Toyotas produktdesign- och utvecklingsprocess

Transkript

1 MÄLARDALENS HÖGSKOLA Toyotas produktdesign- och utvecklingsprocess En sammanfattning av artikeln Toyota s Principles of Set-Based concurrent Engineering Philip Åhagen och Anders Svanbom 2/23/2011

2 Bakgrund Toyota grundades 1937 av familjen Toyoda. Under andra världskriget tillverkades lastbilar för den japanska stridsmakten, vilket bidrog till att Toyota efter andra världskriget slog igenom som Japans största biltillverkare. Toyota Motor Corporation är idag världens största biltillverkare. Företaget har sitt säte i Toyota, Aichi, Japan, men utvecklar och säljer bilar över hela världen. Toyota Motor Corporation har kortare ledtider än de största konkurrenterna i USA, trots att de använder sig av färre ingenjörer. Sammanfattning av artikeln Toyota s Principles of Set-Based Concurrent Engineering Toyotas produktionssystem är ett väldokumenterat fenomen, däremot är deras produktutvecklingsprocess inte fullt så dokumenterade. Deras PU process använder sig inte av många av de traditionellt viktiga verktyg som många konkurrenter (speciellt de japanska) använder. De använder sig inte av utvecklingsteam som sitter på olika utvecklingscentra (t ex i olika länder) som många konkurrenter gör, utan all utvecklingspersonal sitter samlad. Men all utvecklingspersonal utom projektledaren (huvudansvarig) och några av dennas underordnade jobbar alltid med flera parallella utvecklingsprojekt inom Toyota. Jobbrotation för ingenjörerna förekommer men är vanlig först efter att den anställde har samlat på sig minst tio års erfarenhet. De använder sig av samma CAE som alla deras konkurrenter gör. Det som skiljer Toyotas utvecklingsprocess från konkurrenternas är att de behåller flera av deras konceptförslag längre in i processen och senarelägger vissa beslut som leder till att designen hålls mera öppen. Trots det så har de den effektivaste utvecklingsprocessen inom branschen. I traditionell fordonsutveckling så bestäms den ungefärliga designlösningen tidigt i projektet och sedan så anpassas övriga system utefter den designen. Det kan verka som en effektiv metod så länge inga efter anpassningar behöver göras i efterhand. Sådana upprepningar kan vara mycket tidskrävande och resursslukande. Det som skiljer Toyotas utvecklingsprojekt från andras är även att de försöker involvera alla berörda avdelningar av företaget i ett tidigt skede, där alla får vara och lämna rekommendationer för att underlätta sin egen avdelnings arbete. Detta leder fram till kravspecifikationer m.m. som är bättre anpassade efter företagets förutsättningar. En följd av detta är att det behövs färre omvärderingar i ett senare skede. Exempelvis så är tillverkningsavdelning och marknadsföringsavdelning involverade i ett tidigt skede av varje utvecklingsprojekt där de får säga sin mening om eventuella förändringar som skulle underlätta deras senare jobb.

3 Figur 1: Beskrivning av utvecklingsprocessen. Exempel på hur Toyota använder sig av sin utvecklingsprocess är när de tar fram lermodeller av sina framtida bilmodeller, de tar fram betydligt fler 1:5 modeller av deras tänkta koncept än vad deras konkurrenter gör. De använder sig också av minst två olika typer av designer på sina modeller i full skala, medans konkurrenterna i detta skede har valt ett enda slutkoncept. Under tiden så arbetar ingenjörer med att ta fram olika mekaniklösningar för dessa olika designlösningar. Alla dessa olika lösningar analyseras tidigt av Toyotas tillverkningsingenjörer utifrån ett DFM perspektiv. En annan betydande skillnad mellan Toyotas och andra biltillverkares syn på hur ritningsmått ska tolkas vid beställning av pressningsverktyg m.m. Toyota använder sig snarare av måttintervall som underleverantörer ska hålla sig inom. Dessa måttintervall anpassas sedan efter en funktionell byggprincip, vilket i praktiken innebär att ritningar och dess mått anpassas efter hur delkomponenterna passar ihop i verkligheten och inte hur de passar ihop i CAD- modellen. Det är istället den slutgiltiga prototypen med bäst plåtpassning m.m. som anger de slutgiltiga måttspecifikationerna m.m. och det är efter dessa mått som CAD ritningarna slutmåttsätts. Denna typ av flexibla utvecklingsprocess ligger bakom många av Toyotas framgångsrika utvecklingsprojekt. Eftersom utvecklingsprojekt inom bilindustrin löper över flera år i de flesta fall så är det också en fördel att inte låsa sig vid en specifik lösning i ett för tidigt skede eftersom mycket kan hända under den tid som projektet pågår som kan förändra förutsättningarna drastiskt.

4 Tre principer Set-Based Concurrent Engineering kan översättas ungefärligt till utveckling av flera designer samtidigt. D. Sobek, A. Ward och J. Liker har i artikeln skrivit om tre principer som utgör ett ramverk som gör att medverkande i utvecklingen kan utveckla komponenter till designen parallellt och ändå mot slutet kunna förena alla komponenter till ett system. Dessa tre principer är: 1. Kartlägg designområdet 2. Interagera genom korsningar 3. Fastställ genomförbarhet innan åtagande 1. Kartlägg designområdet Att kartlägga designområdet (design space) menas med att grundligt undersöka vilka designmöjligheter som gäller för problemet. Toyotas ingenjörer och designers kommunicerar fram ett antal designer som sedan genom projektet reduceras till färre genom att svagare designförslag elimineras. Toyotas ingenjörer kartlägger även designområdet genom att dokumentera kunskaper som de erhållit genom tidigare projekt. De dokumenterar de alternativen som elimineras, trade-offs de undersökt under projektets gång, samt designstandarder. Kartlägg genomförbara regioner Varje enskild funktion inom Toyotas produktutveckling definierar parallellt genomförbara regioner utifrån deras egna perspektiv baserade på tidigare erfarenheter, analyser, experiment och tester. Ingenjörer på Toyota använder sig av checklistor som verktyg för att kartlägga genomförbara lösningsregioner. Dessa checklistor fungerar som en noggrann designguide som innehåller information om funktionalitet (t ex kolvringar av standardmaterial ska ha en tjocklek av minst 1.8 mm för att vara helt täta), tillverkningsmöjligheter (t ex gränser för krökning av plåt), statliga regler (t ex minsta tillåtna hållfasthet för sidodörrar för att möta krav gällande sidokollision) osv. Men checklistorna är inte bara långa listor med information, regler och liknande, utan dessa listor står för vad som är genomförbart i dagsläget. Dessa hålls kontinuerligt uppdaterade vad gäller ny teknik, regler etc. Undersök kompromisser (trade-offs) genom att designa flera alternativ Toyota undersöker trade-offs genom att designa, bygga prototyper eller simulera flera alternativa system och speciellt alternativa delsystem. En kurva över en trade-off som fastställer förhållandet mellan två eller flera parametrar är mer värdefullt än en kurva över förhållandet mellan två till tre alternativ. När det finns möjlighet, sammanställer Toyotas ingenjörer data de erhållit från prototyper till matematiska förhållanden mellan designparametrar och prestandaresultat. En underleverantör till Toyota, har vid flera tillfällen fått leverera upp till tjugo olika designer på ett avgassystem till prototyper i ett nystartat Toyota-projekt. Detta för att chefsingenjörer vill undersöka trade-offs. Ett exempel på Toyotas strävan efter att hitta den ultimata sammansättningen av tradeoffs.

