Témata

Další krok: propojení technologie obrábění kovů s ekonomikou výroby (1. část)

Propojení technologie a ekonomiky se stává stále významnějším faktorem. Vývoj v technologii obrábění kovů lze ekonomicky popsat v případě, kdy je proces obrábění definován jako jeden stálý proces. Při vývoji a uplatnění technologií obrábění kovů je velmi důležité srovnání různých možných variant postupů. Některé aplikace například vyžadují použití nových nástrojů nebo zlepšení obrobitelnosti materiálu obrobku, např. změnou strategie či postupu obrábění.

Tento článek je součástí seriálu:
Příručka pro technology
Díly

Výkonnost výroby

Výkonnost řezného procesu má rozhodující vliv na celkové náklady. Hlavními faktory ovlivňujícími náklady jsou míra zmetkovitosti a výskyt prostojů. Naproti tomu je však často nadhodnocen vliv času nástroje v řezu na náklady. Moderní výrobní filozofie klade větší důraz na spolehlivost řezného procesu než na dosažení maximální rychlosti výroby. Modely pro výrobní náklady lze rozdělit do dvou hlavních skupin: mikro- a makromodely. Mikromodely se zabývají řezným procesem z úzkého pohledu optimalizací řezných podmínek, které přímo ovlivňují náklady na obrábění. Makroekonomické modely naopak uvažují o výrobních nákladech z širší perspektivy. U těchto modelů je celkový čas potřebný k výrobě daného obrobku rozhodujícím faktorem.

Výkonnost výroby lze popsat z hlediska tří základních parametrů: zmetkovitost, prostoje a rychlost výroby. První dvě z nich můžeme vyjádřit jako úroveň kvality a kontinuity výroby. Zvýšení výrobní rychlosti může vyžadovat technická zlepšení či zvýšení odbornosti pracovníků, kteří zamezí výrobním poruchám (zmetkovitosti a prostojům). Je nutné najít rovnováhu mezi rychlostí výroby a nároky na výrobní zařízení a personál a prostoji výroby. Zvýšení rychlosti výroby by mohlo vést ke zvýšení nákladů v důsledku poruch, které způsobují prostoje a problémy s kvalitou znamenající vyšší podíl zmetkovitosti.

Vzájemné ovlivnění nákladů, zmetkovitosti, prostojů a rychlosti výroby

Tyto tři zmíněné parametry lze z hlediska efektivity výroby charakterizovat následovně:
- kvalita – úroveň požadované jakosti, a to především rozměrová přesnost, povrchové vlastnosti, které má obrobek mít, jeho případné další požadované vlastnosti a pravděpodobně i jeho funkčnost a výkon;
- výrobní čas – obrobky musejí být připraveny k dodání k zákazníkovi v plánovaném termínu;
- náklady – náklady na zhotovení obrobku se musejí pohybovat v rámci stanovených výrobních či nominálních nákladů.

Výsledky jakékoliv výroby lze charakterizovat různými parametry. Termín efektivita výroby zde popisuje celkový vliv různých parametrů na výsledek. Parametry výsledků mohou být vyjádřeny v absolutních číselných hodnotách a lze je rozdělit do následujících skupin:

- kvalitativní parametry týkající se rozměrových požadavků, požadavků na kvalitu povrchu či jakýchkoliv jiných požadavků, ať už se týkají funkčnosti nebo výkonu;
- parametry prostojů – hodnotí prostoje způsobené během procesu;
- parametry výkonnosti výroby vyjádřené počtem vyrobených obrobků či objemem odebraného materiálu během daného časového období.


Tabulka charakteristik výroby. Pro zvětšení klikněte na tabulku

Nové pojetí obrobitelnosti

Tradiční koncepce obrobitelnosti byla postupně doplněna o další různá kritéria z environmentální oblasti. V souladu s tím se kromě již tradičně používaných parametrů začaly uplatňovat i různé parametry environmentální a recyklační, jejichž cílem je poskytnout náhled na výsledky výroby určitého obrobku v širším pojetí:

- environmentální a recyklační parametry – faktory jako jsou nástroje, zařízení a látky použité na zpracování, energetické nároky, odpad, který je nutný zlikvidovat a možnost recyklace zbytků;
- zvláštní skupinou environmentálních parametrů jsou bezpečnostní kritéria. Provoz ve výrobě musí být z hlediska ochrany zaměstnanců co nejbezpečnější.

