De productiestroom optimaliseren: het ontwerpen van productielijnen en indelingen onder de knie krijgen

De operationele prestaties van elk bedrijf in de discrete productiesector zijn direct afhankelijk van de stroom van productielijnen. Het lijn- en layout-ontwerp zijn fundamentele elementen voor het bereiken van efficiëntie, flexibiliteit en kwaliteit tegen de laagst mogelijke kosten.

Lijnontwerp omvat verschillende verbeterthema’s die in dit artikel worden behandeld, waaronder lijn- en layout-ontwerp, border of line, Standaard Werk, Single Minute Exchange of Die (SMED) en low-cost automatisering.

Lijn- en Layout-ontwerp beheersen voor efficiënte productie           

De belangrijkste doelen van lijnontwerp zijn het implementeren van het one-piece flow-concept, het minimaliseren van verspilling geassocieerd met operatorworkflows, het mogelijk maken van massamaatwerk en het vereenvoudigen van processen vóór automatisering.

Het implementeren van een lijn gebaseerd op het one-piece flow-concept betekent het herontwerpen van de layout en apparatuur om te produceren met een continue stroom van onderdelen, waarbij de juiste volgorde van bewerkingen wordt gewaarborgd. Het doel is om over te gaan van batchproductie naar een continue stroom, van grondstoffen tot eindproducten, zonder onderbrekingen. De lijn moet worden ontworpen om alle soorten verspilling te minimaliseren. Een andere uitdaging is het creëren van een lijn die flexibel genoeg is om meerdere verschillende modellen te produceren met een omsteltijd zo dicht mogelijk bij nul. Wanneer de lijn zo geoptimaliseerd mogelijk is, wordt tot slot de mogelijkheid geëvalueerd om bepaalde bewerkingen te automatiseren om ergonomie en efficiëntie te verbeteren.

Figuur 1 – Functionele Layout vs Stroom Layout

Grondslagen van effectief lijn- en layout-ontwerp

De primaire focus van verbetering in de productiestroom is het lijn- en layout-ontwerp. De belangrijkste doelen in deze fase zijn:

• Productiviteit verhogen;
• Het serviceniveau verbeteren (On-Time Delivery en levertijd);
• Procesverspilling en variabiliteit verminderen;
• Het door de lijn ingenomen oppervlak verminderen;
• Voorraad op verschillende punten in de lijn verminderen;
• Uitval en herbewerking verminderen;
• Teamwerk en veelzijdigheid vergroten.

De prioriteit is het analyseren van de processen voor de verschillende productfamilies en het ontwerpen van lijnen die het concept van continue stroom toepassen en alle niet-waardetoevoegende bewerkingen elimineren.

Dit proces doorloopt een reeks fasen, waarvan we de belangrijkste benadrukken:

1. Analyse van hoeveelheden per productfamilie en berekening van takttijd per familie en referentie
2. Opbouw van de proces vs. productmatrix
3. Ontwerp van het procesdiagram
4. Lijnbalancering (Yamazumi-diagram)
5. Ontwerp van een efficiënte layout
6. Bouw van lijnmaquette en simulatie
7. Berekening van de border of line en planning van fysieke wijzigingen
8. Definitie van informatiestroom
9. Implementatie van fysieke wijzigingen
10. Planning en logistieke vereisten
11. Implementatie van visueel management en bijwerking van standaarden

Deze aanpak is gestructureerd en maakt het mogelijk om te focussen op waardetoevoegende activiteiten, een continue stroom te creëren en verspilling te elimineren. We zullen enkele van deze fasen verderop detailleren.

Het belang van de Border of Line in de productie   

De border of line is de grens tussen productie en interne logistiek, en het ontwerp ervan bestaat uit het definiëren van de locatie en containerisatie van alle grondstoffen en componenten die nodig zijn voor de lijn. Het maakt deel uit van het lijnontwerp maar verdient speciale aandacht, aangezien de border of line fundamenteel is voor het goed functioneren van de lijn. De border of line moet aan vier essentiële criteria voldoen:

• Alle onderdelen moeten zo geplaatst zijn dat de grijpbeweging van de operators van de lijn wordt geminimaliseerd;
• De tijd die nodig is om onderdelen van het ene product naar het andere te wisselen moet dicht bij nul liggen;
• De beslissing om bij te vullen moet intuïtief en onmiddellijk zijn.

Om aan deze criteria te voldoen, moeten de locatie van de onderdelen, het type containers en hun stroom op de lijn zorgvuldig worden overwogen. De ontworpen oplossingen moeten altijd niet alleen de productiviteit van de lijn in overweging nemen, maar ook de efficiëntie van de interne logistiek.

Implementatie van Standaard Werk-praktijken voor consistentie           

Een andere verbetering in de productiestroom is Standaard Werk, dat bestaat uit de best bekende manier om een bepaalde taak tot op heden uit te voeren. Het betekent het minimaliseren van de bewegingen van medewerkers en daarmee het optimaliseren van het werk. Door de bewegingen van medewerkers op een geoptimaliseerde lijn te observeren, zouden we de indruk moeten krijgen dat ze letterlijk aan het product vastgeplakt zitten, het werk uitvoerend met korte en vloeiende bewegingen, zonder enige moeite of stress.

Standaard Werk maakt het mogelijk:

• Werkmethoden te meten en verbeteren;
• Uitvoeringstijden te verkorten;
• Best practices te delen onder medewerkers;
• Te standaardiseren door de organisatie af te stemmen op de beste manier van werken.

De implementatie omvat het observeren van de bewegingen van medewerkers en de tijd die ze nodig hebben om ze uit te voeren, evenals het identificeren van afwijkingen en moeilijkheden die de medewerker ervaart.

Het proces is over het algemeen gestructureerd in vijf fasen:

1. Definitie van verbeterdoelstellingen
2. Werkstudie (spaghettidiagrammen, tijdmeting en zoeken naar muda)
3. Implementatie van verbeteringen
4. Werkstandaardisatie (eenvoudige en visuele standaarden)
5. Training van medewerkers

Figuur 2 – Voorbeeld van een Werkstudie-formulier

Stroomlijning van de productiestroom: SMED-flexibiliteit combineren met betaalbare automatisering

Na het ontwerpen van de lijn, layout en de border of line volgens Kaizen- en Lean-principes, is het cruciaal om twee andere relevante thema’s te overwegen: omsteltijden en automatiseringsmogelijkheden.

Om deze twee verbeterpunten aan te pakken, worden twee verschillende methodologieën gebruikt. SMED (Single-Minute Exchange of Dies) streeft ernaar omsteltijden bij referentiewissels te minimaliseren. Aan de andere kant beoordeelt low-cost automatisering welke bewerkingen kunnen profiteren van automatisering en bepaalt de meest effectieve oplossingen.

Productiewendbaarheid ontketenen met SMED (Single-Minute Exchange of Dies)

SMED werd in Japan ontwikkeld door Shigeo Shingo voor Toyota als onderdeel van het productiesysteem. Het doel van SMED is het verkorten van de omsteltijd van apparatuur of lijnen, waardoor meer flexibiliteit in de productie mogelijk wordt, voorraden worden verminderd en de marktresponsiviteit wordt vergroot.

Omstelling verwijst naar de periode tussen de productie van de laatste eenheid van de vorige serie, uitgevoerd met de vereiste efficiëntie, en de productie van de eerste eenheid van een nieuwe serie, met de gedefinieerde efficiëntie. Binnen de SMED-methodologie zijn er twee belangrijke concepten: intern werk (wisseltaken die worden uitgevoerd met de machine stilstaand) en extern werk (taken die kunnen worden uitgevoerd terwijl de machine draait).

De implementatie van SMED doorloopt de volgende fasen:

1. Werkstudie
2. Scheiding van intern en extern werk
3. Conversie van intern werk naar extern werk
4. Reductie van intern werk
5. Reductie van extern werk

Figuur 3 – Evolutie gedurende de 5 stappen van SMED

De voordelen van het vergroten van flexibiliteit zijn enorm, en de implicaties ervan voor het verkleinen van de batchgrootte zijn een van de belangrijkste drijfveren voor het creëren van de stroom. Nul omstelling is altijd het hoofddoel en maakt het mogelijk dat een gemengde reeks van verschillende producten langs de lijn stroomt. Dit is het geval bij huidige autoassemblagelijnen, waar verschillende modellen na elkaar langs de lijn bewegen.

Wanneer nul omstelling niet mogelijk is, is het doel voor SMED de kortst mogelijke tijd. Een tijd groter dan nul houdt in dat er met een batch van vergelijkbare producten wordt gewerkt voordat wordt gewisseld of geconfigureerd voor de volgende batch.

Integratie van low-cost automatisering in productielijnen           

Nadat de lijn en de border of line zijn geoptimaliseerd, Standaard Werk en omstellingen zijn verminderd, is het tijd om de mogelijkheden en voordelen van automatisering te analyseren om een grotere productiviteit en ergonomie te bereiken. Aangezien automatisering hoge kosten kan hebben en niet altijd voldoende rendement op investering biedt, ligt de focus op low-cost automatisering. Het doel is dus een automatiseringsniveau te waarborgen dat voordelen biedt voor het productieproces en tegelijkertijd een rendement op investering garandeert.

De automatiseringsniveaus, van handmatig werk tot volledige automatisering, kunnen worden gedefinieerd in een lijst van zeven graden:

1. Handmatig werk
2. Tijdbesparende hulpmiddelen (bevestigingen en opspanningen)
3. Machinetijdautomatisering (MT)
4. MT-automatisering met Poka Yoke
5. Ontlaadtijdautomatisering
6. Laadtijdautomatisering (Robots)
7. Transporttijdautomatisering (Transfers)

Het doorlopen van deze lijst voor elke bewerking zal veel mogelijkheden voor low-cost automatisering onthullen. De algemene methodologie die meestal wordt gevolgd om te beslissen over de te implementeren automatisering is:

1. Integreer procesbewerkingen in Shojinka-stroomlijnen (stuk voor stuk stroom)
2. Controleer het automatiseringsniveau van elke bewerking met behulp van de automatiseringschecklist
3. Definieer automatiseringsdoelstellingen
4. Maak implementatieplannen

Goede voorbeelden van low-cost automatisering in eenheidstroomlijnen zijn de lijnen die bekend staan als Chaku Chaku (in het Japans betekent “laden laden”). Dit type lijn is gebaseerd op het gebruik van een continue eenheidsstroom, waardoor de operator langs de lijn kan bewegen, nieuwe onderdelen kan laden terwijl de gereedstaande stukken automatisch worden ontladen. Het belangrijkste voordeel van het Chaku Chaku-systeem is de optimalisatie van tijd en beweging, aangezien de operator direct een stuk van de ene machine naar de volgende kan meenemen zonder te stoppen om te ontladen, waardoor tijd en moeite worden bespaard.

Low-cost automatisering is over het algemeen de laatste verbeterfase die efficiëntie kan brengen aan het productieproces.

Verkenning van de lijn- en layout-ontwerpfase

Lijn- en layout-ontwerp zijn processen die een reeks stappen en strategische beslissingen vereisen. We beschrijven hierna twee fundamentele fasen van dit proces. De eerste fase betreft de beslissing tussen het gebruik van meerdere kleinere machines of een kleiner aantal grotere machines. De tweede fase betreft het initiële proces van het karakteriseren van de productie en het balanceren van de lijn.

Vergelijking van grote vs. kleine machines in productiestromen           

De overgang van een functionele layout naar een stroom layout is een van de grootste paradigmaverschuivingen in productieprocessen. Deze verandering kan een aanzienlijke impact hebben op alle key prestatie indicatoren, zoals productiviteit, voorraad, Doorlooptijd en kwaliteit. Een vraag die vaak discussie oproept tijdens dit proces is de vervanging van grote en exclusieve machines door meer en kleinere inline machines.

Een andere belangrijke beslissing die verband houdt met de eerste betreft het aantal benodigde stroomlijnen. Er zijn twee alternatieven: een enkele grotere lijn met meerdere medewerkers of meerdere kleinere lijnen. In de enkele lijn is de cyclustijd doorgaans kort en afhankelijk van het vraagprofiel kan slechts één of meer machines nodig zijn. Als alternatief kan deze lijn met korte cyclustijd worden verdeeld in meerdere kleinere lijnen met een langere cyclustijd.

De voordelen van meerdere kleinere lijnen zijn duidelijk wanneer de implicaties voor het lanceren van nieuwe modellen en het vergroten van de variëteit van geproduceerde producten in overweging worden genomen.

Implicaties van het lanceren van een nieuw model:

• Enkele lijn: De tijd die nodig is voor voorbereiding en training zal de productie van het huidige product beïnvloeden.
• Meerdere kleinere lijnen: De benodigde voorbereidingstijd is verminderd en slechts één lijn wordt beïnvloed, zonder impact op andere lijnen tijdens de initiële productieperiode.

Implicaties van het vergroten van productvariëteit:

• Enkele lijn: Meer variëteit impliceert meer wisselingen (omstellingen), wat een groter verlies betekent. Het aantal operators moet mogelijk constant veranderen. Operators zullen van positie moeten wisselen.
• Meerdere kleinere lijnen: Het aantal wisselingen per lijn is verminderd. De rotatie van operators is vereenvoudigd.

Een ander voordeel van meerdere lijnen met langere cyclustijden is het gemak van balancering. Om deze redenen is het over het algemeen productiever om meerdere kleinere en flexibelere lijnen te hebben in plaats van een grote enkele lijn maximaal te automatiseren.

Een ander belangrijk kenmerk van kleine eenheidstroomlijnen is wat de Japanners Shojinka noemen. Shojinka betekent dat de lijn layout flexibel is qua aantal operators dat op de lijn kan werken, en hun aantal bepaalt de cyclustijd van de lijn. Het toevoegen van meer operators verkort de cyclustijd van de lijn en verhoogt de output van de lijn.

Eenvoudige profiling- en lijnbalanceringstechnieken

Een belangrijke stap in het lijnontwerp is de initiële karakterisering van de verwachte productie voor de lijn. Het ontwerp van lijn en layout moet beginnen met een Product-Quantity (PQ) analyse. Dit is een methodologie die de in een jaar verkochte hoeveelheden per eindproductreferentie onthult. De analyse moet worden voltooid met de ABC-methode, waarbij A de referenties vertegenwoordigt die 80% van de verkochte hoeveelheid uitmaken, B de referenties vertegenwoordigt die de volgende 15% van de verkochte hoeveelheid uitmaken, en C overeenkomt met de minst geproduceerde referenties.

Figuur 4 – Voorbeeld van PQ-analyse

Over het algemeen zijn A-referenties goede kandidaten voor semi-geautomatiseerde lijnen met behoud van eenheidsstroom, B-referenties zijn goede opties voor handmatige en minder geautomatiseerde lijnen, en ten slotte zijn C-referenties de meest geschikte referenties voor handmatige lijnen met een enkel werkstation, flexibel voor een groot aantal referenties.

Een andere belangrijke stap in de initiële fase van het lijnontwerp is de ontwikkeling van procesdiagrammen en tijdschattingen.Een procesdiagram vertegenwoordigt een mogelijke volgorde of reeks bewerkingen die nodig zijn voor de assemblage of productie van een product. Het is een eenvoudig diagram dat alleen waardetoevoegende bewerkingen toont. Het procesdiagram biedt drie soorten informatie: onderdelen of componenten, waardetoevoegende bewerkingen en een schatting van de waardetoevoegende tijd per eenheid.

Figuur 5 – Voorbeeld van een procesdiagram

Lijnbalancering is een andere cruciale stap bij het creëren van stroomlijnen. Het omvat het toewijzen van taken aan elk werkstation zodat ze in balans zijn met de cyclustijd van de lijn. Elk werkstation kan een of meer medewerkers hebben, maar de toegewezen medewerkers moeten de takenlijst van het werkstation voltooien binnen de toegewezen cyclustijd.

Lijnbalancering kan worden uitgevoerd op het procesdiagram door bewerkingen te groeperen in blokken ter grootte van de cyclustijd. Vervolgens kan een visuele weergave worden gemaakt op een diagram genaamd Yamazumi, wat een visuele methode is voor het controleren van de balans.

Figuur 6 – Voorbeeld van een Yamazumi-diagram

Synthese van de kernprincipes van productiestroomontwerp           

Om de productiestroom te optimaliseren, moet het lijn- en layout-ontwerp in lijn zijn met de Lean Manufacturing-principes. We hebben twintig principes samengevat als best practices voor een efficiënt en flexibel productiesysteem dat reageert op de vraag met minimale verspilling.

