Optimize Production Scheduling Based on Actual Equipment Capacity

На слишком многих производственных предприятиях, куда я попадаю, график производства составляется исходя из сроков поставки и надежды. На доске это выглядит неплохо, но уже к среде днем позиционер для сварки простаивает, в то время как три секции выстраиваются в очередь за единственной поворотной станцией. График не провалился из-за небрежности планировщика. Он провалился потому, что никто не рассчитал, какой объем работы каждое оборудование может реально выполнить за смену. Оптимизация планирования производства в сфере тяжелого машиностроения в меньшей степени связана с программным обеспечением для планирования, а в большей степени — с пониманием реальных пределов пропускной способности ваших сварочных и режущих станций, прежде чем вы приступите к составлению графика.

Что на самом деле регулирует планирование производства

График производства — это не просто список пожеланий. Это набор взаимосвязанных обязательств, в рамках которых каждая операция занимает фиксированное время работы оборудования. Если в графике на станцию выделено больше часов, чем она может выделить, это быстро приводит к целой череде последствий на последующих этапах. Двухчасовая задержка на сварочный манипулятор не укладывается в два часа. Это вклинивается в время следующей смены, что вызывает цепную реакцию в очереди на резку, и к пятнице вся линия работает сверхурочно, пытаясь наверстать то, что наверстать было невозможно.

Я был свидетелем того, как предприятия с ухоженным оборудованием и квалифицированными сварщиками по-прежнему не укладывались в сроки поставки на несколько недель, потому что в графике каждая рабочая станция рассматривалась как имеющая неограниченную пропускную способность. Решением проблемы никогда не было переход на более дорогую систему ERP. Решением было пересчитать фактическую пропускную способность станций и перестроить график с учетом этих цифр.

Рассчитайте реальную мощность оборудования перед составлением графика

В большинстве случаев планирование производственных мощностей начинается и заканчивается с номинальных характеристик, указанных на заводской табличке оборудования. Сварочный поворотник, рассчитанный на 20 тонн и диапазон диаметров от 500 до 3500 миллиметров, говорит о том, что он физически способен обрабатывать заготовку. Но он не говорит, сколько заготовок он может обработать за смену, а именно это число и требуется для составления графика.

Реальная производительность любой сборочной станции должна учитывать время загрузки и разгрузки, время подготовки к сварке, фактическую скорость сварки при требуемой скорости наплавки, а также циклы перемещения заготовки между проходами. Для кольцевого шва на секции сосуда диаметром 3000 миллиметров с использованием сварки под флюсом время горения дуги может составлять 45 минут, но общее время занятости станции может достигать 90 минут, если учесть время работы крана, проверку прихваточных швов и удаление шлака. Если график предусматривает 60 минут на каждый сегмент, то каждый сегмент будет выполняться с опозданием.

На недавно налаженной нами линии по производству ветровых башен 30-тонный позиционер с регулируемой высотой мог вращаться со скоростью от 0,05 до 0,5 об/мин, а сварочный манипулятор обеспечивал стабильную скорость перемещения на вертикальном ходу длиной 8 метров. Но узким местом была не каждая из этих машин. Им был кран, который должен был курсировать между двумя станциями, поскольку при планировке не были учтены требования одновременного подъема. На бумаге график выглядел выполнимым. На практике кран сделал его выполнение невозможным.

Коэффициент использования мощности	Что говорит вам заводская табличка	Что нужно для расписания
Номинальная нагрузка на ротор	Максимальная грузоподъёмность	Время цикла на одну заготовку при производственной скорости
Скорость сварки	Скорость подачи проволоки или скорость перемещения	Время включения дуги плюс время на все операции по подготовке и настройке
Диапазон наклона позиционера	Степени свободы	Сколько перемещений на одну сварную конструкцию и сколько времени занимает каждое перемещение
Взаимодействие между несколькими станциями	Технические характеристики отдельных машин	Конфликты между кранами, операторами и потоками материалов между станциями

Почему возникают узкие места и как их отслеживать

С узким местом, которое остается на одном месте, легко справиться. Можно добавить смену, модернизировать станок или создать буферную загрузку перед ним. Настоящая проблема планирования в тяжелом машиностроении заключается в том, что узкие места перемещаются. На этой неделе ограничением является линия сварки двутавровых балок, поскольку портфель заказов сместился в сторону более тяжелых профилей. На следующей неделе это будет стол для резки с ЧПУ, поскольку эффективность раскроя снизилась из-за партии листов нестандартных размеров.

Единственный надежный способ обеспечить соответствие графика реальной ситуации — это в конце каждой смены сравнивать фактическую производительность каждой станции с запланированной. Когда фактическая производительность станции падает ниже 85 процентов от плана в течение двух дней подряд, ограничивающий фактор смещается, и график необходимо перестраивать, начиная с этой станции. Игнорирование смены и выполнение существующего графика гарантирует лишь то, что на станциях выше по потоку накапливается незавершенное производство, в то время как станции ниже по потоку испытывают дефицит заказов.

