9789144126425 by Smakprov Media AB

Hållbara produktionssystem

Länken mellan teknik och ekonomi med ett globalt perspektiv

Jan-Eric Ståhl

Christina Windmark

HÅLLBARA

PRODUKTIONSSYSTEM

Länken mellan teknik och ekonomi med ett globalt perspektiv

Jan-Eric Ståhl

Christina Windmark

Kopieringsskydd

Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och studenters begränsade rätt att kopiera för undervisningsändamål enligt Bonus Copyright Access kopieringsavtal är förbjuden. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman eller

Bonus Copyright Access.

Vid utgivning av detta verk som e-bok, är e-boken kopieringsskyddad.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman eller rättsinnehavare.

Studentlitteratur har både digital och traditionell bokutgivning. Studentlitteraturs trycksaker är miljöanpassade, både när det gäller papper och tryckprocess.

Art.nr 39931

ISBN 978-91-44-12642-5

Upplaga 1:1

www.studentlitteratur.se

Studentlitteratur AB, Lund

Omslagsdesign: Jesper Sjöstrand/Metamorf Design Group

Omslagsbild: Shutterstock

Printed by BALTO print, Lithuania 2022

Innehållsförteckning

1 INDUSTRIELL PRODUKTION ..................................................................... 19 1.1 Begrepp och definitioner ..................................................................... 19 1.1.1 Industriella tillverkningsmetoder ............................................ 20 1.1.2 Produktframtagning 22 1.1.3 Kund- och produktionsvärde samt kärnverksamhet .............. 26 1.2 Tillverkningsindustrins förutsättningar................................................. 28 1.2.1 Trender och samhällsutmaningar ......................................... 29 1.2.2 Hållbar utveckling.................................................................. 31 1.2.3 Kritiska råvaror ...................................................................... 31 1.3 Tillverkningsindustrins utveckling........................................................ 32 1.4 Samverkan och integration inom företag ............................................ 37 1.4.1 Intern företagsintegration ...................................................... 38 1.4.2 Produktionsteknisk utveckling i linje med Next Step ............. 39 1.5 Produktionsutveckling och forskningsparadigm .................................. 41 1.6 Utveckling av produktion i tillväxtländer .............................................. 42 1.7 Tillverkningsindustrins olika branscher ....................... ........................ 45 2 PRODUKTIONSTYPER OCH LAYOUTER ................................................. 49 2.1 Tillverkning av produkter och komponenter ........................................ 49 2.2 Huvudtyper av layouter vid tillverkning ............................................... 51 2.3 Flödes- och transferlinjer .................................................................... 54 2.3.1 Flödeslinjer ............. 54 2.3.2 Transferlinjer ......................................................................... 55 2.3.3 Uppbyggnad av flödeorienterad tillverkning .......................... 56 2.4 Produktverkstäder och flödesgrupper ................................................. 64 2.5 Fraktala fabriker .................................................................................. 65 2.6 Gruppteknologiska synsätt ................................................................. 67 2.6.1 Gruppteknologibaserad flödestillverkning ............................. 67 2.6.2 Strategisk gruppteknologi och produktion ............................. 70 2.6.3 Modularisering och plattformstänkande ................................ 71 2.7 Flexibel tillverkning och flexibla flödesvägar ....................................... 72 2.7.1 Numerisk styrning, NC, CNC och CADCAM ......................... 74 2.7.2 FMS och CIM ........................................................................ 82 2.7.3 Formationer för flexibla tillverkningssystem .......................... 84 2.7.4 Funktioner i ett flexibelt tillverkningssystem .......................... 87 2.7.5 Samordnande och övervakande enhet ................................. 91 3 PRODUKTIONSTIDER OCH KOSTNADER ............................................... 93 3.1 Produktionstid och takt ....................................................................... 93

12 © FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB 3.1.1 Tidsåtgång och takt vid serietillverkning ............................... 93 3.1.2 Tidsåtgång och takt vid flödestillverkning ............................. 99 3.1.3 Övergripande produktionskapacitet .................................... 100 3.2 Allmän beräkning av tillverkningskostnaden .................... ................. 100 3.2.1 Kostnadsmodell för en planeringspunkt .............................. 101 3.3 Detaljkostnaden vid reducerad beläggning ....................................... 113 3.4 Kostnad vid fördröjd eller förlorad produktion ................ ................... 116 3.5 Kostnadsdrivare vid diskret tillverkning ............................................. 117 3.6 Årlig tillverkningskostnad för en komponent ..................................... 118 4 PRODUKTIONSKAPACITET OCH BELÄGGNING .................................. 121 4.1 Produkter i arbete, PIA...................................................................... 121 4.2 Årlig efterfråga och produktionskapaciteten ...................................... 122 4.3 Planerad och verklig utrustningskostnad .......................................... 123 4.4 Karakteristisk detalj och tillverkningskostnader ................................ 124 4.4.1 Beräkning av karakteristiska data för en produktfamilj ....... 125 4.4.2 Produktionstid för en karakteristisk detalj ........................... 126 4.4.3 Kostnader baserade på karakteristisk detalj ....................... 129 4.4.4 Produktionsplanering baserad på karakteristisk detalj ........ 133 5 PRODUKTIONSRELATERADE NYCKELTAL, KPI .................................. 137 5.1 Introduktion till nyckeltal, KPI:er ........................................................ 137 5.1.1 Användning av KPI:er ......................................................... 137 5.1.2 Krav på och val av KPI:er ................................................... 138 5.1.3 Exempel och utformning av KPI:er ..................................... 139 5.2 Tekniska, ekonomiska och administrativa nyckeltal ......................... 139 5.2.1 Tillgänglighet A och utnyttjandegrad U ............................... 140 5.2.2 Totaleffektiviteten E, Eq, OPE och OEE .............................. 143 5.2.3 Produktivitet ........................................................................ 146 5.3 Tillverkningsekonomisk verkningsgrad, TEV .................................... 146 6 SYSTEMATISK PRODUKTIONSANALYS, SPA ...................................... 149 6.1 Produktionssäkerhet och dess uppbyggnad ..................................... 149 6.2 Resultatparametrar ........................................................................... 150 6.2.1 Kvalitetsförluster ................................................................. 150 6.3 Stilleståndsförluster........................................................................... 163 6.4 Taktförluster ...................................................................................... 164 6.5 Miljö- och kretsloppsparametrar........................................................ 164 6.6 Styrande faktorer och faktorgrupper ................................................. 164 6.7 Produktionssäkerhetsmatrisen och uppföljningar ............................. 167 6.8 Data för en Systematisk ProduktionsAnalys ..................................... 169 6.8.1 Protokoll för produktionsuppföljning .................................... 170 6.8.2 Uppbyggnad av matrisen .................................................... 171 6.9 Olika typer av produktion och produktionsanalyser .......................... 172

© FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB 13 6.9.1 Manuell och automatiserad produktion ............................... 172 6.9.2 Enstyckstillverkning kontra masstillverkning ....................... 173 6.10 Praktiska exempel med SPA/PSM.................................................... 173 6.10.1 Analys av en stångautomat ................................................. 173 6.10.2 Formning av skarvat ämne ................................................. 176 6.10.3 Exempel på teknisk bedömning .......................................... 179 6.11 Slutsatser knutna till SPA/PSM ......................................................... 183 7 PRODUKTIONSSYSTEM OCH MATERIALHANTERING ........................ 185 7.1 Detaljkostnad vid sekventiella processteg ........................................ 185 7.2 Tillverkningskostnad för modul och produkt...................................... 188 7.3 Kvalitetssäkring och kostnadsaspekter ............................................. 189 7.4 Kostnader vid materialhantering ....................................................... 190 7.4.1 Pallekvivalent ...................................................................... 192 7.4.2 Tid- och avståndsanalyser ur ett kostnadsperspektiv ......... 1 93 7.4.3 Kostnader för intern materialhantering ................................ 194 7.5 Bundet kapital och produktionskostnader ......................................... 195 8 EKONOMISKT STYRD PRODUKTIONSUTVECKLING ........................... 197 8.1 Inledning ........................................................................................... 197 8.2 Målfunktioner för produktionsutveckling............................................ 198 8.3 Produktionskostnaden som målfunktion ........................................... 199 8.3.1 Kostnadsneutrala förändringar med oberoende variabler ... 202 8.3.2 Viktade kostnadsderivator ................................................... 206 8.3.3 Ställtid kontra produktionstid ............................................... 209 8.4 Tillverkningsekonomisk simulering för givna indata .......................... 211 8.4.1 Möjligheter med TillverkningsEkonomisk Simulering .......... 213 8.4.2 Kostnadsanalys vid sekventiella produktionssteg ............... 219 8.4.3 Tekniksprång och produktionsutveckling ............................ 221 8.4.4 Generell faktorgruppsbaserad produktionsutveckling ......... 222 8.4.5 Cellvisa kostnader 224 8.4.6 Faktorgruppsbaserad produktionsutveckling ...................... 228 8.5 Teknisk bedömning vid produktionsutveckling.................................. 243 8.5.1 PSM som stöd vid forskning och utveckling ........................ 243 8.6 Inkrementell produktionsutveckling ................................................... 250 8.6.1 Introduktion till inkrementell produktionsutveckling ............. 250 8.6.2 Principen för inkrementell produktionsutveckling ................ 250 8.6.3 Tillämpning av inkrementell produktionsutveckling ............. 251 8.7 Artificiell Intelligens inom produktionsområdet .................................. 252 8.7.1 Introduktion till artificiell intelligens ...................................... 253 8.7.2 Maskininlärning - Machine Learning ................................... 253 8.7.3 Processövervakning............................................................ 255 8.7.4 Verktygsövervakning och kvalitetssäkring .......................... 257

14 © FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB 8.8 Automation och produktionsutveckling ............................................. 260 8.8.1 Motiv och drivkrafter för ökad automation ........................... 260 8.8.2 Automatisering, automation och flexibilitet .......................... 262 8.8.3 Ekonomisk beskrivning av automationsnivån ..................... 265 8.9 Produktionsutveckling kan ge överkapacitet ..................................... 266 9 OPTIMERING AV TILLVERKNINGSSYSTEM .......................................... 267 9.1 Introduktion till tillverkningsekonomisk optimering ............................ 267 9.2 Optimal batchstorlek vid tillverkning.................................................. 267 9.2.1 Ekonomisk orderstorlek, EOQ ............................................ 268 9.2.2 Tillverkning och lagerkostnad ............................................. 268 9.2.3 Optimal batchstorlek ........................................................... 273 9.2.4 Jämförelse mellan olika samband för optimal batchstorlek 274 9.2.5 Exempel på speciella materialrelaterade lagringsbehov ..... 275 9.3 Optimering av bemanningsnivå ........................................................ 276 9.3.1 Introduktion till bemanningsoptimering ............................... 276 9.3.2 Cykeltid och antalet operatörer ........................................... 277 9.3.3 Tillverkningskostnad och antalet operatörer ....................... 278 9.4 Optimal automationsnivå vid diskret tillverkning ............................... 280 9.4.1 Generella effekter av olika automationsnivå ....................... 280 9.4.2 Begränsningar i metod och arbetssätt ................................ 281 9.4.3 Ekonomisk definition av automationsnivå ........................... 281 9.4.4 Metod för optimering av xLoA ............................................... 282 9.4.5 Detaljkostnaden för olika automationsnivåer ...................... 283 9.4.6 Exempel på optimering av automationsnivån ..................... 284 9.4.7 Slutsatser angående val av automationsnivå ..................... 289 9.5 Kostnadsmodellering av balanseringsförluster ................................. 291 9.5.1 Produktionslinjens effektivitet och balanseringsförluster .... 292 9.5.2 Detaljkostnadens beroende av balanseringsförluster ......... 29 3 9.5.3 Sammanfattning och begränsningar ................................... 295 10 APPLIKATIONSANPASSADE KOSTNADSMODELLER ......................... 297 10.1 Introduktion till anpassade modeller ................................................. 297 10.2 Modell för skärande bearbetning ...................................................... 301 10.2.1 Cykeltidens uppbyggnad vid skärande bearbetning ........... 301 10.2.2 Verktygslivslängd och livslängdsmodeller ........................... 305 10.2.3 Antalet arbetsstycken per skärverktyg ................................ 307 10.2.4 Kassationer i anslutning till verktygsbyten .......................... 308 10.2.5 Tidsåtgång för att tillverka en batch .................................... 310 10.2.6 Processintegrerad kostnadsmodell ..................................... 310 10.2.7 Bearbetningskostnad per volymenhet ................................. 314 10.2.8 Detaljkostnad vid varierande skärbarhet ............................. 315 10.2.9 Detaljkostnaden och verktygets prestanda ......................... 317

© FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB 15 10.2.10 Slutsatser och konklusioner ................................................ 318 10.3 Toleranskostnader vid skärande bearbetning ................................... 319 10.3.1 Kostnader knutna till dimensionstoleranser ........................ 320 10.3.2 Kostnadsmodellering av ytrelaterade toleranser ................. 322 10.3.3 Sammanfattning och slutsatser ........................................... 327 10.4 Ekonomisk modell för renovering och underhåll ............................... 329 10.4.1 Modellbeskrivning för underhåll och renovering ................. 330 10.4.2 Kostnadsmodellering av underhåll och renovering ............. 3 31 10.4.3 Slutsatser och generell användning av modellen ............... 334 10.5 Modell för enstycks- och kortserietillverkning ................................... 336 10.5.1 Kostnadsdrivare vid enstyckstillverkning ............................ 336 10.5.2 Kostnadsmodellering av enstyckstillverkning ...................... 338 10.6 Modell för kontinuerliga processer .................................................... 340 10.6.1 Produktionstakt för kontinuerliga processer ........................ 340 10.6.2 Produktionskostnader vid kontinuerlig tillverkning .............. 341 10.7 Modell för mineralkrossning och siktning .......................................... 342 10.7.1 Introduktion till kostnadsmodell för C&S ............................. 342 10.7.2 Kostnadsmodell för en produkt ........................................... 342 10.7.3 Kostnadsmodell för C&S anläggning med flera produkter .. 344 11 STÖRNINGSANALYS, STATISTIK OCH KOSTNADER .......................... 345 11.1 Introduktion till produktionsdata och statistik .................................... 345 11.2 Statistiska fördelningar...................................................................... 345 11.2.1 Geometrisk fördelning och exponentialfördelning ............... 346 11.2.2 Weibullfördelning och gammafördelning ............................. 349 11.2.3 Normalfördelning................................................................. 350 11.3 Funktionssannolikhet ........................................................................ 351 11.4 Behandling av insamlade data och TBF/DT-cykler ........................... 354 11.4.1 Feluppskattning vid anpassning av mätdata ....................... 356 11.4.2 Anpassning av data och val av uppföljningstid ................... 357 11.4.3 Empiriska fördelningar och funktionsanpassning ................ 359 11.4.4 Statistisk dimensionering av buffertar ................................. 362 11.5 Mixade fördelningar och funktionsanpassning .................................. 368 11.5.1 Mixade fördelningar och relationen till PSM ........................ 368 11.5.2 Statistisk identifiering av orsakssamband ........................... 370 11.6 Dynamiska tillverkningskostnader..................................................... 374 11.6.1 Exempel på dynamiska förluster ......................................... 376 11.6.2 Dynamiska kostnader och produktionsutveckling ............... 377 12 SIMULERING AV TILLVERKNINGSKOSTNADER .................................. 381 12.1 Dynamisk simulering av tillverkningskostnader ................................ 381 12.2 Val av statistiska fördelningar ........................................................... 382 12.2.1 Symmetriska eller asymmetriska fördelningar .................... 383

16 © FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB 12.2.2 Speglad och supersymmetrisk Weibullfördelning ............... 383 12.2.3 Bestämning av statistiska konstanter och parametrar ........ 384 12.3 Indata och val av kostnadsparametrar .............................................. 389 12.4 Dynamisk simulering av tillverkningskostnaden................................ 390 12.4.1 Exempel på statistiska indata ............................................. 391 12.4.2 Osäkerhet kring inköp och maskintimkostnad .................... 393 12.4.3 Simulering av detaljkostnaden med oberoende variabler ... 394 12.4.4 Simulering av erforderlig produktionstid .............................. 396 12.4.5 Tillverkningskostnaden för beroende variabler ................... 397 13 RESURSEFFEKTIV PRODUKTION .......................................................... 401 13.1 Lean Production som utvecklingskoncept......................................... 401 13.2 Modellbeskrivning av Lean Production ............................................. 402 13.2.1 Resurseffektiv tillverkning och Lean Manufacturing ............ 403 13.2.2 Byggstenar i en resurseffektiv tillverkning ........................... 404 13.3 Ericssons modell av Lean Manufacturing ......................................... 406 13.3.1 Kontinuerliga förbättringar genom dynamiska effekter ....... 407 13.3.2 Visualiseringssystem .......................................................... 407 13.3.3 Reducering av störningar .................................................... 414 13.4 Six Sigma − Ett kompletterande verktyg ........................................... 414 13.5 Lean Production, Six Sigma och SPA/PSM ...................................... 416 13.6 Verktyg och metoder för resurseffektiv produktion ........................... 417 13.6.1 DFMA (Design for Manufacturing and Assembly) ............... 417 13.6.2 QFD (Quality Function Deployment) ................................... 419 13.6.3 FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) ........................ 420 13.6.4 JIT (Just-In-Time) ................................................................ 421 13.6.5 Värdeflödesanalys, VFA ..................................................... 422 13.6.6 Kanban ................. 423 13.6.7 TPM (Total Productive Maintenance) ................................. 424 13.6.8 OEE som verktyg ................................................................ 425 13.6.9 Underhåll och konceptet kring operatörsunderhåll ............. 426 13.6.10 5S........................................................................................ 428 13.6.11 Pareto- och Ishikawa-diagram ............................................ 430 13.6.12 Statistisk processtyrning, SPC ............................................ 431 13.6.13 QC-cirklar och TQC ............................................................ 432 13.6.14 Gruppteknologi och flödesgrupper ...................................... 433 13.6.15 Five why .............................................................................. 434 13.6.16 Automatiskt stopp ............................................................... 435 13.6.17 SMED .................................................................................. 435 13.6.18 Andon ................... 438 13.6.19 Små eller inga lager eller buffertar ...................................... 438 13.6.20 Kaizen ................................................................................. 440 13.7 Plan för att realisera resurseffektiv produktion.................................. 441

© FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB 17 13.7.1 Sammanställning av arbetssätt och verktyg ....................... 442 13.8 Val av effektivitetshöjande verktyg och metoder ............................... 442 13.8.1 Aktiviteter knutna till val av verktyg och metoder ................ 442 13.8.2 Implementering av verktyg och metoder ............................. 445 13.8.3 Ekonomisk bedömning av verktyg och arbetssätt ............... 446 14 TILLVERKNING OCH HÅLLBAR PRODUKTUTVECKLING.................... 449 14.1 Hållbar utveckling ............................................................................. 449 14.2 Miljöföroreningar knutna till produktion ............................................. 451 14.2.1 Föroreningar i allmänhet ..................................................... 452 14.2.2 Legeringsämnen, föroreningar och processtillsatser .......... 4 53 14.3 Hållbar cirkulär ekonomi i ett produktionsperspektiv ......................... 454 14.3.1 Cirkulär metallåtervinning i ett globalt perspektiv ................ 456 14.3.2 Materialdegradering efter flera återvinningscykler .............. 457 14.3.3 Krav på hållbar cirkulär återvinning ..................................... 459 14.4 Produktrealisering och återvinning.................................................... 459 14.5 Grundkoncept för återvinning ........................................................... 462 14.6 Materialvalets betydelse ................................................................... 465 14.7 Miljöanpassad produktframtagning ................................................... 468 14.8 Produktionsanpassade produkter ..................................................... 469 14.8.1 Samverkan mellan konstruktion och produktion ................. 469 14.8.2 Samverkan i olika produktfaser ........................................... 470 14.8.3 Miljöanpassad produkt- och produktionsutveckling ............ 473 14.8.4 Minskad miljöbelastning vid produktutveckling ................. .. 475 14.9 Metodik och synsätt för miljöintegrering............................................ 478 14.10 Kritiska råvaror En nyckelfråga för industrin .................................. 478 14.10.1 EU:s värdering av kritiska råvaror ....................................... 479 14.10.2 Import och tillgång på CRM ................................................ 479 14.10.3 CRM i produktionstekniska sammanhang .......................... 481 15 TRENDER OCH PRODUKTIONSLOKALISERING................................... 483 15.1 Trender inom global produktion och lokalisering .............................. 483 15.2 Samhällsutmaningar och utvecklingsprogram .................................. 485 15.2.1 Forsknings- och utvecklingsagendor .................................. 485 15.3 Nya teknologier och drivkrafter för utveckling ................................... 487 15.3.1 Trender, nya teknologier och dess implementering ............ 488 15.3.2 Industriell digitalisering vid skärande bearbetning .............. 492 15.3.3 Försörjningskedjor och samverkan mellan regioner ........... 494 15.4 Strategier för lokalisering av produktion............................................ 495 15.4.1 Faktorer och incitament för olika lokaliseringsalternativ ..... 496 15.4.2 Risker och potential med olika lokaliseringsalternativ ........ . 498 15.4.3 Beslutsstöd vid lokalisering ................................................. 500 16 KOSTNADS- OCH PRESTANDAANALYS, CPR...................................... 509

18 © FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB 16.1 Introduktion till kostnads- och prestandaindex .................................. 509 16.1.1 Grundläggande definitioner................................................. 510 16.2 Exempel på CPRA för verktyg och verktygssystem .......................... 511 16.2.1 Beräknade CPRA vid skärande bearbetning i manganstål .. 511 16.2.2 Beräknade CPRA för bearbetning i Alloy 718 ...................... 515 16.2.3 Statistisk analys av CPRA ................................................... 520 16.3 Exempel på CPRC för olika maskinkoncept ...................................... 521 16.3.1 Exempel på användning av CPRC ...................................... 521 16.4 Dynamisk modell för CPR analys ..................................................... 527 16.5 Användning av CPR ......................................................................... 528 17 OFFERTARBETE OCH PRISSÄTTNING .................................................. 531 17.1 Introduktion till offerter och offertarbete ............................................ 531 17.1.1 Speciella situationer vid offertarbete ................................... 532 17.1.2 Etiska och moraliska överväganden vid offertarbete .......... 532 17.2 Offertarbete och hantering av mottagna order .................................. 533 17.2.1 Checklista för bedömning av offertförfrågan ....................... 534 17.2.2 Offertarbetet och dess ingående delar ................................ 535 17.2.3 Datorstöd för beräkning av produktionsparametrar ............ 535 17.2.4 Aktiviteter efter order mottagits ........................................... 537 17.2.5 Geometri- och teknologiberedning efter erhållen order ...... 538 17.2.6 Standarder vid orderberedning ........................................... 539 17.2.7 Digitalt stöd för beräkning av ekonomiska produktionsdata 540 17.3 Prissättningsmodeller vid tillverkning ................................................ 545 17.3.1 Marknadsbaserad prissättning ............................................ 545 17.3.2 Kostnadsbaserad prissättning ............................................. 550 17.3.3 Kundvärdesbaserad prissättning ........................................ 555 17.3.4 Hybridprissättning och slutsatser knutet till prissättning ..... 555 17.4 Värdering av offerter ......................................................................... 555 18 FÖRETAGSINTEGRATION OCH LEDNING ............................................. 557 18.1 Företagsintegration i tre dimensioner ............................................... 557 18.1.1 Vertikal integration och samverkan ..................................... 559 18.1.2 Tvärfunktionell samverkan och integration ......................... 568 18.1.3 Horisontell integration ......................................................... 570 18.2 Produktionsledning och styrelsearbete ............................................. 572 18.2.1 Ledning och ledarskap ........................................................ 572 18.2.2 Teambildning och teamkontrakt .......................................... 574 18.2.3 Viktiga produktionsfrågor i ledning och styrelse .................. 576 18.3 Samverkan mellan industri och akademi .......................................... 579 INDEX ............................................................................................................... 582

Förord

Föreliggande bok baseras i hög grad på arbeten och forskning genomförda vid Industriell Produktion LTH vid Lunds universitet. I huvudsak är underlaget hämtat från interna rapporter och publikationer knutna till avdelningens undervisning och forskning. Innehållet har också formats av författarnas egna erfarenheter från akademi och industriella samarbeten samt genom egna motsvarande verksamheter.

Skriften spänner väsentligen över det område som innefattas av begreppen tillverkningsekonomi och tillverkningssystem, samtidigt som dessa båda delområden i sin tur byggs upp av och hanterar frågeställningar knutna till materialoch tillverkningsteknik (tillverkningsmetoder). Under senare år har inslagen av tillverkningsekonomiska överväganden ökat för att kunna värdera olika tekniska utvecklingsscenarier. Boken har inte för avsikt att vara inriktad mot någon speciell bransch, dock är de flesta exempel hämtade från den traditionella tillverkningsindustrin. Redovisade filosofier och modeller branschoberoende och kan appliceras på systemnivå i all form av industriell förädling eller tillverkning. Ett viktigt inslag i denna bok är att visa hur den viktiga länken mellan teknik och ekonomi kan etableras och användas vid beslutfattande. Denna länk utgör grunden till en långsiktigt hållbar och ekonomiskt baserad produktrealisering. Genom kända samband mellan teknik och ekonomi är det möjligt att analysera olika tekniska alternativ ur ett ekonomiskt hänseende. Redovisade modeller kan därför utgöra grund för beslutstöd i frågor där teknik och ekonomi möts.

Många medarbetare har successivt bidragit till innehållet i denna bok i form av kursmaterial, doktorsavhandlingar och publikationer. Ett stort antal studentarbeten har genomförts där teorier och modeller prövats och verifierats. Många studenter på mastersnivå har gjort examensarbeten med inriktning mot Systematisk ProduktionsAnalys och TillverkningsEkonomisk Simulering. Erfarenheterna från dessa arbeten har varit av betydelse för utvecklingen av metoder och arbetssätt för att skapa en ekonomiskt målstyrd produktionsutveckling. Detta synsätt benämns i boken som Next Step och utgör en röd tråd genom boken för att beskriva hur en hållbar och resurseffektiv tillverkning kan realiseras. I en modern utveckling av produkter och tillhörande produktionsteknik (produktrealisering) är det viktigt att integrera alla de frågeställningar som är av betydelse för konsekvenserna och slutresultatet av produkten och dess tillverkning. I grunden är materialoch teknikval av stor betydelse för ett tillverkningssystems prestanda och hur detta kan uppnå formulerade hållbarhetsmål. Flera exempel i boken bygger på den materialoch produktionsforskning som bedrivs vid bl.a. Lunds universitet inom effektiv produktion och långsiktig hållbarhet.

Författarna vill mot denna bakgrund tacka alla de medarbetare och företag som direkt eller indirekt bidragit till utveckling och verifiering av innehållet i denna bok. Innehållet i boken baseras bl.a. på resultaten från interna och externa forskningsprojekt. De internt valda projekten har under många år följt den arbetsmodell som avslutningsvis redovisas i bokens sista två figurer. En viktig faktor vid val av forskningsprojekt har varit att identifierade behov och utmaningar för samhälle och för industrin. En rad finansiärer har möjliggjort de forskningsprojekt som bidragit till denna bok. De viktigaste finansiärerna har varit Vinnova (f.d. Nutek och STU), Strategiska Stiftelsen SSF, MISTRA, FMV, TFR (nuvarande VR) och Regeringens satsning på Strategiska Forskningsområden (SFO-er) samt EU:s program Horizon 2020 bl.a. genom projektet Flintstone 2020.

I sammanhanget skall även samarbetspartners och kollegor nämnas vid andra högskolor och universitet som exempelvis Chalmers, Högskolan Väst, Högskolan i Halmstad och Mälardalen samt KTH m.fl.

Ett tack framförs till berörd personal vid Studentlitteratur och SECO TOOLS som påskyndat och bidragit till framtagningen av denna bok med dess innehåll. Ett särskilt tack till Maria Strömberg Bylund vid SECO TOOLS för värdefulla synpunkter. Ett ytterligare tack riktas till Anders Skoogh vid Chalmers och Jon-Erik Dahlin vid KTH för intressanta kommentarer och förbättringsförslag samt ett tack till Jonny Hallberg som arbetat med stor del av figurmaterialet.

Jan-Eric Ståhl och Christina Windmark

Om författarna

Jan-Eric Ståhl är en skåning, född i Kristianstad, uppväxt i Immeln och i småländska Lindås/Emmaboda. Han läste till civilingenjör i Maskinteknik vid Lunds Tekniska Högskola och avlade examen 1982. Forskarstudier påbörjades inom området Material och produktionsteknik och han doktorerade på en avhandling 1986 som behandlade verktygshaverier vid skärande bearbetning. Han utnämndes till docent 1987 och utsågs av Regeringen 1990 till professor vid Lunds universitet.

Sedan 80-talets slut har han bedrivit forskning inom materialoch produktionsteknik. Forskningen har präglats av ett gränsöverskridande arbetssätt som alltmer lett in i angränsande vetenskapsområden som exempelvis materialvetenskap, mät- och signalbehandling samt termodynamik och strömningslära. Under de senaste 20 åren har han haft fokus på att sätta ekonomiskt värde på utveckling och forskning genom framtagning och användning av tekno-ekonomiska modeller som beskriver den betydelsefulla länken mellan teknik och ekonomi. Dessa modeller är avgörande för att kunna uppnå en hållbar effektivisering och finna rätt utvecklingsvägar inom hela området produktrealisering.

Christina Windmark är utbildad civilingenjör i Maskinteknik och disputerade 2018 vid Lunds universitet med inriktningen ekonomiska beslutsstöd för industrin där prestanda och effektivitet har en avgörande roll. Hon arbetar med frågor som integrerar teknik, ekonomi och hållbarhet. Hennes forskning handlar centralt om att utveckla och verifiera ekonomiska modeller och nyckeltal för beslutsfattande i frågor som integrerar materialoch produktionsteknik i ett långsiktigt hållbarhetsperspektiv. Hållbarhetsarbetet inkluderar även geopolitiska aspekter kring kritiska råvaror och försörjningsrisk, detta parallellt med de mer traditionella miljöfrågorna som miljöbelastning, återvinning och materialdegenerering efter flera återvinningscykler.

4 © FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB

Ett annat område som hennes forskning knyter an till är produktionslokalisering där tekniska övervägande görs tillsammans med de ekonomiska och där även hänsyn till hållbarhet. Christina arbetar aktivt för att akademin skall inta en mer proaktiv roll för en hållbar utveckling av samhälle och industri.

Båda författarna har ett stort engagemang för teknikspridning och för att implementera forskningsresultat i grundutbildningen på olika utbildningsnivåer samt arbetar för en stärkt samverkan mellan grundläggande och tillämpade ämnen fram till implementering av ny kunskap i industrin och på så sätt bidra till samhällsnytta.

En viktig del i deras arbete är inriktat mot att kontinuerligt välja forskningsprojekt som är viktiga för utvecklingen av kurser och utbildningsprogram inom produktion och hållbara tillverkningssystem.

Prolog

Tillverkning och produktion har en bred vetenskaplig bas som kan innefatta många olika ämnen eller discipliner. Innehållet i denna bok beskriver integrationen av 3 huvudområden produktionssystem, tillverkningsteknik och ekonomi. En konkurrenskraftig produktion bygger på att finna nya utvecklingsvägar knutna till dessa 3 huvudområden. Att kopiera andra och göra som andra gör leder oftast till medelmåttliga resultat. Den framgångsrika produktrealiseringen baseras därför på att optimera och använda företagets resurser på bästa sätt efter sina egna förutsättningar och tillgängliga marknader. Beroende på givna förutsättningar kan olika tyngdpunkt läggas på huvudområdena system, teknik eller ekonomi. Författarna har haft en strävan att finna en balans mellan dessa 3 områden och ser förmågan att kunna integrera dessa som en central framgångsfaktor för industriell tillverkning och tillhörande konkurrenskraft. Denna bok riktar sig till primärt till studier på mastersnivå samt för fort- och vidareutbildning vid industrin. Även om boken har en sekventiell uppbyggnad, d.v.s. kapitlen bygger på varandra så kan valda delar läsas separat, vilket gör att boken också kan användas i tidigare utbildningssammanhang inom teknik och ekonomi. Vissa avsnitt kräver dock fördjupade kunskaper inom olika områden som exempelvis matematik, statistik, materialteknik och bearbetningsteknik.

Denna bok finns även i en engelskspråkig version och med undervisningsmaterial i form av presentationer (Powerpoint) och matematikprogram för beräkningar (Mathcad), övningsuppgifter och instuderingsmaterial samt i viss mån inspelade digitala föreläsningar. Det finns även en serie av seminarier i form av presentationer och diskussionsfrågor som baseras på bokens innehåll och struktur.

1 Industriell produktion

Området produktion med tillhörande teknik och system är av tvärvetenskaplig karaktär och byggs upp av många vetenskapliga discipliner. Ämnet har stor industriell tillämpbarhet och omfattar alla de aktiviteter som krävs för att kunna förädla en materialråvara fram till en användbar produkt samt att efter brukstiden återvinna produkten till en ny användbar materialråvara. I detta kapitel behandlas de begrepp och den terminologi som används inom området. En historisk tillbakablick ges avseende den tekniska och arbetsorganisatoriska utvecklingen med exempel från Taylorismens1 början och utvecklingen fram till dagens syn på produktionssystem som bl.a. bygger på ökad hållbarhet och resurseffektivitet, där filosofin Lean Production2 spelar en central roll. Kapitlet introducerar även begreppen hållbarhet, produktionsvärde, förädlingsvärde och kärnverksamhet samt produktionsanalys.

1.1 Begrepp och definitioner

Begrepp och nomenklatur som beskriver tillverkningstekniska system har växlat över tiden. Ett stort antal akronymer har kommit och gått, vissa har bibehållits medan dess innebörd kan ha förändrats. Beroende på individers bakgrund och synsätt kan vissa begrepp ha något olika betydelse. Flera olika begrepp kan i vissa avseenden vara helt likvärdiga eller delvis överlappa varandra.

Figur 1.1 Relationen mellan begreppen tillverkningsmetoder, tillverkningssystem och produktionssystem.

Ett tillverkningssystem är en delmängd av ett produktionssystem enligt Figur 1.1. Ett produktionssystem kan bestå av ett eller flera tillverkningssystem men också ha vissa övergripande administrativa funktioner. Produktionssystemet är en delmängd i ett större system för produktframtagning. Tillverkningssystemets uppgift är att tillverka eller förädla råvaror eller material med hjälp av en eller flera tillverkningsmetoder. Det är vanligt att med begreppet produktion också avse den förädling som sker i ett tillverkningssystem. Tillverkning av en och samma produkt bedrivs ofta i flera olika produktionssystem. I vissa sammanhang talas det om produktionsnätverk där även fristående underleverantörer och partnerföretag ingår. En tydlig internationell utvecklingstrend är en alltmer ökad specialisering, vilket innebär att underleverantörer med bra konkurrenskraft ökar sina

1 Benämning efter Frederick Winslow Taylor, 1856-1915, en tongivande amerikansk ingenjör.

2 Västerländsk benämning på en tolkad och sammantagen produktionsfilosofi som framkom i Japan primärt under efterkrigstiden, dock med start redan på 30-talet.

2 Produktionstyper och layouter

Förädlingsutrustning formeras på en rad olika sätt beroende på vilka förutsättningar som gäller. För- och nackdelar med olika former av produktionstyper och layouter behandlas. Samband mellan seriestorlek och bl.a. flexibilitet studeras. Förutsättningarna för flexibla tillverkningssystem och dess koppling till gruppteknologi och p roduktmodularisering behandlas. Avsnittet beskriver även några av ett produktionssystems viktigaste byggstenar och nomenklatur som exempelvis CNC-teknik, CADCAM etc

2.1 Tillverkning av produkter och komponenter

All form av industriell tillverkning kännetecknas av att en materialråvara förädlas fram till en produkt. Denna process kan betraktas som en kontrollvolym med olika typer av flöden enligt Figur 2.1.

ett tillverkningssystem.

Den produkt som tillverkas byggs successivt upp av flera mindre enheter. Följande indelningsgrund är vanlig inom området:

o Detaljer eller komponenter.

o Moduler eller enheter byggs upp av detaljer och insatsråvaror.

o Produkt byggs upp av moduler, detaljer och insatsråvaror.

o Flera samordnade produkter bildar en produktfamilj eller en produktgrupp. Begreppen detalj och komponent är oftast helt synonyma begrepp. Flera detaljer kan byggas samman till en modul eller till en enhet. Begreppet modul används också för att påtala att enheten kan anpassas till viss funktion eller egenskap som gör att denna kan ingå i flera produktvarianter i s.k. modulariserade produkter. Modulens yttre fysiska egenskaper som exempelvis bultmönster är då konstanta. Anslutningsenheter medan olika moduler har olika funktion eller är anpassade till olika driftsförutsättningar. I Figur 2.2 exemplifieras en moduluppbyggd dränkbar pump. Motormodulerna är anpassade till olika elnät med olika driftsspänning samtidigt som olika pumphjul och pumphus kan väljas för olika flöden och tryckhöjd. Med insatsråvaror avses vanligen standardelement som,

Figur 2.1. Schematisk och idealiserad bild över

3 Produktionstider och kostnader

Ekonomiska underlag och tillhörande fakta utgör en väsentlig grund för beslutsfattande. Nedan redovisas ekonomiska modeller för beräkning av produktionsrelaterade kostnader för att tillverka en detalj eller produkt. I modellen ingår de faktorer som har störst inflytande på tillverkningskostnaden och därmed också styr tillverkningssystemets konkurrenskraft. Modellen redovisar kostnaden på förädlingsnivå och beaktar inte några överordnade overheadkostnader (omkostnadspåslag). Det primära användningsområdet för modellen är att utgöra ekonomisk grund för styrning av förändrings- och förbättringsarbete samt utgöra underlag för initiering av forsknings- och utvecklingsprojekt. Modellen kan även ligga till grund för att öka precisionen och kvalitén i offertarbeten. Redovisade samband och resonemang har avsikten att ge ökad insikt om olika kostnadsposters inflytande på tillverkningskostnaden. Flera nya tillverkningsekonomiska begrepp och arbetssätt introduceras, bl.a. behandlas grunderna för tillverkningsekonomisk simulering och scenarioanalys.

3.1 Produktionstid och takt

Tiden för att tillverka en detalj eller produkt är en viktig faktor som påverkar produktionskostnaden och därmed också tillverkningssystemets konkurrenskraft. Produktionstiden för en detalj eller produkt styr i hög grad tillverkningssystemets kapacitet och utgör därför ett viktigt underlag för dimensioneringen av tillverkningssystemet.

3.1.1 Tidsåtgång och takt vid serietillverkning

Den nominella förädlingstiden, cykeltiden t0, för att tillverka en detalj i en maskin eller utrustning kan i generella termer beskrivas som:

3.1

Cykeltiden t0 erhålls som summan av maskintid tm, hanteringstid th för detalj, verktygsbytestid ttc och övrig tid (spilltid) tno. Sambandet förutsätter att händelserna under cykeltiden sker sekventiellt och kan därför betraktas som en planeringspunkt. Den totala cykeltiden eller ledtiden vid sekventiell och batchvis förädling i flera maskiner eller förädlingssteg behandlas senare i avsnittet. I det följande används begreppen batch och serie som helt likvärdiga begrepp. Cykeltiden beskrivs ofta som ”golv till golv” tiden vid diskret tillverkning, illustrerat i Figur 3.1. I vissa fall kan cykeltiden definieras som ”golv till golv” minus hanteringstiden för arbetsstycket till och från maskinen.

no tc h m t t t t t + + + = 0 Ekvation

Figur 3.1 Cykeltiden t0 beskriven som golv till golvtiden.

4 Produktionskapacitet och beläggning

Detta kapitel behandlar ett antal begrepp och termer som används för att beskriva kapaciteten och beläggningen i ett produktionssystem, för primärt diskret tillverkning. En ökning av utnyttjandegraden minskar kostnaderna per detalj och fördelar utrustningskostnaderna på fler tillverkade detaljer. För en viss årlig ordervolym av en produkt eller produktfamilj krävs ett visst antal produktionsplanerade timmar, vilken skall sättas i relation till produktionssystemets kapacitet. Kostnadsmodellen som redovisats i det tidigare kapitlet kan beskriva effekterna av en bristande beläggning då den planerade och betalda produktionskapaciteten inte tas i anspråk fullt ut.

4.1 Produkter i arbete, PIA

Antalet icke färdiga produkter som är under förädling i tillverkningssystemet, PIA (produkter i arbete) kan approximativt beräknas för känd produktionstakt, känd ledtid (genomloppstid) och känd utnyttjandegrad enligt nedan.

där U är utnyttjandegraden av tillverkningssystemet för produkt i och då endast med hänsyn till beläggningsgraden U = URPi. Intresset för Produkter i Arbete (PIA) beror främst på 3 orsaker:

o Risken att lager, buffertar eller motsvarande döljer medvetet eller omedvetet olika typer av produktionsproblem som långa ställtider, stillestånd, bristande planering etc.

o Ökad kapitalbindning och räntekostnad knutna till nerlagda resurser i form av inköpt råmaterial, betald eller nerlagd arbetstid och andra resurser.

o Risken för att inte få lagerlagda produkter sålda.

Undersökningar visar att vid serietillverkning förekommer det att endast några procent av en produkts ledtid är verklig förädlingstid. Den övriga tiden åtgår till transporter, hantering och olika former av väntetider.

 ⋅ ⋅ = i produkter Antal LTi Pi PS U T R PIA , Ekvation 4.1

Figur 4.1 Bundna produkter i tillverkningssystemet.

5 Produktionsrelaterade nyckeltal, KPI

Detta kapitel behandlar termer och begrepp som kan användas för att beskriva prestandan eller ett förhållande i ett produktionssystem. Primärt används nyckeltal för att utgöra ett stöd i samband med beslut och förändringar i produktionen. Nyckeltal används i den dagliga uppföljningen för att följa upp, kontrollera samt tydliggöra och informera om förhållanden i den löpande verksamheten. Vidare kan nyckeltal användas på alla nivåer i företaget. Nedan behandlas hur nyckeltal väljs och bör användas i företaget på olika nivåer. Kapitlet angränsar till flertalet av de avsnitt som finns i boken.

5.1 Introduktion till nyckeltal, KPI:er

Nyckeltal eller KPI:er används för att styra upp och följa olika verksamheter inom företaget i förhållande till framtagna strategier. Det är dock av stor betydelse att valda KPI:er ligger i linje med framtagna strategier och att dessa nyckeltal beskriver och representerar det som organisationen skall styra mot. Felaktigt valda KPI:er kan leda organisationen i fel riktningar och därmed motverka vald strategi.

5.1.1 Användning av KPI:er

KPI:er används för att mäta och övervaka hur resultat från aktiviteter och processer ligger i linje med formulerade mål för verksamheten. Insamlade data är viktig information som beskriver tillståndet i verksamheten och kan därför ligga till grund för organisationens förbättringsarbeten. Syftet med KPI:er är att de ska baseras på kvantitativa och helst objektiva data som samlas in, dessa data ska ge information om processer och aktiviteter så att medarbetarna kan få kunskap om hur processerna uppträder enligt Figur 5.1

Data

En lärande, medveten och hållbar organisation

Hållbar Produktionsutveckling

Information

Kunskap Förståelse

Figur 5.1 Omvandlingen från data till förståelse för verksamheten och dess processer samt bidrag till en fortlöpande produktionsutveckling.

6 Systematisk

ProduktionsAnalys, SPA

Systematisk ProduktionsAnalys (SPA) ger ett väsentligt underlag och kan med fördel utgöra basen för beslut kring förändringar och utveckling av ett produktionssystem. En SPA skall beskriva och avspegla verkliga produktionsförhållanden och utgöra underlag för att bl.a. bestämma förlusttermerna; kassationsandelen qQ, stilleståndsandelen qS och taktförlusten qP. Ett verktyg för att utföra en SPA är ProduktionsSäkerhetsMatrisen, PSM som knyter samman styrande faktorer med produktionsresultatet. Uppbyggnaden av, och användningsprinciper för, SPA/PSM behandlas ingående i nedanstående avsnitt.

6.1 Produktionssäkerhet och dess uppbyggnad

Resultatet av all industriell varuproduktion kan beskrivas i tre överordnade process- eller resultatparametrar enligt Figur 6.1 nedan, kassationer, stillestånd och produktionstaktsförluster. En ökning av produktionstakten i en viss process eller ett förädlingssteg kräver generellt sett teknisk utveckling och kompetenshöjning för att undvika ökade kvalitetsstörningar och ökade stillestånd. Balansen mellan produktionstakt och produktionsförutsättningar samt kvalitetsstörningar och störningar p.g.a. stillestånd gäller i stort sett för samtliga grupper av förädlingsmetoder. Parametrarna kvalité, oplanerade stillestånd och produktionshastighet (takt) är ofta parametrar som är beroende av varandra. Förändras förutsättningarna för produktionen så att en av parametrarna förändras så är det vanligt att även de övriga parametrarna förändras i positiv eller negativ riktning.

Figur 6.1 illustrerar hur en ökad produktionstakt bidrar till ökade kostnader för otillfredsställande kvalitet samtidigt som stillestånd erhålls p.g.a. störningar. Vissa av dessa störningar bidrar även till kostnader knutna till ökade kassationer. De tre parametrarna kan även direkt eller indirekt beskrivas med ett produktionssäkerhetsbegrepp som innefattar:

o Rätt kvalitet - avser primärt detaljens dimension, ytkaraktär och egenskaper samt i vissa fall dess funktion och prestanda.

Figur 6.1 Samband mellan produktionshastighet (takt, taktförlust, qP), kvalitetsstörningar (qQ) och oplanerade stillestånd (qS).

7 Produktionssystem och materialhantering

I tidigare kapitel har beräkningar av tillverkningskostnader presenterats baserat på erforderliga resurser och erhållna resultat. I ett tillverkningsföretag finns det flera nödvändiga aktiviteter som inte är direkt värdeskapande processer. För att material och komponenter ska finnas tillgängliga vid en viss tidpunkt på rätt plats krävs ett väl fungerande materialhanteringssystem, vilket inte bara består av hantering och transporter utan också inkluderar lagring och buffertar. För att bedöma hela produktionskostnaden måste även kostnader för bundet kapital i material och kvalitetssäkring beaktas. Flera steg och bearbetningssekvenser kan utföras i följd med eller utan mellanlager och buffertar. Dessa kostnader också måste också beaktas i den totala kostnadsberäkningen. Dessa kostnader byggs primärt upp av kostnader för utrustning, lokaler och personal för att möjliggöra administration, hantering och för att lagerhålla komponenter och produkter.

7.1 Detaljkostnad vid sekventiella processteg

Detta avsnitt kan ses som en fortsättning på Kapitel 3. Nedan görs ingen distinktion mellan serietillverkning och flödestillverkning. Vid tillverkning av en detalj erfordras vanligtvis flera förädlingssteg eller s.k. tillverkningslinjer som var för sig kan ha flera stationer. Den tillverkningsekonomiska modellen måste i dessa fall kunna hantera flera planeringspunkter och summera upp respektive produktionsstegs bidrag till den totala produktkostnaden.

I varje förädlingssteg ingår flera förädlingsstationer eller stationer. En station kan bestå av en eller flera tillverkningsutrustningar. Varje station byggs upp av ett antal operationer. Operationerna byggs i sin tur upp av enskilda moment. Varje operation har en given enskild cykeltid eller s.k. golv till golv tid. Det första förädlingssteget med n1 stationer illustreras i Figur 7.1. Förädlingen i det första förädlingssteget j = 1 sker för i → n1 stationer, förädling i det andra steget med j = 2 sker med hänsyn till i → n2 stationer o.s.v. Förädlingen sker i totalt m antal steg.

Ett produktionssteg eller produktionslinje innehåller vanligtvis också flera förädlingsstationer. En station i sin tur kan bestå av en eller flera maskiner (tillverkningsutrustning) som färdigställer en komponent eller produkt. Nedan finns ett exempel på flera bearbetningssteg och stationer relaterade till exempelvis en dränkbar pump enligt tidigare Figur 2.2.

1. Gjutning ämne eller arbetsstycke till statorhus. Stationer: Smältberedning, kärntillverkning, formning och ympning, avgjutning, uppslagning, rensning och ytbehandling.

2. Maskinbearbetning av statorhus till pumpens motorenhet. Stationer: Grovsvarvning, finsvarvning, hålbearbetning, märkning och kvalitetskontroll.

3. Montering eller sammansättning av statorhus och elektrisk stator. Stationer: Uppvärmning av statorhus, sammanfogning genom krympförband, kylning och kvalitetskontroll.

8 Ekonomiskt styrd produktionsutveckling

Produktionsutveckling kan ske stegvis eller mer fortlöpande. I vissa fall talas det om tekniksprång då ett utvecklingssteg är betydande och får ett nästan totalt genomslag. Utvecklingen kan även karakteriseras som deterministisk och målstyrd till skillnad från kontinuerlig i form av s.k. ständiga förbättringar. Syftet med produktionsutveckling är att påverka resultatparametrarna i en positiv riktning. Forsknings- och utvecklingsinsatser kan baseras på en verklig eller simulerad ProduktionsSäkerhetsMatris (PSM). Deterministisk produktionsutveckling syftar till att nå ett givet uppställt mål. Målen kan formuleras i målfunktioner. Prioriteringen av identifierade utvecklingsbehov kan och bör baseras på målfunktioner som knyts till en tillverkningsekonomisk modell. Kostnaderna för den utveckling som målfunktionerna beskriver kan vägas mot erhållna resultat och besparingar. Modellen kan ligga till grund för tillverkningsekonomisk simulering som möjliggör ekonomisk analys av olika insatser eller utvecklingsscenarier. Nedan behandlas olika strategier för en ekonomiskt baserad produktionsutveckling primärt baserad på en förändring av enskilda faktorer som påverkar enskilt eller i kombination resultatparametrarna i en PSM.

8.1 Inledning

Produktionsutveckling är benämningen på en kontinuerlig och nödvändig aktivitet knuten till befintlig eller planerad produktion. Utvecklingen syftar primärt till att stärka konkurrenskraften genom effektivare produktion som medför lägre kostnad per tillverkad korrekt detalj eller produkt. För att kunna realisera en optimal och effektiv produktion måste hela processen kring produktframtagningen beaktas och integreras enligt Figur 8.1. Alla aktiviteter från val av grundkoncept (plattform och val av moduler), materialval, val av tillverkningsmetoder med tillhörande layouter och verktyg etc. kommer att påverka tillverkningens effektivitet och dess kostnadsbild. En produktionsutveckling kan indelas bl.a. på följande sätt:

o Stegvis eller kontinuerlig utveckling av befintligt produktionssystem med syfte att sänka kostnaderna genom minskade förluster och ökade prestanda i produktionen, knutet till Position 3 och 4 i Figur 8.1

o Utveckling av nya teknologier som möjliggör tekniksprång (disruptiva teknologier) som ger en markant förbättring av konkurrensförmågan genom sänkta tillverkningskostnader, knutet till Position 2 i Figur 8.1

o Utveckling av nya teknologier som möjliggör tillverkning av produkter som har högre kundvärde, knutet till Position 2 i Figur 8.1.

o Ökad integration mellan produktutveckling och produktion som ger lägre produktionskostnader eller ökat kundvärde genom förändrade tillverkningsförutsättningar och förbättrad producerbarhet, d.v.s. möjlighet till påverkan av både produktens kostnader och intäkter, knutet till Position 4 och 5 i Figur 8.1.

Produktionsutveckling eller införande av ny produktionsteknik är oftast motiverad av krav på sänkta tillverkningskostnader, ökad produktionstakt eller förbättrad kvalité på

9 Optimering av tillverkningssystem

Det finns mycket inom ett tillverkningssystem som kan optimeras med hänsyn till olika målfunktioner. Flera av dessa olika alternativ kan vara både beroende och oberoende av varandra. Några målfunktioner kan vara varandra motstridiga som exempelvis tillverkning mot lager och hög leveransprecision eller hög produktionstakt och låg tillverkningskostnad. Detta kapitel kommer att behandla 4 olika vanliga frågeställningar som kan knytas till optimering. Dessa utvalda typfall bedöms som extra viktiga för flera olika former av produktion. Följande kommer att behandlas: Val av optimal batchstorlek, val av antalet operatörer i ett produktionsavsnitt, val av optimal automationsnivå samt ekonomiska effekter av balanseringsförluster vid sammankopplade förädlingsstationer. Kapitlet i sin helhet bygger på en nomenklatur och teorier som har behandlats i tidigare kapitel. Genomgående kan konstateras att tillverkningskostnaden per detalj ofta ligger till grund för gjord optimering.

9.1 Introduktion till tillverkningsekonomisk optimering

Vid optimeringen är tillverkningskostnaden per detalj ett viktigt huvudkriterium för optimering. I dessa fall söks de parametrar som ger ett minimum i detaljkostnad. En viktig begränsning eller förenkling i analysen är att ingående variabler antas vara oberoende av varandra.

De 4 områden som kommer att behandlas nedan omfattar optimering eller analys av:

1. Batchstorleken N0 med avseende på detaljkostnaden.

2. Bemanningsnivån nop i ett givet produktionsavsnitt med avseende på detaljkostnaden.

3. Automationsnivån xLoA under givna förutsättningar avseende ansatta produktionsdata.

4. Balanseringsförluster D och dess ekonomiska effekter och dess potential till en reduktion av tillverkningskostnaden per detalj i förhållande till en given situation.

Till viss del kommer områdena ovan att vara beroende av varandra. Detta kommer inte att beaktas i redovisad teori nedan, utan dessa områden kommer att behandlas separat. Exempelvis kan inte först batchstorleken optimeras för att därefter optimera automationsnivån. Detta p.g.a. att batchstorleken i sin tur påverkar valet av optimal automationsnivå. Än svårare blir problematiken vid optimering av bemanningsgrad, vilken är starkt beroende av val av automationsnivå.

9.2 Optimal batchstorlek vid tillverkning

Vid kundstyrd tillverkning bestäms batchstorlek N0 huvudsakligen av efterfrågan och av de tider då beställning erhålls och tidpunkten för leveransen. Vid beställningar som följer fasta tidpunkter eller intervaller kan det vara fördelaktigt att slå samman flera beställningar till ett tillverkningstillfälle. Viss del av den tillverkade kvantiteten måste då lagerföras om denna inte kan levereras direkt till kund. I dessa fall måste lagerhållningskostnader

10 Applikationsanpassade kostnadsmodeller

I tidigare kapitel har en standardmodell för beräkning för detaljtillverkning redovisats. I flera fall krävs en anpassning av modellen till de unika förutsättningar och krav som gäller för specifika applikationer eller tillämpningsfall. En brist med standardmodellen är att den inte integrerar processparametrar med systemparametrar. Olika förädlingsprocesser har specifika samband mellan exempelvis kostnader, takt, kvalitetsutfall och processdata som måste hanteras för att kunna göra en beräkning av detaljkostnaden under olika processförhållanden. Nedan ges exempel på hur kostnadsekvationen kan anpassas samt hur beroende variabler kan beaktas. Redovisade exempel är hämtade från några applikationer som också har implementerats industriellt. Teorin för dessa exempel bygger till stora delar på information från föregående kapitel och genomförda forsknings- och utvecklingsprojekt

10.1 Introduktion till anpassade modeller

I många fall måste kostnadsekvationen av standardtyp anpassas till aktuellt applikationsområde, d.v.s. anpassning till olika tillverkningsmetoder, operationssteg eller specifika operationer. Standardmodellen för detaljkostnadsberäkning är i grunden utvecklad för diskret serietillverkning. Det som är genomgående för samtliga applikationer är att de innehåller en kostnadsfaktor per tidsenhet för utrustning och löner. I den generella kostnadsekvationen är maskintimkostnaden beskriven med faktorerna kCP och kCS, kostnaden per timma vid drift och vid stillestånd. Dessa kostnadsfaktorer kan innefatta både fasta och rörliga kostnader per tidsenhet. Lönekostnaden kD beskrivs i standardmodellen med produkten nop·kD, där nop är antalet allokerade operatörer vid aktuellt produktionsavsnitt och kD är genomsnittskostnaden för lön per timma knuten till avsnittets operatörer nop.

Det som väsentligen skiljer applikationsanpassade kostnadsmodeller från standardmodellen är hur tiden som styr takten uttrycks för aktuell produktion. I standardekvationen används cykeltiden t0 uttryckt per styck (tidsenhet per styck, t.ex. minuter per styck) för att beskriva tidsåtgången per producerad enhet. Det inverterade värdet av tidsåtgång per producerad enhet är produktionstakten, d.v.s. antal tillverkade enheter per tidsenhet.

I kontinuerliga processer eller applikationer som exempelvis stenkrossning uttrycks tidsåtgången som timmar per ton och takten som ton krossad mineral per timma. Motsvarande tidsenhet och takt vid pappersproduktion blir då timmar per meter respektive meter papper per timma. I Tabell 10.1 nedan redovisas några vanliga applikationer och dess tidsåtgång per enhet och takt i form av enheter på tidsenhet. Generellt betecknas tidsvariabeln nedan med ΨTime och taktvariabeln betecknas med ΨRate. Vid kostnadsberäkningar kan den ena eller den andra variabeln användas då de är varandras direkta inverterade värde, d.v.s. ΨTime = 1/ ΨRate.

Takt- och tidsvariabeln ingår på flera ställen i den generella kostnadsmodellen på grund av att flera kostnadsposter är beroende av tidsåtgång eller takt. Detta förhållande exemplifieras i Ekvation 10.1 och Ekvation 10.2 nedan. Respektive tillverkningsprocess eller ap-

11 Störningsanalys, statistik och kostnader

Statistisk analys av en tillverkning och dess resultat är en viktig del i arbetet för att finna åtgärder och optimala utvecklingsvägar i syfta att kunna uppnå en hög hållbar effektivitet. Vid automatiserad tillverkning är det extra viktigt med en hög produktionssäkerhet utan avbrott under en given tidsperiod. Störningar är statistiskt fördelade och kan relateras till olika faktorer, som påverkar resultatet enskilt eller i samverkan. Ett förhållande som försvårar analysen är att flera variabler eller faktorer är beroende av varandra, vilka också förändras över tid. Begränsningarna för användning av statistiska beslutsunderlag består främst i brist på tillgängliga eller erforderligt väl strukturerade produktionsdata. Flera störningar eller oönskade variationer uppträder p.g.a. samverkan mellan flera faktorer. Uppträdandet i dessa avvikelser härrör från flera olika fördelningar eller statistiska familjer. Genom statistisk analys av data kan antalet styrande faktorer och dess grad av inflytande bestämmas, vilket kan ligga till grund för beslut och åtgärder på olika operativa nivåer inom företaget. Genom statistiskt underlag kan respektive störning bedömas ur kostnadssynpunkt genom studier av dynamiska kostnader över tid. Denna information är starkt företagsspecifik, men kan ligga till grund för olika prioriteringar mellan olika utvecklingsinsatser, inriktade mot enskilda resultatparametrar eller vara inriktade mot mer övergripande företagsmål.

11.1 Introduktion till produktionsdata och statistik

Möjligheterna att hantera information och data har drastiskt ökat till följd av utvecklingen inom IT-området. De centrala frågeställningarna är hur vital information skall sållas ut från insamlade data samt hur denna skall användas för vidare utveckling mot resurseffektiv tillverkning och ökad konkurrenskraft. I detta sammanhang är statistiska verktyg och synsätt en viktig del i detta arbete. I många fall måste statistiska metoder och arbetssätt anpassas till de förutsättningar som råder vid en reguljär produktion. Med hänsyn till dessa förutsättningar kan kraven på stringens, validitet och reliabilitet inte vara lika höga som i många andra studier bl.a. på grund av varierande förhållanden över tid, ett mycket stort antal påverkande faktorer (variabler) som i varierad grad är beroende av varandra.

11.2 Statistiska fördelningar

Ett antal olika fördelningar förekommer i produktionssammanhang. Vanligtvis skiljs det mellan diskreta fördelningar (diskreta system) som exempelvis en geometrisk fördelning där utfallet bara kan anta vissa värden, t.ex. antal cykler (antalet godkända detaljer) mellan två stopp och Kontinuerliga fördelningar (kontinuerliga system) som t.ex. exponentialfördelning, Weibull fördelning och gammafördelning där utfallet kan anta vilket värde som helst i ett givet intervall, t.ex. tid mellan två stopp, produktionstid för en detalj, mått på en diameter eller ytavvikelse för en bearbetad yta.

Diskreta system beskrivs med en sannolikhetsfunktion (frekvensfunktion), p(n) och en fördelningsfunktion, P(n). Sannolikhetsfunktionen anger sannolikheten för att ett visst utfall skall inträffa. Fördelningsfunktionen kan användas till att utläsa hur stor sannolik-

12 Simulering av tillverkningskostnader

Dynamisk simulering innebär att beskriva variabler och parametrar i termer av statistiska fördelningar. Den kan särskilt användas för sådana uppgifter som att fastställa de sannolika kostnaderna för att tillverka en given komponent eller bedöma den produktionstid som krävs för att tillverka en batch av en given storlek. De beräkningsprinciper som används kan också användas för att underlätta prissättning i samband med anbudsförfaranden. I dessa sammanhang går det med fördel att använda de beräkningsprinciper som övergripande benämns som Monte-Carlo simulering, särskilt då den tillgängliga datamängden är begränsad eller t.o.m. mycket begränsad. Vid dessa beräkningar erhålls resultaten som statistiska fördelningar där t.ex. en viss tillverkningskostnad eller ett nyckeltal etc. redovisas tillsammans med en viss sannolikhet.

12.1 Dynamisk simulering av tillverkningskostnader

I tidigare avsnitt 8.4 har en statisk form av tillverkningsekonomisk simulering (TES) redovisats. I många fall, särskilt i tidiga utvecklingsskeden, är flera indata som t.ex. maskininvesteringar, möjliga försäljningsvolymer, utveckling av materialkostnader etc. osäkra. I dessa fall kan dynamisk simulering användas där statistiska fördelningar till en del utgör indata till analysen.

Om en given uppsättning variabler som exempelvis styr detaljkostnaden kan uttryckas i statistiska fördelningar kan även detaljkostnaden beskrivas statistiskt, vilket tidigare indirekt beskrivits i Ekvation 11.57. Dynamisk simulering kan användas i många produktionstekniska sammanhang då endast begränsad information är tillgänglig. Nedan ges exempel på olika frågeställningar som kan lösas med dynamisk simulering:

o Kan kostnaden för tillverkning av en viss komponent göras under eller över en viss kostnad och i så fall till vilken sannolikhet?

o Vilket pris skall sättas på en viss detalj för att med en viss sannolikhet få ett visst givet överskott?

o Vilka effekter erhålles på tillverkningskostnaden vid förändring av t.ex. efterfrågan, ränteförändringar knutna till kapitalkostnad, förändringar i lönenivå, hyror, ingående material etc.?

I stort alla parametrar och kostnader som kan ha en statistisk fördelning kan simuleras med nedan redovisade metoder.

Monte-Carlo simulering består av en grupp av metoder som används för att skapa eller expandera tillgänglig information eller indata som finns tillgänglig för att beskriva ett givet objekt, händelse eller process. Ett viktigt mål med att expandera informationsmängden är att se hur samverkan sker mellan olika variabler då dessa förändras. Dessa förändringar kan göras genom att skapa indata med en trolig fördelning som kan representera respektive parameters eller variabels uppträdande inom givna antagna gränser. Genom denna typ av simulering kan möjliga händelser identifieras utan att dessa fysiskt eller reellt har inträffat. Det görs genom att skapa förutsättningarna för att samtliga möjliga kombinationer av värden på indata provas. En betydande svårighet vid dessa simuleringar är att identifiera de variabler som är beroende av varandra och värdera styrkan i detta be-

13 Resurseffektiv Produktion

En fortlöpande eller kontinuerlig produktionsutveckling är en förutsättning för att ett företag på sikt skall kunna bibehålla sin konkurrenskraft. Under lång tid har Japan och dess produktionsfilosofier stått som förebild för västvärldens industrier samtidigt som andra tidigt industrialiserade länder bidragit till liknande metoder och synsätt, dock med begränsad uppmärksamhet. En viktig framgångsfaktor för dessa filosofier är att i samma organisation parallellt både förvalta och utveckla produktionssystemet för att på så sätt bibehålla och stärka kompetensen. Ett antal olika metoder, arbetssätt och verktyg bygger upp filosofin som i dagligt tal benämns som Lean Production eller som Resurseffektiv Produktion. I den kommande texten kommer inte någon åtskillnad att göras mellan dessa båda begrepp. Flera av redovisade metoder och arbetssätt kan tolkas något olika beroende på betraktarens förutsättningar och erfarenheter. Begreppet Resurseffektiv Produktion kan dock ses som ett mer flexibelt och övergripande begrepp som väl innefattar centrala delar av Lean Production tillsammans med andra tidsenliga metoder och arbetssätt som utvecklats med samma ambitioner. I ett mer flexibelt begrepp som Resurseffektiv Produktion underlättas också integrationen av miljö- och hållbarhetsaspekter samt frågeställningarna kring kritiska råvaror (CRM). Exempel på sådana metoder eller verktyg är bl.a. SPA/PSM och Six Sigma. Flera av de redovisade metoderna överlappar varandra både avseende mål och arbetssätt.

I detta kapitel kommer Resurseffektiv Produktion att behandlas övergripande där respektive metoder och verktyg kommer att knytas till de tillverkningsekonomiska modeller som presenterats i tidigare kapitel. Givetvis kommer detta kapitel också att präglas av filosofin Lean Production och dess grundläggande begrepp. Ericssons104 modell över Lean Production är kompletterad med nya teknologier och trender och utgör delvis grunden till detta kapitel.

13.1 Lean Production som utvecklingskoncept

Japansk industri har inom produktområdena motorcyklar, konsumentelektronik och kameror fått en globalt dominerande marknadsställning under loppet av några årtionden. Inom bilindustrin blev japanernas framgångar dramatiska. Från 1955 till 1989 ökade japansk bilindustris andel av världens totala bilproduktion från under 1 % till drygt 28 % enligt Ericsson104. En rad olika händelser och omständigheter, både inom och utanför de japanska företagen, har med stor sannolikhet bidragit till en utveckling av japansk industri efter andra världskriget. Några av de viktigaste händelserna och omständigheterna kan identifieras som företagsinterna eller externa Tabell 13.1.

Det nya resurseffektiva industrikonceptet fick flera olika benämningar som exempel ”Toyota-systemet”, ”JIT” (Just-In-Time), ”Lean Production” m.fl. Det är många som anför att detta industrikoncept har bidragit till ett lika stort paradigmskifte som när Henry

104Ericsson J. Störningsanalys av tillverkningssystem – Ett viktigt verktyg inom Lean Production, LUTMDN(TMMV-1034)/1–227(1997), doktorsavhandling vid Institutionen för mekanisk teknologi och verktygsmaskiner, LTH, Lunds universitet, Lund 1997.

14 Tillverkning och hållbar produktutveckling

Miljö- och kretsloppsteknik skall systemmässigt integreras i arbetet med utveckling och produktion samt återvinning av bruksprodukter. Basen för en produkts egenskaper och dess möjlighet att tillverkas på ett konkurrensmässigt sätt bestäms primärt av materialval och materialkombinationer, konstruktionslösningar samt vald utformning (design). Materialvalet har successivt fått en alltmer central roll genom en förbättrad insikt om en ändlig tillgång på råvaror för materialtillverkning i kombination med geopolitiska överväganden. Komplexa orsakssamband styr produktens konstruktiva u tformning, vald produktionsteknik och förutsättningarna för effektiv samt lönsam återvinning med en acceptabel miljöbelastning, vilket försvårar beslut och ställningstaganden. Det står helt klart att det inte behöver finnas några motsättningar mellan hög produktionseffektivitet och låg miljöbelastning. I de flesta fall är det tvärtom så att en resurseffektiv tillverkning går hand i hand med en långsiktig hållbarhet och en låg och möjligen acceptabel miljöbelastning. Betydligt svårare frågor är knutna till cirkulär ekonomi och återvinning av produkter till ny materialråvara utan att materialegenskaperna successivt degenereras. I alltför hög grad löses dessa problem idag med tillförsel eller utspädning av återvunnet material med ny råvara. Dessa principer kan inte tillämpas i ett långsiktigt perspektiv för råvaror med ändlig eller begränsad tillgång.

Flera författare har behandlat hållbarhet och hållbar utveckling på ett övergripande sätt, bl.a. Dahlin125. Detta kapitel kommer att ha ett fokus på industriell förädling och krav på en hållbar återvinning samt hanteringen och användningen av kritiska råvaror, CRM.

14.1 Hållbar utveckling

Begreppet hållbar utveckling används inom alla samhällsområden och inte minst när vi talar om den industriella utvecklingen. Sambandet mellan en hållbar utveckling och de samhällsutmaningar som behandlades i det inledande kapitlet är uppenbara. Hållbar utveckling är ett relativt begrepp som är geografiskt och geopolitiskt relaterat. Hållbar utveckling är uppdelad i olika samverkande dimensioner eller områden:

o Social hållbarhet.

o Ekologisk hållbarhet.

o Ekonomisk hållbarhet.

o Moralisk och etisk hållbarhet.

o Handels- och geopolitisk hållbarhet.

Uppräkningen ovan skiljer sig från den traditionella definitionen enligt Brundtland126 genom att den fjärde dimensionen Moraliska och Etiska aspekter har tillförts i kombinat-

125 J-E. Dahlin Hållbar utveckling – en introduktion för ingenjörer, Studentlitteratur, Lund 2021.

126 Brundtland G. H., UN (1987), World Commission On Environment and Development, Report of The World

Commission on Environment and Development: Our Common Future, Annex To General Assembly Document A/42/427.

15 Trender och produktionslokalisering

Utvecklingstrender i samhället analyseras kontinuerligt av institut, branschorganisationer och enheter inom eller nära respektive lands statsförvaltning. Detta arbete leds ofta i respektive lands eller regions berörda myndigheter. En internationell samverkan sker för att bedöma utvecklingen och dess konsekvenser. Det är vanligt att myndigheter kopierar varandras bedömningar och därför kan olika trendanalyser från olika länder och världsdelar vara tämligen snarlika varandra. Det finns många faktorer som drastiskt kan påverka varandra som drastiskt kan förändra förutsättningarna för utveckling, vilket tydligt har exemplifierats bl.a. genom konflikten mellan Ryssland och Ukraina 2022.

Under senhösten 2014 publicerade Regeringskansliet140 i Stockholm en rapport som behandlar strategiska trender i ett globalt perspektiv 2025. Flera delar i denna analys blev snabbt inaktuella p.g.a. en rad händelser knutet till relationer mellan länder och politiska ledare. Utöver dessa händelser tillkom en pandemi (2020) som drabbade hela världen och bidrog till en djup lågkonjunktur. Politiska händelser och konflikter i kombination med en pandemi har bidragit till en stor osäkerhet i den förestående utvecklingen. Självklara utvecklingstrender avseende bl.a. råvaruförsörjning, lokalisering av produktion, ökad specialisering samt ökat internationellt forskningsutbyte är inte lika självklara nu (2021) som för några år sedan.

15.1 Trender inom global produktion och lokalisering

Det kan konstateras att det finns en serie av viktiga globala trender inom industri och samhälle. Flera av dessa trender är väl beskrivna i [140, 141, 142, 143, 144, 145]. Följande trender påverkar internationell handel och tillverkning:

o Den allmänna teknologiutvecklingen inklusive digitalisering är en global utjämningsfaktor som underlättar för industrialisering och produktionsteknisk utveckling.

o Minskade utbildningsskillnader mellan länder och ökat utbyte avseende akademiska studier och forskning har minskat skillnaderna i teknisk nivå och utvecklingstakt mellan olika regioner.

140 Strategiska trender i globalt perspektiv 2025: en helt annan värld? Kansliet för strategisk analys, Regeringskansliet, Stockholm 2014.

141 Emerging trends in global advanced manufacturing: CHALLENGES, OPPORTUNITIES AND POLICY RESPONSES, UNIVERSITY OF CAMBRIDGE, UNIDO, 2013.

142 Made in China 2025《中国制造 2025, State Council, July 7, 2015, www.iotone.com.

143 Made in Germany, Industrial Strategy 2030, Guidelines for a German and European industrial policy, November 2019.

144 MANUFACTURING AGENDA, A National Blueprint for Clean Technology Manufacturing Leadership and Industrial Transformation, bluegreenalliance.org, USA 2020.

145 Var är produktiviteten? Analys av produktivitetstillväxten i Sverige och internationellt med utblick till år 2026, Teknikföretagen, Stockholm 2019.

483

16 Kostnads- och prestandaanalys, CPR

Ett relativt kostnadsindex, Cost Performance Ratio CPR, introduceras i detta kapitel. Ett CPR bygger också på länken mellan teknik och ekonomi och möjliggör en objektiv jämförelse mellan olika faktorer eller faktorgrupper avseende bl.a. verktyg (A), arbetsmaterial (B) och produktionsutrustningar (C). Konceptet CPR värderar en faktorgrupps prestanda i förhållande till kostnaden (priset). Ett verktyg med hög prestanda kan tillåtas vara dyrare för kunden än ett verktyg med lägre prestanda eftersom den slutliga tillverkningskostnaden kan bli lägre genom en effektivare bearbetning med ett bättre men dyrare verktyg. Samma resonemang kan användas kring de flesta faktorgrupper eller enskilda faktorer som påverkar en produkts tillverkningskostnad eller kvalité. En viktig förutsättning för att kunna räkna ut CPR är att kunna beräkna tillverkningskostnaden per detalj med erforderlig noggrannhet under specifika förutsättningar, vilket tidigare har behandlats i avsnitt 10.2.

16.1 Introduktion till kostnads- och prestandaindex

Under senare tid har konkurrensen drastiskt ökat inom områden som verktyg, arbetsmaterial och maskiner p.g.a. att flera lågprisprodukter kommit ut på marknaden. Företagen som tillverkar premiumprodukter har fått allt svårare att ta ut det högre pris som motiveras av produktens högre prestanda. Det har även blivit svårare att övertyga kunden om att ett högre pris på produkten kan motiveras med den högre prestandan. Premiumprodukterna konkurrensutsätts därför hårdare av lågprisprodukterna. Detta förhållande har även accentuerats genom att i allt fler företag centralisera inköpen av bl.a. material, verktyg och processtillsatser. Det är inte ovanligt att inköpsavdelningen sitter på ett stort avstånd från den geografiska plats där materialen bearbetas och där verktygen används. Stora avstånd från tillverkningen och brist på specifik kompetens leder lätt till suboptimerande besparingar genom inköp av billigare material och verktyg med lägre prestanda som dock uppfyller givna specifikationer.

CPR (Cost Performance Ratio) skall tjäna som ett kvantitativt mått på värdet av att använda ett mer högpresterande verktyg till en högre kostnad i förhållande till ett lågprisalternativ. Ambitionen är att CPR skall vara ett objektivt mätetal på hur mycket mer ett högpresterande verktyg får kosta för att ändå vara lönsamt att använda. CPR kan därför beskriva värdet av en ny teknologi i förhållande till den kända och etablerade teknologin med hänsyn till prestanda och egenskaper.

Grunddefinitionen på CPR baseras på en referenskostnad och den nuvarande prestandan i relation till den nya teknologins prestanda och egenskaper. Kostnaden för att framställa den nya teknologin beaktas inte på grund av att dessa data ännu inte är kända. Anpassade och rationella tillverkningsmetoder för serieproduktion utvecklas successivt samtidigt som volymer och tillhörande volymeffekter är okända. CPR kommer därför att anvisa en övre prisgräns som kunderna kan acceptera med hänsyn till den nya teknologins fördelar och prestanda. CPR kan därmed också utgöra en grund eller indikation för en prestandabaserad prissättning av en ny teknologi.

I det fallet att hårdmetallverktyg baserade på primärt WC/Co skall bytas mot nya generationer av verktyg baserade på kubisk bornitrid (cBN) och polykristallin diamant (PCD)

17 Offertarbete och prissättning

Offerter och offertarbete utgör en mycket viktig aktivitet som knyter samman säljare och köpare på en industriell marknad. En accepterad offert kan vara starten på en lång relation mellan en underleverantör och exempelvis en produktägare. Offerten utgör också ofta grunden för uppgörelser och avtal mellan företag. Detta kapitel behandlar offerter och prissättning samt orderhantering ur ett tekniskt och ingenjörsmässigt perspektiv. Prissättning kommer att utgöra en viktig del i offertarbetet. I viss utsträckning kommer även bedömning och värdering av offerter att behandlas. Några avsnitt utgör också en del av det bredare området som benämns som industriella inköp. Kapitlet bygger i hög grad på tidigare kapitel och behandlar inte direkt frågor kring avtal, inköp eller finansiering.

17.1 Introduktion till offerter och offertarbete

En underleverantör av komponenter kan ta fram ett stort antal offerter under ett år. Andelen erhållna order kan vara så lågt som 10 - 15 % av totalt avgivna offerter. Det är av stor betydelse att det avgivna priset är rätt, varken för högt eller för lågt. Ett för högt pris innebär att man inte får orden i konkurrens med andra. Ett för lågt pris innebär att man förlorar ekonomiskt på att ta ordern eller går miste om ett potentiellt vinstutrymme, vilket illustreras i Figur 17.1 nedan. Det finns förfrågningar då det inte finns möjligheter att offerera ett pris som ger ett positivt resultat, vilket är ett tecken på att produktionsförutsättningarna inte är avpassade för detaljen eller produkten och därmed blir konkurrenskraften i det specifika produktionssystemet för låg, d.v.s. A > B enligt Figur 17.1.

Pris nivå

Produk�onsutveckling → Ökat kundvärde →

AB

För lågt För högt

Täckningsbidrag ← Förlust

Konkurrensintervall Positivt överskott

Det är ofta en fördel att inte sträva efter för teknisk breda orders eller detaljer utan fokusera på just de typer av detaljer där företaget har bäst förutsättningar och högst konkurrenskraft i förhållande till konkurrenterna. Detta förfarande leder erfarenhetsmässigt till en högre träffsäkerhet i offerterna. Det är många aspekter som måste beaktas i samband med offerter. Den första frågan är om man överhuvudtaget skall avge en offert. Det är givetvis bättre att avge offerter då sannolikheten att få en order är hög än det motsatta. Frågor som är viktiga att kunna svara på är:

1. Har företaget förmåga att kunna leverera efterfrågad detalj eller produkt?

Figur 17.1 Prisbilden och dess påverkan av produktionsteknisk utveckling och produktionsvärde.

18 Företagsintegration och ledning

Kommunikationen och informationsutbytet inom ett företag är av största betydelse för att kunna utveckla och tillverka produkter på ett konkurrensmässigt sätt. Kommunikationen och informationsutbytet är också en av hörnpelarna för att skapa förtroende och tillit mellan avdelningar, individer och funktioner inom företaget. En central hörnpelare i detta sammanhang är att använda företagets samlade resurser på bästa sätt, d.v.s. bedriva en långsiktigt hållbar verksamhet. Grundkonceptet bygger på att skapa en god insikt och förståelse av företaget eller verksamhetens förutsättningar. Företagsintegration i detta avseende innebär att företaget använder alla sina resurser på bästa sätt, från styrelse till operativt värdeskapande.

18.1 Företagsintegration i tre dimensioner

Tydliga strategier och formaliserade arbetssätt som bygger på en gemensam värdegrund måste finnas inom företaget för att uppnå en hållbar verksamhet. För att lyckas väl med detta måste vissa aktiviteter eller instrument koordineras eller säkerställas:

o Produktutveckling och tillhörande investeringar i utrustning och produktionsresurser, d.v.s. ha arbetssätt för att optimera samspelet mellan utvecklingen av produkter och utvecklingen av produktionsresurser inklusive val av och samarbeten med underleverantörer.

o Personalutveckling och strategisk rekrytering av medarbetare samtidigt som man tar väl hand om de befintliga medarbetarna.

o Utveckling och förvaltning av företagets kärnverksamhet, exempelvis omfatta de aktiviteter/verksamheter som ger företaget dess konkurrenskraft. Denna fråga skall även sättas in i ett längre tidsperspektiv då förhållanden snabbt kan förändras t.ex. genom patent som går ut, disruptiva teknologier, pensionsavgångar etc.

o Långsiktig samverkan med underleverantörer inklusive leverantörer av material och insatsråvaror etc.

o Samverkan med akademi och institut inom utveckling, forskning och vidareutbildning.

Merparten av områdena ovan behandlas helt eller delvis i företagets affärsplan.

Utvecklingen av företaget och dess interna informationskanaler kan beskrivas i 3 dimensioner enligt [5, 6]:

o Vertikal integration: Förstå konsekvenserna av beslut som fattas på olika hierarkiska nivåer i syfte att få en gemensam målbild för företaget. Vertikal integration ger förutsättningarna för att alla medarbetare arbetar mot samma mål, d.v.s. har samma affärsplan som riktmärke.

o Horisontell integration: Förstå, använda och dela med sig av kunskaper och erfarenheter som skapas vid lika arbeten samt sträva efter ett standardiserat arbets-

Index

adaptiv styrning, 74, 81

administrativa grupperingen, 85

affiliering, 580

affärsplanen, 578

aGV, 88

AI techniques, 253

AI-system, 252

Andon, 438

annuitetsberäkning, 106

annuitetsberäkningar, 103

annuitetsfaktorn, 106

antalsberoende system, 352

Artificiell Intelligens, 252

asymmetriska fördelningar, 383

asynkrona linjer, 54

automationsgrad, 262

automationsnivå, 262

automatiska monteringssystem, 90

avvikelsebaserad inlärning, 254

balanseringsförlusten D, 58

balanseringsförluster, 291

batch size optimization, 267

batchtillverkning, 50, 52

beläggning, 114

beläggningsbrist, 113

beläggningsgrad, 113

bemanningsoptimering, 276

beroende variabler, 297, 299, 397, 421, 490

Big Data, 239, 256

bound capital, 269

buffertar, 121, 176, 212, 364, 365, 367, 433, 439

buffertlager, 52, 54, 55, 223

CAD/CAM, 68

cellvisa kostnadsberäkningarna, 225

CFRP, 258

CIM, 82

cirkulär ekonomi, 454

CNC-maskiner, 75, 78, 79, 89, 437

Coldings ekvation, 306

concurrent engineering, 37, 67

Cost Performance Ratio, 217, 510, 512

CPR, 510

Critical Raw Materials, 31, 450, 478, 479

cykeltid, 54, 57, 58, 97, 101, 141, 164, 185, 200, 203, 223, 225, 292, 365

Data Acquisition System, 255

databas decimering, 256

datorstödd programmering, 78

Deep Learning, 257, 259

demontering, 476

detaljgruppering, 133

detaljkostnaden vid flera förädlingssteg, 185

deterministisk produktionsutveckling, 197, 198

DFA, 418

DFM, 418

DFMA, 417

dialogprogrammering, 78

digitala plattformar, 490, 533, 550

digitalisering, 28, 29, 33, 81, 166, 170, 261, 427, 443, 483, 485, 491, 492, 493, 494, 498, 558, 568

djupinlärning, 254

DMAIC, 415

DNC, 79

582 © FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB

dynamiska tillverkningskostnader, 374

effektivitetshöjande verktyg, 442

ekonomisk orderstorlek, 268

ekonomisk verkningsgrad, 146

ekonomiska avskrivningstiden, 103

empiriska fördelningsfunktionen, 355

energiåtervinning, 463

enstyckstillverkning, 50, 173

EOQ, 268

erforderligt antal ämnen, 99

Ericssons modell, 406

exponentialfördelade störningar, 353

exponentialfördelningen, 347

exporttillstånd, 538

Extended Taylor, 306

fabrikörer, 46

Faktorgrupper, 164

fast dagordning, 578 feature learning, 254

Five why, 434

flexibel automation, 263

flexibel tillverkning, 72, 73, 87

flödesgrupper, 64, 67, 69, 406, 433, 434, 469

flödeslinjer, 54, 68, 69, 141

Flödesorienterad layout, 51, 52

FMEA, 420

FMS, 55, 74, 82, 83, 84, 87, 91

form- och egenskapsgivning, 20

formvaruproducenter, 46

forskningsagenda, 486

fraktala fabriker, 65

fri kapacitet, 113

funktionellt orienterad layout, 51, 52

funktionsinlärning, 254

funktionssannolikheten, 351

funktionssannolikhetsdiagrammet, 352

fördelningsfunktion, 345

fördröjd produktionsstart, 116 företagsintegration och produktionsledning, 557

företagsledning och styrelse, 411

förslagssystem, 413

förädlingskostnaden k per detalj, 102 förädlingsmetoder, 20 gammafördelningen, 349

GDPR, 484

genomloppstiden, 99

genomsnittligt tidsutnyttjande, 361 geometrisk fördelning, 346

golv till golv tid, 185

granulerbarhet, 464 grepp, 153

gruppteknologi, 49, 67, 469

gruppteknologi, 67, 433

gruppteknologiska produktionsceller, 86

halvt väglett lärande, 254

hantverksmässig produktion, 20 horisontell företagsintegration, 413

horisontell integration, 38, 557, 558, 570

Human Dynamics, 573, 575

hybridprissättning, 555

hållbar utveckling, 31, 164, 236, 449, 450, 451, 460

hållbara produktionsprocesser, 559

hållbarhetsbegrepp, 450

hårdmetall, 488

Hägglund-graf, 517

Hägglunds kostnads- och tidsgraf, 313 ideal tillverkningskostnad, 334

ideala detaljkostnaden, 146

IKEA:s koncept, 65 indirect monitoring, 260

indirekt övervakning, 260

industriell specialisering, 484

industriell tillverkning, 20, 49

informationstillgänglighet, 223

inkrementell produktionsutveckling, 250, 251, 252, 561

inkörningskassationer, 308

Inre ställ, 338

insatsråvaror, 49, 54, 140, 188, 189

integrerad produktutveckling, 23, 37, 67, 469, 474, 475

intern materialhantering, 194

Investeringar och samordningseffekter, 571

investeringsgränsen, 203

investeringsutrymme, 560

Ishikawa-diagram, 430

ISO-programmeringen, 78

japanska sjön, 428, 439

JIT, 401, 403, 407, 421, 423, 438

Just In Time, 403

Kaizen, 440

kallåldring, 275

Kanban, 423

kapacitetsflexibiliteten, 73

kapacitetsutnyttjandet, 142

karakteristisk detalj, 124

kassationer, 149

kassationsandelen, 95

key numbers, 137

Kina, 42, 44

kittning, 191

klassning, 153

kompetensutveckling, 31

komplexdetalj, 68

komplexdetaljen, 68

konkurrensintervall, 551

kontinuerlig masstillverkning, 50

kontinuerlig utveckling, 197, 198

kontinuerliga processer, 340

kostnads- och prestandaanalys, 510

kostnadsbaserad prissättning, 550

kostnadsdrivare, 117, 118, 278, 283, 301, 337, 423, 500, 509

kostnadsfaktor κC, 199

kostnadsmodell, 110

kostnadsneutrala förändringar, 202

kostnadsneutrala priset, 511

KPI measures, 138

kretsloppsanpassad produktion, 37

kritiska råvaror, 31, 478

kundorderstyrd tillverkning, 73

kundvärden, 27

kundvärdesbaserad prissättning, 555

kvalitetsförluster, 95

kvalitetsintyg, 538

kvalitetsparametrar, 150

kvalitetssäkring, 94

kärnkompetens, 321, 498, 499, 503, 533

kärnverksamhet, 19, 26, 27, 534, 557, 578

lagerhållningskostnader, 111

Largest Candidate Rule, 62

layouter, 49

LCC, 428

LCR, 62

lean production, 401, 402, 414, 416

Lean Production, 19, 33, 401, 416, 417

ledning och styrelse, 576

ledtider, 31, 414, 434

Luftföroreningar, 452

lönekostnaden kD, 103

lönsamhetsgräns, 209

Machine design, 23

Machine Learning, 81, 172, 239, 253, 427

manuell programmering, 78

markföroreningar, 452

584 © FÖRFATTARNA OCH STUDENTLITTERATUR AB

marknadsbaserad prissättning, 545

maskinbehov, 133

maskininlärning, 253

maskintiden, 94

maskintimkostnaden, 107

maskintimkostnaderna, 103

massproduktion, 51

masstillverkning,, 50

materialcertifikat, 232, 537

materialdegradering, 457

materialspecifikationer, 232, 407, 458, 537

materialspillfaktor, 102

materialåtervinning, 463

maximal produktionstakt, 314

MCBF, 141, 347

medelfunktionstiden, 352

metallåtervinning, 456

miljö- och kretsloppsparametrar, 150

miljöanpassad produktframtagning, 468

miljöbelastning, 478

mineralkrossning och siktning, 342 minimal detaljkostnad, 314

minsta kvadratmetoden, 282, 360, 368, 371, 384

mission, 578

Mixade fördelningar, 368

MK-parametrar, 167

ML, 81, 172, 223, 239, 240, 427

mobilitetsprogram, 580

modularisering, 469

modularisering, 71

moduler, 49

modulkoncept, 71

moment, 56

Monte-Carlo simulering, 381

montering, 21

MTBF, 141

MTTR, 141

MWT, 141

målfunktioner för produktionsutveckling, 198

måttjämkning, 153

måttsystem, 152

mänskliga rättigheter, 31

mönsterigenkänning, 81, 173, 239

NC-maskiner, 75

near net shape, 24, 102

negativ outsourcing, 28

Neural Networks, 254

neurala nätverk, 254

Next Step, 26, 35, 36, 39, 40

nominell ställtid, 95

normalfördelningen, 350

numerisk styrning, 74

OEE, 143, 145, 146, 147, 148

offertarbete, 531

omlokalisering, 498

områdesvillkor, 59

omställningsförluster, 95

omvärldsanalys, 579

OPE, 145

operatörsprogrammering, 78

oplanerade stillestånd, 171, 179, 359

optimal automationsnivå, 213, 280, 566

optimal batchstorlek, 267

optimal bemanningsnivå, 276

outsourcing, 496

Pallekvivalent, 192

parallella maskiner, 134

Pareto- och Ishikawa, 430

partiell automation, 262

PDA, 538

PDM, 84

Pearsons korrelationskoefficient, 398

personal och organisation, 240 personalomsättning, 414 personalrelaterade systemen, 413 personalstödjande system, 413

PIA, 54, 121, 225, 261, 438

planerade maskintimkostnader, 123

planeringspunkt, 52, 54, 93, 99, 101, 102

plattformstänkande, 71, 72

PLC-utrustning, 81 positionsvillkor., 59

positiv outsourcing, 28

potentiella skärbarheten, 233

PPAP, 539

P-parametrar, 167 precedensdiagram, 61

precedensvillkor., 59 primärkonstruktion, 472

prioritera de längsta momenten, 62

prissättning, 531

prissättningsmodeller, 545 processdata, 22

processövervakning, 255 producentansvar, 460 producerbarhet, 22

Production Part Approval Process, 539

produkter med dubbla användningsområden, 538

produktfamiljer, 68

produktfaser, 474

produktflexibiliteten, 72

produktframtagning, 22

produktionsberedningen, 24, 473

produktionsflexibiliteten, 72

produktionskapaciteten, 100

Produktionsledning, 410, 572

produktionsnätverk, 19

produktionssystemets resultatparametrar, 166

produktionssäkerhet, 39, 232, 259, 345, 424, 461, 477

produktionsSäkerhetsMatrisen, 167 produktionstakt, 96 produktionstakten, 96 produktionstaktsförluster., 149 produktionstekniska tillgängligheten, 141

Produktionstiden, 93 produktionstyper, 49 produktionsuppstart, 271

produktivitet, 65, 146, 402, 406, 407, 408, 438, 440, 441 produktorienterad layout, 51

produktverkstäder, 65, 67, 73, 191, 571

produktägare, 46

PSM, 149, 167, 169, 170, 174, 175, 177, 180, 181, 182, 183, 184, 223, 224, 243, 247

QC-cirklar, 432, 433

QFD, 419

Q-parametrar, 167 rapporteringsinstruktion, 578 reducerad beläggning, 113

reducering av störningar, 414 regulatoriska krav, 21, 232, 457 relocation, 496 remanufacturing, 463

renovering, 329, 463 restvärde, 108, 113

resurseffektiv tillverkning, 30, 280, 345, 403, 404, 406, 421, 449 resurskoordinering, 223 resursnationalism, 479

reverserad Weibullfördelning, 383

robotar, 81, 85, 86, 88, 89

råvaruproducenter, 46

samhällsutmaningar, 29, 30, 31, 449, 456, 485, 486, 570

sannolikhetsfunktionen, 345

SDG, 450, 484

Seco Tools Suggest, 543

sekventiella stationer, 58

sena kassationer, 187

serietillverkning, 50

Six Sigma, 414

självförsörjningsgrad, 498

självstyrande grupper, 65, 571

SMED, 435, 436

social policy, 429

SPA, 149, 223

S-parametrar, 167

SPC, 431, 433

spel, 152

spårbarhet, 456, 538

stationerna, 57

statistisk identifiering, 370

statistiska fördelningar, 345

statistiska indata, 391

stel automation, 263

stillestånd, 149

stilleståndsandelen, 95

stilleståndsförluster, 94

stilleståndsparametrar, 150 styrdokument, 578

styrning och övervakning, 239

ställtiden, 95, 99, 141, 198, 199, 200, 208, 209, 436, 437

ständiga förbättringar, 198

stödjande systemen, 407

störningskedjor, 243

successivt adderade värdet, 187

supersymmetrisk Weibullfördelning, 383

Sustainable Development Goals, 450, 484

symmetrisk fördelningsfunktion, 384

synkrona linjer, 54

Systematisk ProduktionsAnalys, 149

sönderdelnings- och separationsprocesserna, 464

TAK, 145

takt- eller produktionshastighetsparametrar,, 150

taktad linje, 55

taktförluster, 95

taktvariabeln, 297

TBF/DT-cykel, 354

teambildningsövning, 574

teamkontrakt, 574

tekniksprång, 197, 221, 229

teknisk bedömning, 243

tekniska livslängden, 103

teoretiska ytor, 323

termisk förorening, 452

TES, 211, 212, 213

tidsanalys, 178

tidsvariabeln, 297

tillgänglighet A, 140

tillverknings- och slutkonstruktion, 473

tillverkningsekonomisk simulering, 197

tillverkningsEkonomisk Simulering, 211

Ttillverkningsekonomisk verkningsgrad, 146

tillverkningsindustrin, 28

tillverkningskostnaden, 100

tillverkningsmetoder, 20

tillverkningssystemets resultatparametrar, 39

tillväxtländer, 42

toleranskostnader, 319

Total Quality Control, 433

totaleffektivitet, 143

Toyota Production System, 403, 405

TPM, 424, 425

TQC, 433

transferlinjer, 54, 55

transformationer, 36

Trippel-Helix, 486

trång sektor, 367

tvärfunktionell integration, 38, 558

täthetsfunktion), 346

underhåll, 329, 463, 477

underleverantörer, 46

urvalsklassning, 153

utlokalisering, 496

utrustningsflexibiliteten, 73

utvecklingspyramiden, 144

utvecklingstrender, 483

val av tillverkningsmetoder, 477

varierande skärbarhet, 316

vattenföroreningar, 452

verkliga maskintimkostnad, 123

verktygets prestanda, 513

verktygsbyten, 302

verktygsövervakning, 257

vertikal integration, 38, 557, 558, 559

viktad kostnadsderivata, 206

vision, 578

visualiseringssystemen, 407

volymflexibilitet, 73

värdeflödesanalys, 422, 423

weibullfördelningen, 349

Wilsons formel, 274, 275

ytkaraktär, 157

yttre ställ, 338

årlig tillverkningskostnad, 118

återanvändning, 463

återlokalisering, 496

återtillverkning, 463

återvinning, 462

överkapacitet, 29, 113, 114, 143, 266

övertoleranssättning, 320

Jan-Eric Ståhl doktorerade i materialoch produktionsteknik och sedan 1987 arbetat som forskningsledare inom området Industriell produktion vid LTH och Lunds universitet.

Christina Windmark doktorerade 2018 på en avhandling med inriktning mot ekonomiska beslutstöd för industrin och är verksam som forskare och lärare vid LTH, Lunds universitet.

HÅLLBARA PRODUKTIONSSYSTEM

Länken mellan teknik och ekonomi med ett globalt perspektiv

Boken visar hur länken mellan teknik och ekonomi kan etableras och användas vid beslutfattande. Denna länk utgör grunden till en långsiktigt hållbar och ekonomiskt baserad produktrealisering.

Boken beskriver integrationen av 3 huvudområden; produktionssystem, tillverkningsteknik och ekonomi. Även om boken har en sekventiell uppbyggnad, d.v.s. kapitlen bygger på varandra kan valda delar läsas separat, vilket gör att den också kan användas i tidigare utbildningssammanhang inom teknik och ekonomi. Boken är i första hand avsedd för studier på mastersnivå samt för fort- och vidareutbildning vid industrin.

Det har blivit allt viktigare för våra kunder att sätta in tekniken i ett organisatoriskt och ekonomiskt sammanhang, detta för att kunna uppnå effektivitet och använda våra verktyg på det mest hållbara sättet. Denna bok knyter samman teknik och ekonomi i ett hållbarhetsperspektiv på ett unikt och aktuellt sätt, vilket gjort att vi har stöttat och bidragit till utgivningen av denna bok.

Seco Tools är ett globalt företag inom Sandvik-koncernen som utvecklar, tillverkar och säljer verktyg för skärande bearbetning.

Art.nr 39931

studentlitteratur.se