De 20 belangrijke principes van layout- en lijnontwerp    

De twintig fundamentele principes voor lijnontwerp zijn:

1. Ontwerp lijnen op basis van producttypen, volumes en levenscycli
2. Ontwerp de layout voor eenheidsstroom
3. Ontwerp kleine en inline apparatuur die gemakkelijk te manoeuvreren is
4. Pas de lijnsnelheid aan op basis van de klantvraag (takttijd)
5. Elimineer transport Muda
6. Ontwerp lijnen gericht op nul omsteltijden
7. Vermijd eilanden van geïsoleerde operators
8. Scheid handmatig werk van machinewerk
9. Synchroniseer de invoer met de uitvoer van onderdelen
10. Ontwerp eenvoudige en smalle apparatuur
11. Plaats alleen de noodzakelijke materialen binnen handbereik (geef de voorkeur aan frontale aanvoer)
12. Het werk moet van rechts naar links stromen (tegen de klok in)
13. Onthoud dat Karakuri (of subtiele manoeuvreerbaarheid) belangrijk is
14. Vertraag zoveel mogelijk
15. Machines moeten stoppen wanneer er defecte optreden (Jidoka)
16. Een mechanische aanpak heeft de voorkeur boven een elektrische
17. Automatiseer niet zonder zorgvuldige voorafgaande analyse
18. Werk niet aan meerdere onderdelen binnen een enkel proces tegelijk
19. Simuleer met maquettes voordat een oplossing wordt geïmplementeerd
20. Organiseer de layout in stroom en houd muren vrij

Figuur 7 – Voorbeeld van een lijn met Kaizen Lean-principes

Deze principes vormen de basis voor het creëren van efficiënte en flexibele productielijnen die aan de behoeften van de klant voldoen met minimale verspilling, en dragen zo bij aan operationele excellentie.

Heeft u nog vragen over optimalisatie van de productiestroom?                    

Wat is lijn- en layout-ontwerp?   

Lijn- en layout-ontwerp verwijst naar de reeks stappen voor het definiëren van het productieproces. Het doel is het definiëren van de bewerkingsvolgorde, het verbeteren van de werkstroom en het minimaliseren van verspilling, door een efficiënter en flexibeler productieproces te implementeren dat is afgestemd op de klantvraag. Goed lijn- en layout-ontwerp kan de productiviteit, kwaliteit en flexibiliteit verhogen en de Doorlooptijd verkorten.

Wat is Border of Line?        

De Border of Line is de interfacezone tussen de productielijn en interne logistieke activiteiten. Het is waar de materialen die nodig zijn voor de productie worden aangeleverd en waar lege containers en eindproducten van de lijn worden verwijderd. De border of line beïnvloedt de werkstroom van zowel productie als interne logistiek.

Wat is Standaard Werk?

Standaard Werk is een methodologie die wordt gebruikt om de meest efficiënte manier te definiëren om een product te produceren of een dienst te leveren. Het omvat niet alleen de studie en verbetering van bewerkingen, maar ook de ontwikkeling van standaarden en de training van medewerkers in deze standaarden.

Wat is SMED?

SMED staat voor Single-Minute Exchange of Dies, een methodologie die is ontwikkeld om de tijd te verkorten die nodig is om van de ene productieserie naar de andere over te schakelen. Het doel van SMED is het minimaliseren van omsteltijden van apparatuur. Door elke stap van het omstellingsproces te analyseren, is het mogelijk de stilstand aanzienlijk te verminderen en een effectieve opstart te waarborgen, waardoor de operationele efficiëntie toeneemt. Dit maakt kleinere productiebatches, minder voorraad, kortere levertijden en grotere productieflexibiliteit mogelijk.

Wat is low-cost automatisering?

Low-cost automatisering omvat het implementeren van automatiseringsoplossingen die kosteneffectief zijn, wat betekent dat ze een goed rendement op investering hebben. Het bestaat uit het gebruik van technologie en automatisering die productiviteit, kwaliteit en veiligheid verbeteren terwijl de investering wordt geminimaliseerd. Automatisering mag alleen worden toegepast na het optimaliseren van de productielijn en elke specifieke bewerking, om ervoor te zorgen dat verspilling niet wordt geautomatiseerd.