Produkce firmy EvoBus Bohemia, s.r.o. (seminární práce)
Autor:
Martin Pytlík
Obor:
Ekonometrie a operační výzkum
Předmět:
4EK425 – Modely produkčních systémů
Datum:
5.1.2008
Úvod V této seminární práci z předmětu Modely produkčních systémů se budu snažit využít poznatky nabyté jak při školních hodinách, tak hlavně v praxi. Pokusím se aplikovat různé metody řešení problémů na firmu, ve které již několik let o prázdninách pracuji a jsem obeznámen s většinou procesů, které v tomto podniku probíhají. Proto se krátce také o této společnosti zmíním, aby bylo zřejmé, čím se zabývá. Data, která jsou při řešení problémů zapotřebí, jsem získal buď vlastním pozorováním nebo z integrovaného manažerského systému SAP či dotazováním. Normy k provádění jednotlivých činností mi laskavě poskytlo oddělení technologie. Práce by měla obsahovat řešení problému nákupu nového stroje na ohýbání jeklů, poté určení počtu vyráběných kusů příslušných dílů a konečně také nalezení rozvrhu optimalizujícího kritérium Cmax v systému se třemi sériově řazenými procesory (svářeč, brusič a rovnač).
1
1. Firma EvoBus Bohemia, s.r.o. a systém KANBAN Společnost EvoBus Bohemia, s.r.o., jeden ze článků koncernu EvoBus GmbH, jenž je členem skupiny Daimler-Chrysler, byla založena v dubnu roku 1998 a o rok později zahájila výrobu v pronajatých prostorech společnosti SVA Holýšov, a.s.. Zde zrekonstruovala několik hal včetně míst pro administrativní aparát. Počátečních přibližně sto zaměstnanců produkovalo průměrně 6 svařených rámů autobusů KOMBI denně, po roce se produkce zdvojnásobila. Nedostačující kapacita prostorů byly hlavní důvody pro postavení nové továrny na zelené louce. Ta se nachází několik set metrů od bývalého prostoru, proto přesun strojů a zařízení proběhnul takřka bez problémů a výroba se nemusela přerušovat. V červnu 2001 byl položen základní kámen a již sedm měsíců poté se zde vyráběly první komponenty. V tomto okamžiku došlo také k problémům jedné anglické firmy, která dodávala podvozky REISE do Mannheimu, a tak dle rozhodnutí vedení EvoBus GmbH byla společnost EvoBus Bohemia určena převzít výrobu segmentů karosérií a skeletů autobusů REISE, denní produkce činila šest až deset kusů. Od roku 2004 zaměstnanci nevyrábí pouze podvozky, ale i přední a zadní stěny autobusů. Protože holýšovský výrobní podnik stoprocentně prokázal, že je schopen splnit přísné standardy kvality a že je plně konkurenceschopný ve srovnání s ostatními evropskými závody, převzal v roce 2005 výrobu segmentů pro městské autobusy CITARO, která byla do té doby realizována v Turecku. V souvislosti s neustálým rozšiřováním výroby byl na místě i další rozvoj firmy, proto bylo ke stávajícím halám přistavěno několik dalších. Mateřská společnost EvoBus GmbH investovala do holýšovského závodu více než 25 milionů Euro. Na dnešní výrobní ploše o rozloze přesahující 21.000 m2 firma zaměstnává přibližně 500 zaměstnanců, z čehož je asi sedmdesát externistů, kteří jsou najímáni od jiných firem a doplňují výkyvy ve špičce při kolísání výroby. Dvě desítky pracovníků působí v pražském sídle společnosti a zajišťují prodej nových i ojetých autobusů Mercedes-Benz a Setra a jejich poprodejní služby. Dalším zaměstnancům z plzeňského regionu dává společnost EvoBus práci nepřímo, a to díky široké síti dodavatelských firem. EvoBus Bohemia nakupuje od dodavatelů přibližně 4000 dílů a 6000 jich vyrábí ve vlastní režii. Všechny díly jsou produkovány na základě dokumentace – výkresu – kreslené konstruktéry v Mannheimu a Ulmu. Je jasné, že všechny tyto díly nemohou být umístěny na skladě. Tam je pouze ta část z nich, které jsou nejčastěji používány. Některé díly jsou přímo na dílně, aby si je svářeč mohl odebírat podle toho, jak je třeba. Samozřejmě ani místa na 2
