NOWOCZESNE METODY ZARZĄDZANIA PRODUKCJĄ
Elastyczne systemy produkcyjne (ESP)
Elastyczne systemy produkcyjne stanowią nowoczesną formę automatyzacji produkcji seryjnej i jednostkowej. W systemach tych dzięki elastycznej automatyzacji przenoszone są zalety produkcji masowej do produkcji jednostkowej, mało i średnioseryjnej. Pojęcie elastyczności odnosi się do stanowiska roboczego, oddziału produkcyjnego, wydziału i całego przedsiębiorstwa („fabryki bez ludzi”)
Elastyczny system produkcji (ESP) to zautomatyzowany system produkcyjny zdolny (przy minimalnym udziale człowieka) wytwarzać dowolny wyrób z określonej rodziny (typoszeregu) wyrobów. Stanowi on zintegrowany zestaw obrabiarek i związane z nim wyposażenie pomocnicze, łącznie ze środkami automatycznego przemieszczania wyrobów, wyposażony jest w nadrzędny system sterowania koordynujący pracę sterowanych lokalnie urządzeń produkcyjnych.
ESP obejmują:
obrabiarki sterowane numerycznie
kompleks sterująco-obliczeniowy
system technologicznego przygotowania produkcji
system magazynowo transportowy
system zaopatrzenia narzędziowego
system kontroli jakości obrabianych przedmiotów
system odprowadzania wiórów.
W odniesieniu do podobieństwa realizowanych funkcji ESP składają się z następujących podsystemów funkcjonalnych:
podsystem wytwarzania (stanowiska robocze obróbkowe, przygotowawcze, pomocnicze i kontroli)
podsystem transportu (urządzenia techniczne służące do przemieszczania przedmiotów pracy, palet, narzędzi itp.)
podsystem magazynowania: urządzenia i środki techniczne do przechowywania materiałów, zapasów produkcji w toku, palet, narzędzi itp.
podsystem manipulacji (urządzenia i środki techniczne do przekazywania przedmiotów pracy, palet i narzędzi pomiędzy podsystemami wytwarzania, transportu, magazynowania)
podsystem pomocy warsztatowych (zbiór narzędzi skrawających, pomiarowych i kontrolnych oraz palet i uchwytów stosowanych w systemie produkcyjnym)
podsystemy zasilania i usuwania odpadów (urządzenia i środki techniczne realizujące zasilanie systemów w materiały pomocnicze, energię oraz usuwające odpady po-produkcyjne)
podsystem sterowania (urządzenia i środki techniczne zapewniające sprawne współdziałanie wszystkich podsystemów funkcjonalnych oraz sterowanie techniczne elementów systemu i podsystemów)
podsystem kontroli i diagnostyki (urządzenia i środki techniczne dla pomiarów i zapewnienia jakości produkowanych wyrobów oraz niezawodności środków produkcji)
W ESP można automatyzować wszystkie operacje technologiczne i pomocnicze – warunkujące zaistnienie operacji technologicznych.
W porównaniu z liniami automatycznymi do produkcji masowej ESP cechują się elastycznością, czyli zdolnością – w ramach określonych możliwości technologicznych urządzeń kompleksu – do szybkiego automatycznego przezbrojenia na obróbkę innych detali.
ESP łączy w sobie zautomatyzowane środki pracy, urządzenia towarzysząco-pomocnicze oraz środki informatyczne w jeden wspólny system, którego charakterystycznymi cechami są:
przeznaczenie do produkcji mało i średnio seryjnej powtarzających się partii przedmiotów wykazujących (przy zachowaniu podobieństwa technologicznego) dużą różnorodność pod względem kształtów i wymiarów.
wzajemną zastępowalność wykorzystywanych w systemie obrabiarek oraz ich wzajemne uzupełnianie się. Zastępowalność – rozdzielczość operacji, uzupełnianie – stopniowy przebieg obróbki
centralne rozdzielanie operacji przez nadrzędny komputer optymalizujący przepływ przedmiotów pracy między stanowiskami pracy.
