Ireneusz GANIA^*

Łukasz HADAŚ^*

OCENA POZIOMU ZAAWANSOWANIA IMPLEMENTACJI ELASTYCZNYCH SYSTEMÓW PRODUKCYJNYCH W POLSKICH PRZEDSIĘBIORSTWACH PRZEMYSŁU BUDOWY MASZYN

W artykule tym przedstawiono i scharakteryzowano sytuację związaną z wdrażaniem elastycznych systemów produkcyjnych. Tendencje we wdrażaniu elastycznych systemów produkcyjnych na świecie i w Polsce. Pozytywne i negatywne przesłanki stosowania elastycznych systemów produkcyjnych w polskich przedsiębiorstwach oraz analiza sytuacji w polskim przemyśle.

Słowa kluczowe: elastyczne systemy produkcyjne, elastyczne systemy montażowe, elastyczne systemy logistyczne elastyczna automatyzacja

1. WPROWADZENIE

Rozwój elastycznych systemów produkcyjnych (ESP; ang. FMS - Flexible Manufacturing System) i rozwiązań pochodnych (elastyczne systemy montażowe, elastyczne systemy selekcji i kompletacji, automatyczne magazyny) rozpoczął się w latach osiemdziesiątych ubiegłego stulecia. Przyczyną zainteresowania tą wysoko zaawansowaną technicznie i wymagającą wtedy dużych nakładów na etapie inwestycji formą jednostki produkcyjnej była odczuwana przez przemysł przodujących w skali światowej krajów presja kosztów powiązana z różnicowaniem się potrzeb klientów.

2. ETAPY ROZWOJU ELASTYCZNYCH SYSTEMÓW PRODUKCYJNYCH W ŚWIECIE

Różnicujące się zapotrzebowania klientów prowadziły do dużych i szybko następujących zmian w asortymencie montowanych wyrobów, wytwarzanych części czy kompletowanych wysyłek. W tradycyjnie zorganizowanych jednostkach produkcyjnych prowadziło to do konieczności odchodzenia od wytwarzania w partiach ekonomicznych, częstszych niż przewidywały to harmonogramy

przezbrojeń, spadku efektywnego obciążenia (wzrost udziału czasu przygotowawczo-zakończeniowego t_pz). Wszystko to prowadziło do wzrostu kosztów wytwarzania. Częste przezbrojenia powodowały też wzrost kosztów robocizny, wynikający z konieczności wzrostu kwalifikacji bezpośredniej obsługi maszyn i urządzeń (a co za tym idzie - wzrostu wynagrodzeń) oraz kosztów szkolenia pracowników.

Przemysł zaczął więc poszukiwanie dróg obniżki kosztów wytwarzania. Jako dominujące tendencje wyodrębniły się wtedy trzy klasy rozwiązań:

­ rozwiązania oparte na doświadczeniach japońskich, takie jak linia przepływowa, czy metoda „zero zapasów” [2], [4], [12],

­ humanizacja środowiska pracy - praca w zespołach autonomicznych, poszerzanie i wzbogacanie pracy, ruchomy czas pracy czy elastyczne formy zatrudnienia (freelancing) [4],

­ elastyczna automatyzacja [1], [2], [4], [7].

W dzisiejszej praktyce polskiego przemysłu budowy maszyn widoczne są trendy odpowiadające wszystkim trzem wyżej wymienionym klasom rozwiązań. Każdy z nich podlega jednak określonym ograniczeniom. Ograniczeniem takim w przypadku metody „zero zapasów” jest jej dość niska elastyczność i małe jej rozpowszechnienie wynikające zdaniem autora z nieznajomości jej zasad. W przypadku elastyczności zatrudnienia ograniczeniem jest opór pracowników zwłaszcza przeciw ruchomemu czasowi pracy i elastycznym formom zatrudnienia [8]. Natomiast w przypadku elastycznej automatyzacji najczęściej wymienianą barierą są wysokie koszty inwestycyjne [9].

