Система разработки продукции в Toyota. Люди, процессы, технология

Пример того, как стандартизация производственных операций обеспечивает быстрое решение проблем

Принятая в Toyota стандартизация производственных операций дает возможность разработать методологию оценки альтернативных решений проблем проектирования. К примеру, при разработке внешней панели капота производственные стандарты требуют, чтобы капот изготавливался вытяжкой, а не раскаткой и чтобы изготовление капота осуществлялось в три этапа (вытяжка, зачистка, завальцовка). Отдел разработки кузова должен спроектировать капот с учетом изгибов крыльев, формы ветрового стекла и решетки радиатора, предусмотрев место для логотипа. Разработчик создает чертежи нескольких вариантов капота, которые соответствуют названным критериям, но имеют существенные различия. Инженер-координатор параллельных разработок, участвующий в проекте, оценивает выполненные разработчиком чертежи, принимая во внимание:

• их соответствие стандартной компоновке;

• сендзу (технологические чертежи капота предыдущей версии данного автомобиля);

• матрицу качества компонентов (планы обеспечения качества отдельных деталей, о которых пойдет речь в главе 15);

• конкретные задачи, которые ставятся по итогам разборки продукции конкурентов.

Используя данный стандартизированный материал и матрицу качества компонентов, инженер-технолог составляет письменный отзыв о каждом предложении разработчика кузова. При необходимости инженер-технолог может прибегнуть к компьютерному моделированию, однако подобное случается нечасто, поскольку обычно для принятия решения достаточно изучить архив данных по технологии изготовления отдельного компонента. В любом случае благодаря стандартизации и накопленному опыту инженер-технолог весьма оперативно дает отзыв об альтернативных конструктивных решениях.

Инженер-технолог по опыту знает, что глубина капота по периферии – постоянная величина, не превышающая заданного значения, поэтому геометрия передней части капота и кривизна линий крыла в данной зоне не самый животрепещущий вопрос для разработки технологии производства. Однако те же самые факторы чрезвычайно важны в зоне перехода к ветровому стеклу. Здесь инженер по организации производства обращается к готовым сендзу, чтобы определить временную «рабочую версию» конфигурации поверхности с нужными характеристиками и внешним видом. Таким образом инженер-технолог планомерно решает конкретные проблемы, сужая круг альтернативных вариантов и объединяя отдельные характеристики отобранных конструктивных решений в окончательном варианте конструкции.

Такой процесс параллельного проектирования чрезвычайно важен для разработки продукции. Благодаря ему основные участники проекта чувствуют себя хозяевами происходящего. Необходимость в тесном контакте оценивать многочисленные решения на основе конкретных критериев заставляет членов команды генерировать широкий спектр опций. А кентодзу, эскизные чертежи, которые создаются в процессе этой работы, – это первый шаг к созданию чертежей K4, которые будут описаны далее. Этот процесс заметно отличается от подхода многих конкурентов Toyota, где, как уже отмечалось в рассказе про NAC, «ранняя оценка осуществимости» нередко сводится к тому, что инженер-технолог, взглянув на глиняную модель, представляет перечень нереализуемых, с его точки зрения, вещей. В ответ на его «точечные» замечания дизайнеры вносят отдельные исправления, решая одни проблемы, но упуская из виду другие.

В Toyota такой подход неприемлем. Здесь не пускают дело на самотек, позволяя дизайнерам делать большую часть своей работы без учета мнения других специалистов. Члены команды занимаются разработкой кузова сообща и активно взаимодействуют, используя множество источников информации. Прежде чем приступить к решению задач, поставленных в концептуальном проекте главного инженера, команда изучает разобранные модели конкурентов и посещает производственные предприятия. На этом этапе члены команды сообща преобразуют понятие ценности с точки зрения потребителя, определенное в концептуальном проекте, в конкретные технические характеристики и решают проблемы, связанные с проектированием и производством. При этом они остаются верны образу, созданному дизайнерами, которые стараются, чтобы автомобиль привлекал потребителя.

Унифицированная компоновка и использование единых комплектующих

Другой важный аспект этапа кенто – применение унифицированной компоновки, которое опирается на продуманные проектно-конструкторские стандарты и спецификации. Обратившись к базе данных, разработчик кузова может воспользоваться чертежами кузова по любому типу автомобиля. Программное обеспечение позволяет растянуть, сжать или видоизменить элементы конструкции, сохранив важнейшие геометрические соотношения. В итоге эксплуатационные характеристики изделий и их технологичность остаются неизменными. Разработчик старается как можно шире использовать комплектующие, которые входят в состав единой платформы или уже применяются в других моделях. Принцип повторного использования чрезвычайно важен для эффективности и качества, поскольку применение проверенных компонентов существенно снижает вариабельность при разработке продукции и инструмента и изготовлении конечного продукта. Использование единых комплектующих существенно повышает качество и эффективность на дальнейших этапах. Обычно на данной стадии процесса два-три начальника групп из отдела разработки кузова встречаются с группой главного инженера и высшим руководством, чтобы определить иерархию целей и задач по созданию автомобиля.

Когда главный инженер отбирает две-три лучшие глиняные модели, их цифровые модели отправляются группе разработки кузова для детального анализа. Этот этап кенто называется стадией предложения идеи, и в нем участвуют до десяти опытных инженеров. В это же время начинается создание кентодзу (эскизных чертежей). Поскольку инженеры работают с оцифрованными данными, теперь большая часть эскизных чертежей выполняется с помощью САПР.

Анализ базовых целей создания автомобиля и принятие решений

Анализируя главные цели создания автомобиля применительно к кузову, MDT выявляет и решает потенциальные проблемы. Так, если команда главного инженера решит использовать новую систему освещения, предложенную одним из поставщиков Toyota, это может повлечь изменение конструкции приборной панели и передних крыльев, что скажется на технологии изготовления этих компонентов. Инженер, который занимается разработкой кузова, предлагает несколько решений этой проблемы, а инженер по организации производства оценивает их качество и технологичность. Может оказаться, что форма новых фар изменит развертку крыло-капот и передняя часть крыла станет слишком острой, что усложнит производство. Возможно, новые правила техники безопасности в США потребуют повысить уровень поглощения энергии удара бампером, что заставит увеличить вынос бампера, а это отразится на внешнем облике автомобиля. Проблемы такого рода заставляют MDT анализировать множество альтернатив. В команде ведется много дебатов, столь бурных, что порой дело доходит до ссор. Однако принцип «потребитель прежде всего» позволяет разрешить любой конфликт в интересах потребителя.

В этот же период ведутся интенсивные испытания отдельных компонентов и подсистем. При любом отклонении разработчики кузова проводят испытания опытных образцов или осуществляют компьютерное моделирование. Хотя такие испытания часто весьма нехитрые, они всегда основаны на научном методе.

Отдел разработки кузова проводит регулярные (обычно еженедельные) собрания с участием нескольких команд разработки модулей (или «команды разработки комплекса модулей»), чтобы подробно обсудить технические проблемы, график работ, бюджет и конструктивное соответствие различных узлов. Как правило, такие собрания непродолжительны, поскольку еще ранее при помощи специальных средств коммуникации (описанных в главе 14) инженеры проводят предварительные мини-совещания, чтобы обсудить проблему и предложить стандартные и альтернативные решения. Участники должны быть готовы к собранию и к достижению консенсуса. На собрании члены команды ведут обстоятельную и плодотворную дискуссию. Такой образ действий, характерный для бережливой системы, – еще одна иллюстрация интеграции процесса, людей, оборудования и технологии.

Когда замысел будущего автомобиля приобретает более определенные очертания, а из двух глиняных моделей остается одна, инженеры, опираясь на эскизные чертежи, начинают прорабатывать чертежи для параллельного проектирования, которые позволяют заняться подготовкой производства – разработкой технологического процесса, оснастки и зажимных приспособлений. Чертежи на этой стадии уже близки к финальным, которые появятся ближе к дате завершения работ. Поскольку технологические процессы, размеры и конфигурация деталей стандартизированы, инженеры могут начать параллельно проектировать отдельные узлы.

Технология производства в Toyota: обязанности инженера по параллельному проектированию

В 1990-е годы Toyota продолжала добиваться, чтобы технологические требования учитывались на возможно более ранних этапах разработки. Разработчики кузова всегда были прекрасно осведомлены о проблемах производства, регулярно посещали заводы-изготовители и работали на производстве, но в Toyota хотели большего. При новом, более интенсивном процессе параллельного проектирования (на ранних стадиях кенто) ведущие инженеры-конструкторы подключаются к работе групп разработки модулей в качестве инженеров по параллельному проектированию (SE, Simultaneous Engineer) с соответствующей производственной специализацией, работающих в режиме полной занятости. К примеру, команда, которая занимается лицевыми панелями кузова, может включать несколько инженеров по параллельному проектированию, работающих под руководством ведущего SE. Каждый из них курирует разработку 12 и более деталей на протяжении всего проекта.

В начале этапа кенто, перед тем как подключиться к собраниям MDT, которые проводятся каждые две недели, команда инженеров-координаторов изучает информацию о проекте, поступающую в электронном виде. На собраниях, которые проходят в отделе разработки кузова, инженеры анализируют предложенные варианты конструкции, используя производственные данные, откорректированные сендзу (технологические чертежи) и контрольные листки. Нередко обсуждение носит весьма бурный характер. Команда тратит сотни часов на анализ, дискуссии и совместный поиск альтернативных конструкторских решений, которые позволят получить желаемые продукт и процесс его производства.

Это нелегкий период для любого инженера по параллельному проектированию. Совещание команды разработки модулей может продолжаться несколько 12-часовых рабочих дней кряду. Поскольку с этого момента и до начала производства инженер по параллельному проектированию отвечает за определенные детали, у него есть все основания тщательно анализировать качество предлагаемой конструкции и ее технологичность. Он несет полную ответственность за конкретный комплект деталей и отслеживает процесс их разработки от начала и до конца. Такой подход устраняет многократную передачу информации из рук в руки, – проблему, которая порождает потери при традиционном процессе разработки. При этом такой инженер прекрасно понимает, что решения, принятые сейчас, неизбежно отразятся на результативности остальных этапов разработки вплоть до начала производства.

Как отмечалось выше, на основе концептуального проекта главного инженера, данных по оценке качества в процессе эксплуатации, результатов анализа продукции конкурентов и информации о текущем производственном процессе определяются базовые цели создания автомобиля в целом и его отдельных компонентов. Цели, касающиеся качества и рабочих характеристик автомобиля, ориентированы на ценность с точки зрения потребителя. Эти цели преобразуются в конкретные характеристики проектируемых деталей. Чтобы изготовить нужные детали, необходим надежный, стабильный производственный процесс, который обеспечивает соблюдение заданных допусков при разумных общих затратах. Каждый инженер-разработчик кузова и инженер по параллельному проектированию понимают, что следует отказаться от завышенных требований к деталям и необоснованного ужесточения допусков. Важно учитывать основные качественные характеристики продукции с точки зрения потребителя и избавляться от несущественных элементов при решении конкретных задач.

Инженеры по параллельному проектированию должны обеспечить достижение плановых показателей по инвестициям и переменным издержкам

SE отвечают и за достижение плановых показателей по общим затратам и переменным издержкам – речь идет как о затратах на инструментальную оснастку, так и о деталях, которые изготавливаются с помощью этих инструментов. Именно с этого начинается бережливое производство. Главный инженер ставит цели, которые касаются не только качества и эксплуатационных характеристик детали, но и ее эффективного изготовления. Он же определяет целевые затраты, учитывая при этом возможности для их непрерывного снижения. Задача инженеров по параллельному проектированию – как можно раньше включиться в процесс разработки продукции и сделать все, чтобы обеспечить высочайшее качество и оптимальные характеристики продукта и процесса. Такой подход существенно отличается от попыток «улучшить» процесс постфактум.

Процессы бережливого производства стандартизированы и непрерывно совершенствуются, а все участники неукоснительно соблюдают установленные требования. Секрет успеха инженеров по параллельному проектированию, которые имеют широкий круг обязанностей, обеспечивая достижение плановых показателей затрат, качества и эффективности, – заблаговременное решение проблем и строгое соблюдение стандартов. Разработчик кузова и инженер по параллельному проектированию отвечают за соблюдение стандартов производственных процессов на равных. Начальный этап процесса проектирования выглядит следующим образом:

• определение пространства проектных решений или системных требований;

• генерация множества альтернативных решений, касающихся конструкции и процесса на основе существующих стандартов (включая общие элементы конструкции);

• экспресс-испытания и определение целей проекта, анализ всех альтернативных вариантов с учетом затрат, качества и эффективности;

• оптимизация важнейших характеристик каждого из вариантов;

• выявление лучших характеристик;

• целенаправленная проработка избранного конструктивного решения и процесса.

Таким образом, разработка продукта и процесса его создания ведется параллельно, что позволяет избежать дорогостоящих изменений и дополнений на более поздних этапах.

Мидзен боси и посещение производственных предприятий

Готовясь к кенто, инженер по параллельному проектированию проводит много времени на заводах-изготовителях, собирая информацию и беседуя с лидерами команд и операторами, чтобы получить полное представление о текущих производственных проблемах и своевременно принять соответствующие контрмеры. При необходимости SE приглашает членов производственной команды побеседовать с командой разработки того или иного модуля. Это важная часть процесса мидзен боси или встраивания качества при проектировании, в ходе которого инженеры целенаправленно разрабатывают контрмеры. В приблизительном переводе мидзен боси означает «предупреждать ошибку» или «превентивные меры». Это упорядоченный процесс, позволяющий обеспечить создание качественных продуктов и процессов, отвечающих требованиям бережливого производства, на самом раннем этапе разработки. Решающую роль в этом жестко регламентированном процессе играют стандартизированная конструкция и контрольные листки по процессам (речь о них пойдет в главе 6).

Обмен информацией со специалистами функциональных групп

В процессе кенто инженер по параллельному проектированию постоянно обменивается информацией с представителями различных функциональных групп отдела подготовки производства – технологами, конструкторами штампов, инженерами, которые разрабатывают технологическую оснастку, и даже со сборочными бригадами на производстве. Хотя SE имеет обширный опыт, он нуждается в профессиональной помощи названных специалистов, чтобы справиться с технически сложными или неординарными ситуациями. Таким образом, SE становится связующим звеном между дизайнерской студией, отделом разработки кузова, отделом подготовки производства и заводом-изготовителем. SE решает не только технические проблемы, но и вопросы снабжения, помогая координировать работу соответствующих подразделений. С самого начала SE информирует специалистов функциональных групп о целевых показателях затрат, качества и эффективности и учитывает их мнение, формулируя собственные предложения для MDT. Благодаря SE эти специалисты вносят ценный вклад в работу над проектом, и с самых ранних этапов ощущают себя хозяевами происходящего, поскольку именно они помогают SE решать большую часть задач, связанных с технологией производства. Это чрезвычайно важно для достижения целевых показателей эффективности процесса разработки и изготовления продукции. Кроме того, SE работает с организациями, которые занимаются технологической подготовкой. Эта работа также улучшает процесс разработки продукции.

Инженер по параллельному проектированию представляет план

Активный обмен информацией позволяет инженеру по параллельному проектированию получить исчерпывающее представление о целях создания продукта и технологическом процессе. SE составляет технологические карты для всех компонентов и подсистем на листе бумаги форматом А4. Карты проверяет соответствующий функциональный специалист из отдела подготовки производства. Вместе с сендзу и матрицами качества эти карты используются при подготовке к конструированию штампов и технологической оснастки и в ходе предварительной разработки фиксаторов.

Использование средств автоматизированного проектирования

Обеспечить правильный старт на ранних стадиях процесса разработки продукции Toyota помогают достижения в сфере цифровых технологий (о них рассказывается в главе 13). Начиная с самых ранних этапов, проектные команды используют такие передовые инструменты автоматизированного проектирования, как CATIA, которая позволяет анализировать конструктивное соответствие узлов и деталей и создавать виртуальные модели для выявления зон нестыковки (излишков материала и пустот). Нередко процесс включает использование параметрических расчетных моделей, которые при любом изменении конструкции детали предусматривают внесение необходимых корректив в конструкцию всех связанных с ней деталей и инструментов. Современные средства моделирования аварийных ситуаций и производственного процесса дают возможность сократить цикл решения проблем и вносить больше поправок при меньших затратах. Во многих случаях эти средства устраняют необходимость создания сложных, дорогостоящих опытных образцов. Такие технологические инновации способствуют сокращению времени выполнения заказа, снижению затрат и повышению качества продукции.

Раннее решение проблем на этапе кенто: конкретная ситуация

Бережливый процесс разработки продукции представляет собой последовательное решение ряда взаимосвязанных проблем: технических, финансовых, материально-технического обеспечения. Само собой, организации с развитыми навыками решения проблем принимают более качественные и оперативные решения и имеют существенное конкурентное преимущество при разработке продукции. Кроме того, компании, которые успешно решают проблемы, учатся на собственном опыте и накапливают обширную базу знаний, к которой могут обращаться в дальнейшем, не тратя время на повторное решение одних и тех же проблем.

Кенто позволяет ощутимо сократить количество технических изменений и создать процессный поток, который дает компании возможность раньше начинать работы на последующих стадиях. Кроме того, для межфункциональных команд кенто становится структурированным методом заблаговременного принятия контрмер. Это куда дешевле, чем решать проблемы по мере их появления или вносить изменения в конструкцию на более поздних этапах процесса.

Ярким примером благотворного влияния кенто на решение проблем служит эпизод, который имел место в ходе разработки модели Camry. Требовалось изменить дизайн фар, что должно было неизбежно отразиться на конструкции и производстве крыльев, капота и решетки радиатора. Занимаясь этими вопросами на этапе кенто, команда разработки модулей столкнулась с серьезной проблемой. Изменение формы фар привело к тому, что в передней части крыла возникал длинный, узкий выступ (см. рис. 4–4).

Технологи опасались, что это вызовет проблемы при штамповке (закручивание из-за упругого последействия материала) и транспортировке (узкий выступ легко повредить). Эскизы и виртуальное моделирование подтвердили эти опасения. К тем же выводам пришла и команда разработки модулей (см. рис. 4–5). Немного изменив форму капота, команда уменьшила длину выступа крыла и нашла решение, которое удовлетворяло всех (рис. 4–6).

Если бы команда обнаружила данную проблему на более позднем этапе процесса, она бы уже не могла столь же быстро изменить конструкцию. Ей пришлось бы идти на компромисс, учитывая затраты на переделку, – далеко не лучшее решение.

Пример решения проблем на раннем этапе в NAC показывает различия традиционного и бережливого подхода к разработке продукции. Признавая важность решения проблем на ранних стадиях процесса, NAC не создала для этого ни структуры, подобной MDT, ни системы, аналогичной периоду кенто. При выполнении одного из недавних проектов на этапе изготовления опытных образцов поставщик заметил, что конструкция внутренней панели двери багажника очень похожа на ту, что была создана ранее и вызывала сжатие материала и образование складок на поверхности (см. рис. 4–7).

К сожалению, изменение конструкции данной детали требовало изменения прилегающих деталей, работа над которыми тоже достигла этапа создания опытных образцов (см. рис. 4–8).

Поскольку решение о конструкции данных деталей было уже принято и началась разработка инструментов и технологической оснастки, можно было изменить только инструменты для изготовления внутренней панели двери, что позволяло уменьшить, но не устранить образование складок. Изменение массивных штампов было не только очень дорогим, но и весьма трудоемким процессом.