MEZIOPERAČNÍ DOPRAVA A MANIPULACE S MATERIÁLEM Inter-operational transport and material handling Doc. Ing. Zdeněk Čujan, CSc. Vysoká škola logistiky Přerov, katedra logistiky a technických disciplin e-mail:
[email protected] Doc. Ing. Gabriel Fedorko, PhD., Ústav logistiky priemyslu a dopravy, Fakulta BERG, TU Košice e.mail:
[email protected] Abstrakt Příspěvek se zabývá mezioperační dopravou a manipulací s materiálem ve výrobě interiérových dílů pro osobní automobily. Uspořádání technologických pracovišť za účelem zkrácení dopravních vzdáleností sleduje snížení nákladů vynakládaných na mezioperační dopravu a manipulaci s materiálem. Abstract The paper deals with inter-operational transport and material handling in production of interior’s parts for passenger vehicles. Organization of technological workplaces for the purpose of travel distance cut pursues cost reduction spending on inter-operational transport and material handling. Klíčová slova Mezioperační doprava, materiálový tok, layout, výrobní technologie, prostorové uspořádání. Key Words Inter-Operational Transport, Material Flow, Layout, Production Technology, Space Layout. 1. ÚVOD Mezioperační doprava a manipulace s materiálem představuje poměrně širokou oblast, která zahrnuje veškerý přesun surovin, zásob ve výrobě a pohyb hotových výrobků v rámci výrobního podniku včetně vstupního a výstupního skladu. Hlavním cílem mezioperační dopravy a s tím související nutné manipulace s materiálem je zajištění co nejplynulejšího materiálového toku a dosažení plynulého průběhu výrobního procesu. Mezioperační doprava se uskutečňuje mezi jednotlivými technologickými a kontrolními pracovišti a mezioperačními skladovými místy. Dopravní proces končí ve výstupní kontrole a expedici, kde je výstup celého výrobního systému (Preclík, 2006). 2. MATERIÁLOVÝ TOK Materiálový tok lze charakterizovat jako organizovaný pohyb materiálu ve výrobním procesu v požadované posloupnosti, která je dána technologickým postupem. Je to souhrn operací, které spočívají převážně v dopravě materiálu, jeho skladování, balení a vážení, v technologických manipulacích a pracích souvisejících bezprostředně s výrobním procesem. Zároveň také zahrnuje všechny druhy pomocných materiálů, které jsou pro realizaci výrobního procesu požadovány. Rozlišuje se manipulace mezioperační a technologická. Mezioperační manipulace nastává při pohybu materiálu mezi jednotlivými výrobními a nevýrobními operacemi. Technologická manipulace je součástí technologické operace, s jejímž procesem je přímo spojena a zajišťuje vhodnou orientaci dílů zpracovávaných na stroji.
- 60 -
Mezioperační doprava a manipulace s materiálem je vždy spojena s určitými náklady, které tvoří poměrně velkou část z celkových nákladů vynaložených na zpracování finálního výrobku. Z uvedeného důvodu je proto snaha materiálový tok řídit a minimalizovat náklady vynakládané na manipulaci s materiálem všude tam, kde je to možné a účelné. Jedná se zejména o zkrácení přepravních vzdáleností, minimalizace počtu úzkých míst, minimalizace stavu zásob. Mezi jednotlivými technologickými pracovišti jsou obvykle umístěny mezioperační úložné prostory, které slouží ke krátkodobému skladování rozpracované výroby, vytváří zásobu připravené práce pro následující operaci včetně úložných prostorů pro skladování a přípravu výrobních pomůcek a nástrojů. Je zřejmé, že zásobování technologických pracovišť materiálem a výrobními prostředky v reálném čase, klade vysoké nároky na frekvenci manipulačního prostředku. Naproti tomu mají mezioperační úložné prostory typicky skladový charakter, kdy nároky na kapacitu nejsou vyvolány okamžitou naléhavou potřebou technologických pracovišť. S výhodou se využívá systém řízení výrobního procesu pomocí kartičkového kanbanu, který je obvykle aplikován mezi všemi technologickými pracovišti. Zavedení kanbanového systému řízení předchází analýza mapování toku materiálu (Value Stream Mapping a Value Stream Design), ze které lze stanovit počet potřebných kanbanových karet a následné stanovení velikosti bufferu nutného ke správnému chodu výroby s cílem snížit nebezpečí vzniku, případně počet úzkých míst. Stanovením počtu kanbanových karet a tím počtu kusů připadající na jednu kanbanovou kartu je řízena požadovaná rozpracovanost výroby v souladu s požadavky zákazníka (Tuček, 2008). 3. STRUČNÝ POPIS TECHNOLOGIE VÝROBY Vlastní přístrojová deska se skládá ze tří vrstev: spodní plastový díl s podílem skelných vláken, horní díl, který tvoří prostorový útvar s nerozvinutelnou plochou, zhotovený za tepla rotačním spékáním práškového PVC a z vnitřní polyuretanové výplně, zhotovené na robotizovaném pracovišti chemickou reakcí dvou složek, polyolu a izokyanátu (TDI). Všechny tři vrstvy tvoří jeden celek (sendvič), který je obvykle opatřen airbagem a je jedním z bezpečnostních dílů každého automobilu.
Obr.: 1 Přístrojová deska před montáží Spodní plastový díl se vyrábí technologií vstřikování z granulovaného PVC na vstřikovacím stroji. Celý pracovní cyklus, od uzavření formy až po odebrání výlisku z formy,
- 61 -
je plně automatický. Po zhotovení výlisku a jeho ochlazení, následuje ruční opracování případných přetoků včetně odstranění vtokové soustavy. 1 Träger AB K
Träger S Tli+re
PVC 1,2
PVC 2,5
Form
Ne PP
V rtání
PP
Broušení
Lam inování
A no
1. ks
PP SP C
Záznam o opatření PP
Sběr dat
Záznam o opatření
Maskování O dstran. příčin
Lepidl Ředidl
Ne
Stabil A no
PP
S tříkání V ýpočet cp,cpk
PP
S ušení O rganiz. zásah
Ne
Způs A no
Centr
Ne
V ycentr. procesu
A no Ne Ano
Lem ování
1. ks
PP
ANO SC R A P
Ne
Ne
R ew
K ontr A no
PV C 1,2
Eissm ann
A S C R AP
Ne
A B K 2,5 M ontáž
PV C 2,5
S vařování HS K
Grund träger
STli S Tre
A no K ontr
A1
A B K kůže M ontáž
2
Obr.: 2 Postupový diagram výroby interiérového dílu (Čujan, 2007) Horní díl přístrojové desky se vyrábí na specielním stroji technologií rotačního spékání práškového PVC za vysoké teploty. Uzavíratelný nosič válcového tvaru je uvnitř opatřen formou, jejíž dutina odpovídá tvaru přístrojové desky včetně povrchového designu. Do formy se ručně nasype určité množství prášku PVC, nosič se uzavře a následuje zahřátí
- 62 -
vnitřního prostoru na teplotu, která je dána bodem tání prášku PVC. Nosič společně s formou se uvede do otáčivého pohybu (rotace okolo podélné osy), který přispěje k rovnoměrnému vyplnění prostorového tvaru formy roztaveným PVC práškem. Po zastavení otáčivého pohybu následuje chlazení vzduchem, otevření válcového nosiče formy a vyjmutí hotového horního dílu, který je nutné upravit odřezáním přebytečných okrajů. Střední polyuretanová vrstva přístrojové desky, která spojí spodní nosný díl s horním dílem opatřeným designem a vyrobeným z PVC rotačním spékáním v požadované barvě interiéru, vznikne chemickou reakcí polyolu s izokyanátem. Obě tyto složky nalije po stanovené trajektorii robot v určitém poměru. Robot pracuje, pracuje v plně automatizovaném režimu. Lití obou složek se děje do otevřené formy na rubovou stranu horního dílu. Vlastní chemická reakce (zpěňování) probíhá po uzavření horní částí formy, ve které je uchycen spodní plastový díl. Kromě uvedených základních operací, které je nutné realizovat, aby vznikl třívrstvý sendvič, který je hlavní složkou všech interiérových dílů, jsou součástí výrobního procesu další operace, které souvisí zejména s úpravou obvodových rozměrů (frézování), montáží bezpečnostních prvků (airbagu), vkládání úchytek a vlastní montáž přístrojové desky, která se realizovala na samostatných pracovištích. 4. ANALÝZA PŮVODNÍHO STAVU Před provedením samotné analýzy bylo nutné stanovit její cíl, tedy hledisko, ze kterého bude výrobní proces analyzován a následně optimalizován. Jako hlavní kritérium byl stanoven ukazatel produktivity, který byl definován jako podíl počtu zpracovaných interiérových dílů ku času, nutnému pro jejich zpracování. Jestliže počet zpracovaných zakázek je pevně dán plánem výroby, je produktivitu možno zvýšit pouze snížením hodnoty časové náročnosti zpracování daného počtu zakázek. Cílem analýzy je zjištění co největšího počtu faktorů, které mají vliv na hodnotu časové náročnosti zpracování zakázek. Po zmapování různých metod byla jako nejvhodnější vybrána kauzální analýza. Ta se podobně jako analýza vztahová zabývá vazbami mezi prvky, jevy apod. Avšak na rozdíl od vztahové analýzy se kauzální analýza zabývá pouze příčinnými vztahy. Snaží se o odhalení příčin a jejich následků, tzn. který jev co způsobuje, a který jev je čím způsobený. Je nutné si uvědomit, že každý definovaný, příčinně – důvodový vztah je určitým zjednodušením oproti skutečnosti. Pomocí kauzální analýzy lze vytvořit modifikovaný strom současné reality (známý též z teorie omezení), který přehledně znázorňuje jednotlivé faktory a jejich vzájemné příčinně – důsledkové vztahy, kterými působí na hodnotu celkové časové náročnosti procesu zpracování zakázek ve výrobním procesu. Podkladem pro jeho vytvoření bylo sledování způsobu zpracování, pohovory jak s řídícími, tak i s řadovými pracovníky a některé empirické zjištěné hodnoty a skutečnosti (Hamer – Champy, 2000). Ve stromu původní reality byly stanoveny čtyři základní oblasti, na které by se měla zaměřit pozornost při následném návrhu optimalizačních řešení: • • • •
spotřeba času při přemístění z jedné operace na druhou problematický layout a s tím související zvýšená manipulace tvorba front u některých pracovišť ruční vypisování průvodek operátory
- 63 -
5. PROCESNÍ PŘÍSTUP A MĚŘENÍ ČASOVÝCH NÁROČNOSTÍ U jednotlivých výrobních operací byla provedena chronometráž s cílem zjistit časové náročnosti těchto činností včetně manipulace s materiálem. Aby byly naměřené hodnoty co nejpřesnější, bylo provedeno až padesát náměrů pro každou činnost. Tak bylo možno eliminovat náhodné rušivé vlivy. Provedená chronometráž umožnila nejen získání hodnot časových náročností, ale také poskytla možnost detailněji se seznámit s výrobním procesem jako celkem. Četnost pohybu při provádění analýzy přímo ve výrobním procesu umožnil navázat užší kontakt a komunikaci s řadovými pracovníky výroby a zainteresovat je do procesu zlepšování, kdy pracovníci projevili zájem o případné návrhy změn a snažily tak přispět svými vlastními postřehy a zkušenostmi ke zlepšení celého procesu. 6. ŘEŠENÍ PROBLEMATICKÉHO PROSTOROVÉHO USPOŘÁDÁNÍ Jeden z klíčových problémů, který byl dále zjištěn provedenou kauzální analýzou, byl zvýšený objem manipulace s interiérovými díly v prostoru montáže. Tato skutečnost byla v přímé souvislosti se způsobem realizace vlastní montáže, která se prováděla na samostatných pracovištích po jednotlivých kusech jedním pracovníkem. Samotné uspořádání pracoviště a způsob montáže se staly základními parametry pro optimalizaci výrobního procesu. Z analýzy pracoviště montáže přístrojové desky vyplynula nutnost jeho řešení. Původní způsob montáže byl nahrazen montáží na zařízení podobném kruhu s pásovým způsobem montáže. Změna ve způsobu zásobování montážní linky i v celkovém uspořádání pracoviště se příznivě projevilo na řešení prostorového uspořádání. Cílem požadovaného řešení bylo navrhnout nový způsob uspořádání technologických pracovišť a následně zpracovat layoutu výrobní haly s přihlédnutím k budoucímu vývoji souvisejícího s navrhovanou montážní linkou. Montážní linka řešila nový způsob montáže přístrojové desky založený na principu pásové výroby. S tím souviselo zpracování návrhu nového uspořádání pracovišť s využitím analýzy materiálového toku. Jako nejvhodnější a časově méně náročná metoda byla zvolena metoda CRAFT, jejíž princip spočívá v minimalizaci přepravního výkonu. Metodu CRAFT je možné použít na určení optimální vzájemné polohy různých prvků při uspořádání celku (Čujan – Málek, 2008). Cílem tedy je nalézt co nejlepší rozmístění prvků v půdorysném uspořádání – layoutu. Aby realizace nalezeného řešení byla ekonomicky výhodná, musí efekt získaný novým uspořádáním prvků, převýšit náklady vynaložené na realizaci jejich přemístění. Cílem navrhovaného řešení bylo dosáhnout přemístění co největšího objemu interiérových dílů po co nejkratších drahách. Matematicky lze výše uvedenou metodu optimalizace vzájemné polohy logistických prvků popsat následovně: označíme-li n počet prvků, vij počet jednotek zatížení (materiálu, výrobků atd.), pohybujících se mezi prvky i a j, uij náklady na pohyb jednotky zatížení na jednotku vzdálenosti mezi prvky i a j [Kč], lij vzdálenost mezi prvky i a j [m, km,...], potom celkové náklady na pohyb materiálu mezi prvky i a j na jednotku vzdálenosti vypočítáme ze vztahu: c IJ = u IJ × v IJ [Kč]
což můžeme napsat ve tvaru matice: c11 c C = 21 Μ
c12 c 22 Μ
Κ Λ Μ
c1n c2 n Μ
c n1
cn2
Κ
c nn
- 64 -
[Kč]
Se změnou rozmístění jednotlivých logistických prvků, mění se vzdálenosti mezi nimi. Vzdálenosti logistických prvků můžeme vyjádřit pomocí matice L, která je identická matici C: l11 l L = 21 Μ
l12 l 22 Μ
Κ Κ Μ
l1n l2 n Μ
l n1
ln2
Κ
l nn
[m]
Celkové náklady jsou pak dány vztahem: n
Nc =
n
∑∑ c l
ij ij
[Kč]
i =1 j =1
Výpočet minima uvedené funkce se provádí postupně po jednotlivých iteracích. Vycházíme z počátečního rozmístění logistických prvků, které postupně měníme (při respektování některých podmínek, jako např. pevně zadanou polohu některého z prvků) tak dlouho, až dospějeme k řešení, u kterého již další změny nepřinášejí požadovaný efekt. Tab. 1 Výsledné hodnoty jednotlivých iterací [2]
Nové uspořádání Celkový přepravní 2 340 900 výkon [ks*m] Celková přepravní 11 705 dráha [m] Časová náročnost 4830 [min]
Iterace 1 690 000
Iterace 2 642 000
Iterace 3 598 000
Iterace 4 536 000
Iterace 5 510 000
3 450
3 210
2 990
2 680
2 550
1870
1710
1690
1590
1360
Optimální řešení bylo dosaženo po provedení páté iterace. Pro původní a nově navrhované řešení byly zpracovány diagramy (obr.2, obr.3). Výsledné hodnoty jednotlivých iterací uvádí Tab.1. Z tabulky je patrné, že aplikací metody CRAFT bylo dosaženo snížení objemu manipulovaných dílů téměř na čtvrtinu oproti původnímu stavu. 7. ZLEPŠENÍ SYSTÉMU INFORMOVANOSTI Kvalita fungování každého systému je silně determinována kvalitou informací s jakými pracuje. Pracné sledování průběhu výrobních operací realizované ručním vypisováním bylo jedním z kritérií, které zvyšovaly průběžné časy a poměrně náročnou evidenci související s nutností zpětného dohledávání, které se stalo rozhodujícím kritériem při následném zavedení integrovaného systému plánování a řízení výroby prostřednictvím čárového kódu. Implementace systému automatické identifikace umožňuje zavedení jednotného komplexního řešení, které zajistí všechny kritické oblasti podnikového řízení a poskytne střednímu i vrcholovému managementu aktuální on-line data potřebná pro manažerské rozhodování.
- 65 -
Obr.: 3 Původní layout výrobní haly s vyznačením dopravních cest (Čujan, 2007)
- 66 -
AREA
NO LEAR
Obr.: 4 Layout výrobní haly po navrhované úpravě prostorového uspořádání (Čujan, 2007)
- 67 -
V současnosti používané systémy umožňují nejen řízení výrobního procesu, ale jednotlivé moduly umožňují systémový přístup při plánování výroby, při plánování a řízení financí, plánování controlingu, evidenci majetku, řízení výrobních a logistických procesů, včetně řízení skladového hospodářství. Většina používaných systémů umožňuje spolehlivou a bezproblémovou elektronickou výměnu dat se zákazníky a odběrateli. Zejména pro potřeby automobilového průmyslu lze využít modulů, které umožňují sledování a dodržování pravidla FIFO od výdeje materiálu do výrobního procesu až po expedici hotových výrobků zákazníkům. Současné systémy umožňují řízení sériové výroby včetně grafických výstupů, odepisování z výroby, kontrolu a značení hotových výrobků a to během přípravy expedice přesně podle požadavků jednotlivých automobilek. Systémy dále poskytují přehledy, různá statistická vyhodnocení včetně grafických výstupů o využitelnosti jednotlivých strojů, vytížení pracovníků. Z počtu cyklů jednotlivých strojů lze generovat plán údržby a na základě informací o rozpracovanosti lze operativně měnit plán výroby a v případě potřeby plán expedice. Systémy jsou rovněž vybaveny logikou, která umožňuje sledovat procesní chyby a prostřednictvím elektronické pošty a SMS zpráv upozornit odpovědné pracovníky na potřebnou korekci technologického procesu (výměna nástroje, korekce technologických parametrů, doplnění materiálu apod.). Je-li systém opatřen všemi vstupními daty, jako jsou technologické a pracovní postupy, pracovní a manipulační časy, lze vygenerovat všechny náklady spojené s jednotlivými výrobními procesy včetně nákladů logistických (Tracebilita a sběr dat …). 8. ZÁVĚR Příspěvek je příkladem analýzy a následné optimalizace výroby (z časového hlediska) interiérových dílů pro osobní automobily. Původní studie zaměřená na optimalizaci materiálových toků, přispěla nejen k reorganizaci prostorového uspořádání pracovišť, ale byla také impulsem k novému uspořádání pracoviště montáže včetně zavedení automatické identifikace s využitím čárových kódů. Je zřejmé, že uplatnění systémového myšlení a procesního přístupu společně s aplikací poznatků z logistiky, může znamenat významný přínos nejen v ekonomické oblasti, ale také ve zlepšení pracovního prostředí, spokojenosti pracovníků a tím také ve zvýšení konkurenceschopnosti podniku. Literatura Čujan, Z., Málek, Z. Výrobní a obchodní logistika. – Skriptum, I. vydání. Zlín: UTB - FT, 2008. ISBN 978-80-7318-730-9. Čujan, Z.: Prostorové uspořádání pracovišť. - Výzkumná zpráva č. V-01-2007. UTB, FT, 2007 Hamer, M., Champy, J.: Reengineering – manifest revoluce v podnikání. - Management Press, Praha, 2000 Preclík, V.: Průmyslová logistika. - Skriptum, 1. vydání. Praha: ČVUT, 2006. ISBN 80-0103449-6 Tuček, D.: Kanban jako řídící a integrující metoda v informačním systému. - Publikováno 4.10.2008 [cit 04/2008]. Dostupné na < http://www.cvis.cz/hlavni.php?stranka= novinky/clanek.php&id=167> Tracebilita a sběr dat v automobilovém průmyslu. - Dostupné na:
Recenzent: Prof. Ing. Karel Voleský, CSc.
- 68 -