3. ANALIZA KORZYŚCI ZWIĄZANYCH Z WDRAŻANIEM ELASTYCZNYCH SYSTEMÓW PRODUKCYJNYCH W POLSCE

Pomimo, iż wdrażanie elastycznych systemów produkcyjnych może przynieść przedsiębiorstwom szereg istotnych korzyści zarówno wymiernych, jak i nie dających się wyliczyć w formie efektów ekonomicznych to jednak stosowanie tych systemów nastręcza w wielu przypadkach rozliczne obawy o satysfakcjonujące osiągnięcie przewidywanych efektów w odniesieniu do poniesionych nakładów[6], [3].

Rys.1. Zależność nakłady-efekty dla ESP. Opracowanie na podstawie [10]

3.1. Pozytywne przesłanki stosowania elastycznych systemów produkcyjnych

Istnieje wiele przesłanek ogólnych przemawiających za stosowaniem elastycznych systemów produkcyjnych. Wynikają one ze zmian rynkowych, zmian w systemie produkcyjnym powiązanych bezpośrednio z sytuacją ekonomiczno-finansową przedsiębiorstw.

W ogólnym przypadku każdy system produkcyjny winien realizować następujące cele:

- być zdolny do dostarczenia odpowiednich wyrobów we właściwym czasie,

- w wymaganej ilości,

- przy określonym poziomie jakości i przy ustalonych kosztach produkcji.

Rys. 2. Cele systemu produkcyjnego. Opracowanie na podstawie [10]

Cele te można uzyskać poprzez zastosowanie elastycznych systemów produkcyjnych uzyskując dodatkowo przedstawione poniżej następujące korzyści [10, s. 126-128]:

- wzrost wydajności - wydajność elastycznych systemów produkcyjnych jest znacznie większa w porównaniu z konwencjonalnym systemem produkcyjnym o tej samej liczbie obrabiarek,

- obniżenie zapotrzebowania na powierzchnię - wysoka wydajność elastycznych systemów produkcyjnych powoduje zmniejszenie ilości zainstalowanych obrabiarek, a więc i zapotrzebowanie na powierzchnię z porównaniu z konwencjonalnymi systemami produkcyjnymi realizującymi identyczne zadania produkcyjne,

- zmniejszenie kosztów robocizny bezpośredniej - obrabiarki z centralnym sterowaniem nie wymagają stałej obecności operatora,

- zmniejszenie zapasów robót w toku oraz skrócenie cykli produkcyjnych nawet o 80% w stosunku do wykonywania tych samych zadań w systemach konwencjonalnych,

Efekty te są osiągane dzięki [10]:

- wysokiemu, w przypadku niektórych elastycznych systemów produkcyjnych, stopniowi domknięcia specjalizacji przedmiotowej prowadzącemu do pełnej obróbki części w systemie,

- redukcji czasu przezbrojeń poprzez zmniejszenie liczby zamocowań,

- usprawnieniu sterowania produkcją w systemie dzięki zastosowaniu wspomagania informatycznego,

- poprawę jakości przez ograniczenie liczby błędów pracowników i poprzez

- zmniejszenie liczby zamocowań,

- wzrost elastyczności ilościowej poprzez możliwość bezobsługowego funkcjonowania elastycznego systemu w czasie wolnym od pracy.

3.2. Negatywne przesłanki stosowania elastycznych systemów produkcyjnych

Dlaczego polskie przedsiębiorstwa nie wdrażają elastycznych systemów produkcyjnych, elastycznych systemów montażowych, elastycznych systemów logistycznych? Należy tutaj wymienić przesłanki, które w znaczącym stopniu determinują przedsięwzięcie jakim jest projektowanie i wdrażanie ESP, ESM, ESL w przedsiębiorstwach:

1. obiektywne - chciałyby, ale nie mogą - finanse, kredyty. Jak starano się wykazać wyżej, na prostym przykładzie, ograniczenie to dotyczy inwestowania w ogóle, a nie wyłącznie ESP

2. subiektywne - chciałyby, ale nie potrafią rozwiązać problemów związanych z wdrożeniem ESP.

