Keskiraskas ja raskas kokoonpanotoiminta

Transkriptio

1 Keskiraskas ja raskas kokoonpanotoiminta Teknologiaohjelmaraportti 2/2001 Loppuraportti

2 Keskiraskas ja raskas kokoonpanotoiminta Loppuraportti Teknologiaohjelmaraportti 2/2001 Helsinki 2001

3 Kilpailukykyä teknologiasta Tekes tarjoaa rahoitusta ja asiantuntijapalveluja kansainvälisesti kilpailukykyisten tuotteiden ja tuotantomenetelmien kehittämiseen. Tekesillä on vuosittain käytettävissä avustuksina ja lainoina runsaat kaksi miljardia markkaa teknologian kehityshankkeisiin. Teknologiaohjelmien avulla maahamme luodaan uutta teknologiaosaamista yritysten, tutkimuslaitosten ja korkeakoulujen yhteistyönä. Ohjelmien tavoitteena on nostaa teknologista kilpailukykyämme tulevaisuuden keskeisillä teollisuuden toimialoilla. Tällä hetkellä Tekesillä on käynnissä noin 60 teknologiaohjelmaa. ISSN ISBN Kansi: Oddball Graphics Oy Sisäsivut: DTPage Oy Paino: Paino-Center Oy, 2001

4 Esipuhe Yritysvetoinen teknologiaohjelma RASKO Keskiraskaan ja raskaan kokoonpanotoiminnan kehittäminen on päättynyt. Ohjelmassa käynnistynyt kokoonpanotoiminnan kehittämistyö jatkuu kuitenkin yritysten ja tutkimuslaitosten yhteistyössä. Ohjelman käynnistymistä edelsi 1997 toteutettu kartoitustyö. Siinä selvitettiin kokoonpanoa harjoittavien suomalaisten konepajayritysten kehitystarpeet ja tulevaisuuden haasteet tuotannon kilpailukyvyn säilyttämiseksi ja edelleen parantamiseksi. Selvityksen pohjalta ohjelman painoalueeksi määriteltiin kokoonpano, toimittajayhteistyö, tuotettavuus ja ohjaus sekä tavoitteiksi läpäisyajan puolittaminen, kiertonopeuden kaksinkertaistaminen, toimitusvarmuuden nostaminen 100 %:iin, systeemitoimittajien määrän kasvattaminen. Kehitystyötä toteutettiin päähankkijoiden, toimittajien ja tutkimuslaitosten yhteistyönä. Ohjelma suunniteltiin toteutettavaksi kolmen neljänkymmenen kehityshankkeen avulla ja sen laajuudeksi suunniteltiin sataa miljoonaa markkaa. Ohjelmassa käynnistyi neljäkymmentä yrityskonsortioiden kehityshanketta ja kaksi tutkimushanketta. Yrityshankkeiden kokonaiskustannukset olivat 102 miljoonaa markkaa ja tutkimushankkeiden 2,9 miljoonaa markkaa. Tekes rahoitti ohjelmaa 42 miljoonalla markalla. Tekes kiittää kaikkia RASKO-ohjelman toteutukseen osallistuneita yrityksiä, organisaatioita ja henkilöitä hyvin sujuneesta yhteistyöstä. Erityinen kiitos osoitetaan ohjelmapäällikölle diplomi-insinööri Matti Leivolle sekä ohjelman toteutusta ohjanneelle johtoryhmälle. Yhteistyö yritysten kesken on edesauttanut ohjelmaa saavuttamaan keskeiset tavoitteet. Syntyneet tulokset kannustakoon yhteistyön jatkamiseen. Joulukuu 2000 Teknologian kehittämiskeskus Tekes

5 Tiivistelmä 1990-luvulla maailmantalouden vapautuminen ja kansainvälistyminen sekä nopea teknologinen kehitys olivat muuttamassa voimakkaasti yritysten toimintaympäristöä. Tällöin oli herännyt keskustelua siitä, miten korkean teknologian keskiraskas ja raskas kone- ja metallituoteteollisuus pidetään kilpailukykyisenä Suomessa? Tekesin käynnistämän valmistelutyön pohjalta syntyikin vuoden 1997 lopussa RASKO-teknologiaohjelma kehittämään keskiraskasta ja raskasta kokoonpanotoimintaa luvulla oli korostettu panostamista tutkimukseen ja kehittämiseen, huipputeknologian hyödyntämistä, toimitusten nopeuden ja joustavuuden lisäämistä, keskittymistä ydinosaamiseen, toiminnan laadun parantamista ja erityisesti verkottumista. Myös prosessijohtaminen oli nousemassa korostetummin esille ajattelutapana, alettiin ajatella kokonaisvaltaisemmin toimintojen vaikutuksia toisiinsa. Tässä toimintaympäristön ja rakennemuutosten myllerryksessä arvioitiin, että keskiraskaassa ja raskaassa konepajateollisuudessa oli nopeasti hyödynnettävää kehityspotentiaalia runsaasti tuotteiden kokoonpanossa. Kokoonpano ymmärrettiin tässä yhteydessä laajaksi kokonaisuudeksi käsittäen kokoonpanoon vaikuttavia tekijöitä koko toimitusprosessin osalta. Näin RAS- KO- teknologiaohjelma konkretisoitui kokoonpanoprosessia kehittäväksi ja voimakkaasti yritysvetoiseksi teknologiaohjelmaksi. Ohjelman kohderyhmän muodostivat valmistavan keskiraskaan ja raskaan kone- ja metallituoteteollisuuden yritykset. Käytännössä osallistuneet yritykset olivat tunnettuja suuria suomalaisia konepajoja ja heidän toimittajiaan. Näiden yritysten intressissä oli kehittää kokoonpanoprosessia siten, että painoalueiksi valittiin tuotteen tuotettavuus, varsinainen kokoonpano, toimittajayhteistyö ja kokoonpanoprosessin ohjaus. Koska tavoitteena oli saavuttaa tuloksia lyhyellä aikajänteellä, oli ohjelma luonteeltaan vahvasti soveltava sisältäen kuitenkin tutkimuksellistakin puolta. Ohjelma saavutti laajaa kiinnostusta teollisuudessa ja siitä muodostuikin suurehko teknologiaohjelma kokonaisvolyymin noustessa noin 100 miljoonaan markkaan. Ohjelmaan osallistui kaikkiaan 44 yritystä ja ohjelman tavoitetutkimushankkeisiin osallistui yksi korkeakoulu ja yksi tutkimuslaitos. Ohjelman yrityshankkeisiin osallistui 13 päähankkijayritystä, joista kolme oli seurantajäseniä. Lisäksi tavoitetutkimushankkeissa oli mukana neljä muuta päähankkijayritystä. Päähankkijoiden kanssa yhteistyössä kehitystyötä teki 27 pkt -yritystä. Ohjelman painoalueista voimakkain kehityspanostus kohdistui varsinaisen kokoonpanon ja toimittajayhteistyön kehittämiseen. Tuotteen tuotettavuuteen ja kokoonpanon ohjaukseen liittyviä tekijöitä kehitettiin myös monissa hankkeissa. Ohjelma herätti yrityksiä huomaamaan selkeämmin kokoonpanoprosessin merkityksen koko tilaus-toimitusprosessin kannalta. Usein raskaan kokoonpanon kehittäminen oli jäänyt vähemmälle huomiolle muun valmistustoiminnan kehittämisen varjoon. Kokoonpanon kehittäminen oli koettu ehkä ikäväksi, vaikeaksi ja suuritöiseksi johtuen monista kokoonpanoon vaikuttavista toiminnallisista yhteyksistä. Kokoonpanon kehittäminen oli ehkä jäänyt rutiinitasolle yksittäisten pisteiden kehittämiseksi. Toimintaympäristön muutoksesta syntynyt tarve lisätä joustavuutta ja nopeutta edellytti kokonaisvaltaisempaa otetta, mikä toteutuikin ohjelman hankkeissa. Raskasta yksittäis- ja piensarjakokoonpanotyötä on kyseenalaista automatisoida kovinkaan pitkälle pois lukien osavalmistus, osakokoonpanotyö, materiaalinkäsittely ja varastointi sekä testaus ja koeajo. Lisäksi joissain tapauksissa ns. esikokoonpano voidaan korvata sähköisellä kokoonpanolla. Usein laitteistoinvestointien suuruus hyötyyn nähden on kohtuuton ja laitteistojen joustavuus suhteessa tuotemuutoksiin on riittämätön.

6 Sen sijaan merkityksellisempää on kehittää joustavaa ja nopeaa loppukokoonpanoa tukevia tekijöitä. Näitä tukevia tekijöitä voivat olla moduloituva ja kokoonpanoystävällinen tuote, osakokoonpanojen hyödynnettävyys, tuotetiedon hallinta toimitusprosessissa, kokoonpanomenetelmät, materiaalinkäsittely, virtaviivaiset layoutit, osakokonaisuuksien testaus ja koeajo, tiedonsiirto ja logistiikka verkostossa, toimittajayhteistyö, ohjaus- ja hankintatavat, jne. Vaihtoehtojen arvioinnissa tuotteen valmistus- ja kokoonpanokustannuksia tulee kyetä arvioimaan kustannustehokkaisiin ratkaisuihin ohjaavalla tarkkuudella. Lisäksi toimitusaikojen lyhentyessä syntyy tarpeita simuloida eri tuotanto-ohjelma vaihtoehtoja hallittavien toimitusaikojen löytämiseksi. Erityisen tärkeä kehittämisen osa-alue on toimittajayhteistyö, sillä päähankkijat ovat keskittymässä ydinosaamiseensa eli maailmanlaajuiseen markkinointiin ja tuotteiden nopean kehityksen hallintaan. Tuotteen valmistuksesta päähankkijoille jää yleensä loppukokoonpano ja tiettyjen avainkomponenttien valmistus. Päähankkijat pyrkivät hankkimaan osat ja osakokoonpanot enenevässä määrin ja suurempina kokonaisuuksina osa- ja systeemitoimittajilta. Tämä edellyttää vahvaa yhteistyötä päähankkijoiden ja toimittajien kesken. Yhteistyön kautta tehokkuus ja tuottavuus paranevat koko verkostoituvassa lisäarvoketjussa. Ohjelmassa on ollut vahvaa yhteistyötä päähankkijoiden ja heidän toimittajiensa välillä, päähankkijoiden välillä sekä päähankkijoiden ja tutkimuslaitosten välillä. Ohjelma on soveltanut laajasti olemassa olevaa viimeisintä tietoa teollisuuden yrityksissä ja synnyttänyt uutta tietoa tutkimushankkeissa. Tuloksena yrityksissä ovat kokoonpanon läpäisyajat pudonneet, vaihto-omaisuuden kiertonopeudet parantuneet, toimitusvarmuudet parantuneet ja systeemitoimittajien eli suurempien kokonaisuuksien toimittamiseen kykenevien toimittajien määrä lisääntynyt. Tulosten vaikutukset tulevat näkymään vielä laajemmin yritysten toiminnassa muutamien vuosien päästä, kun tässä ohjelmassa kehitetyt prosessit, menetelmät ja työkalut on saatu otettua laajemmin käyttöön muidenkin tuotteiden ja kaikkien verkoston osapuolten osalta. Varsinkin verkostoitumiseen liittyen yhteistyön kehittämistä kaivataan lisää, sillä päähankkijoiden taholta on kysyntää laajempien kokonaisuuksien toimittamiseen kykenevien toimittajien suhteen. Kynnystä tähän suuntaan voisi pyrkiä alentamaan eri osaamisalueiden tehokkaammalla verkottamisella ja kehitys- ja suunnittelupalveluiden saatavuuden parantamisella. Tulevaisuuden kannalta merkittävä tekijä on myös se, että miten hyvin IT-teknologiaa onnistutaan hyödyntämään yhteistyön tukena.

7 Sisällysluettelo Esipuhe Tiivistelmä 1 Yleiskuvaus Tausta Tavoitteet Painoalueet Kokoonpano Tuotettavuus Toimittajayhteistyö Ohjaus Organisointi ja rahoitus Osallistujat Yhteistyö ja muu toiminta Saavutetut tulokset Avaintulokset Tulevaisuus Projektit...57 Teollisuushankkeet 3.1 ABB Industry Oy Machines Group ABB Motors Oy Fastems Oy Ab Kalmar Industries Oy Ab KCI Hoists Oy Raute Wood Oy Sandvik Tamrock Oy Valmet Oy Rautpohja Wärtsilä Finland Oy Turku Wärtsilä Finland Oy Vaasa Tutkimushankkeet 3.11 Valmistus- ja kokoonpanokustannusten mallintaminen, ModMAC Integroidun dynaamisen asiakasohjautuvan tuotantoverkoston hallinta operatiivisen simuloinnin avulla, IndyNet Loppupäätelmät Liitteet A Projektiluettelo B RASKO-osallistujat C Raportit, artikkelit ja seminaarit Tekesin teknologiaohjelmaraportit...131

8 1 Yleiskuvaus 1.1 Tausta Kone- ja metallituoteteollisuus kuuluu yhtenä osana metalli- ja elektroniikkateollisuuteen, jonka osuus Suomen tavaraviennistä toimialoittain verrattuna oli 1997 noin 50 prosenttia eli toimiala oli 1990-luvulla vakiinnuttanut asemansa Suomen suurimpana vientialana. Kone- ja metallituotteiden osuus metalli- ja elektroniikkateollisuuden viennistä on ollut yli 40 prosenttia muodostuen sellaisista tuoteryhmistä kuin koneista, kulkuneuvoista ja metallituotteista. Katsottaessa toimialan tuotannon volyymikehitystä 90-luvulla havaitaan, että kone- ja metallituoteteollisuus toivuttuaan 90-luvun alun lamasta on jäänyt kasvultaan vaatimattomammaksi kuin elektroniikka- ja sähköteollisuus ja metallien jalostus. Suomen talouselämälle kone- ja metallituoteteollisuuden merkitys on ollut edelleenkin suuri, sillä vuonna 1997 teollisuuden kokonaistuotannon jalostusarvosta 151 miljardista markasta sen osuus oli 31 miljardia markkaa. Henkilöstöllä ja yritysten määrällä mitattuna se oli metalli- ja elektroniikkateollisuuden suurin päätoimiala eli alan kehittäminen tätä taustaa vasten oli tärkeää. Teollisten yritysten toimintaympäristö oli luvulla voimakkaasti muuttumassa. Maailmantalouden kansainvälistyminen vei kohti vapaampaa kauppaa, kohti kovempaa hintakilpailua. Teknologioiden kehityksen nopeutuminen lyhensi tuotteiden ja teknologioiden elinkaareja. Maailmanmarkkinat olivat muuttumassa dynaamisemmin reagoiviksi eli tilauskannat pienenivät ja toimitusajat lyhenivät samanaikaisesti. Tämän seurauksena toiminnan ennustettavuus heikkeni, mikä puolestaan merkitsi nopeuden ja joustavuuden % Viennin jakauma teollisuusaloittain 5 % 10 % 2 % 2 % % % * 1) Metallija elektroniikka 1) Tilastointiperusteet muuttuneet, Lähde:Tullihallitus Metsä Kemia Elintarvike Tekstiili, vaatetus ja nahka Muut Kuva 1. Tavaravienti toimialoittain. Lähde: Tullihallitus. 1

9 Metalli-ja elektroniikkateollisuuden vienti tuoteryhmittäin1999 Muut metallit 5 % Teräs 8 % Instrumentit 5 % Metallituotteet 3 % Elektroniikka 38 % Koneet 19 % Kuljetusvälineet 12 % Sähkötekniset tuotteet 10 % Kuva 2. Vienti tuoteryhmittäin. Lähde: Tullihallitus. 500 Metalli-ja elektroniikkateollisuuden tuotannon volyymikehitys Suomessa * 1999* Lähde: Tilastokeskus Elektroniikka- ja sähköteollisuus Kone- ja metallituoteteollisuus Metallien jalostus Kuva 3. Tuotannon volyymikehitys. Lähde: Tilastokeskus. 2

10 Kansainvälinen hintakilpailu Hintaindeksi Dynaamisesti reagoivat maailmanmarkkinat Tilauskanta % Kuva 4. Kehitystrendit. Vuosi Toimitusaika nousemista avainasemaan. Teollisessa liiketoiminnassa alettiin korostamaan panostamista tutkimukseen ja kehittämiseen, huipputeknologian hyödyntämistä, keskittymistä ydinosaamiseen, verkottumista ja toiminnan laadun parantamista. Myös prosessijohtaminen oli nousemassa korostetummin esille ajattelutapana, alettiin ajatella kokonaisvaltaisemmin toimintojen vaikutuksia toisiinsa. Tässä toimintaympäristön ja rakennemuutosten myllerryksessä asetettiin kysymys, miten Suomelle niin merkittävä korkean teknologian keskiraskas ja raskas kone- ja metallituoteteollisuus pidetään kilpailukykyisenä? Aiheen ajankohtaisuutta kuvasi myös jatkokysymys, millä keskiraskaan ja raskaan kone- ja metallituoteteollisuuden tuotannon osa-alueella oli eniten kehittämispotentiaalia lyhyehköllä aikajänteellä? Tehtyjen selvitysten pohjalta voitiin todeta, että loppukokoonpano oli aivan liian hidas ja joustamaton siihen nähden, mitä se olisi voinut olla. Asian painoarvoa korosti se, että kustannuskertymä loppukokoonpanovaiheessa on suuri, tuotteeseen on sitoutunut paljon pääomaa tässä vaiheessa. Professori Tapio Lakson analyysi kokoonpanon ajankäytön jakaumasta osoitti, että suunnitellusta työajasta kului häiriöihin neljännes samoin kuin taukoihin ja odotuksiin. Varsinainen tekemisaika oli noin puolet kokoonpanoajasta. Tekemisajastakin vain noin prosenttia oli varsinaista jalostavaa työtä. Alustavien eri tahojen kesken pidettyjen neuvonpitojen pohjalta osoittautui, että tuotteen kokoonpanon alueelta laajasti ottaen löytyisi eniten kehityspotentiaalia lyhyellä aikajänteellä. Niinpä Tekes päätti käynnistää alkuvuodesta 1997 valmistelut kehitysaktiviteeteille ja antoi esikartoitustehtävän Tampereen teknillisen korkeakoulun tuotantotekniikan laitokselle ja VTT Valmistustekniikalle. TTKK:n professori Tapio Lakso selvitti suuryritysten tarpeet, valmiudet ja halukkuuden osallistua mahdollisesti käynnistettävään teknologiaohjelmaan. Suuryritysten mielenkiinto oli niin vahvaa, että esiselvitys konkretisoitui monien yritysten osalta alustaviksi projektisuunnitelmiksi. Huomionarvoista oli myös havaita, että suuryritykset olivat valmiita lähtemään kehittämään toimintojaan yhteistyössä. VTT Valmistustekniikka selvitti ryhmäpäällikkö Paavo Vohon johdolla keskisuurten kone- ja laitevalmistajien kiinnostusta hanketta kohtaan. Kaikissa yrityksissä todettiin aihealueen olevan erittäin tärkeän ja ajankohtainen. Kehitystarpeet osoittautuivat olevan samansuuntaisia alustavien kehittämisajatusten kanssa. Muutamat yritykset konkretisoivat ajatuksensa projektisuunnitelmiksi. Esikartoitus päättyi loppuvuodesta 1997 ja sen tuloksena idea konkretisoitui kokoonpanoprosessia kehittäväksi ja voimakkaasti yritysvetoiseksi teknologiaohjelmaksi, jonka Tekesin johtokunta hyväksyi käynnistettäväksi. Tekes määritteli keskiraskas ja raskas kokoonpanotoiminta -teknologiaohjelman kestoltaan kolmivuotiseksi ( ) ja antoi johtamisvastuun Metalliteollisuuden Keskusliitolle (MET). Ohjelmalle muodostettiin teollisuuden edustajista kutsuttu johtoryhmä, jossa oli lisäksi mukana johtamisesta vastaavan METin ja rahoittajana toimivan Tekesin edustajat. Alkuvuodesta -98 ohjelman johtoryhmä täsmensi ja kiteytti ohjelman tavoitteet ja sisällön sekä päätti ohjelman nimen lyhenteeksi RASKO. 3

11 Kustannuskertymän ja läpäisyajan riippuvuus Ajankäytön jakautuma kokoonpanossa 100 % Kustannuskertymä Tuotantoprosessi pysähtyy! Levyja hitsaustyö Koneistus ja osakokoonpano Loppukokoonpano Tauot ja odotukset 25 % Häiriöt 25 % Tekemisaika 50 % Läpäisyaika Tekemisajastakin vain n % on jalostavaa työtä Lähde: Tapio Lakso, Analyysi- ja evaluointiraportti Kuva 5. Kehityspotentiaali. Aikaperusteinen kilpailu Globaali kilpailu Nopeutuvat tuoteja teknologiaelinkaaret Ennustettavuus heikkenee Joustavuuden ja nopeuden tarve keskittyminen ydinosaamisiin ja kyvykkyyksiin kevyt johtaminen Ulkoinen ratkaisu toimittajaverkosto Sisäinen ratkaisu kokoonpanoprosessit Kuva 6. Ulkoinen ja sisäinen ratkaisu. 4

