AZ ÜZEMFENNTARTÁS MÛKÖDÉSI FELTÉTELEI 1.08 2.04
Gyártósorok kihasználási fokának elemzése Tárgyszavak: gyártósorok; gazdaságosság; folyamatos gyártás; állásidők elemzése.
A 20. század iparára és ipari eredményeire kétségkívül Ford nagyszabású kezdeményezése nyomta rá a bélyegét. A gyártósorok, a folyamatos rendszerek különböző változatai feltételezhetően a 21. században sem mennek ki a „divatból”. Az elv egyszerű, azonban a realizálás, a hatékonyságot befolyásoló számos tényező következtében, igen bonyolult feladat. A hatékonyság értékelése teheti lehetővé a sokszor rejtett hiányosságok, a termekékenységcsökkentő hatások kimutatását. Egy termelőberendezés gazdaságosságának megítélésekor a kihasználás foka egyike a legfontosabb mutatóknak. Ez fejezi ki, milyen arányban van egymással a tényleges termelési idő és az elméletileg előírt termelési időtartam. A kihasználás fokát egyrészt a berendezés, ill. egyes elemeinek rendelkezésre állása, másrészt a berendezésen kívül fellépő okok által előidézett állásidők határozzák meg. A külső okokra visszavezethető állásidők, amelyek lehetnek szervezési állásidők vagy kiesési idők, mint pl. szünetek, átállási idők, anyaghiány miatti idők, mindenek előtt a rugalmas kapcsolatban álló gyártósorokon fordulhatnak elő. Ezek közül legjelentősebbek a szervezési állásidők. A folyamatos gyártás jelentősége A rugalmasan kapcsolódó gyártósorok gyakran nem kielégítő kihasználási foka ellenére az ipari gyakorlatban továbbra is növekszik a folyamatos gyártás szervezési formájának jelentősége. Ezt elsősorban az indokolja, hogy egyidejűleg szándékoznak elérni olyan, részben egymásnak ellentmondó célokat, mint a munkadarab rövid átfutási ideje, a kis raktárkészlet, ugyanakkor a kapacitások maximális kihasználása. Azonban csak akkor lehet sikeres ezeknek a kritériumoknak a teljesítése, ha a gyártósoron előállított termékek iránt megfelelő nagyságú és egyenletes a kereslet. Ez azonban egyre ritkábban teljesül, mert a piac egyre inkább az egyedi igények kielégítését követeli meg. Mivel a viszonylag kedvezőtlen keretfeltételek ellenére is érdemes kihasználni a folyamatos rendszerű gyártás szervezeti formájának előnyeit, a gyártósorokat mindinkább olyan rugalmas struktúrával oldják meg, hogy sok termékváltozat elő
állítására nyíljon lehetőség tetszőleges sorrendben, átállási időveszteség nélkül. Ezt a rugalmasságot az olyan automatizált berendezések teszik lehetővé, mint például az ipari robotgépek vagy az univerzális megmunkálóközpontok, valamint a rugalmas munkaszervezés (1. ábra).
