cupova

The11 th International Scientific Conference Trends in Business Management Systems - TBMS 2008 9 TH 11 TH DECEMBER 2008 HIGH TATRAS QUICK CHANGEOVER AKO NÁSTROJ ZVYŠOVANIA PRODUKTIVITY CNC-STROJOV V RÁMCI VÝROBNEJ LINKY ZÁVODU NA VÝROBU PREVODOVIEK QUICK CHANGEOVER ALS WERKZEUG ZUR PRODUKTIVITÄTSSTEIGERUNG DER CNC-MASCHINEN IM RAHMEN EINER FERTIGUNGSLINIE DES GETRIEBEWERKES Monika ČUPOVÁ Abstract Quick Changeover ist eine von vielen im Rahmen der Schlanken Produktion genutzten Methoden. Sie wird zur Analyse und Reduzierung der Umbauzeiten und dadurch zur Steigerung der Flexibilität und Produktivität der Fertigung genutzt. Im Artikel werden die Schlüsselpunkte dieser Methode dargestellt, ergänzt durch die praktische Erfahrung aus der CNC-Fertigung eines Getriebewerkes. Key words Quick Changeover, Umbauzeiten, Interne und externe Tätigkeiten, Teamarbeit Produktivität, Flexibilität, Kontinuierliche Verbesserung Úvod Vysoká produktivita výroby spojená s jej vysokou flexibilitou a zároveň nízke výrobné náklady sú v súčasných turbulentných časoch cieľom každého závodu, ktorý chce so svojim produktom uspieť v konkurenčnom boji na automobilovom trhu. Hľadajú sa rôzne stratégie a cesty, ako tento cieľ dosiahnuť a neustále sa v dosahovaných výsledkoch zlepšovať. Jednou z moderných a v automobilovom priemysle veľmi rozšírených stratégií je tzv. Štíhla výroba. Cieľom tejto stratégie je eliminovať straty a plytvanie vo všetkých výrobných aj nevýrobných ach. Pre výrobné linky zložené z CNC-strojov, flexibilných pre výrobu viacerých druhov výrobkov sa najmä čas potrebný na zoradenie stroja z jednej výrobnej dávky na ďalšiu výrobnú dávku výrazne podieľa na stratách. A práve Štíhla výroba ponúka metódu, ktorou je možné tieto straty spôsobené tzv. prestavbami strojov výrazne znížiť a zvýšiť tak efektivitu jednotlivých strojov, ako aj produktivitu celej výrobnej linky. Táto metóda je označovaná ako Quick Changeover. 1 Vymedzenie základných pojmov 1.1 Prestavba stroja Pod pojmom prestavba stroja sa v prípade CNC-strojov rozumie zoradenie stroja na výrobu ďalšieho, iného dielu tvoriaceho novú výrobnú dávku. je potom doba medzi posledným dobrým dielom pred prestavbou stroja a prvým dobrým dielom po prestavbe stroja vrátane všetkých, na potvrdenie, že výrobná dávka bude vyrábaná podľa špecifikácie danej technologickým výkresom, nevyhnutných meraní. 349

V závislosti od samotného výrobného programu je možné rozlišovať medzi: 1. malou prestavbou, keď sa mení na stroji iba variant tej istej súčiastky 2. veľkou prestavbou, kedy novú výrobnú dávku tvorí nová súčiastka. V prípade malej prestavby je rozsah prestavby podstatne menší, zväčša je potrebná výmena len niektorých nástrojov, príp. nie je potrebná žiadna výmena a navolenie daného CNC programu. Veľká prestavba je časovo náročnejšia, v jej prípade sa menia obvykle kompletne všetky nástroje, upínacie prípravky, na nový diel je potrebné nastaviť aj podávač a dopravníkový pás, ak je prísun materiálu do stroja riešený takýmto spôsobom. Niekedy, podľa potreby, v rámci celej prestavby, ako bola definovaná vyššie, rozlišujeme tzv. mechanickú prestavbu. V tomto prípade sa jedná len o mechanickú časť prestavby, t.j. výmena nástrojov, upínacích prípravkov, úprava dopravníkového pásu a pod. Vynecháva sa dolaďovanie rozmerov na základe vykonaných meraní a sprievodné spojené so spustením novej výrobnej dávky. 