Как цифровая трансформация производственных процессов способствует повышению производительности труда

Согласно целям Национального проекта, принятом в рамках реализации майских Указов Президента Российской Федерации, рост производительности труда на средних и крупных предприятиях базовых несырьевых отраслей экономики должна быть не ниже 5% в год (более 20% прирост производительности труда к 2024 г.). Решение этой непростой для отечественных предприятий задачи предусматривает незамедлительный переход к «цифровизации» производства. Цифровая трансформация — это существенная перестройка бизнес-модели организации или проекта с применением новых цифровых технологий. Она ведет к фундаментальному переосмыслению действующей структуры и изменению всех производственных процессов. Итогом должно стать достижение ключевых результатов экономической эффективности, оптимизация издержек и повышение качества изготавливаемой продукции.

ОБМАНЧИВАЯ ПРОСТОТА БЕРЕЖЛИВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Описание концепции Lean Manufacturing (Lean — бережливое производство) в России появилось в 2003 г., когда были переведены несколько популярных книг американских исследователей производственной системы компании «Тойота» или Toyota Production System (TPS). Эти книги заражали сознание тем, что добиться эффективности производства мирового уровня можно якобы очень быстро «простыми и понятными» каждому здравомыслящему человеку методами и внятными стандартными инструментами. При этом создавалось обманчивое впечатление, что особых интеллектуальных и материальных затрат для ее реализации не требуется. И вот, по прошествии 16-ти лет повсеместных внедрений мы вынуждены констатировать факт: обещанного взрывного роста производительности труда и качества управления у подавляющего числа экспериментаторов не произошло, не происходит и, видимо, происходить не будет как на предприятиях РФ, так и на Западе. Былое очарование приверженцев Lean переходит в отторжение и в рост негативного отношения к данному концепту. При этом на ЛИН-консультантов нередко смотрят как на «волка в овечьей шкуре».

Важный вопрос: почему в Японии TPS успешно применяется, а в европейских странах внедрение бережливого производства вызывает такие проблемы?

Во-первых: Концепция «Бережливое производство» (LM–Lean Manufacturing) — это только описание методов и инструментов, применяемых на предприятиях компании «Тойота» для эффективной организации производства (TPS — Toyota Production System). Американец Дж. Вумек — автор известной книги, текст которой был положен в основу Lean-концепции, сумел в ней изложить лишь некоторые базовые методологические приемы, которые он наблюдал на машиностроительных предприятиях японского автоконцерна. Сегодня по прошествии определенного времени мы понимаем, чего в этой Lean-концепции не хватает: нет описания методологии ее применения для производств различного типа, отсутствуют сведения об алгоритмическом и программном обеспечении, используемом в TPS.

Т. е. автор исходной концепции «Бережливое производство» описал только вершину айсберга, именуемого TPS. А вопрос: «Почему Leanинструменты хорошо работают лишь в подводной части этого айсберга, т. е. только на предприятиях Toyota?» — до сих пор тревожит умы руководителей отечественных производств (рис. 1). Заметим, что терминология Lean-концепции была к тому же переведена на русский язык, мягко говоря, не совсем корректно. Это вызвало и вызывает множество противоречивых толкований терминов и определений специально разработанного государственного стандарта (ГОСТ Р 56020–2014).

Во-вторых: Вера собственников в быстрые результаты. Собственники промышленных предприятий в основной массе своей не отличились критическим отношением к написанному в книге Дж. Вумека [1], так как они, как и свежеиспеченные консультанты, не имели опыта цеховой организации производства различных типов. Для них методология казалась одинаково применимой для любого типа производства — от производства муки до изготовления самолетов. Но в этом смысле и консультанты, и собственники хорошо понимали друг друга, так как возбуждались от одних и тех же простецких рассказов, ожидая чудесных перемен и быстрых результатов. Как правило, провалы внедрений и консультантами, и собственниками оправдывались негативным влиянием только человеческого фактора, а сами инструменты оставались вне критики. Однако, по мнению авторов настоящей статьи, это не так. Несомненно, простые инструменты БП дают мощный эффект, но лишь тогда, когда они базируются на невидимых, подводных фундаментах айсберга под названием Toyota Production System [2, 11]. Об этих фундаментах и пойдет речь в данной статье.