1. ábra Példa rugalmasan kapcsolt gyártósorra Az ipari gyakorlatban azonban gyakran figyelmen kívül hagyják, hogy a rugalmas struktúrájú gyártósor ugyan jelentős mértékben eltérő termékváltozatok megmunkálását teszi lehetővé, azonban nem kerüli el egyidejűleg a szervezési állásidőket, sőt inkább hozzájárul azok kialakulásához. A szervezési állásidők okai A rugalmas kapcsolású gyártósorokon megfigyelhető, szervezési állásidők elemzése alapján, azok három lényeges okra vezethetők vissza: – nem kellőképpen összehangolt, egyes fontos, szűk keresztmetszetet előidéző egységeket is felhasználó sor, – egyes állomások műszaki kiesése, amelyek hatása a tartalékolt munkadarabkészletek hiánya, a rendszer kedvezőtlen kialakítása, illetőleg a nem hatékony üzemzavar-stratégia következtében az egész rendszerre átadódik, továbbá
– a rendelésekkel való leterhelés sorrendjének nem kellőképpen végrehajtott tervezése, ami az egyes állomások igénybevételének ingadozását okozza, illetőleg aránytalanul sok átállási műveletet igényel. Az első két okra visszavezethető szervezési állásidőket elsősorban gyártósor elrendezésének tervezése befolyásolja. A harmadik problémakör ezzel szemben a gyártósor hatékony üzemeltetésével kapcsolatos. Ezért egy gyártósor kialakításakor, illetőleg átalakításakor, továbbá üzemeltetésekor olyan koncepciókra van szükség, amelyek alapján a kapcsolati veszteségek figyelembevételével lehet a lényegi teljesítménymutatókat előrebecsülni, és így a szervezési állásidők okait magyarázni. Elemzési szempontok és módszerek A gyártósorok teljesítménymutatóinak (pl. a teljes berendezés kihasználási fokának) becslésére az utóbbi években számos analitikai módszert dolgoztak ki, amelyek a használhatóság, a pontosság és a számítási időigény szempontjából kielégítik a gyakorlat követelményeit. Ilyen például a sorbanállás módszere. Ezeket az eljárásokat idők folyamán annyira megbízhatóvá tették, hogy aligha maradnak el a részletes számítógépes szimulációtól, ugyanakkor a vállalatok számára egyszerűbben és gyorsabban bevezethetők. Azonban az üzemi gyakorlat egy adott gyártórendszer teljesítőképességének mennyiségi meghatározására mindenekelőtt a szimulációs modelleket veszi igénybe. Viszont az egyes változatok összehasonlításához és értékeléséhez az analitikai eljárások sokkal előnyösebbek. Ezen túlmenőleg a becslések viszonylag pontosak, tehát az eljárások rendszeresen felhasználhatók optimálási célokra. Az analitikai módszereket elsősorban olyan, rugalmas kapcsolatban álló gyártósorok vizsgálatára alkalmazzák, amelyek közbenső munkadarab-tároló egységei korlátozott befogadóképességűek, a megmunkálási idő ingadozik, illetőleg sztochasztikus jellegű zavaró hatások léphetnek fel. Ezért a legkülönbözőbb rendszerváltozatok alakulhatnak ki. Azonban ezekkel az eljárásokkal nemcsak szigorúan lineáris anyagáramlást megvalósító gyártósorok elemzése végezhető el, hanem olyanoké is, amelyek konvergens, divergens vagy általános struktúrájú anyagáramlással működnek. Elsősorban szerelősoroknál fordul elő konvergáló anyagáramlás, leszerelősorok esetében inkább a divergáló változat érvényesül. Ilyenek például az újrahasznosító rendszerek. Az elméleti elemzőeljárások igénybevételére még akkor is sor kerülhet, amikor a gyártósoron ellenirányú anyagáramlás is felléphet, vagyis amikor valamilyen munkadarabot ugyanazon a munkahelyen többször is munkába vesznek. Mindenekelőtt a félvezetőgyártásban találkozhatunk ilyen nemlineáris anyagáramlásokkal. A berendezés kihasználási fokát erősen befolyásoló további jellemző az a mód, ahogy a hibás, illetőleg a minőségi követelményeknek nem megfelelő munkadarabokat kezelik. Erre a helyzetre is vannak megfelelő elméleti elemző módszerek. Ezen túlmenőleg olyan eljárások is rendelkezésre állnak, amelyek
