Быстрая переналадка оборудования на производстве SMED

Любое производственное предприятие стремится повысить рентабельность, снизить себестоимость изделий и сократить издержки. Этих целей можно достичь с помощью методов бережливого производства, одним из которых является система SMED. Это инструмент, который обеспечивает быструю переналадку оборудования, позволяет минимизировать простои производственных мощностей и потери рабочего времени.

Бережливое производство — это концепция управления производственным предприятием, которая основана на постоянном стремлении к устранению всех видов потерь. Методология подразумевает выявление лишних действий, узких мест и других уязвимостей, которые делают процессы неэффективными, и являются причиной необоснованного роста производственных издержек. За счет их ликвидации у предприятия появляется возможность добиваться большей продуктивности при меньших потерях времени и ресурсов.

Быстрая переналадка (SMED) — одна из методик бережливого производства, которая позволяет снизить издержки и потери при переоснастке станков.

Понятие “переналадка” подразумевает процесс подготовки станка к переходу от производства одного вида продукции к другому путем перенастройки оборудования и замены технологического инструмента.

Время переналадки — это интервал между выходом из производства последнего изделия предыдущей партии до момента изготовления первого годного изделия после переоснастки. Весь этот период характеризуется как простой оборудования, поскольку производственные мощности в этот момент не выполняют свои функции и не приносят доход.

Суть инструмента бережливого производства SMED заключается в обеспечении максимально быстрой адаптации оборудования к изготовлению следующей партии изделий, в том числе за счет выбора оптимальной последовательности действий, разработки четкого алгоритма, устранения ненужных перемещений, параллельного выполнения операций и т.д.

Первые попытки сократить время переналадки предпринимались в начале XX века на заводах Генри Форда. Для этого использовались сборочные линии и специализированная техника. Например, использовался инструмент, оснащенный несколькими сверлами, который позволял за один проход делать в двигателе отверстия разных размеров. Различные способы тестировались и на заводах GM, но они не получили какого-либо развития.

Реальный прорыв в этой области удалось совершить на заводах Toyota, где были разработаны методы SMED. Впервые они были использованы для ускорения процесса замены многотонных штампов на штамповочных прессах — операции, которая была причиной длительных простоев производства.

В результате в середине прошлого века Toyota удалось сократить процесс с 8 часов до 15 минут, в 90-х годах — до 3 минут, а изобретенная технология получила название Single Minute Exchange of Dies — одноминутная замена штампов. Затем методики SMED стали использовать не только для прессов, но и для станков с ЧПУ и других видов оборудования.

Разработкой системы быстрой переналадки занимался Сигео Синго, который внес значительный вклад в создание производственной системы Toyota. Он сформулировал основной принцип SMED: разделение операций на внутренние, которые невозможно выполнить без остановки оборудования, и внешние, выполняющиеся параллельно при работающем станке во время производства изделий.

В 1970-х годах Сигео Синго переехал в США, где проводил консультации как высшему руководству, так и рабочим на заводах. Благодаря популяризации SMED во многих отраслях промышленности удалось сократить время переналадки более чем на 90%. В конце прошлого века была учреждена премия имени Синго за вклад в совершенствование производственных процессов, которая считается Нобелевской премией в области производства.

Эффективная работа предприятия в условиях массового производства предполагает максимально возможную загрузку производственных мощностей. Поэтому на протяжении долгого времени компании стремились сократить простои оборудования за счет увеличения партий изделий и снижения количества переналадок.

Согласно традиционным подходам, увеличение объема партий позволяет повысить производительность, сократить трудозатраты на проведение операций по переналадке и снизить потери сырья и материалов, которые происходят при запуске оборудования для производства новой партии.

С другой стороны, сокращение количества переналадок влечет за собой целый ряд потерь. Большие объемы партий приводят к увеличению запасов незавершенного производства и готовой продукции, которая изготавливается раньше, чем это действительно необходимо. В результате ухудшается оборачиваемость капитала, растут затраты на перевозку и складирование. Кроме этого, снижается гибкость и скорость потока создания ценности. Предприятие теряет конкурентоспособность, поскольку не может обеспечить клиентам своевременный выпуск единичных изделий под заказ или производство небольших партий продукции с нужными характеристиками. Клиентам приходится ждать, когда цех выпустит всю партию, а не то количество изделий, которые им требуется.

