Články
Optimalizace výrobních linek Wg 140
13. 12. 2019 - Tomáš Feltl, IEn.
Kontrolované přesunutí produktových skupin z pracoviště strojní výroby s ruční manipulací (Wg 161) na pracoviště automatických tvářecích linek (Wg 140) za účelem zvýšení produkce a snížení nákladů.
Vážení čtenáři,
tento článek popisuje realizaci studentského projektu v rámci ročního studijního programu Průmyslové Inženýrství. Projekt realizuje v roli projektového vedoucího účastník ročního programu. V průběhu spolupracuje s přiděleným odborným tutorem z týmu API, který napomáhá metodickými postupy i praktickými radami. Ve fázi definice projektu jsou vždy se sponzorem (zpravidla nadřízeným projektového vedoucího) nastaveny měřitelné cíle spojené s praktickým zlepšením konkrétního podnikového procesu. Realizace probíhá metodikou DMAIC: definuj, měř, analyzuj, zlepšuj a řiď. Na konci studia účastník prezentuje dosažené výsledky před kolegy ze studia a odbornou komisí.
V rámci studijního programu Průmyslové inženýrství jsem dostal možnost vést pilotní projekt ve společnosti Lindab s.r.o. Před zadáním samotného projektu probíhala důkladná analýza managementu. Vybíráno bylo z několika projektů. Hlavním aspektem při výběru nebyla pouze co nejvyšší finanční úspora, ale také možnost vyzkoušet si získané znalosti při studiu průmyslového inženýrství.
Jako nejvíce vyhovující byl vybrán projekt nazvaný Optimalizace výrobních linek Wg 140.
Měřitelné i neměřitelné cíle
Hlavním cílem bylo kontrolované přesunutí produktových skupin z pracoviště strojní výroby s ruční manipulací (Wg 161) na pracoviště automatických tvářecích linek (Wg 140) za účelem zvýšení produkce a snížení nákladů.
Dalším, neméně důležitým cílem projektu, bylo snížení časů normovaných seřizování na pracovišti wg 140. Vhledem k plánovaným přesunům produktových skupin bylo bezpodmínečně nutné se tímto tématem zabývat.
Jako posledním měřitelným cílem projektu bylo zvýšení produkce u produktových skupin řady MF, NP – jedná se o vnější/vnitřní spojky kruhového vzduchotechnického potrubí o průměru 100 – 315 mm.
Jedním z neměřitelných cílů projektu bylo také „vtáhnout" zaměstnance do řešení problémů, využít jejich zkušeností a nápadů a nastavit oboustrannou zpětnou vazbu.
Projektový tým
Prvním krokem bylo přesné určení cílů (obr. 4). Dále byl sestaven projektový tým. Dle dostupných informací byl výše uvedený projekt prvním projektem takového rozsahu v naší firmě. K sestavení realizačního týmu jsme tedy přistupovali „selským rozumem", a to tak, aby obsahoval členy ze všech oddělení, která více či méně vstupují do výrobního procesu na vybraném pracovišti. Členy týmu se stali: trenér výrobních procesů, vedoucí výroby, výrobní technik, mistr údržby, mistr výroby a seřizovač automatických linek. Pravidelné informační schůzky týmu probíhaly jednou za 3 týdny, později dle potřeby (i několikrát týdně).
Fáze měření a analýzy
Prvním krokem bylo zhodnocení stavu pracoviště automatických linek, které obsahovalo mimo jiné: základní obsazenost jednotlivých linek, vytížení pracoviště, kusový výstup pracoviště, výkon, balení, seřizování, layout strojů a zařízení a zmapování materiálového toku pomocí SIPOC.
Nejdůležitějším aspektem však byl audit strojního vybavení jednotlivých automatických linek, který nám stanovil mantinely, aby bylo možno určit, které položky je vůbec možno vyrábět na automatických linkách.
Auditem byly zjištěny informace typu: jmenovitý průměr položky, maximální délka svařence, typ materiálu, max. rozsah uchopovacích čelistí atd.
Po auditu strojního vybavení bylo možno přistoupit k auditu produktových skupin.
Na pracovišti s ruční manipulací se systémově nacházelo 1 288 položek. Dle kritérií, vycházejících z auditu strojního vybavení, bylo vybráno celkem 197 potencionálních položek určených k přesunu na automatické výrobní linky.
Tento audit produktových skupin byl stěžejní analýzou celého projektu. Jak bylo již uvedeno výše, celkem se jednalo o 1 288 položek. U všech byla kontrolována nejen výkresová dokumentace, ale také technologický postup výroby. Každá položka byla individuálně posouzena. Vybrané položky byly dávkově fyzicky odzkoušeny výrobou na automatických linkách.
Dalším, neméně podstatným kritériem pro přesun položek byl audit velikosti výrobních dávek a hodnoty prodejů za předcházející rok.
Důležitým cílem projektu bylo také snížení časů normovaných seřizování (setupů). Důvodem byla domněnka všech členů týmu, že seřizování tvoří největší část prostojů na automatických linkách. Domněnka nám ale nestačila a podle hesla „co nezměřím, nedokážu zlepšit" byla provedena analýza prostojů a poruch. Data byla získána z centrálního operačního systému, kam se zapisuje výkon, kvalita, dostupný čas, veškeré prostoje a poruchy na denní bázi. Použili jsme data za uplynulý rok, před začátkem projektu.
Z analýzy prostojů vyplynulo, že čas průměrného seřízení na Wg 140 byl 23,57 min., celkově prostoje na Wg 140 zabíraly 10 % z dostupného času.
Analyzovány byly veškeré prostoje:
- Setup v normovaném čase: 32,6 %.
- Setup nad normovaný čas: 16,8 %.
- Výměna svitku: 16,1 %.
- Porucha: 10,5 %.
- Doseřízení tvářecího zařízení během výroby: 6,3 %.
- Doseřízení automatické svářečky během výroby: 4,5 %.
- Doseřízení svařovacího vozíku během výroby: 4,2 %.
Díky této analýze se potvrdila naše domněnka, že normované seřizování zabírá největší podíl z prostojů. Analýza nám ale také ukázala, které další aspekty nám do prostojů vstupují, a nutnost s nimi dále pracovat. Zaměřili jsme se tedy také na výměnu svitku a detailní rozpad poruch.
Obr. 1 Detailní analýza prostojů a poruch
Při tomto rozkladu analýzy prostojů si tým všiml, že seřizovači zapisují čas výměny svitku nejčastěji přesně 10 min. Byla proto provedena chronometráž výměny svitku.
Celkem bylo učiněno 10 nezávislých náměrů. Výsledkem byl průměrný čas výměny svitku 4 minuty 38 sekund. Seřizovači byli seznámeni s touto skutečností a kompromitací krácení výrobního času. Mistrům výroby bylo uloženo, že jakmile se ve sledování produkce objeví vyšší čas výměny svitku než 5 minut, je nutno okomentovat, proč se tak stalo. Po zbytek projektu nenastala výměna svitku, která by neodpovídala naměřeným hodnotám.
Dále jsme v rámci snížení časů setupů použili špagetový diagram, s jehož pomocí jsme odhalili velké plýtvání hlavně při seřizování automatické svářečky, zbytečné kroky při výměně svitku nebo hledání nářadí.
V závislosti na těchto diagramech byl proveden také audit 5S, kdy byly zjištěny nedostatky, jako např.: svářecí vozíky neuklizené, pomíchané náhradní komponenty, nedostatek nářadí, málo prostoru pro vstupní materiál.
Z analýzy poruch vyplynulo, že za uplynulý rok (před započetím projektu) jich bylo na pracovišti Wg 140 evidováno 426. Celkem se jednalo o ztrátu 11 674 minut, což je 195 hodin, tedy cca 28 směn! Abychom mohli s údaji dále pracovat, bylo nutné rozdělit poruchy na „technické" a ty, které jsou způsobeny chybou operátora.
Nejčastější poruchy bez vlivu operátora byly vadné senzory, špatné (nedostatečné) zajištění uchopovacích a otáčecích manipulátorů a obecně špatný stav svářecích vozíků.
Poruch způsobených vinou operátora nebo seřizovače bylo na zmíněném pracovišti evidováno 91, celkem se jednalo o ztrátu 61 hodin. Jako protiopatření byla vytvořena matice znalostí seřizovačů, kde byly uvedeny všechny produktové skupiny, které se na pracovišti automatických linek nacházely, a v okamžiku, kdy došlo k přesunu jakékoliv položky na automatické linky, byla matice ihned rozšířena.
V souvislostech výše uvedených padla otázka: „Jak jsou na tom vlastně seřizovači a operátoři, co se týče znalosti měření a požadavků na výrobek?" Abychom zjistili odpověď, byl vytvořen test znalostí.
Chtěli jsme „vtáhnout" seřizovače na automatických linkách více do projektu a využít jejich mnohaleté zkušenosti a poznatky. Uspořádali jsme proto workshop, kde byla hlavní otázka: „Proč trvá setup na pracovišti Wg 140 tak dlouho?" Workshopu se účastnili 4 seřizovači automatických linek, trenér výrobních procesů a výrobní technik.
Nejčastější odpověď a nejčastěji přiřazená priorita se týkala nedostatku nářadí, špatného přístupu k jednotlivým částem strojů, nutnost ruční korekce výrobních programů, nedostatek prostoru u vstupního materiálu.
Posledním měřitelným cílem projektu bylo zvýšení produkce u výrobků MF, NP. Tyto výrobky se vyrábějí primárně na automatické lince 140/1, a to bez účasti operátora! Operátor (seřizovač) pouze provádí výměnu obalového materiálu. Abychom mohli zvýšit produkci výše uvedených produktů, bylo nejprve nutné analyzovat veškeré strojní vybavení a určit úzké místo výrobního procesu.
Celou výrobní linku jsme si rozdělili do 4 základních sektorů. Veškeré hodnoty byly naměřeny a zanalyzovány pomocí chronometráže, kdy byly naměřeny jednotlivé části výrobního procesu.
Měřením bylo určeno nejužší místo – samotné tváření. Dále bylo zjištěno, že software automatické linky umožňuje pouze 1 horní pozici otáčecího mechanismu. V praxi toto znamená, že všechny průměry otáčecí zařízení vyveze vždy do stejné výšky – což je další ztráta. Jako poslední bod analýzy bylo zjištěno, že výrobek MF 250 byl otáčen pouze ve chvíli, kdy senzor zaznamenal další polotovar, který je připravený na vložení. Tím vznikla velká časová prodleva – cca 4 vteřiny na 1 ks! Důvodem byl pozůstatek původního nastavení u tohoto průměru z doby, kdy bylo použito jiné uchopovací zařízení, které tento postup vyžadovalo. Software byl okamžitě upraven za přítomnosti údržby.
Tímto byla ukončena fáze měření a analýzy a zahájili jsme zlepšování.
Fáze zlepšení
Jak již bylo uvedeno, na pracovišti Wg 161 (pracoviště s ruční manipulací) se systémově nacházelo 1 288 položek. Dle kritérií, vycházejících z auditu strojního vybavení, bylo vybráno celkem 197 potencionálních položek určených k přesunu na automatické výrobní linky.
Celkem bylo přesunuto 113 položek a 25 položek bylo určeno pro přesun za účasti nového stroje v automatické lince (řešeno dalším projektem). Zbytek položek byl shledán nevyhovujícím pro přesun, a to z důvodu malých dávek či nutnosti většího zásahu do konceptu linky.
U všech nově přesunutých výrob byla provedena zkušební výrobní série, aby byla ověřena vyrobitelnost, a také byly nastaveny výkonnostní normy pomocí chronometráže.
Některé nově přesunuté položky je nutno přesně ukládat do obalů, aby bylo dodrženo balící množství – vše bylo zohledněno ve výkonové normě. Dále byly do systému přidány návodky a názorné fotografie poskládaných výrobků v obalech.
U některých typů výrob byla nutná spolupráce 2 operátorů – natočili jsme instruktážní video a rozpad operací pro oba operátory byl přidán přímo do výrobního příkazu. Dále bylo nutné zkontrolovat vybalancovaní linek a ujistit se, že přesun položek neohrozí zákaznický servis.
Rovněž byl proveden ergonomický audit pro zjištění, zda přesunuté položky a nastavené procesy nijak neohrožují zdraví operátorů a seřizovačů.
Aby bylo možné přesunout výše uvedené množství položek, bylo nutno provést úpravy strojů a zařízení, implementaci nových technologií a zajistit vývoj a výrobu nových prvků pro tvarování:
- Zařízení pro polohování gumového těsnění.
- Zařízení pro výrobu „obvodového lemu".
- Nové rozměrové tvářecí hlavy.
- Nový svařovací vozík pro průměr 280 mm.
- Kleštiny pro uchopení dlouhých svařenců.
- Úprava softwaru ovládacích panelů.
- Úpravy rolovacích válců.
- Úpravy dělícího zařízení.
Co se týče dalšího bodu projektu – snížení doby setupů, jak již bylo dříve uvedeno ve fázi měření a analýzy, průměrná doba seřízení (setupu) na pracovišti automatických linek činila 23,57 min., na konci projektu byla 17,45 min. Podařilo se nám tedy snížit průměrnou dobu seřízení o cca 26 %.
Hlavním faktorem, který přispěl ke snížení času, bylo navýšení počtu seřizovačů při jednotlivých seřizováních. Nejednalo se však o navýšení lidských zdrojů, ale o změnu standardu seřizování. Původně vždy pouze 1 seřizovač zodpovídal za přidělenou automatickou linku i za její seřízení. Nyní se na seřízení podílí více seřizovačů i z ostatních automatických linek. Jelikož se dle vytížení automatických linek mění i počet seřizovačů, byl sepsán postup při seřízení pro všechny varianty.
Obr. 2 Průměrná doba – setup pracoviště
Dále byla realizována většina bodů z workshopu a došlo ke zlepšení v rámci technických opatření, např.: úprava uchycení tvářecích kol, plošiny pro snadný přístup ke stroji, instalace jeřábových závěsů pro snazší manipulaci s tvářecími hlavami, úprava uchopovačů, nové stojany na vstupní materiál atd.
Také ke konci projektu proběhl druhý test znalostí u všech operátorů a seřizovačů automatických linek. Výsledek byl průměrně 77,37 % úspěšnosti, oproti stavu na začátku projektu je to průměrné zlepšení o 28 % bodů (počáteční stav byl ca 50 %).
Co se týče posledního bodu projektu, tedy navýšení produkce u produktových skupin MF a NP, kdy původní průměrná doba taktu byla u MF 16,58 s a u NP 14,61 s, došlo k navýšení o 32,8 % u položek MF a o 29,5 % u položek NP.
Zásadními kroky pro navýšení produkce byla výměna řídicího systému, který aktuálně umožňuje nastavit veškeré pozice uchopovacího zařízení dle rozměru polotovaru. Uvedená nastavení lze uložit pro každý výrobek zvlášť a kdykoliv vyvolat z paměti stroje. Celý řídicí systém byl vytvořen oddělením údržby. Nový řídicí systém také umožňuje úpravy rychlosti uchopovacího a obracecího zařízení, a to za plného provozu. V praxi to znamená, že pokud seřizovač chce z jakéhokoliv důvodu zrychlit nebo zpomalit zařízení, může tak učinit, aniž by musel přerušit jakoukoliv výrobní operaci.
Výměnou řídicího systému a s tím spojené snížení taktu na tvářecí části linky mělo za následek, že automatická svářečka se stala nejužším místem linky a nebyla schopna svařit požadovaný počet polotovarů. Docházelo k prostojům, kdy tvářecí část linky čekala takřka na každý svařenec. Původní čas taktu svářečky sice činil cca 7,2 sekundy, ale svářečka musela svařovat pro 2 ramena současně. Bylo nutno navýšit výstup, ale tak, aby nedocházelo ke snížení kvality sváru.
Byla provedena analýza všech činností, které vstupují do výroby svařence. Za asistence technické údržby byly nově nastaveny (eliminovány) všechny prodlevy mezi jednotlivými operacemi. Výsledkem je, že se původní čas taktu 7,2 sekundy snížil pod hranici 5 sekund.
Dále proběhla výměna všech senzorů a bylo vyrobeno nové upevnění uchopovacího a otáčecího zařízení pomocí roznášecí desky.
Obr. 3 Uložení svitků „před a po"
Shrnutí
Pokud bychom měli shrnout výsledky projektu, tak všechny cíle byly splněny.
Náklady projektu, včetně investic do nových tvářecích prvků, se dostaly na hodnotu lehce přes 0,5 milionu Kč.
Celková úspora projektu, tedy úspora přesunem položek, snížením doby setupů a navýšením produkce u produktů řady MF, NP, po odečtu nákladů činila cca 4,3 milionu Kč.
Do nefinanční bilance projektu je určitě nutno zařadit snížení úrazovosti, neboť za uplynulý rok před zahájením projektu bylo vyrobeno cca 750 tisíc kusů, které bylo nutno při ručním tváření přidržovat a hrozilo tedy potencionální riziko úrazu. Přesunem položek na automatické linky bylo výše uvedené nebezpečí zcela eliminováno.
Dále nám všem tento „pilotní" projekt ukázal, jak důležité je používat nástroje průmyslového inženýrství a hledat kořenové příčiny problému. Rovněž jsme díky tomuto projektu zjistili, jak důležitá je vzájemná komunikace nejen mezi odděleními, ale hlavně mezi „lidmi na výrobní hale" a „lidmi v kanceláři".
Po ukončení projektu jsme se zaměřili na „srovnání výrobního toku" na pracovišti s ruční manipulací – řešeno novým projektem. Na pracoviště automatických linek byl doplněn další tvářecí stroj, nejednalo se však o automatizovanou linku, ale stroj, který byl doplněn na konec automatické linky a bylo tak umožněno za použití jednoho operátora zpracovávat další část položek z pracoviště s ruční manipulací – jednalo se zejména o výrobky, které mají na každém konci jiný typ zakončení. Doplněním stroje do linky tak bylo zcela eliminováno jak dělení materiálu na jiném úseku, tak ruční sváření. Aktuální zaměření na pracovišti automatických linek je schopnost zpracování nerezových výrobků.
Závěrem bych chtěl poděkovat nejen celému projektovému týmu, ale hlavně lidem, kteří v této práci nejsou uvedeni. Jsou to především pracovníci technické údržby, kteří v podstatě na zavolání ihned řešili technické i softwarové problémy, se kterými jsme se potýkali po celou dobu projektu. Dále bych chtěl poděkovat vedení naší společnosti za příležitost účastnit se tohoto studia, vést projektový tým a realizovat výše uvedené změny, hlavně pak vedoucímu výroby ADS, který celý tento projekt podporoval a stanovil cíle. V neposlední řadě děkuji společnostem API a IPI za předání znalostí v oblasti průmyslového inženýrství.
Osvojené znalosti v rámci studijního programu a projektu používám ve své práci každý den, ať už se jedná o stanovení hodinové normy, nebo optimalizace výrobních procesů.
Můj soukromý názor na studijní program je, že by si ho měl projít každý, kdo vidí ve své práci smysl a chce se sám někam posunout, vidět věci z jiných úhlů a v širší perspektivě.
Obr. 4 Cíle projektu a jejich naplnění
Obr. 5 Vyčíslení úspor
Společnost Lindab s.r.o. byla založena roku 1956 ve Švédsku jako malá klempířská firma a roku 1959 zaregistrována pod názvem Lindab. Od té doby expanduje do celého světa. Nyní je zastoupena na 125 místech v 31 zemích světa. Lindab s.r.o. vstoupila na český trh v roce 1993, kdy zahájila své obchodní aktivity divize Profil. Roku 1997 zahájila svou činnost divize Ventilace akvizicí výroby vzduchotechnického potrubí v Radotíně. V roce 2004 byl otevřen nový výrobní závod v Praze 6, Karlovarská Business Park.