a korlátozott személyi (gépmunkások és karbantartók) kapacitás, valamint a különleges zavarelhárítási stratégiák leképezésére alkalmasak. Az állományra vagy az átfutási időre vonatkozó meggondolások alapján, a gyártósorokon gyakran bizonyos termelésirányítási elveket (pl. Kanban, CONWIP vagy terhelésorientált rendelésfelszabadítás) érvényesítenek, amelyek azonban különböző hatást gyakorolnak a sor kiszolgálására és kihasználási fokára. Ezeknek a teljesítménymutatóknak a becslésére is léteznek meghatározott analitikai elemző módszerek. Nem betervezett állásidők és sztochasztikus hatások A gyakran nem kielégítő kihasználási fok lényeges okozója (nem betervezett állásidők, kapcsolódási veszteségek formájában érvényesülő hatások) a darabidő jelentős ingadozása. A korlátozott közbenső alkatrésztartalék következtében ez a hatás a többi munkahelyre is átadódhat. Kézi munkavégzés esetében a darabidő ingadozását emberi tényező okozza. Automatikus vagy félautomatikus munkahelyeken ezzel szemben műszaki üzemzavarok következtében ingadozik a munkagép igénybevételi ideje. A több változatot megmunkáló folyamatos rendszerben az egyes termékváltozatok eltérő megmunkálási követelményeket támasztanak, úgy, hogy ilyenkor teljesen véletlenszerű megmunkálási igények lépnek fel. A gyártósor korlátozott személyzeti kapacitása is befolyásolja az egyes megmunkálási helyek igénybevételi idejét. Az egyes munkahelyeknek ez a sztochasztikus igénybevételi időtartama által előidézett hatás a közbenső tárolók korlátozott kapacitása következtében, anyaghiány és akadályoztatás formájában, továbbadódik a többi munkahelyre. Így a teljes berendezés kihasználási foka lényegesen kisebb lesz, mint ahogy az a leggyengébb munkahely rendelkezésre állása alapján feltételezhető lenne. Példa Ennek szemléltetése érdekében tételezzünk fel hat azonos megmunkálási hellyel rendelkező, homogén gyártósort, amelynek rendelkezésre állási mutatója az egyes megmunkálási helyeken legyen v = 95%. Az egyes munkahelyek közötti tartalék munkadarab tároló legyen azonos befogadóképességű. Ha elhanyagoljuk a sorbakapcsolási veszteségeket, akkor az egész rendszer rendelkezésre állása a leggyengébb álláséval lenne egyenlő (v = 95%). A 2. ábra mutatja be a teljes berendezés tényleges kihasználási fokának alakulását, figyelembe véve a megmunkálási leterhelés ingadozását, amit a variációs együttható négyzete (CV2(B)) és a munkahelyek közötti tárolók száma befolyásol. A kihasználás fokát az alábbi elméleti összefüggés alapján lehet meghatározni: a megmunkálási idő szórása CV2(B) = az átlagos megmunkálási idő négyzete
kihasználás foka
CV
2
(B)
tárolók munkahelyenként
2. ábra A kihasználási fok változása a megmunkálási idő ingadozása és a közbenső tárolók száma függvényében Kézi munkavégzés esetén CV2(B) = 0,3 nagyságrendű megmunkálási időingadozásra lehet számítani. Automatizált vagy félautomatizált munkahelyeken a fellépő zavaróhatások következtében CV2(B) > 1 időingadozás fordulhat elő. A 2. ábra szerint a munkahelyi időingadozás a gyártósor teljesítményét jelentős mértékben befolyásolja. Az is felismerhető, hogy közbenső tárolóhelyek közbeiktatásával a kihasználás fokában fellépő veszteség ellensúlyozható, a közbenső tároló befogadóképességének növelése függvényében javul. Érdekes eredményt szolgáltat az olyan rendszer elrendezésének elemzése, ahol a közbenső tár nagysága arányos a munkahelyi darabidő szórásnégyzetével. Azonos hányadost eredményező elrendezések kihasználási foka megegyezik egymással. Ha például az egyes rendszerekben egy, öt és tíz közbenső tároló van, és CV2(B) = 0,1, ill. 0,5, ill. 1,0 a szórásnégyzet, vagyis a tárolóhelyszám (Z) és a szórásnégyzet aránya mindhárom esetben 10, akkor a kihasználási foka is mindig 81%-os. A 3. ábra tünteti fel ezt az összefüggést. A fenn leírt, hat munkahelyes rendszerben a közbenső tárolók számát egy és 20 között, a munkahelyi darabidők szórásnégyzetét 0,1 és 2,0 között változtatták. Az ilyen összefüggés például a közbenső tárolók méretezéséhez felhasználó. A berendezés kihasználási fokának látszólagos ellentmondásai Az automatizált munkahelyekkel rendelkező gyártósorokon a munkahelyi üzemzavarok következtében olyan további sztochasztikus hatások érvényesülnek, amelyek a fent említett analitikai modellek segítségével igen jól szemléle
tessé tehetők. Vizsgáljunk meg egy olyan rendszert, amelyben tíz azonos, teljesen automatizált munkahely van, amelyeket két-két közbenső tároló választ el. A megmunkálási idők legyenek determinisztikusak és valamennyi munkahelyen azonosak. A munkahelyeken a műveletektől függő zavaró hatások léphetnek fel, geometriai eloszlás szerint, MTTF (mean time to failure = két meghibásodás közötti átlagidő) átlagértékkel. A javítási időszükséglet is geometriai eloszlású véletlen változó, MTTR (mean time to repair = két javítás közötti átlagidő) átlaggal. A 4. ábra tünteti fel, hogy a munkahelyek rendelkezésre állásának fenntartását célzó különböző stratégiák milyen hatással vannak a gyártósor kihasználási fokára.