Potencjalne korzyści wynikające z zastosowania elastycznych systemów produkcyjnych, takie jak wysoka wydajność, krótkie cykle produkcyjne, obniżenie zapasów, wzrost jakości czy szybkie wdrażanie do produkcji nowych wyrobów nie są łatwe do osiągnięcia. Przedsiębiorstwa nie wdrażają elastycznych systemów produkcyjnych, nawet jeżeli istnieją ku temu warunki, ponieważ maja trudności ze zidentyfikowaniem występowania takich możliwości.

Innych przyczyn mogących utrudniać podejmowanie decyzji o zastosowaniu elastycznych systemów produkcyjnych (i ich pochodnych) szukać należy zdaniem

autorów w sferze organizacji przedsiębiorstw. Problemy te związane są z projektowaniem i eksploatacją elastycznych systemów produkcyjnych.

Projektowanie tych rozwiązań wymaga zaangażowania wysoko wykwalifikowanej kadry pracowniczej - specjalistów z wielu dziedzin takich jak konstruktorzy obrabiarek i oprzyrządowania, technolodzy, informatycy, elektronicy, automatycy oraz specjaliści od metod ilościowych w planowaniu produkcji i sterowaniu jej przebiegiem. Typowe przedsiębiorstwo budowy maszyn nie dysponuje zwykle tak rozbudowaną kadrą specjalistów. Przedsiębiorstwa nie są też zwykle przygotowane do rozwiązywania problemów o związanych z eksploatacją ESP. Efektywne wykorzystanie wysokiej wydajności elastycznego systemu produkcyjnego wymaga zapewnienia odpowiednio wysokiego stopnia jego obciążenia. Wymaga to zwiększenia skuteczności działania sprzedaży i przyspieszenia procesów technicznego przygotowania produkcji (projektowania konstrukcji i technologii). Problemy pojawić się mogą także w sferze obsługi konserwacyjno-remontowej elastycznego systemu.

W przypadku braku wyraźnych przesłanek dotyczących podejmowania decyzji odnośnie wdrażania ESP w przedsiębiorstwach i korzyści z tym związanych można posłużyć się analizą szans i zagrożeń, co przedstawia poniższy rysunek.

Rys.3. Analiza szans i zagrożeń wdrażania ESP. Opracowanie na podstawie [10]

Jako główną przyczynę braku zainteresowania wdrażaniem ESP podaje się w literaturze wysokie koszty maszyn i urządzeń składających się na elastyczny system produkcyjny i związaną z tym konieczność ponoszenia znacznych nakładów inwestycyjnych, znacznie wyższych w porównaniu z konwencjonalnymi systemami produkcyjnymi.

3.3 Analiza kosztów i nakładów inwestycyjnych

Ponieważ czynnik wysokich kosztów i nakładów inwestycyjnych, znacznie wyższych w porównaniu z konwencjonalnymi systemami produkcyjnymi, jest najczęściej podnoszonym w literaturze ograniczeniem rozpowszechniania ESP, jego działanie zostanie przedstawione przez autora na uproszczonym, obejmującym jedynie koszty stałe, przykładzie opracowanym w oparciu o przybliżone dane szacunkowe, pochodzące z polskiego przedsiębiorstwa przemysłu budowy maszyn.

Rozpatrzmy dwa warianty:

­ system konwencjonalny - tokarka

a) cena zakupu uniwersalnej tokarki - cena: ok. 40 000 zł

b) pracownik - wynagrodzenie netto ok.1500 zł/ mies.

c) pochodne płacy (ZUS, składki na ochronę zdrowia) ok.850 zł/mies.

d) płaca z pochodnymi w ciągu roku ok. 28 200 zł/rok

Razem wydatki przy założeniu:

6 -letniego cyklu amortyzacji…………………………………..ok. 209 200 zł

­ system zautomatyzowany - tokarka sterowana numerycznie OKUMA

a) cena zakupu tokarki sterowanej numerycznie ok. 250 000 zł

b) płaca z pochodnymi w ciągu roku - zakładając (co odpowiada rzeczywistości), że pracownik obsługuje równolegle trzy obrabiarki (praca wielostanowiskowa ) ok. 9 400 zł/rok

Razem wydatki przy założeniu:

6 -letniego cyklu amortyzacji………………….........………..…ok. 304 400 zł

Dodatkowo: miejsca odkładcze, palety, przenośniki, środki transportu. Absencja pracowników, zmienna wydajność pracy powodowana wieloma czynnikami.

