Implementering av lean i ett gjuteri med låga volymer och hög variation
Implementation of lean theories in a foundry with low volumes and high variety
Patrik Sandberg
Fakulteten för Hälsa, Natur- och Teknikkunskap Examensarbete Civilingenjör i Maskinteknik E, 30 hp
Handledare Leo De Vin (KAU), Ola Jonsson (Valmet) Examinator Jens Bergström
2014-06-04
~ 2 ~ Förord
Med detta examensarbete så avslutar jag min civilingenjörsutbildning i maskinteknik vid Karlstads Universitet.
Arbetet är utfört på Valmet AB våren 2014. Det har varit mycket lärorikt och roligt och jag hoppas att Valmet själva är nöjda med resultatet.
Jag vill passa på och tacka samtliga anställda på Valmets gjuteri som gladeligen har svarat på mina frågor och gett mig den information jag behövt. De har alltid varit tillmötesgående och det är jag väldigt tacksam över. Jag vill även tacka Adam Helsing och Antonia Hallstensson för allt sammarbete vi haft under tidens gång. Det hade varit omöjligt att nå följande resultat utan er. Adam och Antonia gjorde också sitt exjobb på Valmet och vi delade samma handledare.
Stort tack till min handledare Ola Jonsson för all support jag har fått på vägen och all uppmuntran till att följa upp mina idéer. Jag vill även tacka Anders Wickberg samt Leo De Vin från Karlstads Universitet för deras hjälp med lean och diverse rapportfrågor. Till alla er jag glömt, tack så mycket för att ni gjort mitt exjobb både roligare och lättare!
Karlstad i Juni 2014 Patrik Sandberg
~ 3 ~ Sammanfattning
Gjuteriet på Valmet i Karlstad har under en lång tid haft problem med lönsamheten. Nu är målsättningen att vända på detta. Idag finns det tre stycken produktionslinjer; motorblock, Yankeecylindrar samt vindkraftgods.
Detta examensarbete har fokuerat på att undersöka om värdeflödesanalys är ett användbart verktyg att applicera på ett gjuteri, och därför utanför den typiska tillverkningsindustrin. Dessutom har målet varit att undersöka om det finns möjlighet att förbättra flödet i Gjuteriet samt även resultatet.
Under de 20 veckor arbetet har utförs på gjuteriet har data samlats in och analyserats. Det har varit möjligt konstatera stora oregelbundenheter i produktionen vid flera ställen. På grund av begränsad tid har arbetet fokuserats på tre specifika områden: Kärntillverkningen för motorblocken, cementformningen för Yankeecylindrarna samt flaskformningen för motorblocken. Med hjälp av de uppmätta tiderna har förslag på ny layout tagits fram. Dessutom har önskemål om att undersöka möjligheten att gå ner från tre skift till två skift vid kärntillverkningen kommit upp. Detta har undersökts och även räknats på. Simuleringar gjordes även i programmet Flexsim. Modellen i Flexsim var dock förenklad vilket påverkar trovärdigheten av resultatet. Att fortsätta bygga på en förbättrad modell är något som rekommenderas till framtida arbeten.
Som komplement till simuleringarna i Flexsim gjordes därför en manuell simulering för att ta reda på möjligheterna för tvåskift. Det visade sig att det är möjligt att gå ner i skift. Dock kommer det att bli ca 800.000 kr dyrare om året. Men med denna investering säkras möjligheten att långsiktigt tillverka 5 motorblock i veckan vilket förkortar avbetalningstiden avsevärt då varje motorblock som säljs genererar en vinst på ca 150.000 kr.
Det visade sig även att det är problematiskt att använda sig av värdeflödesanalys på en process som är stor, innehåller ett stort antal delsteg samt även är mycket oregelbunden. Däremot har värdeflödesanalysen kunnat användas som komplement till de övriga simuleringarna.
För Yankeetillverkningen beslutades det att fokus bör ligga på införandet av en ny cementmixer som Valmet köpt in. Problemet har varit hur den skall kunna nå samtliga tre gropar då dessa är stora och sträcker över ett stort område. Efter diskussioner beslutades det att gå vidare med ett koncept som innebär att hela cementmixern kommer att göras mobil. Valmet själva tog sedan beslutet att resultatet skall dokumenteras för att sedan överlåtas till Valmet då införandet av mixern är alldelles för stort för detta examensarbete.
Sammanfattningsvis har det konstaterats att det finns en hel del saker att göra. Gjuteriet är i stort behov av produktivitetsförbättringar, standardisering, 5S med mer och det finns en mycket stor potential i framtiden att förbättra lönsamheten. Även utanför de tre områden som detta examensarbete har fokuserat på.
~ 4 ~ Abstract
Valmets own foundry in Karlstad has during a long period of time had problems being profitable. The goal today is to turn this around. Today there are three different productionlines; engine blocks, Yankeecylinders and components for the wind turbine industry. This master thesis has focused on examining if value stream mapping is a useful tool to use in a foundry, and therefore outside the typical manufacturing industry. The target has also been to evaluate if there is a possibility to improve the flow in the foundry and also the results.
During the 20 weeks this work has been done at the foundry data has been collected and analyzed. It has been possible to confirm irregularities in the production at several places. Due to limited time the focus of this theses has been at three different areas: The sand core manufacturing, the forming of concrete for Yankee cylinders and also the molds for the castings of engine blocks. Together with the measured times and values a new proposition of the sand core manufacturing has been developed. There has also been a request in examining the possibilities of changing from three shifts to two shifts at the sand core manufacturing. This has been examined and economical calculations has been made. Simulations have been done in a program called Flexsim. The Flexsim model was a simplification of the real situation which therefore affects the reliability of the result. To continue improving the model is something that is recommended for future thesises.
As a complement to the simulations made in Flexim manually simulations was made too, to examine the possibilities of reducing the number of shifts from three to two. The result was clear, it was possible to go down to two shifts. It would though cost approximately 800.000 kr more per year. But with this investment it is possible to produce 5 motor blocks a week steadily for a long time which helps with the payoff of the investment. Every sold motor block results in a profit of approximately 150.000 kr.
It was also found that it is problematic to make use of value stream mapping in a process that is large, contains a large number of sub-steps and also is very irregular. However, the value flow analysis could be used as a complement to the other simulations.
For the production of Yankee cylinders, it was decided that the focus should be on the introduction of a new cement mixer that Valmet bought into. The problem has been how it will be able to reach all three pits, as these are large and extends over a large area. After discussion, it was decided to proceed with a concept that means that the entire cement mixer will be mobile. Valmet themselves then took the decision that the results shall be recorded and then transferred to Valmet since the introduction of the mixer extends too big for this thesis. In summary, it has been noted that there are a lot of things to do. The foundry is in great need of improvements in productivity, standardization, 5S and so on, and there is a huge potential in the future to improve profitability.
Even outside the three areas that this thesis has focused on.
~ 5 ~ Innehållsförteckning
Förord ... 2
Sammanfattning ... 3
Abstract ... 4
1 Inledning ... 7
1.1 Introduktion ... 7
1.2 Problemformulering ... 8
1.3 Syfte ... 9
1.4 Disposition ... 10
2 Metod ... 11
2.1 Tillvägagångssätt ... 11
3.1.1 Förstudie ... 11
3.1.2 Fallstudie ... 11
3.2.3 Datainsamling ... 15
2.2 Begränsningar ... 9
3 Teori ... 16
3.1 Lean production ... 16
3.1.1 5S ... 17
3.1.2 Värdeflödesanalys ... 17
3.1.3 Varför inte alla lyckas med lean... 21
3.2 Gjutning ... 22
4 Fallstudie... 24
4.1 Processer ... 24
4.1.1 Tillverkning av motorblock ... 24
4.1.2 Tillverkning av Yankeecylindrar ... 26
4.1.3 Stödfunktioner inom gjuteriet ... 29
4.2 Nuvarande tillstånd ... 31
4.2.1 Kärntillverkningen ... 31
4.2.2 Beredning av flaskor för motorblockstillverkningen ... 33
4.2.3 Cementformning Yankeecylinder ... 35
4.3 Framtida tillstånd ... 36
4.3.1 Kärntillverkningen layout ... 36
4.3.2 Layout för beredning av flaskor till motorblockstillverkningen ... 37
4.3.3 Layout för cementformningen av Yankeecylinder ... 38
4.3.4 Övriga förbättringsförslag... 40
4.4 Flödessimuleringar över det framtida tillståndet för kärntillverkningen ... 41
4.5 Manuell flödessimulering ... 43
4.6 Kostnadsberäkningar för de föreslagna förändringar vid kärntillverkningen ... 44
~ 6 ~
4.7 Värdeflödesanalys ... 45
4.8 Sammanfattning resultat ... 47
5 Diskussion ... 48
6 Slutsats ... 52
7 Referenser ... 53
8 Bilagor ... 54
~ 7 ~ 1 Inledning
Här introduceras det valda ämnet tillsammans med en teoretisk bakgrund. En problemformulering kommer även att ställas upp som sedan mynnar ut i ett syfte med denna rapport.Det hela avslutas med rapportens disposition.
