金属製造におけるジョブショップスケジュールを完璧にする

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製造業者は、これまで以上に強力なファイバーレーザー、自動ツール交換を備えたプレスブレーキ、溶接機能の拡張、粉体塗装などに投資してきました。設備投資のリストは続きますが、納期厳守のパフォーマンスは頑固に平凡なままです。ファブリケーターズ・アンド・マニュファクチャラーズ・アソシエーションが毎年発行している「財務比率と業務ベンチマーク調査」によると、過去 10 年間、平均納期厳守率は 77% から 88% の間で推移しています。

確かに、顧客からの変更や材料や購入したコンポーネントの配送がより不安定になるにつれて、サプライチェーンの課題は問題を複雑にしています。深刻な労働者不足や予期せぬ欠勤も助けにはならなかった。それでも、パンデミックが発生するずっと前から、特注製造における納期厳守は平凡であり、ほとんどの製造業者は長年にわたって熟練した労働力不足に対処してきました。それで、何が与えられるのでしょうか？

お店はスケジュールを設定しますが、それを遵守しません。争奪戦が続く。残業はイライラとともに増えていきます。根本原因は数多くあり、ビジネスのあらゆるプロセスにまで波及する可能性があります。問題を改善することは複雑なパズルであり、重要な部分には、より良いスケジュール方法を見つけることが含まれる場合があります。

すべてのカスタムファブショップには独自の顧客構成があり、スケジュール設定の課題の背後にある理由は数えきれないほどありますが、その多くは 1 つの重要な領域、つまり適切な情報の欠如に対処しています。他のことと同じように、スケジュールに関しても、ゴミを入れたり、ゴミを出したりします。

フロリダ州ブレーデントンにある事前計画およびスケジューリング（APS）ソフトウェアのプロバイダー、ATS Lean Scheduling Internationalの副社長ダン・ハーン氏は、「企業がデータの面でより良くなっているのを何年も見てきた」と語った。データは依然として私たちの主要な問題の 1 つですが、良質でクリーンなデータを持つメーカーと協力できれば、それは天の恵みです。

「最近、人材や資材に関して多くの問題が発生しており、店舗は優秀な人材の一貫したグループを維持するのに苦労しています」とハーン氏は続けた。「彼らは現在、スケジュールを変更したり、再シャッフルしたり、変化に対応したりする能力を私たち（APS ソフトウェアプロバイダー）に期待しています。」

データ収集が依然として問題の中心です。その一部は、更新が必要な不格好なソフトウェアに格納されている可能性があります。そして、最も洗練されたソフトウェアであっても、ガベージインとガベージアウトは依然として適用されます。メーカーが実際に利用可能な容量を把握していない場合、利用可能な容量に基づいてスケジュールを立てるのは困難です。

プレスブレーキのオペレーターが特定の曲げ作業を開始した後、工場のフロア全体の工具室から工具を取り出す必要があることに気づいたと想像してください。そこで、彼は歩き、工具を取り出し、セットアップして仕事を実行し、最後に仕事から退出します。システムでは作業に 30 分かかったと言っていますが、実際には、オペレーターが機械をセットアップして部品を実行するのに要した時間は半分もかかりませんでした。その仕事が継続的に発生する場合、問題は簡単に特定できる可能性があります。（結局のところ、現場に行くということはそれがすべてなのです。）しかし、製品が混在する業務では、このような無駄なタスクやその他の多くの無駄なタスクが隠蔽され、気付かれないままになる可能性があります。

ここでは、マシンの直接接続と監視が役に立ちます。同じシナリオを想像してみてください。この場合のみ、マシン自体が各ジョブの実際の稼働時間とセットアップ時間、および人員要件 (オペレーター、フォークトラックの運転手、マテリアルハンドラー、おそらく専任のセットアップ担当者) を自動的にレポートします。そのデータにより、使用時にツールを使用するなどの改善点がすぐに明らかになります。より広い意味では、この接続により、制作中に実際に何が起こっているかが明らかになります。

「正直に言うと、APS は実装が難しいです」と、リーンスケジューリングインターナショナルの創設者であり、高生産性のスケジューリングの課題を詳しく説明した書籍『スケジューリングに関するリトルブルーブック』の著者であるマイクリデル氏は述べています。ミックスショップ。「どの企業も異なり、その違いが競争上の優位性です。重要なのは、その違いを APS に組み込むことができるかどうかです。」

図 1. 青が最初に実行されると、3 つの注文を処理するのに 11 日かかります。

ハーン氏はさらに、「メーカーごとにプロセスが異なり、プロセスが異なるため、それらのプロセスを改善するために [APS] ツールを成形できる必要があります。」と付け加えました。

2 つの精密板金店が似たような機械を持っているかもしれませんが、顧客は異なります。ショップにある程度の完成品在庫を保持することを要求する人もいるかもしれません。他の顧客 (芝生や庭園など) には季節性の高い需要がある可能性があるため、スケジュールではその需要の変動を考慮する必要があります。さらに他の顧客は、製造業者が外部サービスや購入したコンポーネントに大きく依存するような特定の仕事に就いていますが、APS が考慮する必要がある変数はさらに多くあります。

「1 つのジョブショップでは、バッチで 20,000 個の部品を生産する可能性があります。同じ機械で同じ部品を何度も繰り返すため、スケジュールを立てるのが簡単です」とハーン氏は言います。「また、非常に小さなバッチを実行する人もいます。つまり、切り替えと、ルーティングを通じて材料を最適に処理する方法に焦点を当てる必要があります。」

このように需要が変化するため、WIP に関してはさまざまな戦略が推進されます。一部の店舗では、下流業務が利用できる部品スーパーマーケットを維持するために、特定のサブコンポーネントを事前に実行します。また、どの部品が必要になるか分からないため、事前に生産することができない企業もいます。

これにより、パンチとレーザーでさまざまなオーダーリリースとネスティング戦略が推進されます。巣を埋めるためのスケジュールを前倒しすることに意味があるでしょうか? あるいは、ショップは残材を管理するべきでしょうか、それとも過剰なスクラップを処理するだけでしょうか? また、さまざまなジョブが 1 つのシート上に動的にグループ化されていますか、それとも特定の切断リソースが特定の顧客のみに割り当てられていますか? 異なるグレードや厚さのシートが必要な作業についてはどうすればよいでしょうか? サブコンポーネントを工場の切断作業センター間でどのように分散させ、順序付けする必要がありますか?

また、今日の最新の機器にとって特に重要な予防メンテナンスの時間についてはどうでしょうか? たとえば、超高出力レーザーを使用する一部の店舗では、スラットの清掃に数時間、あるいはシフト全体を費やすこともあります。自動化に接続された 20 kW レーザーは、異常に生産性が高くなります。部品の積み降ろし自動化システムのフォークが、ベタベタしたスラットに溶接された溶融金属がついたカットシートを持ち上げようとしてクラッシュするまでは。スラットを清掃し、冷却装置をメンテナンスし、機械の作業範囲を洗浄する必要があり、これらの作業に必要な時間と人員を考慮してスケジュールを立てる必要があります。

オペレーションに良好でクリーンで正確なデータがある場合、スケジュールの機会が前面に出ます。たとえば、リデル氏は著書の中で、特に各ジョブのセットアップや共有リソースでの実行時間が異なる場合、製品が混在するショップにおけるジョブの順序付けの重要性について説明しています。

図 1 は、同じ 3 台のマシンで実行する必要があり、それぞれ異なる実行時間を持つ 3 つのオーダーを示しています。ここで図 2 を考えてみましょう。青、緑、オレンジのジョブからオレンジ、緑、青の順に順序を切り替えると、ショップは 3 つの注文すべてを 27% 早く完了できるようになります。複数のマシンやバリューストリームに対して戦略的なシーケンスを何度も実行することで、利用可能な容量が急増します。すべて、人を雇用したり、追加の機器を購入したりする必要はありません。

金属製造のコンテキストでは、プレスブレーキ部門の監督者がブレーキベッド全体に共通のツールを配置して 1 つのセットアップにグループ化する一連の曲げジョブを考えてみましょう。オペレーターがツールを変更する必要がないため、このセットアップは理想的です。このようにジョブをグループ化すると、ブレーキ部門はこれら 3 つのジョブを記録的な速さで作成します。

それでも、共通の設定を持つこれら 3 つのジョブは、プレスブレーキとそのオペレーターという 2 つの有限なリソースを拘束します。これら 3 つのジョブが図 1 のガントチャートの青いジョブを表していると想像してください。これらのジョブを一緒に実行すると、キュー内の他のジョブが遅延します。これら 3 つのプレスブレーキジョブが分割された場合、他のジョブがルーティングに沿って進行できるように「レーンを開く」ことができます。確かに、このシーケンスではさらにいくつかのプレスブレーキのセットアップが必要になりますが、追加の時間は、新しいシーケンスによってもたらされる時間の節約 (および追加の生産能力) を補って余りあるものになるでしょう。

図 2. Orange が最初に実行されると、3 つの注文すべてを処理するのにわずか 8 日かかります。

マルチプロセスセルではシーケンスも重要です。ダラスに本拠を置くヒューマティクス・プレシジョン・メタル・ワークス社の最高経営責任者（CEO）ロバート・ヘイスティ氏は昨年のインタビューで、空気成形する新しいプレスブレーキとボトミング操作を実行する別の古いプレスブレーキを含むブランキングおよび曲げセルを通るジョブフローを同社がどのように管理しているかについて説明した。。新しい電気ブレーキは非常に迅速にセットアップできます。通常、最初に形成される部分は良好な部分です。古いブレーキはそれほど大きなものではありませんが、適切な戦略的順序を設定すれば、大きな違いを生み出すことができる生産能力をまだ持っています。さらに、古いブレーキのボトミング操作により、特定の作業にとって重要な高品質の鋭い曲がりが生じる可能性があります。

