Дипломная работа на тему «U-образная ячейка в бережливом производстве»

Введение

Если пройти по цеху, где станки расставлены по видам обработки, легко заметить, сколько времени детали проводят не на станках, а в тележках и на стеллажах между участками. Токарная группа выполняет свою операцию на всю партию, потом партию везут к фрезерным станкам, где она ждёт своей очереди, затем к сверлильным, и так далее. На саму обработку при этом уходит малая доля общего времени прохождения заказа, а остальное время деталь просто лежит. Именно с этой картиной боролись инженеры Toyota, когда начали переставлять оборудование в ячейки, и одной из самых удачных форм такой ячейки оказалась U-образная.

Для российских предприятий тема бережливого производства давно перестала быть экзотикой. С 2015 года действует ГОСТ Р 56407 «Бережливое производство. Основные методы и инструменты», в 2020 году утверждён обновлённый ГОСТ Р 56020 с основными положениями и словарём, а национальный проект «Производительность труда» предусматривал помощь промышленным предприятиям во внедрении инструментов бережливого производства. На практике, однако, многие заводы начинают с визуализации и 5S, а до перепланировки участков в поток дело доходит нечасто, потому что это требует расчётов, остановки оборудования и изменения привычной организации труда.

Объект исследования — производственный процесс механообрабатывающего участка промышленного предприятия. Предмет исследования — организация производственного потока на основе U-образной ячейки.

Цель работы — обосновать и спроектировать U-образную производственную ячейку для участка механической обработки, обеспечивающую сокращение времени производственного цикла и незавершённого производства. Задачи: раскрыть принципы бережливого производства и место ячеистой организации в нём; описать устройство и условия применения U-образной ячейки; проанализировать текущее состояние участка с помощью карты потока создания ценности; рассчитать время такта и необходимое число операторов; разработать планировку ячейки и стандартизированную работу; оценить экономический эффект проекта.

Методы исследования: анализ литературы и стандартов, картирование потока создания ценности, хронометраж, расчёт времени такта и баланса загрузки операторов, построение диаграммы спагетти, технико-экономический расчёт. Теоретической базой послужили работы Т. Оно, Дж. Вумека и Д. Джонса, М. Ротера и Р. Харриса, Дж. Лайкера, а также ГОСТ Р 56020-2020 и ГОСТ Р 56407-2015. Работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений.

Глава 1. Теоретические основы ячеистой организации производства

1.1 Бережливое производство и поток единичных изделий

Тайити Оно, создатель производственной системы Toyota, в своей книге описывал задачу очень просто: следить за временем от момента, когда клиент делает заказ, до момента, когда компания получает деньги, и сокращать его, убирая потери, которые не добавляют ценности. Таких потерь он насчитал семь: перепроизводство, ожидание, лишняя транспортировка, лишняя обработка, запасы, лишние движения и брак. Позже Дж. Вумек и Д. Джонс, которые и сделали термин «lean» общеупотребительным, обобщили опыт Toyota в пять принципов: определить ценность с точки зрения потребителя, выстроить поток создания ценности, обеспечить непрерывное течение потока, перейти к вытягиванию и стремиться к совершенству.

Ключевой из этих принципов для темы работы — поток. В традиционном производстве детали двигаются партиями, и чем больше партия, тем дольше каждая деталь ждёт, пока обработают все остальные. Если партия состоит из ста деталей, а операция над одной длится минуту, первая деталь попадает на следующий станок только через сто минут, хотя сама обрабатывалась одну. Поток единичных изделий, при котором деталь сразу после операции передаётся на следующую, сокращает это ожидание до нуля, но требует, чтобы станки стояли рядом и в порядке выполнения операций.

Так возникает идея производственной ячейки, то есть группы разнотипного оборудования, расставленного по технологическому маршруту изделия или семейства похожих изделий. Ячейка противопоставляется функциональной (технологической) планировке, при которой однотипное оборудование объединено в участки. ГОСТ Р 56407-2015 среди методов бережливого производства называет и организацию потока, и стандартизированную работу, которые в ячейке реализуются вместе.

1.2 Устройство и преимущества U-образной ячейки

Оборудование в ячейке можно расставить по прямой линии, буквой L или буквой U. В U-образной ячейке первая и последняя операции оказываются рядом, у открытой стороны «подковы», а операторы работают внутри неё. М. Ротер и Р. Харрис в руководстве «Создание непрерывного потока» объясняют, почему эта форма так популярна: оператор, стоящий внутри буквы U, может обслуживать станки на обеих сторонах, проходя минимальное расстояние, а один человек может одновременно отвечать за выдачу готовой детали и за запуск следующей заготовки, удерживая объём незавершённого производства под контролем. Сравнение основных вариантов планировки приведено в таблице 1.

Таблица 1 — Сравнение вариантов планировки оборудования

Главное преимущество, которое хорошо видно из таблицы, — гибкость по численности. Работа в ячейке распределяется между операторами так, чтобы каждый укладывался во время такта, то есть в отрезок времени, за который должно выпускаться одно изделие, чтобы успевать за спросом. Время такта получают делением доступного рабочего времени на потребность клиента. Если спрос падает, такт становится длиннее, и ту же работу выполняют меньше операторов, каждый из которых обслуживает больше станков, а при росте спроса людей в ячейку добавляют.

Как это выглядит в цифрах, показывает условный пример на рисунке 1. Пусть суммарное время ручной работы оператора на одну деталь составляет 300 секунд, а доступное время смены — 27 000 секунд, то есть 7,5 часа. При сменной потребности в 90 деталей такт равен 300 секундам, и ячейку обслуживает один человек; при 180 деталях такт сокращается до 150 секунд, и операторов нужно двое.

На практике баланс редко получается идеальным, потому что работу нельзя разрезать на произвольные кусочки. Если расчёт даёт 2,3 оператора, инженер либо ищет, как убрать из операций лишние движения и уложиться в двоих, либо ставит третьего оператора на неполную загрузку и использует его время на подготовку заготовок. Ротер и Харрис советуют первый путь, поскольку недогруженный оператор незаметно возвращает в ячейку те самые потери ожидания, от которых она должна избавлять.

1.3 Условия и ограничения применения U-образных ячеек

U-образная ячейка подходит не для любого производства. Она хорошо работает, когда у предприятия есть семейство изделий со сходным технологическим маршрутом и достаточно стабильным спросом, а время операций на разных станках сопоставимо. Если же одна операция, например термообработка в печи, занимает несколько часов и ведётся большими садками, включить её в ячейку не удастся, и поток придётся разрывать буфером.

Ещё одно условие касается людей. Оператор ячейки должен уметь работать на нескольких видах оборудования, поэтому переход к ячейкам требует обучения и, как правило, пересмотра системы оплаты: платить за выполнение операций на одном станке становится бессмысленно. Дж. Лайкер в книге «Дао Toyota» подчёркивает, что без стандартизированной работы и постоянного участия мастера ячейка быстро превращается в обычный участок, где оборудование просто стоит теснее.

Наконец, перепланировка требует надёжного оборудования. При партионном производстве отказ одного станка компенсируется запасами между участками, а в ячейке с потоком единичных изделий он останавливает всю цепочку. Поэтому внедрение ячеек на зарубежных и российских предприятиях обычно сопровождается внедрением всеобщего обслуживания оборудования (TPM) и быстрой переналадки (SMED), о чём пойдёт речь в аналитической главе.