1.1 Introduktion
Under 1940-talet hade Toyota det mycket jobbigt ekonomiskt. De hade svårt att konkurera med de etablerade amerikanska biltillverkarna och led därför av stora kostnader och små volymer. Det var här som TPS (Toyota Production System) föddes. Personen bakom det var Taiichi Ohno. Under fyrtio års tid arbetade han med att ta fram och utveckla TPS. Tanken bakom TPS var att minimera de resurser som behövs för att producera samt att eliminera alla slöserier (Melton et al. 2005). Han definerade sju olika slöserier (på senare tid har det adderats ett åttånde): överproduktion, onödiga lager, transport, onödig bearbetning, kassation och omarbete, väntan, onödig rörelse samt outnyttjad kompetens (Liker, 2003). För att reducera de olika slöserierna utvecklade han en filosofi som bygger på flöden. Här tillverkas enbart det som efterfrågas, ingenting utöver detta. På så sätt är det möjligt att minska det bundna kapitalet och få ner den finansiella risken, något som då var kritiskt för Toyota.
När sedan intresset för TPS började växa utanför Japan fick det även ett annat namn, ”Lean production”. Denna definition presenterades i den internationella storsäljaren ”The Machine that Changed the World” (Womack, 1990). Idag finns det ett antal verktyg som används flitigt bland leanutövare. Några exempel på dessa är: Kanban (visuella hjälpmedel), 5S (ordning och reda), dragande flöde (inget tillverkas förens nästa steg i produktionskedjan är färdig), värdeflödesanalyser med mer. Lean är dock mer än en handfull verktyg. Lean är en företagsfilosofi som drivs av ständiga förbättringar. För att verkligen lyckas med lean krävs det en lärande organisation. Samtliga inom företaget behöver vara med på detta sätt att tänka.
Det är viktigt att skilja på värdeskapande tid och ej värdeskapande tid. Då en ofärdig produkt ligger och väntar på nästkommande process så tillförs inget värde. Det defineras därför som ett slöseri (Liker, 2003). Syftet med att utföra en värdeflödesanalys är att eliminera den tid där inget värde skapas. (Rother, 2004) Denna tid brukar normalt vara en stor del av den totala tiden från det att en beställning går iväg tills det att kunden får sina varor.
Därför läggs mycket fokus på att studera och lokalisera vart värdet skapas.
En annan mycket viktig del av lean är sättet att se på människor. Toyota själva hävdar att de skapar duktiga individer innan de producerar något annat (Ballé, 2013). Under hela 1900-talet har Taylorismen varit det dominerade synsättet inom industrin. Taylorismen däremot går ut på att det är systemet som ger höga vinster, inte individerna. Men med lean är det tvärt om. När individer ges ansvar frigörs en oändlig mängd kreativitet. De anställda blir dessutom mer motiverade till att göra sitt jobb och att ständigt förbättra det (Liker, 2003). Det handlar även mycket om samspelet mellan individer. För att detta skall fungera är det oerhört viktigt med en engagerad ledning. Risken är att ledningen styrs av kortsiktigt och resultatdrivet tänkande och därmed kan skada implementeringen av lean (Ballé, 2013). Det är därför viktigt att företaget styrs av engagerade personer som vill både företagets och samhällets bästa. Därför är rekrytering en mycket viktigt del inom lean.
Toyota Production System (TPS), idag kallat för lean, togs fram inom bilindustrin som ett resultat av en mycket ansträngd ekonomi inom Toyota på 40-talet. Utvecklingen av TPS drevs av önskan att upprätthålla ett kontinuerligt flöde för att minska de negativa effekterna av varierande produktion och samtidigt minska det bundna kapitalet (Liker, 2003). På så sätt lyckades man bedriva verksamheten trots begränsade resurser. Lean är framförallt framtaget till industrier som bedriver produktion med höga volymer och med en hög grad av standardisering likt biltillverkare och andra aktörer inom tillverkningsindustrin. Lean gjorde det möjligt för företag att upprätthålla långa produktionsintervall med hjälp av standardisering vilket gav kunden bättre kvalité i rätt tid (Melton et al. 2005).
~ 8 ~
Ett stort antal litterära verk samt forskningsrapporter finns idag skrivna inom ämnet lean för massproduktion.
Vad som däremot inte finns lika mycket skrivet om är hur bra lean går att applicera på industrier med låga volymer och hög variation, t.ex. processindustrier med mer (Jina et al. 1997). Trots framgångsrika leantillämpningar inom en rad olika industrier har lean kritiserats bland annat för dess begränsade tillämplighet utanför industrier med hög volym och låg variation (Hines et al. 2004).
De problem som är förknippade med införandet av lean i industrier med låga volymer uttrycker sig på flera olika sätt. Jina et al. (1997) menar att problemen är trefaldiga när det kommer till införandet av lean i fabriker med låga volymer. Han påvisar problem med avsaknaden av konsensus för vad ”låg volym och hög variation” faktiskt är. Ett annat problem som tas upp är turbulens, det vill säga hur saker avviker ifrån planen, till exempel schemalagda avvikelser, volymförrändringar, designförrändringar samt en varierande produktmix. Trots detta är det möjligt att applicera lean i verksamheter med låga volymer och hög variation förutsatt att noggrann uppmärksamhet ägnas åt de fundamentala skillnader som råder (Jina et al. 1997).
Värdeflödesanalys som är en av nyckelstenarna inom lean används för att lokalisera var värdet skapas. Syftet är att kunna eliminera de slöserier som existerar i den nuvarande verksamheten. Värdeflödesanalys är ett verktyg som går att applicera på alla verksamheter som producerar någon form av produkt. Detta innefattar även gjuteriverksamheter som levererar gjutgods.
1.2 Företagsbeskrivning
Heavycast har bedrivit produktion i Karlstad sedan mitten av 1900-talet. Deras produktion bestod av ovanligt stora gjutgods som få andra företag klarar av att tillverka. Heavycast försattes i konkurs i början av 2013 och deras gjuterianläggning ägs nu av Valmet.
Valmet AB hette fram tills den 31:e december 2013 Metso AB och är en koncern med produkter inom processindustrin, till exempel gruvindustrin samt pappers- och massaindustrin. Det som hände vid årsskiftet 2013/2014 var att koncernen delades upp i två olika verksamheter, Valmet och Metso. Valmet kommer att ta över tillverkandet av pappersmaskiner medans Metso fortsätter med de andra verksamheterna. Innan uppdelningen hade Metso AB närmare 30.000 anställda i 50 olika länder. Företaget kommer ursprungligen från Finland och har sitt huvudkontor i Helsingfors. Metso grundades 1 Juli 1999 genom en ihopslagning av Valmet (papper och kartongmaskins tillverkare) och Rauma (fiberteknik, stenkrossning och flödeskontrollteknik).
Valmet är en ledande tillverkare av maskiner inom papper och massaindustrin samt även inom energibranchen och har idag ca 11.000 anställda. Företagets historia sträcker sig över 200 år tillbaka och är nu pånyttfött igen med en målsättning att återhålla sin marknadsposition som den bästa. Valmet har sitt huvudkontor i Espoo i Finland.