kihasználás foka
0,95
hatmunkahelyes gyártósor 2 CV (B) = 0,1; 0,2; …, 2,0 tároló = 1, 2, …, 20
közbenső tárak száma/CV2(B)
3. ábra Hatmunkahelyes gyártósor kihasználási foka Egy munkahely rendelkezésre állását (üzemképességét) a következőképpen határozhatjuk meg: v = MTTF/(MTTF+MTTR) A vizsgálat induljon ki v = 0,8 üzemképességből, amit MTTR = 3 átlagos javítási idő és MTTF = 12 átlagos üzemzavarmentes működési idő jellemez. Amennyiben a gyártósor teljesítményét a munkahelyek üzemképességének javítása révén növelni kívánják, az alábbi három lehetőség kínálkozik: – Az üzemzavar megszüntetésének időszükségletét kell csökkenteni, például oly módon, hogy további karbantartókat állítanak munkába vagy pedig a munkahelyek javíthatóságát teszik kedvezőbbé. Ezáltal csökken az átlagos (MTTR) javítási idő. – A munkahelyek rendelkezésre állását megbízhatóságuk javítása révén növelik. Ez elérhető például új készülékezéssel vagy a meghibásodásra
hajlamos alkatrészek megelőző cseréjével. Ezáltal meghosszabbodik az üzemzavarmentes működési (MTTF) idő. – Technológiai szempontból magasabb színvonalú munkahelyek létesülnek, amelyek a korábbi megoldással szemben megbízhatóbbak, azonban az új technológia követelményeinek megfelelően hosszabb átlagos javítási időt igényelnek. Mindent egybevetve azonban feltételezhető, hogy a munkahelyek rendelkezésre állása a kiindulási helyzethez képest javul. 1
a kihasználás foka
0,9
1. stratégia 2. stratégia 3. stratégia MTTR È MTTF = 12
0,8 0,7
MTTR Ç MTTF ÇÇ MTTR = 3 MTTF Ç
0,6 0,5 0,4 0,725
0,75
0,775
0,8
0,825
0,85
0,875
0,9
0,925
0,95
v = MTTF/(MTTF+MTTR)
4. ábra A kihasználási fok és a rendelkezésre állás közötti összefüggés A 4. ábra három görbéje mutatja be a gépsor kihasználási fokának változását arra az esetre, ha az említett három intézkedés alapján megváltoztatják a munkahelyek rendelkezésre állását. Tételezzük fel, hogy a három eset az eredményesség szempontjából azonos fajlagos beruházási ráfordítást igényel. Az eredmény a következő: az első stratégia előnyösebb, mint a második stratégia. A harmadik stratégia a munkahelyek rendelkezésre állásának javulása ellenére a gyártósor teljesítményének csökkenését váltja ki. Az egyes munkahelyek teljesítőképességének jellemzésére nyilvánvalóan nem elegendő kizárólag az üzemképesség ismerete. Döntő jelentőségű az üzemzavarmentes működési idő abszolút hossza, valamint a javítási időtartam. A harmadik változat azt mutatja, hogy a munkahelyek kisebb üzemképessége és egyidejűleg a rövidebb átlagos javítási idő kedvezőbb kihasználást eredményezhet, mint egy nagyobb üzemképességű, azonban hosszú javítási átlagidőt igénylő rendszer. Ennek oka, hogy rövid javítási időszükséglet esetében az üzemzavar hatása a közbenső tárak segítségével viszonylag könnyen kompenzálható. Ezért egy sok, rövid üzemzavart felmutató rendszer kihasználási foka kedvezőbb lehet,
mint egy olyan rendszeré, amelynél kevés, de hosszú időtartamú üzemzavar lép fel. Az említett sztochasztikus hatások azt eredményezik, hogy a munkadarabok által az egyes munkahelyeken eltöltött idők nincsenek egymással összehangolva. Az egyik munkahely ezért időnként várakozik az előtte lévő munkahelyről érkező utánpótlásra, vagy pedig egy általa megmunkált darabot nem tud azonnal a következő munkahelyre továbbadni. Mindkét esetben termelési veszteség lép fel, amelynek nagysága elsősorban nem az egyes munkahelyek teljesítménymutatóitól, hanem valamennyi munkahely együttműködésétől függ. A várakozási idő hatása a személyzetre A rendelkezésre álláson kívül a személyzetre való várakozás ideje is befolyásolja a gyártósor munkahelyeinek állásidejét. A várakozási időre hatással van mindenek előtt a személyzet jelenléte és szakképzettsége, de a karbantartó rendszer jellege sem hagyható figyelmen kívül. Az állásidőket tehát mind a közbenső tárolókkal, mind a személyzet létszámával, ill. jelenlétével befolyásolni lehet. Az 5. ábrán látható egy homogén, tízmunkahelyes gyártósor kihasználási fokának változása a közbenső tárolók száma és a kirendelt karbantartók létszáma függvényében. Az eredményekből felismerhető például, hogy a munkahelyek közötti három tároló és két karbantartó ugyanolyan teljesítményt eredményez, mint az egy közbenső tárolóval és három karbantartóval üzemelő rendszer. kihasználás foka
a személyzet létszáma
tárolóhelyek száma
5. ábra A kihasználás foka a közbenső tárolóhelyek száma és a munkaerőlétszám függvényében
Összefoglalás és további feladatok A rugalmasan összekapcsolt gyártósor teljesítményének elméleti elemzésére alkalmas eljárást dolgoztak ki. Az ismertetett módszerek egyaránt alkalmasak új gyártósorrendszer tervezéséhez és egy már meglevő rendszer átalakításához. Az üzemi gyakorlatban gyakran a termék vagy a technológia innovációja vagy a forgalmazásra kerülő mennyiség változása következtében módosítják, felújítják vagy bővítik a rendszert. A tervezőnek ilyenkor olyan módszerre van szüksége, amelynek segítségével könnyen és gyorsan tudja az egyes alternatívákat értékelni és öszszehasonlítani. Ma már több olyan analitikai módszer ismert, amelyekkel a gyártósorok gyakorlat szempontjából legfontosabb jellemzőit értékelni lehet. Rendkívül veszélyes az olyan kísérlet, amikor a gyártósor „optimális” elrendezését a pillanatnyilag „korszerűnek” tartott genetikai algoritmussal megpróbálják meghatározni és az egyes változatok értékelését szimulációs modellen hajtják végre. A reprezentatív szimulációs futtatás hosszú számítási időszükséglete miatt általában csak viszonylag kevés változat értékelésére van lehetőség. Ilyen körülmények között azonban jóformán csak a véletlenre van bízva, hogy a genetikai algoritmus jó megoldást talál-e. Ezért optimálás esetén sokkal helyesebbnek tűnik az analitikai modell felhasználása. Ezzel egy elrendezésváltozat értékelése egy másodpercen belül elvégezhető. Az analitikai módszereket ma már igen elegánsan integrálták a szoftverrendszerekbe, úgy, hogy az iránta érdeklődő azt közvetlenül igénybe veheti. (Dr. Barna Györgyné) Kuhn, H.: Analyse des Nutzungsgrads verketteter Produktionsanlagen. = ZWF. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 97. k. 3. sz. 2002. p. 116–120. Wiendahl, H.-P.; Hegenscheit, M.: Produktivität komplexer Produktionsanlagen. = ZWF. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 96. k. 4. sz. 2001. p. 160–163.
HÍR Eredményes karbantartás gipszkartongyártó üzemben Egy lengyel gipszkartongyártó üzem zavarmentes működtetése érdekében vették igénybe a karbantartási munkák irányítására tervezett új szoftvert. Így vált számukra lehetővé a tervszerű megelőző karbantartás ún. „előrejelzéses” módszere által nyújtott előnyök kihasználása. 2000 áprilisában kezdte meg működését a lengyelországi Szarbkowban az új gipszkartongyártó üzem.
A karbantartó osztály munkatársai iránti követelmény az volt, hogy a termelősor üzemképes állapota 96%-os legyen. Bizonyos mértékig problémát okozott, hogy egy teljesen új épületben létrehozott új termelőrendszer karbantartását kellett egy újonnan kialakult munkacsoportnak ellátni. Először természetesen a berendezésekre vonatkozó valamennyi szükséges információt összegyűjtötték, felmérték a készleteket és az egyes gépekre kidolgozták a karbantartási tervet. Számítani kellett arra a tapasztalati tényre, hogy egy új rendszer általában 2–3 év múlva éri el maximális megbízhatóságát, amikor már valamennyi konstrukciós és építészeti hiányosságot sikerült kiküszöbölni. A Rigips-Polska vállalat karbantartó részlege 16 főből áll. A termelőüzemen kívül a gipszbánya, valamint a nagyfeszültségű alállomás és fűtőerőmű karbantartásáért, az energia- és tüzelőanyag-ellátásért is felelős. Az épület-karbantartás is a feladatkörükbe tartozik. A 96%-os üzemképes állapot adott esetben, vagyis ötnapos munkahét és 24 órás napi munkaidő feltételei (heti 120 óra) között heti 2 óra 45 perc állásidőt jelent. Ennyire szoros előírás betartására csak automatikus karbantartás-irányítási rendszer alkalmazásával lehetett vállalkozni. Ezért olyan karbantartó szoftvert választottak, amely alkalmas a rutinszerű karbantartási munkák tervezéséhez. A szoftvernek a megbízhatóságon túlmenően az MRP anyagigény-tervező rendszerbe integrálhatónak kellett lennie. A támasztott követelményeket az MP2 karbantartás-tervező és –irányító szoftver elégítette ki. Nyitott rendszerarchitektúrával és az alábbi funkciókkal rendelkezik: – raktári adminisztráció és pótalkatrész-nyilvántartás, – megelőző intézkedések tervezése, – személyi adatok kezelése, – források elosztása, – rendelések kiállítása, – a pótalkatrész-beszerzés ügyintézése. Az MP2 Enterprise változat közepes és nagyvállalatok, az MP2 Professional pedig olyan kisüzemek számára készült, amelyek célja a termelékenység növelése. A Rigips-Polska vállalat működésének első hónapja végén helyezte üzembe az MP2 előrejelzéses karbantartási és készletnyilvántartási rendszert. Egyidejűleg rendelések ügyintézésére, részletes jelentések kidolgozására, munkaerő-felhasználási tervek összeállítására és a berendezések állapotának ellenőrzésére is felhasználták. A rendszer üzembe helyezése három hónapot vett igénybe. A terméknyilvántartást vonalkód automatikus leolvasásával oldották meg. Az MP2 vonalkód modulja jelentős időmegtakarítást eredményez. Nem kell a készletnyilvántartást írásban rögzíteni, és az adatok állandóan rendelkezésre állnak. A számítástechnikai rendszer a rendelések teljesítését is ellenőrizni. Így a havi üzemképes állapotot 97%-ra tudták emelni, ami heti másfél órás állásidőt jelent. A karbantartási munkákhoz szükséges információk, beleértve a feladatok részletes leírását, bármikor lehívhatók. (Instandhaltung-Markt, 29. k. 2001. p. 24–25.)