この場合、ボトミングが予定されているいくつかの部品がネストされ、最初にレーザーで切断され、その後すぐに古いプレスブレーキに流れ、そこでオペレータはセットアップを開始して試験片の曲げを開始できます。レーザーで処理された次の部品の入れ子は、新しい電気ブレーキで空気成形される予定です。レーザーの次は、底に落ちる運命にある部品の巣です。スマートなシーケンスのおかげで、これらの部品は、オペレーターがセットアップを完了した直後に古いプレスブレーキに到達します。最終的に、古いブレーキと新しいブレーキのオペレーターは、ほぼ同時にそれぞれの作業を完了します。これはすべてシーケンス制御のおかげです。

ヘイスティ氏が 2022 年のインタビューで語ったように、「ハイブリッドセルラーレイアウトの成功に関しては、シーケンスがすべてです。」

もちろん、Humanetics は Excel シートなどを使用してこれを手動で解決したわけではありません。カスタムファブリケーターはたまたま、カスタムプログラムを開発する独自のソフトウェアチームを雇用しています。その 1 つは、会社の既存のスケジューリングシステムを強化する一種の「ボトルネックシミュレーター」です。

このショップがソフトウェアを使用しているのには、リデル氏とハーン氏も同意する理由があります。つまり、最初の注文から最終出荷に至るまで、バリューチェーン全体で点と点を結び付けるシーケンスのスケールアップは、非常に複雑になります。たとえば、組み立てにおける小さな変更が、溶接、曲げ、切断に波及効果をもたらす可能性があります。サプライチェーンと労働力の複雑さが加わると、波紋は深刻な波に変わる。

「ソフトウェアなしでこのようなことを行うのは本当に不可能です」とリデル氏は言う。「すべてがどのようにつながっているかを見ることは不可能です。それは巨大なルービックキューブを解くようなものです。1 つの変数が変化すると、他の面がどのように変化するかを確認する必要があります。」

ファブショップがスケジュール戦略を変更したいと考えているとします。エンタープライズリソースプランニング (ERP) プラットフォームのスケジュール機能に依存している可能性があります。おそらく手動でスケジュールを設定するか、何年にもわたって構築された社内システムに依存している可能性があります。何を使用していても機能しないため、スケジューリングを次のステップに進めることにしました。適切な期待を持って始めるのが健全なスタートです。すべての製造業、特にジョブショップでは、スケジュールは常に進化しており、常に不完全です。

「私たちは80対20ルールに重点を置いています」とリデル氏は語った。「メーカーは、20% の労力で、スケジュールの問題に対する 80% の解決策を得ることができます。これにより、人々は、APS 導入の大きな罠の 1 つである完璧さの追求から逃れることができます。」

しかし、リデル氏は、80対20ルールを導入する前に、店舗がスケジュール設定から一歩下がって、幅広く考えることを推奨しました。彼は著書の中で次のように書いています。「このプロセスでは、解決しようとしているビジネス上の問題を徹底的に考えて明確に文書化し、成功した場合に得られるメリットをすべてリストアップする必要があります。問題は、彼らが仕事を提供していることかもしれません」遅ればせながら顧客を失いつつあり、変化する顧客の要求に十分迅速に対応できていないのです。」

問題を定義すると、範囲を特定するのに役立ちます。たとえば、製造業者は、奇妙な購入やサプライヤーの手配が必要な特定の仕事に大幅に遅れる可能性があります。この仕事は頭痛の種だが、それは店の根幹の仕事ではない。本当の問題、つまり店舗の中核となる収益を左右するアカウントにとって許容できない配送パフォーマンスを定義すると、焦点が変わります。結果として得られるスケジューリングソリューションは完璧ではなく、その異常なジョブに関連するすべての問題を解決できるわけではありません。しかし、雑務が店の中核となるワークフローに与える影響は最小限に抑えることができるだろう。

図 3. 変化はビジネスプロセスから始まります (中央)。スケジューリングシステム (APS) は、これらのプロセスを中心に構築、カスタマイズ、統合されます。そして、システム全体が、工場、購買、注文入力という 3 つのタッチポイントと対話します。

ショップが問題を定義したら、評価が始まります。リデル氏は次のように書いています。「ビジネスがどのように機能するのか、つまり企業が特定の方法で物事を行う理由や特定のビジネス上の問題が何かを知らずにソリューションを推奨するのはばかげているでしょう…ソリューションは内側から外側まで設計される必要があります。ビジネス上の問題は、新しいビジネスプロセスがどのようなものであるべきかのビジョン。」

このフェーズには、注文入力から製造前まで、オフィスでの注文の処理方法が組み込まれており、従業員が仕事を進めるために必要なものがすべて旅行者やその他の仕事の文書に用意されていることを確認します。

評価の後は設計段階に入ります。設計文書には、情報がどのように流れるか、データがどこに保存されるか (理想的には 1 か所のみ、つまり単一の信頼できる情報源) が図示され、データの計算方法の説明も含まれています。 Liddell 氏は次のように書いています。「フローチャートは、さまざまなシステム間でデータがどのように流れるか、そしてそれを達成するために必要な作業を明確に示します。これには、APS システムから ERP や他のシステムに送信する必要があるデータが含まれます。製造現場のデータ収集システムです。」

同氏は、ほとんどのスケジューリングプラットフォームは 3 つのタッチポイントを中心に構築されていると付け加えました (図 3 を参照)。 1 つ目は注文入力です。これは、注文の工順と部品表を作成し、生産能力情報に基づいて納期をスケジュールします。次は購買です。これは原材料がいつ必要になるかを連絡します。次に、受け入れ担当者 (作業によっては他の人) が、原材料が実際に入手可能になった時点を記録します。 3 番目のタッチポイントはプラント自体です。工場は製造現場のスケジュール (推定時間に基づく) を受け取り、製造現場のトランザクションを記録します (実際の時間を記録します)。

ここからスケジューリングロードマップが生まれます。この文書は、リデル氏が書いているように、「新しいシステムがあらゆる機能領域にどのような影響を与えるかを説明しています…スケジューリングロードマップを作成するプロセスでは、全員が提案を行い、ソリューションの一部になる機会が与えられます。」」

このマップは、フォークリフトの運転手、機械オペレーター、溶接工など、あらゆる人に、情報と作業がどのように流れるのか、ある領域の変化が他の領域にどのような影響を与えるのか、そして最も重要なことに、なぜ物事を変える必要があるのかを説明します。リデル氏が著書の中で述べているように、「実のところ、スケジューリングシステムが失敗する最大の理由の 1 つは、最も利益を得ることができる人たちが、なぜ変更する必要があるのかを理解していないことです。」

開発段階では、スケジューリングソフトウェアプラットフォームの実用モデルを作成します。これも 80-20 ルールに基づいて設計されており、労力の 20% で問題の 80% が解決されます。後続のテストには、注文の入力、変更、削除など、特定のビジネスシナリオに対して文書化されたスクリプトの実行が含まれます。

次に導入フェーズが来ます。このフェーズでは、ショップは従来のスケジュールシステムと新しいスケジュールシステムを並行して実行して、結果を検証します。 80 対 20 ルールに重点を置きながら、問題は解決されます。リデル氏は、実装の初期段階は、たとえそれがどれほど軽微でまれな問題であっても、人々が遭遇するすべてのスケジュール問題に対処するために、追加機能を追加する時期ではないと書いています。「安定性を確保することに集中することが優先されるべきです。なぜなら、終わりのないエラーと問題の蒸気ほど新しいシステムに対する信頼を急速に破壊するものはないからです。」

スケジュールが安定すると、プロセス全体が再び好循環で始まります。主要なスケジュールの問題が解決されたことで、範囲外だった問題が 20% の労力で解決できる問題の 80% に移行しました。

問題の核心は、サイクルタイム、見積と注文処理、資材の入手可能性、従業員の勤怠、誤った情報による手戻り、サプライチェーン内のコミュニケーションの誤り、トレーニングの欠如、従業員間およびシフト間のパフォーマンスのばらつきなどのばらつきにあります。作業の変動性が大きければ大きいほど、処理ステップ間でより多くの変動を吸収する WIP が必要になり、工場のリードタイムも長くなります。

リデル氏は、「すべての植物が抱える根本的な問題は、すべてがつながっているということです。あることが起こると、人々はそれが他のものにどのような影響を与えるのかを知りません。」と述べています。

金属の製造には、製品の製造と納品に至る一連の相互作用が関係します。すべての行動には反応があります。データ収集、予知保全、機械監視、生産管理、そして (もちろん) スケジューリングソフトウェアの進歩により、工場現場の正確な全体像が描かれ続けています。

しかし、工場の床は依然として非常に複雑であり、それを管理する人々と同様に、決して完璧ではありません。

図は、Mike Liddell 著『The Little Blue Book On Scheduling』 (フロリダ州パルメット: Joshua1nine Publishing、2008 年)、51 ～ 53、81 ページからのものです。許可を得て転載しています。