Hållbar produktionsutveckling

Hållbar produktionsutveckling Professor Jan Eric Ståhl, Industriell produktion Lunds universitet SPS11 - SME, Lund 2011-05-06 Innehåll: Historiskt perspektiv. Produktionsutveckling idag. Kostnadsrelaterade produktionsparametrar (nyckeltal). Utmaningar och möjligheter. TillverkningsEkonomisk simulering. OEE och andra ekonomiskt baserade nyckeltal. Sustainable Production Initiative

Utvecklingskoncept Tekniska transformationer 1. Hantverksmässig produkon, 1850 2. Masstilverkning väsentligen baserat på Taylorism, 1930 3. Flexibel produktion baserad på konceptet Lean Production, 2005. 4. Hållbar produktion baserad på deterministisk utveckling Produktionsutvecklingskonceptet NEXT STEP, 2005. Sustainable Production Initiative

1. Hantverksmässig bilproduktion Panhard et Levassor i Paris var 1894 världens ledande biltillverkare. Kundanpassad enstycksproduktion Högt kvalificerad arbetskraft avseende design, maskinanvändning och tillpassning vid montage. Starkt decentraliserad organisation inom ett geografiskt begränsat område, en stad, under ledning av en ägare/entreprenör med direkt kontakt med alla involverade kunder, anställda och leverantörer. Användning av generella verktyg och maskiner. Låg produktionsvolym 1000 bilar eller färre per år. Hög produktionskostnad oberoende av volym. Panhard et Levassor 1898 Landaulette Modifierad efter: Ekholm (2006) Sustainable Production Initiative

2. Henry Fords massproduktion Ford T 1908 1912 Enkel att tillverka Enkel att köra och reparera Lågt pris Tekniska innovationer: Bättre ingående material med avseende på producerbarhet. Högre verktygsprestanda, övergång till bl.a. snabbstål. Kvalitetskontroll, mätinstrument med hög precision. Standardiserade reservdelar. Automatisering av svetsning, fräsning, gjutning. Specialiserad maskinutrustning med reducerad ställtid. Sammankopplade produktionsflöden. Enkelt och entydigt montage. Ökad Standardisering: samma chassi, 9 olika karosser (plattformstänkande?). Sustainable Production Initiative

F. W. Taylors 5 enkla principer Taylorismen = total förutsägbarhet Lyft allt ansvar för organiserandet av arbetet från arbetaren till chefen. Använd vetenskapliga (beprövade) metoder. Urval (i vid bemärkelse). Träning. Övervakning och kontroll. Efter: J-E Rendahl, (2004) Jan Eric Ståhl, 2010 janeric.stahl@iprod.lth.se Industriell Produktion, Lunds universitet Sustainable Production Initiative 5

3. Konceptuell tolkning av Lean Production Förändring L e a n M a n u f a c t u r i n g M å l o c h filo so fie r E lim in erin g a v fö rlu ster Just-In T im e N o ll fe l Förvaltning A ktiviteter som prim ärt s y fta r till stä n d ig a effektivitetsförbättringar A k tiv ite te r so m p rim ä rt sy fta r till att bibehålla och förvalta redan u ppnådd effe k tiv ite tsn iv å F örslagssystem Ö k a d p ro d u k tiv ite t o c h /e lle r k v a lite t Förvaltning V id m a k th å lla b e fin tlig p roduktivitets- och kvalitetsnivå V erktyg och m etoder Q C - c ir k la r SM ED G ruppteknologi K a n b a n 5 W hy 5 S U tjäm na produktionen Ericsson J. (1997) V isu a lise ra r P rio rite ra r In citam entsskapande M o tiv a tio n K unskap F le x ib ilite t P e rso n a lsta b ilite t V isu aliserin gssystem S m å la g e r ( J I T ) A ndon S tatistisk u p p fö ljn in g a v m askinutnyttjande, kassationer,osv (SPC ) Personalrelaterade system U tb ild n in g A n s tä ll n in g s f ö r f a r a n d e L ö n e s y s te m Jäm likhet Säkerhet och arbetsm iljö

Fortlöpande samverkan mellan marknad, produktutveckling och produktion NEXT STEP Ståhl J-E, Rundqvist T, Andersson C (2011)

Primärt kan 5 loopar identifieras: 1. Avvägningen och optimering mellan kundvärde och produktionsvärde. 2. Produktionsanpassning av produkten före produktionsstart. 3. Produktionsoptimering under pågående produktion. 4. Löpande produktoptimering med avseende på kundvärde och produktionsvärde för etablerade produkter. 5. Erfarenhetsuppbyggnad där kunskaper och erfarenheter från etablerade produkter används för optimering av nya produkter och nya produktionssystem.

Produktionsutveckling och utvecklingstransformationer Positiva karaktärsdrag Progression 2005 Next Step Lean Production 1935 Massproduktion och Taylorism 1900 Hantverksmässig produktion???????? 2005 1935 1900 Tydlig länk mellan teknik och ekonomi Målfunktioner Ekonomiska nyckeltal Ekonomiskt baserat beslutsunderlag Systematisk ProduktionsAnalys Probleminsikt och medvetenhet, nyckeltal (KPI) Engagemang, delaktighet och motivation, bl.a. genom formaliserade arbetssätt/verktyg Förvaltning och utveckling i samma organisation Vetenskapligt beprövade metoder och förutsägbarhet Standard, och standardiserat arbetssätt Flexibilitet Kundanpassning Ståhl J-E (2011)

Grunden i NEXT STEP bygger väsentligen på tillverkningsekonomisk analys och simulering Skapa en länk mellan ekonomiskt utfall och teknisk prestanda i ett produktionssystem. Tydliggöra vilka parametrar som driver kostnader och prestanda i ett tillverkningssystem Formulera målfunktioner vid produktionsutveckling. Skapa ett ekonomiskt baserat beslutsunderlag vid all form av produktionsutveckling. NEXT STEP Lean Production Massproduktion

Kostnadsanalys är en kärna i NEXT STEP Kostnadsmodell skall integrera: Nominella produktionsparametrar Prestandaparametrar Kostnadsparametrar Metodik för generering av relevanta indata: Kategorisering av orsaker till förluster Koppling av orsaker ll produkonsresultat SPA Kontinuerlig dokumentation som kan ligga till grund för kunskapsuppbyggnad. Med resultat gärna i kr/styck! Sustainable Production Initiative

Systematisk ProduktionsAnalys Faktorgrupper Kategoriserad lista över orsaker som styr inflytandet på produktionssäkerheten och resultatparametrarna. Används som underlag vid Systematisk ProduktionsAnalys. Resultatparametrar Kvalité Q orsaker Stillestånd S Produktionssäkerhet avser: Rätt kvalitet: Dimension, ytbeskaffenhet, egenskaper som påverkar funktion och prestanda Rätt tid: Leveransklar vid rätt tidpunkt Rätt kostnad: Tillverkningskostnaden ska ej överstiga den kalkylerade kostnaden P MK Produktionstakt Miljö- och kretsloppsparametrar

Faktorgrupper (A-D) A. Verktyg: Geometri, yt eller materialrelaterade faktorer B. Arbetsmaterial, ämne Geometri, yt eller materialrelaterade faktorer C. Förädlingsprocessen Utrustning, fixtur, processdata, processtillsatser D. Personal och organisation Handhavande, instruktioner, arbetsformer, ansvar

Faktorgrupper (E H) E. Slitage och underhåll Verktygs och processrelaterade faktorer vid oplanerat och planerat underhåll F. Speciella processbeteenden Fel/faktorer kopplade till enskilda processers uppträdande, t.ex. löseggsbildning, gallning, svetsstänk, spåntrassel G. Kringutrustning Faktorer kopplade till materialhanteringsutrustning H. Okända faktorer Faktorer som ej kan kopplas till någon av ovanstående

Produktionssäkerhetsmatris (PSM) - Metodik för generering av indata Faktorgrupper A. Verktyg och. verktygssystem B. Arbetsmaterial och. ämne Kvalitetsparametrar Q 1, Q 2 Stilleståndsparametrar S 1, S 2 Produktionshastighetsparametrar P 1, P 2 Miljö- och Kretsloppsparametrar MK 1, MK 2 Σ Faktorer C. Process 300 D. Personal och org. 100 E. Slitage och underhåll 100 F. Speciella faktorer 100 G. Kringutrustning 100 H: Okända faktorer 0 Σ Resultatparametrar 200 400 200 100 100 100 Grunden för en Systematisk ProduktionsAnalys, SPA Sustainable Production Initiative

Modell för beräkning av tillverkningskostnaden Tool cost Material cost Equipment cost (running) Equipment cost (downtime) Wage cost Sustainable Production Initiative

Tidsparametrar, t 0 och T su Sustainable Production Initiative

Förlustparametrar

Seriestorlek, N0

Utvecklingsparametrar Sustainable Production Initiative

Fördelning av tillverkningskostnaden Raw material Tools and liquids Equipment cost Equipment downtime cost Wage cost Maintenance cost External costs Sustainable Production Initiative

Uppbyggnad av totalkostnad Total detaljkostnad Sustainable Production Initiative

Utmaningar Identifiera tillförlitlig information om produktionsprestanda Uppföljningsmetod och verktyg Kunskaper om ideala produktionsförhållanden Operatörskompetens Återkoppling i organisationen Göra kostnadsanalysen tillgänglig i organisationen Datorstöd med användarvänligt gränssnitt Carin Andersson (2010) Sustainable Production Initiative

Möjligheter Beräkna verklig kostnad per producerad detalj. Identifiera kostnadsdrivare. Identifiera kostnadseffektiva utvecklingsaktiviteter. Simulera utfall av olika utvecklingsscenarier. Jämföra kostnader mellan olika produktionssystem. Sustainable Production Initiative

Deterministisk produktionsutveckling Vad skall utvecklas? 1. Övergripande analys, avgränsningar och inledande formulering av mål. 2. Systematisk ProduktionsAnalys med rätt förberedelser och förutsättningar. 3. Beräkning av tekniska och ekonomiska nyckeltal. 4. TillverkningsEkonomisk Simulering och bedömning av olika utvecklingsscenarier. 5. Förbättring/Utveckling a. Val av mål och målfunktioner. b. Realiserbarhetsbedömning och formulering av utvecklingsprojekt. c. Genomföra/implementera utvecklingsprojekt. Identifiering av kritiska produktionsavsnitt Parameterinsamling Till SPA Beräkning av Nyckeltal till TES Tillverkningsekonomisk simulering Målfunktioner för produktionsutveckling Förslag på utvecklingsinsatser Sustainable Production Initiative

n m Detalj A Batch 1 På vilken nivå skall studier göras och vad skall mätas? Hur representativ är en batch i grupp av batcher för en och samma detalj? Hur representativ är en detalj i förhållande till en annan detalj? z Detalj B Batch 1 Detalj X Batch 1 Hur representativ är en detalj i förhållande till alla andra detaljer? Hur pass unika lösningar skall sökas? Förbättringar knutna till: Enskild detalj. Enskild batch. Enskild produkt. Produktfamilj. Alla produktfamiljer. All produktion.

Ekonomiska nyckeltal Vad avses? Tal, värde på en parameter som har en direkt relation till kostnaden för att tillverka en detalj, d.v.s. på ett eller annat sätt ingår nyckeltalet i en kostnadsmodell. Vad används nyckeltal till? Följa utvecklingen av en produktion, produktionsavsnitt, produkt/detalj eller batch av detaljer. Bedöma olika utvecklingsscenarier med avseende på tillverkningskostnaden. Bedöma förbättringspotentialen i en produktion eller produktionsavsnitt med avseende på tillverkningskostnaden.

Frågor? FoU Samarbeten, kurser eller seminarier kontakta: Professor Jan Eric Ståhl Production and materials engineering Lund University Box 118 221 00 Lund Tel. 46 46 222 8595, 46 (0) 70 564 8595 Jan eric.stahl@iprod.lth.se Homepage: www.iprod.lth.se Lund Stockholm Sustainable Production Initiative

OEE, Overall Equipment Efficiency T b q S,T su q P OEE B A C B D C D A qq Inkl. beläggningsbrist? t 0 N 0 OEE = TAK Källa: Okänd Jan Eric Ståhl jan eric.stahl@iprod.lth.se Sustainable Production Initiative

RB Batch Batch P S Q su Batch Batch RB RB P S Q su Batch U OEE OPE q q q N t T N t OPE T U U q q q N t T N t OEE ) )(1 )(1 (1 1 ) )(1 )(1 (1 0 0 0 0 0 0 0 0 OPE, Overall Process Efficiency OEE, Overall Equipment Efficiency

TillverkningsEkonomisk Verkningsgrad, E E k Ideal ( q, q, q, T 0, U Q S P k Su Verklig RB 1.0) k ( 1 ) pot E k Verklig k Verklig k Ideal (Kostnadsrelativ produktivitet) Sustainable Production Initiative

TillverkningsEkonomisk Verkningsgrad, E,Mat E, Mat k Ideal ( q Q, q S, q P k, T Su Verklig 0, U k B RB 1.0) k B (Kostnadsrelativ produktivitet, exklusive materialkostnad k B ) Sustainable Production Initiative

Exempel på samband OEE och detaljkostnad k Hur mycket kostar det att producera en detalj med en viss produktionsprestanda jämfört med ideala förhållanden? k [kr/det] Effekten av en halvering av förlusttermerna. 800 600 400 200 Ideal Ideal 0 0 0 50 100 150 200 N 0 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 OEE k OEE q S = 0.40, q Q = 0.05, q P = 0.10, U RB = 0.90 k OEE q S = 0.20, q Q = 0.025, q P = 0.05, U RB = 0.95 Ideal k OEE q S = 0.0, q Q = 0.0, q P = 0.0, U RB = 1.0, T su = 0.0

Tillverkningsekonomisk verkningsgrad η E och potentiell besparing per detalj k pot k [kr/det] 800 600 Ideal 1.2 η E 1 0.8 k pot [kr/det] 800 600 k pot ( 1 ) k E 400 0.6 400 200 Ideal 0.4 0.2 200 0 0 0 50 100 150 200 N 0 0 0 50 100 150 200 N 0 k η E q S = 0.40, q Q = 0.05, q P = 0.10, U RB = 0.90 k η E q S = 0.20, q Q = 0.025, q P = 0.05, U RB = 0.95 Ideal k η E q S = 0.0, q Q = 0.0, q P = 0.0, U RB = 1.0, T su = 0.0

Tillverkningsekonomisk verkningsgrad η E och potentiell besparing k pot η E 1.2 1 Ideal 1.2 1 OEE 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 η E OEE q S = 0.40, q Q = 0.05, q P = 0.10, U RB = 0.90 0 0 0 50 100 150 200 N 0 η E OEE q S = 0.20, q Q = 0.025, q P = 0.05, U RB = 0.95 Ideal η E OEE q S = 0.0, q Q = 0.0, q P = 0.0, U RB = 1.0, T su = 0.0

Jämförelse av fördelningen mellan OEE och η E, Mat (TEV) S 1 0.8 0.6 OEE Prod. X 0.4 η E, Mat 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 OEE, η E, Mat

Exempel på kvot mellan η E och OEE för en viss produkt X under 23 batcher E OEE 1.2 1.15 1.1 1.05 1 0 5 10 15 20 25 Batcher j sorterade i ökat värde på η E

Exempel på statistisk fördelning S j mellan värdeskapande aktiviteter η E och förluster 1-η E S j 1 0.8 0.6 0.4 η E 1-η E Värdeskapande Förluster aktiviteter q B q Q q S q P x su U RB 0.2 Materialspill, Kassationer, Stillestånd, Taktförluster, Ställtider, Beläggningsbrist 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 η E

Exempel på samband OEE, η E och detaljkostnad k [kr/h] 1000 900 800 1000 900 800 q S = 0.40 700 600 500 q S = 0.40 q S = 0.20 700 600 500 q S = 0.20 400 Ideal 300 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 OEE 400 Ideal 300 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 η E

Exempel på samband mellan OEE och η E 1 0.8 0.6 Ideal q S = 0.20 0.4 q S = 0.40 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 OEE

TillverkningsEkonomisk Verkningsgrad, E E 1 Emax q S Emin q S 0.8 0.6 0.4 0.2 Vanliga värden inom. verkstadsindustrin Max Min 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 q S Sustainable Production Initiative