EXAMENSARBETE
Effektivisering av produktionsflöde för
bakaxelbryggor på Ferruform
Med hänsyn till framtida artiklar och volymer
Siri Söderberg
Civilingenjörsexamen Teknisk design
Luleå tekniska universitet
Förord
Det här arbetet är resultatet av ett examensarbete inom civilingenjörsutbildningen Teknisk
Design, Produktionsdesign. Examensarbetet är utfört vid Ferruform, Scania, i Luleå. Jag vill tacka min handledare på Ferruform, Anders Keisu, som tagit sig mycket tid för att dela med sig av sin kunskap inom området. Jag vill också tacka Ove Lindquist och Mikko Mäkivuoti på Ferruform som bidragit med feedback, idéer och underlag till arbetet. Ett tack riktas till Pär Mårtensson på Scania i Södertälje för ett intressant studiebesök, vägledning i arbetet samt för feedback på lösningsförslag. Vid institutionen för arbetsvetenskap på LTU vill jag tacka mina två handledare Magnus Stenberg och Bo Johansson som alltid funnits till hands för att diskutera tillvägagångssätt och resultat.
En del av informationen i denna rapport har lagts under sekretess. Därav förekommer det meningar och tabeller som är delvis eller helt överstrukna.
Luleå den 11 februari 2011
Sammanfattning
Det här examensarbetet har genomförts på Ferruform, Luleå, som är ett dotterbolag till Scania. Här produceras bakaxelbryggor, tvär- och sidobalkar samt stötfångare till lastbilar och bussar. I dagsläget finns ett flöde för bakaxelbryggor med navreduktion som inte stämmer överens med huvudflödet av bakaxelbryggor vilket skapar extra hantering och problem vid
produktionsplanering. Inom de närmsta åren ska dessutom kapaciteten ökas och artiklarna i flödet ersättas av nya. Målet med examensarbetet har varit att ta fram ett förslag på ett enhetligt flöde som är anpassningsbart till de ökande volymerna och de nya artiklarna. Förslaget som presenteras ska innehålla beskrivningar av tekniska lösningar, produktionsflöde, logistik, layouter, ekonomisk kalkyl och arbetsmiljö.
Bakaxelbryggan består av en mittdel och två tappar. I produktionen svarvas tapparna och transporteras sedan till en lasersvetscell där de sammanfogas med bakaxelbryggans mittdel. Därefter gradas bryggorna och de bryggor som har navreduktion tas ut ur flödet för bearbetning av splines, oljehål och oljespår. Slutligen tvättas bryggorna och packas i sekvens. En förutsättning för den nya lösningen är att splines, oljehål och oljespår kommer att bearbetas på de lösa
tapparna. Detta innebär att tapparna måste orienteras inför lasersvetsen.
För att kartlägga nuläget har metoder som intervjuer, observationer använts och resultatet
sammanfattats i en problembild. Framtida händelser har undersökts och dessa har sammanställts i en kapacitetsplan som bland annat beskriver förändringar av antalet artiklar och volym. En litteraturstudie om Scanias Produktionssystem genomfördes och denna låg tillsammans med projektets mål och kapacitetsplanen till grund för skapandet av en kravspecifikation.
Lösningsförslag genererades genom brainstorming både på Ferruform och på LTU. För att samla inspiration genomfördes ett studiebesök på Scania i Södertälje. Arbetet fortsatte sedan genom att leverantörer av teknisk utrustning kontaktades. Alla idéer sammanställdes i en idématris och utifrån denna utformades tre lösningar. För att värdera lösningarna användes kravspecifikationen där varje lösning poängsattes utifrån hur väl de uppfyllde kraven. Ett alternativ valdes som vidareutvecklades och slutligen utvärderades mot problembilden.
Den slutliga lösningen benämns Lagerautomat och AGV. Lösningen bygger på att tapparna transporteras med AGV från svarvarna till lasersvetscellen där de placeras i en lagerautomat. Lasersvetscellens robot plockar tapparna direkt från lagerautomaten och orienterar dem med hjälp av en analog lasergivare. Svarvarna kopplas samman med ett bansystem där också en kuggfräs, en kvalitetskontroll och en tvätt integreras. Materialförsörjningen till banan sköts av en robot.
Många av de problem som identifierats i problembilden avhjälps med lösningen. Att arbetsplatsen där splines, oljehål och oljespår bearbetas tas bort förbättrar ergonomin och minskar hanteringen. Men den nya lösningen innebär också risker som att bufferten mellan svarvarna och kuggfräsen inte kommer att rymmas på banan och att hanteringsroboten på sikt kan påverka cykeltiden i svarvarna negativt.
Målet som formulerades i arbetets början anses vara uppfyllt då resultatet är en lösning
innehållande de delar som angavs i projektets början. Ferruform rekommenderas att genomföra en detaljundersökning och sedan implementera den delen av lösningen som berör
Abstract
This master thesis has been carried out at Ferruform, an affiliate of Scania, producing rear axle housings, cross members, side members and bumpers for trucks and busses. The current production line of the rear axle housing is not uniform for all products. A rear axle housing designed to fit a hub reduction gear has to be taken out of the production line which causes additional transports as well as planning problems. Furthermore the volumes produced will increase significantly in the near future and the products are under development and will be replaced. The objective of this master thesis has been to develop a uniform production line for the whole range of rear axle houses that is adaptable to the increasing volumes and the new products. The final concept should include technical solutions, production line, logistics, layouts, economical calculations and work environment.
The rear axle housing consists of a middle part and two axel ends. The investigated part of the production line starts where the axel ends are turn milled. This is followed by a laser weld cell where the rear axle housing and the axle ends are joined. The next step is a deburring cell where the rear axle housings designed to fit a hub reduction gear have to be taken out of the line to be provided with splines, oil hole and oil track. Finally the rear axle housings are washed and packed in sequence. A condition for the new production line is that all milling operations of the axel ends must be completed before joining them to the middle part of the rear axle housing. As a consequence the axle ends have to be orientated before the laser welding.
A survey of the current production line was made through interviews and observations and a problem description was made. The future was analysed and summarized to a capacity plan including future volumes and new products. A study of the Scania Production system was carried out and later used as a basis for the requirement specification along with the goals and the
capacity plan. Solutions to the problem were generated through brainstorming sessions at Ferruform and LTU. To collect more ideas a visit was made at the production units at Scania in Södertälje. Suppliers were contacted in the purpose to find technical equipment for the system. All ideas were compiled and three concepts were formed. The evaluation of the concepts was made with respect to the requirement specification. The chosen concept was further investigated and evaluated.
The final concept is called Vertical storage lift and AGV. An AGV is used to transport the axle ends from the turn mills to the laser welding cell where they are stored in a vertical storage lift. In the laser welding cell the axel ends are picked directly from the storage by a robot and oriented in front of an analogue laser sensor. The turn mills are linked together by a conveying system. A splines mill, a quality control station and a washing machine are also integrated in the system. The material handling will be carried out by a robot.
Many of the identified problems of current system have been eliminated in the new concept. The spline machine and the mill are removed which results in improved ergonomics and logistics. But the new concept also causes new risks. The needed buffer between the turn mill and the new
splines machine might be too big for theconveyor system and the material handlingrobot might
make it difficult to improve the cycle time of the system.
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1 1.1 Bakgrund ... 1 1.2 Syfte ... 1 1.3 Mål ... 1 1.4 Avgränsningar ... 22. Metod och genomförande ... 3
2.1 Planering ... 3
2.2 Teori ... 3
2.3 Nuläges- och framtidsbeskrivning ... 4
2.4 Kravspecifikation ... 4
2.5 Lösningsförslag ... 4
2.6 Utvärdering och val av lösningsförslag ... 5
2.7 Vidareutveckling av vald lösning ... 5
2.8 Utvärdering av slutlig lösning ... 6
3. Teori – Scanias produktionssystem ... 7
3.1 Värderingar ... 7 3.2 Principer ... 8 4. Nulägesbeskrivning ... 10 4.1 Bakaxelbrygga ... 10 4.2 Flödet idag ... 11 4.3 Problembild ... 17 5. Framtidsbeskrivning ... 20 5.1 Nya artiklar ... 20
5.2 Prognos för framtida produktionsvolymer ... 21
6. Analys och problembestämning ... 23
6.1 Nulägesanalys ... 23
6.2 Framtidsanalys ... 24
6.3 Problembestämning ... 25
7. Kravspecifikation ... 26
8. Lösningsförslag ... 28
8.1 Idématris och kombination av koncept ... 28
8.2 Gemensamma koncept ... 29
8.3 Lösning 1 - Utveckling av dagens system ... 30
8.4 Lösning 2 - Lagerautomater& AGV ... 33
9. Utvärdering och val av lösningsförslag ... 38
9.1 Viktning av krav ... 38
9.2 Värdering av lösningar ... 38
10. Vidareutveckling av vald lösning... 41
10.1 Utrustning ... 41
10.2 Layout ... 44
10.3 Backcasting ... 45
10.4 Fördelning av tappar ... 46
10.5 Simulering ... 48
11. Utvärdering av slutlig lösning ... 49
12. Diskussion ... 51
13. Rekommendation ... 54
Referenser ... 55
1
1. Inledning
Examensarbetet har genomförts på Ferruform som ligger i Luleå och är ett dotterbolag till Scania. Här produceras bakaxelbryggor, tvär- och sidobalkar samt stötfångare. Anläggningen etablerades 1967 och är Luleås största verkstadsindustri med cirka 570 anställda.
1.1 Bakgrund
På Ferruform finns idag ett produktionsflöde för bakaxelbryggor med navreduktion som inte stämmer överens med flödet för övriga bakaxelprodukter. Detta innebär extra hantering och problem vid produktionsplanering. En möjlighet finns att ta bort hantering som inte är värdeskapande och på så vis eliminera slöseri. Det finns även efterfrågan att underlätta
produktionsplaneringen för att kunna arbeta mot en förbrukningsstyrd produktion med mindre partistorlekar och kortare genomloppstider. På längre sikt är målet att producera i den sekvens som efterfrågas i monteringen i Södertälje.
Scania och Ferruform står inför en kapacitetsökning från 100 000 till 150 000 fordon per år. Kapacitetsökningen ska ske i fem steg och idag befinner Scania sig på steg tre. När det gäller bakaxelbryggorna arbetar Scania dessutom med ett projekt som innebär att produkterna omkonstrueras och med tiden kommer att bytas ut. Därför måste det efterfrågade förslaget på enhetligt flöde för bakaxelbryggor även anpassas till de ökande volymerna och de nya artiklarna. För att uppnå hög konkurrenskraft med kostnadseffektiva fordon, hög produktivitet och hög kvalitet har Scania utvecklat programmet Scanias Produktionssystem (SPS). Målet är att alla inom företaget ska jobba efter samma värderingar, principer och prioriteringar samtidigt som kunskap och erfarenhet hos alla anställda nyttjas. Detta projekt är en del av arbetet med SPS framförallt inom områdena Eliminering av slöseri samt Förbrukningsstyrd produktion.
1.2 Syfte
Syftet med examensarbetet är att effektivisera arbetet längs flödet för bakaxelbryggor genom att ta bort aktiviteter som inte är värdeskapande. Lösningen ska ge förutsättningar för enklare
produktionsplanering och möjlighet till mindre partistorlekar i framtiden. Lösningen ska också ha förutsättningarna för att klara framtida volymer och artiklar. Fördelar som förväntas uppnås med produktionsplaneringen är kortare ledtid och mindre lagerstorlekar vilket leder till färre produkter i arbete och mindre bundet kapital.
1.3 Mål
2
1.4 Avgränsningar
Tekniken som ska användas för att bearbeta splines på axeltapparna med navreduktion är kuggfräsning. I projektet förutsätts att en kuggfräsmaskin kommer att anskaffas. Detta avgränsar projektet till lösningar där splines bearbetas på tapparna innan de svetsas fast på bakaxelbryggans mittparti. I dagsläget bearbetas splinesen efter att tapparna har svetsats fast på axeln.
3
2. Metod och genomförande
Projektet planerades enligt en modell som benämns projektspiralen (Ranhagen 1995). Spiralen består av en projektcirkel som upprepas i tre varv och på så sätt bildar en spiral, se Figur 1. Projektcirkeln innehåller ett antal projektfaser vilka i detta projekt benämns Planering, Nuläges- och framtidsbeskrivning, Kravspecifikation, Lösningsförslag, Utvärdering och val av
lösningsförslag, Vidareutveckling av valdlösning samt Utvärdering av slutlig lösning.
Figur 1. Projektets faser upprepas tre gånger och tyngdpunkten förskjuts framåt för varje varv (Ranhagen 1995). Fördelar med att genomföra projektet enligt denna metodik där varje steg upprepas är att flera av projektfaserna kommer igång relativt snabbt och kan samverka med varandra. En diagnos
påbörjas vartefter krav och mål formuleras och alternativ söks, då uppkommer nya frågor och diagnosen kompletteras i nästa varv av spiralen. För varje varv förskjuts fokusområdet framåt. I första varvet ligger fokus på Planering samt Nuläges-och framtidsbeskrivning, i andra varvet ligger tyngdpunkten på Kravspecifikation och Lösningsförslag och i det tredje varvet på Utvärdering och val av lösningsförslag samt Vidareutveckling av vald lösning.
2.1 Planering
En grov tidplan skapades för hela projektet och denna delades in i fyra faser, en för varje varv i projektspiralen och en slutfas för rapportskrivning och redovisning. Även delmål och en
tidsbuffert innefattades av tidplanen, se Bilaga1. Inför varje ny fas gjordes en detaljerad planering som mer ingående beskrev arbetsuppgifter och aktiviteter. I projektets början formulerades även en projektdefinition där projektets bakgrund, syfte, mål och avgränsningar beskrevs.
2.2 Teori
4
2.3 Nuläges- och framtidsbeskrivning
En undersökning av nuläge och framtid genomfördes för att få förståelse för
produktionssystemet samt dess för- och nackdelar. Syftet var att undvika att gamla problem byggdes in i de nya lösningarna. Nuläges- och framtidsbeskrivningen analyserades och bedömningar gjordes utifrån Scanias Produktionssystem.
Intervjuer
För att öka förståelsen för dagens produktionssystem, logistik och arbetsmiljö genomfördes sju ostrukturerade intervjuer med operatörer och produktionstekniker. Dessa intervjuer tog cirka 30 minuter. För att hitta för- och nackdelar i dagens system och arbetsmiljö genomfördes
halvstrukturerade intervjuer, även dessa med både operatörer och produktionstekniker. Antalet halvstrukturerade intervjuer var fem och tog vardera mellan 30 och 50 minuter. Dessa intervjuer sammanställdes till en problembild för att beskriva dagens system. Problembilden diskuterades med produktionstekniker och operatörer för att kontrollera att inga missförstånd uppstått. Observationer
Observationerna genomfördes som komplement till intervjuerna för att öka förståelsen för dagens produktionssystem, logistik och arbetsmiljö. Observationerna genomfördes dels i form av rundvandringar då tekniska system, lager och annan utrustning iakttogs och delsgenom att observera operatörernas arbete vid gradningsceller, svarvar, laser och splinesmaskin. Antalet observationer uppgick till fyra och pågick under cirka 60 minuter vardera.
Analys
En analys gjordes av nuläges- och framtidsbeskrivningen där paralleller drogs till Scanias Produktionssystem. Fördelar och brister i nuläget belystes för att ta senare kunna ta hänsyn till dessa i utformningen av lösningsförslagen.
2.4 Kravspecifikation
Kravspecifikationen utformades med projektets mål och teori kring Scania Produktionssystem som utgångspunkt. Denna anger vad lösningen ska uppfylla och utgör ett underlag vid
utvärderingen. En genomgång av kraven hölls på Ferruform då kraven kompletterades och kvantifierades med fakta, antaganden och beräkningar.
2.5 Lösningsförslag
Lösningförslagen formades efter ett framtidsscenario med nya volymer och artiklar. Anledningen till detta var att det är viktigt att lösningsförslagen går att anpassa efter framtida behov.
Brainstorming
Projektfasen avsedd för att söka lösningar startades med en brainstorming på Ferruform. Gruppen var sammansatt av både operatörer och produktionstekniker eftersom de har olika kunskapsområden och erfarenheter. Totalt bestod gruppen av sex personer och brainstormingen pågick i en timme. För att underlätta idé genereringen avgränsades projektet till tre
problemområden för vilka idéer genererades.
5 Fördelen med att presentera problemet för studenterna var att de kunde komma med nya
synvinklar och idéer eftersom de inte hade någon erfarenhet av hur produktionssystemet fungerade i dagsläget.
Studiebesök
Ett studiebesök genomfördes på Scania i Södertälje i oktober 2010 på avdelningen Production Engineering. Syftet var att hämta inspiration och idéer på hur liknande problem lösts inom Scania. Besöket innefattade både en presentation av examensarbetet, rundvandringar och en genomgång då idéer till lösningsförslag diskuterades med Scanias Produktionssystem som utgångspunkt.
Idématris
Lösningen kunde delas in i ett antal delfunktioner. För att förenkla arbetet med att söka lösningar och för att tillåta olika kombinationer av lösningar på delfunktioner skapades en idématris. Lösningar på delfunktionerna samlades från brainstormingen, genom att söka på internet och genom att kontakta leverantörer som arbetar inom områdena. Omkring 20 företag kontaktades och med sex av dessa hölls kontakten under en längre tid med flera samtal för att utveckla lösningar. Lösningarna diskuterades kontinuerligt med operatörer och produktionstekniker på Ferruform. Då flera lösningar utformats för varje delfunktion sattes dessa samman till kompletta lösningsförslag. Ett möte hölls med operatörer och produktionstekniker där förslagen
presenterades. Syftet var att samla in deltagarnas synpunkter om de olika förslagen. Lösningarna slutbearbetades med de åsikter som kommit upp på mötet som utgångspunkt.
2.6 Utvärdering och val av lösningsförslag
Lösningsförslagen utvärderades utifrån kraven som formulerats i kravspecifikationen. Syftet var att undersöka hur väl lösningsförslagen uppfyllde kraven och därigenom få reda på vilken lösning som var det bästa och om den uppfyllde kraven i tillräckligt hög grad.
Viktning av krav
För att göra en så korrekt viktning som möjligt användes relativa vikter istället för absoluta. I detta ändamål användes en så kallad 0-1-2-matris. I matrisen jämfördes alla krav med varandra, ett i taget, och tilldelades en poäng. Om två krav var jämlika fick de ett poäng vardera och om ett krav ansågs vara viktigare än det andra så tilldelades det två poäng medan det mindre
betydelsefulla kravet fick noll poäng. Slutligen summerades poängen för varje krav och dessa summor bildade vikterna.
Värdering av lösningar
Lösningarna bedömdes genom att de poängsattes utifrån hur väl de uppfyllde kraven som definierats i kravspecifikationen. Poängen multiplicerades med vikten för att inkludera kravens betydelse i värderingen. Under värderingen kontrollerades även att lösningarna uppfyllde
minimikraven. Värderingen genomfördes tillsammans med två produktionstekniker på Ferruform för att göra bedömningen rättvisare.
2.7 Vidareutveckling av vald lösning
6 Den ingående utrustningen i den valda lösningen undersöktes på en mer detaljerad nivå för att ta reda på om några problem fanns i lösningen. Specifika fakta kring utrustningens funktion angavs och arbetsmönster skapades. Arbetet grundades på kontakt med leverantörer, beräkningar och avstämningar med produktionstekniker och operatörer på Ferruform.
Flera layouter skapades och för- och nackdelar identifierades vilket ledde till att en slutlig layout valdes. I denna byttes grövre ritningar av utrustningen ut mot mer detaljerade för att ge en så realistisk bild som möjligt av resultatet.
Eftersom lösningen gällde för ett framtidsscenario genomfördes en så kallad backcasting till nuläget. Detta innebar att en plan utformades för en stegvis utveckling av systemet från dagsläget till framtidsscenariot.
2.8 Utvärdering av slutlig lösning
Den slutliga lösningen utvärderades mot problembilden som skapats i nulägesbeskrivningen. Däremot genomfördes ingen ny värdering mot kravspecifikationen eftersom förändringarna som gjorts sedan den tidigare värderingen var små. Syftet med att utvärdera lösningen mot
7
3. Teori – Scanias produktionssystem
Scanias Produktionssystem, SPS, har utvecklats med Toyotas produktionssystem och Lean Produktion som grund (Scania 2010). SPS är ett stöd för att uppnå ökad konkurrenskraft genom förbättringsarbete och tillvaratagande på kunskap och erfarenhet. Det gör det också enklare att arbeta åt samma håll och att få struktur på arbetet. Scanias Produktionssystem, SPS, illustreras som ett hus, se Figur 2. Huset byggs framförallt upp av värderingar och principer men innehåller också prioriteringar. Alla dessa är lika viktiga vilket visas i huset genom symboliken att ett hus inte kan fyller sin funktion utan både grund, väggar och tak.
Figur 2. Huset där principerna är gula, värderingarna gråa och prioriteringarna gröna (Scania 2010). Prioriteringarna används för att ge en gemensam riktning och ett stöd vid beslut och i arbetet. Prioriteringarna är 1. Säkerhet/Miljö, 2. Kvalitet, 3. Leverans och 4. Ekonomi. Alla fyra
prioriteringarna är lika viktiga och ska uppfyllas men det finns ändå en inbördes ordning. Denna ordning används endast då prioriteringarna står i ett motsatsförhållande till varandra. Exempelvis om produkter har tillverkats med fel kvalitet levereras de inte eftersom kvalitet är viktigare än leverans.
3.1 Värderingar
Värderingarna utgör husets grund och en viktig del av Scanias företagskultur. På dessa vilar övriga delar av Scanias Produktionssystem.
Kunden först
Kunden är grunden för verksamheten och därför är kunden i fokus i dagliga arbetet och vid beslut. Kunden i fokus innebär leverans i rätt tid av produkter med rätt kvalitet. Med kund menas både nästa steg i produktionen och Scanias slutkund, som är den gemensamma kunden.
Respekt för individen
För att arbetsmiljön ska vara god måste varje individ känna sig respekterad och ha möjlighet till utveckling. Detta är också en förutsättning för att personalen ska vilja stanna på sin arbetsplats och för att de ska kunna prestera maximalt.
L E D A R S K A P Prioritering 1. Säkerhet/Miljö 2. Kvalitet 3. Leverans 4. Ekonomi Efterfråge styrd output
Normalläge - Standardiserat arbetssätt Ständiga förbättringar R ä tt fr å n mig Eliminering av slöseri Visuellt Realtid Respekt för individen Utjämnat flöde Balanserat flöde Kunden först Standardisering Takt L E D A R S K A P Prioritering 1. Säkerhet/Miljö 2. Kvalitet 3. Leverans 4. Ekonomi Prioritering 1. Säkerhet/Miljö 2. Kvalitet 3. Leverans 4. Ekonomi Efterfråge styrd output
8 Eliminering av slöseri
För att öka konkurrenskraften måste processer som inte är värdeskapande tas bort. Slöseri kan uppkomma i många olika former och gemensamt är att det inte tillför produkten något värde. Kvalitetsproblem, lager, onödiga förflyttningar, onödiga arbetsmoment, transporter och överproduktion är några exempel. För att åstadkomma ett fungerande förbättringsarbete deltar samtliga anställda genom att identifiera och eliminera slöseri.
3.2 Principer
Principerna hjälper varje del av Scania att skapa ett produktionssystem som är stabilt och tillförlitligt. De visar riktningen i förbättringsarbetet som leder till en ökad konkurrenskraft. Normalläge – Standardiserat arbetssätt
Ett normalläge är grunden för att kunna se avvikelser och åtgärda dessa, vilket innebär en förbättring av produktionssystemet. Avvikelser ses inte som något negativt utan som en
förbättringspotential. Ett normalläge gör det också enklare att utföra aktiviteter som effektiviserar processen. För att uppnå normalläget standardiseras processen. Principen Normalläge –
Standardiserat arbetssätt består av sex underprinciper som alla bidrar till normalläget. Dessa är Standardisering, Takt, Utjämnat flöde, Balanserat flöde, Visuellt och Realtid.
Standardisering innebär att den arbetsmetod som i dagsläget är bäst av de kända metoder som finns
används. Fördelen med att alltid utföra en arbetsuppgift på samma sätt är att det är lättare att upptäcka en återkommande avvikelse och åtgärda denna. Standarderna ger positiva effekter för säkerhet, kvalitet, förbättringsarbete och vid upplärning av nyanställda. Om en avvikelse uppstår och standarden har följts förändras standarden för att åtgärda problemet.
Takt betyder att kundens efterfrågan styr produktionen i systemet eftersom produktionen sker
mot ett behov. Därmed undviks överproduktion och det går alltid att se hur produktionen ligger till. Takt innebär också att avvikelser är lätta att upptäcka eftersom att hela flödet kommer att påverkas om en delprocess inte går i takt.
För att utnyttja resurserna i produktionen effektivt jämnas produktionsvolymerna ut så ett
utjämnat flöde uppnås. Flödet ska även balanseras vilket betyder att arbetet fördelas jämnt mellan
maskiner och mellan människor. En hög beläggningsgrad eftersträvas för att optimera kapaciteten.
För att det ska gå att se om processen är i normalläge är det viktigt att informationen är visuell. Det ska vara lätt att tolka information och att hitta eventuella avvikelser. Visualiseringen ska både vara enkel att se och att tolka. En grund i visualiseringen är därför enkla och överblickbara flöden.
Vid en avvikelse ska åtgärder ske i realtid och information sänds genast till det led där avvikelsen uppstod. Information ses som en färskvara eftersom orsaken till en uppkommen avvikelse med tiden blir svår att identifiera.
Rätt från mig
9 Att stoppa produktionen vid en avvikelse har fördelar som att slöseri i form av onödigt arbete undviks i nästa led, problemen blir synliga och åtgärdas vilket leder till att kvaliteten förbättras. För att undvika att avvikelser uppstår kan standarder och utrustning utformas så att
kvalitetssäkringen byggs in i dem. Ett exempel på detta är att utforma fixturer så att artikeln inte passar om den har en avvikelse.
Förbrukningsstyrd produktion
Produktion sker då kunden visat ett behov och därigenom undviks överproduktion och kapitalbindningen i processen minskas. Det är därför viktigt med ett väl fungerande
informationsflöde där det tydligt framgår när det är dags att börja producera. Visuella buffertar, sekvens och kanban-kort är metoder för att förmedla behovet hos kunden. Med kund menas nästa led i produktionen och mellan två led finns alltid ett leverantör-kundförhållande.
Förbrukningsstyrd produktion innebär att ett led aldrig tillverkar mer än vad nästa led behöver. Mellan två led finns ofta en mindre buffert som kan förhindra stopp i produktionen orsakade av störningar. Bufferten är visuell för att tydligt visa kundens behov.
För att kunna tillverka efter kundens behov måste partistorlekarna vara små och genomloppstiderna korta. Små partistorlekar ställer krav på korta ställtider och korta genomloppstider ställer krav på små buffertar.
Ständiga förbättringar
Ständiga förbättringar är en viktig och drivande del av SPS. Genom arbete i förbättringsgrupper bidrar alla med att i sitt dagliga arbete reagera på avvikelser och lösa problemen. På så vis förbättras ständigt normalläget samtidigt som effektivitet och produktivitet ökar. Viktiga fokusområden för förbättringsarbetet är kvalitet, arbetsmiljö och att minska slöseri.
Slöseri är allt som inte skapar värde för Scania och Scanias kunder. I SPS identifieras åtta olika sorters slöseri vilka är Överproduktion, Onödiga arbetsmoment, Onödiga rörelser och
förflyttningar, Onödiga transporter, Onödiga lager, Fel, omarbetningar och kassationer, Väntetid och Outnyttjad kompetens.
Överproduktion uppstår då mer material än kunden efterfrågar har producerats. Konsekvenserna är kostnader för ökade lagerytor och kapitalbindning. Onödiga arbetsmoment innebär att
produkten skulle uppfylla sin funktion utan att arbetsmomentet utfördes. Ett exempel på detta är bearbetning till finare tolerans än nödvändigt. Alla rörelser, människors och maskiners, som inte tillför produkten eller arbetsmiljön något värde anses vara slöseri i form av Onödiga rörelser, förflyttningar och lyft. Onödiga transporter innebär att materialet transporteras på ett sätt som är omständligt.
Onödiga lager och buffertar gör det svårt att upptäcka slöseri eftersom störningarna inte syns lika tydligt i produktionskedjan. Det är därför viktigt att ha väl avvägda buffertar så avvikelserna upptäcks och åtgärdas. Stora buffertar innebär slöseri i form av yta, utrustning och arbetskraft. Högst produktivitet uppnås om artiklarna har rätt kvalitet från början. Detta slöseri benämns Fel, omarbetning och kassationer och kan även leda till försenade leveranser. Väntetid är ett slöseri som uppstår vid driftstörningar, materialbrist och dålig balansering. Personalen bör alltid planera dagen så att det finns andra uppgifter, som förbättringsarbete, att utföra vid ett eventuellt
stillestånd. Om det uppstår en väntetid eftersom ingen efterfrågan finns från kunden bör
10
4. Nulägesbeskrivning
Det avsnitt i produktionen som är aktuellt i detta arbete ligger inom bearbetningsavdelningen och består av ett flöde av bakaxelbryggor. Där genomförs de sista stegen i produktionen av
bakaxelbryggor och i flödets slut packas bakaxelbryggorna i sekvens och skickas till Södertälje för montering.
4.1 Bakaxelbrygga
Bakaxelbryggans mittendel och tapparna tillverkas separat, se Figur 3. Mittendelens grund utgörs av två halvor bestående av plåt som pressas till önskad form och sedan svetsats samman. På denna struktur svetsas detaljer fast och bearbetningar genomförs. Tapparnas form och toleranser svarvas fram och dessa svetsas sedan fast i bakaxelbryggans mittendel. Grovt kan axlarna delas in i två varianter, de med och de utan navreduktion. Navreduktion innebär att fordonets nedväxling sker i två steg. På så vis fördelas momentvariationen i stället för att koncentreras på en punkt. Dessa bakaxlar används i fordon som hanterar stora totalvikter och körs på ojämna, lösa och mjuka underlag. Axlarna med navreduktion står för en mindre del av produktionen, cirka 30 %.
Figur 3. Bakaxelbrygga med tappar där svetsarna markeras med röda pilar.
Tapparna som används på de vanliga bakaxelbryggorna, utan navreduktion, har benämningen AD90, se Figur 4. Karaktäristiskt för AD90 är den har ett låsspår i gängen längst ut på tappen.
Figur 4. AD90 som har ett låsspår längst ut på tappen markerat med en röd pil.
11 Figur 5. RPX tapp där splines markeras med rött, oljehål med grönt och oljespår med blått.
4.2 Flödet idag
Det aktuella avsnittet i produktionsflödet börjar där tapparna svarvas. Därefter transporteras de med truck till lasersvetscellen där de svetsas samman med bakaxelbryggans mittparti.
Bakaxelbryggan fortsätter på transportband till en gradningscell där bakaxelbryggorna med navreduktion plockas ur flödet för bearbetning av splines, hål och spår. Dessa bryggor placeras sedan återigen i flödet som fortsätter till tvätt och packning, se Figur 6, se även Bilaga 2. Utöver den automatiserade lasersvetscellen finns det ytterligare en lasersvetsmaskin. Den betjänas manuellt idag men kommer att automatiseras när produktionsvolymen ökar.
Figur 6. Layout över den aktuella delen av flödet för bearbetning av bakaxelbryggor.
Vid samtliga led i produktionen arbetar operatörerna 4-skift vilket innebär att de jobbar helg 12 h dagtid, sedan 5-dagarsvecka eftermiddag, 5-dagarsvecka förmiddag, 5-dagarsvecka natt och slutligen är lediga en vecka.
12 Tappsvarvar
På den här stationen bearbetas två huvudtyper av axeltappar, AD90 och RPX. Båda tapparna bearbetas utifrån råämnen genom svarvning och slipning alternativt enbart svarvning, beroende på maskin. På stationen finns tre svarvar, en Weisser och två Emag, se Figur 7. Skillnaden mellan dem är grovt sett att Weisser klarar att bearbeta lagerlägena enbart genom svarvning medan Emag måste avsluta svarvningen med en slipoperation.
Figur 7. Svarvar, pallar för råmaterial och färdiga tappar samt lager i form av ett pallställ. Tapparna kommer in på pall med truck, tapparnas orientering är då vertikal. Med ett lyfthjälpmedel placeraroperatörerna tapparna i horisontellt läge på ett bansystem som
transporterar dem in i maskinen, se Figur 8. Tappen kommer efter bearbetningen ut på andra sidan av maskinen och transporteras vidare på bandet tillbaka till startpunkten. Där utförs kontrollmätningar av lagerlägen och sedan lastas tapparna åter på pall. Mer omfattande
kontrollmätningar utförs med en bestämd frekvens. Vid dessa mätningar förflyttas tappen till ett mätbord.
13 I pallarna för de bearbetade tapparna av typ AD90 finns emballage som orienterar dem med hjälp av låsspåret, se Figur 9. Detta är en förutsättning för att kunna orientera tapparna vid
lasersvetsningen.
Figur 9. AD90 i emballage som orienterar tappen.
Idag bearbetas RPX i en svarv, Weisser, och AD90 i de två andra, Emag. AD90 bearbetas vid behov även i den andra Weisser svarven. Omställning mellan RPX 1 och 2 sker 1-2 gånger per vecka och ställtiden är cirka 15 minuter. Bearbetningstiden för tapparna ligger runt 4 minuter, se Tabell 1.
Tabell 1. Tapparnas bearbetningstider i svarvarna.
Detalj Weisser Emag
AD90 4,2 min 4,7 min
RPX 4,5 min x
Mellan svarvarna och följande station som är lasersvetsen finns en buffert av tappar i ett pallställ. Ingen produktionsplanering används utan tillverkning sker mot denna buffert vars storlek inte är beräknad utan snarare uppskattat utifrån erfarenheter av stopp i svarvarna. Vid ett tillfälle då alla svarvar producerade uppmättes lagret till en storlek av 45 pallar. En volym som skulle kunna förse lasercellen med material i fem dygn om en svarv stannat alternativt två dygn om alla svarvar stannat.
En gång per vecka finns planerad tid för förebyggande underhåll i form av rengöring av maskinerna. Även emballagen rengörs från spånor eftersom dessa kan orsaka problem när tapparna placeras i lasersvetsens fixtur.
Lasersvetscell
I denna process svetsas bryggor och tappar samman. Processen är helt automatiserad vid ena lasern och består där av en cell försedd med en lasermaskin, en hanteringsrobot, två
avlastningsbord och en märkningsmaskin, se Figur 10. I figuren är roboten med bana grön och pallarna med tappar gula. Transportbandet går horisontellt i bilden och lasern syns längst upp i bilden. Tapparna transporteras in i cellen med handtruck genom en port och bryggorna förs in i cellen med transportband. De färdiga bryggorna med tappar förflyttas ut ur cellen med
14 Figur 10. Lasern som i dagsläget är automatiserad.
Roboten har alltid två gripdon, ett som greppar tapparna och ett som greppar bryggorna, se Figur 11. Roboten placerar en brygga från det inkommande transportbandet på ett av
avlastningsborden. Därefter plockar den med ett invändigt gripdon upp tapparna i den ände som ska svetsas samman med bryggan. En kort väntetid uppstår sedan på 40 sekunder då roboten väntar på att lasern ska bli klar med förgående bakaxelbrygga. Roboten lyfter ut den färdiga bryggan ur lasern, med tapparna kvar i fixturen, och placerar den på det andra avlastningsbordet. Sedan kan den omedelbart placera tapparna i lasermaskinen och hämta bryggan utan tappar som finns på det första avlastningsbordet. I lasermaskinen fixeras tapparna i varsin chuck och bryggan på ett bord. Dörrarna till lasern stängs och processen startar. Under laserns operationstid
förflyttar roboten den färdiga bryggan från avlastningsbordet till en märkstation där datum, tappbatchen och ID-nummer ristas in i bryggan. Sedan placeras bryggan på transportbandet som tar den vidare längs flödet till gradningscellen.
Figur 11. Robot med gripdon för brygga och tappar.
15 Tapparna kommer till lasercellen med truck lastade på pall och ytorna som ska svetsas rengörs manuellt med trasa och fönsterputs. Tapparna körs in i cellen med handtruck genom en dörr till en av de tre platser avsedda för pall med tappar, se Figur 12. Eftersom antalet artiklar är fem och antalet pallplatser endast tre måste pallarna ibland bytas innan de tömts för att ge plats till en annan artikel.
Figur 12. Lasersvetscell med robot, lasersvetsmaskin och plats för tre pallar.
Varje pall har en pallflagg med en streckkod som anger vilken typ av tapp som finns i pallen. Streckkoden läses av och matas in i styrsystemet för att roboten ska kunna plocka rätt tapp. Lokaliseringen av tapparna sker genom att roboten med hjälp av en laserstråle söker av pallen och orienterar tapparnas centrum. Roboten är programmerad till att följa en bana i det mönster som tapparna står i emballaget. Laserstrålen registrerar blanka ytor och hittar på så vis tapparnas kanter i det svarta emballaget. När roboten hittat en kant korsar den tappen och måste hitta minst tre kanter av fyra kanter för att kunna lokalisera centrum. För att plocka två tappar behöver roboten omkring en halv minut. Bryggorna lastas med lyfthjälpmedel till ett transportband och registreras samtidigt i cellens styrsystem av operatören.
Gradningscell med ultraljudskontroll
Bryggorna kommer in till gradningscellen via ett transportband. En hanteringsrobot fördelar bryggorna mellan tre gradningsrobotar som finns i varsin cell. Hanteringsroboten placerar även bryggorna i en ultraljudsstation där svetsen kontrolleras. Ett transportband för ut de bryggor som inte klarar ultraljudstestet för manuell kontroll, se Figur 13. Här förs även bryggorna med
16 Figur 13. Bana där RPX bryggor tas ut ur flödet för bearbetning av splines, oljehål och oljespår.
Splinesfräsmaskin och fräs
En telfer används för att transportera bryggan från transportbandet till en stålpall. Transportband in i och ut ur cellen syns överst i Figur 14, markerade med lila. Splinesmaskinen är markerad med rött och fräsen med blått.
Figur 14. Layout över ut- och inbana till gradningscell, splinesmaskin och fräs.
17 Figur 15. Splinesfräs till höger och fräs till vänster.
Telfer används för att vända på bryggan och bearbeta den andra tappen och för att till sist lyfta bryggan till en vagn. Vagnen rullas till transportband som för den tillbaka in gradningscellen.
4.3 Problembild
Problembilden har sin grund i intervjuer som genomförts med operatörer och tekniker, en sammanställning av intervjuerna finns i Bilaga 3. Områdena som undersökts ligger inom produktion och arbetsmiljö. Problem som finns i dagens produktionssystem berör framförallt splinesmaskinen och fräsen, se sammanställningen i Bilaga 4.
Produktion
18 Figur 16. Ytan mellan gradningscellen och splinesfräsen.
Kvaliteten på tapparna i svarven är godtagbar och cirka 1 % kasseras. Det är framförallt
skärbyten, skärbrott och nollpunktsförskjutning som kan resultera i otillräcklig kvalitet. I lasern justeras 3 % av bryggorna efter den första svetsen. Justeringen sker i flera steg tills bryggan kan godkännas. I splinesmaskinen och fräsen anses kvaliteten vara god men brister kan förekomma i form av fel djup på oljespåret eller fel orientering av hål och spår. De tekniska störningarna är störst vid svarvarna med korta stopp dagligen och längre stopp flera gånger per vecka.
Störningarna vid lasern är ovanligare och splinesmaskinen och fräsen är mycket stabila maskiner. Arbetsmiljö
Ett vanligt förekommande och påfrestande arbetsmomentet är lyft med telfer. Detta resulterar i besvär i rygg och nacke. Problemet är störst vid splinesmaskinen och fräsen. Där bearbetas i snitt drygt 70 bakaxlar per skift vilket innebär fyra gånger så många lyft med telfer, cirka 300. Klimatet uppfattas som bristande på samtliga arbetsplatser. Luftkvaliteten anses vara dålig och
temperaturen i lokalen uppfattas ibland vara för hög. Vid splinesmaskinen bildas dessutom oljedimma. De kemiska hälsoriskerna anses vara låga utan starka kemikalier.
20
5. Framtidsbeskrivning
Det är framförallt två händelser som kommer att påverka produktionen av bakaxelbryggor inom den närmaste framtiden. För det första så ska kapaciteten ökas och för det andra så kommer de axeltappar som produceras idag att bytas ut om nya artiklar.
5.1 Nya artiklar
Tappen som idag används för bakaxelbryggor med navreduktion, RPX, kommer att ersättas med den nya tappen Helge. Helge finns, precis som RPX, både som 1 och 2 vilka har en höger- och en vänstertapp. Detta ger totalt fyra artikelnummer av vardera tappsorten och åtta artiklar under den period som båda tapparna produceras. De skillnader som finns mellan Helge och RPX som påverkar produktionen av tapparna är att innerdiametern ökat från 62 till 64 mm samt att Helge saknar oljespår, se Figur 18.
Figur 18. Tappen Helge 2 som ska ersätta RPX 2.
Tappen som används för huvuddelen av bakaxelbryggorna, AD90, kommer att ersättas med RX. Det finns ingen höger- eller vänstertapp och därmed bara en artikel. Skillnaden mellan AD90 och RX är att RX, precis som Helge, har en innerdiameter på 64 mm. Dessutom har RX ett låsspår som är betydligt mindre jämfört med det som finns på AD90, knappt hälften så djupt och bara en fjärdedel så långt, se Figur 19. Detta innebär att det inte är möjligt att orientera låsspåret på RX med den typ av emballage som använts till AD90. Men i nuläget har Scania i Södertälje gett klartecken att RX-tapparna inte behöver vara orienterade gentemot bryggan. En annan
förändring som kan bli aktuell är att införa höger- och vänstergänga på RX tappen. Detta innebär att antalet artikelnummer ökar från ett till två.
21 De nya artiklarna innebär ett flertal konsekvenser för produktionen av tapparna. Antalet
artikelnummer kommer under en period att fördubblas, från fem till tio, se Tabell 2. Tabell 2. Beskrivning av hur antalet artiklar varierar under de närmaste åren. (Sekretessbelagd)
År 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 AD90 x x x x RX x x x x x x RPX 1 (H+V) x x x x RPX 2 (H+V) x x x x Helge 1 (H+V) x x x x x Helge 2 (H+V) x x x x x Helge 3 (H+V) x x x Totalt antal 5 6 10 10 7 7 7 Artiklar
Vid tappsvarvningen innebär detta fler ställtider och längre ställtider eftersom olikheterna mellan tapparna leder till fler justeringar av maskinerna. Ett exempel är förändringen av innerdiametern som innebär att maskinens chuckar måste bytas. Det nya flödet som innebär att hål, spår och splines ska bearbetas på RPX och Helge innan tappen svetsas ihop med Bakaxelbryggans mittparti innebär att dessa tappar måste orienteras inför svetsen.
5.2 Prognos för framtida produktionsvolymer
Scania producerar idag 100 000 lastbilar och bussar per år. Målet är att runt år 2015 komma upp i en volym av 150 000 fordon, det vill säga en ökning med 50 %. Arbetet med att öka volymen har delats in i fem steg, och idag befinner sig Scania på steg tre. Idag finns utöver Ferruform
ytterligare en produktionsanläggning för bakaxelbryggor belägen i São Paulo, Brasilien. Ferruform står för cirka 80 % av tillverkningen och producerar 98 000 bakaxelbryggor per år. Scanias mål att öka produktionen med 50 % innebär för Ferruform en ökning med 65 % och en produktion av 162 000 bakaxelbryggor per år. Anledningen till att produktionen av bakaxelbryggor ökar med 65 % medan produktionen av fordon ökar med 50 % är att prognosen visar en ökad efterfrågan på fordon med två drivna bakaxlar.
22 Tabell 3. Beskrivning av volymer, antal maskiner, antal artiklar och buffert för volymstegen. (Sekretessbelagd)
Steg 3.5 Steg 5 Tappar/år 250 000 300 000 Andel RPX+Helge/år 25% 28% RPX+Helge/år 67 000 90 000 AD90+RX/år 183 000 210 000 Tappar/vecka 5 400 6 500 RPX+Helge/v 1 500 1 900 AD90+RX/v 3 900 4 600 Svarv 5 6 Kuggfräs 1 1 Laser 2 2 År 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 AD90 x x x x RX x x x x x x RPX 1 (H+V) x x x x RPX 2 (H+V) x x x x Helge 1 (H+V) x x x x x Helge 2 (H+V) x x x x x Helge 3 (H+V) x x x Totalt antal 5 6 10 10 7 7 7
Buffert 1 svarv stå 1 vecka 1433 1 433 1 080 1 180 1 180 1 180 1 083 Kapacitetsplan Steg 3 Steg 4 Volym 200 000 270 000 26% 25% 51 000 75 000 149 000 195 000 4 300 5 900 1 100 1 600 Artiklar 3 200 4 300 Maskiner 3 5 0 1 2 2
Den slutliga volymen har fördubblats i och med att det krävs två tappar till varje bakaxel. I tabellen finns även antalet maskiner, artiklarna och buffertstorleken med för att ge en helhetsbild av produktionen under de kommande åren. Bufferten är beräknad utifrån att en svarv ska kunna stå i en vecka utan att det blir materialbrist i lasersvetsen.
I kapacitetsplanen finns delar som är mindre säkra än andra. Att RX, Helge 1 och 2 kommer att introduceras och AD90 samt RPX ska utgå är fastställt. Om Helge 3 kommer komma i
23
6. Analys och problembestämning
En analys gjordes av nuläges- och framtidsbeskrivningen med Scanias Produktionssystem som utgångspunkt. Efter att analysen genomförts formulerades en problembestämning som definierar vad lösningen ska omfatta samt tillvägagångssättet för att nå lösningen.
6.1 Nulägesanalys
Tappsvarvar
Dagens system innebär att det blir mycket hantering av tappar och pallar. Mellan svarvarna och lasersvetscellen ska tapparna packas i eller ur pallar totalt tre gånger och däremellan transporteras de två gånger med truck, till och från pallstället. Inget av detta är värdeskapande för kunden. Ett problem som finns är att tapparna svarvas i stora batcher medan produktionen i lasern sker i mindre partier. Med dagens ställtider finns det inte heller någon möjlighet att köra mindre batcher i svarvarna. De stora batcherna medför att bufferten måste ökas eftersom alla artiklar inte
produceras dagligen. Nyttjandet av svarvarna är idag 54 % vilket är långt från det mål som finns på 80 %. Detta beror delvis på att dagens kapacitet är högre än vad som krävs. En annan orsak är de oplanerade stopp som förekommer och som leder till slöseri i form av väntetid. Det kommer troligtvis bli nödvändigt att minska både tekniska störningar och ställtider då
produktionsvolymerna ökar. Kortare ställtider har också den positiva effekten att batcherna kan minskas. Detta kortar genomloppstiderna och möjliggör att alla artiklar kan produceras dagligen. Färre tekniska störningar i kombination med mindre batcher leder till att buffertens storlek kan minskas.
När det gäller orienteringen av tapparna så används idag emballage. Fördelen med detta är att orienteringen är klar när tappen kommer till lasern och cykeltiden där kan minimeras. Även när laserroboten ska plocka tappen är ett emballage fördelaktigt eftersom roboten endast behöver söka upp den första tappen och sedan kan plocka enligt det mönster som tapparna står placerade. Nackdelen är att spånor och annat skräp kan fastna under tappen vilket medför att tappen inte kan placeras korrekt i laserns fixtur. Användningen av emballage innebär också en kostnad i och med att emballagen slits och måste bytas ut med jämna mellanrum.
Lasersvetscell
Idag finns tre platser för pallar med tappar i lasercellen medan antalet artiklar är fem. Den dagliga produktionsvolymen innebär att cirka 30 pallar med tappar förbrukas varje dag. Detta innebär att operatörerna måste bevaka pallarna och byta ut dem när de är tomma eller när en annan artikel ska produceras. Slöseri uppstår i form av hantering. I lasercellen uppkommer ibland
kvalitetsproblem i form av förväxling mellan höger och vänstertappar. Eftersom
ombearbetningen blir omfattande bör problemet åtgärdas så det inte uppstår igen. Angående orientering av Helge tapparna så har roboten i lasercellen idag en väntetid som skulle kunna användas för att orientera tapparna som alternativ till att använda emballage.
Splinesmaskin och fräs
Även här är hanteringen av material omständlig och utgör stora delar av operatörens
arbetsuppgifter, vilket kan anses vara slöseri. Hanteringen med telfer är dessutom ett problem ur ergonomisk synpunkt. Även oljedimma och ensidiga arbetsuppgifter bidrar till en dålig
arbetsmiljö och det är därför en fördel att arbetsplatsen ska tas bort. Det värdefulla med
24 Logistik
Idag används truckkörning för att transportera tapparna mellan stationerna. Detta kan anses vara en nackdel ur både säkerhetssynpunkt och av ergonomiska skäl. Användningen av truckar står för den största andelen olyckor och tillbud och är en monoton arbetsuppgift. Det finns inte heller någon fungerande standard för påfyllning av material utan detta varierar från gång till gång vilket leder till att avvikelser blir svåra att upptäcka. Bufferten är i dagsläget av en storlek som är uppskattad snarare än beräknad. Storleken är sådan att produktionen i lasern inte ska stoppas även om en svarv får ett längre stopp. Detta innebär överproduktion och att problemen som finns i svarvarna döljs av den tilltagna bufferten. En väl avvägd nivå skulle bidra till att stopp utreds och därmed förhindras i framtiden. En onödigt stor buffert innebär också att slöseri uppkommer eftersom bufferten kräver yta, utrustning och arbetskraft. Att produktion sker mot bufferten och inte efter en produktionsplanering har flera nackdelar. Dels är det omöjligt att veta hur produktionen ligger till och dels krävs en större buffert eftersom fördelningen mellan
artiklarna varierar från dag till dag.
6.2 Framtidsanalys
Det kommer att vara viktigt att skapa ett tydligt normalläge eftersom produktionen blir mer komplex och svårare att överblicka. Det finns en risk att de problem som finns i nuläget kommer att öka då volymerna och antalet artiklar ökar. Visualisering och informationsflöden som ger en förbrukningsstyrd produktion är verktyg som kan användas för att uppnå detta.
Nya artiklar
Att artiklarna byts ut medför en övergång med många artiklar vilket innebär att
produktionssystemet måste vara flexibelt. Det ska klara av flera olika varianter av artiklar och varierat antal artiklar. Ställtiderna blir också längre vilket innebär att dessa bör minskas i antal. Det som talar emot detta är att ett ökat antal artiklar innebär större buffert om batcherna är stora. Här måste en balans hittas mellan buffertens storlek och antalet omställningar av maskinerna. Ett ökat antal artiklar motiverar också användandet av produktionsplanering. Eftersom fler artiklar leder till en ökad buffert om ingen planering används. Ett ökat antal artiklar innebär också att dagens system med tre platser för tappar blir ohållbart eftersom antalet byten mellan pallar blir mycket arbetskrävande. Den nya tappen Helge kräver orientering vilket inte är möjligt att
genomföra med dagens system för orientering av AD90. Därför måste en ny lösning utformas för orienteringen av Helge. Lösningen måste även klara av orienteringen av AD90 alternativt måste dagens emballage finnas kvar.
Prognos för framtida produktionsvolymer
En ökad volym innebär att de problem som finns i dagens system ökar i skala. Stopp i svarvar som idag kräver en viss nivå på bufferten kommer att kräva en betydligt större buffert som dessutom blir svårare att överblicka. Det kan därför bli mer aktuellt att arbeta med att minska stoppen, ställtiderna och att införa en produktionsplanering. För att klara volymen måste antalet svarvar öka vilket leder till ökad manuell hantering. Detta går inte i linje med Scanias filosofi att ta till vara på operatörens kompetens, genom arbete framförallt med kvalitet (Mårtensson 2010). Av denna anledning och av ergonomiska skäl bör hanteringen av tappar automatiseras. När
25
6.3 Problembestämning
Målet som angavs i inledningen var att skapa en lösning som beskriver hur tapparna ska hanteras, hur transporten kan automatiseras, hur tapparna ska lagras samt hur orientering och tvätt inför lasersvetsning ska genomföras. Utifrån dessa mål samt utifrån den bild som skapats av nuläge och framtid specificerades de områden som lösningen ska omfatta.
Projektet skullebeskriva en helhetslösning som innefattade följande nio områden:
Hantering av tappar vid svarv och kuggfräs.
Transport mellan svarv och kuggfräs.
Transport från svarvar och kuggfräs till laserceller.
Utformning av buffert innan lasersvetsning.
Tvätt innan lasersvetsning.
Matning av tappar till lasercell.
Lokalisering av tappar i lasercell.
Orientering av tappar med oljehål.
Garantera att tappar har rätt gänga.
26
7. Kravspecifikation
Vid utformningen av lösningsförslagen har fokus framförallt legat på området flexibilitet. Även kraven för Pay-off tid, olycksrisk, ergonomi samt hantering har varit avgörande. Varje krav har kvantifierats i så hög grad som möjligt vilket har resulterat i att de olika kraven har en varierande nivå av mätbarhet. Kvantifieringen av kraven bygger på fakta eller antaganden gjorda tillsammans med produktionstekniker på Ferruform.
Ekonomi
Investeringskostnad för ny produktionsutrustning.
- För Steg 3 ska investeringen vara i storleksordningen 2 000 kkr. Pay-off tid för ny produktionsutrustning.
- Ett målvärde är 2,5 år. Pay-off tiden beräknas genom att investeringskostnaden divideras med uppskattade besparingar/år i form av minskad bemanning.
Flexibilitet
Ge förutsättningar för att producera ökade volymer.
- Kapacitet för ökad produktion i systemet alternativt tillåta utbyggnad av systemet för att minst kunna producera följande volymer, se Tabell 4.
Tabell 4. Kommande volymer enligt Scanias kapacitetsplan.
Steg 3 Steg 3.5 Steg 4 Steg 5
Volym [tappar/år] 200 000 250 000 270 000 300 000
Ge förutsättningar för att producera nya artiklar.
- Samma system ska kunna hantera både dagens artiklar och nya artiklar. Dessa är följande:
AD90 RX
RPX 1 och 2 Helge 1, 2 och 3
Ge förutsättningar för att producera ett varierat antal artiklar.
- Från dagens nivå på 5 artiklar till den högsta nivån på 10 artiklar som inträffar under övergången till de nya artiklarna.
Ge förutsättningar för framtida tillverkning i sekvens.
- I framtiden kommer bakaxelbryggorna produceras i ett enstycksflöde. Detta innebär att tapparna måste kunna levereras i en bestämd sekvens till lasersvetscellen.
Minimera slöseri
Scania har ett mål på OPE 80 %. En hög nyttjandegrad av maskiner skapas genom att: 1. Minimera omställningstiden för maskiner. Med dagens ställtider maximalt tre
omställningar per dygn.
2. Minimera risken för störningar i systemet genom att skapa okänsliga system. Minimera cykeltiden för samtliga processer.
27 Ge förutsättningar för att producera detaljer av god kvalitet.
- Kassation på högst 1 %. Risken för fel ska minimeras och uppkomna fel ska enkelt
upptäckas. Produktionssystemet ska vara utformat så att det är svårt att göra fel, det vill säga att ”Poka-Yoke” tillämpas.
Se till att kunden i processen alltid har material utan risk för överproduktion. Det vill säga en förbrukningsstyrd produktion.
1. Storleken på bufferten är den volym som krävs för att förse lasercellen med material även om en svarv står still under en veckas tid, se Tabell 5.
Tabell 5. Buffert beräknad utifrån den volym en svarv producerar under en vecka.
Steg 3 Steg 3.5 Steg 4 Steg 5
Volym [tappar/vecka] 4300 5400 5900 6500
Antal svarvar 3 5 5 6
Buffert [tappar] 1433 1080 1180 1083
2. Produktionsplanering ska införas med produktionen i lasersvetsen som utgångspunkt. Artiklarna med högst volym ska produceras dagligen medan övriga artiklar produceras i intervall. Produktionsläget visualiseras genom att bufferten ska gå att bedöma på plats. Minimera hantering av detaljer.
- Transporter och arbetsmoment ska vara effektiva. Detta innebär att antalet förflyttningar och arbetsuppgifter som inte är värdeskapande minimeras.
Arbetsmiljö och säkerhet
Undvika arbetsuppgifter som kan leda till belastningsskador.
- Detta innebär moment med tunga lyft, monotont arbete eller statiskt arbete. Dagens arbetsmoment bör inte försämras och nya arbetsmoment ska bedömas och ligga på en belastningsnivå som inte medför risk för skador.
Ge förutsättningar för ett stimulerande arbete med godtagbar stressnivå. - Arbetet ska vara omväxlande med flera arbetsmoment och möjlighet att påverka
arbetsgången. Det ska vara lätt att se hur produktionen ligger till mot planeringen och planeringen ska gå att följa utan att arbetet blir hektiskt.
Olycksrisken ska vara på en acceptabel nivå.
- Utgångspunkt för bedömningen är konsekvens och sannolikhet. God framkomlighet för personal.
- Personal ska enkelt kunna röra sig mellan olika delar av produktionen. Belysningen på arbetsplatsen ska anpassas efter arbetsuppgiften.
- Maskinbelysning ska finnas där synkrävande arbete utförs, som exempelvis verktygsbyte, inställning, kontroll och service (Scania 2007).
Bullernivån på arbetsplatsen ska hållas låg. - Följande ljudnivåer får ej överstigas:
Högsta tillåtna ljudnivå är Leq 75 dB(A). Högsta maximala ljudnivå är Lmax 85 dB(A).
28
8. Lösningsförslag
Med kravspecifikation och kapacitetsplan som utgångspunkt skapades en idématris som utgjorde grunden till utformningen av tre lösningsförslag. Samtliga koncept och lösningsförslag är
anpassade till Steg 5 i kapacitetsplanen, vilket innebär ett ökat antal artiklar, maskiner och att en högre volym produceras, enligt Tabell 3. Detta innebär att antalet svarvar ökar från tre till sex, en kuggfräs tillkommer och båda lasercellerna är automatiserade. Artiklarna ökar från fem till sju och volymen från 200 000 till 300 000 tappar per år.
8.1 Idématris och kombination av koncept
I problembestämningen beskrevs ett antal funktioner som examensarbetet ska ge lösningsförslag till. För varje funktion söktes lösningar som sammanställdes i en matris, se Tabell 6. Lösningarna samlades in genom brainstormingsessioner, sökningar på internet efter liknande system,
studiebesök på Scania i Södertälje samt kontakt med leverantörer inom olika områden. Tabell 6. Idématrisen beskriver ett antal lösningar, koncept, för varje funktion.
Funktion Koncept A Koncept B Koncept C Koncept D
1. Hantering av tappar vid svarv och kuggfräs
Manuell hantering Robot Linjeportal
2. Transport mellan svarv och kuggfräs Bansystem med portal för omorientering Robot 3. Transport från svarvar och kuggfräs till laserceller
Truck Bansystem AGV – obemannad
truck Linjeportal
4. Utformning av buffert innan lasersvetsning
Pallställ Lagerautomat Integrerat i bansystem
5. Tvätt innan
lasersvetsning Manuell tvätt med fönsterputs Tvätt integrerad med bansystem
6. Matning av tappar till lasercell
Manuellt med
handtruck Reversibelt transportband-system
Bansystem Lagerautomat i anslutning till cell
7. Lokalisering av
tappar i lasercell Laserdiod Visionsystem Tappar hämtas på fix position
8. Orientering av tappar med oljehål
Behålla orientering
från svarv/kuggfräs Visionsystem med tre kameror Axiell bearbetning som läses av med vision Tappen roteras framför analog lasergivare 9. Garantera att tappar har rätt gänga Säkerställa att förväxlingen inte kan uppstå
Visionsystem Analog lasergivare vid tapp som roteras och flyttas i sidled
Vissa av de valda koncepten i idématrisen kräver en utförligare beskrivning, denna finns i Bilaga 5. Med idématrisen som grund utformades tre lösningsförslag. Detta skedde genom att
koncepten i matrisen sammansattes i olika kombinationer. Eftersom långtifrån alla koncept är möjliga att kombinera bildades ett fåtal lösningar och av dessa valdes med hjälp av
29
8.2 Gemensamma koncept
Här följer en presentation av de koncept som är gemensamma för samtliga lösningar. 1. Hantering av tappar vid svarv och kuggfräs
Här har konceptet med en robot som matar tappar till och från svarvar och kuggfräs valts. Beslutet grundar sig i Scanias arbetsmodell där operatörernas kompetens ska tillvaratas och monotont arbete automatiseras (Mårtensson 2010). Eftersom arbetsuppgiften är tidskrävande frigörs operatörernas tid till annat arbete. Dagligen kommer 1 300 tappar att lyftas på och av till maskinerna vilket innebär 2 600 lyft fördelat på operatörerna. Om fyra operatörer arbetar vid svarvarna medför detta ungefär 217 lyft per operatör och dag.
2. Transport mellan svarv och kuggfräs
Här är alternativet med roboten mest fördelaktigt i och med att en portal för omorientering även kräver att nya paletter för den stående tappen måste konstrueras. Det är därför ekonomiskt fördelaktigt att använda en robot (Jönsson 2010).
8. Orientering av tappar med oljehål
En lösning där tappens orientering från svarvar och kuggfräs behålls visade sig kräva att emballage eller paletter utvecklas för detta ändamål. En sådan lösning är både mer komplicerad och dyrare än att orientera tapparna i lasercellen. Lösningarna med vision alternativt analog lasergivare har fördelen att tappens orientering kontrolleras av roboten i samband med
svetsningen vilket garanterar att tappen har rätt orientering då den svetsas. Vision är ett dyrare alternativ än analog lasergivare och eftersom tappen kan hållas inom ±45 º i samtliga
30
8.3 Lösning 1 - Utveckling av dagens system
Den här lösningen bygger på dagens system som utvecklats för att klara en högre
produktionsvolym och fler artiklar. Lösningen beskrivs i en layout, se Figur 20 och även Bilaga 6.
Figur 20. Layout över lösning 1.
Svarvarna binds samman med en Ewab-bana där tapparna transporteras på paletter, se längst ner i Figur 20. Detta är samma slags bana som den som används vid svarvarna idag. Lösningen möjliggör på- och avlastning av tappar till banan på en och samma plats istället för vid varje svarv. Därigenom kan pålastningen av tappar skötas med bara en robot, se längst ner till vänster i Figur 20. Här krävs ett visionsystem för att roboten ska kunna plocka tapparna från pallar och till pallar med emballage. Banan medför också att tapparna kan genomgå flera processer då de cirkulerar på banan. Dessa är svarvning, kuggfräsning och kvalitetskontroll. Tappar med
navreduktion svarvas först och går sedan vidare till kuggfräsningen. Vid kuggfräsen finns, precis som vid svarvarna, en bana för buffert. Skillnaden är att banan inte tar tapparna ända fram till kuggfräsen utan till en robot som matar maskinen, eftersom den kräver att tapparna har en vertikal orientering. Efter svarvning och kuggfräsning samlas tapparna upp i en buffert där kvaliteten kontrolleras, även detta på en gemensam station istället för vid varje svarv. Visst kvalitetsarbete, som första- och sistabitskontroll, kommer fortfarande ske vid respektive svarv genom att tappen lyfts av från banan. Efter mätning placeras tappen återigen på banan vid svarven. Efter bearbetningen kommer tapparna tillbaka till robotcellen där de plockas av banan ner i pallar med emballage.
31 Figur 21. Ett reversibelt transportbandssystem som förser lasercellen med tappar.
Transportbandssystemet står i anslutning till robotcellen. På utsidan av cellen, i änden av systemet, finns ett bord där trucken lämnar av fulla pallar och hämtar tomma. Inne i cellen plockar roboten tappar ur pallarna. Transportbanans hastighet är 0,2 m/s horisontellt och 0,07 m/s vertikalt. En växling tar då maximalt 16 s och inträffar när pallen med den sökta artikeln står längst bort från roboten. Transportbandsystemet regleras av ett styrsystem och den tapp som matchar nästa bakaxel matas automatiskt fram (Nordensved 2010).
Vid varje lasercell måste två system användas för att tapparna ska få plats när antalet artiklar är som högst. Det finns då en plats för varje artikel vilket leder till att artikeln av högst volym måste fyllas på ungefär en gång per timme. Skiftet av pall som uppstår när en artikel tar slut blir ett kritiskt moment då truckföraren måste vara på plats för att produktionen inte ska stanna. För att undvika detta kan antalet platser per transportbandssystem utökas, så länge som tiden för att plocka fram en tapp inte blir så lång att den påverkar laserns cykeltid. Även platsåtgången för systemet påverkar antalet pallplatser, det system som visas ovan är cirka sju meter långt. För att lokalisera tapparna i lasercellen krävs ett visionsystem. Det beror på att transportbandet inte har en tillräckligt hög precision vid frammatningen av pallarna för att roboten ska kunna plocka tapparna från fasta koordinater (Nordensved 2010). Orienteringen av hålet sker genom att tappen roteras framför en analog lasergivare. Detta är möjligt eftersom tapparna transporteras i emballage och bygger på att tapparna har en bestämd orientering då de placeras i emballaget. Kontrollen av gängan bör ske med vision i lasercellen eftersom det finns en möjlighet att
tapparna kan förväxlas mellan svarvarna och inmatningen till lasercellen. Det vore ändå önskvärt att pallarna alltid märks med rätt pallflagg vid svarvarna. Det bör därför undersökas om det är möjligt att koppla utskriften av pallflagg till det program som körs i svarven.
Ekonomi
En sammanställning över de huvudsakliga investeringskostnaderna för lösningen visas i Tabell 7. Tabell 7. Investeringskostnad för lösningsalternativ 1.
Produkt Kostnad [kr/st] Antal [st] Summa [kr]
32 Robotarna används vid på- och avlastningsplatsen samt vid kuggfräsen. I priset är allt inräknat såsom gripdon, åkbana, skyddsgård, installation, utbildning och CE-märkning (Richardsson 2010). I visionsystemet ingår kamera, utvärderingsenhet, kabel och lins. Eventuellt kommer även extra belysning att krävas vilket inte är inkluderat (Löfquist 2010). I kostnaden för Ewab-bana ingår en bana vid varje svarv och en vid kuggfräsen samt en huvudbana (Jönsson 2010). Det överordnade styrsystemet behövs vid svarvarna för att koppla samman bansystem, robotar och annan utrustning. Antalet emballage har beräknats utifrån antalet pallar som krävs till lagret vilket är 40 st. Därtill behövs ytterligare några emballage för att täcka behovet vi laserceller och svarvar. Kostanden för det reversibla transportbandsystemet inkluderar både banan och styrsystemet (Nordensved 2010).
Bemanningen för lösningen uppskattades tillsammans med produktionstekniker på Ferruform. För att sköta svarvar, kuggfräs och truckkörning till och från denna station behövs
uppskattningsvis 3,5 operatörer per skift. För att sköta lasercellerna och mata in material i form av tappar och bakaxlar till denna cell krävs en bemanning på 4 operatörer per skift, se Tabell 8.
Tabell 8. Bemanning och besparing vid införande av lösningsförslag 1.
Operatörer/skift Totalt Operatörer/skift Totalt antal
Svarvar + truckkörning 5 15 3,5 10,5 4,5
Laser + inmatning 4 12 3 9 3
Totalt 9 27 7 19,5 7,5
Besparing Område Dagens system Utvekling av dagens system
Som referens finns Dagens system vilket innebär att inga förändringar i produktionssystemet genomförs men att volymen, antalet artiklar och antalet svarvar har ökats så de motsvarar Steg 5. En beräkning av Pay-off tiden med endast bemanning som grund genomfördes. En operatör som arbetar 3-skift beräknas kosta cirka 450 000, se Bilaga 7. En uppskattning på Pay-off tiden blir då:
14 709 000 kr / (7,5 × 450 000) kr/år ≈ 4,4 år.