1.2 Quick Changeover (QCO) V preklade hovoríme o tzv. rýchlej prestavbe. Ide o metódu, ktorú formou workshopu využívajú tímy na analýzu a výrazné znižovanie doby zoraďovania strojov a prípravy pracoviska na výrobu novej výrobnej dávky. Táto metóda je označovaná aj ako Single Minute Exchange of Die (SMED) a vznikla na prelome 50-tych a 60-tych rokov. Jej tvorcom je pán Shigeo Shingo, ktorý v tej dobe pôsobil ako konzultant vo viacerých spoločnostiach, medzi iným aj v Toyote a zameriaval sa na riešenie problémov úzkych miest vo výrobe. Jedným z dôvodov, prečo sa niektoré pracoviská stávali v minulosti a často stávajú aj v súčasnosti úzkymi miestami je skutočnosť, že čas zoraďovania stroja z jednej výrobnej dávky na druhú je neúmerne dlhý. S cieľom vyhnúť sa týmto dlhým prestavbám, sa potom výroba často nechtiac orientuje na veľké výrobné dávky a tým znižuje svoju flexibilitu, vytvára nepotrebne veľké skladové zásoby a vyžaduje väčší počet strojov, čím sa podstatne zvyšujú náklady. Pritom prostredníctvom tejto metódy je možné nielen výrazne skrátiť čas prestavby, ale aj: zvýšiť bezpečnosť práce, pretože v priebehu QCO workshopu sa diskutujú aj všetky aspekty týkajúce sa bezpečnosti práce na danom pracovisku zlepšiť kvalitu výrobkov, pretože výstupom z QCO workshopu je aj vytvorený štandard na vykonanie prestavby. Pri jeho dôslednom dodržiavaní je možné podstatne znížiť výskyt chýb spôsobených nesprávnym vykonaním prestavby, čo je následne spojené so zvýšeným počtom nastavovacích dielov a v neposlednom rade možným výskytom šrotových dielov zvýšiť motiváciu pracovníkov, pretože sú aktívnymi členmi tímu a spolupodieľajú sa na vytváraní štandardu, ktorý im uľahčuje celý proces prestavby tým, že stanovuje aj celkovú organizáciu a priestorové rozmiestnenie pracoviska. 2 8 krokov QCO V rámci zvyšovania produktivity výrobnej linky zloženej z flexibilných CNC-strojov, kde na každý stroj pripadajú v priebehu 3 zmien v priemere 4 prestavby sa metóda QCO aplikuje v prvom rade na vyššie uvedené veľké prestavby, keďže tieto sú najčastejšie zdrojom veľkých prestojov a tým zvyšujú plytvanie na celej výrobnej linke. Po dosiahnutí 350

cieľových časov a vytvorení štandardu pre vykonanie danej prestavby sa pozornosť posúva aj na malé prestavby a pokračuje sa vo workshope alebo sa otvára nový. QCO metóda sa vo všeobecnosti skladá z 8 základných krokov. V praxi sa využíva v rôznych stupňoch vývoja výroby, od počiatočnej fázy nábehu novej výroby až po úroveň, kedy ide o zabehnutú sériovú výrobu. V každom prípade je významným nástrojom nepretržitého zlepšovania, známeho aj pod pojmom Kaizen, ktorý je pevnou súčasťou stratégie Štíhlej výroby. Proces nepretržitého zlepšovania sa opiera o PDCA kruh, nazývaný aj Demingov cyklus, zložený zo štyroch základných krokov: Plan plánovať Do vykonať Check skontrolovať Act konať Ku každej z týchto činností je možné priradiť kroky tvoriace celkovú metódu QCO. Toto priradenie a 8 základných krokov je znázornených na obr.1. 1. Zdokumentovať aktuálny priebeh prestavby stroja 2. Roztriediť na interné a externé 3. Zmeniť interné na externé, kde je to možné 4. Vytvoriť paralelné, kde je to možné 5. Skrátiť interné aj externé, kde je to možné 8. Vytvoriť nové štandardy a zdokumentovať ich v QPS listoch A ct (Konať) P lan (Plánovať) D o (Vykonať) 6. Nájsť nové nápady na zlepšenie a implementovať ich C heck (Skontrolovať) 7. Overiť nové postupy Obr. 1: 8 krokov metódy QCO a ich miesto v rámci PDCA kruhu Krok č.1: Zdokumentovať aktuálny priebeh prestavby stroja Prvým krokom v rámci samotného QCO-workshopu je zdokumentovanie aktuálneho stavu. V praxi to znamená, že po zostavení tímu vykoná operátor jednu prestavbu podľa zaužívaného postupu, pričom sa každá jedna činnosť zapíše a doplní o dĺžku jej trvania. Zároveň ostatní členovia tímu sledujú rozmiestnenie nástrojov a celého vybavenia potrebného k vykonaniu prestavby, sledujú, či sa na pracovisku počas prestavby vyskytujú nejaké bezpečnostné riziká a rovnako odmerajú vzdialenosti, ktoré je počas prestavby potrebné prekonať. 351

Krok č.2: Roztriediť na interné a externé Každá prestavba stroja sa skladá z interných a externých činností. Druhým krokom je rozhodnúť, ktoré je možné definovať ako interné, t.j. môžu byť vykonávané len počas vypnutého zariadenia a ktoré ako externé. je možné vykonávať aj počas prevádzky zariadenia. Príklady interných a externých činností sa nachádzajú v nasledujúcej schéme: Činnosti Interné môžu byť vykonávané len pri vypnutom stroji výmena nástrojov, upínadiel nastavenie podávača prestavba a nastavenie dopravníkového pásu navolenie CNC programu a iné môžu byť vykonávané počas chodu stroja prednastavenie nástrojov príprava dielov novej výrobnej dávky uloženie demontovaných nástrojov vyčistenie pracoviska a iné Krok č.3: Zmeniť interné na externé, kde je to možné Keďže podstatou QCO je znížiť straty spôsobené zastavením stroja z dôvodu prestavby, ďalším krokom je zmeniť podľa možnosti čo najviac interných činností na externé. Cieľom optimalizácie by malo byť práve skracovanie externých činností, ako je napr. príprava nástrojov, ktoré by sa v optimálnom prípade mali vykonávať ešte počas stroja, pred ukončením výrobnej dávky. Následne po zastavení stroja by sa mali vykonať už iba interné, ako je napr. samotná výmena nástrojov. Nápomocnou je v tomto prípade metóda 5 Whys, pomocou ktorej analyzujeme každú jednu činnosť a zisťujeme, či je možné ju zmeniť z internej na externú. V niektorých prípadoch, v závislosti od samotného ovládania CNC-stroja, je možné niektoré externé vykonávať len v spolupráci s ďalším operátorom. Táto skutočnosť musí byť potom zohľadnená pri organizácii obsadenia jednotlivých pracovísk výrobnej linky. Krok č.4: Vytvoriť paralelné, kde je to možné Interné a externé dopĺňajú paralelné, pri ktorých ide o vzájomne nezávislé aktivity, ktoré môžu byť vykonávané súčasne. Pri správnom definovaní a zaradení týchto činností do štandardného postupu je možné skrátiť prestavbu stroja o viac ako polovicu. Zväčša je však pre tieto potrebná opäť spolupráca ďalšieho operátora, ktorý tým vstupuje do procesu prestavby. Krok č.5: Skrátiť interné aj externé, kde je to možné Po splnení krokov 1-5 sa prechádza k analýze samotného trvania jednotlivých činností a opäť prostredníctvom metódy 5Whys sa hľadajú možnosti skrátenia týchto časov. Práve pre túto analýzu je potrebné dôkladné úvodné pozorovanie jednotlivých krokov prestavby. V rámci riešenia tejto úlohy sa do popredia dostávajú princípy vizuálnej fabriky, ktoré sa stávajú zdrojom nových nápadov a možností zlepšenia. Rovnako sú veľkým prínosom rôzne špeciálne nástroje a prípravky, ktoré umožňujú rýchly zásah a nevyžadujú žiadnu zdĺhavú prípravu. 352

Týchto úvodných 5 krokov je možné zhrnúť do nasledovnej schémy: Predtým: Celková doba prestavby stroja Posledný OK diel pred prestavbou Interné Prvý OK diel po prestavbe Interné Potom - Krok 1: Posledný OK diel pred prestavbou Prvý OK diel po prestavbe Vykonať externé počas chodu stroja Interné Potom - Krok 2: Posledný OK diel pred prestavbou Prvý OK diel po prestavbe Celková doba prestavby stroja Obr. 2 Schematické znázornenie prvých piatich krokov QCO Lokalizovať paralelné a skrátiť interné a externé Krok č.6: Nájsť nové nápady na zlepšenie a implementovať ich Nové nápady je potrebné podchytiť a ak je možné ich použiť, je potrebné vytvoriť plán pre ich zavedenie do štandardného postupu a následne naplánovať implementáciu nového štandardu do praxe. Krok č.7: Overiť nové postupy Predposledným krokom QCO je overiť nové postupy. Najvýhodnejšie je, ak sa vykoná opäť identická prestavba stroja, pričom sa podobne ako v kroku 1 merajú časy jednotlivých činností, porovnávajú sa s navrhovanými časmi v novom postupe a zároveň sa overuje, či je nový postup pre operátora zrozumiteľný, príp. či je potrebné doplnenie ďalších informácií. Krok č.8: Vytvoriť nové štandardy a zdokumentovať ich v QPS listoch Po praktickom overení nového štandardu a skompletizovaní všetkých potrebných informácií a vizuálnych znázornení je potrebné nové postupy zdokumentovať do štandardných formulárov používaných vo výrobe a následne na základe nich vyškoliť všetkých operátorov pracujúcich na danom stroji. 3 QCO v praxi Výrobná linka na výrobu hriadeľov a ozubených kolies je v závode spoločnosti Getrag FORD Transmissions Slovakia s.r.o. zložená z CNC-strojov. Každý stroj na linke hriadeľov je na každej technologickej operácii schopný obrábať každý typ a variant hriadeľa, celkovo 11 základných typov. Rovnako to platí pre linku na výrobu ozubených kolies, kde ide o 22 rôznych ozubených kolies. Táto vysoká flexibilita výroby, ktorá nie je bežná v závodoch sériovej výroby prevodoviek je samozrejme sprevádzaná vysokým počtom prestavieb, ktoré musia operátori denne vykonať. O to dôležitejšie miesto v rámci optimalizácie výroby má metóda QCO. CNC-stroje používané vo výrobe patria medzi najpokrokovejšie vo svojej triede, rovnako celá výroba je postavená na progresívnych technológiách. Keďže takýto typ výroby 353

nebol a stále nie je celkom bežný na Slovensku, nábeh výroby bol spojený aj s hľadaním skúsených operátorov, ktorí aj dnes na slovenskom trhu práce chýbajú. Bolo teda bežné, že prestavby strojov trvali niekoľko hodín, museli sa často opakovať, neboli vykonané dôsledne a pod. Napriek neustálemu zlepšovaniu zručností a nadobúdaniu skúseností u operátorov, s rastúcim výrobným programom nebolo možné dlhodobo akceptovať takýto stav. Preto sa prikročilo k použitiu metódy QCO predovšetkým na operáciách, ktoré predstavovali úzke miesta výroby. Prvýkrát bola použitá táto metóda na vstupnej operácii výroby ozubených kolies, tzv. mäkkom sústružení. Ide o 3 identické dvojvretenové CNC-sústruhy. Pri priemernej výrobnej dávke 400 ks sa v priemere vykonáva 23 prestavieb týždenne. Na začiatku nábehu výroby trvala prestavba približne 3 hodiny. V čase, keď sa otvoril QCO-workshop, trvala prestavba, ktorú vykonal priemerne zručný operátor 131 minút. Na úvod QCO-workshopu sa zostavil tím. Členmi tímu boli na týchto sústruhoch pracujúci operátori, tímlíder zodpovedný za danú oblasť, procesný inžinier zodpovedný za danú technológiu, pracovník oddelenia produktivity, zodpovedný za zaznamenanie časov jednotlivých činností a koordinátor štíhlej výroby, pričom záštitu nad workshopom niesol zodpovedný manažér za danú oblasť. QCO-workshop postupoval presne podľa krokov, ktoré boli vyššie opísané a vysvetlené, t.j. najprv sa zachytila štandardne vykonávaná prestavba a identifikovali sa externé a interné. Celý workshop bol sprevádzaný zaujímavými diskusiami a novými návrhmi, ako by bolo možné jednotlivé interné aj externé skrátiť, až sa došlo k výslednému postupu, ktorý odzrkadľoval najoptimálnejší a najefektívnejší spôsob vykonania prestavby. Tento štandard sa otestoval na identickej prestavbe, ako bola prvá prestavba workshopu a po odsúhlasení všetkými členmi tímu sa tento postup zaviedol ako oficiálny štandard pre vykonávanie prestavby. Na základe tohto štandardu trvajú prestavby v súčasnosti v priemere 60 minút. Je potrebné podotknúť, že jedným z kľúčových bodov, ako bolo možné dosiahnuť takéto zlepšenie je použitie vizuálnej fabriky. Boli vytvorené nové štandardy pre uloženie nástrojov v skrinkách, prestavbové vozíky boli prispôsobené potrebám rýchlej prestavby, rovnako