Zarządzanie

Pod drzewem poznania. Zasilone danymi World Class Manufacturing

Sebastian Szram 4 maja 2020

W dobie pokolenia Millenialsów panuje już czwarta rewolucja przemysłowa. Coraz głębiej wkraczamy również w epokę Internetu rzeczy. Producenci dążą do tego, aby wszystkie komputery, maszyny i urządzenia były ze sobą połączone w jeden spójny i wydajny system produkcyjny. Co stanowiło punkt zwrotny, sygnał do rozpoczęcia czwartej rewolucji przemysłowej?

Spójrzmy na rozwój systemów produkcyjnych i operacyjnych w okresie rewolucji przemysłowych w poszukiwaniu odpowiedzi.


Pierwsza rewolucja przemysłowa

To przede wszystkim mechanizacja, która nastąpiła w XVIII wieku. Za jej symboliczny początek można uznać 1769 rok, w którym James Watt opatentował swoją zmodyfikowaną wersję maszyny parowej. Poznano moc, której wykorzystanie do celów przemysłowych było największym przełomem w dziejach ludzkiej produkcji. Od tej pory, zamiast siły ludzkich mięśni, zaczęto wykorzystywać silniki parowe. W efekcie wynalazki takie jak parowóz przyczyniły się do dynamicznego rozwoju cywilizacji przez umożliwienie przewożenia towarów na znaczne odległości w krótszym czasie. W roku 1850 amerykański wynalazca i przedsiębiorca El Whitney stworzył koncepcję części zamiennych, co stanowiło fundament dla kolejnej rewolucji przemysłowej. Jako pierwszy bowiem Whitney wprowadził zasadę podziału pracy, naprawiając na skalę przemysłową popsute muszkiety. Wtedy to pojawił się po raz pierwszy termin „normalizacji”.


Druga rewolucja przemysłowa

Elektryfikacja zaczęła się w XIX w. wraz z wynalezieniem elektryczności i linii montażowej,  na której początkowo składano pojazd od A do Z na jednym stanowisku roboczym. Dzięki drugiej rewolucji przemysłowej produkowano go już etapami, na przenośniku, co znacznie przyspieszyło proces produkcyjny i obniżyło koszty finalne produktu. 1 grudnia 1913 r. – to oficjalny dzień, symboliczna data rozpoczęcia pracy pierwszej taśmy w zakładach Highland Park w Detroit, na której montowano samochód osobowy Ford T. Niemalże w tym samym czasie Frederick Winslow Taylor sporządził pierwszą analizę pracy oraz wprowadził pierwsze standardy pracy. Nie bez znaczenia były również innowacje w sposobie projektowania stanowisk roboczych oraz metodach szkolenia pracowników. Jego, wydana w 1911 r., książka pt. „Zasady naukowego zarządzania” została uznana przez Akademię Zarządzania za jedną z najbardziej wpływowych publikacji w dziedzinie zarządzania. Koncepcje Taylora zakładały znaczny w rozwój nauki o zarządzaniu w oparciu o:

  • Optymalizację, czyli jak najlepsze wykorzystanie środków produkcji,
  • Specjalizację, czyli skupienie się pracownika na wykonywaniu jednej czynności oraz
  • Standaryzację, czyli stworzenie jednakowych zasad wykonywania poszczególnych zadań.

Okres ten był szczególny dla rozwoju metod zarzadzania jakością. W 1947 roku William Edwards Deming przybył do Japonii, aby pomóc władzom okupacyjnym w dokonaniu spisu ludności. Deming był pierwszym amerykańskim specjalistą, który w sposób metodyczny przekazywał japońskim inżynierom i menedżerom wiedzę na temat statystycznej kontroli jakości. Określany jest jako prekursor w dziedzinie zarządzania jakością i ciągłego doskonalenia organizacji. Dzięki opracowanym i wprowadzonym w życie metodom kontroli jakości, przyczynił się do odbudowy japońskiej gospodarki po drugiej wojnie światowej.  W 1981 roku został zatrudniony jako konsultant przez Ford Motor Company, w celu zwiększenia sprzedaży. Dzięki rozwiązaniom wdrożonym przez Deminga, w 1986 roku Ford stał się najbardziej dochodową firmą motoryzacyjną na świecie.

W 1950 roku Taiichi Ohno oraz Shigeo Shingo tworzyli najsłynniejszy w historii system produkcyjny: System Produkcyjny Toyoty, rozwijając koncepcje m.in. systemu ssącego, Kanban, just in time oraz SMED. Czterdzieści lat później James Womack, Daniel T. Jones oraz Daniel Roos dokonali analizy Systemu Produkcyjnego Toyoty i wydali książkę pt. „Machine That Changed The World”. Po raz pierwszy użyto wówczas określenia Lean Manufacturing, która zaadaptowała wiele narzędzi oraz technik wywodzących się nie tylko z Toyoty, ale również z wielu innych metod jakościowych.

W 1960 roku Seiichi Nakajima rozwinął w Japonii system Total Productive Maintenance, który był stosowany również w USA, jednak kluczową kwestią dla dalszego rozwoju było wprowadzenie wskaźnika Overall Equipment Effectiveness (OEE)  jako miernika efektywności oraz skuteczności prowadzonych na maszynach działań.


Trzecia rewolucja przemysłowa

Cyfryzacja przedsiębiorstw zaczęła się w latach 70. XX wieku wraz z wdrożeniem częściowej automatyzacji produkcji za pomocą programowalnych sterowników PLC oraz komputerów. Od kiedy wprowadzono te technologie, zyskaliśmy możliwość automatyzacji całego procesu produkcji. Znanymi przykładami zastosowania tego podejścia jest wykorzystanie robotów wykonujących zaprogramowane sekwencje czynności bez ludzkiej interwencji. Warto również wspomnieć, że w tych samych latach powstawały systemy SCADA (supervisory control and data acquisition), czyli systemy informatycznego nadzorującego przebieg procesu technologicznego. Istotną kwestią jest fakt, że system ten pełni rolę nadrzędną w stosunku do sterowników PLC i innych urządzeń. Można pokusić się nawet o stwierdzenie, że SCADA była pewnego rodzaju początkiem dla Internetu rzeczy, z tą różnicą, że koncertowała się na monitorowaniu i kontroli parametrów procesu. Dzisiejszy Internet rzeczy skupia się natomiast głównie na wymianie oraz analizie danych maszynowych w celu poprawy wydajności całego procesu produkcyjnego. Warto wspomnieć, że niewiele wcześniej tj. w 1940 roku  Alan Turing stworzył pierwszy komputer. Trzydzieści lat później Bill Gates stworzył natomiast firmę Microsoft zajmującą się produkcją oprogramowania. Dodatkowo zaczęto rozwijać systemy CAD (computer aided design), do projektowania wspomaganego komputerowo, bez którego nie mogli byśmy mówić o dzisiejszych rozwiązaniach cyfrowego bliźniaka.

Kolejne lata bardzo mocno sprzyjały zarówno rozwojowi komputeryzacji, informatyzacji oraz metod Lean, dzięki uporządkowaniu narzędzi oraz wydaniu wielu książek m.in. „Lean Thinking” oraz „Learning to see”. W roku 1980 IBM wydał pierwszy komputer PC, natomiast w 1985 r. Michael Dell rozpoczął masową produkcję sprzętu komputerowego. Ciekawostką jest to, że z początku uważano, że światowy rynek komputerów to max. pięć sztuk.

W 1990 roku Tim Berners-Lee stworzył Internet, czyli słynne http oraz world wide web. Jest to z pewnością największy kamień milowy obok CAD’a oraz SCADY, które stanowiły podwaliny do powstania przemysłu 4.0. Pierwsze strony www pojawiły się już w 1991 roku. Zaledwie trzy lata później powstały pierwsze blogi oraz e-sklepy. Rozpoczęto rozwój bankowości elektronicznej oraz pierwszych komunikatorów. Dzięki wdrożeniu techniki VoIP możliwe stało się przesyłanie dźwięków mowy za pomocą łączy internetowych. 2004 rok był początkiem pierwszych serwisów internetowych, w których działaniu najważniejszą rolę odgrywała treść generowana przez użytkowników. Internet sprawił, że ludzie zaczęli masowo komunikować się ze sobą. Możliwość wymiany informacji między ludźmi i maszynami w czasie rzeczywistym wydaje się być przełomem stanowiącym podstawę do wkroczenia do kolejnej rewolucji przemysłowej.

Zanim przejdziemy jednak do tego rozdziału należy wspomnieć o rozwoju systemu produkcyjnego, który obejmuje swoim zakresem m.in. obszary digitalizacji, alokacji kosztów oraz optymalizacji procesów. W 2005 r. profesor Hajime Yamashina, przy współpracy z Fiatem, rozwinął World Class Manufacturing (WCM). WCM może być postrzegane jako kolejny zestaw znanych już metod Lean, lecz w rzeczywistości jest uporządkowany inaczej pod wieloma względami. Różnice są dostrzegalne zarówno w samym systemie produkcyjnym, podejściu Kaizen, jak i w sposobie angażowania ludzi w całej organizacji. Warto jednak wspomnieć, że prof. Yamashina w ramach systemu WCM wyszczególnia poziomy zbierania danych, począwszy od manualnego w czasie rzeczywistym, aż do tzw. Real time automatic input, czyli automatycznego zbierania danych w czasie rzeczywistym. Dodatkowo, każdy z filarów technicznych jest zobowiązany do współtworzenia różnymi metodami tzw. „cyfrowej fabryki”.


Pod drzewem poznania

Od 2010 roku trwa czwarta rewolucja przemysłowa, która charakteryzuje się wykorzystaniem technologii informacyjnych i komunikacyjnych w przemyśle i często jest określana mianem „Przemysł 4.0”. Bazuje ona na osiągnięciach trzeciej rewolucji przemysłowej. Skomputeryzowane systemy produkcji wyposaża się dodatkowo w łącza sieciowe oraz tworzy się ich cyfrowe systemy bliźniacze. Umożliwia to komunikację z innymi obiektami oraz przekazywanie informacji o samych urządzeniach. Jest to kolejny krok na drodze ku automatyzacji produkcji. Połączenie w sieć wszystkich systemów prowadzi do powstawania „cyber-fizycznych systemów produkcji” i inteligentnych fabryk, w których systemy produkcji, maszyny i ludzie porozumiewają się za pośrednictwem sieci, a produkcja odbywa się prawie autonomicznie. Zastanówmy się jednak w jakim kierunku zmierza czwarta rewolucja przemysłowa i który system produkcyjny jest najbliższy jej założeniom?

W przypadku World Class Manufacturing mamy do czynienia z automatycznym rejestrowaniem wskaźnika OEE oraz alokacją poszczególnych strat procesowych na danej linii produkcyjnej. Prof. Yamashina wyróżnia w tym przypadku aż 21 rodzajów strat, które ograniczają naszą efektywność pracy. Straty dodatkowo są dzielone na przyczynowe oraz wynikowe, co znacznie ułatwia zrozumienie zjawisk zachodzących na linii produkcyjnej. Każdy z filarów technicznych ma zawarte jako cel digitalizację obszaru, którym się zajmuje. Wśród celów znajdują się m.in. zbieranie danych w czasie rzeczywistym, tworzenie zdigitalizowanych instrukcji pracy, uczenie maszynowe, rzeczywistość rozszerzona, Inteligent on-line proces control, AGV czy smart automation. Twórca wyszczególnia pięć poziomów zbierania danych: począwszy od manualnego a skończywszy na „real time automatic imput”, czyli zinformatyzowanym systemie przechwytywania danych w czasie rzeczywistym, który automatycznie wprowadza przyczyny zatrzymań oraz oddziela straty przyczynowe od wynikowych.

Dodatkowo każdy obszar tj. wyposażenie, praca, materiał, energia, logistyka posiada oddzielnie opracowaną strategię zbierania danych obejmujących system SAP oraz online monitoring system. Mając na uwadze fakt, że metodologia ta została wypracowana już 15 lat temu, możemy mówić tu o mocno rozbudowanym i ustrukturyzowanym podejściu TPM oraz Lean w aspekcie digitalizacji. Kluczowe w tym przypadku jest również włączenie działu finansów poprzez filar Cost Deployment w zrozumienie specyfiki strat w procesach produkcyjnych i ujęciu ich w aspekcie kosztowym. Dzięki takiemu podejściu możliwa jest odpowiednia priorytetyzacja projektów w aspekcie kosztowym, a nie tylko na podstawie wskaźników produkcyjnych. Oczywiście rozwój sztucznej inteligencji lub wirtualnej rzeczywistości są w tym przypadku odrębnym obszarem. W obu przypadkach mamy jednak do czynienia z coraz większą integracją systemów operacyjnych z produkcyjnymi za pośrednictwem nowoczesnych technologii informacyjno-komunikacyjnych oraz automatyki.

 


Artykuł ukazał się w nr 1(25) luty-marzec 2020 czasopisma „Production Manager”.