Teória produkcie sa často vyučuje použitím opisných scholastických metód, ktorým chýba vedecky podložená karteziánska dimenzia so súvisiacimi zákonmi o výrobe. V podstate sa učí na kognitívno-heuristickom základe zvyčajne kombinovanom so simulačnými algoritmami, čo umožňuje modelovať komplexné správanie dynamických systémov. V tomto seriáli sa autori rozhodli štruktúrovať tému klasifikácie produkčných systémov a vyhodnotiť ich výkon podľa definovaných produkčných kritérií s cieľom ponúknuť lepšie pochopenie danej témy. Teória produkcie v skutočnosti zvyčajne zahŕňa nasledujúce základné témy:
- Opis rôznych výrobných procesov, ako sú vŕtanie, frézovanie, brúsenie, valcovanie, vytláčanie, liatie atď., ako aj nové technológie, napr. aditívna výroba (3D tlač) či laserová ablácia. Každá z týchto technológií je doplnená aj fyzikálnymi princípmi spracovania.
- Metódy organizácie práce, ako sú MTM (Maynard – Stegemerten – Schwab, 1948), a techniky modelovania rozloženia prevádzky s čoraz častejšie používaným 3D modelovaním fyzikálnych procesov vo virtuálnej realite.
- Teória operačného výskumu na optimálne plánovanie kapacity, ako je lineárne programovanie založené na štandardných algoritmoch lineárnej optimalizácie alebo sofistikovanejších technikách rozhodovania (napr. Hillier – Lieberman, 2001; Rüttimann, 2015).
- Teória radenia (napr. Curry – Feldman, 2011) pre optimálne plánovacie sekvencie použitím diskrétnych simulačných balíkov, ako aj opis praktických aplikácií so systémami plánovania výroby MRP2/ERP.
Špecifické produkčné zákony, t. j. „fyzika produkcie“, sa však väčšinou nevyučujú, pričom dôvod je jednoduchý: táto oblasť zatiaľ nebola dostatočne opísaná. Prvý pokus o rozpracovanie takejto „fyziky“ venovanej produkcii uvádzajú Hopp a Spearman (2000), a to v učebnici Factory Physics, avšak bez toho, aby bol dôsledný a striktne sa venoval skutočnej podstate tejto témy. Produkcia sa líši od prírodných vied, ako sú matematika alebo fyzika. Tieto vedy boli rozvíjané v priebehu desaťročí a nakoniec postavené na pevných základoch vedúcich k definovaniu axiómov, viet, dôsledkov a zákonov.
Produkcii však chýba formálna teória, ktorá by viedla k vyššie opísanému kognitívno-heuristickému prenosu znalostí. Samotný dôvod spočíva v povahe témy produkcie. Produkcia je v skutočnosti zložitá veda, a to pre svoju viacrozmernú povahu. Produkčný systém môžeme definovať ako systém (Rüttimann, 2017):
- obmedzení v nedeterministickom prostredí,
- ktorého cieľom je transformovať suroviny na výrobky (fyzická premena),
- ktorého cieľom je dodržiavanie požiadaviek zákazníka,
- s obmedzenou dostupnosťou zdrojov procesu (obmedzené kapacity),
- kde sa uplatňuje vhodná alokácia, t. j. plánovanie zdrojov (optimálne riešenie),
- so sledovaním ekonomických dôvodov minimalizácie plytvania vstupmi a zdrojmi (ROI).
Táto definícia ukazuje nielen to, aké zložité je riadenie produkčného systému, ale aj to, prečo nie je teoretický model jednoduchý. Základom produkcie sú štyri produkčné axiómy označené ako SPQR: rýchlosť (speed), presnosť (punctuality), kvalita (quality) a návratnosť (return); neoddeliteľnou súčasťou tejto úvahy musí byť aj ekonomický výnos (Rüttimann, 2017). Každý produkčný systém nezávislý od priemyselného odvetvia musí vyhovovať týmto axiómom, ktoré zabezpečia životaschopný a udržateľný obchodný model. Výzva definovať komplexnú inherentnú teóriu produkcie bola prvýkrát vyriešená v práci (Rüttimann, 2017), prinajmenšom pre jej fyzikálnu podstatu, ktorá ovplyvňuje dva kľúčové parametre produkčného systému – čas, ktorý ubehne od zadania objednávky zákazníkom do dodania hotového produktu výrobcom (lead-time), a výkonnosť. Práca B. G. Rüttimanna (2017) nielenže definuje niekoľko zákonov špecifických pre produkciu, formalizovaných ako teorémy, dodatky a lemmy, ale tiež obsahuje niekoľko koncepcií týkajúcich sa produkčných systémov z pohľadu ich fungovania. Tieto koncepcie boli definované ako princípy. Teória produkcie má v podstate dvojakú charakteristiku:
- zákony špecifické pre produkciu – súvisia s časom, ktorý ubehne od zadania objednávky do dodania hotového výrobku, polotovarmi prechádzajúcimi cez prevádzku, aby mohli byť spracované a zmontované do hotových výrobkov, a celkovým výkonom prevádzky (v súlade s fyzikálnym modelom);
- princípy súvisiace s produkciou – opisujú alternatívne riešenia spôsobu implementácie a fungovania produkčných systémov; kompetentný subjekt vyberá zásady, ktoré sa majú uplatniť (aplikovaný model implementácie).
Produkčné zákony sú do značnej miery odvodené od základných zákonov o toku (hydraulike) a radení. Tieto zákony nemožno ovplyvniť, zostávajú nemennými a tvoria akýsi nie nový, ale v konečnom dôsledku formalizovaný základ výroby. Tieto vety a dôsledky opisujú vnútorné vlastnosti produkčného systému. To, aké koncepty sa nakoniec použijú pre ten-ktorý produkčný systém, je dané voliteľnými produkčnými princípmi. Kombinácia použitých princípov bude definovať konečný výkon produkčného systému v súlade s produkčnými zákonmi.
Obe časti, produkčné zákony a produkčné princípy, tvoria logiku produkčného systému, ktorú si v ideálnom prípade možno predstaviť ako softvér, ktorý zase definuje, ako sa používa hardvér (t. j. zdroje). Systém sa v skutočnosti skladá z niekoľkých podčastí, ktoré osamote nemajú veľký zmysel. Preto sa vo všeobecnosti produkčný systém skladá z nasledujúcich prvkov:
- suroviny a výrobky, ktoré sa majú vyrábať,
- pracovná sila a zariadenie umožňujúce výrobu,
- princípy definujúce, ako sa má niečo produkovať
- produkčné zákony modelujúce výsledný výkon.
Zatiaľ čo niektoré produkčné zákony budú v rámci seriálu vysvetlené neskôr, niektoré produkčné princípy opíšeme v nasledujúcich riadkoch. Tieto princípy možno rozdeliť na hlavné a sekundárne. Hlavné princípy charakterizujúce produkčný systém sú:
- produkčný princíp,
- výrobný princíp,
- princíp prenosu.
Pod produkčným princípom budeme rozumieť to, ako sa výrobok vyrába, to znamená „vyrábať na objednávku“ pri výrobkoch na mieru alebo „vyrábať na sklad“ pri štandardných výrobkoch. Variant „vyrobiť na ďalšie spracovanie“ nás v tejto súvislosti nebude zaujímať, pretože nás zaujíma iba fyzická premena surovín na hotové výrobky na úrovni výrobnej prevádzky. Výrobný princíp súvisí so spúšťaním výroby alebo prenosom medzi rôznymi pracoviskami podľa konceptov push (tlačiť) alebo pull (ťahať). Analytické porovnanie konceptov push a pull nakoniec vedie k „vete o identite výrobného princípu“, ktorá matematicky definuje dokonalý tok výroby šarže 1 (Rüttimann, 2017). Princíp prenosu sa nakoniec zaoberá množstvom prevedeným z jednej operácie alebo pracovnej stanice na druhú. Možné sú tiež princípy ako „celá dávka“ alebo „jeden kus“, ale aj prechodné varianty ako princíp prenosu „n-kusu“. Sekundárne princípy opisujú ďalšie implementačné koncepty, ako sú:
- princíp plánovania (napr. FIFO, LIFO, najskorší termín doručenia, najkratší čas spracovania),
- princíp debottleneckingu (napr. šírenie, sekvencovanie, paralelizácia),
- princíp radenia (napr. spoločný rad, konkrétny rad),
- princíp prideľovania zdrojov – alokácie (1-k-1, 1-k-m, x-k-1, x-k-m),
- princípy vyváženia (pevná zóna, dynamická zóna, obvod, statické),
- princíp ukladania (napr. náhodný, príbuzný, často používaný) atď.
V našej analýze sa budeme vo väčšom rozsahu venovať zjednodušujúcej segregácii produkčných systémov na job-shop a flow-shop, charakterizujúc produkčné systémy podľa kombinácie hlavných princípov znázornených na obr. 1. Rozlišujeme klasickú dávkovú výrobu a výrobu na princípoch radu (B & Q), tokovú výrobu spoločnosti Ford pre hromadnú výrobu na prenosových linkách (TFL), tokovú výrobu v spoločnosti Toyota na výrobu Lean just-in-time (JIT) s využitím výrobných buniek a kyberneticko-fyzikálny produkčný systém (CPPS) typu Priemysel 4.0.
Kombináciou princípov výroby a prenosu dostaneme teoreticky možnú hlavnú maticu fungovania výroby, ktorá definuje napr. režim „ťahania 1 kusu“ alebo „tlačenia dávky“ (Rüttimann 2017). Cieľom tohto seriálu nie je podrobne vysvetliť tieto princípy teórie produkcie. Cieľom je zamerať pozornosť na skutočnosť, že z tejto explicitne formalizovanej teórie možno logicky opísať produkciu, čo vedie k taxonómii rôznych produkčných systémov.
| princíp | tradičná dávka/rad | TFL masová výroba | Lean JIT | CPPS |
| produkčný princíp | výroba na zákazku/sklad | výroba na zákazku/sklad | výroba na sklad | výroba na zákazku |
| výrobný princíp | tlačenie | tlačenie | ťahanie | tlačenie |
| princíp prenosu | dávka | 1-kus | 1/n-kusov | tbd |
Tab. 1 Taxonómia produkčných systémov definovaná hlavnými princípmi
O Inspire AG
Inspire AG je popredné švajčiarske kompetenčné centrum zaoberajúce sa prenosom technológií do strojárskeho, elektronického a kovospracujúceho priemyslu, financované Švajčiarskou konfederáciou. Vykonáva výskum pre priemysel, vyvíja najmodernejšie technológie, metódy a procesy a rieši problémy vo všetkých oblastiach inovácie výrobkov a výrobných technológií. Pridružená akadémia Inspire sa zameriava na informovanie vedúcich pracovníkov v odbore teórie produkcie a súvisiacich tém. Autori v tomto seriáli ukazujú, že karteziánskej teórii možno dať rozmer teórie produkcie a definovať taxonómiu produkčných systémov. Cieľom autorov je tiež spracovať dostatok vhodných didaktických učebných materiálov pre študentov s využitím nového pohľadu na tému produkcie.
Literatúra
[1] Curry, G. L. – Feldman, R. M. (2011). Manufacturing Systems Modeling and Analysis. Berlin: Springer. Dostupné na: https://doi.org/10.1007/978-3-642-16618-1.
[2] Hagen, H. – Rüttimann, B. (2004). The Automotive Market – The New Challenge for the Aluminium Industry. Aluminium, 80, 5.
[3] Hillier, F. S. – Lieberman, G. J. (2001). Introduction to Operations Research. New York: McGraw-Hill.
[4] Hopp, W. – Spearman, M. (2000). Factory Physics. International Edition, New York: McGraw-Hill.
[5] Ielmini, D. – Pedretti, G. – Ambrosi, E. – Bricalli, A. – Wang, W. – Sun, Z. (2019). Solving Matrix Equations in one Step with Cross-Point Resistive Arrays. PNAS, 116, 4123-4128. Dostupné na: https://doi.org/10.1073/pnas.1815682116.
[6] Inspire Academy (2018). Lean Six Sigma OPEX Curriculum, Inspire AG.
[7] Liker (2004). The Toyota Way, 14 Management Principles from the World Greatest Manufacturer. New York: McGraw-Hill.
[8] Maynard, H. B. – Stegemerten, G. J. – Schwab, J. L. (1948). Methods-Time Measurement. New York: McGraw-Hill.
[9] Ohno, T. (1988). Toyota Production System – Beyond Large Scale Production. New York: Productivity Press.
[10] Rüttimann, B. G. (2015). Discourse about Linear Programming and Lean Manufacturing: Two Different Approaches with a Similar Converging Rational. JSSM, 8, 85-91. Dostupné na: https://doi.org/10.4236/jssm.2015.81010.
[11] Rüttimann, B. G. (2017). Lean Compendium – Introduction to Modern Manufacturing Theory. Berlin: Springer. Dostupné na: https://doi.org/10.1007/978-3-319-58601-4.
[12] Rüttimann, B. G. – Stöckli, M. T. (2016). Lean and Industry 4.0 – Twins, Partners, or Contenders? A Due Clarification Regarding the Supposed Clash of Two Production Systems. JSSM, 9, 485-900. Dostupné na: https://doi.org/10.4236/jssm.2016.96051.
[13] Tolio, W. – Terkaj, T. – Valente, A. (2009). Design of Flexible Production Systems: Methodologies and Tools. Berlin: Spinger Verlag. Dostupné na: https://doi.org/10.1007/978-3-540-85414-2.
[14] Umsetzungsempfehlungen (2013). Für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 – Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. Dostupné na: http://www.plattform-i40.de.
[15] Womack, J. P. – Jones, D. T. (2003). Lean Thinking. New York: Free Press. Zukunftsbild Industrie 4.0, Internet. Dostupné na: http://www.plattform-i40.de.
Publikované so súhlasom autorov.
Bruno G. Rüttimann
ETH Zürich IWF, Zurich, Švajčiarsko
bruno.ruettimann@inspire.ethz.ch
Martin T. Stöckli
Inspire AG, Zurich, Švajčiarsko
stoeckli@inspire.ethz.ch