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精實管理TPS,讓智慧製造協助企業數位轉型

世界局勢和客戶需求都快速變化,超短交期和少量多樣的客製化,和近年各國政府開始提倡的ESG和減碳的議題,都是製造業共同面臨的挑戰。 如何以TPS豐田精實管理的架構和智慧製造技術,協助企業面對產業挑戰,並利用數據做到企業轉型呢?

作者

楊于嫺

6.9k

・2022/08/09

豐田精實管理TPS的主要核心是及時化(JIT,Just In Time)減少浪費(muda)的基本精神。也就是利用最少的資源,降低生產中過程中的一切浪費因素,讓生產流程順利穩定進行,沒有停等的狀況。並且要所有相關人員,都主動做到持續優化製造流程,以發揮最大的生產效益的生產方式


豐田精實管理TPS是豐田Toyota在進行生產製造汽車的方式(TPS,Toyota Production System)。以創造客戶真實需要的價值為最終目的,利用最少的資源進行生產製造,維持產品的高品質又同時提高生產效率的一套心法,所以也有很多人說這個方法是精實生產(lean production)


製造業共同都面對世界局勢變化快速,和越來越多的客製需求、少量又多樣訂單的狀況,且客戶設變更加頻繁的狀況,要如何因應?

 

世界經濟論壇WEF與麥肯錫共同提出的燈塔工廠,多利用豐田精實管理TPS手法降低生產浪費,做到提升生產效率和營運效能,且在投資報酬率ROI上有顯著的正面回饋。

 

燈塔工廠的實際案例說明,利用數位化的工業4.0和智慧製造技術,讓豐田精實管理TPS發揮更大效益,不只可以提升企業經營的獲利,同時更能做到生態環境的永續發展,達成客戶或各國政府都提出的ESG和減碳要求。

   


及時生產JIT:有限產能下,生產排程彈性最優化

客戶實際需求,是生產製造的根本依據


及時生產JIT(Just In Time)主要為拉動式生產(Pull System)的方式,也就是「依據客戶實際訂單需求,在客戶需要的時間,生產客戶需要的產品數量」,這樣可以做到最少的庫存,並同時降低最多的浪費

 

過早採購物料,或為追求經濟規模,減少換模、換線的次數而進行大批量過早生產,都可能因為生產了不是近期要交貨的產品和數量、或倉庫保存不當造成產品品質不良、或客戶突然設變,或更改訂單,造成成本和半成品堆積在倉庫或生產現場,除了因為佔用空間讓生產不順利,更可能造成物料報廢的成本和風險增加。

 

提早生產除了導致庫存增多或增加報廢機率,更因為物料、人員和設備等產能被佔用,且因為近年訂單多是小量短急單,做好生產排程更難。若無法做到最有效益的生產排程計畫的彈性度,很可能導致緊急重要的訂單無法即時出貨。

 

市場和客戶的需求變化速度更快,重要的急插單和改單的狀況頻繁,要如何能夠同時達到生產效益和客戶超短交期的要求?過去只能依照經驗和沒有製造現場即時進度數據的人工排程,已經無法精確計算出符合效益和客戶要求的生產計畫。

 

工廠可以利用數位軟體系統像是APS和MES等工具,整合訂單需求交期、物料採購、設備稼動等所有資訊數據,協助工廠在有限產能的條件下,根據客戶快速變動的需求、準確的標準工時即時的設備稼動狀況等基礎數據資訊,做到派工準確和產能平衡。

 

同時計算近期時間要出貨產品的訂單狀況,利用科學化生產排程達到合併生產,減少換模換線的機會,讓產能可以靈活彈性調整,生產排程計畫達到最優化。這些若是用人工以Excel進行生產排程,是很難達成的。

 

但在訂單小量多樣的趨勢下,只有生產排程計畫可以做到彈性快速變更,是不足夠的。

 

工廠要面對的是更頻繁的更換生產產品的問題,所以生產前的準備工作會花費更多時間,是否能做到快速精準的換模換線能力,是很重要的競爭基礎,也是接下來要談 – 平準化生產的一個基本條件。更可以利用機械手臂等自動化的技術,讓換模換線能更快速,且準確無失誤的達成。

 

 


平準化生產:製程工序間平衡不停等,縮短生產週期時間

小批量生產方式,達到有競爭力的交期


過去很多製造業習慣大批量生產的方式,但造成很多生產製造流程中的浪費,並且讓生產製造週期時間(Manufacturing cycle time, MCT)拉很長,在客戶要求的交期和速度,為什麼總是做不到?都有詳細說明。

 

平準化生產Leveling是指產品製造時,各工序製程加工的數量和速度可以達到平衡。利用單件流One Piece Flow/Single piece flow和持續流動Continuous Flow的概念,每個製程工序只加工1個或小批量的產品,就馬上轉換到下一個製程工序。

 

單件流小批量的生產方式,讓製程工序連續,流程間順暢沒有等待和中斷,降低瓶頸製程工序發生的機會,所以也降低了製程中各種造成浪費和等待的時間,達到縮短生產製造週期時間。且可以減低製造現場的在製品WIP數量和庫存,減少製造現場的混亂狀況,讓製造流程更順暢。

要做到平準化的平衡流暢生產,必須有全面性的配套措施。

像是規劃加工作業時,需要利用正確的標準工時,設定各站生產的節拍時間(Takt Time,T.T)。讓每個工作站的生產都達到平衡,不會有工作站的產出,會有數量過多,或速度過快的情形發生;並依據不同產品載具和容器特性,制定合適的批量數量。

 

且因為小批量生產,會造成很多搬運的次數和動作,所以應該要優化工廠的配置layout,讓搬運動線最佳化。並搭配水蜘蛛搬運機制,由專責的搬運人員,或是利用即時的生產資訊數據驅動AGV搬運車,協助搬運的工作。讓第一線的生產加工人員,能把時間花在更有價值的生產工作上,在縮短生產週期怎麼做?讓小批量生產搭配水蜘蛛幫你搞定可以了解更多詳細內容。

 


減少浪費Muda:優化製程、提高稼動率、預警問題

即時資訊和電子看板管理,讓問題、瓶頸和績效數據可視透明化

 

製造過程中的浪費,不只間接造成環境的耗損,更直接影響生產效率降低,讓工廠營運成本增加。精實管理的核心精神,就是徹底減少各種產生浪費的狀況。包含等待浪費、不良浪費、動作浪費、加工浪費、庫存浪費、製造過多(過早)浪費、搬運浪費等七大浪費。

 

製造現場一定要能讓製程設備穩定並持續運作,才能確保產能效益。所以在生產過程中,最怕產生突發狀況,造成因為等待物料或整備時間過久、或機台設備突然發生故障等問題,導致生產停止的等待浪費。

 

利用數位系統軟體工具,透過機聯網/物聯網IoT技術,整合設備生產狀況的即時資訊數據,讓工廠可以利用電子看板、螢幕和手機等載具,呈現工廠的即時數據讓資訊透明化,並做到看板管理,。

 

以電子看板管理做到現場管理,利用像是訂單工單狀況、生產數量、品質、設備機台稼動率或OEE等最新狀況資訊,讓工廠中的不論是業務、採購、生管、物管和製造現場的所有人,都能簡單快速地,看到訂單和生產進度等相關最新的即時狀況資訊。

 

透過電子看板等資訊透明化的各種載具,讓每個流程中的人員,能夠主動提前準備下個階段的工作,像是預先準備下一張工單需要的物料和模具等項目,降低換模換線可能造成的停等時間,減少各種可能造成製造流程中浪費的問題。看板管理和資訊可視化,讓JIT及時生產和後拉式生產中,最重要的核心精神:減少一切浪費,能夠被更徹底的實現。

 


掌握數據,精實管理效益加乘

1.突發問題立刻解決、解決瓶頸提升效率、異常狀況提前預警

2.生產進度即時追蹤、生產績效隨時管控

資訊做到可視化,不只讓你看透製造現場隱藏的秘密,即時數據讓資訊透明化,利用製造現場的進度狀況和設備即時稼動資訊數據,讓突發異常問題能即時被發現,不論主管或第一線人員,都可以立刻主動解決,也就是精實管理中想要做的自働化管理

 

生產進度可以被即時追蹤,讓所有人對工廠進度把握度提高,老闆和業務能隨時掌握訂單狀況,如何回覆客戶交期,或急單要不要接都更有把握;生產績效隨時管控,讓製造現場不論是第一線工作人員或主管,都能知道所有人員的進度和效率是否在計畫內,是否有問題造成落後需要被解決。

 

並可以利用科學數據找出生產問題和製程瓶頸點的根本原因,解決問題進而提高生產效率;收集大量的數據後,建立數據模型並設定各觀測項目的指標標準,就能在異常狀況發生前,透過手機等數位工具的即時警告,提前預警讓現場主管先做準備,預防設備機台停機的狀況發生。

 

 


建立標準化基礎,讓生產保持穩定並持續優化

不論是JIT(Just In Time)TPS豐田精實管理都追求持續不斷的優化,利用PDCA概念,在生產計畫、加工執行、品質檢核和製程修正等不同階段,都應該做出標準化的項目制訂,和相對應的作業流程SOP方式,並透過機聯網/物聯網IoT掌握設備機台的實際狀況的數據資訊,持續優化各階段流程。

 

▊標準工時

如何才能做到準確又彈性的高效率生產排程?怎麼確認現在的加工進度符合生產計畫?這些都要先有準確的標準工時當作依據,生管才能做到正確的生產排程計畫。

 

當生產排程計畫是正確的,就能和製造現場的即時進度當作比較,主管可以隨時確認目前的生產進度,設備機台是否穩定運作?或是有非預期的問題產生,應該要馬上介入解決?當生產排程計畫準確,老闆和業務就可以更快速判斷重要的急單要不要接?客戶問的交期要怎麼馬上回覆。

 

利用機聯網/物聯網IoT隨時收集設備運行的即時數據,動態調整標準工時,成為工廠運作更有效率的參考依據。

  

▊設備點檢和定期保養

像是在生產加工前,要先確保設備機台的狀況,才能確保加工作業順利進行。若是設備機台突然故障不能穩定運行,則可能會造成生產品質良率不佳,需要重工或是停機維修,不只導致成本浪費,產能和設備稼動率也同時下降,更可能造成設備壽命降低。

 

所以在日常開工前利用數位系統,確保設備點檢能被完整落實,並能提前提醒,設備的定期保養計畫時間以免疏漏執行,都是非常重要的事情。

 

▊CNC程式和生產參數管理

CNC加工產品的品質,除了要有好的機台設備加工精度、刀具、原料,更取決於好的加工程式和生產參數。

 

過去常發生老師傅都用紙本記錄加工參數,導致寶貴的經驗很難被保留和重複利用,生產品質和精度等面相難以達到客戶需求。且因為產品種類多且加工程式版本多,若使用錯誤的加工程式或生產參數,就可能會造成產品報廢、重工、出貨時間延誤等問題。

 

若能利用加工設備機台旁的數位工具,讓第一線人員直接輸入生產關鍵參數的數據,並同時將參數紀錄下來,整合訂單和工單的狀況,就能更完整產品的生產歷程,哪批產品?用了什麼程式版本和設備參數?品質為何?所有資訊數據都能快速被掌握。

 

後續的加工程式和參數要如何保留和管理,讓老師傅的智慧能被發揚光大,就非常重要。

 

▊碳盤查和能源管理

企業近年除了被客戶和法規要求減碳,也因為今年電費針對用電大戶漲價,讓成本是有痛感的增加,節能減碳也變成是必要課題。

 

在進行節能減碳前,第一步一定要先利用碳盤查能源管理系統,了解目前的排碳和電力使用狀況,才能知道從哪些高排碳或高電力使用的部分進行改善。

 

後續就能整合客戶、出口國或本地政府對減碳的條件要求,進行減碳或節電的計畫,並隨時監控觀察執行成果,確認執行效果,或是否需要調整作法。


 

數據驅動TPS精實管理,智慧製造協助企業數位轉型

世界局勢和客戶需求都快速變化,超短交期和少量多樣的客製化,和近年各國政府開始提倡的ESG和減碳的議題,都是製造業共同面臨的挑戰。

 

製造業一直以來,就常以TPS豐田精實管理的生產方式,並利用PDCA不斷改善流程,希望以打好自身基礎來面對大環境的狀況。但執行TPS豐田精實管理最常遇到的瓶頸,就是難以掌握全方位正確且即時的各項數據資訊,當作科學依據進行優化。

 正確的數據,是找到問題最快速的基礎;利用數據分析,可以精準判斷改善方案如何擬訂。

利用像是ERP、MES和APS等數位軟體系統平台,整合訂單需求、物料的採購及庫存狀況和機聯網/物聯網IoT技術採集的工廠設備運行等即時數據資訊,達成智慧製造和工業4.0架構,並建立數據模型。

 

利用數位平台的方式,企業中不論是管理層或第一線的工作人員,都可以將科學數據當作參考,協助所有人快速做出正確的策略選擇,才能完整落實TPS豐田精實管理。掌握數據讓製造業可以因應快速變動的狀況,有限資源可以達到最有效益的彈性分配,不只提升生產效率,也做到節能減碳,讓製造業在進行數位轉型時,更可以同時達成企業利益。

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