przezbrojeń kilkuminutowych, możliwe było skrócenie czasu przezbrojenia do 35 minut. Efekt ten został osiągnięty dzięki wypracowaniu standardów, utworzeniu mapy cieni dla narzędzi, wyciągnięciu możliwie największej liczby operacji na zewnątrz oraz wykonywaniu czynności związanych z przezbrojeniem równolegle. 8740
Tabela 7. Wykaz czynności przezbrojenia Lp. Czynność: Osoba odpowiedzialna: Sposób wykonania: 1 Dostarczenie skrzynki narzędziowej Operator 1 Pobrać z pola odkładczego 2 Wyłączenie frezarki Operator 1 Panel sterujący 3 Otworzenie osłon frezarki Operator 1, Operator 2 Manualnie 4 Zdjęcie osłon frezarki Operator 1, Operator 2 Manualnie 5 Oczyszczenie pola roboczego sprężonym powietrzem Operator 1 Manualnie, pistolet 6 Wymiana frezów poprzecznych Operator 1 Manualnie, klucz 7 Wymiana frezów wzdłużnych Operator 2 Manualnie, klucz 8 Ustawienie szerokości transportera Operator 1 Manualnie, klucz 9 Założenie osłon Operator 1, Operator 2 Manualnie 10 Ustawienie zabieraka przed frezarką Operator 2 Manualnie 11 Oczyszczenie stanowiska pracy Operator 1, Operator 2 Miotła, szufelka 12 Ustawienie prędkości linii Operator 1 Panel sterujący 13 Uruchomienie frezarek Operator 1 Panel sterujący 14 Próby Operator 1 Panel sterujący 15 Pomiary kontrolne Operator 2 Pomiar przekątnej 16 Regulacja prędkości wypychacza Operator 1 Panel sterujący 17 Pomiary kontrolne Operator 2 Pomiar przekątnej 18 Uruchomienie produkcji Operator 1 Panel sterujący Wnioski Zastosowane rozwiązania związane z skracaniem czasu przezbrojeń pozwoliły na zmniejszenie wartości wskaźnika EPEI, który przed implementacją metody SMED wynosił 1,46 dla linii pierwszej oraz 1,78 dla linii drugiej. Poniższe tabele (tabela 8 i 9) przedstawiają nowe wartości wskaźnika EPEI dla obu linii produkcyjnych. Grupa Zapotrzebowanie w danym miesiącu Tabela 8. Obliczenie wskaźnika EPEI dla linii pierwszej Tygodniowe zapotrzebowanie Dzienne zapotrzebowanie [sek.]: Czas przezbrojenia 1 23 000 767 110 16 0,27 35 2 10 000 334 48 15 0,25 35 3 500 17 3 6 0,1 35 Razem: 33500 1117 161 37 0,52 105 Czas eksploatacji Dzienny czas eksploatacji 480 1440 OEE [%]: 73 Czas wykonania [min]: 98,37 EPEI: 0,42 8741
Grupa Zapotrzebowanie w danym miesiącu Tabela 9. Obliczenie wskaźnika EPEI dla linii drugiej Tygodniowe zapotrzebowanie Dzienne zapotrzebowanie [sek.]: Czas przezbrojenia 1 23 500 783 112 11 0,27 35 2 7 600 253 36 18 0,25 35 3 4 200 140 20 25 0,1 35 Razem: 35 300 1176 168 54 0,90 105 Czas eksploatacji Dzienny czas eksploatacji 480 1440 OEE [%]: 65 Czas wykonania [min]: 151,28 EPEI: 0,65 Dzięki minimalizacji czasu przezbrojeń osiągnięto spadek czasów przezbrojeń o blisko 50%. Efekt ten przekłada się na wzrost elastyczności produkcji, który przedstawiony został za pomocą wskaźnika EPEI (28,7% dla linii pierwszej oraz 36,5% dla linii drugiej). Abstrakt Artykuł przedstawia zagadnienia związane z metodyką szczupłego wytwarzania w ujęciu elastyczności produkcji. W artykule przedstawiono zagadnienia związane z skracaniem czasów przezbrojeń oraz ich wpływ na wartość wskaźnika EPEI. Pracę zakończono podsumowaniem przedstawiającym kluczowe rezultaty wprowadzonych usprawnień. Słowa kluczowe: SMED, 5S, EPEI, Lean Manufacturing, Elastyczność produkcji IMPACT OF CHANGEOVER TIMES ON PRODUCTION FLEXIBILITY Summary Authors present in their work impact of shortening changeover times on production flexibility. Conducted improvements have been developed in a company producing composite boards. Tests have been carried on a group of three products with repetitive schedule. Reducing the time lost on the retooling of machines has been achieved by using the SMED method. Keywords: SMED, 5S, EPEI, Lean Manufacturing, production flexibility 8742
Literatura [1] Chabowski P., Żywicki K., Rewers P.: Poprawa elastyczności system produkcyjnego w wyniku skrócenia czasów przezbrojeń maszyn w branży drzewnej, Innowacje w Zarządzaniu i Inżynierii Produkcji, tom 1, s.533-544 Polskie Towarzystwo Zarządzania Produkcją, Opole 2015. [2] Sawik T.: Optymalizacja dyskretna w elastycznych systemach produkcyjnych. Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa, 1992. [3] Kost G., Łebkowski P., Węsierski Ł., Automatyzacja i robotyzacja procesów produkcyjnych, Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa 2013. [4] Moreira AC., Campos Silva Pais G.: Single Minute Exchange of Die: A Case Study Implementation, Journal of Technology Management and Innovation, 2011, s. 29 46. [5] Czerska J. : Doskonalenie strumienia wartości. Wydawnictwo Difin, Warszawa, 2009. 8743