Bewerkingsexcellentie bereiken: Productiviteit, kwaliteit en kosten in balans brengen

Inleiding

Bij het produceren van een breed scala aan onderdelen uit wijd uiteenlopende werkstukmaterialen, gebruiken fabrikanten een verscheidenheid aan bewerkingsprocessen. Ondanks alles, is het gemeenschappelijke doel van alle fabrikanten om een bepaald aantal werkstukken van een gewenste kwaliteit te creëren, in een gespecificeerde hoeveelheid tijd en tegen passende kosten.

Veel fabrikanten bereiken dat doel door een smal-perspectief model te volgen dat begint met gereedschapsselectie en -toepassing en problemen op een reactieve basis oplost. Dat omkeren, kan echter kosten verminderen en efficiëntie verhogen. In plaats van te wachten tot problemen ontstaan en dan aanpassingen te maken aan individuele bewerkingsoperaties, moeten fabrikanten zich eerst richten op proactieve pre-planning gericht op het elimineren van afgekeurde onderdelen en ongeplande downtime. Naarmate een stabiel en betrouwbaar proces is gevestigd, kan het toepassen van de concepten van productie-economie fabrikanten helpen een balans te vinden tussen productiesnelheid en productiekosten. Daarna, opbouwend op de fundering van veilige, economisch sterke operaties, kunnen fabrikanten gereedschappen en snijcondities selecteren die het bewerkingsproces volledig zullen optimaliseren.

Productie-economie

Voordat stappen genomen worden om metaalbewerking te optimaliseren, is het essentieel dat de processen veilig en betrouwbaar zijn, zonder defecte onderdelen of ongeplande downtime. Het bereiken van procesveiligheid vereist het creëren van een stabiele productieomgeving. De gebieden die fabrikanten moeten analyseren omvatten werktuigmachine onderhoud, CAM programmeren, toolhouder systemen en koelvloeistoftoepassing. Werkstukafhandeling automatisering zoals pallet of robotische deel laden/lossen systemen kunnen onderdeel zijn van de evaluatie ook.

De kunst en wetenschap van productie-economie richt zich op het verzekeren van maximale veiligheid in, en voorspelbaarheid van, het productieproces, terwijl de hoogste productiviteit en laagste productiekosten worden gehandhaafd. Wanneer het metaalbewerkingsproces en de omgeving veilig en voorspelbaar zijn, wordt productie-economie een tweedimensionale zoektocht: een balans vinden tussen productie-uitvoer en productiekosten die passend is voor een fabrikant's specifieke situatie. Bijvoorbeeld, in massa productie van eenvoudige onderdelen, kan het maximaliseren van uitvoer bij minimale kosten de primaire overweging zijn. Aan de andere kant, in high-mix, low-volume productie van waardevolle complexe onderdelen, moet de nadruk liggen op totale betrouwbaarheid en nauwkeurigheid voordat productiekosten adressed worden.

Micro versus macro

De traditionele benadering om metaalbewerkingsoutput te maximaliseren omvat een smal-perspectief micro model gebaseerd op optimalisatie van individuele gereedschappen in individuele operaties. Macro modellen, aan de andere kant, overwegen productieprocessen vanuit een breder perspectief. Deze modellen concentreren zich op de totale vloer-naar-vloer tijd die nodig is om een gegeven werkstuk te produceren.

De relatie tussen de micro en macro economische modellen kan vergeleken worden met een kunstenaars perspectief bij het creëren van een schilderij. Het micro model concentreert zich op individuele details, op dezelfde manier dat een kunstenaar zich zou concentreren op individuele penseelstreken. Het macro model treedt een stap terug en bekijkt het deelproductieproces in zijn geheel, alsof een schilderij in zijn geheel bekeken wordt. Het is duidelijk dat aandacht voor detail noodzakelijk is, maar niet ten koste van het negeren van het algehele doel van de inspanning.

Verborgen kosten

Uitgesproken fixatie op detail kan de aandacht afleiden van het eindresultaat van het proces. Bijvoorbeeld, het is een nadeel om snijtijd met tien seconden te verminderen wanneer dit bereikt wordt met een extra gereedschap dat tien minuten aan opstelling en indexeringstijd toevoegt. Op dezelfde manier, werken om productkwaliteit te bereiken die verder gaat dan klantvereisten, zal kosten en productietijd verhogen. Bijna serieus, zou men kunnen vragen, "Hoe lang zou het duren, en hoeveel zou het kosten, om het slechtst mogelijke werkstuk te produceren, dat nog functioneel acceptabel is?"

Operationele kosten

Modellen voor bewerkingskosten kunnen ook micro- en macro-perspectieven vertegenwoordigen. Micro-modellen overwegen bewerkingsprocessen vanuit een smal oogpunt, koppelend snijcondities direct aan snijkosten. Macro-economische modellen werken vanuit een breder perspectief, de nadruk legend op de totale tijd die nodig is om een gegeven werkstuk te produceren.

