金属製造工場のレイアウトはどの程度スマートですか?

May 27, 2023

クリス・ライアン/OJO画像

賢いとはどういう意味ですか? 賢い人は機転の利く知性を持っているか、またはそれを示します。 スマート マシンは、何らかの独立した動作ができるようにプログラムされたデバイスです。 スマート施設は、産業用モノのインターネット (IIoT)、ビッグデータ、人工知能、デジタル化などのテクノロジーを使用して、施設のパフォーマンスと全体的な効率を最適化および追跡します。

では、カスタム ファブリケーターのレイアウトをスマートにするものは何でしょうか? カスタム ファブリケーターは、その設計が一方向フローを最大化し、そのフローのコストを最小限に抑えた場合に、スマートなレイアウトを実現します。 それは効果的な生産システムの基礎です。 プラントのレイアウトは、原材料、仕掛品 (WIP)、人員、訪問者、サプライヤー、顧客、機械、設備、ツール、情報など、すべてがシステム内をどのように流れるかに影響します。

カスタム製造における最高の施設の一部は、機能レイアウトとセルラー レイアウトを組み合わせて使用​​しています。 ショップのセルラー部分では、各スタンドアロンのフレキシブルなセルが、同一ではないにしても、共通のプロセス要件を持つ類似した部品のファミリーを生産します。 貴社の製品構成に含まれる部品ファミリーを知っていますか?

あらゆる施設に最適なレイアウト設計では、バリ取りやハードウェアの挿入などのすべての二次プロセスも考慮されます。 たとえば、セルには、必要なときに必要な場所で二次プロセスを実行するために必要なツールを備えたモバイル カートが備えられている場合があります。

また、プリプロダクションまたはプロトタイピング作業は、施設の別のセクションで行う必要があります。 1 回限りの断続的 (または散発的) 作業は、基本的に多品種少量製造の極端なケースです。 少なくとも 1 つのスマート カスタム ファブリケーターは、非リピート部品の短期間の生産によって引き起こされる大量から中量の生産の中断を軽減するのに役立つ別個の高速応答セルを備えています。

バッチアンドキューによる生産は、純粋に機能的なレイアウトの呪いです。 工場の機能レイアウトの各部門 (プラズマ切断、曲げ、溶接) で材料歩留まりとバッチアンドキュー生産が行われていた場合、WIP 管理、スループット、納期厳守という 3 つのビジネス目標が損なわれることを想像してみてください。 ここで、セルを使用したスマートな施設レイアウトの流れを想像してください。 ソフトウェアは、セル内に単一の溶接（またはその溶接のバッチ）を作成するために必要なすべてのパーツをネストします。 プラズマカッターで部品を焼きます。 次に、ガントリー ロボットまたはその他の機構がすべての部品をバリ取りステーションに配置します。 オペレータは部品のバリを取り除き、溶接治具に置きます。 次に、アーク溶接ロボットに溶接を作成するように指示します。 同じオペレーターが作業を検査し、溶接スパッタを研磨して取り除きます。 組立ラインに送られる溶接物の製造に必要なすべての操作は 1 つのセルで実行されます。

製造セルは、従業員のクロストレーニングの基礎として機能します。 たとえば、1 人の製造セルで相互訓練を受けたオペレーターは、3D タスク、つまり、汚い、単調な、または危険なタスクを実行する 1 つまたは複数の協働ロボットと並んで作業することができます。 クロストレーニングにより、どのセルでもオペレーターに対するマシンの比率が確実に増加します。 また、施設内のすべてのマテリアルと情報の流れの速度が向上し、ボトルネックのマシンの使用率を約 85% に保つことができます。 何よりも、オペレーターが異なるセル間を移動できるため、ショップはセル内で生産される部品の需要の変化に柔軟に対応できます。

セル内のボトルネックマシンやショップ全体のボトルネックワークセンターを除いて、マシンの利用率は WIP 制御、スループット、納期厳守に取って代わることはできません。 あまりにも多くのカスタム ファブリケーターが、施設全体に生じる WIP に関係なく、すべてのマシン (およびそのオペレーター) を最大限に活用するという時代遅れの慣行の奴隷になっています。 WIP は在庫の一種であり、在庫は資産です。 間違っている。 在庫は 7 つの廃棄形態の 1 つです。

このため、資材の使用率を、機械の使用率、労働力の使用率、WIP 管理、スループット、および納期厳守と切り離して扱うべきではありません。 たとえば、シートの歩留まりを高めるために、ほとんどの製造業者はスケジュールを先読みしたり、フィラー部品を使用したりして「先取り」しています。 また、通常の作業に適したサイズのシートやプレートを注文することも試みます。