На поставленных нами линиях по производству двутавровых балок автоматический сборочный станок, сварочные станции и правка образуют последовательную технологическую цепь. Если сварочная станция работает на 80 процентов от запланированной скорости из-за изменения размеров профилей в середине партии, то к середине смены у расположенной ниже правки не остается материала для обработки, а на сборочной машине, расположенной выше, скапливается очередь, которая забивает конвейер. График необходимо перебалансировать в тот момент, когда фактическая производительность сварочной станции отклоняется от плана.

Стратегии планирования, учитывающие реальные ограничения

В сфере тяжелого машиностроения эффективно работают три практических подхода к планированию, и ни один из них не требует использования сложного программного обеспечения. Для их применения необходимы достоверные данные о производственных мощностях и дисциплина при их обновлении.

Во-первых, составьте график, отталкиваясь от узкого места. Определите, какая станция в данный момент ограничивает общую производительность линии, рассчитайте её реальную суточную пропускную способность, а затем составьте графики работы всех остальных станций, отталкиваясь от этой точки как вперед, так и назад. Станции, расположенные выше по потоку, производят только то, что может быть потреблено ограничивающей станцией. Станции, расположенные ниже по потоку, планируются на обработку того, что поставляет ограничивающая станция. Это предотвращает распространенный режим сбоя, при котором станции, не являющиеся ограничивающими, производят избыточно и заваливают «узкое место» незавершенным производством.

Во-вторых, распределение резервного времени с учетом надежности станции. Сварочный манипулятор с показателем работоспособности 95 % не нуждается в таком же запасе времени в графике, как стол для плазменной резки, который теряет два часа в неделю на замену расходных материалов и обслуживание резака. Распределяйте резервные минуты пропорционально фактическому времени простоя каждой станции, а не по фиксированной ставке 10 % для всех. Станции, которые нарушают предсказуемость графика, — это те, у которых есть неучтенные простои, а не те, которые работают медленно.

В-третьих, планирование параллельных технологических путей для устранения повторяющихся узких мест. Если конкретная сварная конструкция постоянно задерживается на станции поворотного устройства из-за необходимости нескольких циклов перемещения, рассмотрите возможность использования второго поворотного устройства меньшего размера или стационарного позиционера для обработки линейных швов, пока основное поворотное устройство выполняет работы по окружности. Позиционер с фиксированной высотой грузоподъемностью 1 или 2 тонны стоит в разы дешевле полноценного ротатора и может выполнить достаточное количество работ из очереди, чтобы полностью устранить узкое место.

Планирование производственных мощностей для сварочных позиционеров и поворотных устройств

Среди оборудования на сборочных цехах именно позиционеры и поворотники для сварки чаще всего планируются с наибольшей неточностью. При этом исходят из того, что если заготовка помещается на столе, а позиционер может наклоняться под нужным углом, то время в графике считается обоснованным. Однако пропускная способность зависит от того, сколько раз потребуется перемещать сварную конструкцию, а не только от того, может ли станок её удержать.

5-тонный 3-осевой позиционер с непрерывным вращением на 360 градусов и наклоном от 0 до 90 градусов способен обрабатывать сложные сварные конструкции. Но если деталь требует трех перепозиционирований, а каждый цикл перепозиционирования занимает четыре минуты, включая регулировку зажимов, это составляет 12 минут времени, не связанного со сваркой, на каждую деталь. Умножьте это на 20 деталей за смену, и получится, что в графике на позиционер отведено четыре часа, тогда как фактическая сварка занимает лишь часть этого времени. В графике необходимо учитывать полную загрузку станции, а не только время дуги.

Та же логика применима и к сварочным поворотникам. Стандартный 20-тонный поворотник с диапазоном диаметров от 500 до 3500 миллиметров и бесступенчатым регулированием скорости может непрерывно вращаться во время выполнения кольцевого сварного шва. Но в графике необходимо предусмотреть время на установку секции сосуда на ролики, выравнивание швов и регулировку расстояния между роликами при изменении диаметра от партии к партии. Эти минуты на манипуляции не являются необязательными, и они не быстры. На предприятиях, где обрабатываются партии с разным диаметром, время на регулировку роликов между настройками может занимать от 30 до 45 минут на каждую переналадку. Если график предполагает непрерывное вращение без настроек, расчеты никогда не сходятся.

Распространенные ошибки при планировании, которые снижают производительность

Самая опасная ошибка в планировании, которую я наблюдаю снова и снова, — это рассмотрение производственной мощности как фиксированного показателя для всех ассортиментов продукции. Установка, которая за смену обрабатывает 15 секций стрелы экскаватора, не обязательно сможет за ту же смену обработать 15 крышек сосудов под давлением. Длина сварного шва, количество проходов и требования к перемещению детали различаются, и график должен отражать фактическое время цикла для конкретного набора работ, выполняемых на той неделе.

Вторая ошибка заключается в составлении графика с расчетом на 100-процентную загрузку. У станции, работающей на полную мощность, нет возможности компенсировать 20-минутную остановку. Вся последующая часть графика поглощает эту задержку, и нигде нет резерва времени для компенсации. Планирование с учетом 85-процентной загрузки оставляет запас на восстановление после мелких сбоев, которые происходят каждый день: замятие проволочного питателя, опоздание с доставкой материала, затянувшаяся проверка.