Najczęściej ESP dotyczą komórek produkcyjnych I stopnia, a więc linii produkcyjnych. Stanowią one system elastycznych środków pracy, gdzie stanowiska połączone są ustaloną drogą przepływu przedmiotów pracy w kolejności ustalonej procesem technologicznym. Elastyczność linii produkcyjnej polega na łatwości jej przezbrojenia (przy użyciu programu komputerowego), a tym samym przygotowania do obróbki różnych przedmiotów i dopasowywania automatycznego taktu pracy linii.
Szczególnie złożonym problemem jest opracowanie kompleksowego systemu programów sterowania obejmującego: główny program sterujący, podsystemy grupowego sterowania obrabiarkami, transportem, wyborem środków diagnostyki, usuwaniem uszkodzeń samo usuwalnych itp.
Coraz częściej ESP budowane są z obrabiarek wyposażonych w mikrokomputery które zastępują wiele zespołów układu sterowania numerycznego, natomiast całym elastycznym systemem produkcyjnym steruje centralny komputer.
Kierunki rozwoju form elastycznej automatyzacji produkcji:
elastyczny moduł produkcyjny – składający się z centrum obróbkowego (obrabiarka z automatyczną zmianą narzędzi) wyposażonego w urządzenia zmiany palet (wyposażone w magazyn różnych narzędzi) lub obrabiarki sterowanej numerycznie obsługiwanej przez robot lub inne urządzenie załadowczo- rozładowcze.
elastyczne gniazdo produkcyjne – składające się z kilku stanowisk o określonym stopniu automatyzacji dla samodzielnego wykonania zbioru operacji obróbkowych szerokiego asortymentu przedmiotów, wyposażone w niezależne urządzenia do automatycznej wymiany przedmiotów (robot przemysłowy)
elastyczny system produkcyjny – obejmujący szereg zautomatyzowanych obrabiarek (elastycznych modułów produkcji) elastycznych gniazd produkcyjnych oraz urządzeń pomocniczych realizujących operacje mycia, usuwania wiórów, kontroli itp. Połączonych ze sobą zautomatyzowanymi urządzeniami transportu i magazynowania sterowanych nadrzędnym komputerem
elastyczny wydział produkcyjny – utworzony przez zbiór elastycznych systemów produkcyjnych, umożliwia pełną realizację procesu produkcyjnego określonego asortymentu wyrobów. Zawiera więc systemy produkcji realizujące różne fazy procesu produkcji (produkcja przygotówek, obróbka wiórowa, montaż) wg różnych technik wytwarzania i metod obróbki.
Podział procesów produkcyjnych na:
ciągłe – charakteryzujące się w miarę jednorodnymi strumieniami materiałów stałych, sypkich, cieczy lub gazów.
dyskretne (przerywane) – cechujące się przerywanymi strumieniami materiałów niejednorodnych i zróżnicowanych, przemieszczanych na duże odległości i wielokrotnie magazynowanych. Każdy wyrób wytwarzany jest w kompozycji wielu różnorodnych operacji technologicznych i kontrolno-pomiarowych. Istotną cechą jest trudność rozdzielenia czynności fizycznych od umysłowo logicznych, gdyż posługiwanie się urządzeniami technicznymi wymaga także czynności logicznych.
Mechanizacja – zastępowanie pracy fizycznej człowieka pracą maszyn.
Automatyzacja – stosowanie środków technicznych do samoczynnego, z góry zaprogramowanego sterowania, regulacji i kontroli przebiegu procesów technicznych, czyli realizacji tzw. Czynności logicznych. Automatyzacja pełna ma miejsce gdy wszystkie czynności fizyczne i logiczne z zakresu sterowania, regulacji i kontroli wykonują urządzenia techniczne.
Manipulator przemysłowy – jest urządzeniem technicznym służącym zwykle do przenoszenia lub zmiany położenia przedmiotów obrabianych lub montowanych, ewentualnie wyrobów gotowych. Takie urządzenie wykonuje powtarzalny, zamknięty cykl ruchów o określonych konstrukcją parametrach statystycznych, dynamicznych i energetycznych.
Robot – urządzenie techniczne programowalne w układzie otwartym, przeznaczone do automatycznej manipulacji z możliwością wykonywania ruchów względem kilku osi, zaopatrzone w chwytaki lub specjalne narzędzia robocze.
Wyróżnia się 3 generacje robotów:
programowalne bez urządzeń czujnikowych umożliwiających obserwację otoczenia
programowalne (sterowane programowo) w układzie zamkniętym, wyposażone w urządzenia czujnikowe (stykowe, wizualne) umożliwiając obserwację otoczenia i wyposażone sprzętowo oraz programowo do wykorzystania tych operacji.
samo-programujące się, wyposażone w elementy sztucznej inteligencji, systemy eksperckie, a więc zdolne do samoczynnego wykonywania zadań (określonych) w sposób ogólny. Są to tzw. roboty myślące.
Typowy robot produkcyjny składa się z trzech elementów.
układu mechanicznego
systemu sterowania (pneumatycznego, elektrycznego, mikroprocesorowego)
jednostki zasilania (hydrauliczne, pneumatyczne, elektryczne)
Roboty I-szej generacji (tzw. manipulacyjne) mogą być zakwalifikowane do 4 następujących grup:
roboty o stałej kolejności działania (manipulatory)
roboty o zmiennej kolejności działania (zwykle służą do „pobierania i umieszczania”)
roboty sterowane numerycznie
roboty ze sterowanie repetycyjnym (powtarzalnym) – roboty uczące się.
Specyficzną formą typizacji procesów technologicznych jest metoda obróbki grupowej, opierająca się na ścisłej typizacji operacji.
Metoda obróbki grupowej (MGO) ma na celu umożliwienie stosowania metod produkcji seryjnej w zakładach o produkcji małoseryjnej i jednostkowej przez łączenie jednakowych operacji wykonywanych na różnych detalach. Detale te muszą mieć na tyle zbliżoną konstrukcję aby było możliwe stosowanie tych samych obrabiarek i oprzyrządowania przy możliwie małych zmianach nastawienia narzędzi.
Schemat przebiegu procesu MGO
Stosowanie obróbki grupowej powoduje:
zmniejszenie udziałów czasów przygotowawczo-zakończeniowych
zmniejszenie czasów pomocniczych przez zastosowanie uchwytów i przyrządów do obróbki
możliwość stosowania obrabiarek bardziej wydajnych, których w innych warunkach nie stosuje się.
Obróbkę grupową można traktować jako fragmentaryczną typizację procesów technologicznych. W skład jednej grupy mogą wchodzić detale należące do różnych klas i typów zestawionych dla potrzeb typizacji procesów technologicznych (np. Tuleje, pokrywy), pod warunkiem że mają wspólną jednoimienną operację (np.: wiercenie otworów) możliwą do wykonania na jednej obrabiarce, w tych samych uchwytach lub przyrządach, przy minimalnych ich zmianach dostosowywanych do konstrukcji danego przyrządu.
Współczesna inżynieria produkcyjna opiera się na następujących przesłankach:
miejsce parametrów technicznych jako bazy organizacji produkcji zajmują parametry dotyczące sfery zbytu – wymagania klientów co do jakości, ilości, terminów dostaw
strona techniczna produkcji staje się zmienną zależną, tzn. że wybór technologii wynika z założonej jakości i elastyczności produkcji, sytuacji rynkowej, możliwości finansowania itp.