セルラーレイアウトの増加した流速は、有限能力スケジューリングソフトウェアによって作成された毎日のスケジュールに基づいた製造現場管理によって補完されなければなりません。 さらに、機械監視システムと従業員が必要に応じてコミュニケーションできるようにする従業員接続プラットフォームを組み合わせて、毎日のスケジュールを実行、監視、更新する必要があります。

ここは、すべての工場物流を担当するウォーター スパイダーが、残りの製造現場の従業員が従事できるようにする場所です。 すべての従業員を拘束し、日々のスケジュールを達成するか、それを達成するよう動機づける優れた労働倫理を持つだけでは十分ではありません。 新しい仕事を時間通りに持ってくる必要があります。 完成した仕事は時間内に引き取られ、次の作業センターに届けられる必要があります。 ツール、品質、治具、その他のリソースに関する質問に時間内に回答する必要があります。 賢明なカスタム製造業者であれば、日常的なマテリアルハンドリング作業以上の作業を行うウォーター スパイダーを 1 人以上抱えています。

スケジュール自体は、ジョブショップの現実に合わせて調整する必要があります。 プル スケジューリング用の古典的なカンバン システムを考えてみましょう。このシステムでは、下流のワーク センターがジョブのキューを再注文ポイントまで減らすまで、上流のワーク センターが新しい注文を開始できなくなります。 プル スケジューリングに代わるジョブ ショップは、作業指示リリース (WOR) の実践です。 現場にリリースされるすべての注文はカンバンであると考えてください。

ファブリケータは、制約理論の単純なドラム バッファ ロープの概念を使用して WOR を実装することも、有限容量のスケジューリングを使用する高度なアプローチを採用することもできます。 後者のアプローチでは、ボトルネックの機械または作業センターでフォワード スケジューリングとバックワード スケジューリングを組み合わせて、施設にすべてのオーダーをリリースする順序とタイミングを決定します。 また、賢明なカスタム製造業者には、資格のあるフルタイムの生産スケジューラがスタッフとして配置されます。

外部サービス プロバイダー (OSP) (粉体塗装機、熱処理機、電気めっき機) を施設の延長として扱う場合、施設のレイアウトはスマートです。 すべてのプロバイダーがワーク センターとして生産スケジュールに含まれます。 これにより、どちらの当事者 (カスタム製造者とその OSP) も、スケジュールが他の当事者にどのように影響し、相互作用するのかを完全に把握できるようになります。

このような包括的な工場スケジュールは、部品や製品の長期契約を管理する製造業者にとって特に有益であることがわかります。 製造業者とそのサービスプロバイダーは、ベストプラクティスを共有するためのコンソーシアムを結成することもできます。

柔軟性は、プレス ブレーキやマシニング センターなどの個々の機械の迅速な切り替えに限定されるべきではありません。 広い意味で、スマートな施設レイアウトの柔軟性にはいくつかの形式があります。

1 つ目は最も一般的なもので、個々のアセットをあるジョブから別のジョブに迅速に切り替えることができるセットアップの柔軟性です。

さらに、利用可能なリソース (機械、人材、ツール) とシステムが異なる仕様のさまざまな部品を製造できる場合、プロセスの柔軟性も生まれます。

配線の柔軟性により、複数の異なる配線のいずれかを使用して同じ部品を作成できます。 混合の柔軟性により、工場はさまざまな材料、ベンダー、公差を必要とする多種多様な部品を同時に処理できます。

数量の柔軟性により、同じまたは異なる部品や製品の注文数量の変動に対応できます。 同じ施設がライフサイクルの異なる段階で部品を生産しようとすると、このようなばらつきが大きくなります。

最後に、施設の柔軟性があり、構成や量に変更が生じた場合に施設全体を迅速に再構成できます。 これには、通常は二次プロセス用の、要求に応じて施設内の任意の場所に迅速に再配置できるモバイル機器の導入が含まれます。

あなたのカスタム製造工場のレイアウトは、あらゆる作業工場に必要なさまざまなタイプの柔軟性をすべて備えていますか? 製造オートメーション、検査、その他のプロセス関連テクノロジーへの投資は、マテリアル ハンドリング、部品追跡、工場全体で使用されている IT システムへの投資と一致する必要があります。 これらは、あらゆる生産システムの中核となる、基礎的かつ不可欠な産業工学および生産工学の詳細です。

