Succes machinaal bewerken vereist een productieve balans

Inleiding

Bij het produceren van een breed scala aan onderdelen van sterk verschillende werkstukmaterialen, gebruiken fabrikanten een verscheidenheid aan bewerkingsprocessen. Hoe dan ook, het gemeenschappelijke doel van alle fabrikanten is om een ​​bepaald aantal werkstukken van de gewenste kwaliteit te maken, in een bepaalde hoeveelheid tijd en tegen een passende prijs.

Veel fabrikanten bereiken dat doel door een model met een beperkt perspectief te volgen dat begint met gereedschapsselectie en toepassing en het reactief oplossen van problemen. Het omkeren van die benadering kan echter de kosten verlagen en de efficiëntie verhogen. In plaats van te wachten tot er zich problemen voordoen en vervolgens individuele bewerkingen aan te passen, moeten fabrikanten zich eerst concentreren op proactieve preplanning om afgekeurde onderdelen en ongeplande uitvaltijd te elimineren. Nadat een stabiel en betrouwbaar proces tot stand is gebracht, kan het toepassen van de concepten van productie-economie fabrikanten helpen een balans te vinden tussen productiesnelheid en productiekosten. Vervolgens kunnen fabrikanten, voortbouwend op de basis van veilige, economisch sterke bewerkingen, gereedschappen en snijomstandigheden selecteren die het bewerkingsproces volledig zullen optimaliseren.

Productie-economie

Voordat stappen worden ondernomen om het metaalsnijden te optimaliseren, is het essentieel dat de processen veilig en betrouwbaar zijn, zonder defecte onderdelen of ongeplande uitvaltijd. Om procesbeveiliging te bereiken, is het nodig om een ​​stabiele productieomgeving te creëren. De gebieden die fabrikanten moeten analyseren, zijn onder meer het onderhoud van werktuigmachines, CAM-programmering, gereedschapshoudersystemen en koelvloeistoftoepassingen. Automatisering van werkafhandeling, zoals pallet- of gerobotiseerde deellaad-/ontlaadsystemen, kunnen ook deel uitmaken van de evaluatie.

De kunst en wetenschap van productie-economie richt zich op het verzekeren van maximale veiligheid in en voorspelbaarheid van het productieproces, met behoud van de hoogste productiviteit en de laagste productiekosten. Wanneer het metaalsnijproces en de omgeving veilig en voorspelbaar zijn, wordt productie-economie een tweedimensionaal streven:het vinden van een balans tussen productie-output en productiekosten die geschikt is voor de specifieke situatie van een fabrikant. Bij massaproductie van eenvoudige onderdelen kan het maximaliseren van de output tegen minimale kosten bijvoorbeeld de eerste overweging zijn. Aan de andere kant moet bij de productie van hoogwaardige, complexe onderdelen met een hoge mix en een klein volume de nadruk liggen op totale betrouwbaarheid en nauwkeurigheid voordat de fabricagekosten worden aangepakt.

Micro versus macro

De traditionele benadering voor het maximaliseren van de metaalbewerkingsoutput omvat een micromodel met een smal perspectief, gebaseerd op optimalisatie van individuele gereedschappen in individuele bewerkingen. Macromodellen daarentegen beschouwen fabricageprocessen vanuit een breder perspectief. Deze modellen concentreren zich op de totale tijd van vloer tot vloer die nodig is om een ​​bepaald werkstuk te produceren.

De relatie tussen de micro- en macro-economische modellen kan worden vergeleken met het perspectief van een kunstenaar bij het maken van een schilderij. Het micromodel concentreert zich op individuele details, zoals een kunstenaar zich zou concentreren op individuele penseelstreken. Het macromodel doet een stap achteruit en bekijkt het productieproces van een onderdeel in zijn geheel, zoals bij het bekijken van een schilderij in zijn geheel. Het is duidelijk dat aandacht voor detail noodzakelijk is, maar niet ten koste van het negeren van het algemene doel van de inspanning.

