Гибкие производственные ячейки, системы и участки. Гибкие производственные ячейки (ГПЯ) Области использования ГПЯ

Как и многие другие методологии и практики Lean, производственные ячейки начали применяться благодаря производственной системе Toyota в конце 1950-х годов. Они являются частью концепции : движение товаров, материалов и услуг происходит только тогда, когда оно необходимо для рабочего процесса.

Ячейка сотрудников в офисе — это группа тренированных специалистов, которые подготовлены для быстрого решения ряда задач или работы с определенными клиентами.

Разница между традиционным конвейером и U-образной ячейкой

Типичный конвейер — это последовательность станков, в которой сырье превращается в готовую продукцию.

Материал находится некоторое время у станка, пока совершается ряд задач. Операторы закреплены за определенной рабочей станцией или несколькими. Обычно станки на конвейере размещены в виде прямой линии. Сырье прибывает с одного конца и в виде готовой продукции покидает конвейер с другого конца.

U-образные ячейки являются более гибкими при изменениях спроса и уровня производства в сравнении с традиционными конвейерами.

На рисунке ниже мы видим, как при очень высоком спросе оператор прикреплен к каждому станку. С уменьшением спроса (высокий, средний и низкий) можно сокращать и количество работников до 5, затем 3 и вовсе до 1.

На рисунке видно, как трое рабочих А, В и С заняты на 5 рабочих станциях при U-образном размещении конвейера.

Часто используется японский принцип Чаку-Чаку . Он является компромиссом между полностью ручным производством и автоматизацией. Оператор запускает один из станков, который производит деталь и сам ее выгружает, забирает деталь и загружает ее в другой станок.

Согласно , который исследовал 114 компаний в США и Японии в 2001 году, в среднем их U-образные ячейки состояли из 10,2 рабочих станций и 3,4 операторов. В компаниях, где ранее использовали традиционные конвейеры, продуктивность в среднем выросла на 76%; время, необходимое на совершение главных операций, снизилось на 86%; количество брака упало на 83%.

Принцип работы U-образных ячеек

Преимущества

Для работы требуется меньшее количество операторов, чем для традиционного конвейера
Работники благодаря навыкам работы на нескольких станках являются более гибкими, поэтому можно быстро менять задания для них
Если оператор имеет чрезмерную нагрузку, либо занят не все время, это легко выявить
Больше пространства в рабочей зоне
Улучшается безопасность труда благодаря отсутствию неудобных или статических поз
Нет дополнительных затрат — достаточно расположить оборудование в нужном порядке

При размещении U-образной ячейки ответьте на такие вопросы:

Предусмотрите безопасность труда при размещении U-образной ячейки

Чтобы составить план для размещения U-образной ячейки, требуются:

диаграмма перемещений оператора, она же диаграмма Спагетти .

Вот пример для отделения банка, в котором фиксировали перемещения клиентов

перечень выполняемых операций, с разбивкой на автоматические и выполняемые вручную

критерии качества
специальные навыки
техника безопасности

После составления плана ведите хронометраж для каждой операции в соответствии с диаграммой Спагетти. Эти данные потребуются для составления диаграммы Ямадзуми. Она показывает загрузку операторов, которую можно сбалансировать под время такта в случае неравномерного распределения.

Время такта — это срок, через который клиент хочет получить первую единицу готовой продукции. Оно рассчитывается как соотношение всего доступного рабочего времени в этот интервал к потребности заказчика — необходимому количеству изделий.

При балансировке нагрузок можно перераспределить операции между работниками, по-разному расположить станки или использовать их в другом количестве.

Вердикт

U-образные ячейки обеспечивают ритмичность потока и помогают создавать продукты и услуги в установленный срок и без перепроизводства. Концепция не требует дополнительных затрат, достаточно лишь сгруппировать и разместить имеющееся оборудование.

Однако для эффективной работы U-ячеек нужны умелые операторы, которые готовы к операциям на нескольких или даже всех станках. Многофункциональность работников обеспечивает гибкость решения: в зависимости от колебаний спроса можно менять и число операторов.

Переход от организации производства и размещения оборудования, ориентированных на технологический процесс, к организации производства по принципу групповой технологии предполагает три стадии.

