Wszystko, co musisz wiedzieć o planowaniu layoutu

Pojęcie planowania layoutu (niem. Layoutplanung) łączy dwa terminy o następującym znaczeniu:

• Layout: rozplanowanie, plan lub projekt; rozumiany także jako szczegółowa wizualizacja koncepcji przeznaczonej do późniejszej realizacji
• Planowanie: myślowe wyprzedzenie działań poprzez rozważenie i porównanie możliwych wariantów

Oba pojęcia wyrażają dążenie do ukształtowania przyszłego stanu.

Zasadniczo rozmieszczenie całego wyposażenia w fabryce powinno zapewniać możliwie najniższą pracę transportową i najniższe koszty. W fabryce znajduje się wiele obiektów rozmieszczanych, takich jak maszyny, stoły robocze czy regały magazynowe, które mogą być źródłem transportów.

Dlatego optymalne rozmieszczenie w layoucie to prawdziwe wyzwanie dla planisty – musi on ogarnąć w jednej analizie nawet setki różnych relacji transportowych. To już zadanie z zakresu planowania przepływu materiałów. Obok transportów ważnym czynnikiem w planowaniu layoutu jest także zapotrzebowanie na powierzchnię dla wyposażenia i materiałów, ponieważ w dużym stopniu wpływa ono na koszty powierzchni.

Aby zredukować złożoność planowania layoutu fabryki do rozsądnego poziomu, a zadania uczynić łatwiejszymi do podziału i opanowania, planuje się w poziomach hierarchicznych (zob. rysunek obok). Z jednej strony skraca to czas planowania, z drugiej pozwala w tym samym czasie uzyskać lepsze rozwiązania. Poziom szczegółowości planowania layoutu rośnie z każdym niższym poziomem – od zakładu produkcyjnego (szary) przez halę (niebieski) aż po gniazdo produkcyjne (zielony).

W procesie planowania stale przechodzi się między poszczególnymi poziomami analizy, niezależnie od postępu prac. Dlatego ważne jest, aby wcześnie i możliwie precyzyjnie zdefiniować rozgraniczenie poziomów. To znacznie ułatwia planowanie layoutu na późniejszych etapach.

Przy tworzeniu trwałej koncepcji fabryki pojedynczy dzień to tylko krótka migawka. Znacznie ważniejsze jest spojrzenie na produkcję w dłuższym horyzoncie czasowym i znalezienie optymalnego rozmieszczenia, które przy zmieniających się warunkach będzie wymagać jedynie minimalnych korekt. To oszczędza czas i koszty.

Podstawowa koncepcja nie zmienia się już w krótkim okresie. Aktualny, dobrze ustrukturyzowany layout pozwala jednak szybko wdrażać drobne zmiany w codziennej pracy.

Model fabryki zawiera wszystkie obiekty niezbędne do zaplanowania zakładu produkcyjnego. Należy przy tym uwzględnić obiekty ruchome (wyposażenie) i nieruchome (budynki). W layoucie następuje ostatecznie przestrzenne rozmieszczenie wszystkich obiektów oraz analiza ich współdziałania, głównie pod kątem powierzchni i przepływu materiałów.

Podstawowe metody planowania layoutu nie zmieniły się, jednak rozwój technologii – zwłaszcza informatycznych – mocno wpłynął na sposób ich stosowania. Zmiana dotyczy przede wszystkim wsparcia planisty w pracochłonnych, ręcznych czynnościach przez mechanizmy automatyczne. Różnice stają się jasne, gdy porównamy planowanie analogowe i cyfrowe.

Planowanie na papierze można rozumieć jako dwuwymiarowe, analogowe planowanie layoutu. Obiekty rozmieszczane fabryki wycina się w postaci papierowych szablonów w skali (np. 1:100), a następnie układa na wydrukowanym lub narysowanym rzucie hali. Planowanie na papierze wywodzi się z epoki przedcyfrowej, ale częściowo stosowane jest do dziś.

Zaletą planowania na papierze jest łatwość wspólnej pracy przy jednym stole i wymiany pomysłów. Dzięki temu powstaje kreatywny proces poszukiwania rozwiązań. Przygotowanie prostych papierowych szablonów jest też stosunkowo szybkie i tanie. Wadą planowania analogowego jest jednak brak komputerowej mocy obliczeniowej przy złożonych zadaniach, takich jak planowanie przepływu materiałów; również efektywne zapisywanie i dalsze wykorzystywanie różnych wariantów i stanów pracy jest bardzo uciążliwe. Praca w rozproszonych lokalizacjach jest znacznie utrudniona lub wręcz niemożliwa.

Tu do gry wchodzi planowanie cyfrowe, które eliminuje wady planowania na papierze, a jednocześnie umożliwia wspólną pracę i wymianę pomysłów. Planowanie cyfrowe poszerza możliwości także o realistyczne planowanie 3D, które pozwala m.in. uniknąć błędów wynikających z kolizji wysokości (np. zbyt niska brama), oraz umożliwia obliczanie i wizualizację ad hoc setek relacji transportowych i innych wskaźników planistycznych, gdy tylko uczestnik planowania przesunie wyposażenie w layoucie. Dzięki temu jakość i akceptacja rozwiązań wyraźnie rosną.

Aby wspólną pracę znaną z planowania na papierze przenieść do świata cyfrowego, oprogramowanie musi być łatwe w obsłudze, udostępniać odpowiednią bibliotekę modeli, a w razie potrzeby obsługiwać także sterowanie dotykiem na odpowiednich urządzeniach. Dzięki temu w proces planowania można włączyć znacznie więcej osób, które są ważne dla wymiany pomysłów i wypracowania rozwiązania.

Dopiero w drugim kroku rozplanowuje się szczegółowo tak rozmieszczone segmenty produkcyjne – i to tylko wtedy, gdy layout idealny lub blokowy został zatwierdzony. Powodem jest nakład czasu, który przy layoucie szczegółowym rośnie wielokrotnie, ponieważ trzeba uwzględnić znacznie więcej obiektów rozmieszczanych i warunków brzegowych. Layout zgrubny można odrzucić dużo łatwiej i szybciej niż w pełni rozplanowany layout szczegółowy.

Obszar produkcyjny, który wcześniej był odwzorowany tylko jako blok, zostaje później rozłożony na pojedyncze obiekty planistyczne. Layout szczegółowy prowadzi ostatecznie do dokładnego planu rozmieszczenia, który służy do realizacji w fabryce i pokazuje przyszłe ustawienie całego wyposażenia.

Zasadniczo zawsze sprawdza się podejście top-down. Konkretnie oznacza to: w pierwszym kroku upraszcza się przedmiot planowania tak dalece, jak to potrzebne, np. kształtując layout wyłącznie za pomocą prostych bloków i całych segmentów produkcyjnych (np. gniazd produkcyjnych). Liczba obiektów rozmieszczanych zostaje mocno zredukowana, co umożliwia bardzo szybkie, wstępne planowanie. W rezultacie powstaje tzw. layout idealny lub layout blokowy.

Niezależnie od tego, czy chodzi o layout idealny, blokowy czy szczegółowy – zawsze istnieją różne warianty do porównania. Praca transportowa i zapotrzebowanie na powierzchnię to dwa najważniejsze wskaźniki. Rolę mogą odgrywać także inne aspekty, jak krzyżujący się ruch, koszty systemu transportowego czy wymagania wobec określonych obszarów funkcjonalnych (np. pomieszczeń czystych) – i one również są uwzględniane przy porównywaniu wariantów layoutu.

Aby planista mógł skupić się na miękkich czynnikach porównania wariantów, oprogramowanie wspiera go w obliczaniu głównych wskaźników i złożonych zależności na podstawie cyfrowego layoutu. Warianty layoutu można więc bardzo szybko porównać i wybrać na podstawie wskaźników; pozostałe warianty zespół analizuje następnie szczegółowo.

Celem cyfryzacji jest stworzenie spójnego, łatwego do rozbudowy modelu fabryki – niezależnie od tego, czy jest on dwu-, czy trójwymiarowy. Podstawą jest biblioteka modeli, która w idealnym przypadku zawiera całe wyposażenie fabryczne potrzebne do planowania layoutu. Modele planistyczne muszą być wymiarowo poprawne, łatwe do odnalezienia i identyfikacji oraz powinny być dostępne w poziomie szczegółowości odpowiednim dla planowania layoutu fabryki.

Zasadniczo rozróżnia się przy tym dane budynków i dane wyposażenia. Istniejące budynki zmieniają się z reguły tylko nieznacznie, natomiast budynki nowo projektowane mogą w procesie planowania zmieniać się mocno. Cyfrowy model budynku musi dawać się rozłożyć na kondygnacje, aby można było je rozplanowywać.

Wyposażenie jest wykorzystywane w planowaniu layoutu jako ruchome obiekty rozmieszczane i z reguły już się nie zmienia. Trafia do biblioteki modeli jednorazowo jako obiekt planistyczny. Bardziej złożone instalacje rozkłada się na modele składowe tak, aby można je było rozmieszczać zgodnie z potrzebami.

Największym wyzwaniem jest – obok samej inwentaryzacji – skuteczne udostępnienie tych cyfrowych danych planiście. Jego zadaniem jest przecież znalezienie optymalnego rozmieszczenia w fabryce. Wygenerowanie potrzebnych do tego geometrii, a ostatecznie obiektów planistycznych, to działanie przygotowawcze.

W planowaniu layoutu fabryki obowiązuje zasada „tak szczegółowo, jak to konieczne”. W zależności od fazy planowania powinny być dostępne odpowiednie modele. Mogą to być proste układy bloków (ogólnie zwizualizowana grupa produkcyjna w layoucie blokowym) lub szczegółowy model maszyny od dostawcy (z panelem sterowania, drzwiami i sygnalizatorem w layoucie szczegółowym). Cyfrowe biblioteki modeli można wykorzystywać i zarządzać nimi z różnych lokalizacji.

Decyzja zależy od celu planowania. W uzyskaniu jasności pomagają następujące pytania:

Poniższa ilustracja pokazuje przykładowe poziomy szczegółowości modelu planistycznego wtryskarki w 2D i 3D. Szczegółowość rośnie od lewej do prawej. Nakład pracy na przygotowanie modelu planistycznego i jego jakość trzeba ze sobą wyważyć. Wybór poziomu szczegółowości powinien zależeć przede wszystkim od tego, czy pozwala on osiągnąć cel planowania.

Przykładowo w pierwszym poziomie szczegółowości (po lewej) model 3D pozwala na dość dokładne rozmieszczenie blokowe wyposażenia z uwzględnieniem wysokości całkowitej. Jeśli wysokość nie odgrywa żadnej roli, wystarczyłoby czyste odwzorowanie 2D. Nie da się jednak rozpoznać takich elementów, jak podawanie materiału, strona obsługi czy wysokości częściowe. Jeżeli mają one istotne znaczenie w planowaniu, lepszy będzie trzeci poziom szczegółowości (drugi od prawej). W widoku 2D stronę obsługi należy wtedy w razie potrzeby oznaczyć odpowiednią symboliką. Jeśli model ma być bardzo dokładnie identyfikowalny i służyć do prezentacji, łącznie z wirtualną rzeczywistością, szczególnie dobrze sprawdza się czwarty poziom szczegółowości (po prawej) – wyłącznie w 3D – ponieważ detale są tu rozpoznawalne jak w realnym produkcie i dobrze wspierają wizualizację w skali 1:1.

Wysoki poziom szczegółowości nie oznacza automatycznie bardzo dużej ilości danych. Dobrze zoptymalizowane modele planistyczne mają zaledwie 1/100 do 1/1000 pierwotnej wielkości oryginalnych danych produktowych lub CAD – tylko dzięki temu rozmieszczenie tysięcy obiektów w cyfrowym modelu fabryki jest w ogóle możliwe.

Podobnie jest z danymi budynków. Poniższa ilustracja pokazuje możliwe poziomy szczegółowości w zależności od zastosowania. Szczegółowość rośnie od lewej do prawej.

W pierwszym poziomie (po lewej) ograniczenia przestrzenne – zarówno w rzucie, jak i na wysokości względem instalacji technicznych – są uwzględniane w sposób ogólny. Jeśli w planowaniu mają być brane pod uwagę także otwory drzwiowe i okienne, potrzebny jest co najmniej drugi poziom szczegółowości (środek); realistyczna wizualizacja wymaga poziomu trzeciego (po prawej).

Layout to także cyfrowy dokument. W idealnym przypadku odwzorowuje fabrykę w stanie aktualnym lub planowanym. Taki model fabryki umożliwia również dokumentowanie całego wyposażenia wraz z jego właściwościami (nazwa, funkcja, inwestycja itd.). Aktualny, pielęgnowany layout jest więc ważnym elementem zarządzania jakością fabryki i może służyć jako platforma komunikacji dla wszystkich zaangażowanych w organizacji – zarówno w poziomie, jak i w pionie.

W wielu przypadkach widok 3D w oprogramowaniu planistycznym pomaga unikać błędów planowania i wspiera bieżącą eksploatację fabryki. Rolę odgrywają przy tym następujące aspekty: