Бережливое производство в эпоху цифрового производства

Популярность Бережливого производства среди российских предприятий постоянно растет. Его инструменты и подходы позволяют обнаружить и устранить потери в производственных, логистических, административных процессах, добиться роста качества и эффективности. Но Lean-эксперты нередко игнорируют те выгоды, которые могут привнести в процесс формирования бережливых производственных систем современные ИТ-решения. О симбиозе Бережливого производства и ИТ-систем рассказывает кандидат технических наук, замдиректора по развитию ГК «ПЛМ Урал» Павел Ведмидь.

Павел Ведмидь, кандидат технических наук, заместитель директора по развитию ГК «ПЛМ Урал»

Павел Ведмидь, кандидат технических наук, заместитель директора по развитию ГК «ПЛМ Урал»

Справка о компании

Группа компаний «ПЛМ Урал» специализируется на внедрении передовых CAD/ CAE/CAM/CAI/PLM-решений, предназначенных для цифрового сопровождения изделия на всех этапах его жизненного цикла, а также на их интеграции с системами управления производством (MES) и системами управления качеством (QMS). Дополнительной специализацией ПЛМ Урал является поставка координатно-измерительного оборудования, лазерных трекеров, оптических 3D-сканеров.

ГК «ПЛМ Урал» была основана в 1993 году и за 24 года работы зарекомендовала себя в качестве надежного партнера для промышленных предприятий и проектных организаций, а также промышленных корпораций РФ (Оборонпром, ОДК, Вертолеты России, Росатом, ОАК, Трансмашхолдинг, Русгидро, Роскосмос). Компания является официальным дилером ведущих мировых разработчиков программного обеспечения Autodesk, Siemens PLM Software, ANSYS, ESI Group, КванторФорм и др.

Инжиниринговый центр ГК «ПЛМ Урал» оказывает услуги по выполнению компьютерных инженерных расчетов и анализу производственных технологий, услуги для программирования станков с ЧПУ и измерений на КИМ, проводит обучение работе в программном обеспечении.

Введение

Интерес к методам Бережливого производства (БП, или Lean manufacturing) не ослабевает уже более 40 лет, более того, он растет. Основные методы Бережливого производства зародились в то время, когда информационные технологии не играли заметной роли в производстве. В современном мире ситуация изменилась. Уже трудно представить разработку изделия без 3D-моделирования, управление конструкторскими и технологическими данными – без PDM/PLM-системы, изготовление без станка с ЧПУ, для которого программа создана в CAM-системе. Работа с заказами, с финансами ведется в ERP-системе, работа с поставщиками – в SCM-системе. Управление производством – это область, где используются системы оперативного управления производством или MES-системы. Однако большинство публикаций по Бережливому производству в России, по-прежнему, игнорируют современные ИТ-системы.

Одно из определений Цифрового производства гласит: Цифровое производство – интегрированная компьютерная система, включающая в себя средства численного моделирования, трехмерной (3D) визуализации, инженерного анализа и совместной работы, предназначенные для разработки конструкции изделий и технологических процессов их изготовления. Цифровое производство начиналось с таких инициатив, как конструирование с учетом технологичности (DFM), компьютерно-интегрированное производство (CIM), гибкое производство, Бережливое производство и других. Как видим, Бережливое производство здесь фигурирует как составная часть Цифрового производства.

Исследования

Какие же методы Бережливого производства внедряют чаще? В отчете (1) отмечается, что в России в основном применяют такие инструменты как 5S (оптимизация рабочих мест), SMED (быстрая переналадка оборудования), VSM (карты потока создания ценности), т.е. улучшения в основном затрагивают лишь сам производственный процесс. Там же отмечается, что «крайне мало внимания уделяется интеграции Lean-инструментов с современными информационными технологиями управления производством, такими как ERP, APS, MES и др.». Концепция БП не является просто набором инструментов по снижению издержек, которые можно использовать отдельно друг от друга. В этом же отчете приведена цитата западного эксперта Арта Смолли: «В попытках применения Lean компании часто фокусируются на отдельных аспектах процесса, вместо того чтобы акцентировать внимание на процессе в целом». Таким образом, концепция LP выступает как группа решений, которые необходимо применять одновременно: совершенствование производственного процесса с целью снижения издержек (SMED, just-in-time, kanban, SOP, TPM, 5S, VSM); постоянное повышение качества (Кайдзен, Jidoka); обучение и мотивация персонала (Кайдзен, 5S); создание «вытягивающей системы» от конечного потребителя продукции (just-in-time, kanban, VSM). Однако при таком подходе только ручными методами уже не обойтись.

Исследование компании ARC (2) проводилось среди лидеров использования Бережливого производства и лидеров использования MES-систем. Задача была – сопоставить лучшие практики и найти корреляцию между ними. Было выявлено, что 77% компаний используют MES-системы в своих программах Непрерывного улучшения, проводимых по методикам Lean и Six Sigma. Рассмотрим некоторые соображения в пользу использования ИТ-систем предприятия (чаще всего MES) совместно с методами Бережливого производства.

MES-система постоянно работает с изменениями

Одна из ключевых особенностей применения методов Бережливого производства – это способность изменять процессы, оптимизируя их. Однако это делается не оперативно. MES контролирует правильность выполнения процессов, отслеживает отклонения и оперативно реагирует на них, т.е. выполняет мониторинг процесса. Применение MES более эффективно, если исходный процесс построен методами БП, и в нем уже устранены многие потери. Дополнительно MES оперативно реагирует на отклонения типа поломки станка, изменение параметров заготовки, появление более приоритетных заказов и т.д. Можно сказать, что БП оптимизирует процессы методологически, а MES обеспечивает выполнение этой методологии.

Электронный Канбан

Канбан – в традиционных Lean-программах это карточки, сигнализирующие о количестве материалов, о потребности в них и дающие указания по их перемещению на следующую операцию. Обычно они связаны с так называемым «вытягивающим» планированием, позволяющим существенно минимизировать промежуточные накопители полуфабрикатов. Идеология Канбан: «не делать ничего лишнего, не делать раньше времени, сообщать о возникающей потребности только тогда, когда это реально необходимо». Обычно они используются внутри одного предприятия.

Методами Lean можно оптимизировать вид и объем информации, а передавать эту информацию между рабочими местами (а также между предприятием, поставщиками и заказчиками) может MES-система. Более того, в этом варианте можно отображать не всю информацию, а только ту, которая нужна на конкретном рабочем месте и в данный момент. Т.к. MES обычно интегрирована с другими системами предприятия, информация для канбана может поступать из других систем или передаваться в другие системы.

Планирование производства

MES-системы используют различные критерии при планировании производства и даже комплексные показатели как совокупность разных критериев. То же относится к оптимизации маршрутов движения деталей в цехе. MES может в реальном времени пересчитать маршрут в случае, например, выхода из строя одного из станков.

MES может создавать так называемые «пробные планы», сравнить их и конвертировать один из них в реальный план. Также MES может служить инструментом анализа «Что если», давая возможность виртуально проверить последствия планируемого изменения процесса.

Данные для быстрой переналадки SMED и обслуживания оборудования TPM, полученные методами БП, учитываются в MES при планировании производства. Причем учитываться могут различным способом в зависимости от критериев планирования.

Точно в срок (Just in time, JIT), Выстраивание потока (Continuous Flow), Хейдзунка (Heijunka) – инструмент выравнивания заказов в производстве – все это обычно встроено в MES-системы разработчиками как набор инструментов. Однако, как показала практика, реальное производство сложнее. И там используются разные подходы и наборы инструментов в зависимости от конкретного случая. Например, использование накопителей или промежуточных складов является злом с позиций БП, но может быть оправдано и эффективно при компьютерном планировании. В этом случае, их емкость – еще один параметр для оптимизации производственного процесса.

Автоматизация сбора данных

Сбор данных для анализа методами Lean может быть весьма трудоемким. Современное оборудование часто позволяет данные измерения или данные о состоянии оборудования снять и передать в ИТ-системы автоматически. Алгоритмы анализа данных MES-системы позволяют рассчитать более сложные характеристики (включая КПЭ – ключевые показатели эффективности) и использовать их в отчетах.

В таблице 1 приведены показатели, которые часто используются в программах Бережливого производства. Нам здесь важно, что некоторые предприятия вычисляют эти показатели каждые 15 минут. Понятно, что это невозможно сделать без автоматизации расчета на основе одной из ИТ-систем. Компания ARC прямо пишет, что первые 2 показателя, для которых расчет выполняется каждые 15 минут или час, рассчитываются в MES-системе. Для расчета показателей, которые рассчитываются раз в смену или реже, используются ERP- или MES-системы.

Таблица 1. Частота расчета КПЭ лидерами по данным исследования (2).

Показатель КПЭ

15 мин.

Час

Смена

Месяц

Выход годного с первого предъявления (first pass yield)

23

5

14

14

Общая эффективность оборудования (OEE)

23

5

5

18

Брак и Исправления (Scrap and Rework)

9

0

23

23

Оборачиваемость запасов (Inventory Turn)

0

0

14

32


Электронные отчеты в реальном времени и оповещения персонала

Отчеты также могут быть электронными и динамическими, отражающими реально текущую информацию. Такие отчеты могут оперативно показать проблему (например, на табло в виде электронной планировки цеха). А это влияет и на оперативное принятие решений в производстве (рис. 1).

Данные мониторинга станков могут выводится на мнемосхему цеха

Рис. 1. Данные мониторинга станков могут выводится на мнемосхему цеха (посмотреть в большом размере)

В MES поддерживаются различные способы оповещения персонала. Это и мониторы реального времени (дашборды) с выделением цветом, звуком состояний, требующих внимания, и уведомления на электронную почту, через SMS, через специальное приложение на рабочее место специалиста и др.

Визуализация

Визуализация (Visual Factory) как метод простых и понятных индикаторов, используемых на заводе для обмена информацией, является частью БП. При интеграции с MES он может быть реализован на новом уровне.

В работе (4) есть фотография сборочных стендов, где активно используются Электронные рабочие инструкции. Такие инструкции обычно создаются с использованием CAD/PLM-систем и далее используются в производстве (рис. 2).

Рис. 2. Мониторы на рабочих местах могут быть терминалами MES-системы

Рис. 2. Мониторы на рабочих местах могут быть терминалами MES-системы 

При наличии MES-системы, такие цифровые панели могут использоваться и для выдачи сменно-суточных заданий на рабочие места и отчета по ним. В этом случае безбумажная технология реализуется не только в PLM, а распространяется и на производство. Требуемая рабочая инструкция будет связана с производственным заданием и, при желании, может реализовываться дополнительная проверка на ее наличие до начала работы.

Автоматизация управления качеством

Управление качеством – важное направление в методах Бережливого производства. Причем акцент смещается с методов контроля качества на методы предотвращения дефектов. Уже можно встретить публикации, где Бережливое производство и Менеджмент качества рассматриваются вместе. Но вместе между собой и в отрыве от ИТ-систем.

Методы статистического контроля качества, реализованные в рамках MES-систем, позволяют заранее, еще до появления дефекта, выявить опасные отклонения процесса и принять меры. Методы входного контроля могут быть связаны с ранжированием поставщиков с позиций качества, что позволяет связать объем такого контроля с конкретным поставщиком, уменьшая общие затраты на качество. Задачи такого рода могут выходить за рамки MES-систем и решаться специализированными системами, но тесно интегрированными с ними. Методы анализа причин дефектов позволяют точнее идентифицировать место в производстве, где требуется изменение и использовать там методы БП. Сейчас это часто решается на бумаге или в Excel, что трудоемко, вызывает потери времени и чревато ошибками.

Виртуальное производство в PLM среде

Выше мы говорили больше о MES-системах для более эффективного использования методов Бережливого производства. Для предприятий сложного машиностроения эффективное внедрение MES систем невозможно без PLM-систем, автоматизирующих стадии конструкторско-технологической подготовки производства.

Развитие функционала цифрового моделирования в PLM системах привело к появлению терминов Виртуальное производство, Цифровое производство, Цифровой двойник и др. Вопросы совместного использования PLM- и MES- систем рассмотрены в работе (5). Здесь кратко упомянем основные моменты.

Цифровое производство позволяет осуществлять имитационное моделирование производственных процессов, направленное на повторное использование существующих знаний и оптимизацию технологии до начала выпуска изделия. Кроме того, цифровое производство позволяет получать обратную связь от реальных технологических операций и встраивать ее в процесс конструирования изделия, благодаря чему предприятия уже на этапе разработки могут решать производственно-технологические задачи.

Такой подход вписывается в концепцию Непрерывного совершенствования, когда улучшения процесса изготовления, выполненные в цехе, влияют и на саму конструкцию изделия либо на первоначальный техпроцесс.

Литература:

  1. Бережливое производство и системы менеджмента качества: серия докладов в рамках проекта «Промышленный и технологический форсайт Российской Федерации» / Н.Б. Фейгенсон, И.С. Мацкевич, М.С. Липецкая; Фонд «Центр стратегических разработок «Северо-Запад» - СПб., 2012. - Вып. 1 - 71 с.
  2. Best Practices for the Intersection of Lean Manufacturing and MES / Ralph Rio, ARC Advisory Group, November 2007, 30 с.
  3. MES for Lean Manufacturing: Is it really necessity?
  4. Вездесущая «цифра»: Роботы и цифровые технологи на предприятиях ОАК // Деловой портал «Управление производством», 2017
  5. Синергетический эффект совместного использования PLM- и MES-систем/ Ведмидь П.А.// САПР и Графика, 2017, №2, С. 56-59.
Начать обсуждение


UP-PRO в сетях