Co to jest Gniazdo Produkcyjne?

Produkcja masowa oparta na tradycyjnych systemach nie jest już wystarczająco efektywna. Wiele przedsiębiorstw decyduje się na przeorganizowanie produkcji według zasad Lean Manufacturing. Tworzenie tzw. gniazd produkcyjnych pomaga zwiększyć efektywność oraz ograniczyć marnotrawstwo na produkcji. Czym jest gniazdo produkcyjne? Jak je stworzyć i zoptymalizować? Jakie są korzyści ze stosowania Lean Manufacturing? Tego i wiele więcej dowiesz się czytając dalej ten artykuł.

Definicja gniazda produkcyjnego

Gniazdo produkcyjne (ang. work cell) to grupa procesów, zasobów i maszyn ustawionych wraz z konkretnym zespołem obok siebie, realizująca dane zadania dla następnych etapów produkcji. Tworzy się je w strategicznych miejscach, tak, aby umożliwiały płynny przepływ materiałów na produkcji. Dzięki temu zwiększa się ich wydajność oraz minimalizuje marnotrawstwa. Jest to jeden z elementów Lean Manufacturing. Jaki jest cel tworzenia gniazd produkcyjnych dobrze wyjaśnia Tomasz Król: „W produkcji gniazdowej i krótkoseryjnej chodzi raczej o elastyczność i identyfikację pracowników z operacjami produkcyjnymi.”

Lean Manufacturing to system zarządzania, którego celem jest maksymalne zminimalizowanie marnotrawstwa i eliminacja zbędnych procedur oraz operacji używanych podczas procesu produkcji. Można powiedzieć, że Lean koncentruje się na byciu szczupłym i efektywnym kosztowo. Jednocześnie ma on pozwalać na dostarczanie klientowi najwyższej jakości produktów.

Rodzaje gniazd produkcyjnych

Wyróżniamy dwa typy gniazd produkcyjnych, które podzielone są ze względu na ich organizację:

• Gniazdo technologiczne – zwane też gniazdem ułożonym technologicznie. Wykonuje ono jedną lub kilka, ale podobnych, operacji. W taki sposób organizuje się wydziały produkcyjne. Są to wyspecjalizowane w konkretnym zadaniu komórki, które obsługują produkty o podobnych do siebie cechach. 
• Gniazdo przedmiotowe – zwane też gniazdem ułożonym zgodnie ze strukturą podmiotową wyrobu. Pozwala na wytworzenie pojedynczej sztuki danego przedmiotu lub elementu. Taka organizacja pracy pozwala na wyeliminowanie zbędnego transportu.

Pojedyncze gniazdo produkcyjne składa się najczęściej z ponad jednego stanowiska.

Korzyści wynikające z wdrożenia gniazd produkcyjnych

Do zalet wynikających z zastosowania gniazd produkcyjnych należą:

1. Eliminacja marnotrawstwa – obejmuje ona: 

• Oszczędność czasu – wszelkie przestoje, oczekiwanie na materiały lub narzędzia, oraz nadmierne przemieszczanie się pracowników między stanowiskami.
• Oszczędność zasobów – nieefektywne wykorzystanie surowców, energii oraz maszyn może prowadzić do nadprodukcji lub nadmiernego zużycia materiałów.
• Oszczędność przestrzeni – nieoptymalny układ stanowisk pracy zajmuje więcej miejsca, niż jest to konieczne. Prowadzi to do wyższych kosztów operacyjnych i trudności w zarządzaniu przestrzenią produkcyjną.

Jak gniazda produkcyjne pomagają w ich eliminacji?

• Redukcja przestojów – gniazda produkcyjne są zaprojektowane tak, aby zminimalizować czas oczekiwania na kolejne operacje poprzez strategiczne rozmieszczenie stanowisk i maszyn w bliskiej odległości od siebie.
• Optymalne wykorzystanie zasobów – dzięki dokładnemu planowaniu i organizacji pracy, gniazda produkcyjne pozwalają na efektywne wykorzystanie surowców, co zmniejsza ilość odpadów i potrzebę nadprodukcji.
• Lepsza organizacja przestrzeni – poprzez logiczne rozmieszczenie stanowisk pracy i maszyn, gniazda produkcyjne optymalizują wykorzystanie dostępnej przestrzeni, co umożliwia lepsze zarządzanie halą produkcyjną i redukuje koszty operacyjne.

