Mar 15

Balansowanie linii produkcyjnej


Równoważenie obciążenia pracą w systemie produkcyjnym znacznie poprawia wydajność. Co do tego nie powinniśmy mieć żadnych wątpliwości. Co więcej, odpowiednio przeprowadzony proces równoważenia obciążenia pracą zmniejsza fluktuacje w procesie (Mura) spowodowane różną saturacją, czyli czasową zawartością pracy na kolejnych stanowiskach w procesie. Redukcja tych wahań pozwala z kolei na zredukowanie Mudy w postaci zbędnego oczekiwania, czyli marnotrawienia najcenniejszego w świecie Lean zasobu – czasu. A jak to przekłada się na realia produkcyjne? Dość prosto. Jeśli na stanowisku nr 1 czasowa zawartość pracy będzie równa 120 sekundom, a na stanowisku nr 2 będzie ona wynosiła 60 sekund, to w toku pracy, stracimy średnio 50% możliwego zejścia z obszaru.

Przechodząc ze standardowego dla wielu firm modelu produkcji w systemie partia – kolejka, na model stosowany w TPS – Toyota Production System, czyli model przepływu jednej sztuki OPF, dążymy do tego, żeby każde stanowisko w ciągu technologicznym pracowało
z porównywalnym obciążeniem pracy, zgodnym z taktem klienta. Porównywalny czas cyklu pomiędzy kolejnymi procesami pozwala na gładki, laminarny przepływ produktu wzdłuż strumienia wartości. Dzięki temu nie tworzy się ogromnych ilości produkcji w toku, wbudowuje się jakość w proces i skraca cykl produkcyjny. Oczywiście, nie zawsze da się to zrobić. Jeśli stanowiska nie są w stanie pracować w zbliżonych sobie czasach cyklu, stosuje się supermarkety, na których znajduje się pewna ilość zapasów międzyoperacyjnych, wypełniająca lukę czasową pomiędzy tymi stanowiskami. Ale nie to ma być tematem dzisiejszego artykułu. Dzisiejszy artykuł, chciałbym poświęcić w całości tematowi balansowania linii produkcyjnej. Osobiście uważam, że umiejętność zaprojektowania pracy na linii czy też w gnieździe pod takt klienta jest kluczową umiejętnością każdego Leanowca.

Czym tak w ogóle jest balansowani linii produkcyjnej? Zerkając do podręczników akademickich z pewnością znajdziecie rozbudowane definicje. Ja wychodzę jednak z założenia, że na produkcji i o produkcji powinno się mówić prosto, tak żeby zrozumiał nas zarówno operator jak i dyrektor operacyjny. Dlatego proponuję następującą definicję balansowania linii – zaprojektowanie pracy na linii w taki sposób, aby każde stanowisko pracowało z porównywalnym obciążeniem (saturacją), ale jednocześnie tak, aby każde stanowisko pracowało zgodnie z taktem klienta.

W tym miejscu należało by zdefiniować sobie cztery  pojęcia, które są najistotniejsze do prawidłowego przeprowadzenia procesu balansowania linii produkcyjnej:

  • Takt Time (T/T) – wykładnik tempa narzucanego przez klienta, z jakim powinniśmy produkować aby spełnić jego zapotrzebowanie. Liczony jako stosunek czasu dostępnego do produkcji netto (czyli po odjęciu czasów planowanych przerw) do zapotrzebowania klienta na dany okres.
  • Czas cyklu (C/T) – czas jaki upływa pomiędzy wyjściem kolejnych sztuk z danego procesu, operacji. Podawany w sekundach na sztukę.
  • Linia produkcyjna – zespół stanowisk roboczych (maszynowych, ręcznych lub mieszanych) pogrupowanych według kolejności operacji procesu technologicznego.
  • Cykl linii (można się spotkać również z terminem takt linii, lub cadenca/ kadencja) – odcinek czasu, jaki jest potrzebny na to, aby z linii produkcyjnej zjechał wyrób gotowy. W przypadku linii ruchomych, które swoje działanie opierają o zastosowanie pasów transmisyjnych lub przenośników rolkowych, cykl linii z reguły pokrywa się z taktem klienta.