5 Kommunicera designmöjligheter Ingenjörer på Toyotas olika funktioner kommunicerar regelbundet om idéer inom designområdet. En ingenjör som har en klar bild av designområdet, trade-offs samt kommunicerar med de övriga funktionerna har lättare att se konsekvenserna som uppstår av att välja ett visst alternativ före ett annat. En utmärkt lösning från ett perspektiv kan vara en dålig lösning från ett annat, vilket ger ett dåligt resultat på det övergripande systemet (D. Sobek, A. Ward & J. Liker (1999), s 76). Toyotas ingenjörer använder sig av standardiserade designtabeller för att kommunicera mellan funktioner under en produktutvecklingsprocess. På ena axeln finns de olika designalternativen och på den andra, nyckelkriterier för utvärderingen. 2. Interagera genom skärningspunkter När alla inblandade funktionsgrupper har bildat sig en uppfattning om hur problemen skall lösas på bäst sätt för alla inblandade grupper så använder sig Toyota av tre specifika metoder för att integrera de olika systemen. Sök efter skärningspunkter mellan de möjliga lösningarna För att minska ner antalet individuella koncept som inte kan fungera för alla inblandade utvecklingsavdelningar så bör man i ett tidigt skede hitta de gemensamma lösningsområden som kan accepteras av alla inblandade. Men det handlar även om att se till att hela systemet presterar optimalt. Toyota brukar kalla denna del av arbetet för Nemawashi, som betyder ungefär grundarbete att anlägga en stabil grund, att skapa koncensus ibland alla involverade människor. Minimera begränsningar I gammaldags produktutveckling fattas många av de viktiga besluten i ett tidigt skede. För att underlätta integrationen av de olika delsystemen i varandra. Viktiga beslut kan innefatta beslut om exempelvis dimensioner på motorhuven. Toyota har en annan syn på detta och fattar istället dessa beslut i ett betydligt senare skede. För att få en flexiblare utvecklingsprocess som kan anpassa sig lättare till eventuellt oundvikliga förändringar och på det viset spara både tid och pengar. På detta vis skapas också en kreativare utvecklingsprocess. Skapa robusta koncept Robust design är ett begrepp som myntades av Genichi Taguchi, begreppet handlar om att komma fram till lösningskoncept som är funktionella oavsett fysiska variationer så som utslitning, tillverkningsvariationer eller väder. Principen bakom en robust konceptlösning handlar om att skapa koncept som fungerar oavsett vad övriga utvecklare av delsystem använder för lösningar. Denna typ av robusta koncept -strategi kan minska ner utvecklingstiden och underlätta moduluppgraderingar och service.

6 3. Fastställ genomförbarhet innan åtagande Den tredje och sista principen, fastställ att designer är genomförbara innan åtagande. Genom att undersöka flera designer parallellt, och gradvis eliminera svaga lösningar, undviker Toyota att problem uppstår sent i processen och kan ta beslut som optimerar det övergripande systemets prestanda. Minska antalet designer samtidigt som detaljnivån ökas Samtidigt som antalet designer minskar, ökar upplösningen på idéer och designer inom designområdet i och med att CAD-ritningar, modeller och prototyper blir allt mer detaljerade. Ett exempel på när antalet designer minskar och detaljnivån ökar, kan ses när Toyota i samarbete med en underleverantör utvecklar klimatsystem till ett Toyota-projekt. Först tillverkar underleverantören fem till sju olika designer utifrån krav baserade på huvudkonceptet. Toyota minskar sedan antalet förslag i takt med utvecklingen till ca fyra olika designer. Underleverantören undersöker dessa designer genom att utföra tester och lämnar sedan tillbaka data i form av tradeoffs till Toyota. Toyota undersöker dessa data och bestämmer sig sedan vanligtvis för att behålla en eller två designer. Underleverantören tillverkar då detaljerade prototyper för fordonstester. Under hela utvecklingsfasen håller Toyota en nära kommunikation med underleverantörer gällande specifikationer och designer. Stanna inom det bestämda designområdet Fördelen med att kommunicera om designen begränsas om någon väljer en lösning eller design utanför designområdet. Det är viktigt att alla stannar inom det gradvis avsmalnande designområdet, så utvecklare kan vara säkra på att de ändringar som görs inte kräver ändringar på övriga delsystem. En metod Toyota använder för att undvika dessa problem är en backup-design. Om en komponent genomgår förändring och inte passar med övriga systemet kan Toyota backa utvecklingen genom att gå tillbaka till den senaste designen. Kontroll genom att hantera osäkerhet vid milstolpar Genom att hålla möten där information kan växlas mellan olika funktioner, kan Toyota hantera den osäkerhet som finns mellan dessa. Undersökningar visar att använda sig av flera och mer frekventa milstolpar eller delmål där funktionerna möts i samband med ökad testning av delsystem, bidrar till snabbare utveckling, snabbare anpassningsförmåga och högre grad av innovativa lösningar.

7 Slutsats och analys Många företag verkar leta efter ett recept för effektiv produktutveckling. Men en effektiv produktutveckling kan inte nås enbart genom att följa en punktlista. De tre principerna är ingen punktlista som följs genom Toyotas produktutvecklingsprocess. Toyotas chefsingenjörer tillämpar principerna olika för varje projekt. I själva verket är implementeringen av innovativa idéer minst lika viktigt som principerna. Forskare försöker fortfarande fastställa de avgörande faktorerna för Toyotas effektiva produktutveckling med förhoppning att kunna ta fram en guide för hur man kan implementera denna metod. Men en sak är säker, kan man bemästra dessa principer och tillämpa dem, finns chansen att radikalt förbättra en design- så väl som utvecklingsprocess. Nackdelarna med denna typ av process kan vara att det kräver mycket av de personer som sätter upp de så kallade lösningsområdena. Om dessa personer har uppskattat fel så kommer det förmodligen leda till mycket extra arbete. Detta är dock inget som borde vara speciellt utmärkande enbart för denna typ av utvecklingsstrategi. De senaste åren har dock Toyota tvingats till att genomföra stora återkallelser av sina produkter runt om i världen (framförallt i Nordamerika). Omfattningen hos dessa återkallelser kan härledas tillbaka till deras modulbaserade konstruktioner ( robust design ), i de senaste fallen gällde återkallningarna gaspedalsystem och plastmattor som har använts i majoriteten av deras fordon. Relativt enkla fel som har lett till miljontals återkallade fordon, enorma penningförluster och försämrat rykte för Toyota.

8 Frågor till seminariet 1. Kan Toyotas produktutvecklingsmetoder tillämpas på andra branscher bortsett från fordonsindustrin? 2. Vad finns det för positiva och negativa sidor med denna typ av utvecklingsstrategi? 3. Vad kan det finnas för orsaker till att denna typ av utvecklings strategi har fått fotfäste inom just Toyota och att den inte har anammats hos t.ex. de amerikanska biltillverkarna? 4. Vad kan felaktigt satta lösningsgränser leda till? Ordlista Trade-offs Trade-offs innebär att förlora en kvalitet eller en aspekt av något i gengäld för att få en annan kvalitet eller aspekt; en kompromiss. Det innebär att i ett beslut ha fullständig förståelse av både upp-och nedsidan av ett visst val. Delsystem (subsystem) Delsystem eller subsystem utgör en del av ett större överordnat system. Funktion I samband med Toyotas utvecklingssystem används functions för att benämna de olika utvecklingsavdelningarna. Exempel på funktioner inom Toyotas produktutveckling är t ex karossutveckling, chassiutveckling och produktionsutveckling. Referenser D. Sobek, A. Ward & J. Liker (1999). Toyota s Principles of Set-Based Concurrent Engineering; Sloan Management Revie. Winter 1999; 40; 2; ABI/INForm Global pg. 67