Osobą uznawaną za twórcę metodyki ulepszeń SMED jest Shigeo Shingo, inżynier przemysłu i konsultant pracujący dla Toyoty. Jego książka Rewolucja w Produkcji: System SMED szczegółowo opisuje system SMED i sposoby jego zastosowania w różnych sytuacjach.

Shingo jest autorem wielu książek na temat Systemu Produkcyjnego Toyoty, spośród których najbardziej znane są pozycje na temat metody SMED oraz Analiza Systemu Produkcyjnego Toyoty z Perspektywy Inżynierii Produkcji. W roku 1988 Uniwersytet Stanowy w Utah uhonorował dr. Shingo, w uznaniu jego życiowych osiągnięć ustanawiając Nagrodę Shingo, którą honoruje się światowej klasy „szczupłe” firmy i doskonałość operacyjną.

Toyota zastosowała metodę SMED, aby skrócić czas przezbrojeń w procesie tłoczenia blach w okresie, kiedy Taiichi Ohno wprowadzał radykalne zmiany i tworzył System Produkcyjny Toyoty. Taiichi Ohno pragnął wdrożenia zasad „dokładnie na czas” oraz przejścia na mniejsze, ale częstsze partie w celu stworzenia przepływu i wyeliminowania przestojów materiałów, co ma miejsce w przypadku produkcji dużych partii. W tamtym okresie w zakładach Toyoty przejście z jednego procesu tłoczenia na inny zajmowało 4 godziny. Firma zdawała sobie sprawę z tego, że podobna zmiana w fabryce niemieckiego Volkswagena trwała zaledwie 2 godziny. Ohno postawił przed zespołem i Shigeo Shingo zadanie znalezienia sposobu na skrócenie tego czasu do mniej niż 2 godzin. Tak narodziła się metoda ulepszeń SMED. Zastosowanie jej w procesie tłoczenia znacznie skróciło czas przezbrajania (dziś wynosi on 3 minuty). Od tamtej pory SMED jest systematycznie stosowany we wszystkich maszynach Toyoty.

Metoda SMED może znacząco zwiększyć wydajność produkcji. W środowisku, w którym zarówno różnorodność produktu, jak i czas przezbrojenia są wysokie, całkowity czas przezbrojenia w danym okresie może być głównym powodem spadku wydajności. Dobrym przykładem jest przemysł drukarski, w którym okres przezbrojenia jest główną przyczyną przestojów, co przekłada się na około 80 proc. straconego czasu. Oczywiste się staje, że skrócenie czasu przezbrajania jest jednym z głównych filarów ulepszeń w przypadku tego typu maszyn (gdzie w większości przypadków przezbrojenie zajmuje ponad 2 godziny). Skracając czas przezbrojenia i zwiększając wydajność, zwiększamy dostępną efektywność i zmniejszamy potrzebę wydatków inwestycyjnych (CAPEX) na dodatkowy sprzęt.

Mimo że SMED może być wykorzystywany do zwiększania wydajności maszyn (szczególnie, jeśli czas przezbrajania jest główną przyczyną strat), Toyota zaczęła wykorzystywać go z innego powodu. Ohno chciał pracować z mniejszymi partiami, aby zmniejszyć czas oczekiwania materiału i stworzyć przepływ materiałów. Tak naprawdę chciał zwiększyć elastyczność sprzętu w kwestii przezbrojenia, aby stworzyć przepływ.

Metoda Ekonomicznej Wielkości Zamówienia została opracowana w 1913 r. przez niezwykłego F.W. Harrisa (który pomimo braku wyższego wykształcenia wyróżniał się jako inżynier, wynalazca, autor i rzecznik patentowy). Model ten jest również znany jako Model Wilsona, od R.H. Wilsona, który rozwinął go w latach trzydziestych dwudziestego wieku. Metodę Ekonomicznej Wielkości Zamówienia określa się jako Wielkość Zamówienia, minimalizującą Całkowity Koszt Magazynowania i Koszt Zamawiania.

Model Wilsona pozwala na określenie Ekonomicznej Wielkości Zamówienia (wielkości partii) przez obliczenie minimum funkcji będącej sumą Całkowitego Kosztu Magazynowania i Kosztów Zamawiania. W środowisku produkcyjnym Całkowite Koszty Magazynowania oznaczają koszty wynikające z magazynowania Zapasów Produkcji w Toku, a Koszty Zamawiania oznaczają koszty wydajności sprzętu utraconej z powodu całkowitego czasu potrzebnego na przezbrojenie.

Ohno szybko zorientował się, że koszty zamawiania (lepszym ich określeniem są koszty przezbrajania) nie są ani stałe, ani ustalone, i że mogą być zredukowane przez zmniejszenie jednostki czasu potrzebnej na przezbrajanie. W rezultacie spada Ekonomiczna Wielkość Zamówienia, a wraz z nią całkowity koszt magazynowania (mniejsze marnotrawstwo spowodowane przez oczekujący materiał).

 T. Ohno pragnął osiągnąć zerowe przezbrojenie, gdzie Ekonomiczna Wielkość Zamówienia równa się 1 (nie ma oczekującego materiału i przepływ jest doskonały – co jest znane jako mieszany przepływ jednej sztuki w gnieździe). W tym przypadku, elastyczność przezbrajania jest również doskonała, a mieszana linia produkcyjna sprawia, że możliwe jest uzyskanie mieszanej produkcji różnorodnej. Produkcja mieszana występuje również w sytuacji, gdy maksymalnie wykorzystywane jest równoważenie.

Można powiedzieć, że wzór Wilsona ma zastosowanie również dzisiaj. Jedyny problem pojawia się, gdy ludzie zakładają, że czas potrzebny na przezbrojenie (lub, mówiąc ogólnie, koszt zamawiania) jest sztywny i nie może zostać zmniejszony. Wiele osób nie przeprowadza obliczeń Wilsona, ponieważ wciąż mylnie kieruje się dwoma paradygmatami: przepływem za wszelką cenę i wydajnością za wszelką cenę.

Rola paradygmatu „przepływu za wszelką cenę” rośnie i obecnie staje się on coraz bardziej popularny. Ludzie słyszą o wspaniałym Systemie Produkcji Toyoty (TPS) i zwiększają przepływ, redukując bez namysłu wielkość partii, nie biorąc pod uwagę równania Wilsona. Powoduje to skokowy wzrost nakładów inwestycyjnych, ponieważ małe partie w połączeniu z długim czasem przezbrajania zmniejszają wydajność. W wyniku tego udaje się co prawda osiągnąć przepływ, jednak kosztem wydatków kapitałowych, a nie poprzez wewnętrzne zmniejszanie czasu przezbrajania i zwiększanie elastyczności sprzętowej. Efekt ten można zaobserwować w wielu bogatych firmach stosujących „szczupłą” produkcję i System Produkcji Toyoty.

 

Paradygmat „wydajność za wszelką” cenę był normą przez wiele lat i jest przeciwieństwem paradygmatu przepływu za wszelką cenę. Problem polega jednak na tym, że skupia się on jedynie na kosztach zamawiania, a pomija całkowite koszty magazynowania. Wynikiem tego są ogromne ilości zapasów i związane z nimi straty.

W obu przypadkach ludzie po prostu zapominają o wzorze Wilsona. Dziś uczniowie Ohno w Toyocie wciąż stosują uproszczoną wersję wzoru Wilsona do obliczania algorytmów Kanban dla systemu pull w pętlach logistycznych.

Kluczową kwestią jest skracanie czasu przezbrajania tak, aby zmniejszać wielkość partii i tworzyć przepływ. Wielkość partii należy przeliczać przy każdym skróceniu czasu przezbrojenia.

 

Na początku SMED definiuje czas przezbrajania jako „czas, który upływa między zakończeniem ostatniej części dobrej jakości z wcześniejszej partii do pierwszej części dobrej jakości z następnej partii”.

W czas ten wlicza się nie tylko przezbrojenie fizycznej matrycy czy maszyny, ale także wszystkie prace przygotowawcze podczas przestoju maszyny lub jej pracy na zmniejszonych obrotach, wszystkie końcowe prace dostosowawcze i porządkowe podczas przestoju maszyny lub jej pracy na niskich obrotach. Obejmuje on również wszystkie koszty zamawiania związane ze zmianą w toku produkcji.

Nasze doświadczenie w Instytucie KAIZEN pokazuje, że w sytuacjach, w których sprzęt został przeanalizowany za pomocą zdarzenia SMED, pracownicy przeprowadzający przezbrojenie nie zdają sobie do końca sprawy ze związanych z nim strat, stąd istnieją olbrzymie szanse na wprowadzenie ulepszeń. W takich przypadkach zazwyczaj możliwa jest 50-procentowa redukcja jedynie dzięki standaryzowaniu pracy i wprowadzeniu ulepszeń, bez konieczności dokonywania jakichkolwiek inwestycji w dodatkowy sprzęt.

Metoda wprowadzania ulepszeń SMED składa się z pięciu kroków:

1. Analiza bieżącej sytuacji. Na tym etapie szczegółowo przyglądamy się bieżącej metodzie wspólnie z zespołem, który zazwyczaj wykonuje przezbrojenie. Do wykorzystywanych narzędzi należą analiza czasowa, nagrania wideo i wykresy „spaghetti” ruchów koniecznych do wykonania pracy;

2. Oddzielenie pracy wewnętrznej od zewnętrznej. Wykorzystując czasy i wyniki analiz, klasyfikujemy każde zadanie jako pracę wewnętrzną – pracę, którą można wykonać jedynie podczas przestoju maszyny lub pracę zewnętrzną – pracę, którą można wykonać podczas pracy maszyny. Bierzemy wszystkie zadania zewnętrzne i reorganizujemy je albo na początku, albo na końcu procesu. Zadania wewnętrzne są organizowane według nowego standardu operacyjnego. Operatorzy są następnie przeszkalani z nowego standardu;

3. Zmiana wewnętrznej pracy na zewnętrzną. Szczegółowa analiza zadań wewnętrznych może pokazać, jak – wprowadzając pewne ulepszenia – niektóre z tych zadań można wykonać poza przezbrojeniem. Klasycznym przykładem takiego usprawnienia jest urządzenie, które wstępnie podgrzewa matrycę (wstępne podgrzanie eliminuje marnotrawienie czasu na czekanie na osiągnięcie przez matrycę pożądanej temperatury, zanim będzie gotowa do użycia);
4. Redukcja pracy wewnętrznej. Odnajdujemy środki zaradcze, które umożliwiają wykonanie pracy wewnętrznej w krótszym czasie – na przykład skrócenie czasu potrzebnego na dostosowanie poprzez standaryzowanie geometrii matryc;

5. Redukcja pracy zewnętrznej. Odnajdujemy środki zaradcze, które umożliwiają wykonanie pracy zewnętrznej w krótszym czasie – na przykład przechowywanie matryc w pobliżu sprzętu.

 

Łącząc niektóre z tych kroków, Shigeo Shingo szybko skrócił czas potrzebny na przezbrojenie. Po Kroku 1 wybrał matrycę, którą można było najszybciej wymienić i polecił zespołowi zorganizowanie idealnego przezbrojenia. Wszystko zostało przygotowane wcześniej – następna matryca została umieszczona blisko maszyny, wszystkie narzędzia zostały sprawdzone, wszystkie dostosowania wymiarowe zostały zredukowane, a wszyscy pracownicy byli maksymalnie skupieni na wykonywanym zadaniu. Była to swego rodzaju próba. Po tak dokładnych przygotowaniach właściwa już praca przyniosła, oczywiście, doskonałe wyniki. Jego kolejnym krokiem było omówienie środków zaradczych tak, aby to zoptymalizowane przezbrojenie mogło zostać powtórzone w przypadku wszystkich matryc i w różnych przezbrojeniach. Wynikiem końcowym tego procesu była poprawa standardu przezbrajania.

Prace związane z przezbrajaniem zwykle dotyczą wielu działów. Po pierwsze, pracownicy obsługujący przezbrojenie mogą być pracownikami produkcji lub mogą być specjalnymi mechanikami z działu utrzymania ruchu. Osoby te tworzą skoncentrowaną grupę ds. poprawy przezbrojenia, ponieważ to oni muszą zmieniać ich codzienną rutynę pracy. Inne grupy mające wpływ na przezbrojenie (można je nazwać zapleczem przezbrojenia) to warsztaty czyszczące i przygotowujące matryce, konserwujące, kontrola jakości oraz jakikolwiek inny dostawca materiałów lub usług wykorzystywanych podczas przezbrajania. Ważne, aby wszystkie te elementy były zaangażowane w proces ulepszania przezbrojenia.

Systematyczne stosowanie metody SMED może pozwolić na stałe skrócenie czasu przezbrajania, prowadzące do zerowego przezbrojenia. Ta optymalna sytuacja zazwyczaj wymaga pewnych nakładów inwestycyjnych na automatyzację przezbrojenia matrycy, które to nakłady można uzasadnić wynikającymi z nich korzyściami. Obecnie wielu producentów sprzętu oferuje opcje zerowego przezbrojenia w celu wzmocnienia podstawowych funkcji sprzętowych.

Kluczowymi elementami metody SMED są opracowywanie standardów pracy oraz szkolenie pracowników w tym zakresie. Skuteczny standard i dobrze wyszkolony zespół pozwalają wykonywać szybkie i częste przezbrojenia w łatwy, naturalny sposób i w tym samym czasie osiągać zarówno dobry przepływ materiałów, jak i wysoką wydajność maszyn.

W skrócie LCA, odnosi się do ekonomicznej mechanizacji zadań manualnych wykonywanych przez pracownika. Jest to kolejny krok w koncepcji pracy standaryzowanej, mający na celu zwiększenie produktywności dzięki zmniejszeniu ilości pracy manualnej. Różnica między automatyzacją niskokosztową a pełną automatyzacją polega na tym, że w przypadku tej pierwszej skupiamy się głównie na wykonywaniu prostych, linearnych ruchów będących częściami cyklu pracy i niskokosztowym automatyzowaniu ich za pomocą urządzeń mechanicznych, wykorzystujących dźwignie, krzywki, przenośniki ślizgowe, przewodniki i grawitację.

 

Słowem opisującym narzędzia automatyzacji niskokosztowej jest Karakuri, oznaczające mechaniczne kukiełki lub automaty z XVIII- i XIX-wiecznej Japonii. Najpowszedniejszym dziś przykładem mechanizmu Karakuri jest robot serwujący herbatę, ruszający do przodu, gdy na spodku, który trzyma w ręku, zostaje postawiona filiżanka herbaty. Porusza się on w linii prostej na ustaloną odległość (poruszając stopami jakby chodził), a następnie kłania się, sygnalizując, że herbata jest gotowa do wypicia. Robot zatrzymuje się, gdy filiżanka zostaje zabrana ze spodka. Gdy filiżanka wraca na spodek, robot podnosi głowę, odwraca się i wraca na swoje miejsce. Roboty te wykorzystują energię mechaniczną i zazwyczaj są zasilane mechaniczną sprężyną wykonaną z kości wieloryba. Czynności są kontrolowane przez układ krzywek i dźwigni.

Automatyzacja niskokosztowa stosuje wiele rodzajów Karakuri, by dostarczać części pracownikowi w zasięg jego rąk lub – ogólnie rzecz biorąc – by zaoszczędzić czas. Decyzję, które czynności należy zautomatyzować w ten sposób, można łatwiej podjąć dzięki liście kontrolnej automatyzacji dla każdej czynności w danym procesie.

 

Bieżącą sytuację można szybko ocenić, przyglądając się czasowi pełnego cyklu każdej czynności. Jednostkami czasowymi cyklu czynności są zazwyczaj ładowanie, obróbka, rozładunek i transport. Skuteczna jednoczęściowa linia przepływu z ulepszonym standardem pracy oferuje dobry punkt wyjścia dla niskokosztowej automatyzacji. My możemy zacząć rozglądać się za możliwościami mechanizacji. Urządzenia oszczędzające czas, takie jak przyrządy i uchwyty, mogą pomóc pracownikowi i skrócić czas potrzebny do wykonania wielu czynności.

 

Po uproszczeniu prac manualnych pracownika można zautomatyzować pracę maszyn. Jest to kluczowy element w procesie tworzenia komórek Chaku-chaku (gniazd produkcyjnych). Jeśli praca maszyn jest zautomatyzowana, operator będzie przesuwał się wzdłuż procesu produkcji, głównie ładując i przesuwając części od jednej czynności do drugiej.

Poka-yoke to japoński termin oznaczający „uczynić odpornym na błędy czy pomyłki”. Urządzenia poka-yoke wykrywają i unikają błędów i powinny znajdować się przy kluczowych czynnościach w procesie tak, aby zagwarantować brak usterek. Urządzenia poka-yoke mogą również należeć do automatyzacji niskokosztowej.

Ostatnim elementem, który można sklasyfikować jako automatyzację niskokosztową, jest czas rozładunku. Rozładowanie części po obróbce, pracy z wartością dodaną, jest dość prostą czynnością i może być wykonane z pomocą niskokosztowej automatyzacji.

Pełna automatyzacja (oraz znacząca inwestycja) zaczyna się od zmechanizowania ruchów maszyny ładującej i ruchów, które przenoszą części z jednej maszyny na drugą. Skomplikowane i precyzyjne ładowanie czy przenoszenie zazwyczaj pociąga za sobą wykorzystanie robotów lub skomplikowanych maszyn przenoszących.

Jednym z przykładów całkowitej automatyzacji jest w pełni zautomatyzowana linia montażowa z bardzo krótkim czasem cyklu (mniejszym niż 15 sekund) oraz znikomą ilością pracy manualnej. Ogólnie rzecz biorąc, na tym rodzaju linii występują pewne problemy z elastycznością, jeśli chodzi o bardzo długie przezbrajanie lub ograniczenia w liczbie różnych produktów, z którymi może sobie ona poradzić.

Podjęcie decyzji o automatyzacji może być również podyktowane potrzebą wyeliminowania Muri (trudnych czynności), gdzie ergonomika lub środowisko, w którym wykonywana jest czynność, są zbyt wymagające dla człowieka.

Najlepszą strategią jest rozpoczęcie od projektowania maszyn lub linii zgodnie z zasadami przepływu, a dopiero później sprawdzanie, które poziomy automatyzacji są możliwe na podstawie wyliczeń zwrotu z inwestycji. W wielu przypadkach pozwoli to uniknąć bardzo kosztownych, w pełni zautomatyzowanych rozwiązań. Co obserwuje się w praktyce, to skok od projektu nieuwzględniającego przepływu do pełnej automatyzacji. W takim przypadku nie da się ocenić, czy bardziej stopniowa strategia projektowania przepływu i niskokosztowej automatyzacji przyniosłaby lepsze wyniki.