Ячеичное производство — это процесс производства, который является подразделом производства «точно в срок» и бережливого производства, охватывающего групповую технологию . Цель ячеичного производства — двигаться как можно быстрее, производить широкий спектр схожих продуктов, производя при этом как можно меньше отходов. Ячеичное производство подразумевает использование нескольких «ячеек» в виде сборочной линии . Каждая из этих ячеек состоит из одной или нескольких различных машин, которые выполняют определенную задачу. Продукт перемещается из одной ячейки в другую, каждая станция завершает часть производственного процесса. Часто ячейки располагаются в форме «U», поскольку это позволяет контролеру меньше двигаться и иметь возможность более легко следить за всем процессом. Одним из самых больших преимуществ ячеичного производства является его гибкость. Поскольку большинство машин являются автоматическими, простые изменения могут быть сделаны очень быстро. Это позволяет выполнять различные масштабы для продукта, незначительные изменения в общей конструкции и в крайних случаях полностью менять общую конструкцию. Эти изменения, хотя и утомительны, могут быть выполнены чрезвычайно быстро и точно. [1]
Ячейка создается путем объединения процессов, необходимых для создания определенного продукта, например, детали или набора инструкций. Эти ячейки позволяют сократить количество посторонних шагов в процессе создания определенного продукта, а также способствуют быстрому выявлению проблем и поощряют общение сотрудников внутри ячейки для быстрого решения возникающих вопросов. После внедрения ячеичное производство, как говорят, надежно создает огромные преимущества в производительности и качестве, одновременно сокращая объем запасов, пространства и времени выполнения, необходимых для создания продукта. Именно по этой причине ячейка с единичным потоком изделий была названа «максимумом в бережливом производстве». [1]
Ячеистое производство является производным от принципов групповой технологии, которые были предложены американским промышленником Ральфом Фландерсом в 1925 году [2] и приняты в России ученым Сергеем Митрофановым в 1933 году (чья книга по этой теме [3] была переведена на английский язык в 1959 году). Бербидж активно продвигал групповую технологию в 1970-х годах. [4] «По-видимому, японские фирмы начали внедрять ячеистое производство где-то в 1970-х годах», а в 1980-х годах ячейки мигрировали в США как элемент производства «точно в срок» (JIT). [5]
Одна из первых англоязычных книг, посвященных ячеистому производству, книга Холла 1983 года, называла ячейку «U-line» для обычной или идеальной U-образной конфигурации ячейки [6] — идеальной, потому что эта форма объединяет все процессы и операторов ячейки в кластер, обеспечивая высокую видимость и контакт. К 1990 году ячейки стали рассматриваться как базовые практики в производстве JIT, настолько, что Хармон и Петерсон в своей книге « Переосмысление фабрики » включили раздел под названием «Ячейка: фундаментальная фабрика будущего». [7] Ячеистое производство было продолжено в 1990-х годах, когда «точно вовремя» переименовали в бережливое производство. [8] Наконец, когда JIT/бережливое производство стали широко привлекательными в секторе услуг, ячеистые концепции нашли свое место в этой сфере; например, последняя глава Хайера и Веммерлова посвящена офисным ячейкам. [9]
Ячейки создаются на рабочем месте для облегчения потока. Это достигается путем объединения операций, машин или людей, участвующих в последовательности обработки естественного потока продуктов, и группировки их близко друг к другу, отдельно от других групп. Такая группировка называется ячейкой. Эти ячейки используются для улучшения многих факторов в производственной среде, позволяя возникать потоку единичных изделий . [1] [10] Примером потока единичных изделий может служить производство металлической детали корпуса, которая поступает на завод от поставщика отдельными частями, требующими сборки. Сначала детали перемещаются со склада в ячейку, где их сваривают вместе, затем полируют, затем покрывают и, наконец, упаковывают. Все эти этапы выполняются в одной ячейке, чтобы минимизировать различные факторы (называемые процессами/этапами без добавления стоимости ), такие как время, необходимое для транспортировки материалов между этапами. Некоторые распространенные форматы отдельных ячеек: U-образная форма (хорошо подходит для общения и быстрого перемещения рабочих), прямая линия или L-образная форма. Количество рабочих внутри этих образований зависит от текущего спроса и может быть смодулировано для увеличения или уменьшения производства. Например, если ячейка обычно занята двумя рабочими, а спрос удваивается, в ячейку следует поместить четырех рабочих. Аналогично, если спрос уменьшается вдвое, ячейку займет один рабочий. Поскольку ячейки имеют разнообразное различное оборудование, поэтому требуется, чтобы любой сотрудник был квалифицированным в нескольких процессах. [1]