2. Skrócenie czasu produkcji – dzięki płynnemu przepływowi produkcji skraca się jej czas. Przykład: Firma XYZ wdrożyła gniazda produkcyjne i zredukowała czas produkcji o 30% poprzez eliminację zbędnych ruchów i lepszą organizację pracy.
3. Redukcja zapasów – gniazda produkcyjne pozwalają na prowadzenie produkcji na bieżąco. To zmniejsza potrzebę utrzymywania dużych zapasów surowców i półproduktów. Takie działanie przekłada się na niższe koszty magazynowania oraz szybszy zwrot gotówki, co poprawia płynność finansową firmy i umożliwia lepsze zarządzanie kapitałem obrotowym.

4. Poprawa kontroli jakości – dzięki bliskiemu rozmieszczeniu stanowisk pracy, operatorzy mogą łatwiej monitorować jakość na każdym etapie produkcji. To pozwala na szybką identyfikację i korektę błędów. Gniazda produkcyjne umożliwiają także standaryzację procesów, a to prowadzi do bardziej jednolitej jakości produktów i zmniejsza ryzyko defektów.

5. Zmniejszenie przestrzeni roboczej – pozwala na to lepsza aranżacja przestrzeni. Przykład: Firma DEF przearanżowała swoje stanowiska pracy w kształt litery U, co pozwoliło na zaoszczędzenie 20% przestrzeni roboczej, którą wykorzystano do wdrożenia dodatkowej linii produkcyjnej.

6. Zwiększenie efektywności pracowników – gniazda produkcyjne są zaprojektowane z myślą o ergonomii pracy, co zmniejsza zmęczenie pracowników i zwiększa ich wydajność. Przykładem może być rozmieszczenie narzędzi i materiałów w zasięgu ręki operatora, aby wyeliminować zbędne ruchy.

Kroki tworzenia gniazda produkcyjnego

Stworzenie gniazda produkcyjnego składa się z następujących elementów:

1. Przyporządkowanie produktów do procesów 

Polega na stworzeniu rodziny produktu (przy gnieździe technologicznym) lub wybraniu produktu (przy gnieździe przedmiotowym). Powinno się wybrać te produkty, które mają podobne procesy. Aby ułatwić sobie sortowanie grup, pomocna może okazać się macierz produktów i maszyn. Dzięki niej łatwiej jest znaleźć podobieństwa.

2. Wybór grupy produktów 

Kryteria wyboru produktów do gniazda produkcyjnego:

• Podobieństwo technologiczne – Wybieraj produkty, które przechodzą przez podobne operacje technologiczne. Na przykład, jeśli różne produkty wymagają podobnych operacji obróbki, mogą być produkowane w tym samym gnieździe. Również produkty o zbliżonych czasach cyklu produkcyjnego, mogą być łatwiej zsynchronizowane w jednym gnieździe, co ułatwia planowanie i zarządzanie procesem produkcji.
• Wielkość i rodzaj produkcji – Produkty, które produkowane są w podobnych wielkościach serii mogą być efektywnie grupowane w jednym gnieździe. Produkcja w małych seriach może wymagać bardziej elastycznego podejścia. Jeśli mówimy o typie produkcji, to dzieli się ona na masową oraz na zamówienie. Produkty masowe mogą być łatwiej standaryzowane, podczas gdy produkcja na zamówienie może wymagać bardziej elastycznych rozwiązań.
• Zasoby i maszyny – Produkty, które wymagają tych samych maszyn lub narzędzi, mogą być produkowane w jednym gnieździe, co minimalizuje potrzebę przezbrojeń. A jeśli chodzi o umiejętności i doświadczenie pracowników to produkty, które wymagają podobnych umiejętności operacyjnych, mogą być efektywnie produkowane przez te same zespoły.
• Zarządzanie zapasami – Produkty, które używają podobnych surowców lub komponentów, mogą być łatwiej zarządzane pod kątem zapasów. To redukuje koszty magazynowania i ryzyko nadmiarowych zasobów.

3. Obserwacja i analiza procesów produkcyjnych 

Najważniejsze jest zapisywanie wszystkich czynności wraz z czasem pracy. Do czasu pracy zaliczamy czas maszyn, pracowników, czy liczbę zapasów. Równie ważna jest analiza procesów. Ułatwia ona dostrzeżenie podobieństw różnych elementów produkcyjnych, a te można wykorzystać do wykonania gniazda produkcyjnego.

4. Wyznaczenie czasu taktu

Gdy mamy już wszystkie zebrane dane, możemy wyliczyć czas taktu. Czas taktu to tempo pracy gniazda produkcyjnego. Musi być ono dobrane tak, aby wystarczyło czasu na wykonanie zaplanowanych czynności w celu zaspokojenie potrzeb klienta.

5. Projektowanie układu gniazda:

Ułożenie w kształcie litery U – korzyści:

• Minimalizacja przemieszczania się – pozwala na minimalizację odległości, jaką muszą pokonywać pracownicy i materiały, co redukuje czas przemieszczania się i zwiększa efektywność.
• Lepsza komunikacja – taki układ sprzyja lepszej komunikacji między operatorami, ponieważ wszyscy pracują w bliskim sąsiedztwie, co ułatwia szybkie rozwiązywanie problemów.
• Elastyczność – może być łatwo dostosowywany do zmieniających się potrzeb produkcji, umożliwiając szybkie przeorganizowanie stanowisk pracy.
• Ergonomia – pracownicy mogą pracować bardziej ergonomicznie, ponieważ mają łatwy dostęp do wszystkich potrzebnych narzędzi i materiałów, co zmniejsza zmęczenie i ryzyko urazów.
• Kontrola jakości – bliska odległość między stanowiskami umożliwia szybkie wykrywanie i korektę błędów, co poprawia jakość produktów.

Alternatywne układy:

Układ S –układ w kształcie litery S jest stosowany, gdy proces produkcyjny wymaga przejścia przez kilka różnych etapów technologicznych, które mogą być rozmieszczone wzdłuż linii produkcyjnej przypominającej kształt litery S. Umożliwia efektywne wykorzystanie dostępnej przestrzeni w halach produkcyjnych o nieregularnym kształcie oraz łatwo dostosowuje się do zmieniających się wymagań produkcji.

Układ L – układ w kształcie litery L jest stosowany w mniejszych zakładach produkcyjnych lub w obszarach, gdzie przestrzeń jest ograniczona. Stanowiska pracy i maszyny są rozmieszczone wzdłuż dwóch prostopadłych linii. Jest to idealny układ dla małych zakładów, gdzie przestrzeń jest ograniczona. Umożliwia bowiem organizację procesów produkcyjnych w sposób logiczny i spójny, ułatwiając zarządzanie przepływem pracy.

Projektowanie układu gniazda produkcyjnego wymaga uwzględnienia specyficznych potrzeb i ograniczeń zakładu produkcyjnego. Układ w kształcie litery U jest powszechnie stosowany ze względu na jego liczne korzyści, takie jak minimalizacja przemieszczania się, lepsza komunikacja i elastyczność. 

6. Podział pracy między operatorów 

Kryteria podziału pracy:

• Zdolności i umiejętności pracowników – pracownicy z większym doświadczeniem mogą być przydzielani do bardziej skomplikowanych zadań, które wymagają większej precyzji lub umiejętności. Tak samo, pracownicy przeszkoleni w konkretnych operacjach mogą być przydzielani do tych operacji, aby zwiększyć efektywność i zmniejszyć ryzyko błędów.
• Czas trwania operacji – prace powinny być podzielone tak, aby czas trwania poszczególnych operacji był jak najbardziej zbliżony. To pomaga w utrzymaniu płynności pracy i unikaniu przestojów. Należy także pamiętać, że każdy operator powinien być odpowiedzialny za konkretne etapy procesu, aby uniknąć przeciążeń na jednym stanowisku.
• Ergonomia pracy – zadania powinny być przydzielane tak, aby minimalizować niepotrzebne ruchy i zmniejszać zmęczenie pracowników. Należy wprowadzić przerwy i rotacje zadań, aby zapobiec monotonii i zmęczeniu.
• Optymalizacja przepływu pracy – zadania powinny być przydzielane w logicznej sekwencji, która umożliwia płynne przejście między operacjami. Należy uwzględniać zależności między zadaniami, aby unikać przestojów i zapewnić ciągłość produkcji.

7. Testowanie i wdrażanie gniazda produkcyjnego 

Jest to często trudniejszym zadaniem, niż samo postawienie gniazda produkcyjnego. Zaraz po ustawieniu gniazda należy przeprowadzić test, weryfikację i ewentualne poprawki. Pamiętaj, że wdrożenie gniazd produkcyjnych pozwala na korzystanie z narzędzi i metod Lean Manufacturing takich jak: metoda 5S, standaryzacja, czy SMED.

Optymalizacja pracy w gnieździe produkcyjnym

Do optymalizacji pracy zaliczamy:

Ergonomię stanowisk pracy – minimalizuje ona ryzyko urazów mięśniowo-szkieletowych, zmniejsza zmęczenie i poprawia ogólny komfort pracy. Ergonomiczne stanowiska zwiększają wydajność pracowników, ponieważ dobrze zaprojektowane narzędzia i stanowiska pracy umożliwiają szybsze i bardziej efektywne wykonywanie zadań. Wpływa to także na jakość pracy. Mniej zmęczeni pracownicy są bardziej skoncentrowani i dokładni, a to zmniejsza liczbę błędów i defektów. Do ergonomicznych rozwiązań należą: regulowane krzesła, podpórki na nadgarstki, regulowane stoły, dopasowane narzędzia, czy maty antyzmęczeniowe. 

Minimalizacja zbędnych ruchów – zastosowanie technik, takich jak diagramy spaghetti, które wizualizują ruchy pracowników, pomaga zidentyfikować i wyeliminować niepotrzebne przemieszczanie się. Również metoda 5S pomaga w organizacji stanowiska pracy, tak aby narzędzia i materiały były zawsze pod ręką, co minimalizuje zbędne ruchy. Dodatkowo opracowanie i wdrożenie pracy standardowej  zapewnia, że pracownicy wykonują zadania w najbardziej efektywny sposób, redukując zbędne kroki i ruchy.

Utrzymanie płynności produkcji – do tych metod należą:

• Kanban – pomaga w zarządzaniu przepływem materiałów. Zapewnia, że każde stanowisko produkcyjne ma dostęp do potrzebnych zasobów na czas, co minimalizuje przestoje.
• Total Productive Maintenance (TPM) – koncentruje się na prewencyjnej konserwacji maszyn, a to minimalizuje ryzyko awarii i zapewnia ciągłość produkcji.
• Balanced Workload – polega na balansowaniu obciążenia pracy pomiędzy operatorami i stanowiskami produkcyjnymi, aby uniknąć przeciążeń i nierównomiernych przestojów.

Integracja gniazda produkcyjnego z systemami ERP

Nowoczesne systemy ERP pomagają w kontrolowaniu wydajności gniazd produkcyjnych. Gromadzą i analizują one dane z poszczególnych stanowisk pracy. Wśród korzyści wynikających z zastosowania systemów ERP są: raportowanie o postępie prac, precyzyjna analiza wydajności oraz karta pracy zasobu, która pozwala na uzyskanie pełnych informacji o całości pracy zasobów w wymiarze dziennym, tygodniowym i miesięcznym.

Systemy ERP integrują się z innymi programami, aby zapewnić jak najlepszą analizę wydajności produkcji. Jednym z nich jest MES (z ang. Manufacturing Execution System). Jest to program, który monitoruje wydajność pracy maszyn produkcyjnych. Dzięki temu uzyskuje się zestawienie danych o wydajności, czyli podstawę do obliczania wskaźnika OEE. Największą korzyścią wynikającą z korzystania z tego programu jest oszczędność czasu i eliminacja podwójnej pracy operatora. Mierzenie efektywności gniazd produkcyjnych jest kluczowym elementem Lean Manufacturing. Jak w swojej książce napisał Tomasz Król: “Jeśli chcesz czymś zarządzać, musisz to mierzyć”.

Przykłady wdrożeń gniazd produkcyjnych w różnych branżach

Branża motoryzacyjna 

W branży motoryzacyjnej, gniazda produkcyjne są często stosowane do montażu komponentów takich jak: silniki, skrzynie biegów, układy wydechowe, oraz elementy karoserii. Dzięki zastosowaniu gniazd produkcyjnych, firmy motoryzacyjne mogą zwiększyć elastyczność produkcji, skrócić czas montażu i poprawić kontrolę jakości.

Branża elektroniczna

W branży elektronicznej, gniazda produkcyjne są stosowane w procesach montażu płytek drukowanych, modułów wyświetlaczy, urządzeń komputerowych i innych komponentów elektronicznych. Zastosowanie gniazd produkcyjnych umożliwia lepszą organizację pracy, minimalizację błędów oraz zwiększenie wydajności.

Branża AGD

W branży AGD, gniazda produkcyjne są stosowane w montażu urządzeń takich jak: pralki, lodówki, zmywarki, kuchenki i inne sprzęty gospodarstwa domowego. Gniazda produkcyjne pozwalają na zoptymalizowanie procesów montażowych, zmniejszenie liczby błędów oraz zwiększenie elastyczności produkcji.

Przemysł ciężki

W przemyśle ciężkim, gniazda produkcyjne są stosowane w montażu dużych i skomplikowanych maszyn oraz urządzeń, takich jak: turbiny wiatrowe, kotły przemysłowe,  maszyny budowlane i inne ciężkie sprzęty. Gniazda produkcyjne pozwalają na lepszą organizację pracy, zmniejszenie marnotrawstwa oraz poprawę bezpieczeństwa i jakości.

Przykłady z branży motoryzacyjnej, elektronicznej, AGD i przemysłu ciężkiego pokazują, że gniazda produkcyjne mogą być skutecznie zastosowane w różnych kontekstach produkcyjnych, przynosząc wymierne korzyści.

Podsumowanie

Gniazdo produkcyjne to taki układ zasobów i procesów, który pozwala na zwiększenie wydajności i zminimalizowanie marnotrawstw. Gniazda produkcyjne dzielą się na: technologiczne i przedmiotowe. Do korzyści wynikających z wdrożenia tego typu rozwiązania należą: redukcja przestojów, optymalne wykorzystanie zasobów, lepsza organizacja przestrzeni, skrócenie czasu produkcji, redukcja zapasów, poprawa kontroli jakości, zmniejszenie przestrzeni roboczej oraz zwiększenie efektywności pracowników. Gniazda produkcyjne wykorzystuje się w wielu branżach m.in.: motoryzacyjnej, przemyśle ciężkim, AGD, czy elektronicznej. Jest to nowoczesne rozwiązanie zgodne ze światowymi standardami Lean Manufacturing. 

Ten artykuł najlepiej podsumowuje cytat z książki “Lean. Droga do minimalizmu” Tomasza Króla, który brzmi: “No więc lean to taki sposób myślenia o tym, co robimy, żeby eliminować marnotrawstwo. Żeby skupiać się na tym, co jest ważne". A o tym, co jest ważne, decyduje klient.”. W skrócie mówiąc lean i gniazda produkcyjne koncentrują się na minimalizowaniu strat i maksymalizacji efektywności.