På Valmet i Karlstad tillverkas så kallade ”tissuemaskiner” för tillverkning av till exempel toalettpapper och den typen av produkter. Valmet är världsledande och tillverkar maskiner av mycket hög kvalite. Cirka 20% av komponenterna tillverkas själva medans resten köps in. Sedan moteras allt på plats. Från och med 2013 äger även Valmet ett gjuteri och gjuter därmed deras egna ”Yankeecylindrar”.
I och med att Valmet AB övertog gjuteriverksamheten är nu målsättningen att förbättra denna verksamheten, både produktionsmässigt och lönsamhetsmässigt. Därför kommer denna rapport att analysera om möjligheten finns att framgångsrikt implementera lean i gjuteriet och med hjälp av detta öka både lönsamheten och säkerheten i produktionen. Det finns få om än några vetenskapliga rapporter som beskriver appliceringen av lean inom just gjuteriverksamheter. Detta visar på att det finns ett gap inom litteraturen vilket ger upphov till ett antal frågeställningar som rör möjligheterna kring att införa lean i verksamheter med låga volymer samt
produkter av högt värde.
~ 9 ~ 1.3 Problemformulering
Vad som tidigare var Heavycast och idag ägs helt av Valmet har sedan länge haft problem med lönsamheten vilket ledde till att företaget sattes i konkurs. Idag saknas ett helhetstänk över produkternas värdeflöden. Det saknas även helt data över felstatistik, beläggning och så vidare. Detta önskar nu den nya ledningen på gjuteriet att förbättra. Gjuteriet är en kritisk del i deras tillverkning av stora pappersmaskiner och det är därför mycket viktigt att verksamheten förbättras. De har även uttryckt intresse för att i framtiden öka volymerna då de ser en efterfrågan hos deras kunder.
Som nämnts tidigare finns endast ett fåtal studier om appliceringen av lean i verksamheter med låga volymer och hög variation. Därför är det viktigt att till en början ta reda på om lean är en lämplig metod att använda sig av.
1.4 Syfte och mål
Syftet med examensarbetet är att analysera om lean är en bra metod för att förbättra produktiviteten inom ett gjuteri med mycket låga volymer och hög variation. Följande frågeställningar skall besvaras i denna stude:
- Är värdeflödesanalys ett lämpligt verktyg för ett gjuteri?
- Kan det uppstå några problem vid införande av lean för företag inom gjuteribranschen?
- Vilka förbättringar kan en värdeflödesanalys inom ett gjuteri leda till?
- Är det möjligt att förbättra lönsamheten med hjälp av lean?
Målet med examensarbetet är att ge förslag på konkreta förbättringar som kan göras i gjuteriet för att uppnå en ökad produktion.
1.5 Begränsningar
Det finns ett par begränsningar som är värda att notera. För det första har författaren ingen tidigare erfarenhet av produktionsförbättringar av denna storlek vilket innebär att tillsammans med tidsfristen att vissa av sakerna inte kommer att hinnas med. Exempel på detta är en utförlig statistisk kvalitetsanalys. En annan anledning till detta är att gjuteriet inte tidigare fört någon statistik på antalet fel vilket försvårar arbetet avsevärt när det gäller kvalitetskontroll och förslag på förbättringar. Tack vare detta faktum kommer det bli svårt att kunna mäta och jämföra förbättringarna annat än de ekonomiska. Det är dock något som har tagits hänsyn till. Detsamma gäller med den begränsade tiden. Detta är ett stort projekt där tidsfristen kommer att innebära vissa förenklingar.
Detta är dock något som kommer att tas upp och diskuteras i slutet av denna rapport för att ge förslag till vidare arbete inom området.
Mer specifikt så kommer produktionslinjen för motorblocken att fokuseras på kärntillverkningen, alltså den tillverkning av cylinderkärnor som sker i början av produktionen. När det gäller Yankeecylindrar kommer fokus istället att ligga på cementformningen då detta är ett mycket stort och tidskrävande steg. En annan anledning till denna begränsning är att Valmet uttryckt sitt intresse i att försöka implementera en ny cementmixer, något som i sig skulle kunna vara tillräckligt för ytterligare en studie.
~ 10 ~ 1.6 Disposition
Här kommer en kort sammanfattning över rapportens olika kapitel.
- Kaptiel 1: Inledning
Innehåller en kort presentation av ämnet samt dess bakgrund. Avslutas med syte och mål.
- Kapitel 2: Metod
Beskriver hur arbetet har utförts, vilka verktyg som har används samt hur. Förklarar samtliga tillvägagångssätt.
- Kapitel 3: Teori
Här beskrivs de teorier som studerats. Dessa teorier har sedan tagits med ut i verkligeheten och testats på företaget för att leda fram till ett resultat som svarar till syftet.
- Kapitel 4: Fallstudie
Här presenteras allt resultat som inhämtats från företaget. Här förklaras även situationen som den ser ut idag samt vad som föreslås som förrändringar. I den avslutande delen av detta kapitel presenteras en sammanfattning av resultatet.
- Kapitel 5: Diskussion
Författaren diskuterar resultatet samt genomförandet och väger för och nackdelar med genomförd studie samt vilket tillvägagångssätt som används.
- Kaptiel 6: Slutsats
Här dras slutsatsen som svarar till syftet.
- Kapitel 7: Referenser - Kapitel 8: Bilagor
~ 11 ~ 2 Metod
Här förklaras hur tillvägagångssättet är tänkt för att kunna leva upp till det tidigare definerade syftet. Tanken är att ge läsaren en inblick i vilka steg som detta examensarbete innehåller samt hur det är möjligt att upprepa processen.
2.1 Tillvägagångssätt
2.1.1 Förstudie
För att kunna genomföra detta examensarbete krävs det en hel del förkunskaper. Därför har fokus till en början lagts på en utförlig litteraturstudie för att på så sätt skaffa sig värdefulla kunskaper om hur lean används i verkligheten samt vad som finns skrivet om införandet av lean inom verksamheter med låg volym och hög variation. Förstudien ger även möjligheten till att reflektera över dessa arbetssätt och filosofier för att på så sätt kunna analysera hur bra de stämmer överrens samt går att applicera i just detta fall. Flertalet böcker och artiklar på området har studeras tillsammans med videoseminarier och material som finns tillgängligt.
2.1.2 Fallstudie
Eftersom gjuteriet består av tre olika produktionslinjer, alla bestående av ett stort antal små och stora delmoment, inleddes exjobbet med en djupgående introduktion av vad som tillverkas och hur. Tillsammans med handledare introducerades processerna i sin helhet. Möjligheten att träffa personal och produktionsansvariga fanns också. För att kunna börja mäta tider inför en värdeflödesanalys är det kritiskt att förstå vad processerna går ut på. Eftersom det finns ett stort antal delmoment tog detta ett par veckor innan tidsmätningen kunde dra igång.
För att kunna utföra en fullständig värdeflödesanalys krävs noggranna mätningar av både cykeltider, arbetstider samt hur många det är som jobbar. Eftersom produktionen bedrivs över tre skift, det vill säga dygnet runt, var det inte genomförbart att mäta i ett sträck. Framförallt inte då ledtiderna sträcker sig i vissa fall över flera månader. Därför togs beslutet att mäta varje enskilld process och sedan summera allting. Idealet hade varit att få ett stort antal mätvärden på varje delprocess. Detta var dock inte möjligt då ledtiderna är mycket långa och det är omöjligt att befinna sig överallt. Därför togs beslutet att enbart mäta tre olika kompletta serier. Alla mätvärden mättes manuellt. När dagens mätserier var insamlade dokumenterades allt i ett excellark. Till en början var detta arket relativt litet men allt eftersom fler delsteg upptäcktes så växte det för att tillslut bli mycket omfattande. För att förkorta processen delades mätningarna upp på samtliga tre exjobbare, detta för att hinna bli klara i tid. Parallellt med dessa tidsmätningar fördes mycket diskussioner med både arbetarna samt personer med olika ansvarsområden för att fördjupa kunskaperna inom de olika processerna. Cirka en och en halv månad gick åt till att mäta och samla in alla värden.