projektowanie procesów przemysłowych odbywa się wg triady: zbyt – organizacja produkcji – technika
zasada maksymalnego wykorzystania zasobów przedsiębiorstwa, jako ogólna zasada racjonalnego gospodarowania traci rację bytu na rzecz zasady elastycznego i szybkiego reagowania na bodźce otoczenia oraz zasady minimalnego zamrożenia środków obrotowych, co sprowadza się do konieczności minimalizacji czasów trwania procesów produkcyjnych
Nowe zasady organizowania procesów produkcyjnych znajdują odzwierciedlenie w koncepcji „JIT” (akurat na czas), której celem jest zwiększenie efektywności oraz elastyczności wytworzenia przez maksymalne zmniejszenie poziomu zapasów przedprodukcyjnych i między operacyjnych, maksymalne skrócenie długości cyklu produkcyjnego,
Filozofia JIT opiera się na następujących przesłankach:
ogół zapasów produkcyjnych to zamrożone zdolności produkcyjne. Należy minimalizować tego rodzaju zamrożenie, nawet kosztem zwiększenia zamrożenia środków w maszynach i urządzeniach produkcyjnych. Na zamówienie klienta powinny oczekiwać nie zapasy wyrobów gotowych, ale zdolności produkcyjne do ich wytworzenia
zapasy służą głównie niwelowaniu błędów i niedostatków w organizacji i sterowaniu przepływem materiałów. Niski poziom zapasów wymusza ciągłą racjonalizację organizacji produkcji
do oceny efektywności procesu produkcyjnego należy włączyć – oprócz poziomu kosztów i produktywności majątku – również czas realizacji zamówienia, tzn. długość pełnego cyklu produkcyjnego. Należy dążyć do maksymalnego skrócenia tego cyklu przez:
zmniejszenie zapasów środków obrotowych i produkcji w toku
zmniejszenie wielkości partii produkcyjnych i transportowych
właściwe rozmieszczenie stanowisk roboczych i dróg transportowych
zmiany konstrukcyjne obrabiarek i przyrządów oraz przeszkolenie personelu z myślą o maksymalnym skróceniu czasów przezbrojeń maszyn
Ze względu na organizację produkcji, istota JIT polega na rozpatrywaniu procesu technologicznego jako jednego z elementów łańcucha logistycznego obejmującego przepływ materiałów, surowców od poddostawców poprzez kolejne fazy przetwarzania i montażu, aż do klienta – odbiorcy produktu finalnego.
Łańcuch logistyczny
Wypełnianie zadań łańcucha logistycznego pociąga za sobą koszty określone kosztami logistycznymi obejmującymi:
koszty zamrożenia kapitału
koszty planowania i sterowania zakupami, produkcją, zbytem
koszty transportowe
koszty zbierania i przetwarzania informacji
W konwencjonalnym planowaniu i sterowaniu produkcją łańcuch logistyczny rozpada się na 3 części:
kooperację i zaopatrzenie
sterowanie przebiegiem procesu produkcyjnego
zbyt wyrobów
W systemie JIT elementy te tworzą integralną całość zorganizowaną z perspektywy widzenia ostatniego elementu łańcucha logistycznego, jakim jest odbiorca produktu, co przyczynia się do obniżenia kosztów logistycznych oraz wzrostu elastyczności produkcji.
W systemie JIT planowanie ogólnozakładowe dotyczy tylko ostatniego stadium łańcucha logistycznego, którym jest magazyn wyrobów gotowych. Pozostałe komórki produkcyjne i zaopatrzeniowe otrzymują zadania bezpośrednio z kolejnego ogniwa łańcucha logistycznego.