Výkonnost výroby

Ztráty v kvalitě mohou být popsány jako poměr zmetkovitosti a konkrétních případů ztráty kvality. Na obrobek je kladeno mnoho kvalitativních a někdy také funkčních požadavků, které musejí být splněny. Ty jsou časté zejména v případech, kdy mají být obrobky navzájem sestaveny. Tehdy nestačí pouze odladit jeden samotný dílec, ale obrobky musejí být sestaveny správně tak, aby vyhovovaly požadavkům na řádnou funkčnost.

Prostoje mohou být způsobeny externími či interními příčinami a vedou k přerušení výroby. Rozlišujeme prostoje plánované a neplánované. Plánované prostoje, jako například z důvodu údržby, mají obvykle méně závažné následky než prostoje neplánované, způsobené například poruchou stroje. Příklady vnějších příčin pro vznik prostojů jsou výpadky proudu či opožděné dodávky subdodavatelů. Rozsah, v jakém se tato přerušení výroby ve výrobním procesu vyskytují, lze definovat jako poměr prostojů. Prostoje v procesech obrábění kovů mohou být způsobeny různými faktory, například z důvodu selhání nástroje či problémy spojenými s utvářením a odvodem třísky.

Parametry výkonnosti výroby lze vyjádřit buď přímo množstvím (počtem obrobků či operací určitého typu dokončených v daném časovém období) anebo časem, který daná operace potřebuje pro dokončení. Změny ve výkonnosti lze vyjádřit jako její snížení či zvýšení nebo také z hlediska faktorů vývoje procesu. Výsledky vývoje procesu jsou závislé na času cyklu a nominálním času seřízení. Termín „nominální“ znamená, že je stanoven referenční čas; ať již předem nebo za dané situace. Pokud se nominální čas změní, což se během výroby stává často, změní se i poměry či hodnoty výkonnosti výroby. Srovnávání v různých časových bodech výrobního procesu je tudíž obtížné, není-li základ pro porovnávání výkonnosti zcela jasně stanoven. Rozdíly v procesech obrábění kovů jsou často způsobeny rozdílností obrobitelnosti materiálu obrobku. Výrazné snížení obrobitelnosti vede ke snížení rychlosti obrábění (a odpovídajících řezných podmínek).

Pro různé výrobní metody lze určit řadu různých skupin faktorů. Faktory v těchto skupinách mohou ovlivnit, ať už jednotlivě či ve vzájemné kombinaci, efektivitu výroby a výsledné parametry výrobního procesu. U procesů obrábění kovů nebývá vůbec neobvyklé, že podstatný vliv na výrobu má i 50 až 70 faktorů tohoto druhu.

Systematizace mnoha různých faktorů je nezbytná pro vytvoření přístupu, který ovlivní výsledky výroby tím co možná nejúčinnějším a nejoptimálnějším způsobem. Hlavní skupiny faktorů jsou následující (jsou uvedeny i jejich podskupiny):

A. Nástroje a nástrojové systémy. Geometrické faktory (makro- a mikrogeometrie). Faktory související s kvalitou povrchu (vlastnosti povrchu, povlakování apod.). Materiálové vlastnosti (tvrdost, houževnatost atd.).
B. Obrobky a materiály obrobku. Geometrické faktory (tuhost, tepelná kapacita atd.). Faktory související s povrchem obrobku (topografie, chemické složení, struktura, tvrdost atd.). Materiálové a strukturní faktory (obrobitelnost).
C. Proces a řezné podmínky. Faktory související se zařízením (tuhost, tlumení atd.). Faktory procesních dat (řezné podmínky). Přídavné látky (maziva atd.). Procesní faktory (posloupnost provozu, výměny nástrojů atd.).
D. Personální a organizační. Standardní provozní postupy, manažerská rozhodnutí, opatření v případě selhání procesu atd. Systém práce, zodpovědnost, příležitosti pro osobní iniciativu atd.
E. Údržba a servis. Faktory související s nástroji. Faktory procesu a zařízení. Plánované a havarijní opravy a údržba.
F. Zvláštní faktory. Každý způsob obrábění má svá jedinečná specifika, jakým je například vznik nárůstků na břitu či vznik trhlin na nástroji nebo povrchu obrobku.
G. Další zařízení. Zařízení pro manipulaci s materiálem, upínací nástroje, dopravníkové pásy atd.

