Перед всеми обрабатывающими предприятиями стоит одна и та же задача: превращать сырье в готовые детали. Продукцию необходимо обработать с определенным уровнем качества и в нужном количестве и выполнить поставку в оговоренное время. Также должны быть решены вопросы экологии и рационального использования ресурсов. Чтобы сохранить конкурентоспособность и прибыльность, предприятия постоянно ищут наиболее экономичные и производительные методы производства. Стремление улучшить процесс производства легло в основу концепции, которую в Европе называют Industry 4.0. Это стратегия и тактика, которые внедряют в производственный процесс самые современные методы сбора, хранения и коллективного использования данных. На сегодняшний день Industry 4.0 – это высший уровень эволюции производства, требующий ответственного подхода руководства, квалифицированного персонала и значительных инвестиций.
К сожалению, такие промышленные гиганты, как General Electric или General Motors, которые испытывают значительный недостаток в ресурсах, могут посчитать улучшение производительности недостижимой задачей. Однако для малых и средних предприятий эффективным методом повышения производительности могут стать простой экономически выгодный анализ и соответствующие действия. Прежде чем инвестировать в новые компьютеры, автоматику или персонал, руководство предприятия, большого или малого, должно выполнить общий анализ производственного процесса и оптимизировать существующее оборудование и методики. По сути, компьютеризация плохо организованного предприятия не даст ничего, кроме компьютеризированного беспорядка.
Три фазы и десять простых шагов
Организация методик предприятия начинается с рассмотрения трех фаз производственного процесса. Первая – это фаза выбора методики резания, режущего инструмента и условий обработки. Следующей фазой является группировка выбранных инструментов и методик в процессе обработки. Третья фаза – реализация процесса.
Достаточно часто результаты третьей фазы не отвечают ожиданиям, и необходимо предпринять определенные шаги для воплощения планов в жизнь. Эти шаги могут быть техническими (поиск способов понизить усилия резания) или экономическими (действия, направленные на снижение расходов). К счастью, существует десять простых шагов, которые дают предприятию возможность проанализировать и улучшить операции металлообработки.
Шаг 1. Рациональное планирование бюджета
Общепринятым подходом к составлению бюджета в металлообработке является сбор данных о каждом элементе процесса с учетом наименьшей цены. Однако не стоит основывать выбор инструмента только на цене. До обсуждения цен производители должны проанализировать желаемый конечный результат. При изготовлении деталей высшего качества с жесткими допусками требуются более дорогие высокоточные инструменты.
Расходы, связанные с использованием дешевого инструмента при производстве деталей высокого качества и с соответствующим процентом брака в таких деталях, превосходят затраты на более дорогие инструменты. С другой стороны, когда требования к качеству менее строгие, возможности высокоточных инструментов будут реализованы не полностью. Понимание конечной цели процесса – первый шаг к принятию экономически выгодных решений о закупках.
Шаг 2. Рациональный подход к ограничениям
Практическая металлообработка, в отличие от теоретических рассуждений, сталкивается с такими ограничениями, как мощность станка и стабильность обработки, требования клиента относительно размеров и качества обработки поверхности. Условия резания могут существенно отличаться, но различные комбинации параметров усилий резания и шероховатости поверхности могут ограничивать выбор.
Тем не менее простое снижение параметров резания в целом не представляется рациональным, когда речь идет об ограничениях процесса обработки. Например, изменение глубины резания оказывает большее влияние на энергопотребление станка, чем изменение скорости подачи. Сочетание уменьшенной глубины резания и увеличенной скорости подачи может улучшить производительность, если существует ограничение по мощности станка.
Шаг 3. Рационализация применения инструментов
Учитывая огромное количество доступных геометрий инструментов, их размеров и материалов, возможные конфигурации металлорежущих инструментов практически бесконечны. Металлообрабатывающие предприятия обычно используют один инструмент для получения определенной характеристики детали, затем другой инструмент для обработки другого элемента детали.
В рассматриваемом примере для обточки вала и создания широкой канавки с двумя уступами используются два отдельных инструмента. Один инструмент обтачивает вал до нужного диаметра и обрабатывает один уступ и ширину канавки, затем второй инструмент вырезает другой уступ. Каждый инструмент требует индивидуального программирования и оптимизации, а значит, отдельных расходов.
Другая стратегия выбора инструмента – разработка узкоспециализированного инструмента, который способен обработать несколько элементов детали за один проход. Такая стратегия удобна, но проектирование и изготовление специальных инструментов требуют немалых затрат.
Между этими двумя крайностями находится метод, который использует стандартный инструмент для выполнения нескольких операций (многонаправленная токарная обработка). Ярким примером такого подхода являются инструменты для многонаправленной токарной обработки компании Seco.
Характеристики инструмента позволяют обтачивать диаметр, осуществлять врезку для создания одного уступа, перемещаться по валу для обработки канавки, затем возвращаться для создания второго уступа. Даже если этот многонаправленный инструмент не будет равнозначен двум отдельным инструментам с оптимизированными параметрами обработки, он может быть предпочтителен благодаря снижению расходов на инструмент и программирование, уменьшению временных затрат на смену инструмента и упрощению номенклатуры.
Шаг 4. Обработка сложных деталей (групповая технология)
Помимо инструментов, которые могут выполнять две или более операции, предприятие может выбрать инструменты, способные придать схожие характеристики целому ряду заготовок. Предприятие может обрабатывать широкий диапазон деталей, но они будут иметь общие характеристики (отверстия, пазы и обработка поверхности).
Для ускорения обработки сложных деталей предприятие может объединить эти общие характеристики в группу и выбрать инструмент, оптимизированный для определенной операции (например, обработки отверстий), которая повторяется на различных деталях. Оптимизированный инструмент максимально увеличивает производительность и сокращает расходы на время разработки, которое уходит на повторное программирование инструментов для каждой отдельной детали. Метод групповой технологии также позволяет сократить номенклатуру инструмента.
Шаг 5. Минимальная функциональность и качество деталей
Хотя такая концепция изначально может показаться странной, предприятия должны понимать, что для обеспечения функциональности детали достаточно соблюсти минимальные требования заказчика. Нет никакой необходимости превосходить эти требования. Если допуск детали составляет 5 мкм, стремление достичь допуска 3 мкм — бесполезная трата времени и денег. Для более жесткого допуска потребуются инструменты более высокого качества и более точные процессы обработки. Однако заказчики не готовы платить за высокое качество, если в нем нет необходимости, и работа станет для предприятия убыточной.
Разумеется, некоторых проблем качества, например, заусенцев, необходимо избегать. Существуют ситуации, когда небольшие различия в цене не имеют значения, – разница стоимости инструмента в несколько евро или центов несущественна по сравнению со стоимостью большого титанового компонента для аэрокосмической промышленности, который этот инструмент будет обрабатывать. Для достижения максимальной экономической эффективности предприятие должно адаптировать качество производства в соответствии с требованиями к функциональности и качеству детали.
Шаг 6. Предсказуемое техническое обслуживание инструмента
Обычно техническое обслуживание инструмента носит пассивный характер. Когда инструмент изнашивается или ломается, его заменяют. Однако такой подход сопряжен с расходами, которые, помимо стоимости инструмента, включают простои производства и возможные повреждения деталей. Превентивное техническое обслуживание инструмента является более эффективным подходом.
Срок службы даже идентичных инструментов может быть больше или меньше среднего. Превентивное техническое обслуживание инструмента заключается в том, чтобы заменить его до окончания предсказуемого минимального срока службы, чтобы избежать чрезмерного изнашивания или поломки. Однако такой подход приводит к утилизации инструментов, срок службы которых соответствует среднему или превосходит его.
Относительно новый подход, основанный на моделировании срока службы инструмента, использует компьютерный расчет и модели, чтобы определить ожидаемый срок износа инструмента и время его замены. При несколько больших затратах можно получить более точные результаты благодаря использованию сенсоров, отслеживающих износ инструмента в реальном времени. Предсказуемое техническое обслуживание инструмента позволяет сократить затраты на инструмент на 15%, 20% или более.
Шаг 7. Управление номенклатурой инструмента
На второй фазе металлообрабатывающего производства (группировка) важно учитывать, что управление номенклатурой инструмента отличается от инструментообеспечения. Последнее организует существующую номенклатуру инструмента и обеспечивает ее наличие для производства. Для этого существуют разнообразные автоматизированные системы инструментообеспечения. Управление номенклатурой инструмента – это способ рационализировать и консолидировать количество инструментов, которыми обладает предприятие, чтобы понять, какие из них действительно необходимы. Если не использовать рациональный подход при загрузке инструментов в автоматизированный магазин, получится автоматизированный беспорядок.
Шаг 8. Анализ практической работы
В своей книге 1907 года «Об искусстве обработки металла» Фредерик Уилсон Тейлор, американский инженер и основоположник анализа труда, отметил, что некоторые производственные процессы, например, фрезерование поверхности, несомненно, увеличивают стоимость детали. С другой стороны, многие операции, необходимые для получения готовой детали, не добавляют стоимость напрямую. К ним относятся крепление детали на станке или написание программы обработки.
Согласно Тейлору, задачи, не добавляющие стоимость, должны выполняться как можно быстрее и таким способом, который минимизирует их влияние на общие расходы производства. Автоматизация может решить такие проблемы, как загрузка и крепление деталей, что позволит сэкономить время и деньги.
Производители обычно полагают, что лучшим способом сократить время производства является увеличение параметров обработки. Большинство предприятий не учитывают полностью время таких видов деятельности, как проектирование. Эта задача занимает до 40% общего времени на деталь, от чертежа до поставки. Незапланированное время простоя, вызванное выходом инструмента из строя, вопросами качества или проблемами стружкообразования, также может упускаться из виду. При анализе производственной деятельности и затрат важно учитывать все составляющие времени, необходимого на производство детали.
Шаг 9. Практическое применение оптимизации
Третья фаза металлообработки детали (фаза реализации) – это практическое использование инструментов и стратегий, выбранных в первой фазе и сгруппированных во второй. Производственный процесс очень редко выполняется точно по плану, и именно на этом этапе необходима оптимизация операций в плане скорости, надежности и других факторов. В дополнение к этому большинство предприятий также ищут способы улучшения выполняемых операций. После организации и оптимизации первой и второй фаз практическая оптимизация дает предприятию возможность получить техническое и экономическое преимущество, найдя комбинацию подачи, скорости и глубине резания, которая обеспечивает нужные результаты.
Шаг 10. Рациональное внедрение новых технологий
Сегодня перед производителями стоит целый ряд относительно новых задач, включая требования рационального использования ресурсов и охраны окружающей среды. Рациональное внедрение новых технологий и процессов дает им возможность справляться с этими задачами. Сухая обработка, например, позволяет сократить использование СОЖ, что уменьшает потенциальное влияние охлаждающей жидкости на окружающую среду и снижает затраты на ее утилизацию. Детали все чаще изготавливают из бессвинцовых материалов, чтобы предотвратить попадание вредных металлов в окружающую среду. Улучшение параметров производства и производительности инструментов позволяет значительно снизить затраты на электроэнергию.
Заключение. Фаза 4 и обучение по программе STEP
Когда предприятия разного размера начинают использовать десять простых шагов для улучшения своей деятельности, наступает четвертая фаза производственного процесса — внутреннее обучение. Цель данного обучения — понимание персоналом предприятия того, что решение производственных вопросов не всегда требует масштабных инвестиций, высоких технологий или увеличения численности сотрудников.
Знания, полученные во время улучшения одной или нескольких операций, могут применяться и распространяться на схожие ситуации на всем предприятии. Такие знания может дополнять программа технического обучения Seco (STEP) — эффективная практическая программа, предназначенная для ознакомления пользователей с новейшими инструментальными системами и технологиями. В сочетании с практическим опытом, полученным в результате анализа процесса и его улучшения, обучение становится основой для традиции решения задач и совершенствования производственного процесса, направленного на успешное развитие производства.
Отслеживание неясных затрат
Анализ практической работы включает очевидные, скрытые или невыявленные затраты. Факторы, влияющие на общую стоимость превращения сырья в готовую деталь, можно классифицировать по восьми категориям: инструменты и инструментальные системы, материалы заготовки, процессы и данные, сотрудники и организация, обслуживание, специфические факторы, вспомогательное оборудование и другое.
Время обработки – самый очевидный фактор затрат, включающий в себя время обработки, время настройки станка и инструментов, вспомогательные операции и контроль качества. Очевидно, что необходимо запланировать время простоя станка для настройки и вспомогательных операций. Однако существует ряд менее очевидных причин, вызывающих незапланированные остановки работы: неожиданный износ инструмента, проблемы стружкообразования и нестабильное качество.
Ненадежные процессы обработки, приводящие к низкому качеству деталей или браку, повреждению заготовок и системным проблемам, увеличивают время обработки и расходы. Очевидные факторы, такие как время обработки и запланированная замена инструмента, составляют меньшую долю от общего операционного времени, чем ошибки оператора и системные сбои.
Проектирование, состоящее из общих, геометрических (программирование) и технических (выбор инструментов и параметров обработки) задач, часто упускается из виду как часть операционного времени. Программирование детали занимает значительную часть времени проектирования, но большое количество времени также расходуется на решение технологических вопросов, таких как выбор инструмента и параметров обработки.