Följande definitioner har använts under tidsmätningarna:
- Värdeskapande tid: Den tid då det aktivt jobbas på en produkt.
- Halvvärdeskapande tid: Den tid som behövs läggas men inte aktivt skapar ett värde (t.ex. torktid).
- Ej värdeskapande tid: Den tid då det inte skapas något aktivt värde på produkten.
Eftersom treskift var aktivt där kärntillverkningen begav sig var det ibland omöjligt att mäta väntetider då dessa ibland sträckte sig över flera skift. Därför lämnades det i vissa fall lappar med rutor att fylla i av de anställda när en komponent var klar, alternativt när den började jobbas på igen. Detta gjorde det möjligt att slutföra mätningarna.
~ 12 ~
Eftersom gjuteriet består av en uppsjö av olika processer blev det klart att ytterligare en begränsning behövde göras. Begränsningen gäller för motorblocksproduktionen. Det visade sig att de flesta fel uppkom under den första delen av tillverkningen, alltså kärntillverkningen. Därför beslutades det i samråd med handledare att fokus bör ligga där. Tillsammans med gamla kartor och datorprogrammet Photoshop kunde nya kartor skapas och skrivas ut på A3 papper. Detta underlättade diskussionerna då det fanns möjlighet att skriva ner idéerna på papper och även rita ut dem. Det hela summerades sedan i en slutgiltig karta som sedan skulle återskapas som en 3D-modell.
När det gäller tillverkningen av Yankeecylindrar så fanns det enbart tid att följa tre stycken olika cylindrar då en cylinder tar ca 4 veckor att forma och ytterligare ett antal veckor för torkning och bearbetning. Detta bidrog till beslutet att fokusera arbetet mer mot cementformningen då arbetet annars skulle blivit för stort. För att komma igång fördes diskussioner med ansvarig för produktionsutvecklingen i gjuteriet. Där framgick att Valmet hade köpt in en ny cementmixer som de inte riktigt visste hur de skulle implementera. Därför blev det tydligt att deras önskemål var att fokusera på implementeringen av denna mixer.
För att förstå hur cementmixern fungerar fotograferades samtliga delar av den för att på så sätt kunna pussla ihop dem tillsammans med broschyrer från tillverkaren. När sedan materialet hade studerats så kontaktades tillverkaren via mail med ett stort antal frågor om hur den befintliga mixern skulle kunna appliceras i Valmets gjuteri. Ett problem som uppstod var att avståndet mellan de tre gjutgroparna var för stort för att ha en stationär sandmixer, därför kom det på förslag att göra den mobil. Efter kommunikation med produktionsansvariga definierades fyra olika koncept. För att kunna göra en rimlig bedömning så gjordes en konceptutvärderingsmatris där de olika koncepten ställdes mot en referens, vilket i detta fall var nuläget, för att på så sätt avgöra vilka som är värda att gå vidare med. Tre av fyra koncept sågs som potentiella kandidater och placerades istället i en utvärderingsmatris där varje koncept tilldelades en siffra från 1 till 5 beroende på hur bra det är på olika egenskaper som efterfrågas av gjuteriet. Därefter viktades dessa värden mot varandra för att kompensera om en egenskap är viktigare än en annan, och det gick då att urskilja en tydlig vinnare. För att ta reda på om detta kommer att få godkännade av Valmet bestämdes ett möte med gjuterichefen, som är den person som tar beslutet. För att förtydliga koncepten för honom och göra det mer visuellt så gjordes olika 3D- modeller i 3D-modelleringsprogrammet Sketchup. För att kunna göra dessa modeller krävdes det mått på alla gropar och maskiner. Dessa mått mättes manuellt med hjälp av en laser för att nå god mätnoggrannhet.
Därefter fördes måtten in i Sketchup och modellerna kunde sedan slutföras.
Samma metod användes för att visualisera förbättringsförslagen för motorproduktionen samt även beredningen av de flaskor där cylinderkärnorna sedan placeras i. Även denna process ansågs vara kritisk då den innehöll en hel del ineffektiviteter. Något som blev uppenbart under de månader som tidsmätningen pågick. Allt detta material visades sedan för gjuterichefen under ett möte. Denne blev mycket nöjd över det resultat som presenterats och kunde konstatera följande. När det gällde cementmixern ansåg han att det var ett för stor projekt för att slutföra i närtid, men var nöjd med det material som fanns tillgängligt. Därför togs beslutet att inte fortsätta med det under resten av studien utan istället fokusera på de två andra områdena, kärntillverkningen samt beredningen av flaskor. Dessa två koncept som presenterades var han mycket nöjd med och ville nu ha en flödessimulering för att analysera flaskhalsar samt en ungefärlig uppskattning över vad det skulle kosta att göra föreslagna förändringar.
~ 13 ~
För att utföra flödessimuleringen har programmet Flexsim 6 använts. Detta program är till för att simulera produktionsflöden och det finns ett stort antal valbara parametrar för att göra det så likt verkligheten som möjligt. En förenklad modell har tagits fram där olika steg har bakats ihop för att göra modellen mer trovärdig.
Tillsammans med insamlad mätdata har processerna placerats ut som enheter och kopplats ihop med varandra. Målsättningen var att klara en veckas arbete dygnet runt. Därför ställdes simuleringstiden in på 115 timmar vilket motsvarar 14 skift på 8 timmar. Processer som är parallella gjordes även parallella i programmet.
I figur 1 visas de olika processer och verktyg som finns tillgängliga i Flexsim. De som används är ”Source”, ”Queue”, ”Processor”, ”Sink”, ”Operator” och ”Crane”.
Modellen som använts finns i figur 2. Processen i figuren går från det övre vänstra hörnet till det nedre högra.
Det första som gjorts är att varje sandkärneform har tilldelats en ”processor”. Som bilden visar står de tre cylinderkärneformarna tillsammans medans de fyra andra formarna ställs parallellt med dessa. Processtiderna och ställtiderna hämtas från den utförda värdeflödesanalysen där alla tider har mätts. Innan varje process kopplas en ”source” på som förser formarna med sand. Antagandet här, för enkelhetens skull, är att sand inte är en flaskhals. Därefter förbinds alla processer med flödeslinjer. För all form av transport mellan olika processer används traverser. Två stycken traverser har simulerats vilket stämmer överens med vad som i dagsläget finns tillgängligt. Den första traversen används vid kärntillverkningen medan den andra traversen används främst vid blackstationen då denne hela tiden måste hålla kärnorna i luften för att kunna blacka dem.
VERKTYG FUNKTION
SOURCE Förser processer med material, i detta fall sand.
Går att programmera till att leverera olika typer av enheter.
QUEUE Fungerar som ett lager, möjlighet finns att ställa in ett maximalt antal enheter som får plats i detta lager.
PROCESSOR En process, kan motsvara vilken typ av process som helst. Programmerbar till processtid, ställtid med mer.
SINK Avslutar en simulering och summerar antalet levererade produkter.
OPERATOR Operatör krävs för att en process skall kunna bedrivas. Kopplas samman med processer och fungerar som katalysator.
CRANE Travers som transporterar saker mellan olika processteg. Programmerbar för hastighet med mera och kopplas samman mellan olika steg.
Figur 1: De verktyg som finns tillgängliga i Flexsim.
~ 14 ~
Efter processtegen kommer kärnorna att få var sin köplats. Detta kommer från önskemålet att ha ett säkerhetslager på totalt en uppsättning av alla kärnor som behövs för att fylla en 9-cylindrig motor. För att simulera detta har köplatserna fått ett tak på max tre stycken enheter för cylinderkärnorna (totalt 9 stycken, 3 x 3) samt max en enhet för var och en av de övriga. På så sätt kan det max finnas en extra uppsättning av varje kärna innan processen stöter på en flaskhals. Därefter lyfts kärnorna med hjälp av den andra traversen till blackstationen där blackaren sedan gör sitt jobb. Efter blackningen så åker kärnorna till var sitt mellanlager innan de transporteras vidare till en ”sink”, vilket är det sista steget i en simulering i Flexsim. Resterande processteg har exkluderats från modellen då detta är det intressanta resultatet, modellen bortser därför från torkningen. När körningen väl sker är det sedan möjligt att se hur många kärnor av varje slag som hunnit ta sig till ”sinken” innan tiden är slut.
