Minimalizacja ilości i czasu przezbrojeń: system APS czy SMED?

W dzisiejszym odcinku chciałbym pójść dalej tropem pieniędzy. Poprzednio skupiliśmy się na kwestiach związanych ze stanami magazynowymi, produkcją w toku, ich minimalizacją. Dziś pora porozmawiać o przezbrojeniach – o tym, jak zminimalizować ich ilość i czas. Porozmawiamy też o tym, jak może w tym pomóc system APS i jak to się ma do SMED: czy są to aktywności alternatywne, czy może takie, które wzajemnie się wzmacniają? Zapraszam.

Przezbrojenia a system APS

Myślę, że warto rozpocząć odcinek dotyczący przezbrojeń od jednoznacznego określenia, czym są przezbrojenia i jak chciałbym, żebyśmy rozumieli czas przezbrojenia. A zatem pod pojęciem przezbrojenia będziemy rozumieli wszystkie czynności konieczne do przystosowania środków produkcji do wykonania innego wyrobu bądź procesu. Czas przezbrojenia, upraszając nieco zagadnienie, będzie to czas od wyprodukowania ostatniej sztuki danego wyrobu do wyprodukowania pierwszej dobrej sztuki kolejnego wyrobu.

Często na łamach tego podcastu mówiłem o tym, jak ważna jest precyzja, dokładność, poprawność danych, na których opieramy automatyzację zarządzania produkcją. Osobiście chciałbym uniknąć sytuacji, z którymi się spotkałem kilkakrotnie:  zakończyliśmy już przezbrojenie w zakładanym czasie, ale musimy jeszcze coś poprawić, dokręcić lub przestawić nieco parametry maszyny. Te wszystkie czynności powinny być zawarte w czasie przezbrojenia –  ma to być czas do wyprodukowania pierwszej dobrej sztuki.

Mamy już jasność co do podstawowych pojęć. Chcąc minimalizować ilość i czas przezbrojeń, czego powinniśmy użyć: systemu APS, systemu do zaawansowanego harmonogramowania produkcji, czy technik SMED? A może jednego i drugiego? Odpowiedź brzmi: jednego i drugiego, oczywiście. Jeżeli miałbym określić kolejność, w jakiej należałoby podejść do tematu, mogąc jednocześnie realizować tylko jeden z nich, to powiedziałbym: zacznijmy od systemu APS, a dopiero potem SMED. Dlaczego? Warto wrócić do podstaw tego, czym jest system APS. Już wielokrotnie o tym mówiłem, ale myślę, że warto przypomnieć raz jeszcze.

System APS – co to jest?

Jednym z podstawowych zadań systemu APS, systemu do zaawansowanego harmonogramowania produkcji, jest synchronizacja procesu produkcji, ułożenie sekwencji realizacji zadań tak, aby eliminować marnotrawstwa, jakie pojawiają się na styku poszczególnych zadań – czasy oczekiwania, bufory półproduktów i tak dalej. Synchronizując proces, dbamy o jego sprawny przepływ. I tu warto też zdać sobie sprawę z tego, że system APS nie sprawi, że będą zmieniały się czasy jednostkowe poszczególnych zadań, ale też nie o to gramy. Myślę, że wszyscy spotkaliśmy się ze statystykami pokazującymi, jaki jest udział procentowy tego czasu, kiedy tworzymy wartość czasu trwania poszczególnych zadań procesów do całego lead time’u zlecenia produkcyjnego. To jest zaledwie kilka procent. A zatem znacznie większy potencjał usprawnień będziemy mieć w sytuacji, kiedy będziemy synchronizować proces produkcji. I taka jest właśnie rola systemu APS.

