Ręczne przemieszczanie materiałów jest uciążliwe i powolne: Jak zakłady produkcyjne mogą dokonać modernizacji przy niskim koszcie?

W warsztatach produkcyjnych wiele problemów z efektywnością nie wynika od samego sprzętu produkcyjnego. Często pojawiają się one w łatwo pomijanym obszarze: przepływie materiałów.

Części poruszają się ze składu do stanowisk roboczych, z montażu do kontroli jakości, a następnie z kontroli jakości do wysyłki. Może to wyglądać jak proste przenoszenie przedmiotów z jednego miejsca do drugiego, ale przy dużej częstotliwości, długich odległościach i ciężkich ładunkach przemieszczanie materiałów staje się ukrytą przeszkodą w rytmie produkcji.

Ręczne przemieszczanie nie tylko zajmuje czas pracowników, ale także zakłóca wykonywaną przez nich pracę. Dotyczy to szczególnie ciężkich palet, skrzynek z materiałami oraz półwyrobów. Gdy zadania te polegają na użytkowaniu ręcznych wózków, przenoszeniu i długotrwałym oczekiwaniu, mogą wystąpić trzy problemy:

Po pierwsze, rytm produkcji staje się niestabilny.

Czas przybycia materiałów zależy często od harmonogramu personelu oraz szybkości reakcji zespołu na miejscu.

Po drugie, obciążenie pracowników wzrasta.
Powtarzające się przemieszczanie materiałów, chodzenie na duże odległości, pochylanie się, podnoszenie i układanie materiałów zwiększają zmęczenie i mogą również wpływać na bezpieczeństwo na miejscu pracy.

Po trzecie, zarządzanie na miejscu staje się mniej przejrzyste.
Gdzie znajdują się materiały, czy przetwarzanie zostało już zakończone oraz czy można je przesłać do kolejnego etapu – to pytania, na które potrzebne są jednoznaczne zapisy. Bez systemowego śledzenia łatwo dochodzi do oczekiwania, gromadzenia materiałów i wielokrotnego potwierdzania informacji.

Optymalizacja przepływu materiałów nie sprowadza się więc po prostu do zastąpienia ludzi sprzętem. Chodzi o zmianę procesu produkcyjnego – od sytuacji, w której „ludzie szukają materiałów, a materiały czekają na ludzi”, do sytuacji, w której „materiały poruszają się zgodnie z rythmem, a sprzęt aktywnie łączy poszczególne etapy procesu.”

1. Automatyzacja niskobudżetowa nie oznacza automatyzacji niskopoziomowej

Gdy wiele firm słyszy słowo „automatyzacja”, pierwszą reakcją jest wysokie inwestycje, długi czas wdrażania oraz trudności związane z modernizacją.

W rzeczywistej produkcji jednak nie każdy proces wymaga skomplikowanej i kosztownej transformacji całej linii produkcyjnej. Przenoszenie materiałów, dopasowanie stanowisk roboczych, buforowanie skrzynek z materiałami oraz cyrkulacja półwyrobów są szczególnie odpowiednie do zastosowania niskobudżetowej automatyzacji.

Sercem taniej automatyzacji nie jest maksymalne skomplikowanie systemu. Zamiast tego problemy, które można rozwiązać za pomocą konstrukcji mechanicznych, należy rozwiązywać właśnie za pomocą konstrukcji mechanicznych, podczas gdy zagadnienia wymagające koordynacji przez system sterowania powinny być obsługiwane przez czujniki, oprogramowanie oraz systemy dystrybucji.

Na przykład w przypadku transportu i buforowania pojemników z materiałami można wykorzystać taśmy wałkowe, nachylone konstrukcje, mechanizmy pozycjonujące oraz modułowe stanowiska robocze, umożliwiając częściowy ruch materiałów siłą grawitacji. Dzięki temu zmniejsza się potrzebę stosowania skomplikowanych siłowników, takich jak silniki czy cylindry pneumatyczne, a także obniża się stopień trudności późniejszego konserwowania systemu.

Jednak tania automatyzacja nie oznacza całkowitego rezygnowania z systemów elektrycznych. Gdy system musi określić, czy dane stanowisko robocze jest w pełni załadowane, czy materiały ukończyły wymagany okres magazynowania, czy też czy AGV/AMR może wejść na punkt dokowania, konieczne są czujniki i systemy cyfrowe.
Prawdziwie wydajnym rozwiązaniem jest często połączenie konstrukcji mechanicznych, transportu wykorzystującego siłę grawitacji, robotów mobilnych oraz systemów informacyjnych.

2. Od ręcznego przemieszczania do automatycznego przepływu – kluczem jest połączenie stanowisk roboczych

W tradycyjnych zakładach materiały zwykle przemieszczają się w oddzielnych etapach.

Magazyn zarządza jedna grupa osób, montaż – inna, kontrola jakości – kolejna, a wysyłka – jeszcze inny dział. Każdy z tych procesów może działać poprawnie samodzielnie, ale połączenia między nimi często nadal opierają się na ręcznym przemieszczaniu materiałów.

W rezultacie każde stanowisko pracy może wydawać się stosunkowo wydajne, lecz cały proces nadal nie przebiega płynnie.

Wartość zautomatyzowanego przepływu materiałów polega na połączeniu tych odizolowanych punktów.

Kompletne rozwiązanie przepływu materiałów zwykle obejmuje kilka elementów:

Magazyn do przechowywania i buforowania materiałów.
Zautomatyzowane stanowiska robocze do dostarczania materiałów, ich tymczasowego przechowywania oraz zwrotu.
Szyny rolkowe lub konstrukcje transportowe umożliwiające niskooporowy ruch skrzynek i palet z materiałami.
Samodzielne roboty mobilne (AMR) lub bezpieczne wózki sterowane automatycznie (AGV) do transportu automatycznego między różnymi obszarami.
Czujniki oraz systemy dystrybucji służące do identyfikacji statusu stanowisk roboczych, przypisywania zadań transportowych oraz rejestrowania informacji o materiałach.

W ten sposób materiały nie zależą już od przypadkowego ich przenoszenia ręcznie przez osobę. Zamiast tego automatycznie przechodzą do kolejnego etapu procesu zgodnie ze zaprojektowanym przepływem pracy.

Na przykład materiały mogą być pobierane z magazynu przez robota mobilnego i dostarczane na stanowisko montażowe. Po ukończeniu montażu nośnik jest przesuwany do kolejnego etapu procesu. Po kontroli jakości lub utwardzaniu wraca do magazynu lub trafia do strefy wysyłki.
W trakcie tego procesu pracownicy nie spędzają już dużych ilości czasu na manipulowaniu materiałami. Mogą skupić się na montażu, kontroli jakości, diagnozowaniu i innych czynnościach, które rzeczywiście generują wartość.

3. Modułowe profile aluminiowe są ważną podstawą niskobudżetowej automatyki

W tego typu rozwiązaniach przepływu materiałów konstrukcje z profili aluminiowych odgrywają często bardzo ważną rolę.

Powód jest prosty: tania automatyzacja nie jest jednorazowym, stałym projektem. Musi być ciągle dostosowywana do rzeczywistych warunków na miejscu produkcji.

Obecnie wysokość stanowiska roboczego może wynosić 750 mm. Jutro, jeśli będzie używana inna skrzynka na materiał, może okazać się konieczne dostosowanie struktury prowadzącej.
Obecnie zaopatrzenie może odbywać się ręcznie. W przyszłości, po dodaniu dokowania AMR, należy zapewnić odpowiednie miejsce na pozycjonowanie i wprowadzanie.
Jeśli obecny rytm produkcji nie jest wysoki, proste buforowanie może być wystarczające. Gdy później wzrośnie moc produkcyjna, mogą być wymagane dodatkowe taśmy transportowe, mechanizmy zatrzymujące oraz konstrukcje ochronne.

Jeśli wszystko zostanie wykonane z zgrzewanych ram stalowych, późniejsze modyfikacje będą kosztowne.
Profilowe aluminiowe elementy przemysłowe oferują jednak wyraźne zalety: lekką konstrukcję, dużą wytrzymałość, szybką instalację oraz łatwą regulację. Mogą być również stosowane w połączeniu z kątownikami, łącznikami, kółkami, panelami drzwiowymi, osłonami, torami rolkowymi oraz innymi akcesoriami do szybkiego budowania stanowisk roboczych, regałów materiałowych, wózków, regałów buforowych i ram urządzeń zautomatyzowanych.

W systemie przepływu materiałów profile aluminiowe nie służą jedynie do budowy ramy – są integralną częścią całego interfejsu zautomatyzowanego.

Muszą one przenosić ciężar towarów, zapewniając przy tym dokładność dokowania.
Muszą dostosować się do układu obiektu, pozostając przy tym łatwe w późniejszej konserwacji.
Muszą współpracować ze strukturami mechanicznymi, a jednocześnie zapewniać miejsca montażowe dla czujników, urządzeń ograniczających, zatrzymujących, paneli drzwiowych, osłon oraz innych funkcji.

Dlatego nawet pozornie prosta konstrukcja regału materiałowego lub stanowiska roboczego sprawdza ogólne zrozumienie projektowania konstrukcji, rytmu pracy obiektu oraz scenariuszy zastosowania.

4. Rzeczywiste zwiększenie wydajności wynika z mniejszego oczekiwania, mniejszego manipulowania materiałami oraz mniejszej liczby przerwań

Gdy wiele firm wdraża automatyzację, skupia się zwykle wyłącznie na sprzęcie: czy wózek jeździ wystarczająco szybko, czy ramię robota jest drogie, czy linia transportowa jest wystarczająco długa.

W rzeczywistej produkcji ważniejsze jednak jest to, czy proces przebiega w sposób ciągły.

Dobre rozwiązanie przepływu materiałów powinno zapewniać następujące warunki:

Materiały nie gromadzą się w stosy.
Stanowiska pracy nie pozostają puste w oczekiwaniu.
Pracownicy nie opuszczają wielokrotnie swoich stanowisk w celu przemieszczania materiałów.
System zna aktualny status każdego nośnika.
Urządzenia mogą stabilnie łączyć się ze sobą zamiast wymagać każdorazowej ręcznej regulacji.

Gdy tylko te problemy zostaną rozwiązane, zmiany na miejscu produkcji stają się bardzo widoczne:

Pracownicy zużywają mniej energii fizycznej i pracują bardziej równomiernie.
Przepływ materiałów staje się bardziej przejrzysty, a zarządzanie miejscem pracy ułatwia się.
Rytm produkcji staje się bardziej kontrolowalny, a czas oczekiwania skraca się.
Rozszerzanie w przyszłości staje się łatwiejsze, bez konieczności każdorazowego budowania wszystkiego od podstaw.

Jest to również najcenniejsza część niskobudżetowej automatyzacji. Nie ma na celu jednorazowego stworzenia zaawansowanego, bezobsługowego warsztatu, lecz zaczyna się od procesów, które są najbardziej uciążliwe, najczęściej występujące i najbardziej marnotrawne.

Zacznij od jednej półki na materiały, jednego stanowiska roboczego, jednego odcinka taśmy transportowej lub jednej trasy transportowej.
Gdy przepływ materiałów stanie się płynny, wydajność miejsca produkcji stopniowo wzrośnie.

5. Modernizacja produkcji nie musi zaczynać się od dużych projektów

Dla wielu małych i średnich przedsiębiorstw produkcyjnych najbardziej praktyczną drogą do automatyzacji nie jest realizacja wszystkiego naraz, lecz postępowanie etapami.

Etap 1: Zidentyfikuj najbardziej często wykorzystywane trasy transportowe na miejscu.
Jakie materiały należy przekazywać codziennie? Na jakich stanowiskach pracy często występuje oczekiwanie na materiały? Które procesy zużywają najwięcej pracy manualnej?

Krok 2: Określ, które czynności można zastąpić strukturami mechanicznymi.
Na przykład buforowanie, poślizg, prowadzenie, pozycjonowanie oraz tymczasowe przechowywanie można często realizować za pomocą taśm transportujących z rolek, stanowisk roboczych z profili aluminiowych oraz prostych mechanizmów.

Krok 3: Następnie rozważ, czy potrzebne są roboty mobilne lub systemy transportowe.
Jeśli częste są operacje transportu międzyobszarowego, odległości są duże, a rytm pracy jest stosunkowo stabilny, można wprowadzić roboty mobilne (AMR), wózki sterowane automatycznie (AGV) lub linie transportowe.

Krok 4: Zarezerwuj miejsce na przyszłą rozbudowę.
Wysokość stanowisk roboczych, rozmiar pojemników na materiały, miejsca montażu czujników, konstrukcje drzwi ochronnych oraz przejścia serwisowe powinny zostać zaplanowane z wyprzedzeniem, aby uniknąć powtarzanych modyfikacji w przyszłości.

Automatyzacja nie polega na zastąpieniu konkretnej osoby. Chodzi o zwiększenie stabilności operacji na miejscu, uwolnienie pracowników od powtarzającej się pracy ręcznej oraz wyraźniejsze określenie rytmu produkcji.

Podsumowanie

W fabrykach wzrost efektywności często nie wynika z zakupu jednego drogiego urządzenia, lecz z przeorganizowania szczegółów procesu.

W jaki sposób materiały docierają na miejsce, jak się poruszają, gdzie się zatrzymują, kiedy wchodzą w kolejny etap procesu, kto określa ich status oraz w jaki sposób urządzenia łączą się ze sobą – te pozornie banalne pytania decydują o rzeczywistej efektywności miejsca produkcji.

Wartość niskobudżetowej automatyzacji polega na zapewnieniu płynniejszego przepływu materiałów w sposób bardziej elastyczny, dostosowalny i skoncentrowany na konkretnym miejscu.

W przypadku ram urządzeń zautomatyzowanych, linii transportowych, stacji roboczych z regałami do przechowywania materiałów, konstrukcji torów wałkowych oraz zastosowań profili aluminiowych przemysłowych przyszły nacisk nie będzie się ograniczał jedynie do budowy konstrukcji, lecz także do zapewnienia jej rzeczywistego udziału w rytmie produkcji, dzięki czemu stanie się ona integralną częścią inteligentnego zakładu produkcyjnego.