ソフトウェアと自動化への賢明な投資は、施設レイアウト内のすべての重要なフロー（原材料、WIP、完成品のフローだけでなく、人も情報も。 情報フローには、手動によるデータ入力の必要性を排除するものであれば何でも含めることができます。 結局のところ、あらゆるキーストロークにはエラーが発生する可能性があり、マテリアルハンドリングのあらゆるミスが積み重なると、多くの時間が無駄になる可能性があります。 拡張現実、ハンドヘルド ID スキャナー、ピック・トゥ・ライト システム (水グモがどの製品や材料をピックすべきかをライトが示す) などのテクノロジーは、WIP の視覚的な選択、監視、測定、制御に役立ちます。

カスタム製造業者の施設レイアウトは、組立業者がスケジュール通りに開始するために必要なすべての部品を受け取る場合に賢明です。 「完了」とは、その製品の部品表 (BOM) に従って、水グモが別のセルで生産されたすべての社内部品と、隣接する部品スーパーマーケットに保管されている購入部品を収集するためにミルクを実行したことを意味します。組み立て部門。 有限能力のスケジューリング ソフトウェアによって作成される毎日のスケジュールと、ERP システムの正確で完全な BOM がなければ、ミルクの実行で部品のキットが不完全になる可能性があります。

組み立てに納品されるキットの完全性を保証するためのスマートかつシンプルなアプローチは、ビジュアル カンバン システムを使用することです。 たとえば、オハイオ州コロンバスのある製造業者は、特定の数のフレームを溶接して組み立てるために、適切な量の部品の完全な組み合わせを運ぶために特別に製造された「キット カート」を使用しました。 これらのコンポーネントをすべて使用すると、水グモはカートを転がして、板金工場に隣接する、床に描かれた空の白い四角形に戻しました。 これらの四角は板金工場との在庫バッファーリンクアセンブリでした。

あなたの施設がスマートなレイアウトになっているかどうか知りたいですか? 少なくとも 20 色のミディアムポイントのシャーピーのセットを購入します。 現在のレイアウトの図面を印刷します。 少なくとも 20 個の製品のサンプルを選択します。 同じ製品のカスタム バリアントを作成する場合は、標準製品バリアントの完全なインデント部品表 (IBOM) をマッピングできます。 しかし、さまざまな異なる製品を製造する古典的なジョブショップの場合は、製品数量収益 (PQR) 分析を実行して、パレート曲線の 80 ～ 20 のスイート スポットにあるいくつかの製品を選択できます。先ほど特定したサンプルの一部です。 これらのシャーピーのいずれかを選択し、そのルーティングを操作ごとにトレースします。

サンプル内のすべてのパートのルーティングをトレースするまで続けます。 おめでとうございます。スパゲッティ図が作成されました。

さて、作成したばかりのスパゲッティ図には何が見えますか? 長い矢？ 十字の矢印？ 特定の部門に出入りする矢印がたくさんありますか? 双方向の矢印 (つまり、部門間を後戻りまたは行き来する仕事)? 視線ゼロ (LOS) の矢印? つまり、LOS がゼロの矢印で接続されている 2 つのワーク センターのオペレータはどちらも、サプライヤーまたは顧客のワーク センターにそれぞれいつ作業を送信するか、またはそれを期待するかを決定できません。

スマートな施設レイアウトの設計に関して言えば、これらはすべて表面をなぞっただけであることを知ってください。 その他の要素には、検査機能をどこにどのように統合するか、材料の流れを削減しプロセスを改善するためにどの複合機を購入する必要があるかなどが含まれます。 いずれにせよ、これらのアイデアの背後にある中心原則は同じです。それは、購入するマシンやインストールするテクノロジの先を見据えることです。

ファブショップのマネージャーと従業員が機械の稼働時間と利用効率のみに焦点を当てているシナリオを考えてみましょう。 こうすることで、製造するすべての製品のルーティングにおける一連の一連の作業間の転送によるコスト、品質上の問題、生産の遅延、つまり、先ほど描いたスパゲッティ図上のすべての線を無視します。

基本的な要素がすべて整っていると仮定します。 ボトルネックではないワークセンターでは、機械の使用率ではなく、WIP の制御と流速に重点を置きます。 ボトルネック マシンの使用率、スループット、収益獲得速度などの指標を使用します。 戦略的にスケジュールを立てます。 マルチプロセス セルを設計し、そこで働く従業員を相互トレーニングします。 十分なオペレーターが不足している、または需要が増加している他のセルで働くために、誰が「ホストセル」から移動するかを決定する権限を彼らに与えます。

スパゲッティ ダイアグラムは、カスタム製造生産システムを成功させるための基本要素にあなたを導く灯台です。 もちろん、あなたのショップには独自の特性があります。 しかし、多くの場合、スパゲッティ図が施設​​内の現状のマテリアル フローに対して複雑にならないようにできる限り多くのことを行うほど、施設のレイアウトはよりスマートになる可能性が高くなります。 テクノロジーだけではそこには到達できません!