Skapandet av värdeflödesanalysen gjordes med hjälp av Photoshop, detta på grund av det stora antalet steg i produktionen. Utformningen följer den allmänt accepterade standarden definierad av Mike Rother i sin bok
”Learn to see” (2003). För att allt skulle få plats på ett papper har flera steg bakats ihop till ett. Detsamma gäller med tiderna i Exceldokumentet med alla mätningar. De steg som bakats ihop med varandra är de steg som har med varandra att göra samt att de ligger i kronologisk ordning (se Bilaga 2). Medelvärden har beräknats och summerats till följande delsteg. För motorproduktionen valdes 5 steg att vara parallella med varandra;
”Cylinderkärnor”, ”Svänghjulsände”, ”Friände”, ”Luftkanaler” samt ”Flaskor”. Därefter ligger resterande steg i en serie (se Bilaga 2). De resterande paketen är ”Montering flaskor”, ”Gjutning”, ”Avsvalning”, ”Rensning”,
”Kontroll” och ”Glödning. Eftersom det görs 9 stycken cylinderkärnor så multiplicerades medelvärdet av den processen med 9. Resterande steg görs enbart en gång. De parametrar som användes i värdeflödesanalysen är cykeltid (C.T), arbetstid (A.T), torktid (T.T), väntetid (V.tid), antal operatörer (Op.) samt vilket skift de går efter.
Samma parametrar användes vid värdeflödesanalysen för Yankeecylindrarna. De steg som användes i värdeflödesanalysen är ”Låstillverkning”, ”Formning”, ”Torkning, skavning, blackning”, ”Gjutskål”, ”Gjutning”,
”Avsvalning”, ”Rensning” och ”Glödgning”. Även flera delsteg är parallella med varandra men har valts bort på grund av att det blir för komplicerat. Istället summeras de ihop och den totala väntetiden jämförs med den totala arbetstiden.
Figur 2: Modellen som används för simulering av flöde i programmet Flexsim.
~ 15 ~
För att kunna färdigställa den övre och sista delen av värdeflödesanalysen, informationsflödet, sattes ett frågeformulär ihop som sedan användes vid en intervju med gjuteriets ekonomiansvarige, Björn Leimar (se bilaga 6). Med hjälp av denna information var det sedan möjligt att färdigställa värdeflödesanalysen.
Manuell flödessimulering
Den manuella flödessimuleringen har skett med hjälp av Excel. Eftersom tider samlats in från samtliga processer har de kunnat användas manuellt för att planera tillverkningen av 9 motorblock i veckan för 2 respektive 3 skift.
För att få tag på skiften har scheman skrivits ut av produktionsansvariga. Alla processtider är avrundade uppåt till närmaste kvart. Därför är dokumentet indelat kvartsvis. Därefter ritas de olika komponenterna ut i olika färger vid olika tidpunkter.
Tre olika bokstäver, S (setup), P (process) och U (urtagning), har använts för att tala om för läsaren vad som händer var (se Bilaga 4). Antalet arbetsdagar på ett år har antagits vara 251 dagar (50,2 veckor) vilket är medel i Sverige minus 5 veckors semester, alltså totalt 45,2 arbetsveckor. Eftersom cylinderkärnorna är högsta prioritet har dessa placerats först och därefter har de andra fyllts på där det finns möjlighet. För att underlätta för operatörerna har sedan skiftspecifika scheman tagits fram där det står vad som skall göras och när. Dessa scheman bygger på det stora dokumentet i Bilaga 3.
All visuell dokumentering har skett med hjälp av en Nikon D80 systemkamera samt en GoPro videokamera för att göra det möjligt att se på processer i efterhand vilket underlättar för arbetet med att ta fram förslag på förbättringar.
2.1.3 Datainsamling
Ibland har listor gjorts som arbetarna själva har fått fylla i då vissa processer sträcker sig över tre skift (se Bilaga 5). Temperaturmätningar och liknande har utförts av Valmet vilka sedan funnits tillgängliga.
~ 16 ~ 3 Teori
3.1 Lean production
Här kommer ett antal begrepp som används inom lean samt en förklaring på vad de innebär:
Kontinuerligt flöde
Lean production är uppbyggt av ett kontinuerligt flöde. Tidigare fungerade det genom att om en station hade en längre cykeltid än vad en föregående station hade byggdes det fort upp stora mellanlager. Dessa lager gjorde det svårt att upptäcka fel och ineffektiviteter i processen. Inspirerad av Henry Ford upptäckte Taiichi Ohno att ett resultat av ett kontinuerligt flöde var att om något fel dök upp vid en arbetsstation avstannade hela processen.
Detta ledde till att fokus lades på att rätta till felet så fort som möjligt då det påverkade alla (Womack, 1996).
Pull-system
Historiskt sett har företag använt sig av det som kallas för ett ”push”-system. Detta innebär att varje station producerar så mycket som möjligt. Ofta händer det då att nästkommande station i produktionskedjan inte är klar med sitt arbete vilket resulterar i att lager byggs upp (Womack, 1996). Detta var något Toyota ville eliminera när de införde det som idag kallas för ett ”pull”-system, på svenska översatt till dragande system (se figur 3). Här innebär det istället att när en station är klar med sin komponent så visas detta visuellt för föregående station som då får en signal för att producera ytterligare en enhet, denna gång efter behov. Tack vare detta så bildas alltså inga onödiga mellanlager utan det uppkommer istället ett kontinuerligt flöde (Liker, 2003).
Figur 3: Visar skillnaden mellan ett dragande system och ett "push"-system ( Ivarsson, 2006).
Lärande organisation
För att kunna uppnå ständiga förbättringar måste en process vara både stabil och standardiserad. Detta åskådliggör problem och ineffektiviteter och ger möjlighet att ständigt lära sig av sina förbättringar. Därför är det viktigt för en lärande organisation att ha låg personalomsättning. Det är viktigt att erkänna fel och dess orsaker för att på så sätt lära sig av sina misstag, något som västerlänningar ofta är kritiska mot (Liker, 2003).
I Toyotas kaizen så ingår något som de själva kallar för ”fem varför”-metoden. Den går ut på att om ett problem uppstår, bör frågan varför ställas fem gånger för att på så sätt gå till botten med dess grundorsak. Risken är annars att fokus läggs på en inkorrekt felkälla utan att den verkliga felkällan upptäcks. Precis som för många
~ 17 ~
andra saker i TPS bygger även detta på dess enkelhet. Tanken är att alla i en organisation skall kunna använda dessa verktyg utan att något blir för komplicerat.
För att kunna uppnå status som lärande organisation krävs även ett stort individuellt ansvar. Därför uppmuntras medarbetarna till att reflektera över deras eget arbete och även att dra egna slutsatser (Flumerfelt at el. 2012).
Detta kallas för hansei och är stort inom den japanska kulturen. Det handlar även om att vara ärlig med sig själv och andra med sina egna svagheter. Det är därför även viktigt att reflektera över dessa för att försöka att förbättra dem. Inom Toyota annordnas så kallade ”hansei”-events där personalen tillsammans reflekterar över en nyligen nådd milstolpe (Liker, 2003).
Det viktigaste för att skapa en lärande organisation är att alla anställda strävar mot samma mål. Därför måste målsättningen aktivt styras samt hela tiden följas upp. Detta är något mycket motiverande att hela tiden mäta resultat och uppfylla delmål, något som engagerar företagets anställda. För att lyckas är det viktigt att sätta upp tydliga mål som alla kan ta till sig. Detta gäller alla nivåer i en organisation, från ledningen till arbetarna. Ett verktyg som idag är implementerat i TPS är Demings
hjul (se figur 4). Det symboliserar hur en lärande organisation planerar, utför, följer upp och agerar samt hur detta är en kontinuerlig process (Womack, 1998).
Att skapa en lärande organisation är något som tar lång tid och är mycket krävande. Detsamma gäller för att applicera hela TPS och allt vad det innebär. Som hjälp finns det ett antal idag väletablerade verktyg att använda sig av. Dessa presenteras i kapitel 4.2.
3.1.1 5S
Ett av de mer välkända verktygen som kommer ifrån lean är 5S. De fem S:en står för sortera, ställ i ordning, städa, standardisera och se till. Dessa verktyg används för att hålla rent och förhindra att oordning leder till lägre produktivitet, högre kostnader, längre ledtider, ergonomiska problem, ökad säkerhetsrisk med mer (Chapman, 2005). Det används främst för att skapa en god arbetsmiljö där allt är i sin ordning.
3.1.2 Värdeflödesanalys
Ett värdeflöde räknas som alla aktiviteter, både de som skapar mervärden samt de som inte gör det, som är nödvändiga för att kunna förädla en produkt (Rother, 2004). Fördelen med detta sätt att se på produktionen är möjligheten att skaffa sig en helhetssyn över processen, istället för att enbart söka till att optimera enskillda processer. Det är även en relativt enkel metod som går att utföra med hjälp av endast papper och penna. Det är dock viktigt att fokus läggs på en produktfamilj i taget, annars finns det risk att värdeflödesanalyserna blir allt för komplicerade. Tanken är att de skall få plats på ett papper. Anledningen till detta är att det hjälper dig att tydligöra hela flödet. Det är viktigt att komma ihåg att det finns två olika typer av flöden, informationsflöden och materialflöden. Det är viktigt att kartlägga båda. Följande beskrivning av utförandet av en värdeflödesanalys härstammar ifrån Mike Rother och hans bok ”Learning to see” som har blivit en handbok för värdeflödesanalyser över hela världen.
Figur 4: Demings hjul som används inom TPS. (källa:
www.knowledgebrief.com)
~ 18 ~
Nuvarande tillståndet
Värdeflödesanalysen är en itterativ process. Det innebär att den kommer att göras om och om igen för att hela tiden förbättras (kaizen). Det första steget är att ta fram en karta över det nuvarande tillståndet. Här ritas produkternas flöde upp från dörr till dörr. Vid det här stadiet är det på en översiktlig nivå. Rekommenderat är att använda en uppsättning symboler som symboliserar olika typer av händelser i produktionsflödet. Dessa symboler finns redan standardiserade men möjligheten finns även att ta fram egna. Det viktiga är att de är enhetliga inom hela organisationen. Här kommer ett antal rekommendationer för hur kartläggningen kan gå till (Rother, 2004):
- Samla alltid själv in all fakta över det nuvarande tillståndet.
- Börja med en snabb vandring från dörr till dörr för att skaffa en känsla för hela flödet.
- Börja alltid vid leveransavdelningens utlastning och arbeta uppströms.
- Ta med ett stoppur och gör egna mätningar.
- Det är viktigt att göra hela kartläggningen själv för att verkligen förstå hela värdeflödet.
- Rita för hand med en blyertspenna.
Det är viktigt att varje förbättringsprocess inleds med en tydlig specifikation av produktens värde enligt vad kunden själv värderar. Risken är annars att ett värdeflöde förbättras som kanske redan förser kunden med vad den behöver och istället ersätter det med något kunden inte efterfrågar (Rother, 2004). Kom ihåg, kunden står alltid i centrum. Typiska symboler som används finns i figur 5. För varje processruta listas ett antal olika processfakta, dessa finns listade i tabell 1.
Tabell 1: Listar de olika processfakta som vanligtvis brukar samlas in.
C/T (cykeltid) S/T (ställtid)
Uptime (tillgänglighet vid behov) EAV (storlek på tillverkningssatsen) Antalet operatörer
Antalet produktvarianter Leveransvolym
Arbetstiden (minus raster) Kassationer och omarbetningar
När beslutet tagits över vilka processfakta som är intressanta är det bara att sätta igång. Notera att en värdeflödesanalys bör få plats på ett A3-papper. Det första som görs är att en fabrikssymbol (figur 5a) ritas i översta högra hörnet. Denna symboliserar kundens fabrik dit de färdiga varorna levereras. I början görs en överskådling bild över produktionen efter en första genomvandring. Därför är det inte relevant att dokumentera samtliga delsteg utan det viktiga här är att dokumentera övergripande stationer som ”montering” eller
”svetsning”. Varje stor process får en faktaruta med medhörande processfakta (figur 5c). Dessa rutor placeras i nedre delen av pappret. Mellan de olika processerna placeras sedan en triangel (figur 5b) som symobliserar mellanlager. Pilar skall även ritas ut mellan de olika processrutorna för att visa vilket håll flödena går, dessa pilar finns i två olika utförande (Figur 5d och 5e). Skillnaden är att den ena motsvarar en tryckande produktion medans den andra motsvarar dragande.
När delprocesserna är kartlagda är det dags att ta reda på vart råmaterialet kommer ifrån. Detta görs genom att rita en fabrikssymbol i det övre vänstra hörnet. Tanken är inte att samtliga underleverantörer skall dokumenteras utan det viktiga är att fokusera på en alternativt ett par av de viktigaste. Rita sedan dit tjocka pilar samt en symbol för hur de transporteras (t.ex. lastbil, båt, tåg o.s.v.). När detta sedan är gjort är den första delen av värdeflödesanalysen klar, materialflödet. Det som återstår nu är det minst viktiga delen, informationsflödet.
~ 19 ~
Det första steget här är att ta reda på vilken typ av materialstyrningsmetod företaget använder, om den är datoriserad t.ex. Detta ritas som en ruta uppe i mitten av pappret. Därefter ritas tunna pilar ut för att symbolisera vart kommunikationen går. Det finns två typer av pilar, den ena är rak medans den andra ser ut som en blixt. Skillnaden är att den första motsvarar papperskommunikation medans den andra symboliserar elektronisk kommunikation.
När allt detta sedan är gjort skall allting summeras till en tidslinje i botten av pappret. Där ställs ledtid i jämförelse med värdehöjande tid för att ta reda på hur effektiv procecssen verkligen är. Det är först nu det är möjligt att konstatera hur mycket överproduktion det finns i de olika leden. Hur en sådan karta sedan kan se ut syns i figur 6.
Figur 5: A) Symbol som symobliserar en fabrik.B) Symbol för mellanlager/buffert. C) Processruta som symliserar en enskilld process. D) Symbol för ”push”-system. E) Symbol för ”pull”-system.
Varje station nedströms i produktionskedjan bör ses som en intern kund vars efterfrågan bör följas. Därför ska inget produceras för ens det att kunden frågar efter det. Om kunden hela tiden signalerar med hjälp av kanban när det behöver tillverkas nytt så behövs det inga mellanlager. Det finns dock något som kallas för säkerhetslager. Istället för mellanlager är det möjligt att lägga till en liten station med några få färdiga komponenter till nästa steg som visuellt visar när det är dags för föregående steg i kedjan att börja producera.
Detta görs i företag som fortfarande är orutinerade och där processen inte är tillräckligt stabil än. Det är viktigt att det är tydligt visaliserat när det är dags för påfyllning av säkerhetslagret.
~ 20 ~
Figur 6: Visar ett exempel på hur en första värdeflödesanalys kan se ut över det nuvarande tillståndet. Som det kan ses så finns det flera mellanlager mellan varje process.(Womack, 2003)
Framtida tillstånd
Målet med att utföra en fullständig värdeflödesanalys är precis som nämts tidigare att bygga upp ett flöde i vilket alla enskillda processer är direkt länkade. Varje process kommer därför enbart att producera det som nästa steg i processen behöver, när det behövs, varken före eller efter. Efter att ha definerat det nuvarande tillståndet är det nu dags att börja skissa på förbättringar. Enligt ”learn to see” (Rother, 2004) så menar författaren att det blir enklare ifall ett antal frågor svaras på innan själva kartläggningen börjar:
- Vilken är takttiden?