W odniesieniu do przezbrojeń, system APS może nas wesprzeć na kilka sposobów. Po pierwsze, przydzielając operacje, zlecenia do zasobów o mniejszym czasie przezbrojenia. Po drugie, grupując operacje, zlecenia o tych samych parametrach, abyśmy przy jednym ustawieniu zrealizowali większą liczbę zadań. I po trzecie, układając sekwencje zmiany poszczególnych parametrów tak, aby łączny czas przezbrojenia był jak najmniejszy. W systemach klasy APS często możemy spotkać się z pojęciem przezbrojenia statycznego i przezbrojenia dynamicznego. Przezbrojenie statyczne mówi nam o tym, że będzie ono występować zawsze, kiedy dany proces będę realizował na wskazanej maszynie. A zatem niezależnie od tego, jaka była sekwencja zadań na danej maszynie, jeżeli będę produkował wyrób A, zawsze muszę to poprzedzić na przykład t30-minutowym czasem przezbrojeń. Często ta definicja pokazuje, że jeżeli wyrób A będę produkował na maszynie X, będzie to wymagało 30 minut przezbrojenia, a jeżeli będę go produkować na maszynie Y, będzie to wymagało 45 minut przezbrojenia. I tu właśnie pojawia się ta pierwsza rola, to pierwsze miejsce dla systemu APS. Narzędzie, które służy do tego, w przypadku systemu Asprova, nazywa się oceną zasobów kandydujących. My określamy pewne reguły, zasady, którymi system ma się kierować, przydzielając zadanie do wskazanego zasobu. Jednym z kryteriów może być krótszy czas przezbrojenia. A zatem system APS, stojąc przed wyborem, czy dane zadanie realizować na maszynie X czy maszynie Y, wybierze tą maszynę, która da krótszy czas przezbrojenia (oczywiście przy zachowaniu też innych celów, na przykład dotrzymaniu terminu realizacji).

Macierze czasu przezbrojenia – definiowanie i zarządzanie

Przezbrojenia dynamiczne opierane są na zdefiniowanych macierzach czasów przezbrojeń. I zanim opowiem, w jaki sposób macierze te wykorzystywane są do minimalizacji ilości i czasu przezbrojeń, warto poświęcić chwilę na to, w jaki sposób definiować te macierze i nimi zarządzać. Kiedyś spotkałem się z taką sytuacją, kiedy usłyszałem, że owszem, czasy przezbrojeń nie są stałe, natomiast nie jesteśmy w stanie zdefiniować macierzy czasów przezbrojeń, ponieważ mamy tyle produktów, że musielibyśmy zarządzać macierzą, która będzie miała kilka tysięcy pozycji. Jest to niewykonalne. Podstawowy błąd tkwił właśnie w podejściu do macierzy czasu przezbrojenia.

Nie powinniśmy tworzyć macierzy odpowiadającej, czy opisującej to, w jaki sposób zmiana z wyrobu A na wyrób B wpływa na czas przezbrojenia. Powinniśmy najpierw zastanowić się (w przypadku zmiany z wyrobu A na B), jakie parametry procesu się zmieniają, bo okaże się w efekcie, że musimy w związku z tym wymienić narzędzie, czy kilka cech produktu, bo zmienia się kolor oraz rodzaj materiału. I nagle okazuje się, że nie mówimy o zarządzaniu jedną macierzą, która będzie miała kilka, może nawet kilkanaście tysięcy pozycji, a mówimy o zarządzaniu kilkoma, kilkunastoma, może kilkudziesięcioma mniejszymi macierzami, które mówią nam o tym, jak zmiana poszczególnych paramentów procesu wpływa  na czas przezbrojenia. Oczywiście potem do systemu APS należy policzenie tego, jaki będzie łączny czas przezbrojenia, jeżeli będziemy w tej naszej sekwencji przechodzić z wyrobu A na wyrób B.

System wtedy wykryje, bazując na parametrach naszych procesów i wyrobów, że zmieni się narzędzie, zmieni się kolor, zmieni się rodzaj materiału, w związku z powyższym łączny czas przezbrojenia to będzie np. 45 minut. Takie mniejsze, szczegółowe macierze przezbrojeń dają nam szansę na to, aby być w stanie, w czasie, jaki mamy do dyspozycji, zarządzać nimi. Jeżeli będą zmieniały się parametry naszego procesu, będziemy modyfikowali nasz proces produkcyjny. Będziemy również wiedzieli, które parametry tego procesu się zmieniają oraz gdzie, w związku z tym, powinniśmy zaktualizować informacje o tych, być może już nowych, czasach przezbrojeń. Mając zdefiniowane macierze czasów przezbrojeń, możemy oczekiwać od systemu APS realizacji dwóch zadań.