Рис. 1. Проблемы применимости инструментов Lean в бережливом производстве

ИСТОРИЯ «ВЫТЯГИВАЮЩИХ» ЛОГИСТИЧЕСКИХ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

На заре прошлого века для индустриальной эпохи массового потребления требовалось и массовое производство. Одним из системных решений этой бизнес-задачи было изобретение конвейерной сборки автомобилей Генри Фордом. Он разделил процесс на простейшие операции, которые производятся в движении линии конвейера по пути хода одного единого процесса производства одной модели автомобиля. Это позволило достигнуть максимума производительности, привлекать персонал низкой квалификации, деятельность которого жестко регламентировалась стандартами и мастерами в рамках каждого упорядоченного рабочего места сборки. Пригодилось все, что до Форда разработали другие отцы-основатели научной организации труда — Тейлор и др.

Поэтому особенно важным в те годы была высокая производительность, непрерывность и надежность работы сборочного конвейера. Чтобы добиться этой цели, создавались значительные «буферные» запасы деталей и комплектующих для сборки. Это позволяло компенсировать время на многочисленные случайные сбои в обрабатывающих производствах, логистике и т. п. Так появились следующие определения (требования) к процессу организации конвейерного производства: надежный (robust), а значит, запасливый (buffered).

С точки зрения бизнеса в послевоенных исторических условиях в США буферный метод организации был оправдан, а в Японии нет, и вот почему: у японцев после войны была серьезная проблема — спрос на товары был массовым, а покупательная способность населения очень низкая и неустойчивая (совсем как у нас сейчас). Поэтому для них «запасливый», надежный американский метод организации массового конвейерного производства был разорителен. Пришлось изобретать принципиально новые методы управления, такие, чтобы высокая производительность конвейера сохранилась, и в то же время запасы должны были быть предельно минимальными. Потребовалось соединить несоединяемое. Главная проблема находилась не в организации самого процесса сборки, а в процессах, предшествовавших ей. На первый план вышли не только высокое качество производства деталей и сборок с «первого раза», но и высокий уровень заинтересованности, дисциплины и взаимодействия всего персонала.

Компания «Тойота» продвинулась на этом пути быстрее всех лишь потому, что еще в 1920–1930-х годах уже изобрела и отработала несколько важных подходов к решению этой сложной задачи: это так называемая «автономизация» станков, позволявшая многостаночное обслуживание, а также и принцип «встроенного качества», разработанный сыном основателя компании Кийтиро Тойода в тот же период. Это были первые, базовые фундаменты TPS.

Идея производить и тут же подавать детали и сборочные единицы на главный конвейер практически без запасов потребовала не только идеального качества компонентов, но и идеальной упорядоченности и синхронизации поставок по циклу и такту конвейера для всех параллельных, последовательных, взаимозависимых и единичных технологический процессов. Синхронизация любой ценой — вот главная задача, а она могла быть решена лишь при наличии реактивной коммуникационной среды и мгновенного (оперативного) планирования операций.

Методом создания такой коммуникационной среды послужила система KANBAN. Число переналадок и настройки отдельных единиц оборудования на изготовление разных деталей и сборочных единиц было минимальным. Рабочие места должны были быть в готовности приступить к работе по команде Kanban-карточки и быть устойчивыми в любое время (принцип Сицуке). Постоянная готовность рабочего места к выполнению операции — цель и задача комплекса мероприятий, которые теперь называют 5S [2, 11].

Увы, типичная упрощенная трактовка японских принципов 5S организации рабочего места со стороны отечественных Лин-консультантов сводится лишь к обычному «наведению порядка» и изъятию с рабочего места «ненужных» в данный момент времени средств технологического оснащения (рис. 2).

Рис. 2. Реализация принципа 5S глазами Лин-консультанта

В то время, как на сегодняшний день средствами исполнительных производственных систем MES (Manufacturing Execution System) [9] действительно достигается заявленный в 5S эффект — организация своевременной поставки требуемых средств технологического оснащения на рабочие места согласно текущему производственному расписанию, рис. 3.

Рис. 3. Реализация принципа 5S как результат применения MES

Рис. 4. Гастев А.К. (1882-1941) — основатель концепции научной организации труда (НОТ)

Как только приходила команда (Kanban-карточка) «Изготовить» конкретную деталь или сборочную единицу, то в работу запускалась соответствующая ячейка, и изготавливались детали не партиями, а по одной в нужном количестве и в жестких рамках синхронизации времени такта главного конвейера. Т. е. конвейер по мере потребления незначительных запасов в ходе сборки автомобилей сам раздавал карточки-задания, т. е. оперативно планировал производство и восполнение запаса через ящики Хейдзунка (была такая рукотворная коммуникационная среда). Все, как в американском супермаркете начала 1960-х годов.

Такая система управления именуется ныне «вытягивающейся» логистической схемой, а сама система KANBAN носит также название «Метод восполнения «Супермаркета»» [3,4].