Sterowanie produkcją w systemie JIT
W systemie konwencjonalnym sterowanie produkcją przebiega wg schematu:
W systemie JIT regułą jest:
utrzymanie w charakterze buforów znacznego zakresu niewykorzystanych zdolności produkcyjnych, a nie zapasów półproduktów
powiększanie dysponowanego funduszu czasu pracy pracowników, głównie poprzez działania organizacyjne i system częściowego (elastycznego) zatrudnienia
zasada elastycznego zatrudnienia wymaga z jednej strony odchodzenie od zatrudnienia pracowników – specjalistów na rzecz pracowników uniwersalnych, zdolnych do pełnienia różnych funkcji produkcyjnych, z drugiej zaś odstąpienie od akordowych systemów wynagradzania, nieprzydatnych w przypadku:
znacznych obciążeń urządzeń produkcyjnych
częstych zmian stanowisk roboczych przez pracowników
bezwględnych wymagań jakościowych i terminowych
Systemy JIT umożliwiają osiągnięcie wysokiej efektywności i elastyczności produkcji stosunkowo niewielkimi (w porównaniu z ESP) nakładami kapitałowymi, bowiem ich funkcjonowanie opiera się bardziej na dyscyplinie i odpowiedzialności pracowników niż na wysokiej technice i ścisłych wymaganiach technologicznych.
JIT to filozofia zarządzania produkcją polegająca na całkowitym zaspokojeniu wymagań klientów w momencie gdy one powstaną, tzn. bez odpadów, bez niepotrzebnego zużycia materiałów, zasobów fizycznych i ludzkich. JIT to ogólna zasada, sposób organizacji i sterowania produkcja, który można realizować za pomocą różnych rozwiązań szczegółowych, np. KANBAN
Jest to kompleksowy system organizacji produkcji w przedsiębiorstwie, wcielający w życie zasady ogólnej teorii systemów , traktujących przedsiębiorstwo jako ograniczoną całość. Został opracowany w japońskiej formie Toyota u zastosowany do organizacji i sterowania produkcją masową, wielko i średnioseryjną.
Celem systemu KANBAN jest ścisła kontrola zapasów. Obowiązuje w nim zasada „nie wytwarzać składników wyrobów, dopóki nie ma na nie zapotrzebowania, nawet wtedy, gdy skutkuje to zaprzestaniem pracy produkcyjnej przez robotników”. W przerwach tych robotnicy zajmują się innymi zadaniami, np. czyszczenie maszyn, praca w kołach jakości, identyfikacja wąskich gardeł procesu itp.
KANBAN łączy w sobie racjonalne, oparte na doświadczeniu zarządzanie czynnikiem ludzkim, nowoczesną technikę oraz bezzapasowy sposób organizacji i sterowania produkcją.
Wyróżnia się 3 podsystemy realizujące określone zadania:
podsystem socjalny (osobowy) – nabór i szkolenie załogi, wykorzystanie pracowników, wynagradzanie i awansowanie pracowników
podsystem techniczny – racjonalne wykorzystanie zdolności produkcyjnych, zwiększenie jakości wyrobów
podsystem produkcyjny – racjonalizacja przepływów materiałów, racjonalne sterowanie przebiegiem procesu produkcyjnego
Cechą systemu KANBAN jest minimalizacja długości cyklu produkcyjnego. Zaopatrzenie, wytwarzanie i odbiór wyrobów gotowych odbywa się wg hasła „akurat na czas”. Przedsiębiorstwo pracujące wg tego sposobu organizowania produkcji nie posiadają magazynów przed i po produkcyjnych, natomiast zapasy międzyoperacyjne zmniejszane są do niezbędnego minimum.
Cechy systemu KANBAN:
w podsystemie socjalnym:
elastyczne wykorzystanie wysokich kwalifikacji pracowników przez przydzielanie im prac zgodnie z bieżącymi wymaganiami produkcji
pracownicy mogą pracować na kilku różnych maszynach, w razie awarii mogą postawić diagnozę i usunąć drobne uszkodzenia, potrafią zapewnić wysoką jakość swojej pracy
brak stałego powiązania pracownika z maszyną i z jedną stawką godzinową
pracownicy akceptują częste przemieszczenia i zmiany stanowisk roboczych nie ponosząc strat materialnych dzięki specjalnemu systemowi płac
dokładne planowanie produkcji i wykorzystanie pracowników, dokładność sporządzania siatki terminów do kilku minut
dzień pracy nie kończy się po 8 godzinach, lecz po wykonaniu zadania
w podsystemie technicznym:
stosowanie technologii grupowej polegającej na dostosowaniu parku maszynowego oraz organizacji produkcji do wytwarzania „rodzin części”, co ma następujące zalety:
bardzo dokładne planowanie produkcji
100% niezawodność kooperantów i odbiorców zapewnia realizację procesów produkcyjnych przy prawie zerowym poziomie zapasów
bardzo dokładna organizacja przepływu informacji
minimalizacja dróg transportowych i kosztów transportu
minimalizacja przestoju obrabiarek przyczyniająca się do skrócenia długości procesu produkcyjnego
wzrost wykorzystania pracowników i ich elastyczności
w podsystemie produkcyjnym:
racjonalizacja przepływu materiałów, półproduktów i detali w procesie produkcyjnym, prowadząca do maksymalnego skrócenia długości cyklu produkcyjnego i maksymalnej redukcji zapasów produkcyjnych
bardzo dokładne planowanie produkcji
100% niezawodność kooperantów i odbiorców zapewnia realizację procesów produkcyjnych przy prawie zerowym poziomie zapasów
bardzo dokładna organizacja przepływu informacji
ściśle skoordynowany przepływ informacji z przepływem materiałów wpływający na obniżenie kosztów
lepsze wykorzystanie zdolności produkcyjnych
zwiększenie niezawodności systemu
Głównym nośnikiem informacji jest kanban. Każde ogniwo łańcucha logistycznego posiada oddzielny zestaw kart kanban, które przepływają między „źródłem” a odbiornikiem. Każdy kanban wystawiany jest odbiorcom. Pełni on zarazem funkcję zlecenia produkcyjnego dla „źródła”.
Zawiera on takie informacje jak:
nazwa i rodzaj części
rodzaj i nr pojemnika
godzina wystawienia
miejsce wystawienia
miejsce wytwarzania części
wymagany czas dostawy
W systemie tym przepływ materiałów i półproduktów od źródła do odbiorcy poprzedzony jest przepływem informacji w przeciwnym kierunku.
Sterowanie produkcją w systemie KANBAN można stosować zarówno przy tradycyjnym jak i elektronicznym przetwarzaniu informacji, kiedy to komputer dokonuje obliczeń, układa harmonogramy, kontroluje bieżące zaawansowanie prac, itp.
Punktem wyjścia jest harmonogram montażu wyrobów finalnych, zwykle sporządzany i zatwierdzany raz w okresie planistycznym (np. 1 miesiąc). Taki harmonogram jest podstawą do obliczeń dziennego planu produkcyjnego, który to plan jest jedynym sporządzanym planem szczegółowym.
Skróceniu długości cyklu produkcyjnego sprzyjają kompleksowe działania poczynając od projektowania konstrukcji wyrobu, przez projektowanie technologii wytwarzania w organizacji, aż po jej operatywne sterowanie procesem wytwarzania. Projektanci kierują się następującymi zaleceniami:
maksymalnie prosta konstrukcja wyrobu
minimalizować czasy przygotowawczo-zakończeniowe poprzez koncentrację wielu operacji obróbczych na jednym stanowisku roboczym
minimalizować czas oczekiwania detalu na obróbkę na stanowisku poprzez ustalenie możliwie małych partii detali
minimalizować czas oczekiwania na obróbkę między operacjami poprzez możliwie małe zapasy operacyjne
Korzyści stosowania systemu KANBAN:
ekonomiczne: zmniejszenie kosztów magazynowania i transportu, spadek zamrożenia nakładów kapitałowych, zwiększenie szybkości obrotu kapitału:
inne niż ekonomiczne: wzrost jakości i elastyczności produkcji, wzrost konkurencyjności, stabilizacja kadr, dobre stosunki międzyludzkie