System APS – co robi po zdefiniowaniu macierzy?

Po pierwsze, najczęściej macierze przezbrojeń pokazują, że jeżeli dany parametr ulegnie zmianie, wiąże się to z określonym czasem przezbrojenia. Jeżeli ten parametr nie będzie zmieniany, to tego przezbrojenia nie ma. A zatem system APS, analizując ustalony horyzont czasu, może odnaleźć zadania o  tych samych parametrach i te zadania w pewien sposób przyciągnąć, aby zrealizować je w jednej sekwencji, tak aby uniknąć przezbrojenia. Ale tutaj uwaga, tego typu przyspieszenie czy grupowanie zadań będzie miało swoje konsekwencje z perspektywy np. poziomu produkcji w toku, czy z perspektywy czasu oczekiwania zleceń produkcyjnych. Przyspieszymy zadania, które mogłyby być realizowane jakiś czas później, siłą rzeczy chwilę będą musiały poczekać. Półprodukty, które stworzymy, będą musiały poczekać na swoją realizację w kolejnych procesach. Kolejne zadanie, bazujące na zdefiniowanych macierzach przezbrojeń, to ułożenie odpowiedniej, optymalnej sekwencji zmiany poszczególnych parametrów.

Wyobraźmy sobie prosty przykład lakierni. W pierwszym kroku pogrupowaliśmy zadania, gdzie malujemy w tym samym kolorze. W kolejnym kroku ułożymy te zadania zgodnie z tą optymalną sekwencją, na przykład białe, żółte, zielone, niebieskie, czarne. Zaburzenie tej sekwencji będzie powodowało, że łączny czas przezbrojeń będzie znacznie dłuższy. W sytuacji, kiedy mówimy o jednym parametrze, to zadanie wydaje się (i jest) bardzo proste, natomiast w rzeczywistych projektach najczęściej mówimy o opcji, kiedy zmienia się kilka parametrów jednocześnie, a do tego jeszcze walczymy o to, aby dotrzymać terminy realizacji zleceń. I tu pojawia się znowu miejsce dla systemu APS. Ustalamy pewną hierarchię celów, jakie chcemy osiągać, na przykład terminowość i minimalizacja czasu przezbrojeń. A zatem ta terminowość będzie narzucała systemowi pewne przedziały czasu, w ramach których system może grupować zadania czy układać ich sekwencje na podstawie tej pożądanej, optymalnej sekwencji zmiany poszczególnych parametrów. W sytuacji, kiedy wspieramy się wyłącznie systemem APS, akceptując te jednostkowe czasy przezbrojeń, jesteśmy w stanie dzięki synchronizacji, dzięki właściwemu ułożeniu sekwencji zadań, zadbać o to, aby ich łączna ilość oraz sumaryczny czas były zminimalizowane.

System APS i SMED

Pora na krok kolejny. Tam, gdzie mamy już pewność, że realizujemy poszczególne zadanie we właściwej sekwencji, powinniśmy przyjrzeć się samym czasom przezbrojeń. Czy jesteśmy w stanie je skrócić? Porozmawiajmy teraz o SMED, przy czym nie będę opowiadał zbyt dużo o niuansach technik stosowanych w SMED, opowiem raczej o podstawach i o tym, jak poprawić efektywność tych podstawowych działań dzięki APS. Tu również zacznijmy od podstaw.

Metodyka SMED, czyli Single Minute Exchange of Die, jest zbiorem technik i narzędzi umożliwiających skracanie zasobów przezbrojenia maszyn, urządzeń i procesów produkcyjnych. Głównym celem jest przeprowadzanie każdego przezbrojenia w jednostkowej liczbie minut, czyli do 10 minut, przez taki podział i uproszczenie całego procesu, aby przezbrojenie dokonywane było z użyciem jak najmniejszej ilości narzędzi. Istnieje wiele statystyk pokazujących, ile czasu w tym czasie przezbrojenia poświęcamy na poszczególne czynności. Nie będę ich tutaj przytaczał, natomiast te czynności, które stanowią marnotrawstwo podczas przezbrojeń, to między innymi szukanie narzędzi, ich zbędny transport, naprawianie narzędzi, oczekiwanie na decyzję, na logistykę. To sortowanie i poszukiwanie informacji do przezbrojenia, np. jakichś instrukcji. To też zastanawianie się i wielokrotne kontrolowanie.