Хотя существует множество преимуществ формирования ячеек, есть и некоторые очевидные выгоды. Из наблюдения за ячейками быстро становится очевидным, где кроется неэффективность, например, когда сотрудник слишком занят или относительно неактивен. Устранение этой неэффективности может увеличить производство и производительность до 100% и более во многих случаях. В дополнение к этому, формирование ячеек последовательно освобождает площадь пола в производственной/сборочной среде (имея запасы только там, где это абсолютно необходимо), повышает безопасность в рабочей среде (благодаря меньшим количествам обрабатываемой продукции/запасов), улучшает моральный дух (внушая сотрудникам чувство выполненного долга и удовлетворения), снижает стоимость запасов и уменьшает устаревание запасов. [1]
Когда формирование ячейки слишком сложно, применяется простой принцип для повышения эффективности и потока, то есть выполнение процессов в определенном месте и сбор материалов в этой точке со скоростью, определяемой средним спросом клиентов (эта скорость называется временем такта ) . Это называется процессом Pacemaker. [10]
Несмотря на преимущества проектирования для единичного потока, формирование ячейки должно быть тщательно продумано перед внедрением. Использование дорогостоящего и сложного оборудования, которое имеет тенденцию ломаться, может вызвать огромные задержки в производстве и испортить выпуск продукции до тех пор, пока они не будут возвращены в строй. [1]
«Ячейка — это небольшая организационная единица... разработанная для использования сходства в том, как вы обрабатываете информацию, производите продукцию и обслуживаете клиентов. Производственные ячейки [близко размещают] людей и оборудование, необходимые для обработки семейств подобных продуктов. [До ячеистости детали] могли преодолевать мили, чтобы посетить все оборудование и рабочую силу, необходимые для их изготовления... После реорганизации семейства схожих деталей производятся вместе в физических пределах ячеек, которые вмещают большую часть или все требуемые ресурсы,... способствуя быстрому потоку и эффективной обработке материалов и информации... Кроме того, операторы ячеек могут проходить перекрестное обучение на нескольких машинах, участвовать в ротации работ и брать на себя обязанности по задачам, [которые] ранее принадлежали руководителям и вспомогательному персоналу, [включая] такие виды деятельности, как планирование и составление графиков, контроль качества, устранение неисправностей, заказ деталей, взаимодействие с клиентами и поставщиками и ведение учета». [11]
Короткие расстояния перемещения внутри ячеек служат для ускорения потоков. Более того, компактность ячейки минимизирует пространство, которое может позволить накопление запасов между станциями ячеек. Чтобы формализовать это преимущество, ячейки часто имеют встроенные правила или физические устройства, которые ограничивают количество запасов между станциями. Такое правило известно на языке JIT/lean как kanban (от японского), которое устанавливает максимально допустимое количество единиц между поставляющей и использующей рабочей станцией. (Обсуждение и иллюстрации ячеек в сочетании с kanban можно найти в [12] ) Самая простая форма, квадраты kanban, представляют собой отмеченные области на полу или столах между рабочими станциями. Правило, применяемое к производящей станции: «Если все квадраты заполнены, остановитесь. Если нет, заполните их». [13]
Офисная ячейка применяет те же идеи: группы широко обученных членов ячейки-команды, которые совместно быстро выполняют всю обработку для группы услуг или клиентов. [14]
Виртуальная ячейка — это разновидность, в которой все ресурсы ячейки не собраны вместе в физическом пространстве. В виртуальной ячейке, как и в стандартной модели, члены команды и их оборудование предназначены для семейства продуктов или услуг. Хотя люди и оборудование физически рассредоточены, как в цехе, их узкая продуктовая направленность направлена на быструю пропускную способность и достигает ее со всеми ее преимуществами, как если бы оборудование было перемещено в ячеистый кластер. [15] Не имея видимости физических ячеек, виртуальные ячейки могут использовать дисциплину правил канбана, чтобы тесно связать потоки от процесса к процессу.
Простое, но довольно полное описание реализации ячеек можно найти в брошюре 1985 года на 96 страницах, выпущенной Kone Corp. в Финляндии, производителем лифтов, эскалаторов и т. п. Ниже приведены выдержки:
«Первый шаг включал создание ячеек в отделах сборки, электрических и химических испытаний. В апреле 1984 года было создано шесть ячеек, обозначенных разными цветами... Все устройства, производимые в ячейках, обозначены цветом ячейки, и вся обратная связь от контроля качества направляется непосредственно работникам соответствующей ячейки... Вторым шагом, летом 1984 года, было «ячеистое» производство подсборок анализатора, [которые] необходимы в ячейках анализатора, и их тестирование при необходимости. Производство пяти ячеек подсборки состоит исключительно из определенных подузлов анализатора. Детали и материалы находятся в ячейках... Контроль материалов между ячейками основан на системе вытягивания и фактическом спросе. В ячейках анализатора есть буфер, состоящий из двух деталей для каждой (примерно 25 различных) подгруппы. Когда одна деталь принимается на сборку, новая заказывается из соответствующей ячейки-единицы. Заказ делается [с помощью] магнитной кнопки [канбан], которая идентифицирует ячейку заказа (по цвету), единицу (по коду) и заказ дата... Когда производственная ячейка завершила заказ, единица с помощью кнопки [kanban] переносится на свое место на полке ячейки заказа. Заказы из ячеек единиц в подячейки основаны на том же принципе. Единственное отличие заключается в том, что размер буфера составляет шесть подячеек. Эта [процедура] была реализована в августе 1984 года." [16]
Для внедрения ячеистого производства необходимо выполнить ряд шагов. Во-первых, детали, которые необходимо изготовить, должны быть сгруппированы по сходству (по требованиям к конструкции или производству) в семейства. [17] Затем необходимо провести систематический анализ каждого семейства; обычно в форме анализа потока производства (PFA) для производственных семейств или в виде проверки данных о конструкции/продукте для проектных семейств. [17] Этот анализ может быть трудоемким и дорогостоящим, но он важен, поскольку для каждого семейства деталей необходимо создать ячейку. Кластеризация машин и деталей является одним из самых популярных методов анализа потока производства. Алгоритмы группировки деталей машин включают кластеризацию рангового порядка, модифицированную кластеризацию рангового порядка [18] и коэффициенты подобия.
Существует также ряд математических моделей и алгоритмов, помогающих в планировании центра ячеичного производства, которые учитывают множество важных переменных, таких как «множество местоположений заводов, распределение по нескольким рынкам с планированием производства и различным ассортиментом деталей». [19] После того, как эти переменные определены с заданным уровнем неопределенности, можно выполнить оптимизацию для минимизации таких факторов, как «общая стоимость хранения, межячеечная обработка материалов, внешняя транспортировка, фиксированная стоимость производства каждой детали на каждом заводе, заработная плата машин и рабочих». [19]
Ключ к созданию потока — постоянное совершенствование производственных процессов. При внедрении ячеистого производства руководство обычно «сталкивается с сильным сопротивлением со стороны производственных рабочих». [1] Будет полезно позволить переходу к ячеистому производству происходить постепенно. В этом процессе.
Также трудно бороться с желанием иметь под рукой какой-то запас . Это заманчиво, так как было бы легче восстановиться после того, как сотрудник внезапно ушел на больничный . К сожалению, в ячеистом производстве важно помнить основные принципы: «Вы либо тонете, либо плывете вместе как единое целое» и что «Запасы скрывают проблемы и неэффективность». [1] Если проблемы не выявлены и не решены, процесс не улучшится.
Другой распространенный набор проблем возникает из-за необходимости передачи материалов между операциями. К этим проблемам относятся «исключительные элементы, количество пустот, расстояния между машинами, узкие места в машинах и деталях, расположение и перемещение машин, маршрутизация деталей, изменение нагрузки ячеек, меж- и внутриячеечный перенос материалов, перенастройка ячеек, динамические требования к деталям, а также время работы и завершения». [20] Эти трудности необходимо учитывать и решать для создания эффективного потока в ячеичном производстве.
Ячеичное производство объединяет разрозненные процессы, чтобы сформировать короткие, сфокусированные пути в концентрированном физическом пространстве. Построенная таким образом ячейка по логике сокращает время потока, расстояние потока, площадь пола, инвентарь, обработку, планирование транзакций, а также брак и переделку (последнее из-за быстрого обнаружения несоответствий). Более того, ячейки приводят к упрощенной, более обоснованной стоимости, поскольку затраты на производство изделий содержатся внутри ячейки, а не разбросаны по расстоянию и прохождению отчетного времени. [21] [22]
Клеточное производство облегчает как производство, так и контроль качества. [17] Клетки, которые неэффективны либо по объему, либо по качеству, можно легко изолировать и нацелить на улучшение. Сегментация производственного процесса позволяет легко локализовать проблемы и становится более ясно, какие части затронуты проблемой.
Также есть ряд преимуществ для сотрудников, работающих в ячеичном производстве. Структура небольших ячеек улучшает сплоченность группы и масштабирует производственный процесс до более управляемого уровня для рабочих. [17] Работники могут легче видеть проблемы или возможные улучшения в своих собственных ячейках и, как правило, более мотивированы, чтобы предлагать изменения. [17] Кроме того, эти улучшения, инициированные самими рабочими, вызывают все меньшую потребность в управлении, поэтому со временем накладные расходы могут быть снижены. [17] Кроме того, рабочие часто могут чередовать задачи в своей ячейке, что обеспечивает разнообразие в их работе. Это может дополнительно повысить эффективность, поскольку монотонность работы была связана с прогулами и снижением качества продукции. [19]
Исследования случаев в области производства «точно вовремя» и бережливого производства изобилуют впечатляющими количественными показателями в этом направлении. Например, BAE Systems, Platform Solutions (Форт-Уэйн, Индиана), производящая мониторы и средства управления авиационным двигателем, внедрила ячейки для 80 процентов производства, сократив время выполнения заказа клиентом на 90 процентов, запасы незавершенного производства на 70 процентов, пространство для одного семейства продуктов с 6000 квадратных футов до 1200 квадратных футов, при этом повысив надежность продукта на 300 процентов, переоборудовав рабочую силу профсоюзного цеха и получив звание лучшего завода Industry Week за 2000 год. [23] Пять лет спустя объемы доработок и брака сократились на 50 процентов, циклы внедрения новых продуктов на 60 процентов, а транзакции на 90 процентов, при этом также увеличив оборачиваемость запасов в три раза и время оборота обслуживания на 30 процентов, и получив премию Shingo Prize за 2005 год. [24]
Кажется, сложно выделить, какая часть этих преимуществ исходит от самой клеточной организации; среди многих тематических исследований, исследованных для этой статьи, лишь немногие включают попытки выделить преимущества. Исключением является утверждение в Steward, Inc. (Чаттануга, Теннесси), производящем детали из никель-цинкового феррита для подавления электромагнитных помех. По словам авторов тематических исследований, ячейки привели к сокращению времени цикла с 14 до 2 дней, запасов в процессе производства на 80 процентов, готовых запасов на 60 процентов, задержек на 96 процентов и пространства на 56 процентов. [25]
Другое исследование случая с ячейками включает количественные оценки степени, в которой ячейки вносят вклад в общие преимущества. В Hughes Ground Systems Group (Фуллертон, Калифорния), производящей печатные платы для оборонного оборудования, первая ячейка, которая начиналась как пилотный проект с 15 добровольцами, была запущена в 1987 году. Месяц спустя начала работать вторая ячейка, и к 1992 году все производственные работники, численностью около 150 человек, были объединены в семь ячеек. До ячеек время цикла печатной платы, от выпуска комплекта до отправки заказчику, составляло 38 недель. После того, как ячейки взяли на себя всю производственную последовательность (механическая сборка, пайка волной, термический цикл и конформное покрытие), время цикла сократилось до 30,5 недель, из которых руководитель производства Джон Рейсс отнес 20 недель к использованию «системы диаграмм WIP» командами ячеек, а остальные 10,5 недель — к самой организации ячеек. Позже, когда стало казаться, что ячейки слишком большие и громоздкие, размеры ячеек были уменьшены на две трети, что привело к появлению «микроячеек», которые сократили время цикла еще на 1,5 недели. Наконец, благодаря внедрению некоторых других улучшений время цикла сократилось до четырех недель. Другие улучшения включали сокращение запасов незавершенного производства с 6 или 7 дней до одного дня и процента дефектов с 0,04 до 0,01 [26] Переход от функциональной (цеховой) планировки к ячейкам часто обходится дешевле, поскольку ячейка снижает затраты на транспорт, запасы незавершенного производства и готовой продукции, транзакции и доработку. [27] Однако, когда необходимо переместить большие, тяжелые и дорогие единицы оборудования (иногда называемые «памятниками» на языке бережливого производства), первоначальные затраты могут быть высокими до такой степени, что ячейки становятся нецелесообразными. [28]
Существует ряд возможных ограничений для внедрения ячеистого производства. Некоторые утверждают, что ячеистое производство может привести к снижению гибкости производства. [17] Ячейки обычно проектируются для поддержания определенного объема потока производимых деталей. Если спрос или необходимое количество уменьшатся, ячейки, возможно, придется перестроить для соответствия новым требованиям, что является дорогостоящей операцией и обычно не требуется в других производственных установках. [17]