В теории бережливого производства SMED позволяет добиться эффективности использования мощностей за счет принципов, противоположных традиционным подходам. Методика предлагает сокращать длительность переналадок, а не их количество, чтобы приблизиться к идеальному потоку единичных изделий и устранить потери, характерные для массового производства.

К преимуществам внедрения методик быстрой переналадки относятся:

• Сокращение запасов. Изготовление изделий небольшими партиями способствует сокращению запасов незавершенного производства и готовой продукции. За счет этого у предприятия сокращается замороженный капитал, снижаются издержки на хранение и трудозатраты на управление складом.
• Повышение эффективности использования оборудования. Производство изделий большими партиями приводит к увеличению времени ожидания для выполнения заказов, созданию ситуации, при которой оборудование используется неэффективно, поэтому возникает дефицит производственных мощностей. Быстрая переналадка повышает доступность производственных мощностей и эффективность использования ресурсов, при этом минимизирует простои, связанные с необходимостью настройки оборудования.
• Сокращение брака. При работе небольшими партиями уменьшается риск повреждения продукции во время хранения, сокращается процент брака, связанный со сбоями в работе оборудования, поскольку частые переналадки предполагают частые настройки на заданные параметры. При возникновении проблем с качеством становится проще выявлять причины причины дефектов, поскольку сужается диапазон поиска. Кроме этого, при изменении требований к конструкции, отпадает необходимость отправлять в брак или дорабатывать большой объем межоперационных заделов.
• Повышение гибкости. Внедрение методов SMED дает возможность расширить ассортимент выпускаемых изделий, оперативно переключаться с производства одного продукта на другой, гибко реагировать на изменения спроса. Все это позволяет удовлетворять потребности клиентов и увеличивает конкурентоспособность предприятия.

Обычно процесс переналадки включает четыре этапа, которые выполняются последовательно после завершения изготовления предыдущей партии изделий и остановки станка:

1. Подготовка. Этот этап в среднем занимает 30% от общего времени, которое тратится на переналадку. Он включает получение со склада и транспортировку к переналаживаемому станку необходимых материалов, инструментов и приспособлений, а также проверку их качества и работоспособности.
2. Демонтаж и монтаж. Это основной этап, на который в среднем уходит 5% времени. Он состоит из действий по демонтажу и очистке съемных деталей, а также работы по установке оснастки, инструментов и приспособлений, необходимых для обработки следующей партии.
3. Настройка. Этот этап занимает порядка 15% времени. Он включает калибровку и регулировку – работы по настройке точности для обеспечения необходимых параметров и устранения возможных неполадок.
4. Пробные запуски. Завершающий этап, доля которого составляет 50 % времени. Он включает тестовый прогон оборудования и, при необходимости, корректировку настроек и устранение неточностей калибровки. При пробных пусках предприятие теряет не только время, но и материалы, необходимые для тестирования.

SMED предусматривает использование восьми основных методов, которые позволяют упростить или сократить операции по переоснастке станков:

1. Классификация внутренних и внешний операций. Цель этого метода — вынести за пределы внутренней переналадки все внешние действия, которые можно проводить параллельно с работающим станком, не прерывая производственный процесс. К внешним можно отнести все подготовительные и завершающие операции. Только за счет использования этого метода фактические простои сокращаются на 30-50%.
2. Перевод внутренних операций во внешние. Этот метод предполагает критическую оценку элементов внутренней переналадки, выявление действий, которые реально проводить без остановки станка, и способов их преобразования во внешние операции.
3. Стандартизация функций. Этот метод подразумевает использование однородных деталей для упрощения процесса переналадки. Стандартизация позволяет использовать одни и те же детали и конструкции для различных операций, за счет чего сокращается время проведения внутренних операций и простоя оборудования. Например, унификация крепления оснастки сокращает вариативность действий по соединению деталей и позволяет использовать один инструмент вместо нескольких.
4. Упрощение процесса крепежа. Этот метод SMED предлагает отказаться от крепежных элементов, которые требуют слишком много времени для монтажа или демонтажа детали. Например, болт, который нужно поворачивать несколько раз, пока он не будет затянут, можно заменить на защелки, зажимы, пружины и другие приспособления, позволяющие устанавливать и снимать оснастку одним движением.
5. Использование вспомогательной оснастки. Этот метод помогает преобразовать внутренние операции во внешние за счет дополнительных приспособлений (например, рам или плит), которые имеют стандартные габариты и крепления, поэтому легко меняются на оборудовании. Все действия по креплению и регулировке рабочей оснастки проводятся на вспомогательных приспособлениях, пока обрабатывается предыдущая партия изделий. Затем переходное стандартное приспособление со старой оснасткой меняется на новое, при этом отпадает необходимость в операциях наладки с остановкой станка.
6. Параллельное выполнение операций. Привлечение дополнительного персонала к внутренним работам — еще один способ сокращения простоев. За счет разделения длительных операций на этапы и их одновременного выполнения экономится время, которое один сотрудник тратит при их последовательном проведении, а также устраняются временные потери, вызванные с лишними передвижениями вокруг станка.
7. Устранение этапа настройки оборудования. В системе SMED настройка оборудования рассматривается как лишний этап, который необходимо полностью исключить из списка внутренних операций. Выполнение процессов выравнивания и других регулировок предлагается проводить до остановки оборудования. Кроме этого, предусмотрено использование приборов для точного определения правильного положения и других регулировок, а также приспособлений, позволяющих ограничить количество настроек, исключив те, которые не используются на конкретном предприятии.
8. Механизация. Этот метод в системе SMED рассматривается как дополнительный. Его предлагается использовать после того, как был исчерпан потенциал всех остальных способов. Это связано с тем, что механизация требует значительных инвестиций, при этом по сравнению с другими методами не всегда дает значимый эффект.

Стандартный процесс внедрения системы SMED включает следующие шаги:

1. Выбор объекта. Задача первого этапа — определить оборудование для реализации пилотного проекта по внедрению улучшений. Это могут быть станки, которые являются узкими местами производственного процесса, ограничивающими общую пропускную способность. После того, как разработанные методики покажут свою эффективность, их можно будет внедрять на остальном оборудовании предприятия.
2. Создание рабочей группы. В состав группы необходимо включить специалистов, которые знают специфику оборудования.
3. Сбор данных. Этот шаг необходим для того, чтобы изучить текущий процесс, зафиксировать этапы и их длительность. Для этого используются видеосъемка, хронометраж, графическое изображение этапов, а также диаграмма спагетти, позволяющая увидеть траекторию перемещений работников, инструментов и оснастки.
4. Анализ текущего состояния. На этом этапе выделяют три группы операций: лишние действия, которые влекут за собой прямые потери времени, внутренние и внешние операции.
5. Преобразование внутренних операций во внешние. Далее рабочая группа определяет способы, которые помогут проводить часть внутренних мероприятий без остановки оборудования, то есть перевести их в категорию внешних операций.
6. Улучшение внутренних операций. На этом этапе проводится анализ технических и организационных моментов на предмет их упрощения и улучшения. Для оптимизации внутренних действий можно использовать такие методы SMED как внедрение параллельных операций, использование функциональных зажимов, отказ от регулировок и механизация.
7. Улучшение внешних операций. Если оптимизация внутренних операций позволяет сократить время простоя станка, то улучшение внешних операций направлено на сокращение общей трудоемкости работ. В перечень способов оптимизации внешних действий входят, в том числе, стандартизация работ, сокращение перемещений, эффективная организация рабочего пространства с использованием принципов 5S.
8. Стандартизация. На этом этапе рабочая группа готовит документы, которые регламентируют процесс переналадки, разработанный на основе системы SMED. Для более эффективного внедрения процедур на всех видах оборудования для работников предприятия может проводиться обучение.
9. Совершенствование. Вся методология бережливого производства, в том числе система SMED, предполагают постоянный поиск возможностей для улучшений и их внедрение в рабочие процессы.

Кроме методов SMED оптимизировать процессы переналадок оборудования помогают системы производственного планирования. Adeptik APS — решение, предназначенное для оптимизации производственных процессов и повышения эффективности производственной деятельности. Оно относится к последнему поколению систем, в которых используются передовые идеи концепции усовершенствованного планирования и технологии искусственного интеллекта.

В системе Adeptik APS реализовано синхронное планирование производственных ресурсов, включая оборудование, материалы и оснастку. За счет этого обеспечивается доступность и наличие оснастки и инструментов для проведения переналадки в нужное время и в нужном месте, предотвращаются простои оборудования, связанные с ожиданием необходимых деталей.

Кроме этого, Adeptik APS позволяет оптимизировать количество переналадок за счет группировки операций с одинаковыми параметрами и последовательного планирования процессов, требующих одного и того же типа инструмента или сырья. При этом при планировании одновременно учитываются приоритеты заказов, сроки их выполнения и другие значимые критерии.