1. Группировка компонентов изделия в семейства, имеющие общие этапы обработки. Эта стадия требует разработки компьютеризированной системы классификации и кодирования деталей. Часто эта стадия самая дорогая, несмотря на то, что многие компании разработали короткие процедуры для идентификации и формирования семейств деталей.

2. Определение структуры доминирующих потоков семейств компонентов, на основе которых размещаются или переразмещаются технологические процессы.

3. Физическая группировка оборудования и технологических процессов в ячейки. На этом этапе иногда некоторые компоненты невозможно включить в какое-либо семейство, а специализированное оборудование нельзя разместить в одной из ячеек из-за того, что оно часто

используется для выполнения работ, относящихся к разным ячейкам. Такие негруппируемые компоненты изделия и оборудование размещают в отдельной ячейке "остатков".

Схема на рис. 10.13 иллюстрирует процесс разработки 1 технологических ячеек, который применяют в компании Rockwell Telecommunication Division – производителе компонентов волновода.

На части А рис. 10.13 показано исходное размещение, ориентированное на технологический процесс; на В – план переразмещения технологических операций, основанный на общности этапов обработки компонентов изделия, объединенных в семейства; на С – размещение оборудования и операций в технологической ячейке, в которой выполняются все операции, за исключением последней. Организация технологической ячейки в этом случае наиболее целесообразна, так как:

были отдельные семейства компонентов изделия;

было несколько станков каждого типа, поэтому выведение из ячейки какого-либо станка не уменьшало ее пропускной способности;

рабочие центры представляли собой легко передвигае-мые отдельно стоящие станки, тяжелые, но довольно просто закрепляемые на полу.

Этими тремя особенностями производства всегда следует руководствоваться при принятии решения о целесообразности создания ячеек.

"Виртуальная" технологическая ячейка

Если оборудование не так легко передвигается, его не включают в комплект однородных единиц оборудования при формировании технологической ячейки. Если к тому же однородные семейства компонентов производятся непродолжительное время, скажем, два месяца, формируют временные условные ("виртуальные") ячейки групповой технологии, состоящие, например, из одного сверлильного станка на участке сверления, трех фрезерных станков на фрезерном участке и одной сборочной линии на участке сборки. При этом, в соответствии с принципом групповой технологии, в конкретной ячейке должны осуществляться все работы с конкретным семейством компонентов изделия.

4. Размещение оборудования по принципу обслуживания неподвижного объекта

Размещение оборудования по принципу обслуживания неподвижного объекта используется при относительно небольшом числе единиц выпускаемой продукции, но, как правило, крупногабаритной и сложной. Разрабатывая размещение оборудования для производства неподвижного изделия, можно мысленно представить его в виде ступицы колеса с материалами и оборудованием, расположенными концентрически вокруг точки производства в порядке их использования и необходимости их перемещения. Например, в кораблестроении заклепки, использующиеся во всей конструкции изделия, должны размещаться близко к корпусу или прямо в нем. Тяжелые части двигателя, подвозимые к корпусу только один раз, можно разместить на более далеком расстоянии, а подъемные краны, поскольку они постоянно используются, следует располагать рядом с корпусом.

Для организации производства неподвижного изделия необходимо установить очередность выполнения работ, которая определяется производственными стадиями. Размещение оборудования и компонентов вокруг неподвижного объекта следует разрабатывать по принципу группирования материалов по их технологическому приоритету. Этот принцип используют при монтаже крупногабаритного оборудования, например штамповочного пресса, выполнение монтажных работ на котором осуществляется в строгой последовательности. Этого же принципа придерживаются при сборке изделий, когда она начинается с самого основания изделия, а потом к нему добавляются компоненты в виде стандартных блоков.

Что касается использования количественных методов при размещении оборудования вокруг неподвижного объекта, то в соответствующей литературе этой проблеме уделяли мало внимания, хотя сам принцип размещения применяют сотни лет. Однако для конкретных ситуаций можно определить объективные критерии и разработать размещение оборудования вокруг неподвижного объекта с помощью количественных методов. Например, если стоимость транспортирования материалов значительна и строительный участок допускает большее или меньшее передвижение материалов по прямой линии, то можно применить метод CRAFT.

По определению производственная ячейка – это расположение оборудования и рабочих мест в такой последовательности, чтобы обеспечить ритмичность материалов, комплектующих и прочих компонентов в производственном процессе с минимальными , в частности задержками на их транспортировку.

