Cykl produkcyjny – metody optymalizacji i sposoby obliczania

Omawiając różne typy produkcji lub elementy składowe procesu wytwarzania często przewija się pojęcie cyklu produkcyjnego. Nadszedł czas, aby dokładniej przyjrzeć się temu określeniu, szczególnie, że może być rozumiane w różny sposób, zależnie od kontekstu. Często bywa używane w znaczeniu cyklu życia produktu, czasami w kontekście normy czasowej produkcji, zdarza się, że jako czas technologiczny.

W skrócie cykl produkcyjny to okres pomiędzy rozpoczęciem, a zakończeniem procesu produkcji wyrobów. Mierzony jest jednostką czasu i określany jest zależnie od profilu produkcji, najczęściej wyrażony jest w godzinach, choć często też w wymiarze dnia roboczego, tygodniach lub miesiącach, a nawet latach. Odnosi się przede wszystkim do produkcji seryjnej, powtarzalnej, lecz nie jest dla niej zarezerwowany. Słownik języka polskiego określa cykl albo jako szereg czynności, procesów powtarzających się w odstępach czasu, albo zespół czynności, procesów tworzących odrębną całość. Temat dzisiejszego artykułu spełnia kryteria obydwu definicji.

Na strukturę cyklu produkcyjnego, odnoszącą się do produkcji powtarzalnej, składają się dwa podstawowe elementy: okres roboczy i przerwa międzyprodukcyjna. Przerwa to czas pomiędzy zakończeniem produkcji jednej partii, a rozpoczęciem produkcji kolejnej. Przy produkcji jednorazowej przerwa międzyprodukcyjna nie występuje.

Do elementów okresu roboczego należy zaliczyć następujące etapy cyklu:

• czas przygotowania produkcji – obejmuje zarówno elementy uzbrajania linii produkcyjnej, jak i ewentualne prace projektowe. Etap projektowania dotyczy tylko wyrobów projektowanych jednostkowo, gdzie projekt konstrukcyjny wymagany jest z powodu unikalności produktu lub wymogów prawa. Jeśli produkcja jest powtarzalna, to etap projektowy zaliczamy do cyklu życia produktu, natomiast cykl produkcyjny już go nie obejmuje.
• czas technologiczny – uwzględnia czas wykonywania poszczególnych operacji.
• czas przerw międzyoperacyjnych – obejmuje konieczne przerwy pomiędzy poszczególnymi operacjami, wynikające z technologii, np. czas schnięcia, osiągnięcia wymaganego skurczu przetwórczego, itp. Czasami są to bardzo długie okresy – dla przykładu czas pełnego wiązania betonu to standardowo 28 dni. W zakres wchodzą także czasy oczekiwania na stanowisko, oczekiwania na dostarczenie pojedynczego elementu, wsadu lub całej partii.
• czas przerw w procesie produkcji – dotyczy czasów niezwiązanych z technologią lecz z organizacją zakładu, np. dni wolne od pracy, praca jednozmianowa, przestoje linii wynikające z przeciętnej awaryjności maszyn, itp.
• czas transportu międzyoperacyjnego – czyli przemieszczania elementów pomiędzy poszczególnymi stanowiskami. Gdy poszczególne operacje wykonywane są w jednej fabryce to transport międzyoperacyjny nie ma istotnego wpływu na cykl produkcyjny lecz gdy konieczne jest przewożenie elementów pomiędzy zakładami oddalonymi od siebie o znaczne odległości, to zaczyna mieć istotne znaczenie. Szczególnie, gdy elementy są np. bardzo duże lub ciężkie to taki transport należy specjalnie zaplanować. Za przykład można podać znanego europejskiego producenta samolotów pasażerskich, który transportuje elementy kadłubów pomiędzy zakładami zlokalizowanymi w różnych krajach.
• czas kontrolny – szczególnie istotny, gdy wyrób wymaga długotrwałego testowania lub mają miejsce tzw. prace zanikające czyli kolejna operacja uniemożliwi skontrolowanie elementu. Na przykład element po montażu zostanie zalany tworzywem, więc rozpoczęcie kolejnej operacji możliwe jest dopiero po kontroli jakościowej poprzedniej operacji.
• czas magazynowania i transportu – związany ze składowaniem wyrobów po produkcji i dostarczeniem ich do magazynu.
• czas serwisowania i konserwacji – zalicza się do niego konieczne prace przy utrzymaniu parku maszynowego, które wymagają zatrzymania produkcji.
• czas zakończenia produkcji – uwzględnia demontaż oprzyrządowania specjalistycznego, jego konserwację poprodukcyjną i porządkowania stanowisk pracy. Liczy się go do momentu umożliwienia ponownego uzbrajania linii produkcyjnej pod nową partię.