sa najmä pre potreby tréningu na nový postup prestavby vytvorili pracovné inštrukcie presne popisujúce externé, ktoré je potrebné vykonať ešte pred dokončením starej výrobnej dávky a až po spustení novej výrobnej dávky. Celkovo sa ušetrilo týždenne 27,2 hodín. V tabuľke 1 sú zhrnuté jednotlivé časy: Tab.1 Súhrn základných faktov QCO-workshopu na operácii mäkkého sústruženia Operácia Sústruženie mäkké pred QCO po QCO Zlepšenie Priemerný počet prestavieb za týždeň Počet ušetrených hodín za týždeň po QCO 131 60 71 23 27,2 Rovnakým spôsobom sa realizoval QCO-workshop aj na operácii tvrdého sústruženia, kde bolo dosiahnuté ešte markantnejšie zlepšenie. Toto pracovisko je charakteristické podstatne väčším počtom prestavieb, keďže ho tvorilo v tom čase 5 CNC-strojov. Po ukončení QCO-workshopu sa dosiahlo ušetrenie 65,4 hodín za týždeň. Tabuľka 2 predstavuje v číslach dosiahnuté zlepšenie: 354

Tab.2 Súhrn základných faktov QCO-workshopu na operácii tvrdého sústruženia Operácia Sústruženie tvrdé pred QCO po QCO Zlepšenie Priemerný počet prestavieb za týždeň Počet ušetrených hodín za týždeň po QCO 95 21 74 53 65,4 Ako ukazujú tieto dva príklady z praxe, táto metóda je na flexibilných výrobných linkách kľúčovým bodom, ako dosahovať neustále zlepšovanie. Postupne sa QCO-workshop realizuje na všetkých technologických operáciách, pretože sa na každom pracovisku nachádza množstvo potenciálu na zlepšenie. Po prvotnom výraznom zlepšení sú následné zlepšenia menej výrazné, napriek tomu každá ušetrená minúta predstavuje vyrobené diely. Na čo sa však nesmie v takýchto prípadoch zabúdať je potreba neustáleho dodržiavania stanovených štandardov, pretože každé odchýlenie sa od štandardu predstavuje nielen riziko nekvality, ale aj riziko poklesu produktivity výrobnej linky. Súhrn Všeobecne platí, že vo výrobe sa všetko odvíja od toho, ako rýchlo, resp. ako dlho sa vykonávajú jednotlivé. V súčasnej dobe sa každý výrobný závod snaží znižovať svoje náklady a v maximálnej možnej miere dosahovať čo najvyššiu možnú efektívnosť svojich zariadení a tým celej výroby. QCO je metóda, ktorá významne prispieva k dosahovaniu týchto cieľov. Je to tímová práca, sledujúca jeden spoločný cieľ a síce skrátenie času prestavby stroja na minimálnu možnú mieru. Okrem toho je veľkým benefitom štandardizácia celého priebehu zoraďovania stroja, čím je možné zabezpečiť, že v prípade, ak je dodržaný určený štandard, každý operátor je schopný vykonať zoradenie stroja rovnako kvalitne. V neposlednom rade je výsledkom QCO aktivity aj optimalizácia organizácie pracoviska, jeho prispôsobenie potrebe eliminovať prestoje spôsobené hľadaním prípravkov, nástrojov, náradia a pod. Túto metódu tvorí 8 krokov, ktorými sa prechádza postupne v súlade s princípom PDCA kruhu, čím je možné dosiahnuť nepretržité zlepšovanie procesu. Krátke trvania prestavieb umožňujú orientáciu na malé výrobné dávky a stávajú sa tak základom flexibilizácie výroby, ktorá je kľúčovým bodom v priemyselnej výrobe. Kľúčové slová Quick Changeover, doba prestavby stroja, interné a externé, tímová práca, produktivita, flexibilita, nepretržité zlepšovanie Použitá literatúra [1] LIKER, J.K.: The Toyota Way. 14 Management Principles from the World s Greatest Manufacturer. McGraw-Hill, 2004, ISBN 0071392319 [2] HAHN, D., BUSKE A.K., MAYER A.M., WILLMS K.: Moderne Managementkonzepte unter besonderer Berücksichtigung des Produktionsbereichs.Verlag der Ferber schen Universitäts-Buchhandlung, Gießen, 1999, ISBN 3-932917-09-X [3] <http//www.ipaslovakia.sk> Kontaktná adresa Ing. Monika Čupová, Getrag FORD Transmissions Slovakia s.r.o., Perínska cesta 282, 04458 Košice, e-mail: monika.cupova@getrag.de 355