Можно сказать, что выстраивание ячейки – это расстановка станков в соответствии с последовательностью операций, когда некрупное и недорогое оборудование выделяется исключительно под какой-либо определённый продукт.
Исходя из вышеизложенного, производственная ячейка требует совмещения профессий, т.к. рабочий или несколько в ячейке должны уметь работать на разных видах оборудования (возможно на всех), входящих в состав ячейки. Необходимо определить и чётко прописать , планировать количество и периодичность движения .

По видам построения различают L-образные, T-образные, V-образные, I-образные и прочие, зависящие от технологии, планировки участка их расположения и прочих факторов. Наиболее популярными являются U-образные производственные ячейки.
При любом варианте компоновка ячейки должна быть организована таким образом, чтобы оборудование, инструменты, материалы, стандарты были под рукой, а их расположение обеспечивало безопасное выполнение работ.

Алгоритм формирования производственной ячейки достаточно прост (см. рисунок).

Для начала необходимо провести выбор ассортимента . Несмотря на схожесть с , здесь акцент ставится не на целях, а на массовости продукта, так как формирование ячейки предполагает физическое изменение определённого участка (перемещение рабочих мест и оборудования). Это должна быть наиболее массовая номенклатура, выбранная по принципам АВС анализа и визуализированная при помощи д. Парето, охватывающая наибольшее количество операций потока, т.е. с наиболее продолжительной технологической цепочкой. Если вы уже на стадии выбора продукта для рассматриваете такое изделие, то вы на правильном пути. В противном случае необходимо рассмотреть возможность организации ячейки в свете иного множества номенклатур различных изделий.

Позволяют ли мощности и целесообразно ли формирование ячейки?
Возможно ли формирование производственной ячейки на другой номенклатуре или на нескольких видах сразу?
После выбора ассортимента формируется план текущего состояния , который состоит из планировки участка с указанием технологического оборудования, диаграммы передвижений работника в процессе преобразования выбранного изделия, и возможных необходимых указаний, например, контроль качества, необходимость в специальном навыке, особое внимание технике безопасности и т.п. Составление плана даёт нам понять текущее состояние, увидеть и начать генерировать идеи по улучшению. Здесь же необходимо вести выполнения каждой операции (на соответствующей единице оборудования) согласно диаграмме Спагетти, т.е. указать время, затрачиваемое на каждое действие рабочих.

Как правило, текущее состояние отражает технологическую последовательность преобразования какого-либо изделия, проходящую через несколько видов оборудования и несколько операторов, т.е. операций, на входе и выходе которых находится некоторое количество незавершённого производства. Данные хронометража необходимы для построения диаграммы и оборудования, группируемого в ячейку под требуемый . Балансировка под – следующий шаг формирования ячейки. Здесь можно воспользоваться не только перераспределением действий и ликвидацией , но и поэкспериментировать с различными вариантами расположения и количеством оборудования. Операции, которые по каким-либо причинам не могут быть сбалансированы, не включаются в состав ячейки.

Исходя из результатов балансировки, требуемого времени такта и возможностей перемещения оборудования формируется план производственной ячейки целевого состояния , т.е. как мы хотим. План включает в себя диаграмму с необходимым вариантом расположения оборудования в виде ячейки и минимальным количеством работников, а также сводную таблицу , содержащую перечень выполняемых в производственной ячейке действий, с разбивкой на автоматическую работу оборудования и непосредственные действия самого рабочего (в том числе передвижения, съём и установку изделий и т.п.). Наглядней сводную таблицу стандартизованной работы в виде циклограммы.

Например, при организации ячейки на операции сборки велосипеда, если знать последовательность и продолжительность каждой операции, а также необходимый , таблица стандартизированной работы может выглядеть следующим образом (см. таблицу):

Данные для расчёта:

№	Наименование операции	Продолжительность, сек
	Установка заднего колеса
	Установка переднего колеса
	Подсборка руля
	Установка руля
	Подсборка сиденья
	Установка сиденья
	Подсборка ходовой
	Установка ходовой
	Установка крыльев
	Упаковка

Суммарное время = 2190 секунд без учёта передвижений работников. В данном случае мы заведомо упрощаем пример, округляя в большую сторону время выполнения каждой операции до целых минут, тем самым учитывая перемещение продукта и возможные потери.
В приведённом примере работа ячейки рассчитывалась под такт 600 секунд (10 минут).
Таким образом, для выполнения работ под такт потребовалось 2190/600=4 оператора сборщика.

На основании материалов «Cellular Manufacturing with Kanbans Optimization in Bosch Production System»Pedro Salgado, Leonilde R. Varela, 2010

Изучение существующей практики производства выявило ряд узких мест, нуждающихся в устранении. Во-первых, чрезмерные затраты - в частности, на приобретение двенадцати лазерных установок для печати кодов на платах. Во-вторых, существующей производственной системе недостает гибкости - она оказалась неспособной быстро адаптироваться к изменениям спроса, потребовавшим соответственных изменений в дизайне продукта и в технологических требованиях. В-третьих, нередки простои оборудования, поскольку выход из строя одной машины часто может вызвать остановку всего производственного цикла.

В данной статье предлагается модифицировать производственную систему через создание производственных ячеек, что позволит выполнять производственные операции в четкой последовательности без перерывов за счет компоновки различных типов оборудования на одном участке. В случае Bosch Car Multimedia Portugal, S.A. перераспределение оборудования позволяет сократить число линий с двенадцати до семи, сократив таким образом и число требуемых лазерных установок. Учитывая, что три установки на производстве уже имеется, компании нужно приобрести всего четыре новых в дополнение к имеющимся, чтобы полностью решить проблему маркировки плат в зоне автоматической сборки. Подобное решение позволить компании сэкономить значительную сумму.

Предлагаемый сценарий включает создание ячеек, организованных по принципу «точно в срок» (JITC) и ячеек, организованных по методу быстрого реагирования (QRC). Первые во всем следуют принципам JIT, направлены на достижение тех же ключевых целей (ноль дефектов, нулевое время установки, ноль запасов, ноль лишних манипуляций, ноль поломок оборудования) и применяют унифицированные канбан-контейнеры. Вторые позволяют существенно сократить товарные запасы, так как запас, обеспечивающий непрерывность производственного процесса между очередными поставками, не превышает величины, расходуемой за время, в течение которого размещается и выполняется заказ.

Логистический принцип «точно в срок» все чаще используется при организации ячеек, поскольку делает производственную систему более гибкой и адаптивной к изменениям в производстве семейств продуктов, а в современной экономической среде это является важным конкурентным преимуществом. Этот фактор имеет большое значение для Bosch Production System, поскольку производимые платы принадлежат к одному семейству продуктов и потому разделяют некоторые характеристики в отношении требований к производству и манипуляциям, включая сходства в конструкции и материалах.

Когда Bosch столкнулась с необходимостью удовлетворения более широкого спектра требований к спецификации продукта, руководство пришло к пониманию того, насколько большое значение сегодня имеет возможность быстро адаптировать производственную систему и ключевые процессы, и именно гибкость и быстрое реагирование стали самыми важными характеристиками производственных ячеек. Кроме того, производство в ячейках позволяет достичь более высоких показателей качества продукции при поддержании эффективности процессов на высоком уровне и минимизации складских запасов и перемещений товара, материалов и сотрудников в процессе работы. На рис. 1 отображено рекомендуемая планировка ячеек.

Такая производственная среда обладает рядом преимуществ и во взаимоотношениях с клиентами, поскольку производственные ячейки ориентированы на быстрые темпы производства, позволяющие удовлетворить требования клиента в кратчайшие кроки.

Внутренние поставки планируется организовать по принципу молочника. Забирая контейнер из хранилища в зоне автоматической сборки, рабочие зоны финальной сборки оставляют на месте полного пустой контейнер. Это служит сигналом начала нового цикла, и как только контейнер с материалами уходит в зону финальной сборки, карточки канбан возвращаются на доску.

Соответственно, когда в зоне автоматической сборки возникает необходимость в материалах, рабочие забирают полный контейнер из супермаркета - точки хранения минимально необходимого запаса. Всякий раз, когда карточка канбан возвращается на доску, она служит сигналом о необходимости создания новой партии продукта. Когда необходимый объем производства достигнут, карточки помещаются в буфер, откуда они выходят по принципу FIFO (первым пришел - первым ушел).