Dla porównania koszt zakupu obrabiarki sterowanej numerycznie „OKUMA” to wydatek ok. 250 000zł. Wystarczy więc okres około dwóch lat aby taka inwestycja się zwróciła nie biorąc pod uwagę amortyzacji. Parametry obrabiarki takie jak: prędkość skrawania, posuw są nieporównywalnie wyższe od parametrów tradycyjnych obrabiarek konwencjonalnych. Dodatkowo głowica narzędziowa takiej maszyny może pomieścić osiem narzędzi. Należy również dodać, że w przypadku zastosowania obrabiarek sterowanych numerycznie jeden operator obsługuje dwa stanowiska.

Również dostęp do ofert handlowych nie nastręcza żadnych trudności. Powstaje wiele przedstawicielstw znanych światowych producentów obrabiarek oferujących nabycie sprzętu przy wykorzystaniu dogodnego kredytu, czy korzystnej formy leasingu. Przedstawicielstwa zapewniają użytkownikom prawie całodobową obsługę techniczną i serwisową.

Dlatego autorzy uważają, że obecnie mamy dobre warunki ekonomiczne do wprowadzania ESP w przedsiębiorstwach jako rozwiązania konkurencyjne w stosunku do utrzymania nadwyżki siły roboczej mimo różnych aspektów.

- ESP jako odmienna jednostka produkcyjna wymaga odmiennego często bardzo kosztownego sposobu projektowania

- ceny sprzętu komputerowego - w ostatnich latach zauważamy wręcz gwałtowny spadek cen sprzętu komputerowego - tendencje spadkowe,

- ceny oprogramowania - również ceny oprogramowania w ostatnich latach obniżyły się kilkakrotnie - tendencje spadkowe.

Powyższe aspekty kosztowo-finansowe pozwalają na generowanie elastycznych rozwiązań nie tylko w przemyśle budowy maszyn, ale i w innych obszarach.

Koszty systemu zautomatyzowanego są o 1/3 wyższe niż koszty systemu konwencjonalnego. Inna jest jednak ich struktura. O ile w przypadku systemu konwencjonalnego koszty płacy z pochodnymi stanowią około 4/5 wszystkich kosztów, to ich udział w przypadku wariantu zautomatyzowanego wynosi około 1/6. Resztę w obu przypadkach stanowi amortyzacja. Środki z amortyzacji pozostają w przedsiębiorstwie i mogą być, w zależności od potrzeb, wykorzystane na bieżące finansowanie działalności przedsiębiorstwa lub reinwestowane. Problemem, jaki musi rozwiązać menedżer w przypadku wyżej przedstawionego uproszczonego przykładu, polega na odpowiedzi na pytanie: „Czy należy zainwestować więcej by poprawić warunki działania przedsiębiorstwa w przyszłości”?

Pomimo występujących korzyści z wdrażania ESP, w sytuacji, kiedy występuje konieczność wymiany części istniejącego, zużytego parku maszynowego częściej podejmowane są decyzje o odtworzeniu istniejących form organizacji produkcji niż o wdrożeniu bardziej zaawansowanych technicznie i organizacyjnie rozwiązań, jakimi są elastyczne systemy produkcyjne.

Na ostateczne koszty eksploatacji ESP ma również niebagatelny wpływ koszt utrzymania ruchu. Ze względu na złożoność techniczną maszyn koszt ten stanowi często znaczący udział kosztów eksploatacyjnych. W związku z tym czynnik ten ma znaczący wpływ na proces wyboru marki i typu urządzenia. Należy więc wybierać firmy zapewniające obsługę techniczną oraz potrafiące zadeklarować szacunkowy koszt sprawności technicznej oferowanych maszyn i urządzeń.

Autorzy artykułu uważają, że właśnie takie problemy stoją obecnie przed zarządami wielu przedsiębiorstw budowy maszyn, które modernizują swoje systemy produkcyjne. Ponadto stwierdza, że obecnie występują dobre warunki ekonomiczne do wprowadzania elastycznych systemów produkcyjnych w przedsiębiorstwach jako rozwiązania konkurencyjnego w stosunku do utrzymania nadwyżki siły roboczej.