Fabrikanten meten productiesnelheid op verschillende manieren, van afgewerkte werkstukken over een periode tot de totale lengte van tijd die nodig is om een operatie af te ronden. Veel factoren beïnvloeden productiesnelheid, inclusief werkstukgeometrievereisten en materiaalkenmerken, productstroom doorheen een faciliteit, personeelsinzet, onderhoud, periferieapparatuur en milieu-, hergebruik-, en veiligheidskwesties.

Sommige elementen van productiekosten zijn vast. Werkstukcomplexiteit en materiaal dicteren doorgaans het type en aantal bewerkingsoperaties die vereist zijn om een onderdeel te maken. De kosten van het verwerven en onderhouden van een faciliteit's werktuigmachines en het vermogen om ze te draaien zijn basisvast. Arbeidskosten zijn wat flexibeler, maar zijn effectief vast voor ten minste de korte termijn. Deze kosten moeten gecompenseerd worden met opbrengst van de verkoop van bewerkte componenten. De productiesnelheid verhogen – de snelheid waarmee werkstukken omgezet worden in afgeronde producten – kan vaste kosten compenseren.

Individuele optimalisatie

Nadat de algehele productiviteit en kostenefficiëntie van een proces gebalanceerd en geoptimaliseerd is op macro basis, kunnen fabrikanten verdere verbeteringen bereiken door zorgvuldige optimalisatie van individuele operaties. Snijcondities – namelijk snijdiepte, voedsnelheid en snijsnelheden – spelen een sleutelrol in het balanceren van productiviteit en kosten. Een of alle drie kunnen bijdragen aan reducties in bewerkingstijd, maar de impact van elk op de betrouwbaarheid van het proces varieert wijd. Snijdiepte heeft eigenlijk geen effect op gereedschapslevensduur. Voedsnelheid beïnvloedt gereedschapslevensduur licht. Echter, de impact van snijsnelheid op gereedschapslevensduur, alsook op de betrouwbaarheid van het snijproces, is significant.

Veel shop managers geloven dat simpelweg het verhogen van snijsnelheden meer onderdelen per periode zal produceren en daarmee productiekosten zal verminderen. Meestal is dat waar, maar trade-offs zijn betrokken. In het algemeen, hoe sneller een operatie draait, des te minder stabiel wordt het. Hoge snelheden genereren meer hitte die zowel gereedschap als werkstuk beïnvloeden. Gereedschapslijtage treedt sneller op en is minder voorspelbaar, en gereedschapslijtage of trilling kan ervoor zorgen dat deelafmetingen variëren en oppervlakteafwerking afneemt.

Een gereedschap kan breken en het werkstuk beschadigen. Bovendien is een proces dat aan de uiterste grenzen van betrouwbaarheid opereert, typisch niet in staat om ongezagd of semi-gezagd te draaien, wat een potentiële bron van arbeidsbesparing elimineert. Extreem hoge snijsnelheden en agressieve bewerkingsparameters kunnen machineonderhoudskosten verhogen en zelfs downtime door machinefalures veroorzaken.

Deze kwesties erkennend, ontwikkelde Amerikaanse mechanisch ingenieur F.W. Taylor, aan het begin van de 20ste eeuw, een model voor bepaling van gereedschapslevensduur. Het model toont dat voor een gegeven combinatie van snijdiepte en voeding er een bepaald venster is voor snijsnelheden waar gereedschapsdeterioratie veilig, voorspelbaar en controleerbaar is. Taylor's model maakt het mogelijk om de relatie tussen snijsnelheid, gereedschapslijtage en gereedschapslevensduur te kwantificeren, kostenefficiëntie en productiviteit te balanceren en een helder beeld te geven van de optimale snijsnelheid voor een operatie.

In het algemeen moeten fabrikanten de grootste snijdiepten en hoogste voedsnelheden mogelijk selecteren voor elke operatie, onderworpen aan de stabiliteit van de gereedschapsspanning, werkstukspanning en werktuigmachine, alsook het vermogen van de werktuigmachine. Operationele veiligheid, met betrekking tot spaanvorming en -uitstorting, trillingen en werkstukvervorming, moet ook overwogen worden. Een gebalanceerde benadering omvat verminderde snijsnelheden gematcht met proportionele toenames in voedsnelheid en snijdiepte. Het benutten van de grootste mogelijke snijdiepte vermindert het aantal benodigde snijpasses en daardoor de bewerkingstijd. Voedsnelheid moet ook gemaximaliseerd worden, hoewel deelmkwaliteit en oppervlakteafwerkingsvereisten kunnen beïnvloed worden door overmatige voedsnelheden. In de meeste gevallen zullen toenames in voedsnelheid en snijdiepte terwijl snijsnelheden gehandhaofd of verlaagd worden, metaalafvoersnelheden produceren gelijk aan die behaald door hogere snijsnelheden alleen.

Productiekosten zijn de som van gereedschapskosten en machinekosten. Met toenemende snijsnelheden worden bewerkingstijden korter en machinekosten dalen. Echter, vanaf een bepaald punt stijgen de totale kosten omdat kortere gereedschapslevensduur de kosten van tooling en gereedschapswisseltijden genoeg verhoogt om de besparingen in machinekosten te overstijgen.

