Kokoonpanolinjaston tasapainottaminen valmistavan teollisuuden tuotannossa

Abstract

Kasvavilla markkinoilla toimivat valmistavan teollisuuden yritykset kohtaavat usein haasteita kasvavan kysynnän, laajenevien tuotevariaatioiden sekä kiristyvien toimitusaikavaatimusten myötä ja joutuvat jatkuvasti kehittämään tuotantojärjestelmiään vastatakseen markkinan muuttuviin kapasiteetti- ja joustavuusvaatimuksiin. Vastatakseen edellä mainittuihin haasteisiin päätyvät yritykset usein investoimaan kokoonpanolinjastoihin. Kokoonpanolinjastojen suunnittelulla ja tasapainottamisella on keskeinen rooli toimitusvarmuuden ja tuotannon tehokkuuden varmistamisen kannalta.

Kohdeyritys valmistaa kaukoenergiaverkostoissa käytettäviä venttiileitä, joiden kysyntä on kasvanut viime vuosina. Tuoteryhmän myynnin kasvu loi kohdeyritykselle tarpeen investoida kokoonpanolinjastoon, jonka avulla tuotanto siirretään hajautetusta monipisteisestä tuotantomallista keskitettyyn ja tasaisesti virtaavampaan tuotantoon. Tämän diplomityön tavoitteena oli tasapainottaa kohdeyrityksen uuden kokoonpanolinjaston tuotanto sekä määrittää linjaston resurssitarve kahdella eri kapasiteettitasolla. Näiden tavoitteiden pohjalta muodostuivat tämän työn kaksi päätutkimuskysymystä. 1) Miten kokoonpanolinjan tuotanto tasapainotetaan? 2) Miten paljon resursseja kokoonpanolinja tarvitsee eri kapasiteettitasoilla? Kokoonpanolinjan tasapainottaminen on käsitteenä laaja ja moniulotteinen, tämän takia ensimmäisen tutkimuskysymyksen riittävän laajan tarkastelun varmistamiseksi täytyi vastata myös kolmeen alatutkimuskysymykseen: a) Mitkä ovat tuoteryhmän työvaiheiden vaiheajat? b) Mikä on kokoonpanolinjalle soveltuva vaiheistus? c) Miten tuotanto tasataan pidemmällä aikavälillä?

Tutkimus toteutettiin monimenetelmällisenä tapaustutkimuksena, jossa yhdistettiin määrällisiä ja laadullisia tutkimusmenetelmiä. Keskeisinä tutkimusmenetelminä käytettiin työntutkimusta ja työnaikatutkimuksia sekä puolistrukturoituja haastatteluja tuotannon henkilöstölle. Työntutkimuksen ja haastatteluiden avulla muodostettiin kokonaiskuva nykytilan tuotantoprosesseista, työvaiheista, etusijaisuusrajoitteista, hukkaa aiheuttavista tekijöistä sekä kehityskohteista. Työn- ja haastattelututkimukset tukivat myös työnaikamittauksien kohdentamista oikeisiin kohteisiin. Suoritettujen työnaikamittauksien perusteella määritettiin työvaiheiden standardiajat, joita hyödynnettiin linjan vaiheistuksessa, tasapainotuksessa, tuotannon sekvensoinnin suunnittelussa sekä resurssitarpeiden arvioinnissa.

Työn tuloksena muodostettiin tasapainotettu vaiheistus sekä yksinkertaisilla säännöillä toimiva sekvensointimalli, jonka avulla hallitaan resurssien välistä ylikuormitusta sekä tasataan tuotannon ulostulo pidemmälläkin aikavälillä tarkasteltuna. Työn tuloksina luotiin myös taulukkolaskentamalli resurssitarpeiden määrittämistä varten, jonka avulla voidaan selvittää kokoonpanolinjan resurssitehokkuus eri kapasiteettitasoilla ja resurssimäärillä. Yhteenvetona resurssitarpeiden osalta voidaan todeta, että kokoonpanolinja tarvitsee ensimmäisellä kapasiteettitasolla vain yhden resurssin ja toisella kapasiteettitasolla kaksi resurssia.

Työn keskeinen kontribuutio on sen luoma käytännöllinen arvo kohdeyritykselle. Diplomityön tulokset tarjoavat konkreettiset mitattuun dataan perustuvan mallin uuden kokoonpanolinjaston vaiheistukseen, tasapainottamiseen, sekvensointiin ja resurssien suunnitteluun eri kapasiteettitasoilla. Tuloksia voidaan hyödyntää suoraan linjaston käyttöönotossa, kapasiteettisuunnittelussa sekä tuotannon ohjauksessa eri kysyntätilanteissa. Vaikka linjalle sijoitettaisiin uusia variaatioita tai kokoluokkia, voidaan työssä käytettyjä menetelmiä sekä kohdeyritykselle luotuja työkaluja hyödyntää tasapainotuksien ja resurssien uudelleen määrittelyissä, mikäli linjan tuotannossa tapahtuu muutoksia. Työn tulokset tukevat kohdeyrityksen strategista päätöksentekoa kasvavan kysynnän hallinnassa ja edistää siirtymistä kohti tasaisempaa ja virtaustehokkaampaa ulostuloa.

Manufacturing companies operating in growing markets often face challenges related to increasing demand, expanding product variety, and tightening delivery time requirements. As a result, they must continuously develop their production systems to respond to changing capacity and flexibility requirements of the market. To address these challenges, companies often invest in assembly lines. The design and balancing of assembly lines plays a key role in ensuring delivery reliability and production efficiency.

The case company manufactures valves used in district heating networks for which demand has increased in recent years. The growth in product group sales created a need for the company to invest in an assembly line enabling the transition from a decentralized, multi-point production model to a centralized and more smoothly flowing production system. The goal of this master’s thesis was to balance the production of the company’s new assembly line and to determine the required resource capacity at two different capacity levels. Based on these objectives two main research questions were formulated: 1) How is assembly line production balanced? 2) How many resources does the assembly line require at different capacity levels? Assembly line balancing is a broad and multidimensional concept. Therefore, to ensure a sufficiently comprehensive examination of the first research question, three sub-research questions were also addressed: a) What are the cycle times for the work phases of the product group? b) What kind of work phasing is suitable for the assembly line? c) How should production be leveled over a longer time horizon?

The research was conducted as a multi-method case study combining quantitative and qualitative research methods. The primary research methods included work study and time study techniques, as well as semi-structured interviews with production personnel. Through the work study and interviews, a comprehensive understanding of the current production processes was developed, including work stages, precedence constraints, sources of waste, and improvement opportunities. The work study and interviews also supported the correct targeting of time measurements. Based on the conducted time studies, standard times for each work stage were determined and subsequently used in defining the assembly line work sequencing, balancing, production sequencing design, and resource requirement analysis.

As a result of the study, a balanced work structure and a simple rule-based sequencing model were developed to manage resource overload and to level production output over a longer time horizon. In addition, a spreadsheet-based model for determining resource requirements was created, enabling the evaluation of assembly line resource efficiency at different capacity levels and staffing configurations. In summary, the results indicate that the assembly line requires only one resource at the first capacity level and two resources at the second capacity level.

The key contribution of this study lies in the practical value it provides to the case company. The results offer a concrete, data-driven model for assembly line work sequencing, balancing, production sequencing, and resource planning across different capacity levels. The outcomes can be directly utilized in the commissioning of the new assembly line, capacity planning, and production control under varying demand conditions. Furthermore, if new product variants or sizes are introduced, the methods and tools developed in this study can be reused to re-evaluate balancing and resource requirements as production conditions change. Overall, the results support the company’s strategic decision-making in managing growing demand and promoting the transition toward a more stable and flow-efficient production output.