Skupiny faktorů A ažD spolu s G přímo souvisejí s výrobním systémem, zatímco skupiny E a F se týkají důsledků a potřeb, které během výroby mohou nastat. Faktory skupiny D, které lze také definovat jako lidské faktory, jsou mnohem důležitější, než by se zpočátku mohlo zdát. Je to velmi významné zejména u společností, které intenzivně využívají znalosti a soustřeďují se na neustálý vývoj odborné způsobilosti svých zaměstnanců. Úspěch takových společností do značné míry závisí na dvou faktorech, z nichž oba jsou spojeny s faktory skupiny D, a to na průměrných odborných znalostech zaměstnanců a přítomnosti osob s nejvyšší úrovní odbornosti. Kombinací parametrů výsledků s uvedenými skupinami faktorů získáme Production Performance Matrix (PPM –matice výkonnosti výroby).

Souvztažnost mezi konkrétními výsledkovými parametry a danou skupinou faktorů může být kvantitativní nebo kvalitativní. Základní oblasti využití PPM jsou následující:

- sledování rozběhnuté výroby s cílem zjištění kritických bodů výrobního procesu, které je potřeba odladit, a posouzení, jakým způsobem lze dosáhnout nejlepšího zdokonalení procesu;
- získání správného náhledu na fungování zaběhlého výrobního systému a jeho následné využití jako pomocného vodítka při vývoji nových výrobních systémů;
- pomoc při hodnocení jednotlivých opatření pro dosažení zlepšení výrobního systému, jako je například výběr typů nástrojů, metod obrábění a materiálu obrobku a specifikací, které mají být v procesu dodrženy;
- poskytnutí základů pro zdokumentování a zhodnocení zkušeností získaných při zkoumání výrobního procesu a odborné způsobilosti pracovníků na něm se podílejících.

Každá z metod obrábění má svoje specifika. Ta jsou uvedena ve skupině faktorů F. Zvláštní chování obráběcího procesu může být zapříčiněno několika faktory, zejména ze skupin A až D. Chování, jakým je například tvorba nárůstků na břitu, vylamování ostří a výskyt nekontrolovaného utváření třísky, má negativní vliv na výrobní proces i na získané výsledky.

Seco Tools AB

Patrick De Vos

Dana.benesova@mmspektrum.com

Vydání #5
Kód článku: 140545
Datum: 13. 05. 2014
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Seriál
Související články
MM Podcast: Každé vítězství má svůj příběh

Olga Girstlová byla v 90. letech nepřehlédnutelnou součástí vznikajícího podnikatelského prostředí tehdejšího Československa. Společně se svým otcem a manželem založili v květnu 1990 společnost GiTy. Vsadili na komoditu s obrovským potenciálem technologického růstu. Po 15 letech manželé Girstlovi však dospěli k rozhodnutí společnost prodat a dále se věnovat jiným komoditám, jako například ekologickému stavitelství. 

CIMT 2021 plně prezenční

Zatímco je celý svět paralyzovaný restrikcemi proti šíření koronaviru covid-19, v Pekingu byl dnes zahájený veletrh obráběcích a tvářecích strojů China International Machine Tool Show CIMT 2021 v plné prezenční formě a téměř shodného rozsahu, jako ročníky předešlé. Ve stejný den a po celý týden, jako Hannover Messe Digital Edition – průmyslový veletrh v plně digitální platformě.