3. ROZWÓJ ESP W POLSCE I NA ŚWIECIE

Na tle generalnie pozytywnego obrazu rozpowszechnienia elastycznych systemów produkcyjnych i ich pochodnych w światowym przemyśle sytuacja przemysłu polskiego wygląda odmiennie. Rozwiązania elastyczne nie są w polskim przemyśle powszechnie znane i stosowane. Ich rozpowszechnienie (projektowanie i wdrażanie) nie wydaje się przy tym budzić szerszego zainteresowania ze strony menedżerów polskiego przemysłu. Przyczyną takiego stanu rzeczy wydaje się być powszechnie panująca opinia o wysokich kosztach inwestycyjnych wiążących się z projektowaniem i wdrażaniem elastycznego wytwarzania.

Wychodząc od przedstawionej oceny warunków wdrażania elastycznych systemów produkcyjnych w polskich przedsiębiorstwach autorzy przyjmują, że zasadniczym ograniczeniem dla rozpowszechniania się tych rozwiązań w obecnych warunkach są trudności, jakie mają przedsiębiorstwa z podjęciem decyzji o rozpoczęciu prac nad wdrażaniem elastycznych systemów produkcyjnych. Trudności takie, zdaniem autorów, nie występują w krajach, gdzie elastyczne systemy produkcyjne są bardziej rozpowszechnione. Zgromadzone tam doświadczenia związane z ich wdrażaniem i stosowaniem na pewno ułatwiają zarządom przedsiębiorstw podjęcie właściwej decyzji. W warunkach polskiego przemysłu podjęcie decyzji o przystąpieniu do prac nad wdrażaniem elastycznego systemu produkcyjnego poprzedzona być musi dodatkową analizą.

Rys. 4. Rozwój ESP w Polsce i na świecie. Opracowanie na podstawie [11]

4.WNIOSKI

Autorzy artykułu uważają, iż bariery w rozpowszechnianiu elastycznych systemów produkcyjnych w polskim przemyśle związane są w chwili obecnej bardziej z czynnikami organizacyjnymi niż finansowo - ekonomicznymi. Polskie przedsiębiorstwa produkcyjne przemysłu budowy maszyn, ze względu na brak kontaktu z rozwiązaniami z zakresu elastycznego wytwarzania nie są w większości przypadków gotowe do zastosowania tych rozwiązań mimo występujących obiektywnych przesłanek ich zastosowania.

Powszechnie panująca opinia o wysokich kosztach inwestycyjnych związanych z projektowaniem i wdrażaniem elastycznych systemów produkcyjnych, jak starali się wykazać autorzy ma tylko częściowe pokrycie w rzeczywistości. Zmieniające się relacje cen jednostkowych konwencjonalnych obrabiarek do ich wysoko zaawansowanych zamienników w połączeniu z coraz szybciej rosnącymi kosztami robocizny i związanymi z nią kosztami pochodnymi powoduje, że w chwili obecnej alternatywa zastąpienia konwencjonalnych obrabiarek wraz z obsługą, rozwiązaniami elastycznymi wydaje się w wielu przypadkach być ekonomicznie atrakcyjna.

Na znaczeniu tracą również istniejące kiedyś obiektywne ograniczenia w dostępie przedsiębiorstw do przodujących rozwiązań, a także problemy związane z serwisowaniem i obsługą techniczną zaawansowanych technicznie rozwiązań jakimi są elastyczne systemy produkcyjne i montażowe.

Powstające w Polsce przedstawicielstwa wszystkich znanych w świecie obrabiarek ułatwiają przedsiębiorstwom dostęp do sprzętu. Finansowanie zakupu przez banki lub agencje leasingowe rozwiązać może znaczną część problemów finansowych przedsiębiorstwa starającego się o zakup nowoczesnego wyposażenia. Obsługa techniczna i sens tego wyposażenia organizowane być mogą na zasadzie outsourcingu i nie wymagają od użytkownika utrzymania własnego wyspecjalizowanego w tym zakresie potencjału.

Autorzy uważają, iż w warunkach polskiego przemysłu budowy maszyn, istnieją w chwili obecnej obiektywne przesłanki do wdrażania ESP, ESM, ESL, oraz, że proces wdrażania elastycznych systemów produkcyjnych może zostać znacznie przyspieszony przez rozwiązanie problemów związanych z podejmowaniem decyzji o podjęciu prac nad projektem elastycznego systemu produkcyjnego.

Ostateczna decyzja o podjęciu dalszych prac związanych z projektowaniem i wdrażaniem ESP uzależniona jest przede wszystkim od analizy kosztów, wspomagającej podejmowanie decyzji i należy oczywiście do kierownictwa przedsiębiorstwa.

LITERATURA

[1] Banaszak Z., Muszyński W.: Systemy elastycznej automatyzacji dyskretnych procesów produkcyjnych. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1991,

[2] Durlik I.: Inżynieria Zarzadzania. cz.I i II, AW-P, Warszawa 1995.

[3] Dworczyk M., Lis S., Santerek K.: Czynniki warunkujące efektywność stosowania ESP. Rydzyna'88, (mat. Konf.), Rydzyna 1988.

[4] Fertsch M.: Wybrane problemy organizacyjne zastosowania robotów przemysłowych. W: Robotyzacja procesów technologicznych: Wybrane zagadnienia pod red. J. Żurka: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, s. 71-82 Poznań 1997.

[5] Fijałkowski J.: Projektowanie magazynów wysokiego składowania, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1984.

[6]Gania I.: Analiza celowości wdrażania elastycznych systemów produkcyjnych, czasopismo Logistyka, nr 3, wyd. IliM, Poznań 2002

[7] Gania I.: Elastyczna automatyzacja wytwarzania jako narzędzie integrowania systemów produkcyjnych, ZNPP, nr 26, Poznań 2001.

[8] Kaczmarczyk A., Banaszak Z.: Fabryka przyszłości, w: Podstawowe problemy współczesnej techniki, T.XXV, Robotyka, Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa, 1987.

[9] Kosmol J.: Automatyzacja obrabiarek i obróbki. Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa 2000.

[10] Lis S., Santarek K.: Strzelczak S., Organizacja elastycznych systemów produkcyjnych, Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa 1994.

[11] Świć A.: Elastyczne systemy produkcyjne. Technologiczno-organizacyjne aspekty projektowania i eksploatacji. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 1998.

[12] Tomaszewski K.: Roboty przemysłowe, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa 1993.

[13] Zawadzka L.: Podstawy projektowania elastycznych systemów sterowania produkcją. Problemy techniczno-ekonomiczne. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2000.

^* Instytut Inżynierii Zarządzania Politechniki Poznańskiej

10

Ireneusz GANIA, Łukasz HADAŚ

11

Ocena poziomu zaawansowania implementacji ESP w Polsce…

Logistyka 1/2007

Samoprzekształcające się automatyczne systemy wytwórcze

Samoregenerujące się automatyczne systemy wytwórcze

CIM

ESP

Automatyczne linie produkcyjne

Automatyzacja cyklu pracy urządzeń technologicznych

CIM

ESP

Automatyczne linie produkcyjne

Automatyzacja cyklu pracy urządzeń technologicznych

Klasyczne formy produkcji (systemy konwencjonalne)

Poziom zapasów

Niezawodność Cykl

dostaw produkcyjnych

Elastyczność

Przy ustalonych kosztach

We właściwym czasie

Do właściwego

miejsca

Odpowiedni wyrób

Wymagana jakość wyrobów

Wpływ

otoczenia

Zarządzanie

Silniejsza pozycja na rynku, większe zamówienia, większe zyski, nowe możliwości inwestycyjne...

w przyszłości

Przedsiębiorstwo zdolne lepiej konkurować na rynku

Zmiany: wydajności, elastyczności, kosztów , cykli produkcyjnych

Nowoczesne technologie

Strategia ewentualnie zalecenia postępowania

Potencjał produkcyjny

Atrakcyjność technologii

Słabe strony

Silne strony

Zagrożenia

Szanse

---