Jak podejść w ogóle do tego tematu? Proces usprawnień składa się z kilku etapów. Etap zero to analiza procesu przezbrojenia. Pierwszy krok metodyki SMED polega na utrwaleniu procesu przezbrojenia, najlepiej na kamerze, a następnie na analizach zgromadzonego materiału. Cały zespół powinien na podstawie takiego nagrania przeanalizować, jakie czynności w ramach tego przezbrojenia były wykonane. Etap pierwszy to podział na przezbrojenia wewnętrzne i zewnętrzne. Ten krok metodyki SMED uznawany jest często za najważniejszy, a jego prawidłowe przeprowadzenie pozwala na redukcję przezbrojeń nawet o 30 do 50% w stosunku do stanu wyjściowego. Podstawowym celem tego etapu jest wyraźne rozgraniczenie pomiędzy przezbrojeniem wewnętrznym a zewnętrznym i eliminacja tych wszystkich działań, które wydłużają niepotrzebnie przezbrojenia. Czynności zewnętrzne to te, które jesteśmy w stanie wykonać, zanim jeszcze zatrzymamy maszynę. Czynności wewnętrzne to te, które wykonujemy już po zatrzymaniu maszyny.

Kolejnym etapem jest transformacja przezbrojeń. Podstawowym celem tego etapu jest zmiana tak wielu operacji przezbrojeń jak to tylko możliwe z wewnętrznych na zewnętrzne. W zamierzeniu ma to doprowadzić do sytuacji, kiedy czas wyłączenia maszyny, czyli przezbrajanego procesu, jest jak najkrótszy, tym samym produkcja kolejnego typu wyrobu rozpocznie się jak najszybciej. Ten etap daje średnio około 25% dalszej redukcji czasu trwania przezbrojenia w stosunku do stanu początkowego.

Ostatni, moim zdaniem najtrudniejszy etap metodyki SMED, polega na podjęciu działań, które mają na celu jak największe skrócenie czasu trwania operacji wewnętrznych, które nie mogły być wyeliminowane na etapie pierwszym ani też zamienione na operacje zewnętrzne na etapie drugim. Jaka w tym rola systemu APS? Dzięki systemowi APS, dzięki temu, że mam precyzyjny, rzetelny, wiarygodny harmonogram, o przezbrojeniach wiem z wyprzedzeniem. Wiem kiedy, gdzie, co i dlaczego będę przezbrajać. Wiem z czego na co będę się przezbrajać. Wiem, jakie parametry procesu będę zmieniać w ramach poszczególnych przezbrojeń, a zatem mogę z wyprzedzeniem zaplanować wszystkie niezbędne czynności zewnętrzne. Wiem też, jakich będę potrzebować narzędzi. Jeżeli potrzebuję dokumentacji, instrukcji, również wiem z wyprzedzeniem, co będę robić, więc mam czas, aby się do tego przygotować. Również z wyprzedzeniem jestem w stanie zaplanować wszystkie czynności wewnętrzne. A zatem te wspomniane wcześniej marnotrawstwa, jakie pojawiają się w czasach przezbrojeń, jesteśmy w stanie wyeliminować dzięki temu, że precyzyjnie patrzymy w przyszłość i wiemy gdzie, kiedy będą poszczególne przezbrojenia.

Kończąc dzisiejszy odcinek, jestem winny Państwu drobne wyjaśnienie. Mimo że to jasno wynika z dzisiejszego odcinka, to warto podkreślić, że mówiąc o minimalizacji ilości czasów przezbrojeń, nie powinno być mowy o tym, aby stosować system APS lub SMED. Takie sformułowania miały tylko i wyłącznie przykuć Państwa uwagę. Tu nie ma mowy o tym czy jedno, czy drugie. Zdecydowanie jedno i drugie, zarówno system APS i SMED. Dopiero połączenie tych aktywności da Państwu naprawdę rewelacyjne rezultaty.