12 Viikkoja Päiviä Tunteja Läpäisyaika Euro Vaihto-omaisuus Aika Aika 100 % kpl Systeemitoimittajien lukumäärä Toimitusvarmuus Aika Kuva 7. Ohjelman tavoitteita. Aika 1.2 Tavoitteet RASKO-teknologiaohjelman yleisenä tavoitteena oli parantaa kokoonpanevan keskiraskaan ja raskaan konepajateollisuuden kilpailukykyä nostamalla kokoonpanoprosessien tehokkuutta ja tuottavuutta merkittävästi. Yleistavoite jaettiin edelleen konkreettisiksi osatavoitteiksi, joita olivat: kokoonpanoprosessien kehittäminen siten, että kokoonpanon läpäisyaika pudotetaan puoleen tai jopa neljäsosaan nykyisestä arvostaan vaihto-omaisuuden kiertonopeus kaksinkertaistetaan sisäinen toimitusvarmuus nostetaan prosentista 100 prosenttiin toimitusketjun järkeistäminen siten, että systeemitoimittajien määrää lisätään toimittajien toimitusvarmuus nostetaan prosentista 100 prosenttiin aihealueen tutkimus- ja opetustoiminnan aktivoiminen korkeakouluissa ja tutkimuslaitoksissa. Keskiraskaalla ja raskaalla kokoonpanolla ymmärrettiin ohjelmassa sellaisten tuotteiden kokoonpanoa, joiden osien tai osakokoonpanojen käsittelyyn tarvitaan apulaitteita, käsiteltävät kappaleet ovat liian raskaita ihmisvoimin käsiteltäviksi. Suomessa tällainen tuotanto on tyypillisesti asiakastilausohjautuvaa yksittäis- tai piensarjatuotantoa. 1.3 Painoalueet Valmistus oli ennen teollisen yrityksen tunnusmerkki. Se oli osaamisen ydin samalla, kun kustannustehokkuus oli keskeinen tavoite. Nykyisin johtavilla päähankkijayrityksillä kone- ja metallituoteteollisuudessa valmistus on muuttumassa suurelta osin tiettyjen avainkomponenttien valmistamiseksi ja loppukokoonpanon tekemiseksi. Perinteinen valmistus on siirtymässä enenevässä määrin osatoimittajille ja alihankkijoille. Tällöin päähankkijoiden johdon keskeisiä käsitteitä ovat ydinosaaminen, arvoketju ja verkottuminen. Samalla tuotteiden oheispalvelut ja asiakaskohtaistaminen ovat nousemassa kustannustehokkuuden rinnalle. Arvoketjulla tarkoitetaan koko sitä prosessia, joka tarvitaan tuotteen kehittämiseksi, aikaansaamiseksi, myymiseksi ja toimittamiseksi asiakkaille mukaan lukien vielä huoltopalvelut ja mahdollinen kierrätys. Aiemmin suuret yritykset hoitivat usein itse lähes koko arvoketjun. Tässä suhteessa käytäntö on muuttunut ja muuttumassa olennaisesti. Arvoketjuun osallistuu lukuisia yhteistyötä tekeviä yrityksiä, jotka toimivat työnjaon ja erikoistumisen periaatteen pohjalta. Tätä kutsutaan verkottumiseksi. Tavoitteena on parantaa koko arvoketjun kilpailukykyä ja hyödyttää kaikkia arvoketjuun osallistuvia yrityksiä. Tätä taustaa vasten tarkasteltaessa kokoonpanoprosessista onkin löydettävissä paljon kehityspo- 5

13 Asiakas Toimittajaverkosto Päähankkija Osto Tuotanto Suunnittelu Myynti Kokoonpanoprosessi KOKOONPANO Kokoonpanomenetelmät, materiaalinkäsittely, testaus ja koeajo, työympäristön turvallisuus,organisointi TOIMITTAJAYHTEISTYÖ Toimittajayhteistyömalli, teknologian siirto, tiedonsiirto OHJAUS Ohjaustavat, hankintatavat, visualisointi, simulointi, dynaaminen tuotannonohjaus TUOTETTAVUUS Kokoonpantavuus, modulointi, räätälöinti, versionhallinta Kuva 8. Ohjelman painoalueet. tentiaalia kuten asetetut tavoitteetkin osoittavat. Pystyäkseen vastaamaan muuttuneen toimintaympäristön haasteeseen keskiraskaan ja raskaan kokoonpanotoiminnan on kasvatettava joustavuutta ja nopeutta. Tätä taustaa vasten ohjelman johtoryhmä määritteli ohjelman kehitystyön painoalueiksi varsinaisen kokoonpanotyön lisäksi tuotteen tuotettavuuden, toimittajayhteistyön ja kokoonpanon ohjauksen. Verkostoitumisen aktivoimiseksi kukin päähankkijan tuli kytkeä toimittajayhteistyöhön mukaan pk-sektoriin kuuluvia toimittajiaan Kokoonpano Kokoonpano on tuotekohtaisesti valmistettujen osien, standardikomponenttien ja tarvikkeiden liittämistä toisiinsa toimivaksi tuotteeksi tai sen osaksi. Tuotteessa voi olla osakokoonpanoja, joissa syntyy toimivia osakokonaisuuksia ja loppukokoonpano, jossa osakokoonpanot ja muut osat sekä komponentit liitetään eri tavoin toisiinsa. Osa on itsellä tai toimittajalla valmistettu tuotekohtainen, yleensä yhdestä materiaalista valmistettu perusyksikkö. Komponentti on valmiina ostettu standardiosa, toiminto tai osakokonaisuus. Kokoonpanoon liittyy laajasti ottaen varsinaisen kokoonpanovaiheen lisäksi myös muita työvaiheita kuten pintakäsittelyä, sähkö- ja putkitöitä, ohjelmointityötä, testausta ja koeajoa sekä pakkausta ja lähettämistä. Näin ollen toimitettavaan tuotteeseen tarvitaan usein myös ohjelmistoja, dokumentteja ja erilaisia tarvikkeita kuten öljyä, maalia, pakkaustarvikkeita jne. sekä varaosia ja huoltotyökaluja. Riippuen siitä, kootaanko kone tai laite valmistavalla tehtaalla vai asiakkaan luona, puhutaan kokoonpanosta tai asennuksesta. Suurien koneiden kohdalla voi lisäksi olla tarve esikokoonpanoon valmistavalla tehtaalla, minkä jälkeen se toimitetaan osakokoonpanoihin purettuna sijoituskohteeseen asennettavaksi. Kokoonpanotyön kehittäminen laajasti käsitettynä muodosti RASKO-teknologiaohjelman perustan yhtenä merkittävänä painoalueena. Kokoonpanon kehittämisessä teemoina ovat olleet kokoonpanomenetelmät, materiaalinkäsittely ja varastointi, layout-ratkaisut, työkalut ja -välineet, apulaitteet, testaus ja koeajo, työympäristön ergonomia ja turvallisuus sekä töiden organisointi. 6

14 Kokoonpanotyön osuus tuotteen kokonaistyöajasta voi olla usein jopa prosenttia. Tehtyjen selvitysten pohjalta keskiraskaan ja raskaan metallituoteteollisuuden tuotteiden loppukokoonpano on aivan liian hidas siihen nähden, mitä se voisi olla. Asian painoarvoa korostaa se, että kustannuskertymä loppukokoonpanovaiheessa on suuri, tuotteeseen on sitoutunut paljon pääomaa tässä vaiheessa. Kokoonpanoa tarkemmin analysoitaessa ajankäytön jakauma osoittaa, että yleensä suunnitellusta työajasta kuluu häiriöihin neljännes samoin kuin taukoihin ja odotuksiin. Varsinainen tekemisaika on noin puolet kokoonpanoajasta. Tekemisajastakin vain noin prosenttia on varsinaista jalostavaa työtä. Lisäksi kokoonpano vaatii suuren osan tuotantotiloista, joita kokoonpanossa tavallisesti käytetään vain yhdessä vuorossa. Kokoonpanotyön sisältö on kappaleiden käsittelemistä, siirtämistä paikasta toiseen, varastointia, liittämistä ja sovittamista sekä tarkastamista. Liittämistä ovat mm. ruuvaaminen, niittaaminen, silloittaminen ja hitsaaminen, puristaminen ja kutistaminen, liimaaminen. Vain osa kokoonpanotyöstä, periaatteessa vain liittäminen, kohottaa tuotteen jalostusarvoa. Tarkastaminen, siirrot, käsittelyt ja varastoinnit eivät jalosta tuotetta, vaan aiheuttavat sekä aikaviiveitä että kustannuksia. Ilman näitä toimintoja ei kokoonpano kuitenkaan ole mahdollista. Niiden osuus on vain pyrittävä pitämään mahdollisimman vähäisenä. Lähdettäessä karsimaan ei jalostavan työn osuutta pienemmäksi havaitaan, että tehtävä ei olekaan niin selväpiirteinen kuin ensisilmäykseltä tuntuisi. Monien kokoonpanoon vaikuttavien toiminnallisten yhteyksien vuoksi on kehitystyössä alkuun pääsy usein työlästä. Kokoonpanon kehittämiseen ei ole löytynyt yhtä selväpiirteisiä ratkaisuja kuin osien valmistusvaiheisiin. Kokoonpanon kehittämisen käynnistämisessä pääpaino saattaakin usein olla tuoterakenteen ja organisatoristen tekijöiden kehittämisessä, eikä niinkään yksistään kokoonpanon teknisissä ratkaisuissa. Tyypillisesti suomalaisen metallituoteteollisuuden kokoonpanotyö on ollut käsityötä. Työpaikkana manuaalisessa pienempien kappaleiden kokoonpanossa on työpöytä apulaitteineen. Kookkaammat tuotteet kootaan lattialla, telineillä tai tiettyä kokoonpanotyötä varten rakennetuissa kiinnittimissä eli jigeissä. Kokoonpanijat käyttävät yleensä keveitä ja yksinkertaisia käsityökaluja, mutta myös paineilma- ja sähkötyökaluja kuten pora- ja hiomakoneita, ruuvin- ja mutterinvääntimiä, sahoja, leikkureita, puristimia ym. suhteellisen halpoja laitteita. Usein joudutaan käyttämään myös erilaisia mittalaitteita, laakerien asennustyökaluja, hydraulikäyttöisiä työkaluja, hitsauslaitteita sekä ruuvaus-, niittaus- ja naulausautomaatteja. Jäykkä kokoonpanoautomaatio, missä tuotteen kokoaminen tehdään sitä varten erityisesti suunnitelluilla ja valmistetuilla kokoonpanokoneilla tai useista koneista muodostetuilla konelinjoilla eli ns. kokoonpanotransferlinjoilla, ei yksittäis- ja piensarjavalmistuksessa ole ollut taloudellisesti perusteltua. Samoin keskiraskaiden ja raskaiden tuotteiden osalta ei ole ollut yleensä kannattavaa hyödyntää joustavaa kokoonpanoautomaatiota. Joustavalla kokoonpanoautomaatiolla voidaan valmistaa tietyn tuoteperheen, usein suppean variaatiovalikoiman puitteissa erilaisia tuotteita pienissä erissä, jopa ääritapauksessa yksittäisiä kappaleita. Yleensä näitä joustavia kokoonpanolaitteistoja ei saa valmiina, vaan ne on räätälöitävä tapauskohtaisesti erilaisista komponenteista, joita ovat kuljetusjärjestelmät, varastointilaitteet, käsittelylaitteet sekä liitos- ym. työvälineet. Olennaisia järjestelmän osia ovat teollisuusrobotit, joiden joustavuuteen koko järjestelmän toimivuus tavallisesti perustuu. Yhtenä joustavan kokoonpanoautomaation sovelluksena ovat leviämässä joustavat kokoonpanojärjestelmät, FAS (Flexible Assembly Systems), mutta nekin leviävät lähinnä sähkötarvike- ja elektroniikkateollisuuteen. Yleisesti ottaen keskiraskasta ja raskasta yksittäisja piensarjakokoonpanotyötä on kyseenalaista automatisoida kovinkaan pitkälle, sillä yleensä laitteistoinvestointien suuruus hyötyyn nähden on kohtuuton ja laitteistojen joustavuus suhteessa tuotemuutoksiin on riittämätön. Automatisointipaineista huolimatta manuaalinen kokoonpano on vielä pitkään Suomen metalliteollisuuden kokoonpanon päämenetelmä. Sen kehittäminen on välttämätöntä kilpailukyvyn ylläpitämiseksi. Enemmän automatisoitavaa löytyy osavalmistuksen, osakokoonpanotyön, materiaalinkäsittelyn ja varastoinnin sekä testauksen ja koeajon osalta. Joissain tapauksissa ns. esikokoonpano voidaan korvata säh- 7

15 köisellä kokoonpanolla eli mittaamalla valmistettujen isojen kappaleiden liitospinnat ja tarkastamalla niiden keskinäinen yhteensopivuus mittaustulosten pohjalta CAD 3D -ympäristössä. Kokoonpano voidaan järjestää paikkakokoonpanoksi tai linjakokoonpanoksi. Suurten valmistusmäärien kyseessä ollessa puhutaan kokoonpanotehtaista. Paikkakokoonpano soveltuu yksittäis- ja pienerätuotantoon. Siinä kokoonpanon hoitaa tuotteen koosta riippuen yksi henkilö tai työryhmä. Linjakokoonpano voi olla vaiheisiin jaettua henkilöstön työn osalta tai järjestetty siten, että henkilöstö toimii ryhmänä ja vastaa tuoteyksikön kokoonpanosta ja laadusta alusta loppuun. Äärimmilleen vaiheisiin ositeltuna linjakokoonpano on liukuhihnatyötä ja soveltuu suurien erien valmistukseen ja joukkotuotantoon. Erätuotantoon soveltuu puolestaan linjakokoonpano, jossa työryhmä kulkee tuotteen mukana suorittaen kaikki työvaiheet. Linjaan kuuluu työasemia, jotka on varusteltu tarvittavilla työkaluilla. Olennainen kysymys kokoonpanojärjestelmän suunnittelussa on, osien saaminen mahdollisimman lähelle paikkaa, jossa ne asennetaan tuotteeseen. Case Kalmar Industries Oy Ab Piensarjakokoonpano Kalmarin terminaalitraktorien kokoonpanon layout-projektin tavoitteena oli pienentää kokoonpanon läpimenoaikaa, kehittää kokoonpanoa nopeammaksi ja sujuvammaksi, kehittää korkeampi menetelmätaso ja parempi ergonomia ja vähentää jalostamattoman työn osuutta. Kehitystyöryhmissä oli edustettuina kaikki asentajista toimihenkilöihin. Työskentely eteni siten, että ensiksi projektiryhmä määritteli päälinjat ja reunaehdot peruslayoutille. Layoutin tarkempi suunnittelu tehtiin työntekijäpainotteisella kenttäryhmällä. Yksittäiset työpisteet suunnittelivat ko. työpisteessä työskentelevät. Perusperiaatteena oli, että kaikki pääsevät vaikuttamaan ja näin layoutin sisäistäminen tapahtuu jo suunnitteluvaiheessa. Aikaisemmin käytetty perinteinen paikkakokoonpano on joustava, mutta johtaa usein pitkiin läpimenoaikoihin. Työt tehdään paikallaan olevaan tuotteeseen. Samanlaista työtä tehdään jokaisessa Periaatteessa kokoonpano voidaan siis jakaa suoraan tuotteen jalostusarvoa kohottavaan eli tuottavaan osaan sekä avustavaan eli ei suoranaisesti tuottavaan työhön. Luonnollista on, että tuottavan työn osuus pyritään kasvattamaan mahdollisimman suureksi ja kaikki tarvittava työ tekemään mahdollisimman rationaalisesti. Näiden aikaosuuksien määrittäminen onkin olennaisen tärkeää, jotta löydetään kehittämisen kohteet ja pystytään rakentamaan ohjattavuuden kannalta toimiva ratkaisu. Työnarvojen määritys on edelleenkin olennainen seikka tässä työssä. Kehitystyötä RASKO-teknologiaohjelmassa on tehty kokoonpanon painoalueella siis teemoista kokoonpanomenetelmät, materiaalinkäsittely ja varastointi, layout-ratkaisut, työkalut ja -välineet, apulaitteet, testaus ja koeajo, työympäristön ergonomia ja turvallisuus sekä töiden organisointi. Oheisena on joitakin esimerkkejä, jotka kuvaavat osaltaan ohjelmassa tehtyä kehitystyötä. Lisää esimerkkejä löytyy myös yksittäisistä hankekuvauksista. OKP Mtr-hylly Kuva 9. Paikkakokoonpano. Alkuvarustelu Esikokoonpanot (EKP) EKP EKP EKP EKP Asema Loppukokoonpano EKP EKP EKP EKP Mtr-hylly Kuva 10. Piensarjakokoonpano. Erikoisvarustelu ja viimeistely 8

16 kokoonpanopisteessä. Paikkakokoonpano mahdollistaa suuret variaatio-mixivaihtelut ja on erittäin joustava, mutta samoja osia ja työkaluja tarvitaan joka kokoonpanopisteessä. Lisäksi tehdään isoja asennuskokonaisuuksia. Kaikkien on osattava kaikki eli on pitkät harjaantumisajat tai vaihtoehtoisesti on käytettävä ammattialoittain jaettua työryhmää, jolloin joustavuus ja työn tuottavuus saattavat kärsiä. Kehitysprojektin aikana oli selvästi tullut esille, että linjakokoonpanossa läpimenoaika on päiviä, kun taas paikkakokoonpanossa mittayksikkönä on viikot. Osapuutteet, tuoterakenteen keskeneräisyys, laatuvirheet tai kapasiteettipuutteet eivät pahemmin häiritse paikkakokoonpanossa. Virheen korjaus ei pysäytä tuotantoa, ei tarvita erillisiä korjaushenkilöitä. Ongelmat on liian helppo hyväksyä, sillä ne voidaan aina ratkaista töitä levittämällä ja näin läpimenoaika kasvaa. Paikkakokoonpanolle on tyypillistä, että osat kerätään työlle, osia kuljetetaan tai haetaan ympäri kokoonpanotiloja, samoja erikoistyövälineitä pitää olla useissa asemissa ja menetelmätaso on aika alhainen. Kalmar päätyi piensarjakokoonpanoksi nimeämäkseen ratkaisuun, joka on linjatyyppistä kokoonpanoa asema-aikojen ollessa yleensä 4 8 tuntia. Linjakokoonpano vaatii, että kokoonpano voidaan tehdä sujuvasti, sillä muuten koko valmistus pysähtyy. Tämän asian tiedostaminen koko organisaatiossa pakottaa ongelmien ratkaisemiseen, johon paikkakokoonpano joustavuutensa takia ei pakota. Työt tehdään paikallaan olevaan tuotteeseen eli tuotetta siirretään asemien välillä esimerkiksi vaunulla. Ratkaisu mahdollistaa variaatio- ja mixi-vaihtelut, mutta vaatii kurinalaisen, moduloidun ja dokumentoidun konstruktion. Virheen korjaus ei saa pysäyttää tuotantoa. Työskentely ei vaadi poissaolokorvaajia, mutta vaatii jonkin verran viimeistely- ja korjaushenkilöstöä. Linjakokoonpanossa tarvittavat osat voidaan sijoittaa työn tekemisen kannalta optimaalisesti, yleensä ottoetäisyydelle. Osakokoonpanot tehdään linjan varrella käyttöpaikan vieressä. Vaihetyö on myös aina tehokkaampi tapa tehdä kokoonpanoa, kuin että yksi työryhmä tekee koko tuotteen alusta loppuun saakka valmiiksi. Kunkin työvaiheen menetelmä voidaan viedä huippuunsa. Työn mielekkyyttä voidaan kuitenkin pitää yllä kierrättämällä asentajia säännöllisesti eri työvaiheilla. Työ voi olla helppo, vaihteleva tai vaativa sekä itsenäistä tai ryhmätyöskentelyä. Piensarjakokoonpano soveltuu jo sadan kappaleen vuosivolyymeille. Piensarjakokoonpanon suunnitteluvaiheita olivat: 1. Työneräluettelot asennusjärjestyksessä (mikä, mistä, mihin, millä ja aika) 2. Työnerien jako (esikokoonpanossa / loppukokoonpanossa) 3. Tasapainotus (volyymi / työvaiheet / miehitys) 4. Osien ja työvälineiden tilantarvekartoitus 5. Layoutin suunnittelu (nykyisten tilojen soveltaminen) Kokoonpanon kehittämisessä ollaan palaamassa vanhoihin työkaluihin, joita ovat standardiaikajärjestelmä (STJ) ja työntutkimus. Taustalla tietysti on oltava toimiva tuoterakenne. Muita kehitystyötä tukevia keinoja ovat aloitetoiminta ja jatkuva parantaminen. Tuottavuuden ja työmenetelmien kehittämiseksi on tiedettävä työn tekemiseen tarvittava aika, jota ei tule kopioida historiasta tai määrittää sopimalla. Lisäksi on tiedettävä nykyinen tapa tehdä työtä. Työkaluna tässä työssä voidaan käyttää kokoonpanoanalyysiä. Kokoonpanoanalyysissä lasketaan työnarvot STJjärjestelmää hyväksikäyttäen. Laskelmat käydään läpi yhdessä asentajien kanssa ja tehdään tarvittavat korjaukset. Samalla haetaan kehitysideoita työmenetelmien, työvälineiden ja layoutin kehittämiseen. Kehittämiseen motivointia voidaan tukea monin tavoin. Tämän päivän kilpailutilanteessa ei riitä, että ollaan parempia kuin eilen, on oltava parempia kuin kilpailijat. Tietoa kilpailutilanteesta on syytä jakaa kaikille. Tältä pohjalta asetetaan uudet kovemmat tulostavoitteet esimerkiksi liikevoitto 10 %:iin liikevaihdosta. Annetaan kehittämiskoulutusta ja palkitaan onnistuneesta kehitystyöstä erikoispalkkioin. Tehokas tehdas saa lisää kannattavia tilauksia eli töitä. Johtopäätöksinä kokoonpanoanalyysin käytöstä voidaan todeta seuraavia seikkoja. Työn, jonka työaika on määritetty sopimalla, työaika työntutkimuksen keinoin määrittämällä puolittuu. Suoritustaso huononee, jos työaikoja ei korjata, kun työmenetelmä paranee tai tuoterakenne kehittyy. Työn tekemisaikoihin puuttuminen johtaa myös 9

17 Moduulivalmistus Sylinterikannet Pakoputkisto Ahtoilmamoduuli Männät Nostajat Öljypohjat Putkisetti Kampiakseli Kokoonpano Kilvet yms. Säädin Säätöakseli Sähkö ja automaatio Nokka-akseli Jous. Pumppumoduuli Välipyörät uusiin kehitysideoihin ja työmenetelmiin. Menetelmäkehitys on usein laiminlyöty, koska on helpompaa investoida kuin keksiä. Työaikojen ylläpito tarvitsee ehdottomasti oman päätoimisen resurssin. Työntutkimus on oikeudenmukainen kaikille osapuolille. Oppimiskäyrän perusteella volyymin kaksinkertaistuessa työaika putoaa 5 20 %. Alustavien kokemusten pohjalta näyttää siltä, että piensarjakokoonpanossa kokoonpanotunnit vähenevät merkittävästi, koska osat ovat lähellä ottoetäisyydellä. Menetelmätaso ja laatu paranevat, koska osaaminen voidaan keskittää ja erikoisvälineisiin on satsattu tarvittavissa työasemissa. Ohjaus pakottuu tarkemmaksi ja siitä johtuen osapuutteet ovat vähenemässä. Lisäksi syntyy erikoisosaamista. Läpimenoajan arvioidaan lyhenevän 4 viikosta 2 viikkoon. Järjestelmä tukee myös tuotteen modulointia ja standardointia. Kaiken kaikkiaan kannattavuus ja asiakastyytyväisyys paranevat. Case Wärtsilä Finland Oy Turun tehdas Moduuliperustainen kokoonpano Wärtsilä Finland Oy:n Turun tehdas valmistaa Wärtsilä 46 dieselmoottoreita meri- ja voimalaitoskäyttöön. Tuotantomäärä mitattuna valmistuneina sylintereinä on kasvanut vuoden 1998 noin 1000 sylinteristä vuodelle 2000 arvioituun noin 1800 sylinteriin. Tehtaassa on kaksi tuotanto-osastoa, moduulivalmistus ja kokoonpano-osasto. Moduulivalmistuksen tehtävänä on hankkia materiaalit ja komponentit, varastoida, koota ja toimittaa osakokoonpanot kokoonpanoon imuohjaukseen perustuen. Moduulivalmistukseen kuuluu myös komponenttivalmistusta. Moduulivalmistus toimii näin ollen itsenäisesti. Kokoonpano I ja II (V moottori) Koeajo II Viimeistely Kokoonpano III ja IV (V moottori) Koeajo I Viimeistely Kokoonpano V ja VI (L moottori) Koeajo III Viimeistely... Kannen varusteet. = Moduulitoimitus = Varastotoimitus = Kevyen osakoonnin toimitus Kuva 11. Moduuliperustainen kokoonpano. 10

18 Kokoonpano-osaston sisällä toimii kokoonpanon keskusvarasto sekä kevyt osakoonti. Ne toimivat kokoonpanoprosessista erillään omina yksikköinään. Ohjaus kokoonpanon ja näiden välillä toteutetaan imuohjausperiaatteen mukaan. Osakoonnit ollaan siirretty valmistuksen yhteyteen (esim. venttiilin nostajat). Yhtenä merkittävänä tuotannon lisäyksen mahdollistavana tekijänä on ollut siirtyminen moduuliperustaiseen kokoonpanoon. Erkauttamalla kokoonpanosta osakokoonpanoja saadaan loppukokoonpanon läpäisyaikaa lyhennettyä (jopa 35 %). Loppukokoonpanossa (koeajo ja viimeistely) lopputuotteen kustannuskertymä on suurimmillaan, joten mahdollisimman lyhyen loppukokoonpanon läpäisyajan avulla pystytään minimoimaan keskeneräiseen tuotantoon sitoutuneen pääoman suuruus. Esim. pakoputkimoduulin erkauttaminen kokoonpanoprosessista tehtäväksi omassa osakoontisolussaan vähensi asennustyötunteja noin 10 %. Lisäksi moduuliperustainen kokoonpano kehittää kokoonpanon materiaalivirran läpinäkyvyyttä ja hallittavuutta, sekä vähentää materiaalipuutteita kokoonpanossa. Materiaalipuutteet ja laatuvirheet havaitaan jo ennen kokoonpanoa, näin ollen ne eivät kasvata loppukokoonpanon läpäisyaikaa. Moduulien erkauttaminen parantaa materiaalin kokonaishallittavuutta, koska materiaalin hallinta tehdään solukohtaisesti. Loppukokoonpanoon ohjattavien nimikkeiden määrä vähenee merkittävästi. Nostokapasiteettiä (nostojen määrä vähentyy) ja tilaa vapautuu kokoonpanosta nimikemäärän pienentyessä kokoonpanossa. Kokoonpanoon saapuva lavamäärä vähenee moottorityypistä riippuen merkittävästi, tämän ansiosta sisäiset kuljetukset vähenevät. Moduulien kokoonpanon siirryttyä itsenäisiin työpisteisiin moduulikoontisoluihin saadaan perustettua itsenäisesti toimivia selkeitä vastuita omaavia Kuva 12. Pakoputkimoduuli. 11

19 Korko: KS1F Korko: KU1F Point Design values Actual values Design - Actual Smallest X Y Z X Y Z X Y Z Distance RS1B RU1B RU2B RS2B KU1F KS1F KU2B KS2B HP Kiilaura HP: K1F KP: K1B Korko: KS2F Korko: KU2F Reikä: RU1B Korko: KU1B Reikä: RS1B Korko: KS1B KP Reikä: RU2B Korko: KU2B Reikä: RS2B Korko: KS2B yksiköitä. Jokaisella koontisolulla on selkeät vastuut omasta moduulistaan: materiaalien hankinta, varastointi, osakoonti ja toimitus asennusvalmiina moduulina pääkokoonpanoon. Osaamistaso kunkin osakoonnin ympärillä kehittyy merkittävästi. Osakoontien kohdalla materiaalien hankinnan vastuuta siirretään yhä enemmän lattiatasolle kulutusnimikkeiden kohdalta kotiinpyyntöjen ja täyttösopimusten avulla, tämän ansiosta hankintaorganisaatiolla on käytettävissään yhä enemmän resursseja kriittisiin komponentteihin. Toimittajien määrää saadaan vähennettyä, jolloin kasvaa mahdollisuus kehittää toimittajayhteistyötä. Settitoimituksin moduulikoontisoluun saadaan vähennettyä ohjattavien nimikkeiden lukumäärää. Materiaalivaraston ollessa moduulikohtaisesti kunkin moduulikoontisolu yhteydessä, tulee varaston visuaalisuus ja visuaalinen ohjaus kehittymään. Kokoonpanon kehittämisestä on tehty Wärtsilä Finland Oy:n Turku Factoryyn yksi diplomityö (kokoonpanon ohjattavuuden kehittäminen tilausohjattavien keskinopeiden dieselmoottorien valmistuksessa), sekä kaksi insinöörityötä (Dieselmoottorin koeajossa havaittujen laatupoikkeamien tilastollinen analyysi ja Menetelmä kokoonpanoverstaan kitkatekijöiden kartoittamiseen). Case Valmet Oy Rautpohja Tietokoneavusteinen esikokoonpano Valmet Oy Rautpohjan tehdas toimittaa paperikoneita. Perinteisen käytännön mukaisesti paperikone on kokoonpantu rakenneryhmittäin Rautpohjassa ennen asiakkaalle toimittamista. Tällä toimenpiteellä on haluttu varmistua siitä, että osat todella sopivat yhteen. Tämä niin kutsuttu esikokoonpano vaatii paljon tilaa ja työtä. Periaatteessa tällöin tehdään ei-jalostavaa työtä, sillä ensiksi rakenneryhmä kokoonpannaan ja sen jälkeen puretaan kuljetettaviksi kokonaisuuksiksi. Lisäksi tämän työn yhteydessä syntyy useita pesuvaiheita sekä paljon pakkaamista ja lähetystyötä. Tavoitteeksi asetettiin, että purkuvaiheita ei jatkossa enää tarvittaisi. Näin ollen päätettiin luopua kokonaisen rakenneryhmän esikokoonpanosta eli luovuttiin lohkojen fyysisestä sovittamisesta toisiinsa. Paperikoneen lopullisella asennuspaikalla ei kuitenkaan ole aikatauluissa varaa sovitella lohkoja toisiinsa ja puhumattakaan mahdollisuuksia korjauskoneistaa lohkoja, joten jotenkin täytyi saada varmuus lohkojen yhteensopivuudesta. 3D - suunnittelu Mittaus Esikokoonpano Asennus Suunnitellut arvot Kokoonpanomittaus Mittausraportti Mittauskohde: Mittauslaite: Pvm / Suorittaja: Tietokoneavusteinen esikokoonpano Todelliset arvot K1F K1B KU2F KS2F KU1B KS1B Moduulimittaukset Lohkotoimitus Kuva 13. Tietokoneavusteinen esikokoonpano. 12

20 Tämän vuoksi kehitettiin elektroninen tarkastussysteemi. Siinä liitospintojen koordinaatit mitataan takymetrillä ja toisiaan vastaavien liitospintojen yhteensopivuus tarkastetaan AutoCAD 3D -ympäristössä. Tämän mahdollisti siirtyminen piirtämään kuvat 3D-ympäristössä ja tehty tuoterakenteen muutos hierarkkiseksi. Lisäksi liitospintoja oli yksinkertaistettava. Kehitetty menetelmä mahdollistaa mm. tiettyjen osakokonaisuuksien valmistamisen ja kokoonpanon toimittajalla valmiiksi osakokoonpanoksi ja sen lähettämisen suoraan toimittajalta loppuasiakkaalle, millä vältetään joissain tapauksissa merkittäviä kuljetuksiakin. Osakokonaisuus vain mitataan toimittajalla ja mittaustulokset välitetään suunnittelujärjestelmään tarkastusta varten. Kuva 14. Materiaalin keräily FM-järjestelmällä. Case Materiaalinkäsittely ja varastointi Sandvik Tamrock Oy Tampereen tehdas Sandvik Tamrock Oy Tampereen tehdas valmistaa kallionporauslaitteita. Myllypuro hankkeessa Tamrock on voimakkaasti kehittänyt kokoonpanotoimintaa. Vanha tehdas on täydellisesti uudistettu sekä fyysisen että toiminnallisen ympäristön suhteen. Tuotelinjoille suunniteltiin ja toteutettiin uusi layout. Layoutin uudistamisen yhteydessä otettiin kokoonpanolinjoilla käyttöön kaksi FMjärjestelmää, jotka toimitti Fastems Oy Ab. FMS-teknologiaa kehitettiin optimoimalla FMS:n sisäistä logistiikkaa kokoonpanon kannalta mm. muodostamalla settejä ja ns. ryppäitä osien keräilyä varten. Logistiikkajärjestelmä kehitettiin Tamrockin Tampereen tehtaalla ensimmäisenä maailmassa, eikä yhtä modernia dynaamista fms-teknologiaan perustuvaa toimintatapaa ole vielä muualla käytössä. FM-järjestelmät palvelevat pääosin kokoonpanoja ja niihin on integroitu lukuisia tuotannon- ja materiaalinohjauksen toimintoja, mm. tilauskohtaiset materiaalikeräilyt ja osien automaattinen kotiinkutsu, jonka järjestelmä tekee hälytysrajan ja osien hankintajaksojen puitteissa. Kuva 15. FMS-järjestelmän kokoonpanotilaus- ja lavanäytöt. 13

21 Järjestelmien käyttäjinä toimivat asentajat, jotka itse keräilevät tarvittavat osat ennen kokoonpanon aloitusta sekä sen aikana. Järjestelmän käyttöönottoa pohjustettiin laajalla ATK-koulutuksella, johon osallistui lähes 300 henkeä. Peruskoulutuksessa tuotantohenkilöstö, myös asentajat, koulutettiin käyttämään järjestelmää. Osa asentajista koulutettiin tukihenkilöiksi, joilla on valmiudet opastaa ja kouluttaa muita asentajia, sekä auttaa häiriötilanteissa. Heille on myös koulutettu lisävalmiuksia omaksua ja hyödyntää tulevaisuuden informaatiotekniikkaa. FM-järjestelmien toteuttaminen yksinkertaisti ja tehosti logistiikkaa, poisti sisäisten kuljetusten tarvetta sekä vapautti varastotyöntekijöitä ja tilaa teholliseen tuotantokäyttöön. Osien hallinta ja vaihto-omaisuuden kiertonopeus on huomattavasti parantunut järjestelmän myötä. Case Sandvik Tamrock Oy Kallionporauslaitteiden kokoonpanon ja testauksen ajankäytön tehostaminen Työaikamalleissa siirryttiin kesäkuun -98 aikana uuteen järjestelmään. Ns. API-järjestelmään kuuluu kolme kiertävää työvuoroa (aamu, päivä, ilta) ja se laajentaa normaalityöaikaa maanantaista lauantaihin. Päivävuoroviikkona työskennellään tarvittaessa maanantaista lauantaihin. Lauantain teko tasoitetaan myöhemmin, esim. kokoonpanon valmistuttua, ennen seuraavan aloittamista. Lisäksi käytössä on jaksottaisesti viikonloppuvuoro, joka muodostuu perjantain 4 tunnin sekä lauantain ja sunnuntain 12 tunnin vuoroista. LÄPÄISYAIKAVERTAILU API -JÄRJESTELMÄ + VKL-VUORO Esimerkkituote: n. 300 h Työryhmän tehollinen työaika h/d Intensiteetti h/d Läpäisyaika n. 10 d h/d KOKOONPANON INTENSITEETTI JA LÄPÄISYAIKA API+viikonloppuvuoro hours d TAVALLINEN PÄIVÄVUORO Esimerkkituote: n. 300 h Työryhmän tehollinen työaika 0-8 h/d Intensiteetti 0-24 h/d Läpäisyaika n. 18 d h/d KOKOONPANON INTENSITEETTI JA LÄPÄISYAIKA Päivävuoro hours d Kuva 16. Läpäisyaikavertailu. 14

22 Järjestelmien käyttö ei nosta käytettävissä olevaa kokonaiskapasiteettia, mutta se parantaa selvästi käyttösuhdetta, minkä vuoksi läpäisyaikoja voidaan lyhentää. Työryhmien tehollinen vuorokautinen ja viikoittainen työaika nousee selvästi. Verrattaessa järjestelmää raskaassa kokoonpanotoiminnassa yleisesti käytettyyn päivävuoroon, järjestelmä mahdollistaa kokoonpanokapasiteetin intensiivisemmän käytön. Järjestelmä parantaa myös lyhyen tähtäimen joustavuutta sekä luonnollisesti nostaa vaihto-omaisuuden kiertonopeutta. Case Kalmar Industries Oy Ab Joustotilisopimuksella joustavuutta Kalmar Industries Oy Ab:n Tampereen tehdas on ottanut käyttöön tehtaan tuntipalkkaisia työntekijöitä koskevan joustotilisopimuksen. Sopimus täydentää osastokohtaisia joustavia/liukuvia työaikasopimuksia ja antaa mahdollisuuden toteuttaa laajempaa joustavuutta työaikojen käytössä. Joustotilin saldoa kerryttävät tai purkavat kaikki työajanlyhennysvapaat, työnajantasausvapaat, ylityövapaat ja joustot. Työajan lyhennysvapaata tarkastellaan aina kahden kalenterivuoden jakson ajalta. Joustotilin kertymärajat ovat 6400 mk mk. Joustojen tekemisestä ja kertymien purkamisesta sovitaan aina esimiehen kanssa. Työntekijän päivittäinen työaikajousto voi olla 8 +4 tuntia päivässä. Joustotilisaldo purkautuu voimassa olevalla keskituntiansiolla. Jos kertymiä on tullut yli sallitun rajan (+ tai ), tehdään kertymien purkusuunnitelma. Purkusuunnitelmassa purku voidaan tehdä joko vapaana tai rahana. Kaikki työntekijät ovat samanarvoisessa asemassa (saldosta riippumatta) joustettaessa kapasiteetissa alaspäin. Jos huonon työtilanteen takia joudutaan turvautumaan miinusjoustoihin, voi yksittäisen henkilön tili olla hetkellisesti miinuksella enemmän kuin 6400 mk. Työsuhteen päättyessä voidaan työnantajan toimesta periä mahdollinen miinusjousto kokonaisuudessaan lopputilin yhteydessä maksettavasta palkasta ja vastaavasti plusjousto maksetaan kokonaisuudessaan pois työsopimuksen edellyttämällä tavalla. Jos joustotiliä joudutaan käyttämään laajassa vajaatyöllisyystilanteessa tuotannon notkahduksen hoitamiseen, noudatetaan yhteistoimintamenettelyä ensin tehdastasolla ja sen jälkeen osastotasolla siltä osalta, joka ylittää vuotuisen työajan tasoittamisvapaat (työajan lyhennysvapaat). Ketään yksittäistä työntekijää ei voida määrätä tekemään/pitämään miinusjoustoa yli työajan tasoittamisvapaan edellyttämää määrää ellei siitä ole hänen kanssa henkilökohtaisesti sovittu. Jos saldot menevät huomattavasti miinukselle, voidaan joustotunteja tehdä erikoistapauksissa takaisin siten, että kaksi ensimmäistä sisääntekotuntia ovat tunti tunnista ja seuraavat siitä eteenpäin 100 %:lla korotettuja. Tämä edellyttää, että tuntien takaisin tekeminen on suuren työmäärän takia perusteltua. Kyseessä olevat tunnit eivät ole ylityötunteja, vaan säännöllisiin tunteihin kirjautuvia joustotunteja Tuotettavuus Yleisesti on todettu, että tuotesuunnittelu vaikuttaa valtaosaan suorista valmistuskustannuksista. Samoin tuotesuunnittelu vaikuttaa valtaosaan syntyvistä yleiskustannuksista. Joidenkin selvitysten mukaan tuotesuunnittelu kuluttaa kustannuksista noin 5 prosenttia, mutta vaikuttaa noin 70 prosentin painoarvolla syntyviin kuluihin. Tästä johtuen tuotesuunnittelun on oltava organisaation toimintojen rajat ylittävää yhteistyötä ja verkottuneissa tuotantojärjestelmissä eri organisaatioiden rajat ylittävää yhteistyötä. Rasko-teknologiaohjelmassa valittiinkin yhdeksi painoalueeksi tuotettavuus, koska tuotesuunnittelussa ratkaistaan hyvin pitkälle se, että miten sujuvasti kokoonpanoprosessi pystytään toteuttamaan. Tuotettavuudesta poimittiin selkeinä teemoina esille kokoonpantavuus, modulointi/räätälöinti ja versionhallinta. 15

23 Keskiraskaan ja raskaan metallituoteteollisuuden asiakkaiden tuotteistolle asettamat vaatimukset ovat tyypillisesti asiakaskohtaisia. Tuotteiden kansainväliset markkinat korostavat vielä lisää tätä tuotteiden asiakaskohtaisuutta. Jotta kilpailun kiristyessä asiakaskohtaisuus pystytään toteuttamaan taloudellisesti, on tuoterakennetta kehitettävä kohti joustavaa, asiakaslähtöisesti moduloitavaa tuotetta. Perinteinen kiinteä tuoterakennehan vastaa täsmälleen yhteen asiakastarpeeseen ja vaatii usein paljon tilauskohtaista räätälöintiä vaikeuttaen tuotannon hallintaa. Sen sijaan joustava tuote koostetaan moduuleista asiakkaan vaatimusten mukaiseksi. Moduloinnin avulla tuotteeseen pystytään rakentamaan hyvä tuotettavuus huolimatta erilaisista asiakastarpeista. Pystytään eriyttämään tuote- ja toimitusprosessi niin, että yrityksen ei enää tarvitse jatkuvasti valmistaa prototyyppejä, vaan prosessit ovat tarkkaan määriteltyjä ja organisoituja. Kilpailukyvyn parantaminen nopean, joustavan, laadukkaan ja kustannustehokkaan tuotantoprosessin kautta on vienyt toimintatapoja kohti massasopeutusta (massaräätälöintiä). Massasopeutuksen ideana on tuottaa yksilöllisiä tuotteita massatuotannon omaisesti. Tähän pyritään suunnittelemalla massasopeutukseen sopiva tuote, johon yhdistetään tuotannon joustavuus ja tehokas logistinen ketju. Tuote suunnitellaan modulaariseksi siten, että käyttämällä moduuleja ja niiden yhdistelmiä pystytään täyttämään halutut asiakastarpeet. Siinä esivalmisteltua tuote- ja palvelukonseptia, ns. tuotealustaa, hyväksikäyttäen varsinainen asiakassovellus syntyy toimitussisällön määrittelyvaiheessa. Toimituksessa pystytään nopeuteen, koska esivalmistellun tuotteen osia, komponentteja ja moduuleja on valmiina prosessissa. Moduulien toistuvuutta pyritään maksimoimaan, jolloin voidaan saavuttaa lähes massatuotannon tehokkuus. Esivalmisteltujen osien, komponenttien ja moduulien valmistamisessa voidaan soveltaa imuohjausta ja loppukokoonpano tehdä asiakasohjautuvasti työntöohjauksen periaatteita noudattaen. Näin ollen tarvitaan sekä massasopeutukseen erikoistuva tilaus/toimitusprosessi että erikoistuneita, laadukkaita komponentteja ja järjestelmiä valmistavia prosesseja. Tämä antaa mahdollisuuden jakaa erikoistumisen vaatimat panostukset verkostolle alentaen edelleen tuotteen kustannuksia. Massasopeutuksessa korostuu kokonaisuuden hallinta. Tuote, prosessi ja logistiikka suunnitellaan yhtä aikaa. Tehokkaimmillaan toimintatapa on tiimipohjaisissa prosessiorganisaatioissa, joissa toimintojen väliset rajapinnat on poistettu ja organisaatio toimii perinteiset yksikkörajat ylittävänä prosessina. Käytännössä aina ei päästä puhtaasti soveltamaan massasopeutusta. Jos tuote on erittäin monimutkainen, toimituksia on vain muutama vuosittain tai tuote on vielä prototyyppi, tuotekehitystä ei voida täysin välttää. Tällöin yrityksen tulee kuitenkin pyrkiä vähentämään toimitusprosessin aikainen tuotekehitys minimiin. Usein yrityksellä on sekä A-tuotteita eli prosessinomaisesti valmistettavia moduloituja esisuunnitelluista osista koostuvia standardituotteita että B-tuotteita eli tilauskohtaisesti räätälöitäviä tuotteita. Tällöin on hyödyllistä erottaa niiden toimitusprosessit toisistaan. Eriyttäminen tekee toimitusprosessit selkeiksi, koska yksinkertaisille ja monimutkaisille toimituksille on omat prosessinsa. Tuotetiedon hallinta on koko tuotteen elinkaaren aikana tärkeää asiakaskohtaisten vaatimusten ja verkostomaisen työskentelyn johdosta. Usein moduloidun tuotteen suunnittelualustan muodostaa joukko ominaisuuksia, joista asiakas voi valita haluamansa yhdistelmän eli variaation. Tällöin puhutaan konfiguroinnista. Konfiguroinnin hallintajärjestelmä käsittää prosessit, joilla on mahdollista kehittää, muokata ja ohjata tuotevarianttien muodostamista. Hallintajärjestelmä sisältää koko elinkaaren kattavan, kaiken teknisen ja teknologisen tietämyksen. Mitä paremmin valittavissa olevat ominaisuudet ja suureet pystytään ennakoimaan jo suunnitteluvaiheessa, sitä toimivampi koko tuotantoprosessi on, mm. versionhallinta paranee. Koko toimitusketjuhan tarvitsee tarkkaa tietoa voimassa olevista tuote- ja nimikeversioista. Hyvin organisoitu versionhallinta on myös edellytys tehokkaille after sales -palveluille. 16

24 Tuotesuunnitteluprosessin tulee siis pystyä hallitsemaan hyvin laaja kirjo tuotteen tuotettavuuteen vaikuttavia tekijöitä. Tuotesuunnittelun ryhmätyön tueksi onkin kehitetty erilaisia työkaluja. Yksi käytetty menetelmä on design for X (DFX) eli suunnittelu jotain X tarkoitusta varten. X voi vastata yhteen monista laatukriteereistä kuten luotettavuus, kestävyys, huollettavuus, ympäristöystävällisyys tai valmistettavuus. Yleisimmin käytetty menetelmä on design for manufacturing (DFM) eli suunnittelu valmistettavuuden kannalta. Menetelmä kohdistaa huomion suoraan valmistuskustannuksiin. Tehokkaalla DFM-menetelmän käytöllä saavutetaan alhaiset valmistuskustannukset säilyttäen kuitenkin tuotteen laatu. Design for assembly (DFA) eli suunnittelu kokoonpantavuuden kannalta on yksi DFM:n alamenetelmä, joka tähtää kokoonpanokustannusten minimointiin. DFA-menetelmän käytön hyöty syntyy usein siitä, että pienennettäessä kokoonpanokustannuksia samalla vähenee osien määrä, tuoterakenne yksinkertaistuu ja erilaiset kokoonpanoa tukevien järjestelmien kustannukset pienenevät. DFM-menetelmää voidaan tarkastella myös logistisesta näkökulmasta design for logistics (DFL) ja asennuksen näkökulmasta design for installation (DFI). Taulukko 1. Design For -termejä. DFX DFM DFA DFMA DFL DFI Design For X Design For Manufacturing Design For Assembly Design For Manufacturing and Assembly Design For Logistics Design For Installation Voidaan myös puhua DFMA:sta, joka on lyhyesti sanottuna osien valmistettavuuden ja kokoonpantavuuden huomioonottamista tuotekehityksessä systemaattisesti. Perustana järjestelmässä on osien lukumäärä. Järjestelmän keksijä Geoffrey Boothroyd asettikin kolme kysymystä välttämättömistä osista. Tarkasteltaessa yksittäistä osaa voidaan kysyä, täytyykö sen liikkua kaikkien muiden osien suhteen, täytyykö sen olla valmistettu eri materiaalista kuin siihen liittyvät osat ja estäisikö sen yhdistäminen johonkin toiseen osaan kokoonpanon? Osien lukumäärän vähentäminen yleensä lyhentää kokoonpanoaikaa, vähentää kokoonpanovirheiden määrää, vähentää työntekijäresurssien määrää, pienentää varastokustannuksia, vähentää alihankkijoiden määrää, yksinkertaistaa rakennetta, vähentää työkalujen määrää, yksinkertaistaa materiaalin hallintaa, vähentää nimikkeiden määrää, vähentää dokumentoinnin määrää, vähentää kuljetuksia, vähentää tilantarvetta kokoonpanossa, vähentää varaosien määrää, vähentää ohjeistuksen määrää jne... Kahden yhtä monta osaa sisältävän tuotteen kokoonpanoajat voivat kuitenkin vielä poiketa toisistaan, koska osan ottamiseen, asettamiseen ja paikalle laittoon menevä aika on riippuvainen osan geometriasta ja osan paikalleen laiton liikeradasta. Kokoonpanon kannalta ihanteellisia osan ominaisuuksia ovat seuraavat seikat: osa on asennettavissa ylhäältä päin kokoonpanoon, osa on itseohjautuva, osaa ei tarvitse suunnata, osan asentamiseen riittää yksi käsi, osan asentamiseen ei tarvita työkaluja, osa on asennettavissa yhdellä suoralla liikkeellä ja osan pysyvyys on paikalleen laiton jälkeen heti varma ilman erillistä kiristämistä tai tukemista. Käytännössä DFMA-menetelmän vaikuttavuus on melko riippumaton tuotantovolyymista, tuotteen koosta ja tuotteen monimutkaisuudesta. Eräiden lähteiden mukaan suorien valmistuskustannusten väheneminen on vaihdellut prosenttiin verrattuna aikaisempaan tuotteeseen, keskiarvon ollessa prosenttia. Lisäksi useimmissa tapauksissa välillisten kustannusten on arvioitu myös pudonneen oleellisesti. Tyypillisesti osien lukumäärä on pudonnut prosenttia verrattuna aikaisempaan tuotteeseen. Suomessa on tarjolla menetelmän osaamista korkeakoulujen ja tutkimuslaitosten lisäksi muutamilla konsulttiyrityksillä. Lisäksi Tekesin LASSI kevyt kokoonpano -teknologiaohjelman puitteissa on ollut käynnissä kokoonpantavuusklinikka. Kehitystyötä RASKO-teknologiaohjelmassa on tehty tuotettavuuden painoalueella siis teemoista kokoonpantavuus, modulointi/räätälöinti ja versionhallinta. Oheisena on joitakin esimerkkejä, jotka kuvaavat osaltaan ohjelmassa tehtyä kehitystyötä. Lisää esimerkkejä löytyy myös yksittäisistä hankekuvauksista. 17

25 Case Valmet Oy Rautpohja / Hierarkkinen tuoterakenne Valmet Oy Rautpohja valmistaa paperikoneita. Paperikonehan on suuri, raskas ja kompleksinen kokoonpano. Perinteisesti suunniteltu tuoterakenne on ollut vertikaalinen ja 2D-pohjainen. Kokoonpano on ollut rakentamista, koska kokoonpano on aloitettu osatasolta edeten siitä rakenneryhmäksi. Kokoonpanon ohjaus on ollut erittäin työlästä, kokoonpanon eteneminen ja osien saapuminen eivät ole kulkeneet samassa vaiheessa, jolloin kokoonpano keskeytynyt ja osia on jouduttu etsimään ja odottamaan. Toisaalta osa osista on tullut etuajassa. Kappaleiden sovittamistyötä on ollut paljon. Kappaleet eivät ole aina sopineet kohdalleen, josta on seurannut kokoonpanon osittaista purkamista, välikoneistuksia ja uudelleen kokoonpanoa. Lisäksi varustelutyötä on tehty rakentamisen edetessä. Paper and Board Machines VERTIKAALINEN KOKOONPANOTAPA TOIMITTAJAT VÄLIVARASTO 08/09/99 J.Salo KOKOONPANO ASENNUS OSATOIMITTAJAT Paper and Board Machines HIERARKINEN KOKOONPANOTAPA OSAKOKONAISUUS -JA SETTITOIMITTAJAT 08/09/99 J.Salo KOKOONPANO ASENNUS Kuva 17. Perinteinen vertikaalinen ja uusi hierarkkinen kokoonpanotapa. 18

26 SÄHKÖTILA KENTTÄ RUNKO TOIMILAITE KESKITETTY JÄRJESTELMÄ (Perinteinen) HAJAUTETTU I/O KENTÄLLÄ SULAUTETU I/O RUNGOLLA Ennakkotestattu Osin -PLUG AND PLAY ÄLYKKÄÄT TOIMILAITTEET (Sovelluksen sisältävät toimilaitteet) PLUG AND PLAY m 3-10 m 1-10 m KENTTÄVÄYLÄ LAITEKAAPELI Kuva 18. Plug and Play -periaate. Perustaksi koko kehitystyölle nähtiin tuoterakenteen kehittäminen hierarkkiseksi moduloiduksi rakenteeksi. Lähtökohtana oli ajatella rakennetta kokoonpanon näkökulmasta, kuinka rakenne käytännössä menee kasaan. Tavoitteena oli löytää sellaiset kokoonpanotyöt, joita voitiin tehdä itsenäisesti ja ajallisesti toisistaan riippumatta. Tämä ajallinen rinnastaminen mahdollisti kokoonpanon rinnakkaisen aloittamisen ja sitä kautta läpimenoajan lyhentämisen. Toisaalta selvitettiin kokoonpanon loppuastetta, joksi määriteltiin se kuljetuskokonaisuus, joka kerralla voitiin kuljettaa huomioiden myös vastaanottopään aukkotilarajoitukset lopullisella asennuspaikalla. Prosessin hallittavuus parani oleellisesti, koska nyt rakenne muodostuu helpommin ymmärrettävistä ja hallittavista osakokonaisuuksista. Samoin helpottui tilauskäytäntö, koska osat voidaan tilata tuoterakenteen kautta suoraan osakokonaisuuden mukana. Tuoterakennehierarkia mahdollisti myös setityksen käyttöönoton ja näin voidaan helpommin varmistaa osien paikallaolo ennen kokoonpanon aloittamista. Lohkokohtainen kokoonpano mahdollisti myös sen, että varustelua ja automaatiota voitiin integroida rakenteisiin lohkokohtaisesti. Pienputkistojen (hydrauliikka, pneumatiikka ja voitelu) ja automaatiokomponenttien (kaapit ja kotelot) asentaminen ja integrointi tuli mahdolliseksi koneen rungolle lohkokohtaisesti. Tämä mahdollistaa Plug and Play -periaatteen hyödyntämisen lohkojen välillä. Samalla voitiin tehdä tarvittavat testaukset ja huuhtelut jo kokoonpanossa ja näin lyhentää asennusaikaa paperitehtaalla. 19

27 Case Valmet Oy Rautpohja DFMAn hyödyntäminen paperikoneen huoltoluukun kehittämisessä Kehitysprojektissa parannettiin paperikoneen huoltoluukun kokoonpantavuutta ja asennettavuutta. Huoltoluukun tarkoituksena on mahdollistaa pääsy paperikoneen sisälle huolto- ja tarkastustehtäviin. Luukun pitää olla roisketiivis ja avattavissa myös sisäpuolelta. Paperikoneessa on erikoisen tärkeää, ettei mitään osia pääse irtoamaan, koska esimerkiksi paperiradalle joutunut mutteri aiheuttaa todella suuret taloudelliset menetykset kulkiessaan telojen välistä. Tästä syystä kaikki mahdollinen hitsataan tai varmistetaan muuten kiinni pysyminen. Kuva 19. Paperikoneen runkoon polttoleikattuun aukkoon laitetaan kauluskappale. Vanhassa ratkaisussa luukun kansi kootaan mahdollisimman valmiiksi tehtaalla. Koneen runkoon on polttoleikattu sopiva aukko, johon hitsataan ensin kauluskappale, minkä jälkeen rakenne kootaan loppuun ja tarkastetaan sen toiminta. Viimeisenä työvaiheena on varmistushitsaus, jolla varmistetaan kahvan kiinnitysruuvin aukeamattomuus. Vanhan rakenteen toimivuus perustuu asentajan ammattitaitoon, mikä aiheuttaa välttämättä laatuvaihtelua. Sen kokoonpanoaika tehtaalla ei ole ongelmallisen suuri, mutta asennuksen yhteydessä tapahtuva loppukokoonpano ja säätäminen on hankalaa ja aikaa vievää. Tavoitteena oli kehittää uusi rakenne, jonka asennus on mahdollisimman helppo ja jonka kokoonpanossa on mahdollisimman vähän tarkkuutta vaativia työvaiheita. Rakenteen kehittämisessä päätettiin kiinnittää päähuomio kahteen kohtaan: 1. Koko rakenne pitää saada yhdeksi tehtaalla koottavaksi moduuliksi, jonka asentaminen onnistuu yhdellä hitsauksella. 2. Lukitussysteemin toiminta pitää perustua osavalmistuksen eikä kokoonpanon tarkkuuteen. DFA-analyysin, rakenteen tehtävän ja teknisten spesifikaatioiden perusteella määriteltiin rakenteen välttämättömiä piirteitä. Todettiin, että polttoleikatun aukon reunat on peitettävä jollakin, joten kauluksen sisäpinta voidaan määritellä välttämättömäksi piirteeksi. DFA-analyysin perusteella salvan vastakappale, saranakappaleet ja niiden alle tulevat tukilevyt olivat ei-välttämättömiä osia, Kuva 20. Luukku kootaan loppuun asennuksen yhteydessä. 20

28 Kuva 21. Uusi rakenne asennetaan yhdellä ympärihitsauksella. koska ne voitaisiin integroida kauluskappaleeseen. Näiden osien välttämättömät piirteet olivat salvan vastapinta ja reiät saranatappien kiinnitystä varten. Kannessa välttämättömiä piirteitä olivat aukon peittävä pinta, kahvan saranatapin vastinpintana toimiva sylinterimäinen pinta sekä reiät tai kolot saranatappien kiinnitystä varten. Kahva on DFA-analyysin mukaan rakennettava kahdesta osasta, koska sen kokoonpano olisi muutoin mahdotonta. Lukitussysteemin ulkoiset välttämättömät piirteet ovat kädensija ja pinta, jolla salpa kohdistaa runkokappaleeseen luukkua sulkevan voiman. Kuva 22. Vanhan rakenteen lukitussysteemi. Kuva 23. Uuden lukitussysteemin rakenne. Saranatappi kiinnitetään joko runkoon tai kanteen ainesulkeisella liitoksella (hitsausliitos) ja muut liitokset ovat muotosulkeisia liitoksia, koska DFAanalyysissa liitokseen osallistuvien osien välttämättömyyskriteerinä oli suhteellinen liike toisiinsa nähden. Seuraavaksi lähdettiin ideoimaan konstruktiovaihtoehtoja, joilla rakenne saataisiin toteutettua. Runkokappaleen valmistaminen yhtenä osana vaatisi lähes välttämättä valurakenteen. Kustannustarkastelu osoitti, ettei valaminen ole taloudellisesti järkevä vaihtoehto kyseisessä tuotteessa. Tästä syystä runkokappale päätettiin toteuttaa useammasta osasta hitsattuna rakenteena (ei-välttämättömien osien lisääminen). Kaulusosan valmistettavuutta ja asennettavuutta tarkasteltaessa päädyttiin valmistamaan se kulmaraudasta, jolloin polttoleikatun aukon valmistus ja pinnanlaatutoleranssit voi- 21

29 daan jättää huomattavasti karkeammiksi (robust design). Samalla kaulusosaan muodostui kiinnityspinta salvan vastinkappaleelle ja saranakappaleelle. Kulmaraudasta valmistamisen huonona puolena on se, että kaulus pitää valmistaa neljästä osasta. Uuden rakenteen asentaminen on huomattavasti helpompi ja nopeampi toimenpide kuin vanhan, koska rakenne on koottu tehtaalla mahdollisimman valmiiksi. Myös tehtaalla tehty työ on vähentynyt osien lukumäärän vähenemisen myötä. Koko rakenteen kokoonpanemiseen ja asentamiseen käytetty aika on vähentynyt DFA-analyysien mukaan 1559 sekuntista 814 sekuntiin ja osien lukumäärä 21:sta osasta 12:sta osaan teoreettisien minimimäärien ollessa vastaavasti viisi ja kuusi osaa. Toinen tehtävä rakenteen parantamisessa oli lukitussysteemiin toimintaan liittyvien säätötarpeiden eliminointi. Vanhassa rakenteessa kahvan tiukkuus perustui ruuvin sopivaan kiristämiseen asennuksen yhteydessä. Kun lukituksen toiminta oli varmistettu, hitsattiin ruuvin ja takakahvan välinen kierreliitos kiinni. DFA-analyysin mukaan vanhassa rakenteessa välttämättömiä osia lukitussysteemissä oli kaksi. Kaksi välttämätöntä osaa tarvitaan, koska luukku on voitava aukaista molemmilta puolilta. Välttämättömiä piirteitä on rakenteessa kannen läpi menevä akseli, tukipinta aksiaaliliikkeen estämiseksi kannen molemmilla puolilla, kädensija molemmilla puolilla kantta sekä pinta, johon luukkua sulkeva voima kohdistuu (esim. salvan ulkopinta). Ulko- ja sisäkahva kiinnitetään toisiinsa ainesulkeisella liitoksella (hitsausliitos), koska niiden ei tarvitse liikkua toisiinsa nähden eikä rakenteen tarvitse olla purettavissa. Kahva liittyy kanteen muotosulkeisella liitoksella, koska sen on voitava liikkua muihin osiin nähden. Muotosulkeinen liitos muodostuu kannen läpi menevästä akselista ja sen sylinterimäisestä vastinpinnasta kannessa sekä aksiaaliliikkeen estävistä tukipinnoista. Näillä piirteillä (muodoilla) sidotaan kaikki muut vapausasteet paitsi rotaatio akselin ympäri. Konstruktiovaihtoehtojen ideoinnissa lähdettiin liikkeelle siitä, että saranaliitoksen vaatima tarkkuus voitaisiin saavuttaa parhaiten koneistamalla. Päädyttiin rakenteeseen, jossa sorvataan akseli ja holkki, joiden mittatarkkuudet määräävät rakenteen toiminnan kannalta olennaisimmat mitat. Akselin pää taivutetaan sorvauksen jälkeen, jolloin siitä muodostuu ulkopuolen kahva. Jotta voitaisiin käyttää edullista pyörötankoa akselin materiaalina, päätettiin tehdä salvasta erillinen levystä leikattava osa. Case Fastems Oy Ab DFMAn hyödyntäminen pyöröpöydän kehittämisessä Fastems CMS-yksikkö (Erikoiskoneet / Complete Machining Solutions) sovelsi DFMA-suunnittelutyökalua numeerisesti ohjatun pyöröpöydän kehittämisessä uuteen Twin-Mill-koneeseen. Uudessa rakenteessa on 37,5 prosenttia vähemmän osia kuin vanhassa konstruktiossa ja suorat kustannussäästöt olivat ensimmäisessä kappaleessa 9 prosenttia. Kuva 24. Numeerisesti ohjattu pyöröpöytä. 22