dílně není dostatek. Proto bylo třeba zavést optimalizační zásobovací systém zvaný KANBAN. Ten spočívá v tom, že každý díl má na dílně své pevně stanovené místo, které je označené štítkem, na němž je zapsáno číslo dílu, dále označení daného místa, minimální zásoba a dávka. Tyto údaje jsou zobrazeny i na tzv. „kanban kartě“, která má podobu papíru zataveného v průhledné fólii. Minimální zásoba značí počet kusů daného dílu, při kterém svářeč kanban kartu vhodí do bedny s označením „KANBAN“. Odtud se tato karta dostane k plánovačce výroby (buď na nářezárně či ve skladu – podle toho, o jaký díl se jedná), která zadá příslušnému dělníkovi úkol vyrobit určitý počet kusů daného dílu. Tento počet si plánovačka nevymýšlí, je pevně stanoven na kartě v kolonce dávka. Po vyrobení potřebných kusů a nafosfátování se spolu s kanban kartou převezou na dílnu na příslušné místo. Pod tímto místem je možné si představit jakýkoliv regál či polici. Dovezené díly si bude svářeč postupně odebírat a až zjistí, že jejich počet je menší než minimální zásoba, opět „hodí“ kartu. Proces se tak znovu opakuje. V této práci se budeme zabývat převážně díly vyráběnými přímo v závodě v Holýšově. Nejprve je však pro výrobu svařenců zapotřebí vyrobit „nářezy“ – kovové tyče s různými profily a jinak zahnuté. K tomu je nutné zakoupit stroj umožňující provádět různé operace s těmito tyčemi.
2. Analýza bodu zvratu Když se firma v roce 2005 rozšiřovala, dala si za cíl vyrobit co nejvíce výrobků ve vlastní režii a mnoho jich nenakupovat. Z tohoto důvodu bylo nutné zakoupit stroj na řezání a ohýbání kovových tyčí, přičemž vedení společnosti nejvíce zajímaly roční celkové náklady na provoz tohoto zařízení. Ty se přirozeně odvíjejí od počtu metrů kovových tyčí na tomto stroji zpracovaných. Je však i zapotřebí stroj pravidelně udržovat a provádět na něm technické kontroly. Z toho vyplývají roční fixní náklady. Oddělení nákupu poptalo nové zařízení u tří firem, s nimiž mělo dobré zkušenosti z minulosti. Tyto firmy měly také za úkol do propozic jimi nabízených strojů vyčíslit přibližné roční celkové náklady v podobě fixní i proměnlivé (variabilní) složky. Předpokládáme zároveň, že jednotkové výnosy budou pro všechny tři zařízení shodné – čili budou produkovat naprosto shodné výrobky přesně odpovídající technické dokumentaci. Nabídky oslovených společností byly takovéto:
3
Společnost
Fixní náklady
Variabilní náklady
Metalpres s.r.o.
48000
23xq
Toplantis spol. s.r.o.
35000
28xq
A-servis Praha, spol. s r.o.
72000
20xq
Symbol q udává počet metrů zpracovaných tyčí za rok a všechny částky jsou v korunách. Následující graf ukazuje rozložení ročních celkových nákladů jednotlivých strojů v závislosti na množství zpracovaných metrů tyčí.
Celkové náklady
Analýza bodu zvratu - stroje na řezání kovových tyčí 300000 280000 260000 240000 220000 200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0
2000
4000
6000
8000
Počet metrů zpracovaných na stroji za rok
Metalpres s.r.o.
Toplantis spol. s.r.o.
A-servis Praha, spol. s r.o.
Z grafu je patrné, že při ročním počtu zpracovaných tyčí pohybujícím se od nuly do 2600 metrů se vyplatí zakoupit stroj od společnosti Toplantis spol. s.r.o., od 2600 do 8000 metrů zařízení od společnosti Metalpres s.r.o. a konečně od 8000 metrů a více od společnosti A-servis Praha, spol.s r.o. Čísla 2600 a 8000 byla stanovena jednoduchým výpočtem ručně. Vzhledem k tomu, že se průměrné množství zpracovaných tyčí na nově zakoupeném stroji bude pohybovat kolem sedmi tisíc metrů tyčí ročně, by se dalo očekávat, že firma zakoupí zařízení na řezání a ohýbání tyčí od společnosti Metalpres s.r.o. S přihlédnutím k budoucímu vývoji a předpokládanému nárůstu výroby a s tím spojeným i nárůstem počtu
4
zpracovaných tyčí se firma nakonec rozhodla pro zakoupení stroje od společnosti A-servis Praha, spol. s r.o.
3. Gozinto graf Pokud už má firma stroj nakoupený, musí se důkladně připravit na samotnou produkci. Jak bylo již výše zmíněno, díly se do výroby dodávají systémem kanban. Nyní se budeme zabývat malými svařenci, které se pak nadále zpracovávají na sestavách výrobků. Tyto malé svařence se většinou sestávají z nářezů (kovových tyčí) a zpravidla se od sebe jen velmi málo liší – například často se vyrábí pravý a levý kus. Proto mnoho nářezů se je možno použít na více malých svařenců. Vybral jsem jeden příklad přímo z výroby, kdy je třeba vypočítat, kolik nářezů je třeba vyrobit, abychom splnili požadavky výroby. Schéma produktů znázorňuje tzv. Gozinto graf:
N1
N2 2
N3
N4 2
3
2
2 M1
3 1
1 1 S1 (45ks)
S2 (40ks)
S3 (60ks)
Označení N znamená nářez. Ve výrobě má takovýto díl označení v podobě písmene a deseti čísel, např. A 627 666 13 06. Symbol M představuje meziprodukt, který vznikne svařením dílů N3 a N4. Písmeno S symbolizuje svařenec a číslo v závorce udává, kolik těchto svařenců je ve výrobě třeba. Orientované hrany představují postup transformace produktů a jejich ohodnocení udává počet vstupujících nářezů či meziproduktů do produktu v další úrovni. 5
Podle Leontiefova vztahu y = (I – A)-1 b vypočteme potřebné množství všech nářezů, meziproduktů a sestav, přičemž A je matice technických koeficientů a b je vektor požadované čisté produkce: N1
N2
N3
N4
M1
S1
S2
S3
N1
0
0
0
0
0
2
0
2
0
N2
0
0
0
0
0
3
3
0
0
N3
0
0
0
0
2
1
0
0
0
N4
0
0
0
0
2
0
0
0
M1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
S1
0
0
0
0
0
0
0
0
45
S2
0
0
0
0
0
0
0
0
40
S3
0
0
0
0
0
0
0
0
60
N1
N2
N3
N4
M1
S1
S2
S3
N1
1
0
0
0
0
2
0
2
0
210
N2
0
1
0
0
0
3
3
0
0
255
N3
0
0
1
0
2
1
2
2
0
245
y = (I – A) b = N4
0
0
0
1
2
0
2
2
M1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
100
S1
0
0
0
0
0
1
0
0
45
45
S2
0
0
0
0
0
0
1
0
40
40
S3
0
0
0
0
0
0
0
1
60
60
A=
-1
b=
0
,
0
=
200
Z výsledků vyplývá, že na výrobu 45 kusů svařence S1, 40 kusů S2 a 60 kusů S3 je zapotřebí 210 kusů nářezu N1, 255 kusů N2, 245 kusů N3 a 200 kusů N4, přičemž vznikne i 100 kusů meziproduktu M1.
4. Sériově řazené procesory V předcházejícím příkladě jsme zjistili, kolik příslušných nářezů je třeba vyrobit. Nyní se posuneme ve výrobě směrem ke kompletaci těchto výrobků do svařenců. Díly z výše uvedeného příkladu společně s dalšími třemi má za úkol za jeden den svařit jeden svářeč. Po dokončení každé jeho činnosti si svařence odebere brusič, který z nich odstraní okuje a začistí sváry, poté putují díly k rovnači, který díly podle šablony vyrovná, aby splňovaly technické 6
podmínky dané technologickým výkresem. Každý dělník má na příslušnou práci normovaný čas, který by měl dodržet. Naším úkolem je zjistit, jaké je optimální pořadí svařenců, které má postupně vyrábět, čili optimalizace kritéria Cmax. Máme tedy 3 sériově řazené procesory reprezentované svářečem, brusičem a rovnačem a 6 dávek, nebo-li svařenců, které je třeba vyprodukovat – tyto dávky označíme postupně S1 až S6. Normy uvádí následující tabulka:
Sváření Broušení Rovnání
S1 150 60 120
S2 90 35 80
S3 80 35 105
S4 25 15 30
S5 55 30 50
S6 40 10 45
Všechny údaje jsou uvedeny v minutách. Jelikož jsou doby trvání druhé činnosti (broušení) oproti ostatním poměrně malé, můžeme úlohu převést na úlohu se dvěma procesory a použít Johnsonův algoritmus. Druhou činnost nyní tedy jakoby „zapomeneme“ a množinu dávek rozdělíme do dvou podmnožin: U = {Si | sváření < rovnání} = {S4, S6, S3} Dávky jsou již uspořádané podle neklesající posloupnosti časů sváření. V = {Si | sváření ≥ rovnání} = {S1, S2, S5} Dávky jsou již uspořádané podle nerostoucí posloupnosti časů rovnání. Optimální pořadí dávek (svařenců) je tvořeno uspořádanou posloupností svařenců podmnožiny U a poté uspořádanou posloupností svařenců podmnožiny V: {S4, S6, S3, S1, S2, S5}. Celkové schéma (rozvrh) je následující:
7
S6
S3
S4
S6 145
140
135
130
125
120
115
110
105
95
90
85
80
75
70
65
S6 60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
S4 5
Čas (min)
S4
100
Sváření Broušení Rovnání
S1 S3
S2
295
290
285
280
275
270
265
260
255
250
245
240
235
230
225
220
215
210
205
200
195
190
185
180
175
170
165
160
155
150
S3
S5
S1
S2
S5
Hodnota kritéria Cmax je tedy 605 minut, přičemž svářeč bude se svou prací hotový v čase 440 minut, což by měl stihnout za jednu pracovní směnu, stejně tak jako brusič, který je podle výše uvedeného schématu se svou prací hotový v čase 470 minut. Naopak rovnačovi vzhledem k vypočtenému kritériu Cmax zůstane práce i do druhého dne.
475
470
465
460
455
450
425 605
445
420 600
440
415 595
435
410 590
430
405 585
580
575
570
565
560
555
550
545
540
535
530
525
S5 520
515
510
505
500
495
490
485
480
S2
400
395
390
385
380
375
370
365
360
355
350
345
340
335
330
325
320
315
310
305
300
S1
Závěr Výsledky získané v této seminární práci ukazují, že teorii prezentovanou na přednáškách i v knize Modely produkčních systémů je možné poměrně jednoduše převést i do praxe a nalézt tak mnohdy optimální řešení, které by se jinak nalézt nepodařilo či by cesta k němu byla poněkud obtížnější. Seminární práce zabývající se produkcí ve společnosti EvoBus Bohemia, s.r.o. to dokazuje na třech příkladech, které jsou vzájemně provázané a poslední dva na sebe přímo navazují. V praxi se ale například poslední příklad zabývající se sériově řazenými procesory řeší čistě náhodně – svářeč dostane denní úkol a je na něm, jaké svařence a kdy bude dělat. V případě využití Johnsonova algoritmu by zajisté došlo k časovým úsporám, s nimiž jsou provázány i úspory nákladové. Pokud bych měl uvést obtíže, se kterými jsem se při zpracování této práce setkal, byl to především sběr dat, ze kterých jsem později vycházel. Jedná se především o data z analýzy bodu zvratu. Ostatní údaje mi byly poskytnuty přímo firmou EvoBus.
