Товарная рабовладельческая вилла как основная производственная ячейка. Организация хозяйства. Формирование производственных ячеек Размещение оборудования по принципу обслуживания неподвижного объекта

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.

В книгах и статьях о бережливом производстве довольно часто мелькает термин U-Shape Cell (U-образная или подковообразная производственная ячейка). Частое упоминание может натолкнуть на мысль, что такой способ организации процесса является самым лучшим с точки зрения Lean. Так ли это?

U-образная ячейка в определенных условиях может быть оптимальным способом производства. Выгодным отличительными чертами такой линии могут быть:

• низкий уровень незавершенной продукции (WIP);
• поток единичных изделий (single piece flow);
• гибкое планирование мощности и количества задействованных операторов;
• удобная подача (презентация) материала
• и т.д.

Тем не менее, U-Shape – это не единственный способ организации производства и не всегда наилучший способ расположения рабочих станций (оборудования, станков и т.д.). К примеру, расположение столов в кол-центре в форме буквы “U” не ускорит работу и не сократит время ожидания клиента.

Так какой же способ организации производства самый бережливый?

Существует несколько принципиальных способов организации производственного процесса:

1. Производство партиями и очередями: процесс, состоящий из последовательных операций, между которыми скапливается незавершенное производство (WIP 1). Количество незавершенного производства в лучшем случае равно размеру партии, которая движется от операции к операции.
2. Производство в линии (или ячейке): процесс, состоящий из связанных между собой операций, материал между которыми движется поштучно или небольшими контролируемыми партиями. Важная особенность этого процесса в том, что количество незавершенного производства строго ограничено.
3. Производство в одной точке: на одном универсальном станке (как “яма” у автомеханика) или так называемом .

Пункт 2 – производство в линии (или ячейке) – подразумевает множество вариантов конфигурации. Вот наиболее часто встречающиеся:

1. прямая линия (I-образная ячейка);
2. подковообразная линия (U-образная ячейка);
3. T или Y-образная линия;
4. C или L-образная линия.

Как было сказано выше, вариант 2b упоминается в книгах по бережливому производству чаще всего, однако, как вы видите, он не единственно возможный:

Кроме того, весь производственный цикл может состоять из нескольких участков, на каждом из которых может быть реализован другой способ производства или другой тип линии (ячейки). Например, в McDonalds вы можете наблюдать работу за кассой – D-shop – и догадываться, что на кухне происходит что-то вроде работы в ячейках, конфигурация которых зависит от планировки кухни. Соединяет кухню и кассу своего рода супермаркет:

Как же выбрать оптимальный вариант организации производственного процесса в условиях вашего предприятия?

Под организацией производственного процесса будем понимать организацию всего, что находится между складом сырья и складом готовых изделий. В упрощенном варианте это поток материала из одного склада в другой. Организация такого потока означает устранение максимального количества препятствий на пути. В бережливом производстве эти препятствия называют потерями.

Цель устранения потерь (препятствий на пути у потока) – ускорение потока материалов. Таким образом, в результате устранения потерь материал должен “перетекать” по кратчайшей траектории, не встречая на пути препятствий (читай, не останавливаясь).

Какая траектория потока материалов будет кратчайшей на вашем предприятии?

Если, к примеру, на вашем предприятии склад сырья и готовых изделий разделены – находятся с разных концов здания, – то кратчайшая траектория будет проходить по прямой:

Идеальной траекторией потока материалов в таком случае может быть прямая линия. Так работает множество автомобильных заводов: с одной стороны подвозят кузова – с другой, съезжают готовые автомобили. Так работает множество Cross-Docking-складов (порты, авто и железнодорожные вокзалы): с одной стороны выгружают контейнеры, а с другой – загружают их на следующий транспорт. Даже ваш любимый супермаркет может быть разделен на два помещения: склад и торговый зал. С одной стороны – со стороны склада – разгружают продукты, а с другой – со стороны торгового зала – запускают посетителей.

Если же склад сырья и готовых изделий находятся с одной стороны от производственной площадки, то кратчайшая траектория потока материалов будет напоминать подкову:

Разумеется, вы можете сказать, что оба способа не применимы в условиях вашего предприятия. К примеру, первый вам не подходит, так как расстояние между складами значительно превышает длину производственной линии. А второй не подходит потому, что на вашем предприятии работает более одной линии.

Причин “почему нет?” существует масса. Однако важно, чтобы в поисках самого бережливого способа организации производства вы вначале выбрали способ – концепт, а не погрузли в деталях. Зачастую нам свойственно уходить в проработку деталей. Каждая деталь требует тщательного взвешивания и обдумывания, и уверяю вас, эта дорога ведет в никуда.

Решите проблему концептуально – выберите способ, а уж потом прорабатывайте детали и решайте проблемы по мере необходимости. Зачастую множество неразрешимых элементов впоследствии не потребуют от вас никакого решения вовсе или решение будет известно. Иными словами, определите, как должен двигаться материал, а затем думайте, как “вписать” в этот поток отдельные операции, ячейки или D-шопы:

И если потребуется немножко реорганизовать складские помещения, то почему бы и нет?

Разумеется, выбор концептуального решения о движении материала через производственную территорию еще не означает, что вы добились оптимального производственного процесса. Но начало положено, и первый шаг был сделан правильно. А это главное!

Учитывая неоднородность автоматизированных средств производства, следует уточнить основные понятия, термины и определения, используемые в машиностроении промышленного производства. За основу принята терминология по ГОСТ 26228—84.

Производство — комплекс скоординированных рабочих процессов, в которых сознательная целевая деятельность людей направлена на создание материальных благ (продукты, услуги) либо информационных потоков для удовлетворения соответствующих потребностей общества.

Система — собрание материальных или виртуальных (схема, математическая модель) объектов, идентифицированных с учетом свойств и особенностей, отличающих данную систему от всех прочих систем. С этой точки зрения под системой можно понимать любой технический объект, в котором выделены связи между входными и выходными параметрами, даже без рассмотрения физических или иных явлений, происходящих во время функционирования объекта и определяющих условия этого функционирования. Типичный пример такого подхода — системы резания.

Производственная система (ПС) — статичная или динамичная комбинация людских, материальных и финансовых ресурсов, обеспечивающая превращение действий на входе в систему (работа персонала, предметы и орудия труда, информация) в результаты на выходе из системы (промышленные изделия, материализованные услуги, новая информация).

Изготовление — часть процесса производства, в ходе реализации которой с помощью средств производства, технологий изготовления происходит превращение сырья и полуфабрикатов в новые промышленные изделия.

Технологическая система (ТС) — совокупность функционально связанных средств технологического оснащения, предметов произ водства, финансов и исполнителей, предназначенная для выполнения того или иного технологического процесса либо операции. Так, например, станочная ТС может служить для обработки конкретной поверхности детали или как одна из многих подсистем входить в общую систему для обработки детали, а в дальнейшем — сборки машины.

Техническая система — комплекс, выполняющий конкретные функции в технологической системе. Название таких систем определяется их целевым назначением. Например, в металлорежущем станке это могут быть гидравлическая система, система управления, система надзора и диагностики и т.д.

Структура системы —- комплект пространственно-временных связей между элементами системы.

Подсистема — система низшего уровня, выделенная в сложной системе.

Автоматизация производства — использование технических средств для автоматического управления и контроля производственных процессов. При этом в отличие от механизации, которая направлена на облегчение физического труда работника, автоматизация нацелена на сокращение (устранение) непосредственного участия человека в производственном процессе и ориентацию его на программирование и общий надзор над процессом. Автоматизация может охватывать средства производства (технологические машины), отдельные составляющие процессов изготовления (манипуляция предметами, их транспортирование, складирование, контроль), а также процесс изготовления полностью (комплексная автоматизация).

Гибкая автоматизация производства (ГАП) — автоматизация, обеспечивающая быстрое и легкое переоснащение (переналадку) и смену программы работы средств производства в соответствии с изменениями требований производства. Такая автоматизация является антиподом жесткой автоматизации, предназначенной для производства изделий только одного типа, трансформация которой требует весьма значительных затрат времени, труда и финансовых ресурсов.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) — единица технологического оборудования, автоматически осуществляющая технологические операции в пределах ее технологических характеристик, способная работать автономно и в составе гибких производственных систем или ячеек. В ГПМ входят устройства: ЧПУ, адаптивного управления, контроля и измерения, диагностики.

Гибкая производственная ячейка (ГПЯ) — управляемая средствами вычислительной техники совокупность нескольких ГПМ и систем обеспечения функционирования, способная работать автономно и в составе гибкой производственной системы при изготовлении изделий в пределах подготовленного запаса заготовок и инструмента. В систему обеспечения функционирования ГПЯ входят автоматизированная система управления технологическим процессом, автоматизированная система управления технологическим оборудованием, автоматизированная

Особенности компоновки.

ГПЯ для токарной обработки, для сверлильно-фрезерной и расточной обработки призматических деталей являются унифицированными и замкнутыми в себе высокопроизводительными

производственными системами. Их отличительная особенность в том, что несколько однородных, могущих полностью заменять друг друга обрабатывающих центров связаны в одну общую систему посредством общего автоматического снабжения заготовками и инструментами, а также интегрированного управления от ЭВМ (см. рис.5.2.1.1 . и рис. 5.2.1.2.).

Рис. 5.2.1.1.

Управляемая с помощью ЭВМ гибкая производственная ячейка «ГПС 500-4» фирмы Вернер с 4 обрабатывающими центрами и автоматическим снабжением заготовками и инструментами

Рис.5.2.1.2. Гибкая производственная ячейка.

Автоматическая обработка изделий на нескольких однотипных взаимно заменя­ющихся станках при гибком соединении потока материала, снабжении инструмен­тами и интегрированном управлении при помощи ЭВМ

Таким образом, ГПЯ представляют собой автономные, практически независимые от других устройств обработки системы. Интегрированные составные части системы согласованы как по своей конструкции, так и по функциям. Этими компонентами являются обрабатывающие центры, система накопления и транспортировки деталей, система снабжения инструментами, управление системой, а также в качестве дополнительных

устройств: машины для мойки и координатно-измерительная машина, станок для подготовки технологических баз, прибор для измерения инструмента.

Независимость обслуживающего персонала от такта работы станков, обусловлена наличием накопителя паллет с зажатыми в приспособлениях заготовками и готовыми изделиями. В стандартных исполнениях палеты для изделий хранятся на местах ожидания, расположенных вдоль линейного пути перемещения транспортных тележек. Количество мест ожидания, а также временем обработки всех деталей, закрепленных на палетах в местах ожидания, определяется временем в течение которого установка может работать без обслуживающего персонала. Например, если такт линии составляет одна деталь в час и в 3-ю смену ГПС работает в малолюдном режиме, то необходимо иметь как минимум девять палет с зажатыми заготовками плюс одно пустое палетоместо для приема обрабатываемой детали.

Области использования ГПЯ.

ГПЯ находят применение в особенности при обработке мелко- и среднесерийных деталей. Целью их применения является изготовление широкого спектра деталей. Производятся партии изделий наибольших размеров, в соответствии с потребностью и условиями наладки и ритмичности производства. Это обусловливает постоянно изменяющуюся последовательность заготовок.

Для структуры и работы ячейки характерны:

Одновременное управление большим количеством производственных нарядов (заданий) (синхронная работа).

Непосредственная передача программ ЧПУ и данных по инструменту между управлением ячеек и управлениями станка (УЧПУ).

Автоматическая и своевременная смена инструмента на станках с ЧПУ в полезное машинное время.

При этом преследуется цель перехода на партию обработки новых деталей без дополнительной подналадки и непрерывном производственном процессе обработки деталей. Это достигается за счет своевременной и целенаправленной смены инструмента. Заблаговременно, до истечения периода стойкости инструмента или перед сменой новой партии других изделий из магазина станка с ЧПУ забираются только те инструменты (автоматически), которые износились и не понадобятся для обработки новой партии других деталей. На смену этому циклу вводятся вновь понадобившиеся инструменты в рамках очередности их применения.

Это все происходит в реальном масштабе времени, что позволяет непосредственно учитывать актуальные в данный момент циклы. Такая смена инструмента производится одновременно с параллельно протекающим процессом обработки, не приводя, как правило, к остановке в работе. Способ смены инструмента роботом со склада имеет большое преимущество в том, что значительно уменьшает инструментальные фонды и существенный недостаток – система сложна и дорога.

Большое количество работающих на этой основе уже реализованных ГПС показала, что:

Автоматизация в малодоступной для рационализации области производства мелких и средних серий стала возможной и успешно реализуется;

Применение ячеек лишь с двумя обрабатывающими центрами экономичнее по сравнению с отдельными станками;

Ячейки с оптимальным расширением до шести обрабатывающих центров зарекомендовали себя в работе как хорошо функционирующие, надежные и рентабельные;

На практике удалось достичь максимального использования времени загруженности, причем наряду с названными критериями значительную роль сыграло производство с малым числом обслуживающего персонала в третью смену, а также продолжение работы во время перерывов.

Типичными пользователями ГПЯ являются приборо- и аппаратостроение, станкостроение, а также электромашиностроение, транспортное машиностроение, производство двигателей. Ассортимент деталей охватывает все виды рычагов, крышек, фланцев, корпусов коробок передач и двигателей, которые автоматически изготавливаются обрабатывающими центрами в мелко- и среднесерийном производстве. Как правило, объем наряда (задания) составляет от 5-100 деталей, которые повторяются в разных вариантах. Для полной обработки некоторые детали приходится перезакреплять по два или даже три раза.

Поскольку благодаря автоматическому, управляемому от ЭВМ снабжению инструментами стала возможна смена обработки партий деталей без подготовительного времени, имеется возможность рентабельно производить партии изделий минимальных размеров, что позволяет

значительно повысить ритмичность производства, уменьшить объемы незавершенного производства на 20%.

Кроме того, выявляются и другие преимущества, например значительное снижение организационных помех, более рациональное использование оборудования, а также повышение качества производства. По сравнению с использованием не связанных между собой машин экономия, достигаемая за счет сокращения издержек производства, достигает 20-30%.

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

1. Для работы требуется меньшее количество операторов, чем для традиционного конвейера
2. Работники благодаря навыкам работы на нескольких станках являются более гибкими, поэтому можно быстро менять задания для них
3. Если оператор имеет чрезмерную нагрузку, либо занят не все время, это легко выявить
4. Больше пространства в рабочей зоне
5. Улучшается безопасность труда благодаря отсутствию неудобных или статических поз
6. 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.