Hannover Messe 2021

Inovace, vytváření sítí a sdílení zkušeností ve věku průmyslové transformace – to jsou klíčová motta, která představují letošní ročník digitálního Hannover Messe, na kterém více než 1 800 vystavovatelů představí svá řešení pro výrobu a energetické systémy budoucnosti. Od umělé inteligence po robotiku, od ochrany klimatu po vodík. Nejdůležitější světový průmyslový veletrh plní svoji roli jako inovační a síťová platforma a vytváří uprostřed koronové pandemie globální platformu pro výměnu zkušeností v době průmyslové transformace.

Související články
MM Podcast: Glosa - God Save the Queen

V naivní představě ekonomického perpetuum mobile zaměstnáváme v poměru k reálné ekonomice nejvyšší počet lidí ve státní a veřejné správě v rámci nejrozvinutějších zemí OECD. Rakovinotvorný rozbujelý a nevýkonný úřednický aparát, vědomě bojkotující vznik e-státu, dokonale paralyzuje správu věcí veřejných. A jeho solidarita s aktuálně zdecimovaným privátním sektorem? Home office na 100 % mzdy, její valorizace, statisícové odměny na MF za ušetřené miliardy (…). 

Související články
V hlavní roli strojař

Fakulta strojní VŠB-TUO se pro letošní rok v rámci náborové kampaně vrací k úspěšné sérii V hlavní roli strojař. Kampaň komunikuje myšlenku, že strojaři jsou hvězdy hrající hlavní roli v moderním světě. Jejím cílem je zlepšit vnímání oboru strojírenství, posílit brand fakulty, a samozřejmě také nalákat uchazeče ke studiu strojařiny.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

MSV ve znamení materiálů i technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro Mekku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, mimo lidi z dalších oborů, setkají i výrobci plastů a též špičkových zařízení pro plastikářskou výrobu. Na naše otázky odpovídají Pavel Tuláček, jednatel společnosti Gorilla Machines, a David Svoboda, jednatel Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery Česko.

Aditivně s nadzvukovou rychlostí

Společnost Hermle je známá především pro svá přesná pětiosá obráběcí centra a nadstandardní servis. Už málokdo ví, že vyvinula také stroj pro aditivní výrobu kovových dílů. Přestože je i tato technologie založena na postupném vrstvení kovového prášku na součást, nedochází zde ke spékání prášku laserovým paprskem, ale kovový prášek je tryskou doslova nastřelován na díl nadzvukovou rychlostí. Na detaily jsme se zeptali technického zástupce společnosti Hermle Pavla Němečka.

Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Svařování mědi pomocí vláknového laseru

Rychlý rozvoj v oblasti elektromobility vede ke zvýšení poptávky po svařování mědi. To, co ji činí pro danou aplikaci ideální (tj. vysoká elektrická a tepelná vodivost), ji zároveň činí obtížně svařitelnou konvenčními vláknovými lasery. Díky vyšší efektivitě, zhruba dvojnásobné, někteří výrobci zkoušejí používat zelené pevnolátkové lasery. Výsledkem je stabilnější a méně citlivý proces, než jaký byl možný u standardních vláknových laserů.

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1, 2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů Engel různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Uplatnění kovového 3D tisku

Společnost Misan z Lysé nad Labem se aditivními technologiemi kovových dílů zabývá a tato zařízení v České republice distribuuje už osm let. Dalo by se říct, že je jedním z průkopníků s těmito technologiemi na českém trhu. Z toho pochopitelně vyplývají také její bohaté zkušenosti s touto relativně mladou výrobní disciplínou. Na otázky, kde tyto technologie nacházejí uplatnění a v jakých oblastech mohou vyniknout, jsme se ptali aplikačního inženýra pro kovové aditivní technologie Jana Hudce.

Aditivní výroba velkých dílů

Porto patří k největší průmyslové oblasti Portugalska. Od roku 1956 zde sídlí přední světový výrobce strojů technologie tváření – společnost Adira.

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit