Dans quelle mesure l'agencement de votre usine de fabrication de métaux est-il intelligent ?

May 27, 2023

Chris Ryan/OJO Images

Qu'est-ce que cela signifie d'être intelligent? Une personne intelligente a ou montre une intelligence vive. Une machine intelligente est un appareil programmé pour être capable d'une action indépendante. Une installation intelligente utilise des technologies telles que l'Internet industriel des objets (IIoT), le big data, l'intelligence artificielle et la numérisation pour optimiser et suivre les performances et l'efficacité globale d'une installation.

Alors, qu'est-ce qui rend exactement la disposition d'un fabricant personnalisé intelligente ? Un fabricant personnalisé a une disposition intelligente lorsque sa conception maximise le flux unidirectionnel et minimise le coût de ce flux. C'est la base d'un système de production efficace. La disposition d'une usine affecte la façon dont tout circule dans le système : matières premières, travaux en cours (WIP), personnel, visiteurs, fournisseurs, clients, machines, installations, outils et informations.

Certaines des meilleures installations de fabrication sur mesure utilisent une combinaison de dispositions fonctionnelles et cellulaires. Dans la partie cellulaire de l'atelier, chaque cellule autonome et flexible produit une famille de pièces similaires avec des exigences de processus communes, voire identiques. Connaissez-vous les familles de pièces de votre mix produit ?

La meilleure conception d'agencement pour n'importe quelle installation prend également en compte tous les processus secondaires, comme l'ébavurage et l'insertion du matériel. Par exemple, une cellule peut avoir des chariots mobiles avec les outils nécessaires pour effectuer ces processus secondaires quand et où ils sont nécessaires.

De plus, les travaux de préproduction ou de prototypage doivent être effectués dans une section distincte de l'installation. Le travail ponctuel et intermittent (ou sporadique) est essentiellement un cas extrême de fabrication à haut volume et à faible volume. Au moins un fabricant personnalisé intelligent dispose d'une cellule de réponse rapide distincte qui aide à réduire les interruptions de la production à volume élevé à moyen causées par de courtes séries de pièces non répétitives.

La production par lots et en file d'attente est la malédiction d'une disposition purement fonctionnelle. Imaginez les dommages causés à trois objectifs commerciaux (contrôle WIP, débit et livraison à temps) si le rendement des matériaux et la production par lots et files d'attente étaient en jeu dans chaque département (découpe plasma, pliage, soudage) dans l'agencement fonctionnel d'un atelier. Imaginez maintenant le flux dans une configuration d'installation intelligente utilisant des cellules. Le logiciel imbrique toutes les pièces nécessaires pour réaliser une seule soudure (ou un lot de cette soudure) dans une cellule. Un découpeur plasma brûle les pièces. Un robot portique ou autre mécanisme place ensuite toutes les pièces sur le poste d'ébavurage. L'opérateur ébavure les pièces et les place dans le montage de soudage. Il demande ensuite au robot de soudage à l'arc de créer la soudure. Ce même opérateur inspecte le travail et élimine les éclaboussures de soudure. Chaque opération nécessaire pour produire un ensemble soudé envoyé à la chaîne de montage est effectuée dans une cellule.

Les cellules de fabrication servent de base à la formation polyvalente des employés. Par exemple, un opérateur polyvalent dans une cellule de fabrication d'une seule personne pourrait travailler côte à côte avec un ou plusieurs cobots qui effectuent les tâches en 3D, c'est-à-dire les tâches salissantes, ennuyeuses ou dangereuses. La formation polyvalente garantit une augmentation du ratio machines/opérateurs dans n'importe quelle cellule. Il augmente également la vitesse de tous les flux de matériaux et d'informations dans l'installation et aide à maintenir les machines goulot d'étranglement utilisées à environ 85 %. Surtout, avec des opérateurs capables de se déplacer entre les différentes cellules, l'atelier a la flexibilité de s'adapter à l'évolution de la demande de pièces produites dans les cellules.

L'utilisation de la machine ne peut pas remplacer le contrôle WIP, le débit et la livraison à temps, sauf au niveau de la machine goulot d'étranglement dans une cellule ou dans un centre de travail goulot d'étranglement pour l'ensemble de l'atelier. Trop de fabricants sur mesure sont esclaves de la pratique obsolète consistant à utiliser chaque machine (et son opérateur) au maximum, quel que soit le WIP que cela crée dans l'installation. WIP est une forme d'inventaire, et l'inventaire est un atout, n'est-ce pas ? Faux. L'inventaire est l'une des sept formes de déchets.

C'est pourquoi l'utilisation des matériaux ne doit pas être traitée indépendamment de l'utilisation des machines, de l'utilisation de la main-d'œuvre, du contrôle WIP, du débit et de la livraison à temps. Par exemple, pour augmenter les rendements en feuilles, la plupart des fabricants "coupent à l'avance", soit en anticipant le calendrier, soit en utilisant des pièces de remplissage. Ils essaient également de commander des feuilles et des plaques de la bonne taille pour des tirages typiques.

La vitesse d'écoulement accrue d'un agencement cellulaire doit être complétée par une gestion de l'atelier basée sur un programme quotidien produit par un logiciel de planification à capacité finie. De plus, l'horaire quotidien doit être exécuté, surveillé et mis à jour à l'aide d'une combinaison d'un système de surveillance des machines et d'une plate-forme de connectivité des travailleurs qui aide les employés à communiquer selon les besoins.

C'est là que les araignées d'eau qui gèrent toute la logistique de l'usine permettent au reste des employés de l'atelier d'être engagés. Il ne suffit pas d'avoir une excellente éthique de travail qui lie et motive tous les employés à respecter ou à dépasser l'horaire quotidien. Ils ont besoin que de nouveaux travaux leur soient apportés à temps. Ils doivent faire emporter leur travail terminé et le livrer au prochain centre de travail à temps. Ils ont besoin de répondre à temps à des questions sur l'outillage, la qualité, le montage et d'autres ressources. Tout fabricant personnalisé intelligent aura une ou plusieurs araignées d'eau qui font plus que des tâches banales de manutention de matériaux.

La planification elle-même doit être adaptée aux réalités de l'atelier. Considérez le système Kanban classique pour la planification par tirage, qui empêche les centres de travail en amont de lancer de nouvelles commandes jusqu'à ce que les centres de travail en aval aient réduit leur file d'attente de travaux au point de réapprovisionnement. L'alternative de l'atelier de travail à la planification tirée est la pratique de la libération des ordres de travail (WOR). Considérez chaque commande envoyée à l'atelier comme un kanban.

Les fabricants peuvent mettre en œuvre le WOR en utilisant le concept simple tambour-tampon-corde de la théorie des contraintes, ou ils peuvent adopter une approche avancée en utilisant la planification à capacité finie. Cette dernière approche utilise une combinaison de planification en amont et en aval au niveau de la machine à goulot d'étranglement ou du centre de travail pour déterminer la séquence et le moment de la libération de chaque commande dans l'installation. De plus, un fabricant intelligent sur mesure aura un planificateur de production qualifié à temps plein parmi son personnel.

L'aménagement d'une installation est intelligent lorsque les prestataires de services externes (OSP) - revêtements en poudre, traitements thermiques, galvanoplasties - sont traités comme une extension de l'installation. Chaque fournisseur est inclus en tant que poste de travail dans le programme de production. Cela donne à chaque partie (le fabricant personnalisé et son OSP) une visibilité complète sur la façon dont leurs horaires influencent et interagissent avec les autres.

Ces horaires d'atelier tout compris peuvent s'avérer particulièrement avantageux pour un fabricant qui gère des accords à long terme pour des pièces ou des produits. Un fabricant et ses fournisseurs de services pourraient même former un consortium pour partager les meilleures pratiques.

La flexibilité ne doit pas se limiter à des changements rapides sur des machines individuelles comme les presses plieuses et les centres d'usinage. Au sens large, la flexibilité dans un aménagement intelligent des installations se présente sous plusieurs formes.

La première est la plus familière : la flexibilité de configuration, lorsque les actifs individuels peuvent passer rapidement d'une tâche à une autre.

Ensuite, il y a la flexibilité des processus, lorsque les ressources disponibles (machines, personnes, outils) et les systèmes peuvent fabriquer une variété de pièces avec des spécifications différentes.

La flexibilité du routage permet de fabriquer la même pièce en utilisant l'un des nombreux routages différents. Grâce à la flexibilité du mélange, un atelier peut traiter simultanément une grande variété de pièces nécessitant différents matériaux, fournisseurs et tolérances.

La flexibilité des volumes s'adapte à la variabilité des quantités commandées pour des pièces ou des produits identiques ou différents. Cette variabilité augmente lorsque la même installation cherche à produire des pièces à différentes phases de leur cycle de vie.

Enfin, il y a la flexibilité de l'installation, qui permet de reconfigurer rapidement l'ensemble de l'installation en cas de changement de mélange ou de volume. Cela inclut l'équipement mobile, généralement pour les processus secondaires, qui peut être rapidement déplacé sur demande vers n'importe quel endroit de l'installation.

L'agencement de votre atelier de fabrication sur mesure possède-t-il tous ces différents types de flexibilité que tout atelier de fabrication doit avoir ? Les investissements dans l'automatisation de la fabrication, l'inspection et d'autres technologies liées aux processus doivent être assortis d'investissements dans la manutention des matériaux, le suivi des pièces et les systèmes informatiques utilisés dans toute votre usine. Ce sont les détails d'ingénierie fondamentaux, essentiels, industriels et de production qui sont au cœur de tout système de production !

Un investissement intelligent dans les logiciels et l'automatisation doit améliorer des paramètres importants tels que la sécurité, la qualité, la livraison et le coût, calculés pour tous les flux importants dans l'aménagement de l'installation, non seulement les flux de matières premières, de WIP et de produits finis, mais également les flux de personnes et d'informations. Le flux d'informations peut inclure tout ce qui élimine le besoin de saisie manuelle des données ; après tout, chaque frappe présente un potentiel d'erreur, et chaque erreur de manipulation de matériel peut représenter une perte de temps considérable. Des technologies telles que la réalité augmentée, les scanners d'identification portables et les systèmes pick-to-light (où les lumières indiquent quels produits ou matériaux les araignées d'eau doivent choisir) peuvent aider à sélectionner, surveiller, mesurer et contrôler visuellement le WIP.

La disposition des installations d'un fabricant personnalisé est intelligente lorsque les assembleurs reçoivent toutes les pièces dont ils ont besoin pour commencer à temps selon le calendrier. "Complet" signifie que, selon la nomenclature (BOM) de ce produit, l'araignée d'eau a fait le tour du lait pour collecter toutes les pièces produites en interne dans différentes cellules ainsi que les pièces achetées stockées dans le supermarché de pièces adjacent au service d'assemblage. Sans un programme quotidien produit par un logiciel de planification à capacité finie et une nomenclature précise et complète dans le système ERP, le cycle de lait pourrait aboutir à un kit de pièces incomplet.

Une approche intelligente mais simple pour garantir l'exhaustivité des kits livrés à l'assemblage consiste à utiliser des systèmes Kanban visuels. Par exemple, un fabricant à Columbus, Ohio, a utilisé des "chariots en kit" spécialement fabriqués pour transporter le mélange complet de pièces dans la bonne quantité pour souder et assembler un certain nombre de cadres. Une fois tous ces composants utilisés, l'araignée d'eau a fait rouler le chariot vers un carré blanc vide peint sur le sol, à côté de l'atelier de tôlerie. Ces carrés constituaient le tampon d'inventaire reliant l'assemblage à la tôlerie.

Alors, aimeriez-vous savoir si votre établissement a un aménagement intelligent ? Achetez un ensemble de Sharpies à pointe moyenne dans au moins 20 couleurs différentes. Imprimez un dessin de votre mise en page actuelle. Sélectionnez un échantillon d'au moins 20 produits. Si vous créez des variantes personnalisées du même produit, vous pouvez mapper la nomenclature complète en retrait (IBOM) pour la variante de produit standard. Mais si vous êtes un atelier classique qui fabrique une variété de produits différents, vous pouvez effectuer une analyse produit-quantité-revenu (PQR) et choisir quelques produits dans ce point idéal 80-20 de la courbe de Pareto. Maintenant, choisissez une partie de l'échantillon que vous venez d'identifier. Sélectionnez l'un de ces Sharpies et tracez son itinéraire, opération par opération.

Continuez jusqu'à ce que vous ayez tracé le routage de chaque pièce de l'échantillon. Félicitations, vous avez produit un diagramme spaghetti !

Alors, que voyez-vous dans le diagramme spaghetti que vous venez de créer ? Flèches longues ? Flèches entrecroisées ? De nombreuses flèches entrant et sortant d'un département particulier ? Des flèches bidirectionnelles (c'est-à-dire des tâches qui reviennent en arrière ou qui font des allers-retours entre les départements) ? Flèches sans ligne de mire (LOS) ? C'est-à-dire qu'aucun des opérateurs des deux centres de travail reliés par une flèche avec zéro LOS ne peut déterminer quand envoyer ou attendre du travail des centres de travail du fournisseur ou du client, respectivement.

Sachez que lorsqu'il s'agit de concevoir un aménagement intelligent des installations, tout cela ne fait qu'effleurer la surface. D'autres facteurs incluent où et comment intégrer la fonction d'inspection, ainsi que les machines multifonctions spécifiques à acheter pour réduire les flux de matériaux et améliorer les processus. Quoi qu'il en soit, les principes de base de ces idées sont les mêmes : regardez au-delà des machines que vous achetez et de la technologie que vous installez.

Considérez un scénario dans lequel les responsables et les employés d'un atelier de fabrication se concentrent uniquement sur la disponibilité des machines et l'efficacité d'utilisation. Ce faisant, ils ignorent les coûts, les problèmes de qualité et les retards de production dus aux transferts entre chaque paire d'opérations consécutives dans l'acheminement de chaque produit qu'ils fabriquent - en d'autres termes, toutes ces lignes sur le diagramme spaghetti que vous venez de dessiner.

Supposons que vous ayez tous les éléments fondamentaux en place. Dans les postes de travail qui ne présentent pas de goulots d'étranglement, vous vous concentrez sur le contrôle des en-cours et la vitesse du flux, et non sur l'utilisation des machines. Vous utilisez des métriques telles que l'utilisation des machines goulot d'étranglement, le débit et la vitesse de génération de revenus. Vous planifiez stratégiquement. Vous concevez des cellules multiprocessus et vous formez les employés qui y travaillent. Vous leur donnez le pouvoir de déterminer qui quitte leur "cellule d'accueil" pour aller travailler dans d'autres cellules qui manquent d'opérateurs ou là où la demande a augmenté.

Votre diagramme spaghetti est votre phare qui vous guidera vers les éléments fondamentaux d'un système de production de fabrication sur mesure réussi. Votre boutique a des attributs uniques, bien sûr. Mais dans de nombreux cas, plus vous pouvez faire pour que ce diagramme spaghetti soit moins enchevêtré pour les flux de matériaux tels quels dans votre installation, plus l'aménagement de votre installation est susceptible d'être intelligent. La technologie seule ne vous y mènera pas !