- Kommer ni att tillverka till en supermarket för färdiga produkter, från vilket kunden hämtar efter behov eller för direkt leverans till kund?
- Var i processen går det att tillverka med kontinuerligt flöde?
- Var måste det finnas ett dragande system med supermarkets för att styra produktionen i uppströms processer?
- Hur kommer ni att jämna ut produktmixen i pacemakerprocessen?
- Vilken arbetsmängd kommer ni regelbundet att rekvirera och ta bort från pacemakerprocessen?
- Vilka förbättrningar blir nödvändiga i processen för att klara det värdeflöde som har specificerats på kartan över det framtida tillståndet?
Genom att systematiskt besvara dessa frågor utförligt är det möjligt att på så sätt ta fram en karta över hur det framtida värdeflödet bör se ut. Detta är sedan en itterativ process och kan upprepas gång på gång. Det är lätt att tro att arbetet är klart när denna karta är framtagen men så är inte fallet.
~ 21 ~
3.1.3 Varför inte alla lyckas med lean
Nu när alla vertygen är kända, hur kommer det sig då att bara ett fåtal företag lyckas väl med implementeringen, och kan visa på en förbättrad lönsamhet? I en artikel (Ballé & Handlinger 2013) förespråkar författarna för att lean inte skall implementeras, istället skall företaget bli ett med lean. Problemet ett stort antal företag gör idag när de försöker att implementera lean i deras verksamhet är att de inte förstår vad lean faktiskt är. De tror helt enkelt att lean enbart är ett antal verktyg som det räcker att behärska för att det skall leda till en förbättrad lönsamhet. Riktigt så enkelt är det inte. Lean är en filosofi, en livsstil för företag, och för att verkligen lyckas måste företaget andas lean.
Bristen på konsensus när det kommer till vad en lärande organisation är kan vara en av anledningarna till att inte alla lyckas med implementeringen av lean (Cavaleri, 2004). Då de olika medtoderna varierar så mycket så ger det ett mycket osäkert resultat. För att företag skall lyckas så krävs det att ett mer standardiserat tillvägagångssätt tas fram för att underlätta implementeringen av lean. En annan orsak kan vara att ledningen i ett företag inte är tillräckligt engagerade och därför inte lägger tillräckligt med energi på lärandeprocessen (Liker, 2003). De kan drivas av kortsiktigt vinsttänk och vara ointresserade i hur de anställda utvecklas. Därför är det viktigt att företaget styrs av engagerade människor som är mån om företagets anställda.
Inom lean finns det personer som kallas för ”sensei” (mästare) som kallas in som konsulter. Men dessa skiljer sig ifrån konsulter i allmänhet. Deras uppgift är att lära ut, inte att implementera. Med andra ord är deras uppgift att lära ledarna i en verksamhet hur de skall tänka och agera. Hur de sedan skall implementera det får de reda ut själva. Toyota har en unik syn på deras medarbetare. De menar att ett företag är uppbyggt av människor. Med hjälp av denna filosofi har de lyckats att vända på den hirarkiska pyramiden inom företaget och genom att delegera ansvaret nedåt i organisationen. Det visar sig att om individer ges ansvar och förtroende så frigörs en oändlig mängd kreativitet, och det är precis det här lean handlar om. Att lära upp samtliga anställda att tänka och resonera själva. Görs personalen medvetna samt engagerade i förbättringsarbetet kommer de själva att komma med förslag på ständiga förbättringar. Tyvärr är det inte alla företag som ser detta och går därför miste om förlorad kompetens (det åttonde slöseriet) (Liker, 2007).
En skillnad som Liker (2007) beskriver mellan Toyota och andra företag är att Toyota är processorienterat. Det visar sig att av de företag som försöker implementera lean i deras verksamhet så är det de processorienterade företagen som lyckas medan företag med resultatorienterad ledning misslyckades. De resultatorienterade cheferna var mer kortsiktiga medans de processorienterade cheferna tenderade att vara mer tålmodiga samt hade högre förtroende för investeringar i människor och processer.
~ 22 ~ 3.2 Gjutning
Den gjutmetod som används på gjuteriet är sanformformning. Den största anledningen till detta är att det är mycket komplicerade komponenter, så som motorblock, som inte hade gått att få ur formen annars. Fördelen med sandformsgjutning är att det är möjligt att tillverka mycket komplicerade geometrier. Den sand som oftast används kallas för furansand. Sanden blandas med syra och hartz som sedan stelnar. Härningen av sanden betraktas som en polykondensationreaktion (Referens: Heavycasts eget informationshäfte, ”Furansand och dess egenskaper”). I denna process avspaltas vatten som sedan behöver transporteras bort, om inte detta görs kommer härdprocessen att förhindras. Eftersom kärnan stelnar långsammare än ytan är det hastigheten för stelning längst in i sandkärnan som sätter tiden för när blackningen kan ske. Det är viktigt att detta skes då det annars kan leda till att gas kommer in i smältan och exploderar, samt att det bildas porositeter i sanden, där smältan kan ta sig in vilket resulterar i ett omfattande efterarbete.
De vanligaste gjutfelen vid produktion av grovt gjutgods är penetration. Detta fenomen uppkommer på grund av porositeter och extrem gasutveckling i formen. Det kan även uppkomma på grund av ett för dåligt blackskikt. Att ytan blackas är för att förhindra att smältan tränger in i sanden berättar Per-Olov, ledare för motorblocksproduktionen. Resultatet skiljer sig mycket mellan olika blackningsmedel varför val av blackningsmedel är mycket viktigt.
Figur 7: Fasdiagram för järn, gjuteriet använder sig av järn med ca 3 % kol (Källa: http://www.calphad.com/iron-carbon.html).
I normala fall så hälls smältan i med en temperatur av ca 1320 grader celcius. Det smälta järnet har en kolhalt på ca 3 %. Figur 7 visar ett fasdiagram för järn. Där går att utläsa de olika fasförrändringarna som sker i järn vid respektive kolhalt. När smältan stelnar så börjar korn av austenit att tillväxa. För att hjälpa denna processen tillsätts ympningsmedel berättar Sune, gjuteriets egen metallurg. Ympmedlet hjälper till att starta kärntillväxtpunkter där korn av austenit lättare kan tillväxa. Syftet med detta är att förhindra bildandet av den spröda och hårda fasen cementit. Denna fas bör undvikas med alla medel och det är rekommenderat att maximalt ha en cementithalt på 1%. Ympmedlet består av FeSi (ferrokisel, 𝐹𝑒𝑆𝑖 = 𝐹𝑒 + 𝑆𝑖 )
~ 23 ~
Kiselet reagerar sedan med syret som finns i smältan och bildar SiO2. Dessa fungerar sedan som kärnbildningpunkter där austeniten sedan kan tillväxa. Det krävs ingen övrig deoxidering då det är förhållandevis lite syre i järnet tackvare en mycket hög kolhalt.
Sune menar att en maximal temperaturminskning på 30 grader i timman är rekommenderat för att de skall få erfodrat resultat. I dag ligger detta värde på 12 grader i timman på Yankeecylindrarna vilket innebär att det är möjligt att öka stelningshastigheten utan att påverka godsets kvalitet.
Gjutsystemet är av sand och består av ett antal olika kanaler. Det är mycket viktigt att smältan förs in i gjutformen i jämn takt och att smältan fördelas jämt. För att lyckas med detta tillförs diverse matare där smältan tillförs för att se till att stelningen blir jämn. För att bestämma utformningen av gjutsystemet används två mycket viktiga lagar hämtade från fluidmekaniken, Kontinuitetsprincipen och Bernoullies ekvation.
~ 24 ~ 4 Fallstudie
I följande del presenteras den fallstudie som gjorts på Valmets gjuteri. Här redovisas de olika produktionslinjerna tillsammans med hur de olika processtegen fungerar. Den data som har samlats in redovisas i tabeller och diagram.
4.1 Processer
I gjuteriet idag tillverkas ett flertal olika produkter för olika ändamål. Förenklat är det möjligt att dela in dem i tre olika produktionslinjer: motorblock, Yankeecylindrar samt komponenter till vindkraftverk. Som tidigare nämnts har enbart två av dessa, motorblock samt Yankeecylindrar valts att fokusera på. Här kommer en sammanfattning över de steg som var och en av dessa produkter går igenom innan de kan lämna gjuteriet och levereras till kund.
Värt att notera är att kunden defineras både som en extern kund som köper en färdig produkt, samt någon av Valmets övriga tillverkningslokaler på området. Detta på grund av att följande exjobb fokuserar på gjuteriet.
4.1.1 Tillverkning av motorblock
Figur 8: Här formas sandkärnorna. De formade sandkärnorna blackas sedan för att förhindra att järnet tränger in i sanden.
Gjuteriet hos Valmet tillverkar idag fyra stycken olika motorblock för dieselmotorer i storlekarna 6,7,8 och 9 cylindrar. Det första som sker är att cylinderkärnorna formas, detta sker på ett och samma ställe (se figur 15 &
16). Dessa görs i tre olika formningsmaskiner som fylls med sand som blandas med syra och hartz. Sanden får sedan stelna innan de färdiga cylinderkärnorna lyfts ur med hjälp av travers (vikten av en kärna är ca 1320 kg).
För att inte smältan skall fastna i sandkärnorna blackas de sedan med ett blackningsmedel som förhindrar metallen från att tränga in i sanden under gjutningen. När blackningen är klar får sedan kärnorna torka i en ugn under en obestämd tid. Vissa kärnor ställs utanför ugnen och får istället torka i luften. Ugnen har en relativt låg temperatur på ca 40 grader celsius. Det finns även ett torkrum som består av två stycken transportband tillsammans med två värmefläktar för ytterligare torkning.
~ 25 ~
På samma ställe görs ytterligare ett antal sandkärnor som fungerar som luftkanaler, samt två kärnor som kallas för friände och svänghjulsände och sitter på var sin sida av de monterade cylinderkärnorna. Dessa görs manuellt i träformar som ligger ner på ett rullband och flyttas runt med hjälp av travers (se figur 8).
Parallellt med tillverkningen av de olika sandkärnorna förbereds de flaskor (formar) som gjutningen sedan sker i.
Här används stora träpluggar som byggs om för att passa den aktuella motorstorleken. Beredningen av dessa är tidskrävande då det även ingår att montera fast olika detaljer för att leda ut gas, dessa kallas för skorsstenar.
Skorsstenarna tar eld under gjutningen då gasen läcker ut (se figur 10). Det monteras även gängtapp i armeringsjärn där sedan luftkanalerna kan fästas då montering av formarna sker. Det finns två olika storlekar på flaskor som används, en för 6-cylindrar och en för de resterande storlekarna. Totalt finns det sex stycken flaskor.
Målsättningen är att klara av att tillverka så mycket som 4 stora motorblock i veckan samt ett av de mindre.
Över träformarna placeras sedan flaskorna och fylls med sand med hjälp av en stor sandmixer. Sanden får stelna innan flaskan lyfts upp och vänds på. Innan de olika sandkärnorna lyfts i blackas även flaskan för att ingen metall skall tränga igenom sanden.
Det borras även hål för att låta gas läcka ut ur formen under gjutning. Varje gjutning består av en överdel och en underdel som tillsammans tar en hel dag att förbereda. När väl flaskorna är redo placeras sandkärnorna i formen med hjälp av en kran (figur 9). På vägen ned i flaskan så spritblackas sandkärnorna för ytterligare skydd manuellt.
Detta görs för att inte smältan skall bränna fast på speciellt utsatta ställen. När väl alla sandkärnor är på plats lyfts flaskorna och sätts ihop med hjälp av klämmor av metall.
Själva gjutsystemet är i sand och löper längs sidan av gjutformen.
Ovanpå den färdigmonterade flaskan placeras en gjutskål där smältan fylls på. Skålens funktion är att se till att hela formen fylls med järn, enda upp till toppen. Detta sker som ett resultat av att gjutskålen är högsta punkt och därför bygger upp ett tryck. När processen är klar stelnar sedan allt och gjutskålen kapas av och sanden i skålen slås sönder för att den skall kunna användas på nytt. Smältan leds ner via gjutsystemet och fylls på underifrån för att ge bästa resultat. I dagsläget finns det fyra olika gjutplatser för motorblock. För att nå en bästa möjliga kvalitet används matare på flera olika ställen för att minska risken för sugningar.
Gjutningen av motorblocken tar ca 2 minuter. Detta går till genom att ett gjutkärl med smält järn, ca 16 ton för de stora motorblocken, lyfts på plats med hjälp av travers och sedan tippas över gjutformen för att fylla den med smält järn. Denna process kräver tre stycken personer, två stycken som arbetar med traversen och en tredje som står redo med brandslang ifall något skulle gå fel. Det är
Figur 9: Cylinderkärnorna placerade i flaskans underdel och är redo för att slås ihop med flaskans överdel.
Figur 10: Gjutning av motorblocken sker med hjälp av travers. När gasen tränger upp genom skorstenarna tar de eld.
~ 26 ~
mycket viktigt att temperaturen på smältan är rätt, därför tas det hela tiden temperaturprov för att se till att temperaturen ligger på 1320 grader vid gjutögonblicket. Eftersom det tar en tid att transportera smältan ifrån ugnarna till platsen där gjutningen sker är ugnarna därför inställda på en högre temperatur för att kompensera för den temperaturminskning som sker under transport. Materialet som används är segjärn på grund av dess seghet. När gjutningen väl är över får motorblocket stelna i ca 3 - 4 dagar innan den lyfts bort med hjälp av travers till renseriet. Här rensas sedan godset. Den första rensningen kallas för grovresning och görs för att bli av med gjutdefekter. Detta görs med hjälp av en grävmaskin. Innan finbearbetningen så lyfts godset ut för att få svalna innan de manuellt kan slipa ner det sista och utföra en finrensning. Det utförs även en blästring av godset i en stor blästringsmaskin. All bearbetning av godset bedrivs av ett företag som heter Caland AB.
När rensningen väl är färdig tas godset till kontrollavdelningen där det undersöks med hjälp av ultraljud för att se om det är tillräckligt bra för leverans. När väl godset är godkänt avspänningsglödgas det i en ugn för att släppa på potentiella restspänningar som uppkommit under efterbearbetningen. Därefter är det klart för leverans. Om den inte går igenom kontrollen kan de på kontrollavdelningen fixa till godset om det inte är för mycket fel.
Annars skickas det tillbaka till renseriet.
4.1.2 Tillverkning av Yankeecylindrar
Gjuteriets viktigaste produkt är den så kallade Yankeecylindern. Denna sitter på Valmets stora pappersmaskiner och är en del av torkningsprocessen för pappersmassan. Totalt har de 16 olika ytterdiametrar som de tillverkar cylindrar med. Det finns tre stycken gjutgropar för Yankeecylindrar på gjuteriet, två stycken som klarar de allra största och en som används för de lite mindre cylindrarna. Vid tillverkning av en Yankeecylinder läggs cement i botten av gropen som formas med hjälp av en manuell träsvarv beståendes av ett långt stålrör samt en träspets.
Denna cementbotten kallas för bottenlås. I utkanten av cementen läggs en cirkel av tegelstenar som hjälper till att absorbera smällen som sker då den första smältan träffar botten. Utsidan av bottenlåset blackas, det hela måste stelna i ca 14 timmar.
Figur 11: Kåpan som cementformen gjuts i, i det här fallet är det den lilla kåpan. Det finns även större kåpor som används för de största cylindrarna. Kåpat lyfts ner i gropen med hjälp av travers.
Kåpan lyfts sedan ner i gropen (se figur 11). I kåpan gjuts sedan cementformarna där smältan sedan kommer att hällas i. Denna process är mycket tidskrävande. Två stycken cementformar gjuts, en yttervägg och en kärna.