Нельзя не вспомнить, что во многом методологической основой современного бережливого производства также явились идеи известного советского ученого Алексея Капитоновича Гастева — основателя концепции научной организации труда (НОТ), руководителя Центрального института труда (ЦИТ ВЦСПС), рис. 4. Его идеи и методы эффективной научной организации труда, предложенные еще в 1920-х годах, были позаимствованы японскими сенсеями при создании своей TPS, о чем свидетельствовал сам создатель TPS Таичи Оно.

ЯЩИК ХЕЙДЗУНКА — ИНСТРУМЕНТ ВЫРАВНИВАНИЯ ПОТОКА

Хейдзунка (Heijunka) — выравнивание производства по видам и объему продукции в течение фиксированного периода времени. Инструмент, используемый на фирме «Тойота» (в системе TPS) для выравнивания номенклатуры и объема производства путем инициирования движения по предприятию Kanban-карточек через фиксированные промежутки времени, также носит название «ящик выравнивания» или «ящик Хейдзунка»). Пример японской Kanban-карточки приведен на рис. 5.

Увы, но и сегодня, скорее всего по незнанию, никто не знает о том, как и с помощью какого промышленного софта этот ящик Хейдзунка заполняется на предприятиях фирмы «Тойота». Как упорядочивается множество используемых Kanban-карточек во времени. Создается такое впечатление, что в TPS до сих пор эта задача решается визуальными методами и реализуется вручную, а многочисленные «рукотворные» варианты ее реализации на российских машиностроительных заводах — наглядное тому подтверждение (срис. 6).

Заметим, что в требованиях, предъявляемых Lean к организации потока, декларируется: «Применяйте Хейдзунка», но как это сделать никто толком не объясняет.

А между тем именно правильно заполненный KANBAN-карточками ящик Хейдзунка является основным ядром управления японской «вытягивающей» логистической системой, где фактически формируется производственное расписание (Production Schedule) выполнения работ в цехах предприятия с учетом матрицы переналадок (SetUp Change Protocol) [3, 6].

Рис. 5. Kanban-карточка (требование на производство конкретной продукции в TPS)

На сегодняшний день для расчета цеховых производственных расписаний применяются специализированные программные продукты класса APS (Advanced Planning System) и MES (Manufacturing Execution System) [8, 9, 12, 13], (рис. 7).

Рис. 6. «Рукотворный» ящик Хейдзунка глазами отечественного Lean-консультанта

Рис. 7. Ящик Хейдзунка в виде расписания работ (MES система «ФОБОС», Россия)

Как мы уже отмечали выше, в организационном отношении часть логистической системы предприятия, к которой относится управление внутрицеховыми материальными потоками, образует производственную логистическую систему.

Сегодня принято выделять 5 (пять, а не одна, как утверждается в Lean) базовых типов «вытягивающих» логистических систем, имеющих алгоритмическое решение в виде соответствующего промышленного софта [4,8,11]:

• Восполнение «Супермаркета» (KANBAN) (Supermarket Replenishment).

• Лимитированные очереди FIFO (Capped FIFO Lanes).

• Метод «Барабан-Буфер-Веревка» (Drum Buffer Rope).

• Лимит незавершенного производства (WIP Cap).

• Метод вычисляемых приоритетов (Priority Sequenced Lanes).

ВОСПОЛНЕНИЕ «СУПЕРМАРКЕТА» (KANBAN)

Метод KANBAN (авторы метода — Кийчиро Тойода и Таичи Оно, Япония) включает в себя следующую последовательность действий [14]:

• Процесс-потребитель забирает исходные материалы из ячеек супермаркета тогда, когда ему это нужно.

• Для каждого изготавливаемого изделия (заказа) рассчитывается «точка восполнения» исходных материалов.

• Как только суммарное количество материалов в ячейках супермаркета и исполняемых заказах становится ниже «точки восполнения», процессу-поставщику посылается новый заказ на их поставку. В качестве такого заказа может выступать пустой контейнер, карточка «Канбан», световой сигнал, пустая ячейка «Супермаркета» и т. п. (оформлять заказ на бумаге необязательно, подойдет даже простой вариант: «если видишь пустое место, то заполни его»).

• Для каждого восполняемого материала рассчитывается объем соответствующей партии. Количество изделий во всех новых заказах равно объему восполняемых материалов.

• Процесс-поставщик исполняет заказ на восполнение материалов.

• Заказанные материалы физически помещаются в соответствующие Kanban-ячейки «Супермаркета».

Область применения метода восполнения «Супермаркета» (KANBAN) — серийное производство с циклически повторяющейся номенклатурой изготавливаемых изделий.

ЛИМИТИРОВАННЫЕ ОЧЕРЕДИ FIFO

Метод «лимитированных очередей FIFO» также представляющей собой «вытягивающую» логистическую систему. Лучший способ представить лимитированную очередь FIFO, состоящую из выполняемых производственных заказов, — это представить себе, как перемещаются по трубе теннисные мячики. Диаметр трубы чуть больше, чем диаметр мячиков. Мячики могут свободно перемещаться по трубе, но никоим образом нельзя поменять их местами внутри трубы. По сути, здесь нет «полосы для обгона». К тому же длина трубы ограничена, и одновременно в нее помещается, к примеру, только 3 мячика (это и есть лимит очереди FIFO).

Преимущество «вытягивающей» логистической системы типа лимитированных очередей FIFO перед «Супермаркетами» заключается в следующем:

• в этой системе содержится меньше запасов;

• уменьшаются риски срыва сроков исполнения клиентского заказа;

• упрощается управление;

• имеется возможность находить процесс, лимитирующий общую производительность системы, — текущее ограничение РОП.

Область применения — метод лимитированных очередей FIFO можно использовать в массовых и крупносерийных производствах, где объем выпуска достаточно высок и технологический процесс постоянен для всего семейства выпускаемых продуктов.

Подробнее описание метода см. [3,14].

МЕТОД «БАРАБАН-БУФЕР-ВЕРЕВКА»

Метод «Барабан-Буфер-Веревка» (DBR — Drum-Buffer-Rope) — один из оригинальных вариантов «вытягивающей» логистической системы, разработанной в теории ограничений — ТОС (Theory of Constraints). Автор метода — Элия Голдратт, Израиль [5]. Она очень похожа на систему лимитированных очередей FIFO, за исключением того, что в ней не ограничиваются запасы в отдельных очередях FIFO. Вместо этого устанавливается общий лимит на запасы, находящиеся между единственной точкой составления производственного расписания, и ресурсом, ограничивающим производительность всей системы (РОП). Каждый раз, когда РОП завершает выполнение одной единица работы, точка планирования может запускать в производство еще одну единицу работы [5,6].

Область применения — серийные производства с длительным циклом обработки деталей и сборочных единиц, где время изготовления изделий достаточно для того, чтобы успеть локализовать РОП и применить DBR-алгоритм (5-шаговую процедуру «фокусирующих шагов»).

ЛИМИТ НЕЗАВЕРШЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

«Вытягивающая» логистическая система (автор — Давид Хеллет, США) с лимитом незавершенного производства (НЗП) похожа на метод DBR. Отличие заключается в том, что здесь создаются не временные буферы, а задается некий фиксированный лимит материальных запасов, который распределяется на все процессы системы, а не заканчивается только на РОП. Этот подход к построению «вытягивающей» системы управления значительно проще рассмотренных выше логистических схем, внедряется легче и в ряде случаев является более эффективным [13].

Логистическая система с лимитом НЗП имеет некоторые преимущества по сравнению с методом DBR и системой лимитированных очередей FIFO:

• неполадки, колебания ритма производства и другие проблемы процессов с запасом производительности не приведут к остановке производства из-за отсутствия работы для РОП и не будут снижать общую пропускную способность системы;

• правилам планирования должен подчиняться только один процесс;

• не требуется фиксировать (локализовать) положение РОП;

• легко обнаружить местонахождение текущего участка РОП.

К тому же такая система дает меньше «ложных сигналов» по сравнению лимитированными очередями FIFO.

Область применения — ритмичные производства со стабильной номенклатурой выпускаемых изделий, отлаженными и неизменяемыми технологическими процессами, что соответствует массовым, крупносерийным и серийным производствам.

Замечание: Важной особенностью рассмотренных выше «вытягивающих» логистических систем является возможность вычисления времени выпуска (цикла обработки) изделий по известной формуле Литлла [3,4]:

Время выпуска = НЗП / Ритм,

где: НЗП — объем незавершенного производства;

Ритм — это количество изделий, выпускаемых в единицу времени.

В то время как размер партии обрабатываемых деталей в DBR рассчитывается соответствующим алгоритмом, другие описанные выше «вытягивающие» логистические методы (KANBAN, Capped FIFO Lanes, WIP Cap), базируясь на общей формуле Литла, могут быть сконфигурированы в более сложные структуры [3] применительно к серийным производствам.

Заметим, что для производств мелкосерийных и единичных понятие ритма производства становится весьма расплывчатым, поскольку этот тип производств никак нельзя назвать ритмическим. Более того, статистика говорит о том, что в среднем вся станочная система в таких производствах остается наполовину недогруженной, что происходит за счет постоянных перегрузок одного оборудования и одновременного простоя другого в ожидании работы, связанной с изделиями, пролеживающими в очереди на предыдущих стадиях обработки. Причем простои и перегрузки станков постоянно мигрируют от участка к участку, что не позволяет их локализовать и применить ни один из перечисленных выше логистических схем вытягивания.

МЕТОД ВЫЧИСЛЯЕМЫХ ПРИОРИТЕТОВ

Метод вычисляемых приоритетов (Priority Sequenced Lanes. Автор — Евгений Фролов, Россия) является своеобразным обобщением двух рассмотренных выше «вытягивающих» логистических систем: системы пополнения «Супермаркета» и системы с лимитированными очередями FIFO. Разница в том, что в данной системе уже не все пустые ячейки в «Супермаркете» пополняются в обязательном порядке, а производственные задания, оказавшись в лимитированной очереди, продвигаются от участка к участку не по правилам FIFO (т. е. не соблюдается обязательная дисциплина «в порядке поступления»), а по другим вычисляемым приоритетам [4]. На каждом производственном участке функционирует своя собственная исполнительная производственная система [9,10,13] (MES — Manufacturing Execution System), задача которой — обеспечить своевременную обработку поступающих на вход заданий с учетом их текущего приоритета, оптимизировать внутренний материальный поток и вовремя показать возникающие проблемы, связанные с этим процессом. Отличительной особенностью этого метода является то, что MES позволяет в пределах производственного участка составлять детальные расписания выполняемых работ. Несмотря на определенную сложность в реализации, метод вычисляемых приоритетов обладает значительными преимуществами [14]:

• текущие отклонения, возникающие в ходе производства, компенсируются средствами локальных MES на основании изменяющихся приоритетов выполняемых заданий, что значительно повышает пропускную способность всей системы в целом;

• не требуется фиксировать (локализовать) положение РОП и лимитировать НЗП;

• имеется возможность оперативно контролировать серьезные сбои (например, поломка оборудования) на каждом участке и пересчитывать оптимальную последовательность обработки деталей, входящих в различные заказы;

• наличие на отдельных участках локальных производственных расписаний позволяет проводить оперативный функционально-стоимостной анализ производства.

Область применения — производства мелкосерийного и единичного типов с большой номенклатурой изготавливаемых деталей и сборочных единиц.

Замечание: Рассмотренные выше варианты «вытягивающих» логистических систем обладают общими для них характерными признаками, это:

1. Сохранение во всей системе в целом ограниченного объема устойчивых запасов (оборотных заделов) с регулированием их объема на каждом этапе производства независимо от действующих факторов (напомним: Lean — это производство с минимальными запасами).

2. План обработки заказов, составленный для одного участка (единственной точки планирования), определяет (автоматически «вытягивает») планы работ других производственных подразделений предприятия.

3. Продвижение заказов (производственных заданий) происходит как от последующего в технологической цепочке участка к предыдущему на израсходованные в процессе производства материальные ресурсы («Супермаркет»), так и от предыдущего участка к последующему по правилам FIFO или по вычисляемым приоритетам.

ВЫВОД

Для того, чтобы бережливое производство действительно показало на российских предприятиях свою высокую эффективность в задаче кардинального повышения производительности труда, необходимо использовать автоматизированные системы, способные реализовать «вытягивающую» логистическую схему. Причем:

• следует использовать современный промышленный софт категории APS+MES (исполнительные производственные системы);

• «вытягивающую» логистическую систему для конкретного производства необходимо выбирать в зависимости от его типа (массового, крупносерийного, серийного, мелкосерийного, единичного).

Согласно декларированным целям Национального проекта «Производительность труда и поддержка занятости» (решение от 24.09.2018, протокол № 12) следует обеспечить ежегодный рост производительности труда на средних и крупных предприятиях базовых несырьевых отраслей российской экономики не ниже 5% в год. При этом должен быть достигнут рост производительности труда на предприятиях-участниках нацпроекта на 10, 15 и 30% соответственно к первому, второму и третьему году. Такой рост производительности возможен лишь при наличии надежных фундаментов при строительстве ваших производственных систем, в частности, на основе использования современных MES.

В заключение авторы выражают уверенность, что материал, изложенный в данной статье, окажется полезным для специалистов, связанных с решением задач национального проекта повышения производительности труда на машиностроительных предприятиях. В частности, принесет пользу участвующим в проекте Leanконсультантам, ибо, как верно заметил всемирно известный классик в области организации производства Эдвардс Деминг: