Témata
Zdroj: Seco Tools

Modely optimalizace procesu obrábění

Rozvoj nových poznatků o nástrojové technologii přináší maximální výhody pouze tehdy, je-li na proces obrábění pohlíženo jako na jediný konzistentní model. Je přitom životně důležité posuzovat různé výrobní scénáře a zásadní vlivy každého z nich na celkovou, globální ekonomiku výroby.

Reklama

Pragmatická definice globální ekonomiky výroby zní: zajištění maximální bezpečnosti a předvídatelnosti procesu obrábění při udržení nejvyšší produktivity a nejnižších výrobních nákladů. Patrick De Vos, manažer konzultačních a technických vzdělávacích programů ve společnosti Seco Tools, zde rozebírá různé pohledy na optimalizaci procesů obrábění i to, jakých výsledků lze dosáhnout.

Před zahájením podrobné optimalizace jednotlivých operací (tzv. 1 : 1) je třeba celkovou produktivitu a nákladovou efektivitu vyvážit vyhodnocením na komplexním nebo makroekonomickém základě. Když je makroekonomické vyhodnocení celého výrobního procesu dokončeno, lze dosáhnout dalšího zlepšení důsledným posouzením, kde se taková individuální optimalizace vyplatí.

Mikro- a makroekonomické modely 

Tradičně se optimalizace výsledků obrábění řeší prostřednictvím úzce zaměřeného mikroekonomického modelu – jde o model „jeden konkrétní nástroj v jedné operaci“. Makroekonomické modely oproti tomu pohlížejí na výrobu ze širší perspektivy. U takových makromodelů (či globálních modelů) je čas na výrobu konkrétního dílce daleko silnějším faktorem rozhodování.

Obecný model obrobitelnosti. (Zdroj: Seco Tools)

Zjednodušeným příkladem globální optimalizace jsou dva obráběcí stroje pracující v sérii (za sebou) a produkující jeden dílec. V takovém případě nemá optimalizace doby obrábění ani zvýšení výkonu u obráběcího stroje A žádný smysl, nejde-li to současně provést u stroje B. Zvýšený výkon stroje A bude představovat pouze zvýšené náklady ve smyslu rozpracovaných obrobků, čekajících na dokončení ve stroji B. Příznivějším řešením tohoto problému je optimalizace nákladů na obrábění u stroje A, která sice může snížit jeho produktivitu, ale přitom omezí celkové náklady.

Obecný model ekonomiky výroby. (Zdroj: Seco Tools)

Pokud by se však jednalo o případ, kdy stroj B musí čekat, než je dílec připraven na stroji A, zvýšení výkonu stroje A povede také k nárůstu výkonu celkového. Velmi zde záleží na tom, jak jsou v konkrétním provozu organizovány výrobní operace (zda jako liniové, dávkové, nebo paralelní). Neexistuje však univerzální odpověď. Tyto příklady jasně ukazují na potřebu širšího pohledu na celkový proces výroby a vyjadřují, že mikroekonomické optimalizace musí být prováděny s velkou opatrností.

Širší perspektiva se vyplácí i ve věci úvah o strojích. Typickým příkladem je výrobní provoz, kdy dojde k rozhodnutí vyměnit plně vytížené frézovací centrum, běžící 40 hodin týdně, za vysokorychlostní stroj. Když je však nový stroj osazen a zprovozněn, zůstává z poloviny času zcela nevyužitý. Firma náhle čelí novým výzvám i výdajům, neboť musí shánět více zakázek, aby nový stroj vytížila a vynaloženou investici tak ospravedlnila. Lepším přístupem by zde bylo nejprve prozkoumat celkový obraz a posoudit, co by vlastně bylo skutečným výsledkem vyšší výkonnosti stroje.

Úroveň optimálního využití strojního vybavení a možnosti uvolňování skrytých vnitřních kapacit výrobních provozů jsou jedním z velkých témat výrobního konceptu Seco Next Step, který coby komplexní „nástroj“ k podpoře transformace výroby v oboru obrábění kovů předkládá praktická řešení situací ve výrobě typu HMLV (vysoká rozmanitost produktů a malé výrobní dávky) a propojuje problematiku obrábění se systémem výroby, s výrobním prostředím a s organizací práce.