Mając podstawy, możemy przejść dalej. Poniżej przedstawione zostały kolejne kroki, jakie należy podjąć, aby właściwie zbalansować linię produkcyjną.

Krok 1 – minimalizować cykl czy minimalizować liczbę stanowisk? 

Pytanie podstawowe, czyli co my tak naprawdę chcemy zrobić. Istnieją dwie metody/ dwa podejścia do balansowania linii produkcyjnych. Podejście pierwsze zakłada, że chcemy zminimalizować cykl linii. Czyli doprowadzić do sytuacji w której skracamy odcinek czasu potrzebny na to, aby sztuka zeszła z linii. Punktem wyjścia jest tutaj stała liczba stanowisk, czyli w naszym działaniu koncentrować się będziemy na takim zarządzeniu procesem pracy, aby przy takiej samej ilości osób wykonać pracę szybciej. Uwaga – szybciej nie znaczy tutaj, że operator ma biegać od stanowiska do stanowiska i jednocześnie w biegu wymieniać oprzyrządowanie. Skrócenie cyklu uzyskuje się dzięki identyfikacji, a następnie eliminacji marnotrawstwa z procesu pracy. Podejście drugie, czyli minimalizacja liczby stanowisk opiera się o zasadę tego samego, w stosunku do początkowego, cyklu linii. Nie skracamy czasu potrzebnego na zejście sztuki. Koncentrujemy się raczej na analizie sekwencji i zawartości pracy, w celu wyznaczenia minimalnej ilości stanowisk (chodzi o stanowiska maszynowe) oraz minimalnej ilości operatorów, która potrzebna jest nam w procesie do efektywnej produkcji, zgodnej z taktem klienta. To, które podejście wybrać, powinno wynikać zawsze z potrzeb biznesowych organizacji. Nie dajcie sobie wmówić, że poprawnie przeprowadzone balansowanie linii zawsze uwalnia FTE. Czasami, żeby osiągnąć cel, wręcz konieczne będzie dostawienie w cyklu pracy kolejnego operatora.

Krok 2 – Genchi Genbutsu, czyli zapraszamy na Gemba 

Kiedy już zdecydujemy się które podejście powinniśmy zastosować, uzbrajamy się w najpotężniejsze narzędzia Lean. Zabieramy oczy, otwarty umysł, kartki papieru, stoper i ołówek i wychodzimy na Gemba analizować stan obecny. Tak, zdaje sobie sprawę że w większości firm dostępne są systemy klasy ERP i bez problemu można rozwinąć sobie transakcję, która wyrzuci nam odpowiedni routing dla danego procesu. Pytanie tylko, co z tego, skoro czasy – najczęściej – będą zupełnie inne niż te w systemie. Wychodzimy więc na Gemba po to, aby uchwycić rzeczywisty stan obecny procesu. A dokładnie chodzi nam o sekwencję i czas trwania operacji, które w toku pracy wykonują kolejni operatorzy pracujący na linii.

Jak pomierzyć czasy? Najlepszą metodą wydaje się być tutaj wykorzystanie arkusza obserwacji procesu. Przykładowy arkusz zamieszczam poniżej. Jak z niego korzystać? Rozpisujecie najpierw wszystkie operacje, które w toku cyklu standardowego wykonuje operator. Uwaga – zapisujcie je zawsze ołówkiem. W toku obserwacji kilkukrotnie będziecie zmuszeni poprawiać sekwencję i układ operacji. To naturalne – nie jesteśmy w stanie uchwycić każdej operacji dokładnie za pierwszym razem. Najlepiej po wstępnym wylistowaniu operacji porozmawiać z operatorem – z pewnością wam podpowie i naniesie ewentualne poprawki. Następnie trzeba wyznaczyć czas trwania danej operacji, z rozróżnieniem operacji manualnych i maszynowych. To rozróżnienie możecie spotkać w firmach pod różnymi nazwami. Najczęściej będzie to czas ludzki i czas maszynowy, lub czas TBO operatora i czas MT maszyny. Ale wracając do sedna – jak wyznaczyć czas trwania operacji?

undefined

Rysunek poglądowy PSS – Process Study Sheet. Materiał zaczerpnięty ze zbiorów Lean Enterprise Institute

Najprostszą metodą, jest metoda chronometrażu. Ustalacie czas trwania danej czynności przy użyciu stopera. Najlepiej zdefiniować sobie ramy początku i końca danej operacji i czas zawsze mierzyć w tych przyjętych ramach. Istotne jest, że w przypadku chronometrażu czas trwania danej operacji należy zmierzyć przynajmniej 10 -15 razy, a następnie wyciągnąć z pomiarów… no właśnie. I tutaj dochodzimy do konfliktu. Są dwie szkoły postępowania, i nie będę tutaj roztrząsał która jest lepsza. Pierwsza z nich mówi, że wybieramy zawsze najmniejszą, powtarzalną wartość. Druga, że wyciągamy po prostu średnią z pomiarów. Które podejście zastosujecie, zależy wyłącznie od Was. 

Metoda znacznie trudniejsza, wymagająca wiedzy i praktyki z zakresu ekonomiki ruchów elementarnych i ergonomii czasu pracy to metoda MTM. System MTM zakłada, że każdy przebieg pracy opisać można za pomocą predefiniowanych ruchów elementarnych, którym przypisane są określone wartości czasowe. Wielkości te różnią się od siebie, w zależności od wielkości wpływających – takich jak np. odległość pomiędzy początkiem a końcem ruchu, czy też waga przedmiotu który jest np. przenoszony w procesie pracy z punktu początku do punktu końca ruchu. Metoda jest czasochłonna, ale pozwala na zdefiniowanie czasu operacji na pewnym uśrednionym poziomie wydajności pracy. Może być to pomocne w sytuacjach, kiedy analiza procesu przebiega w oparciu o czynności wykonywane przez operatora bardzo doświadczonego, który nabył już pewną rutynę w działaniu. Osobiście jestem fanem metody MTM i bardzo cenie sobie możliwości jakie daje.

Krok 3 – Yamazumi, czyli zrozumienie procesu

Kiedy mamy już rozpisane operacje w toku cyklu standardowego, znamy czas trwania operacji manualnych i maszynowych (TBO i MT), przechodzimy do wizualizacji danych. Zanim jednak przejdziemy do wizualizacji, obliczamy jeden bardzo ważny parametr – czas taktu. Bez właściwie obliczonego czasu taktu T/T nie ma sensu przystępować do balansowania linii, bo kolokwialnie mówiąc – można strzelić sobie w kolano i zatrzymać fabrykę. Obliczamy więc czas taktu. Dzielimy czas dostępny do produkcji netto przez dzienne zapotrzebowanie klienta na nasze produkty. Otrzymana wartość, wyrażona w sekundach na sztukę, jest dla nas punktem wyjścia do dalszych kroków procesu balansowania. Na tym etapie chciałbym również przekazać wam wskazówkę. Mierzyliście kiedyś % efektywności danego obszaru? Pewnie tak. I z pewnością wiecie również, że jeśli efektywność jest równa 100%, to są dwie możliwości – albo ktoś profesjonalnie manipuluje wskaźnikiem, albo pracujecie w fabryce w której nie ma żadnych fluktuacji w procesie. W to drugie nie wierzę, wiec w sumie wychodzi na jedno. Nie istnieje linia produkcyjna pracująca ze 100% efektywnością. Dlatego rzeczywisty czas taktu, zwany często wewnętrznym T/T otrzymujecie dopiero po przemnożeniu wartości z pierwszego obliczenia które wykonaliśmy przez  procent efektywności. Obie wartości, zarówno T/T klienta jak i wewnętrzny T/T będziemy musieli uwzględnić w naszej wizualizacji.