Из буфера карточки отправляются в сектор планирования, размещенный в самом низу доски. Здесь на основании данных, представленных на карточках, осуществляется производственное планирование на три рабочих периода. Затем карточки проходят через всю линию, прикрепляются к контейнеру и направляются в супермаркет, где материалы хранятся до тех пор, пока не понадобятся в зоне автоматической или ручной сборки.

Для более наглядного сравнения существующего и альтернативного сценариев используем уже разобранный пример с производством плат (рис. 2) и ту же формулу расчета:

В предлагаемом сценарии отличаются лишь показатели эффективного производственного времени (NPT) и времени восполнения продукции (RT loop). Это связано с тем, что производство в ячейках позволяет сократить время подготовки и переналадки оборудования и продолжительность обработки. Таким образом, эффективное производственное время возрастает, сокращаются время обработки продукта (25 минут) и время цикла (9 секунд).

Табл. 1. Расчет параметров производства при альтернативном сценарии


Продукт Типа I

PR - спрос в единицу времени [единицы/время];

SNP - стандартное число деталей в канбан-контейнере;

WA - объем отбираемой продукции [единицы/время];

NPT - эффективное производственное время [мин./период];

RT loop - время восполнения продукции [мин.];

LS - объем партии [единицы];

ST - «страховочное» время (часы).

С помощью этих величин мы можем рассчитать соответственно показатели совокупного времени пополнения запаса (RE), совокупного объема партии (LO), совокупного пика «забора» продукции (WI), совокупных простоев (TI), совокупного «страховочного» времени (SA) - см. таблицу 2.

Табл. 2. Расчет параметров производства при альтернативном сценарии


Продукт Типа I

RE - совокупное время пополнения запаса;

LO - совокупный объем партии;

WI - совокупный пик «забора» продукции;

TI - совокупные простои;

SA - совокупное «страховочное» время;

Как следует из подсчетов, организация производственных ячеек позволяет сократить число канбан-контейнеров с 35 до 30. Учитывая темпы производства, это означает экономию в 5 контейнеров в день, 100 - в месяц (при 20 рабочих днях) при полном удовлетворении всего объема спроса. Таким образом, за полгода мы сэкономим 600 контейнеров, что является весьма существенным показателем.

Сокращение числа контейнеров происходит за счет увеличения эффективного производственного времени, с одной стороны, и сокращения времени пополнения запаса, с другой.

Тайити Оно отмечал, что сокращение числа канбан-контейнеров приводит к сокращению объемов промежуточных и финальных запасов, позволяя компании лучше адаптироваться к колебаниям спроса. А Сигео Синго также зафиксировал, что исключение лишних запасов позволяет сократить трудовые затраты на 40%.

На основании имеющихся данных о продукте и спросе был сделан прогноз потребности в продукции компании на шесть месяцев вперед для альтернативного производственного сценария (рис. 3).

Согласно подсчетам, к концу выделенного периода количество контейнеров составит 2581.

Сравнив результаты расчетов, мы обнаружим, что при переходе к производственным ячейкам мы значительно сократим общее число канбан-контейнеров. За полгода работы вместо 2936 контейнеров при существующем сценарии мы получим 2581 контейнер (на 355 меньше). Таким образом, экономия за полгода поставит 12%.

Ожидается, что спрос на протяжении месяцев будет переживать определенные колебания. В момент возрастания спроса, число контейнеров будет соответственно увеличиваться для удовлетворения потребностей клиентов и наоборот. Тайити Оно на основании своего опыта свидетельствовал о том, что колебаниями в пределах 10-30% можно легко управлять без увеличения числа контейнеров. Тем не менее, стоит помнить, что самым надежным индикатором является практика - каждая компания имеет свою стратегию реагирования на изменения спроса.

С другой стороны, по мнению Дж. Т. Блэка, главное преимущество производства в ячейках состоит даже не в сокращении числа канбан-контейнеров в производственной цепочке, а в повышении гибкости производства, в его повышенной способности быстро реагировать на изменения, вызванные как внешними факторами (чаще всего изменениями спроса), так и внутренними (касающимися изменений в дизайне продукта или расширения производственной линейки).

Преимущества производственных ячеек по сравнению с традиционными моделями производства в отношении эффективности широко обсуждались Роджером Эскиным и Нануа Сингхом. Преимущества были установлены в результате имитационного моделирования, аналитических исследований, практической реализации и сводятся к следующему:

Сокращение времени переналадки . Производственная ячейка организована для обращения с деталями сходной формы и размера, поэтому для их удержания могут использоваться схожие зажимные приспособления. Для семейства товаров могут быть разработаны общие приспособления, что существенно сокращает время, необходимое для смены креплений или инструментов.
Сокращение объема партии . При сокращении времени переналадки, становится возможным использовать меньшие объемы партий, что позволяет сделать производственный процесс более согласованным и сократить затраты.
Сокращение запасов готовой продукции и продукции, находящей в процессе обработки, за счет меньших объемов партий и сокращения времени переналадки. Эскин указывал на возможность сокращения продукции, находящей в процессе обработки, на 50% при 50%-ном сокращении времени переналадки. Помимо этого существенно сокращаются объемы хранящейся готовой продукции, поскольку вместо производства на склад изготовляются более мелкие партии и по принципу «точно в срок».
Сокращение времени производственного цикла - за счет сокращения сроков переналадки и времени, которое тратится на операции с сырьем и материалами.
Сокращение индивидуальных требований к инструментам . Детали производятся в ячейках и имеют сходные форму, размеры и структуру. Часто они имеют и схожие требования.
Сокращение общего времени производственного цикла . В традиционной производственной системе детали перемещаются между стадиями производственного процесса партиями. В ячейках готовая деталь сразу переходит на следующую ступень обработки, что позволяет значительно сократить время ожидания.

В результате вышеупомянутых факторов возрастает и качество продукции, поскольку из-за того, что каждая деталь транспортируется с одной стадии на другую индивидуально, укрепляется обратная связь, а процесс может быть остановлен сразу при обнаружении дефекта.

Подводя итоги анализа существующей логистической системы на Bosch Car Multimedia Portugal, S.A. и предложенной ей альтернативы, мы можем сделать вывод, что переход к производственным ячейкам способен заметно снизить затраты предприятия, усовершенствовать ее Производственную систему и управление производственными задачами. Кроме того, это шаг к упрощению обращения с материалами.

В завершение хотелось бы отметить, что достичь зафиксированных здесь результатов можно, всего лишь изменив планировку производства и создав ячейки. Усовершенствовав некоторые другие аспекты - как то: производственное планирование, поток товаро-материальных ценностей, управленческий контроль и пр. - можно достичь еще более выдающихся результатов.

Размещение оборудования по принципу групповой технологии

При размещении оборудования по принципу групповой технологии, или формирования технологических ячеек, различное оборудование группируют в ячейки для выполнения операций с несколькими изделиями, однородными по конструктивно-технологическим признакам. В настоящее время этот принцип широко используется при металлообработке, производстве чипов для компьютеров и на сборочных работах. Наибольшие преимущества и выгоды от размещения оборудования по принципу формирования технологических ячеек получает производство, работающее по заказам, и мелкосерийное производство. К этим преимуществам относятся следующие:

1. Улучшение человеческих взаимоотношений. В состав ячейки входят несколько рабочих, которые образуют небольшую рабочую бригаду, выполняющую законченный блок работ.

2. Быстрое приобретение и накопление производственного опыта. Рабочие имеют дело с ограниченным числом разнотипных деталей. Поэтому благодаря частому повторению работ с одними и теми же деталями, рабочие быстро обучаются.

3. Уменьшение незавершенного производства и затрат на транспортирование материалов. Ячейка объединяет несколько производственных операций, поэтому детали в ней меньше задерживаются на обработке и не требуется их большого запаса.

4. Быстрая переналадка производства. Ограниченное количество видов выполняемых работ требует относительно небольшого комплекта необходимых инструментов, который можно быстро заменить при переходе на выпуск другой продукции.

Схема на рис. 10.13 иллюстрирует процесс разработки 1 технологических ячеек, который применяют в компании Rockwell Telecommunication Division – производителе компонентов волновода.

- были отдельные семейства компонентов изделия;

- было несколько станков каждого типа, поэтому выведение из ячейки какого-либо станка не уменьшало ее пропускной способности;

- рабочие центры представляли собой легко передвигае-мые отдельно стоящие станки, тяжелые, но довольно просто закрепляемые на полу.

"Виртуальная" технологическая ячейка