Verborgen kosten

Overdreven fixatie op details kan de aandacht afleiden van het uiteindelijke resultaat van het proces. Het is bijvoorbeeld een nadeel om de snijtijd met tien seconden te verkorten wanneer dit wordt bereikt met een extra gereedschap dat tien minuten instel- en indexeertijd toevoegt. Evenzo zal het streven naar een productkwaliteit die verder gaat dan de eisen van de klant, de kosten en de productietijd verhogen. Bijna serieus zou je kunnen vragen:"Hoe lang zou het duren en hoeveel zou het kosten om het slechtst mogelijke werkstuk te produceren dat nog steeds functioneel acceptabel is?"

Bedrijfskosten

Modellen voor bewerkingskosten kunnen ook micro- en macroperspectieven weergeven. Micromodellen beschouwen snijprocessen vanuit een beperkt gezichtspunt, waarbij snijomstandigheden direct worden gekoppeld aan kostenbesparingen. Macro-economische modellen werken vanuit een breder perspectief, waarbij de nadruk ligt op de totale tijd die nodig is om een ​​bepaald werkstuk te produceren.

Fabrikanten meten de productiesnelheid op verschillende manieren, van werkstukken die in een bepaalde periode zijn voltooid tot de totale tijd die nodig is om een ​​bewerking te voltooien. Veel factoren zijn van invloed op de productiesnelheid, waaronder vereisten voor werkstukgeometrie en materiaalkenmerken, productstroom door een faciliteit, personeelsinput, onderhoud, randapparatuur en milieu-, recycling- en veiligheidskwesties.

Sommige elementen van de fabricagekosten zijn vast. De complexiteit en het materiaal van het werkstuk bepalen over het algemeen het type en het aantal bewerkingen dat nodig is om een ​​onderdeel te maken. De kosten voor de aanschaf en het onderhoud van de werktuigmachines van een faciliteit en het vermogen om ze te gebruiken, zijn in feite vaste kosten. De loonkosten zijn iets flexibeler, maar zijn effectief vastgelegd voor ten minste de korte termijn. Deze kosten moeten worden gecompenseerd met inkomsten uit de verkoop van bewerkte componenten. Het verhogen van de productiesnelheid - de snelheid waarmee werkstukken worden omgezet in afgewerkte producten - kan vaste kosten compenseren.

Individuele optimalisatie

Nadat het algehele beeld van productiviteit en kostenefficiëntie van een proces in evenwicht is en op macrobasis is geoptimaliseerd, kunnen fabrikanten verdere verbeteringen bereiken door zorgvuldige optimalisatie van individuele bewerkingen. Snijomstandigheden – namelijk snedediepte, voedingssnelheid en snijsnelheden – spelen een sleutelrol bij het balanceren van productiviteit en kosten. Een van de drie of alle drie kunnen bijdragen aan het verkorten van de bewerkingstijd, maar de impact van elk op de betrouwbaarheid van het proces varieert sterk. De snedediepte heeft in wezen geen effect op de standtijd. De voedingssnelheid heeft een lichte invloed op de standtijd. De impact van de snijsnelheid op de standtijd en op de betrouwbaarheid van het snijproces is echter aanzienlijk.

Veel winkelmanagers zijn van mening dat het eenvoudigweg verhogen van de snijsnelheden meer onderdelen per tijdsperiode zal produceren en daardoor de productiekosten zal verlagen. Meestal is dat waar, maar er zijn compromissen. Over het algemeen geldt dat hoe sneller een bewerking wordt uitgevoerd, hoe minder stabiel deze wordt. Hoge snelheden genereren meer warmte die zowel het gereedschap als het werkstuk beïnvloedt. Gereedschapsslijtage treedt sneller op en is minder voorspelbaar, en gereedschapsslijtage of trillingen kunnen ertoe leiden dat de afmetingen van onderdelen variëren en de oppervlakteafwerking afnemen.

Een gereedschap kan het werkstuk breken en beschadigen. Bovendien kan een proces dat aan de uiterste grenzen van betrouwbaarheid werkt, doorgaans niet onbeheerd of semi-verzorgd worden uitgevoerd, waardoor een potentiële bron van arbeidsbesparingen wordt geëlimineerd. Extreem hoge snijsnelheden en agressieve bewerkingsparameters kunnen de onderhoudskosten van de machine verhogen en zelfs stilstand als gevolg van machinestoringen.

De Amerikaanse werktuigbouwkundige F.W. Taylor erkende deze problemen aan het begin van de 20 ^e eeuw, een model ontwikkeld voor het bepalen van de standtijd. Het model laat zien dat er voor een gegeven combinatie van snedediepte en voeding een bepaald venster is voor snijsnelheden waarbij de slijtage van het gereedschap veilig, voorspelbaar en controleerbaar is. Het model van Taylor maakt het mogelijk om de relatie tussen snijsnelheid, gereedschapsslijtage en standtijd te kwantificeren, kostenefficiëntie en productiviteit in evenwicht te brengen en een duidelijk beeld te geven van de optimale snijsnelheid voor een bewerking.

Over het algemeen moeten fabrikanten voor elke bewerking de grootst mogelijke snedediepte en de hoogst mogelijke voeding selecteren, afhankelijk van de stabiliteit van de gereedschapsklemming, het werkstukbevestiging en de bewerkingsmachine, evenals het vermogen van de bewerkingsmachine. Bedrijfsveiligheid, met betrekking tot spaanvorming en -afvoer, trillingen en werkstukvervorming, moet ook worden overwogen. Een uitgebalanceerde aanpak omvat lagere snijsnelheden gecombineerd met proportionele verhogingen in voeding en snedediepte. Door de grootst mogelijke snedediepte te gebruiken, wordt het aantal benodigde snijpassages verminderd en daarmee de bewerkingstijd verkort. De voedingssnelheid moet ook worden gemaximaliseerd, hoewel de vereisten voor de kwaliteit van het werkstuk en de oppervlakteafwerking kunnen worden beïnvloed door te hoge voedingssnelheden. In de meeste gevallen zal een verhoging van de voedingssnelheid en snedediepte terwijl de snijsnelheden worden gehandhaafd of verlaagd, verspaningssnelheden opleveren die gelijk zijn aan die welke worden bereikt door alleen hogere snijsnelheden.

Productiekosten zijn de som van gereedschapskosten en machinekosten. Met toenemende snijsnelheden worden de bewerkingstijden korter en nemen de machinekosten af. Vanaf een bepaald punt stijgen de totale kosten echter omdat een kortere standtijd de gereedschapskosten en de gereedschapswisseltijden voldoende verhoogt om de besparingen op de machinekosten te overtreffen.

Wanneer een stabiele en betrouwbare combinatie van voeding en snedediepte is bereikt, kunnen snijsnelheden worden gebruikt voor de uiteindelijke kalibratie van de bewerking. Het doel is een hogere snijsnelheid die de machinetijd verlaagt, maar de snijgereedschapskosten niet overdreven verhoogt door versnelde gereedschapsslijtage.

Niet-snijdende problemen

Milieu- en veiligheidskwesties vormen steeds belangrijkere factoren in de productie-economie. Fabrikanten staan ​​onder druk om energie te besparen. Gebruik en afvoer van koelvloeistoffen en snijoliën wordt steeds meer gereguleerd en duurder. Een evenwichtige benadering van snijomstandigheden kan fabrikanten helpen om met deze en soortgelijke problemen om te gaan. Lagere snijsnelheden gecombineerd met een hogere voedingssnelheid en kleinere snededieptes verminderen de hoeveelheid energie die nodig is om metaal te verwijderen. Evenwichtige omstandigheden verhogen ook de standtijd van het gereedschap, waardoor het gereedschapsverbruik en afvalproblemen worden verminderd. Een lager energieverbruik resulteert in een verminderde opwekking van warmte, wat mogelijkheden biedt voor machinale bewerking met minimaal of nul koelmiddel.

Conclusie

Het toepassen van productie-economische concepten vereist het maken van een algemene analyse van de bewerkingsomgeving en het accepteren van denkwijzen die in strijd zijn met veel gevestigde metaalbewerkingspraktijken. Maar het uitvoeren van de aanbevolen strategieën kan de kostenbesparingen en de kwaliteit van het werkstuk verbeteren en een milieuvriendelijkere productie mogelijk maken, terwijl tegelijkertijd de productiviteit en winstgevendheid behouden blijft in een algemeen stabiel en betrouwbaar productieproces.

Faciliteitsbreed perspectief

De voordelen van het bekijken van bewerkingsprocessen vanuit een macroperspectief reiken verder dan individuele metaalbewerkingen. Een brede blik houdt rekening met de onderlinge samenhang van alle stappen in de productie. Een vereenvoudigd voorbeeld betreft twee werktuigmachines die in serie worden gebruikt om een ​​onderdeel te produceren. Als werktuigmachine A is geoptimaliseerd om de output te verhogen, maar de resultaten van machine B niet kunnen worden verbeterd, zullen onderdelen van de eerste machine wachten op de tweede als halffabrikaten, waardoor de kosten stijgen. In dit geval zou het eenvoudigweg optimaliseren van de snijkosten (in plaats van de output) op de eerste machine de algehele bewerkingskosten verlagen met behoud van de output.

Aan de andere kant, in een situatie waarin machine B stil zit te wachten om onderdelen van machine A te verwerken, zal het verhogen van de output van de eerste machine de totale output verhogen. Veel hangt af van het feit of de productiestroom van de winkel is georganiseerd in een lijn, batch of parallelle volgorde.

De aanschafkosten van werktuigmachines kunnen ook worden beoordeeld in verhouding tot het totale bedrijf van een fabrikant. Een typische situatie is dat een werkplaats een freesmachine 40 uur per week volledig belast draait en besluit deze te vervangen door een duurdere, meer geavanceerde machine met een hogere snelheid. Wanneer de nieuwe machine echter in bedrijf is, staat hij de helft van de tijd stil.

De winkel staat voor de uitdaging en de kosten om meer werk te vinden om de nieuwe machine bezig te houden en de investering erin te rechtvaardigen. Verder is het mogelijk dat werk dat de mogelijkheden van de nieuwe machine ten volle benut, niet goed past bij de rest van de activiteiten of markten van de winkel. De betere weg zou zijn geweest om eerst het grotere geheel te onderzoeken en te anticiperen op wat het resultaat zou zijn van de grotere output van de nieuwe machine. Een goedkopere, minder geavanceerde machine kan beter aansluiten bij de huidige en verwachte onderdeelvereisten en productievolumes. In combinatie met de oudere machine kan een zorgvuldiger gekozen werktuigmachine ook meer flexibiliteit en redundantie bieden om geplande of ongeplande machine-uitval aan te kunnen.

Om een ​​alomvattend beeld te krijgen van procesoptimalisatie, kan het ook gaan om zeer eenvoudige, eenvoudige acties en analyses. Onderzoek van gebruikte gereedschappen geeft een breed beeld van wat er in een werkplaats gebeurt. Als een winkel bijvoorbeeld in het algemeen wisselplaten met 12 mm lange snijkanten gebruikt, maar slijtagepatronen op de gereedschappen slechts 2 mm of 2½ mm bereiken, gebruikt de winkel waarschijnlijk wisselplaten die veel te groot zijn voor wat ze doen. Gereedschap met 6 mm snijkanten zou meer dan voldoende zijn en een gereedschap met 6 mm lange snijkanten is beduidend goedkoper dan een gereedschap met een 12 mm snijkant. Zo'n eenvoudige observatie kan de gereedschapskosten met 50 procent verlagen zonder de productiviteit te beïnvloeden.

Eerder vermeld op SecoTools.com.