Yamazumi, czyli wykres pokazujący obciążenie pracą poszczególnych stanowisk w procesie, w odniesieniu do T/T to najprostsza, a jednocześnie niezawodna forma zrozumienia jak naprawdę, pomiędzy stanowiskami, rozkłada się saturacja w procesie. Jest to skumulowany wykres słupkowy, pokazujący równowagę obciążeń czasowych pomiędzy wieloma operatorami. Jeden słupek na wykresie obrazuje jednego operatora – wszystkie wykonywane przez niego operacje. Pojedyncze pole w słupku obrazuje pojedynczą czynność, która zwymiarowana jest w stosunku do pochłanianego czasu. Przykładowy wykres zamieszczam poniżej.

undefined

Yamazumi dla stanu obecnego – opracowanie własne

Co widzimy na wykresie? Takt Time klienta jest równy 20 sekund. Takt wewnętrzny, związany jest z efektywnością linii na poziomie 85 procent, i wynosi 17 sekund. Całkowita zawartość pracy, czyli sumaryczna wartość czasu trwania wszystkich operacji w procesie jest równa 70 sekund (zakładam, że wszystkie operacje wykonywane są manualnie). Co dalej? Trzeba przejść do kroku 4 – właściwego balansowania linii.

Krok 4 – właściwe balansowanie linii.

Najważniejszy krok całości procesu balansowania linii. Zakłada obliczenie ilości operatorów, identyfikację i eliminację marnotrawstwa, ustalenie kolejności czynności w sekwencji pracy. Tymi trzema tematami należy się teraz zająć. Wyliczenie ilości operatorów, to nic innego jak określenie ile osób załogi potrzebuję, aby móc sprostać taktowi klienta. Ilość operatorów w cyklu standardowym obliczamy dzieląc sumaryczną, czasową zawartość pracy przez takt klienta. W naszym przypadku podzielimy 80 sekund przez takt wewnętrzny, narzucany efektywnością linii, równy 17 sekundom.

undefined

Nie możemy odciąć 0.11 operatora, dlatego w procesie powinno pracować 5 osób. Ale czy na pewno? Spójrzmy jeszcze raz na wykres.  Wąskim gardłem tego procesu, ze względu na najdłuższy czas cyklu, jest stanowisko nr 1. Zauważamy też, że niedociążone jest stanowisko nr 3. Wniosek – a gdyby tak zidentyfikować w tym procesie czynności NVA, czyli te będące czystym marnotrawstwem, wyeliminować je, a następnie tak zarządzić sekwencją operacji, żeby dopasować zawartość pracy na każdym stanowisku pod takt klienta i takt wewnętrzny? Brzmi jak plan! Ten obszar musi pracować przy maksymalnej załodze 4 osób!

Zróbmy więc małe muda hunting. Wychodzimy jeszcze raz na obszar i przyglądamy się procesowi.

Na stanowisku pierwszym zauważamy, że operator poświęca średnio 8 sekund na czynności niedodające wartości, które w prosty sposób możemy wyeliminować – wystarczy zmienić tylko sposób etykietowania. 8 sekund poświęcane każdorazowo na odcinanie etykiety i jej właściwe naklejanie da się zastąpić prostym urządzeniem do etykietowania. Z 8 sekund etykietowania schodzimy do 3. Jeśli zmienimy ułożenie materiałów w obszarze pracy, możemy ściąć kolejne 3 sekundy – po co operator ma ciągle chodzić w obszarze. Łącznie na stanowisku nr 1 redukujemy czas cyklu o 8 sekund.

Na stanowisku drugim nie damy rady nic ugrać. Ale niedosaturowane (niedociążone) pozostaje nadal stanowisko trzecie. Jeżeli część operacji ze stanowiska drugiego przeniesiemy w zakres pracy operatora z trzeciego, będziemy nadal poniżej linii taktu wewnętrznego na obu stanowiskach – a o to przecież nam chodzi.

A co ze stanowiskiem czwartym? Możemy wyeliminować zbędne przesuwanie wyrobu, wystarczy tylko zastosować odpowiednie oprzyrządowanie. Ugramy sekundę – trochę mało, ale zawsze coś. Ale nadal nieodpowiednio dociążone pozostaje stanowisko trzecie. Również w tym przypadku zmienimy kolejność operacji w toku cyklu standardowego.

Co otrzymamy finalnie? Podsumujmy:

  • Stanowisko 1 – minus 8 sekund z cyklu,
  • Stanowisko 2 – zmiana sekwencji, „przerzucenie” części operacji na trzecie,
  • Stanowisko 3 – dociążone operacjami ze stanowiska drugiego i czwartego,
  • Stanowisko 4 – minus 1 sekunda z cyklu, – zmiana sekwencji, „przerzucenie” części operacji na trzecie.

Jak teraz prezentuje się nasz wykres Yamazumi?

undefined

Yamazumi po usprawnieniu – operacje poniżej T/T klienta i wewnętrznego T/T

Udało się! Właśnie zbalansowaliśmy linię produkcyjną. Ale czy pracujemy przy optymalnej ilości operatorów? Sprawdźmy – zawartość pracy po usprawnieniu wynosi 61 sekund. T/T, zarówno ten klienta jak i wewnętrzny pozostają nadal takie same.

undefined

Czyli 4 operatorów – jest tak jak powinno być. A co udało nam się poprawić? Po pierwsze – wyeliminowaliśmy wąskie gardło, jakim dla procesu było stanowisko nr 1. Zakładając, że proces jest tak wydajny jak jego najsłabsze ogniwo, podnieśliśmy możliwości linii z dotychczasowych 1174 sztuk na zmianę do 1687. T.T klienta pozostający na poziomie 20 sekund na sztukę wyznacza zapotrzebowanie na zmianę równe 1350 sztuk. Przy wydajności 85% nie będzie więc problemem sprostać wymaganiom klienta. Czy uzyskaliśmy coś jeszcze? Oczywiście! Zidentyfikowaliśmy i usunęliśmy marnotrawstwo z obszaru pracy. Kaizen! Małymi krokami po wielkie sukcesy.

Czy finalnie osiągnęliśmy sukces? Trzeba to zmierzyć – nie mierzysz, nie zarządzasz. Każdy efekt waszych działań powinniście na końcu zmierzyć. W przypadku balansowania linii, wskaźnikiem określającym stopień waszego sukcesu (lub jego braku) jest wskaźnik efektywności balansu LBR, wyznaczany jako:

undefined

Im bliższy jedynce jest wskaźnik, tym lepiej. Czy w naszym przypadku jest OK? Jest bardzo OK!

Na koniec, chciałbym przedstawić wam najważniejsze kroki które trzeba wykonać i aspekty, na które trzeba zwrócić uwagę, żeby skutecznie przeprowadzać balansowanie linii.

  1. Identyfikujcie i eliminujcie marnotrawstwo.
  2. Zwracajcie uwagę na oba rodzaje T/T, zarówno ten klienta jak i ten wewnętrzny, będący pochodną wyników danego obszaru.
  3. Nie możecie odcinać kawałków operatora i ustawiać ich na linii – 0.5 operatora traktujecie zawsze jako 1.
  4. Zwracajcie uwagę na ergonomię pracy – nie możecie pozwolić aby przeciążać operatora pracą!
  5. Łączcie ze sobą czynności i manipulujcie sekwencją, o ile to oczywiście możliwe.
  6. Uproszczajcie ruchy, stosujcie techniki skracające czas operatora w cyklu pracy.
  7. Standaryzujcie i pracujcie nad utrzymaniem wypracowanych rozwiązań.
  8. Zawsze współpracujcie z operatorami – nikt nie wie tyle o procesie ile oni.

undefined




Newsletter LeanTime.pl!

Zapisz się i bądź na bieżąco z najnowszymi wydarzeniami, konferencjami, targami, warsztatami, szkoleniami i książkami oraz wszystkim innym związanym z Lean Management w Polsce!