Optimalizace doby obrábění a nákladů na obrábění

Optimalizace 1 : 1 se soustřeďuje na konkrétní aplikaci a jediný obráběcí nástroj, přičemž je snahou dosáhnout vysokého úběru materiálu při nejnižších nákladech. Proces zahrnuje výběr nástroje nejvhodnějšího pro obrobení daného dílce a jeho nasazení s největší možnou hloubkou řezu i největší velikostí posuvu. Je jasné, že největší hloubka řezu a rychlost posuvu podléhají omezením, daným výkonem stroje a krouticím momentem, stabilitou obrobku i spolehlivostí upnutí nástroje.

Reklama
Reklama

Posledním krokem takové optimalizace je volba příslušného kritéria nejnižších nákladů nebo maximální produktivity a využití řezné rychlosti jako faktoru pro jemné doladění požadovaného výsledku. V rámci této analýzy je důležité připomenout si skutečnosti Taylorova modelu životnosti nástroje. Tento model vyjadřuje, že pro danou kombinaci hloubky řezu a velikosti posuvu existuje určitý rozsah řezných rychlostí, který zajistí bezpečnou, předvídatelnou a kontrolovatelnou životnost nástroje. Jestliže se v tomto rozsahu pohybujeme, je možné kvalifikovat a kvantifikovat vztah mezi řeznou rychlostí, opotřebením nástroje a jeho životností.

V základu se s rostoucí řeznou rychlostí zkracuje čas obrábění a zvyšuje se produktivita. Avšak nad určitou úrovní řezné rychlosti se životnost zkrátí natolik, že břity nástroje začnou vyžadovat příliš častou výměnu. V celkovém obraze pak má snížení nákladů na dobu obrábění menší efekt než rychle rostoucí náklady na nástroj. Cílem je určit takovou řeznou rychlost, kdy je hodnota obou typů nákladů vyrovnaná a odráží se v minimálních celkových nákladech.

V honbě za produktivitou se provozy musí zaměřit na celý záběr výroby – celkový výrobní čas na produkci daného dílce – a potlačovat přitom toleranci byť i krátkých časových ztrát.

Kvalita a produktivita: dostatečná, avšak nikoli nadměrná

Dnešní normy pro vysokou kvalitu dílců jsou významně tvrdší, než tomu bylo v minulosti. Snaha o vysokou kvalitu však může být nákladná. Vysoká kvalita je cílem, ale nadměrná kvalita už znamená peněžní ztrátu. Provozy musí uvážit, jak lze vyrobit ten „nejhorší možný“ obrobek, který však bude z pohledu své funkčnosti ještě stále přijatelný. Práce na minimální požadavky může drasticky omezit náklady, a přitom významně zvýšit produktivitu.

Obdobně se však při zaměření pouze na zkracování cyklových časů může snižovat celková spolehlivost procesu obrábění kovů. Probíhá-li proces setrvale na hranici svých parametrů, či dokonce až za ní, bývá cenou vyšší zmetkovitost a případné šrotování neshodných výrobků, jakož i časové ztráty.

Reklama

Kvalita, výrobní čas a náklady

Efektivita výroby zahrnuje tři základní faktory: kvalitu, výrobní čas a náklady. Samozřejmě je třeba uvažovat také environmentální faktory, jako je spotřeba energie, likvidace či recyklace opotřebených nástrojů, ztráty při obrábění i bezpečí a pohoda zaměstnanců.

Výrobní efektivitu ovlivňuje též množství jednotlivých technických faktorů. V rámci procesů obrábění není neobvyklé, že jeden či více z 50 až 70 individuálních faktorů má na efektivitu produkce podstatný vliv. Typickými faktory jsou přitom také nástroje a nástrojové systémy, konfigurace a materiál obrobku, procesní údaje, kapacita a možnosti strojního vybavení, lidský faktor, pomocná zařízení, stejně jako údržba.

