Elastyczne systemy produkcyjne (FMS)

Elastyczny system produkcyjny FMS (ang. Flexible Manufacturing System) to metoda produkcji zaprojektowana tak, aby łatwo dostosowywać się do zmian rodzaju i ilości wytwarzanego produktu. Maszyny i systemy komputerowe można skonfigurować w taki sposób, aby wytwarzały różne części i obsługiwały zmieniające się poziomy produkcji. System ten może mieć wpływ na zwiększenie wydajności, obniżenie kosztów produkcji, utrzymywanie niskich zapasów, a przede wszystkim produkcję produktów dostosowanych do potrzeb klienta. Wiąże się z wysokimi kosztami początkowej inwestycji i wymaga dokładnej analizy jego sensowności i efektywności dla danej firmy przed wprowadzeniem.

Jak powstał pomysł na FMS?

Koncepcję elastycznej produkcji FMS opracował Jerome H. Lemelson (1923-1997), amerykański inżynier przemysłowy i wynalazca. Jego oryginalny projekt był systemem opartym na robocie, który mógł spawać, nitować, transportować i kontrolować wytwarzane towary. W latach 50-tych, gdy projekt został opracowany nie miał szans na wdrożenie w halach produkcyjnych. Stało się to możliwe dopiero pod koniec lat 60-tych w Stanach Zjednoczonych i Europie, aby w latach 70-tych w pełni się rozwinąć. Pierwszy elastyczny system produkcyjny o nazwie „System24” wprowadzono w Anglii w 1960 roku. Zaprojektowano go do produkcji lekkich, płaskich elementów ze stopów.

Na czym polega elastyczny system zarządzania (FMS)?

Większa konkurencja oznacza zmienne rynki zbytu, krótsze cykle życia produktu i bardziej wyrafinowanych nabywców. To wymaga od producentów dostosowania się do tych zmiennych warunków i korzystania z narzędzi, które to umożliwiają. Jednym z nich jest elastyczny system produkcyjny. Jest to wysoce adaptowalny system organizacji produkcji, który wykorzystuje technologię automatyzacji. Obejmuje m.in. scentralizowany komputer, sterujący maszynami CNC, systemami obsługi materiałów i robotami. Oferuje producentom elastyczność produkcji, ponieważ można dostosować go do różnych rozmiarów partii, projektów produktów i sekwencji procesów. FMS jest niemal całkowicie zautomatyzowany, aby obniżyć koszty pracy i zwiększyć produktywność.

Może być on skonfigurowany na wiele sposobów i łączyć ze sobą różnego typu stacje robocze komputerów, które zarządzają kompleksowym tworzeniem produktu. Począwszy od rozładunku materiałów, poprzez obróbkę i montaż, przechowywanie, kontrolę jakości i przetwarzanie danych, aż do produkcji, magazynowania i załadunku przed wysyłką do klienta końcowego. System można zaprogramować tak, aby uruchamiał partię jednego zestawu produktów w określonej ilości, a następnie automatycznie przełączał się na inny zestaw produktów w innej ilości. Elastyczna produkcja może być również kluczowym elementem strategii produkcji na zamówienie, która pozwala klientom zamawiać produkty dostosowane do ich potrzeb.

Zalety FMS

Główną korzyścią ze stosowania elastycznego systemu produkcyjnego FMS jest zwiększenie wydajności produkcji przy jednoczesnym zmniejszeniu wkładu człowieka. Zalet jest oczywiście znacznie więcej:

Znacznie skrócony czas przestoju maszyn, gdyż linia produkcyjna nie musi być wyłączana do produkcji innego produktu, jak i po godzinach, w weekendy czy w święta, a wszelkie naprawy i konserwacje są prognozowane przez system,
Zwiększenie elastyczności produkcji, gdy firmy są zmuszone w krótkim czasie zwiększyć wolumeny produkcji, dodać zupełnie nowe produkty czy pozwolić na wdrożenie zmian w określonej linii produktów,
Spersonalizowanie produktu i jego modyfikacja pod potrzeby klienta, zarówno w małych, jak i dużych partiach, co daje przewagę konkurencyjną nad innymi,
Czas wytworzenia produktu jest znacznie krótszy dzięki szybszemu ustawianiu i załadunkowi, a także obróbce mechanicznej, wymianie narzędzi, zmianie programów obróbki i in.,
Mniejsza liczba pracowników potrzebna do obsługi systemu, gdyż maszyny wyeliminują nieefektywne dla firmy czynności wykonywane do tej pory przez człowieka,
Redukcja wad jakościowych poprzez monitorowanie i dostosowywanie jakości w czasie rzeczywistym.

Wady FMS

Elastyczny system produkcji nie będzie oczywiście odpowiedni dla każdej firmy, szczególnie gdy problemem jest przepływ gotówki. Do najważniejszych minusów FMS można zaliczyć:

Koszt wdrożenia FMS jest znaczny, jak i powiązany z nim koszt późniejszej konserwacji systemu czy adaptacja posiadanego już sprzętu. Konieczna jest szczegółowa analiza ekonomiczna opłacalności wdrożenia FMS w danej firmie,
FMS zmniejsza wprawdzie potrzebę zatrudniania większej liczby pracowników, ale jednocześnie wymusza zatrudnienie specjalistów o złożonej wiedzy technicznej do obsługi, monitorowania, konserwacji czy napraw systemu. Warto więc przeliczyć wysokość oszczędności na mniejszym zatrudnieniu w porównaniu do kosztów szkolenia czy zatrudnienia wykwalifikowanych specjalistów,
Wprowadzony system może zablokować niektóre przyszłe inwestycje lub zwiększyć koszty ich wprowadzenia, gdyż nie zawsze da się go przerobić, warto więc przeanalizować długoterminowe plany przed podjęciem decyzji o wprowadzeniu FMS,
Kompleksowe planowanie przed wdrożeniem systemu, który wymaga wielu projektów, harmonogramów czy instrukcji do działania, co wymaga czasu i pieniędzy.

Elementy elastycznych systemów produkcyjnych

FMS składa się z modułowych komponentów, które producenci mogą dostosowywać i rekonfigurować, aby sprostać zmieniającym się wymaganiom produkcyjnym, a więc z:

Maszyn roboczych, gdyż każdy FMS ma unikalną kombinację stanowisk roboczych, aby spełnić wymagania produkcyjne producenta. Mogą to być różne roboty, maszyny CNC, zmieniacze narzędzi lub stanowiska inspekcyjne i montażowe. Każde stanowisko robocze wykonuje wymagane procesy, aby przekształcić materiały w gotowy element,
Systemów obsługi materiałów potrzebnychdo osiągnięcia pełnej automatyzacji. Przechowują one i transportują materiały i części do każdego stanowiska roboczego w określonej kolejności. Istnieją również systemy do przechowywania części i materiałów przed i po przetworzeniu. Przykładami systemów obsługi materiałów są roboty, przenośniki taśmowe, automatyczne zmieniacze palet, zautomatyzowane systemy przechowywania i pobierania oraz zautomatyzowane pojazdy kierowane,
Systemów komputerowych sterujących, które są głównym komponentem FMS, automatyzującym cały proces. Ten system zawiera komputer, programowalny sterownik logiczny (PLC) i niezbędne oprogramowanie. Umożliwia operatorom wprowadzanie programowania w celu kontrolowania pracą każdej maszyny w konfiguracji. Monitoruje również proces obróbki i informuje o tym operatora, gdy pojawiają się problemy,
Personelu, gdyż operatorzy maszyn są nadal niezbędni do ich kontrolowania. Przeszkolony personel instruuje FMS, aby wykonywał określone zadania, uruchamiał i zatrzymywał proces oraz dokonywał korekt w razie potrzeby. Po uruchomieniu, FMS może działać 24/7, aż do wyczerpania materiału lub zakończenia instrukcji.

Trasowanie kontra elastyczność maszyn

Elastyczne systemy zarządzania FMS mogą oferować dwa rodzaje elastyczności — elastyczność trasowania i elastyczność maszyn. Niektóre zaawansowane systemy mogą nawet robić obie te rzeczy jednocześnie:

Elastyczność trasowania odnosi się do zdolności systemu do zmiany kolejności lub rodzaju zlecenia produkcyjnego. Ten rodzaj elastyczności jest niezbędny, gdy maszyna ulegnie awarii lub skończy się materiał. System może dostosować się i zmienić kolejność przetwarzania, aby kontynuować produkcję części, podczas gdy operatorzy rozwiązują problem. Pomaga to również przenieść produkcję na nowy produkt wymagający innego zlecenia produkcyjnego.
Elastyczność maszyn oznacza, że wiele maszyn może wykonywać to samo zadanie w ramach ścisłych tolerancji maszynowych. Gdy jedna maszyna przestaje pracować, inne mogą przejąć jej obowiązki i wyprodukować ten sam wynik. Ten rodzaj elastyczności jest również niezbędny, gdy popyt na produkt wzrasta. Producent może zwiększyć produkcję, kierując inne maszyny do produkcji tego samego produktu.

Przykładowe zastosowania FMS

Elastyczne systemy produkcyjne są wykorzystywane do produkcji części i produktów dla wielu branż, w szczególności tych, które opierają się na wysokiej jakości elementach metalowych takich jak przemysł lotniczy, medyczny, motoryzacyjny, budowlany czy górniczy. Są też wykorzystywane w branżach bardziej nastawionych na konsumenta, jak motoryzacja, kosmetyka, elektronika i in. Firmy wykorzystujące FMS są zachęcone potencjalnym wzrostem elastyczności produkcji o nawet 60% czy spadkiem zapasów o ok. 45%. Tam, gdzie wymagana jest prosta produkcja standaryzowanych produktów nie ma potrzeby wprowadzania FMS.

Przykładem firmy, która wprowadziła FMS jest firma Lego, która wytwarza jednocześnie dziesiątki linii produktów, a ich poszczególne wersje różnią się wieloma wariantami. Elastyczne systemy produkcji obejmują sortowanie, malowanie czy pakowanie, a ich wprowadzenie umożliwiło firmie produkowanie miliardów sztuk rocznie.

Również producenci kosmetyków mogą stosować FMS, aby tworzyć produkty niestandardowe i małoseryjne. Tu elastyczny system produkcji może dotyczyć pakowania, kontroli i paletyzacji. Inną firmą, która skutecznie wykorzystuje ten typ organizacji jest L’Oréal, działając choćby w oparciu o roboty współpracujące, cyfrowe bliźniaki i rozszerzoną rzeczywistość.

Kolejny przykład dotyczy branży elektronicznej, która również ciągle ewoluuje a producenci są zmuszeni do szybkiego reagowania na nowe technologie i działania konkurencji. FMS jest stosowane przy montażu płytek drukowanych, do testowania produktów i pakowania. Świetnym przykładem firmy elektronicznej, która zainwestowała w automatyzację i elastyczną produkcję, może być Canon. FMS obejmuje roboty, widzenie maszynowe i sztuczną inteligencję, co znacznie zwiększa wydajność produkcji.

Dzięki elastycznemu podejściu każda z tych firm może szybciej reagować na zmiany rynkowe, nadążać za oczekiwaniami klientów i dostosowywać się do zmieniających się wymagań dotyczących produktów.