Третья ошибка заключается в том, что доступность оборудования путают с его пригодностью. На предприятии может быть шесть сварочных позиционеров, но если только два из них обладают необходимой грузоподъемностью и диапазоном наклона для текущего комплекса работ, остальные четыре не учитываются при расчете производственной мощности для данного графика. Фактическое количество рабочих мест для любого конкретного графика — это только количество станков, рассчитанных на обработку конкретных заготовок, находящихся в очереди.

Вопросы, которые задают руководители производственных подразделений по поводу планирования производственных мощностей

Как часто следует пересчитывать пропускную способность станции?

Как минимум, проводите перерасчет при каждом существенном изменении ассортимента продукции. Если ваш цех переходит от производства стандартных секций резервуаров к изготовлению более тяжелых компонентов сосудов под давлением, необходимо заново измерить время цикла на каждом рабочем месте. Даже при отсутствии изменений в ассортименте я рекомендую проводить полную проверку пропускной способности раз в квартал. Износ, интервалы технического обслуживания и смена операторов со временем влияют на фактическую производительность, а графики, построенные на основе шестимесячной давности данных о длительности цикла, с каждой неделей все больше отклоняются от реальности.

Стоит ли мне планировать сверхурочную работу для устранения узких мест?

Сверхурочная работа — это временная мера, а не стратегия планирования производственных мощностей. Если на станции, являющейся узким местом, постоянно требуется сверхурочная работа для соблюдения графика, увеличение количества сверхурочных часов лишь маскирует основное ограничение. Правильным решением является либо увеличение базовой мощности участка за счет модернизации оборудования, либо перенос работ, не требующих специфических возможностей участка, являющегося узким местом. Введение второй смены на участке с ограниченной пропускной способностью может оказаться необходимым, но только после подтверждения того, что поставки материалов и последующие участки способны принять увеличенный объем продукции.

Как правильно планировать работу, когда несколько крупных проектов пересекаются по срокам?

Пересечение крупных проектов выявляет конфликты пропускной способности, которые скрываются в графиках отдельных проектов. Составьте карту требований каждого проекта к станциям на весь период пересечения и определите, какие станции запрашиваются одновременно более чем одним проектом. Эти станции становятся определяющими ограничениями для обоих проектов. Если совокупный спрос превышает мощность станции, один из проектов должен сдвинуть свои сроки, либо станции требуется временное расширение мощности. Одновременное выполнение обоих графиков без устранения конфликта гарантирует только задержку обоих проектов.

Какой фактор, приводящий к снижению производительности, чаще всего упускают из виду на производственном предприятии?

Перемещение материалов между станциями. Краны, вилочные погрузчики и перегрузочные тележки ограничивают производственную мощность не меньше, чем сварочное и режущее оборудование, однако они редко учитываются при расчете производственной мощности. Кран, обслуживающий три станции, может находиться только в одном месте за раз, и когда две станции нуждаются в подъеме одновременно, одна из них вынуждена ждать. Проследите за загрузкой крана в течение типичной недели, и вы обнаружите скрытые потери пропускной способности, которые никогда не отражаются в графике работы оборудования.

Стоит ли вкладывать средства в более мощный позиционер только ради гибкости при планировании?

Решение зависит от разнообразия вашего производственного портфеля. Если 80 процентов вашей работы подходит для 5-тонного позиционера, а только отдельные задания требуют 10-тонной грузоподъемности, более крупная машина может простаивать большую часть года. Но если ваш портфель заказов демонстрирует четкую тенденцию к более тяжелым компонентам, проактивное обновление оборудования предотвратит срыв графика каждый раз, когда в очередь поступает крупный заказ. Правильный вопрос заключается не в том, сможет ли станок обрабатывать самую большую деталь, с которой вам, возможно, придется столкнуться, а в том, позволит ли ваш типичный ассортимент работ поддерживать загрузку станка на уровне выше 60 процентов. Если ваш текущий портфель проектов включает более крупные секции сосудов и более тяжелые конструктивные элементы, инвестирование в резерв мощности сейчас предотвратит возникновение узких мест в графике по мере изменения ассортимента. Сообщите нам типичные размеры заготовок и объемы производства по адресу jay@weldc.com или по телефону +86-510-83555592, и мы проведем расчеты мощности для вашей конкретной конфигурации линии.

Если вам интересно, ознакомьтесь со следующими статьями по этой теме:

Революция в судовой сварке: как позиционеры для сварки повышают качество и эффективность
Неоценимое значение для практического применения: как позиционеры с фиксированной высотой способствуют развитию морского и судостроительного производства (Часть 2)
Повышение качества и эффективности производства резервуаров и сосудов высокого давления: Основные возможности применения позиционеров
Как повысить качество сварки труб с помощью высокоточного сварочного позиционера
Революционное решение для сварки сосудов под давлением: Технический анализ вращающихся на 360 градусов сварочных позиционеров