Jak obliczyć długość cyklu produkcyjnego?

Proces produkcyjny może przebiegać w etapach cyklu występujących szeregowo (system szeregowy) lub równolegle (system równoległy). Oczywiście zazwyczaj cały proces jest zorganizowany w sposób mieszany czyli część etapów jest wykonywana liniowo, część równolegle, a część „częściowo-równolegle” (czyli kolejny etap zaczyna się po fragmentarycznym wykonaniu etapu poprzedniego, a potem biegnie równolegle). Aby obliczyć czas cyklu produkcyjnego, należy zsumować elementy szeregowe, a przy etapach równoległych dodawać dłuższy z nich.

Warto również pamiętać, że cykl produkcyjny może ulec zmianie w zależności od wielu czynników, takich jak, np. ciągłość lub złożoność produkcji, wielkość partii produkcyjnych, a nawet kolejność realizacji poszczególnych zleceń. Czas przygotowawczo-zakończeniowy zazwyczaj nie zależy od wielkości produkowanej partii, jest taki sam niezależnie czy będziemy produkować 100 szt. czy 1000 szt. Zwiększanie wielkości partii oczywiście wydłuży cykl wytwórczy, ale zmniejszy czas przypadający na jednostkę danego wyrobu. Planowanie produkcji powinno uwzględniać także takie elementy, jak np. kolejność i struktura produkcji partii produkcyjnych, gdzie czas trwania przezbrojenia linii może zależeć od tego co było produkowane wcześniej. Zatem przezbrojenie wtryskarki, która produkowała elementy czarnego tworzywa, na produkcję z tworzywa białego, zajmuje zdecydowanie więcej czasu niż kolejność odwrotna.

Jak zoptymalizować cykl produkcyjny?

Struktura cyklu produkcyjnego, oprócz materiałów, zapasów, personelu, maszyn i oprzyrządowania, jest jednym z podstawowych elementów kosztowych procesu produkcyjnego – jego optymalizacja istotnie wpływa na konkurencyjność produktu oraz wynik finansowy producenta. Dzięki temu możemy zwiększyć efektywność i wydajność produkcji, szybciej dostarczyć produkt do odbiorcy, elastyczniej reagować na zmiany popytu.

Skrócenie długości czasu trwania cyklu produkcyjnego polega przede wszystkim na identyfikacji czasów wyszczególnionych powyżej i analizie, który z nich można skrócić, wyeliminować lub wykonać równolegle z innym etapem procesu wytwórczego.

• czas przygotowania produkcji – można skracać stosując odpowiednie środki techniczne, jak np. szybkozłącza, systemy szybkiego montażu, itp. Ważnym elementem jest posiadanie odpowiednio doświadczonej kadry technicznej wykonującej przezbrojenie linii. Samo uzbrajanie maszyny także jest procesem składającym się z mniejszych operacji, które mogą być optymalizowane. Na przykład mechanik zajmujący się osprzętem hydraulicznym ma zawsze przy sobie odpowiedni zestaw złączek, uszczelek i nie musi ich pobierać z magazynu i tracić na to czasu. Posiada wózek narzędziowy ze wszystkimi potrzebnymi narzędziami, nie współdzieląc ich z innym mechanikiem, więc nigdy nie czeka na dostępność odpowiedniego przyrządu montażowego. Takie działania znacznie ułatwiają organizację dnia pracy i skracają czas trwania operacji technicznych.
• czas przerw międzyoperacyjnych – optymalizacji podlegają przede wszystkim czasy oczekiwania na stanowisko i na dostarczenie elementów poprzez odpowiednie planowanie.
• czas przerw w procesie produkcji – optymalizacja polega szczególnie na zmniejszaniu awaryjności parku maszynowego. Usprawnianie zarządzania serwisem wewnętrznym to także szeroki temat dający wiele możliwości na oszczędności poprzez krótszy okres przerw.
• czas transportu międzyoperacyjnego – ten element podlega optymalizacji szczególnie poprzez automatyzację operacji transportowych, stosowanie przenośników taśmowych i organizację stanowisk roboczych w taki sposób, aby transport był jak najkrótszy lub w ogóle nie był konieczny.
• czas kontroli – praca nad jakością produkcji poprzez eliminowanie możliwości popełnienia błędów pozwala na stosowanie kontroli opartych na metodach statystycznych. Zmniejszenie lub redukcja ryzyka wady pozwala ograniczyć ilość kontroli i zmniejszyć czas wykonania działań kontrolnych.
• czas magazynowania i transportu – można mieć zorganizowany magazyn, który umożliwia łatwy i szybki dostęp do każdej palety, dzięki czemu wysyłka do odbiorcy może nastąpić od razu po zakończeniu procesu produkcji. Można też nie mieć magazynu na miejscu i po zakończeniu produkcji trzeba przewieźć towar do odległego miejsca składowania, gdzie dodatkowo produkty będą ustawiane w taki sposób, że dostęp do konkretnego elementu będzie wymagał np. odstawienia na bok wielu innych palet, a w magazynie będzie za mało wózków do obsługi wszystkich załadunków. Zarządzanie magazynem to temat co najmniej na odrębny artykuł, jeśli nie na całą książkę.
• czas serwisowania i konserwacji – jest istotny szczególnie przy produkcji ciągłej lub w dłuższych partiach, gdyż zaniedbanie serwisu może doprowadzić do poważniejszych awarii i nieplanowanych przestojów.
• czas zakończenia produkcji – stosowanie elementów usprawniających przygotowanie produkcji zazwyczaj automatycznie wpływa na przyśpieszenie demontażu oprzyrządowania po jej zakończeniu. Dodatkowo podczas organizacji cyklu produkcyjnego można starać się wykonać część pracy równolegle z kolejnym cyklem produkcyjnym – np. konserwację narzędzi.

Jakie narzędzia pomagają w optymalizacji cyklu produkcyjnego?

Przyglądając się możliwym metodom optymalizacji czasu trwania cyklu produkcyjnego można podzielić je na dwie główne grupy – organizacyjne i techniczne. Metody techniczne sprowadzają się do zmian w oprzyrządowaniu, maszynach i wymagają zazwyczaj znacznych nakładów finansowych. Zmiany w obszarach organizacji produkcji często można wykonać bezkosztowo, a w przypadku niekorzystnego efektu wprowadzanych innowacji zawsze można wrócić do wcześniejszych rozwiązań. W przypadku inwestycji technicznych nie zawsze jest to możliwe, a najczęściej zwrot nakładów na pewno nie nastąpi.

Aby analiza poszczególnych etapów była w ogóle możliwa należy przede wszystkim rejestrować czasy poszczególnych etapów procesu produkcyjnego, między początkiem a zakończeniem procesu produkcyjnego. Doskonale sprawdzają się tutaj narzędzia wspomagania produkcji DSR 4FACTORY, takie jak SFC 4FACTORY czyli system klasy MES do rejestracji pracy maszyn i ludzi. Doświadczenie pokazuje, że czasy przyjmowane do wyliczeń czasu trwania operacji są bardziej założeniami, oczekiwaniami niż realnymi danymi zmierzonego czasu z produkcji. Zazwyczaj przedstawiają obliczone czasy idealnego obrazu produkcji nieuwzględniające awaryjności maszyn czy stanu ilościowo-jakościowego personelu.

Niezwykle istotnym elementem optymalizacji oraz automatyzacji procesów produkcyjnych jest odpowiednia organizacja procesu produkcyjnego, wspomagana przez  APS 4FACTORY – moduł do zaawansowanego harmonogramowania produkcji. Jak wcześniej wspomniano takie elementy jak dostępność stanowiska lub personelu, wielkość partii produkcyjnej czy powtarzalność realizacji zleceń mają wpływ na długość cyklu produkcyjnego. Odpowiednie planowanie jest w stanie wiele z tych ograniczeń minimalizować. Jeśli zakład produkcyjny ma stabilną, mało zmienną produkcję, to z planowaniem bez dedykowanych narzędzi jeszcze sobie może poradzić, ale gdy ma się do czynienia z dużą ilością zamówień, częstymi zmianami popytu, terminów i dużym przepływem zleceń, pracy zmianowej z nierówną obsadą brygad lub niedoborem specjalistów – to brak zaawansowanego systemu harmonogramowania wręcz uniemożliwia osiąganie odpowiednich wyników. Jedyną zaletą będzie to, że zazwyczaj nawet nie będzie wiadomo ile czasu traci się bezproduktywnie. Tylko czy jest to naprawdę zaleta?

Autor:

Waldemar Ścigała

Konsultant ERP 4FACTORY

Przeczytaj także:

Odchylenia od cen ewidencyjnych wyrobów gotowych

Konfigurator produktów w systemie ERP 4FACTORY