Wanneer een stabiele en betrouwbare combinatie van voedsnelheid en snijdiepte bereikt is, kunnen snijsnelheden gebruikt worden voor de finale calibratie van de operatie. Het doel is een hogere snijsnelheid die machine-tijdkosten verlaagt maar niet excessief gereedschapskosten verhoogt via versnelde gereedschapslijtage.

Niet-snij kwesties

Milieu- en veiligheidskwesties vertegenwoordigen steeds belangrijkere factoren in productie-economie. Fabrikanten staan onder druk om energie te besparen. Gebruik en afvoer van koelvloeistoffen en slijpolien is steeds meer gereguleerd en duur. Een gebalanceerde aanpak van snijcondities kan fabrikanten helpen met deze en vergelijkbare zorgen. Lagere snijsnelheden gecombineerd met verhoogde voedsnelheid en kleinere snijdiepten verminderen de hoeveelheid energie die nodig is om metaal te verwijderen. Gebalanceerde condities verhogen ook gereedschapslevensduur, wat toolverbruik en afvoerkwesties vermindert. Lagere energieconsumptie resulteert in verminderde hittegeneratie, wat kansen biedt voor minimaal- of nul-koelvloeistof bewerking.

Conclusie

Productie-economie concepten adopteren vereist een algehele analyse van de bewerkingsomgeving en manieren van denken aanvaarden die tegenover veel gevestigde metaalbewerkingspraktijken staan. Maar, het uitvoeren van de aanbevolen strategieën kan kostenbesparingen en werkstukkwaliteit verbeteren en meer milieuvriendelijke productie mogelijk maken, terwijl tegelijkertijd productiviteit en winstgevendheid in een stabiel en betrouwbaar productieproces overall worden gehandhaafd.

Faciliteit-wijd perspectief

De voordelen van het bekijken van bewerkingsprocessen vanuit een macro perspectief strekken zich uit verder dan individuele metaalbewerkingsoperaties. Een breed overzigt overweegt de onderlinge relaties van alle stappen in productie. Een vereenvoudigd voorbeeld betreft twee werktuigmachines die in serie worden gebruikt om een component te produceren. Als werktuigmachine A geoptimaliseerd wordt om de uitvoer te boosten maar de resultaten van machine B niet verbeterd kunnen worden, zullen onderdelen van de eerste machine wachten op de tweede als half-fabrikaat voorraad, wat kosten verhoogt. In dit geval, zou simpelweg het optimaliseren van snijkosten (in plaats van uitvoer) op de eerste machine de totale bewerkingskosten verlagen terwijl de uitvoer gehandhaafd blijft.

Aan de andere kant, in een situatie waar machine B idle zit te wachten om onderdelen van machine A te verwerken, zal het verhogen van de uitvoer van de eerste machine de totale uitvoer verhogen. Veel hangt af van of de shop's productiestroom georganiseerd is in een lijn, batch of parallelle volgorde.

Werktuigmachine verwervingskosten kunnen ook geëvalueerd worden relatief tot een fabrikant's bedrijf overall. Een typische situatie betreft een shop die een freesmachine volledig geladen 40 uur per week draait en besluit het te vervangen door een duurdere, meer geavanceerde, hogere-snelheid machine. Echter, wanneer de nieuwe machine op en draait, staat het half de tijd stil.

De shop staat voor de uitdaging en kosten om meer werk te vinden om de nieuwe machine bezig te houden en de investering in het te rechtvaardigen. Verder, werk dat volledige voordeel neemt van de nieuwe machine's mogelijkheden, past misschien niet goed bij de rest van de shop's operaties of markten. De betere weg zou zijn om eerst het grotere plaatje te onderzoeken en te anticiperen wat zou resulteren van de nieuwe machine's grotere uitvoer. Een minder dure, minder geavanceerde machine kan een betere match zijn met huidige en verwachte onderdeelvereisten en productievolumes. Gepaard met de oudere machine, kan een meer zorgvuldig gekozen werktuigmachine ook uitgebreide flexibiliteit en redundantie bieden om geplande of ongeplande machine downtime te hanteren.

Een comprehensief overzicht van procesoptimalisatie kan ook heel basis, simpele acties en analyses omvatten. Onderzoek van gebruikte gereedschappen biedt een breed overzicht van wat er in een workshop gaande is. Bijvoorbeeld, als een shop doorgaans platen met 12 mm lange snijden gebruikt maar slijtagepatronen op de gereedschappen slechts 2 mm of 2,5 mm bereiken, gebruikt de shop waarschijnlijk platen die veel te groot zijn voor wat ze doen. Gereedschappen met 6 mm snijden zouden meer dan voldoende zijn, en een gereedschap met 6 mm lange snijden is significant goedkoper dan een gereedschap met een 12 mm snijde. Zo een eenvoudige observatie kan gereedschapskosten met 50 procent verminderen zonder productiviteit te beïnvloeden.

Eerder gepubliceerd op SecoTools.com.