Jedním z nejvýznamnějších faktorů ovlivňujících efektivitu výroby je výsledek interakce nástroje a obrobku. Porozumění skutečnostem souvisejícím s opotřebením a selháváním nástrojů je základem pro zvládání procesu obrábění. Projevy opotřebení se rozvíjejí postupně a jsou předvídatelné, zatímco případy selhání – jako třeba zlomení nástroje – znamenají ztrátu předvídatelnosti, tolik potřebnou k udržení spolehlivého procesu obrábění. Právě fyzika obráběcích procesů a s ní spojená funkčnost obráběcích nástrojů jsou zásadními tématy v programu technického vzdělávání Seco Step.

Univerzální nástroje 

Snahu o dosažení vyvážené produktivity, spolehlivosti i nákladů na nástroje podporují systémy, které poskytují všestrannost a flexibilitu v širokém spektru aplikací. Všestranné či univerzální nástroje představují řešení nutný pro zcela zřetelný trend směrem k menším výrobním dávkám. Výsledkem posunu k malým dávkám výrobků je snaha o zvýšené využívání nástrojů ve výrobních strategiích „just-in-time“ a také růst podílu kooperací.

Model výběru nástroje. (Zdroj: Seco Tools)

Subdodavatelé jsou tak vystaveni situacím, kdy je třeba produkovat malé výrobní dávky často, ale nikoli pravidelně. V minulosti ke snížení prostojů při výměnách nástrojů napomohly automatické zásobníkové systémy – další prostoje, způsobované manipulací s obrobky, zase potlačila paletová řešení. Univerzální nástroje snižují časové ztráty tím, že minimalizují dobu potřebnou na nástrojové výměny, když se začíná zpracovávat jiný obrobek a když pak ani není třeba provádět nové seřizování a odlaďování. Ke zkracování časů pro manipulaci přispívá také minimalizace počtu různých nástrojů ve vybavení provozu, čímž se zvyšuje podíl času na vlastní obráběcí operace.

Model výběru nástroje 2. (Zdroj: Seco Tools)

Tradiční uvažování o výběru nástrojů se zaměřuje na konkrétní aplikaci – na vyhledávání nástroje pro obrábění oceli či nerezové oceli nebo na hrubování anebo na frézování. Pro správnou volbu je však důležitější to, jak zamýšlená operace obrábění zapadá do celkového obrazu výrobních aktivit daného provozu. Výběr musí být zaměřen na to, co je žádoucí v záležitostech produktivity, nákladové efektivity či spolehlivosti, ale též i ve smyslu využitelnosti ve větším spektru výrobních procesů. Tento přístup komplexního náhledu upřednostňuje společnost Seco Tools v rámci budování dlouhodobých vztahů a spolupráce se svými partnery a zákazníky.

Jednoduchá řešení

Náhled na procesní optimalizaci širší optikou nemusí být ani příliš komplexní; stačí využívat ty nejzákladnější a vcelku jednoduché analýzy i činnosti. Zcela klíčová je přitom analýza opotřebených nástrojů. Správná interpretace toho, co nám nástroje ukazují, podává vynikající perspektivu, pokud jde o všechno to, co se v obráběcím provozu odehrává. Pokud například obrobna využívá břitové destičky s délkou ostří 12 mm a projevy opotřebení sledujeme na pouhých 2 mm či 2,5 mm, dá se říci, že tyto destičky jsou na to, k čemu se používají, zbytečně velké. Takovou práci by klidně zvládly i destičky s délkou ostří 6 mm. Navíc jsou nástroje s menšími, 6mm destičkami také významně levnější než například nástroje s destičkami o velikosti 10 mm, což může přinést až 50% úsporu bez jakékoli ztráty na produktivitě.

Praktický model optimalizace procesu. (Zdroj: Seco Tools)
Související články
EMO zrcadlem pokroku a inovací

Při příležitosti prezentace veletrhu EMO 2017 Hannover před evropskou novinářskou obcí se uskutečnilo i pražské zastavení. Zastoupení Deutsche Messe pro ČR zorganizovalo tiskovou konferenci, které se vedle generálního ředitele EMO Hannover Christopha Millera účastnil i tiskový mluvčí hannoverského veletržního komplexu Hartwig von Sass spolu s ředitelem českého svazu SST Ing. Paclíkem a předsedou Společnosti pro obráběcí stroje doktorem Smolíkem.

Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Související články
Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
České obráběcí stroje stále splňují nejpřísnější parametry pro uplatnění

V červnu tohoto roku byl zvolen prezidentem Svazu strojírenské technologie Jan Rýdl ml. Mezi jeho priority patří návrat duálního vzdělávání do českého školství. Více chce také podpořit spolupráci firem s vysokými školami, prosazovat zájmy českých strojařů v zahraničí a ve státní správě. Rychlé tržní změny vnímá jako největší výzvu pro management všech firem.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Úspěšné dny otevřených dveří

Ve druhý dubnový týden 2019 pozvala společnost Grob-Werke hosty na letošní první firemní výstavu do svého sídla v Mindelheimu. Přibližně 400 pozvaných zákazníků a hostů kvitovalo inovativní produkty, praktické ukázky, odborné přednášky a zajímavé komentované prohlídky firmy.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Strojírenské fórum 2018: Inteligentní výroba

Další z již tradičních setkání odborníků (nejen) z oblasti výroby – podzimní Strojírenské fórum – se odehrálo 8. listopadu, tentokrát v prostorách Ústavu výrobních strojů a zařízení a RCMT FS ČVUT v Praze.

Nebojte se výzev!

Tuto větu mi na konec rozhovoru řekl Ing. Radomír Zbožínek, člen představenstva Tajmac-ZPS, který se stále podílí na dění v mateřské firmě. Slovo "mateřská" pro pana Zbožínka platí dvojnásob, do firmy totiž nastoupil 1. listopadu 1972, takže zde "kroutí" již svou 46. sezonu. Tak akorát na to, aby jeho slova mohla posloužit i dalším lidem.

TOSmeet & TOSday 2018

Zákaznický den ve firmě TOS Varnsdorf tradičně patří k vyvrcholení půlročního maratonu open houses, které pořádají téměř všechny výrobní a obchodní společnosti v komoditě obráběcích strojů pro své zákazníky a obchodní partnery. Zejména u výrobních firem je neopakovatelnou příležitostí zavítat do jejich provozů, zhlédnout zdejší technologické možnosti, být přímo od zdroje informovaný o žhavých novinkách a technologických řešeních, a v neposlední řadě pak potkat a pohovořit se známými lidmi.

Dokonalé stroje na dosah celé Evropě

Slavnostní atmosféru zažívala od 26. do 29. června průmyslová zóna městečka Neufahrn poblíž Mnichova. Modré balonky, modré slunečníky, modré závěsy i koberec – a samozřejmě hlavně velké modré stroje. To vše znamenalo, že zde právě probíhá oficiální otevření nového Technologického centra společnosti Prima Power.

Perspektivy čínského draka

Již několik let vám pravidelně v tomto čase přinášíme reportáže ze dvou klíčových strojírenských veletrhů celého asijského kontinentu, které jsou určitým barometrem srovnání postupného vývoje čínských výrobců obráběcích strojů a komponent, ale i pohledem na zvolené marketingové strategie nadnárodních společností při jejich penetraci na zdejší čínský trh – největší a nejprogresivněji rostoucí na světě. V lichých letech se v Pekingu v dubnu koná veletrh CIMT (China International Machine Tool Show), v sudých přibližně ve shodné době pak v Šanghaji veletrh CCMT (China CNC Machine Tool Fair). Aktuální postřehy z každého dne veletrhu jsme přinášeli prostřednictvím redakčního portálu mmspekturm.com a sociální sítě facebook, s tradičním komplexnějším pohledem na veletrh a čínský komoditní trh jako takový přicházíme nyní.

Loňské rekordní výsledky českého průmyslu obráběcích strojů

Při příležitosti nadcházejících veletrhů MSV a IMT v Brně jsme se zeptali ředitele Svazu strojírenské technologie Ing. Oldřicha Paclíka, jak vnímá současnou společenskou krizi v Evropě, geopolitické změny a jejich dopady na světové hospodářství, jak si v této nelehké době stojí české strojírenství a jaký vidí další vývoj v tomto důležitém segmentu našeho hospodářství.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem 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