Для успешного производства требуется производственный баланс

Введение

При производстве широкого спектра деталей из самых разных материалов заготовки производители используют различные процессы обработки. Несмотря на это, общая цель всех производителей — создать определенное количество заготовок желаемого качества в указанное время и по соответствующей цене.

Многие производители достигают этой цели, следуя узкоперспективной модели, которая начинается с выбора и применения инструмента и решения проблем на реактивной основе. Однако изменение этого подхода может снизить затраты и повысить эффективность. Вместо того, чтобы ждать возникновения проблем, а затем вносить коррективы в отдельные операции обработки, производителям следует в первую очередь сосредоточиться на упреждающем предварительном планировании, направленном на устранение бракованных деталей и незапланированных простоев. После создания стабильного и надежного процесса применение концепций экономики производства может помочь производителям найти баланс между производительностью и производственными затратами. Затем, опираясь на безопасные и экономически эффективные операции, производители могут выбирать инструменты и режимы резания, которые полностью оптимизируют процесс обработки.

Экономика производства

Прежде чем предпринимать шаги по оптимизации резки металла, важно, чтобы процессы были безопасными и надежными, исключая дефектные детали или незапланированные простои. Достижение безопасности процесса требует создания стабильной производственной среды. Области, которые производители должны анализировать, включают техническое обслуживание станков, программирование CAM, системы крепления инструмента и применение СОЖ. Автоматизация погрузочно-разгрузочных работ, такая как поддоны или роботизированные системы загрузки/разгрузки деталей, также может быть частью оценки.

Искусство и наука экономики производства сосредоточены на обеспечении максимальной безопасности и предсказуемости производственного процесса при сохранении максимальной производительности и самых низких производственных затрат. Когда процесс резки металла и окружающая среда безопасны и предсказуемы, экономика производства становится двумерной задачей:поиск баланса между производительностью и производственными затратами, который подходит для конкретной ситуации производителя. Например, при массовом производстве простых деталей главным соображением может быть максимизация выпуска при минимальных затратах. С другой стороны, при многосерийном и мелкосерийном производстве ценных сложных деталей упор должен делаться на общую надежность и точность, прежде чем решать вопрос о производственных затратах.

Микро и макрос

Традиционный подход к максимизации производительности резания металла включает микромодель с узкой перспективой, основанную на оптимизации отдельных инструментов в отдельных операциях. С другой стороны, макромодели рассматривают производственные процессы с более широкой точки зрения. В этих моделях основное внимание уделяется общему времени, необходимому для производства данной заготовки.

Отношения между микро- и макроэкономическими моделями можно сравнить с перспективой художника при создании картины. Микромодель концентрируется на отдельных деталях так же, как художник концентрируется на отдельных мазках. Макромодель делает шаг назад и рассматривает процесс производства детали в целом, как при просмотре картины целиком. Понятно, что внимание к деталям необходимо, но не ценой игнорирования общей цели усилий.

Скрытые затраты

Преувеличенная зацикленность на деталях может отвлечь внимание от конечного результата процесса. Например, недостатком является сокращение времени резки на десять секунд, если это достигается с помощью дополнительного инструмента, который добавляет десять минут к времени настройки и индексации. Точно так же работа над достижением качества продукции, превышающего требования клиентов, приведет к увеличению затрат и времени производства. Почти серьезно можно было бы спросить:«Сколько времени и сколько это будет стоить, чтобы изготовить наихудшую из возможных заготовок, которая по-прежнему функционально приемлема?»

Операционные расходы

Модели затрат на механическую обработку также могут представлять микро- и макроперспективы. Микромодели рассматривают процессы резки с узкой точки зрения, напрямую связывая условия резки с затратами на резку. Макроэкономические модели работают с более широкой точки зрения, подчеркивая общее время, необходимое для производства данной заготовки.

Производители измеряют производительность различными способами:от количества изделий, изготовленных за определенный период времени, до общего времени, необходимого для завершения операции. На производительность влияют многие факторы, в том числе требования к геометрии заготовки и характеристики материалов, поток продукции на предприятии, участие персонала, техническое обслуживание, периферийное оборудование, а также вопросы охраны окружающей среды, переработки и безопасности.

Некоторые элементы производственных затрат являются фиксированными. Сложность заготовки и материал обычно определяют тип и количество операций механической обработки, необходимых для изготовления детали. Затраты на приобретение и техническое обслуживание станков предприятия и мощности для их работы в основном являются постоянными затратами. Затраты на рабочую силу несколько более гибкие, но эффективно фиксируются, по крайней мере, на короткий срок. Эти расходы должны быть компенсированы выручкой от продажи обработанных деталей. Повышение производительности — скорости, с которой заготовки превращаются в готовую продукцию, — может компенсировать фиксированные затраты.

Индивидуальная оптимизация

После того, как общая производительность и экономическая эффективность процесса сбалансированы и оптимизированы на макрооснове, производители могут добиться дальнейших улучшений за счет тщательной оптимизации отдельных операций. Условия резания, а именно глубина резания, подача и скорость резания, играют ключевую роль в обеспечении баланса между производительностью и затратами. Любой или все три из них могут способствовать сокращению времени обработки, но влияние каждого из них на надежность процесса сильно различается. Глубина резания практически не влияет на стойкость инструмента. Скорость подачи незначительно влияет на срок службы инструмента. Однако влияние скорости резания на срок службы инструмента, а также на надежность процесса резания существенно.

Многие руководители цехов считают, что простое увеличение скорости резки позволит производить больше деталей за определенный период времени и, таким образом, снизит производственные затраты. Обычно это так, но приходится идти на компромиссы. Как правило, чем быстрее выполняется операция, тем менее стабильной она становится. Высокие скорости генерируют больше тепла, которое воздействует как на инструмент, так и на заготовку. Износ инструмента происходит быстрее и менее предсказуем, а износ инструмента или вибрация могут привести к изменению размеров деталей и ухудшению качества поверхности.

Инструмент может сломаться и повредить заготовку. Кроме того, процесс, работающий на внешних границах надежности, как правило, не может работать без присмотра или с частичным обслуживанием, что устраняет потенциальный источник экономии труда. Чрезвычайно высокие скорости резания и агрессивные параметры обработки могут увеличить затраты на техническое обслуживание станка и даже время простоя из-за отказа станка.

Осознавая эти проблемы, американский инженер-механик Ф. У. Тейлор в начале 20 ^го века, разработал модель для определения стойкости инструмента. Модель показывает, что для данного сочетания глубины резания и подачи существует определенное окно скоростей резания, при котором износ инструмента является безопасным, предсказуемым и контролируемым. Модель Тейлора позволяет количественно определить взаимосвязь между скоростью резания, износом инструмента и сроком службы инструмента, уравновешивая эффективность затрат и производительность и обеспечивая четкое представление об оптимальной скорости резания для операции.

Как правило, производители должны выбирать наибольшую глубину резания и максимально возможную скорость подачи для каждой операции с учетом стабильности зажима инструмента, крепления заготовки и станка, а также мощности станка. Также необходимо учитывать эксплуатационную безопасность в отношении образования и эвакуации стружки, вибраций и деформации заготовки. Сбалансированный подход предполагает снижение скорости резания в сочетании с пропорциональным увеличением скорости подачи и глубины резания. Использование максимально возможной глубины резания снижает количество необходимых проходов резания и тем самым сокращает время обработки. Скорость подачи также должна быть максимальной, хотя чрезмерная скорость подачи может повлиять на требования к качеству заготовки и чистоте поверхности. В большинстве случаев увеличение скорости подачи и глубины резания при сохранении или снижении скорости резания приведет к производительности съема металла, равной той, которая достигается только за счет более высокой скорости резания.

Затраты на производство складываются из стоимости инструмента и стоимости станка. С увеличением скорости резания время обработки сокращается, а стоимость станка снижается. Однако с определенного момента общие затраты возрастают, поскольку более короткий срок службы инструмента увеличивает стоимость инструмента и время смены инструмента настолько, что это превышает экономию на стоимости станка.

Когда достигнуто стабильное и надежное сочетание скорости подачи и глубины резания, скорости резания можно использовать для окончательной калибровки операции. Целью является более высокая скорость резания, которая снижает затраты машинного времени, но не увеличивает чрезмерно затраты на режущий инструмент из-за ускоренного износа инструмента.

Необязательные вопросы

Вопросы окружающей среды и безопасности становятся все более важными факторами в экономике производства. Производители вынуждены экономить энергию. Использование и утилизация охлаждающих жидкостей и смазочно-охлаждающих жидкостей становится все более регламентированным и дорогостоящим. Сбалансированный подход к условиям резания может помочь производителям справиться с этими и подобными проблемами. Более низкие скорости резания в сочетании с увеличенной скоростью подачи и меньшей глубиной резания снижают количество энергии, необходимой для удаления металла. Сбалансированные условия также увеличивают срок службы инструмента, уменьшая расход инструмента и проблемы с его утилизацией. Более низкое энергопотребление приводит к уменьшению тепловыделения, что открывает возможности для обработки с минимальным или нулевым охлаждением.

Заключение

Принятие концепций экономики производства требует проведения общего анализа среды обработки и принятия способов мышления, которые противоречат многим устоявшимся методам обработки металлов. Но выполнение рекомендованных стратегий может улучшить экономию средств и качество деталей, а также сделать производство более экологически чистым, сохраняя при этом производительность и рентабельность в рамках стабильного и надежного производственного процесса в целом.

Общая перспектива

Преимущества просмотра процессов механической обработки с макроэкономической точки зрения выходят за рамки отдельных операций резки металла. Широкий взгляд рассматривает взаимосвязь всех этапов производства. Упрощенный пример включает два станка, используемых последовательно для производства компонента. Если станок А оптимизирован для повышения производительности, но результаты станка Б не могут быть улучшены, детали от первого станка будут ждать второго станка в качестве полуфабрикатов, увеличивая затраты. В этом случае простая оптимизация затрат на резку (а не производительности) на первом станке снизит общие затраты на обработку при сохранении производительности.

С другой стороны, в ситуации, когда машина В простаивает, ожидая обработки деталей машины А, увеличение выпуска первой машины увеличит общий выпуск. Многое зависит от того, организован ли производственный поток цеха в виде линии, партии или параллельной последовательности.

Затраты на приобретение станков также можно оценить по отношению к бизнесу производителя в целом. Типичная ситуация:в магазине работает фрезерный станок с полной нагрузкой 40 часов в неделю, и он решает заменить его на более дорогой, более сложный и высокоскоростной станок. Однако, когда новая машина запущена и работает, она простаивает половину времени.

Перед магазином стоит задача и затраты на поиск дополнительной работы, чтобы обеспечить занятость новой машины и оправдать вложения в нее. Кроме того, работа, в которой в полной мере используются возможности новой машины, может не совпадать с остальными операциями магазина или рынками. Лучшим путем было бы сначала изучить общую картину и предвидеть, к чему приведет более высокая производительность новой машины. Менее дорогая, менее совершенная машина может лучше соответствовать текущим и ожидаемым требованиям к деталям и объемам производства. В сочетании со старой машиной более тщательно подобранный станок также может обеспечить повышенную гибкость и резервирование для обработки плановых или незапланированных простоев машины.

Всестороннее представление об оптимизации процесса может также включать в себя очень простые действия и анализ. Изучение используемых инструментов дает широкое представление о том, что происходит в мастерской. Например, если в мастерской обычно используются пластины с режущими кромками длиной 12 мм, но следы износа на инструментах достигают только 2 мм или 2½ мм, вероятно, мастерская использует пластины, которые слишком велики для своих функций. Инструмента с режущей кромкой 6 мм будет более чем достаточно, а инструмент с режущей кромкой длиной 6 мм значительно дешевле, чем инструмент с режущей кромкой 12 мм. Такое простое наблюдение может снизить затраты на инструменты на 50 процентов, не влияя на производительность.

Ранее размещалось на сайте SecoTools.com.