Témata
Reklama

Příručka pro technology: Ekonomika výroby a celková optimalizace

Obrábění kovů je technologický proces, který se využívá k výrobě obrobků zadaných rozměrů a tvarů, tolerance a kvality povrchu. Pro tento proces je příznačná aplikace mnoha různých nástrojů. Jsou však všechny tyto nástroje skutečně potřebné a jsou aplikovány tak, aby bylo využito jejich maximálního možného výkonu? V procesu obrábění kovů se vždy vyskytnou situace, které mohou být optimalizovány. Představují jistá úskalí znesnadňující dosažení konečného cíle, kterým je především hospodárný a efektivní výrobní proces.

Tento článek je součástí seriálu:
Příručka pro technology
Díly

Úskalím, které je nutno překonat, může být produktivita (potřebujete vyrábět rychleji), efektivita nákladů (musíte snížit náklady) i kvalita (je vyžadována vyšší kvalita povrchu hotových obrobků). Čtvrtý problém bývá často opomenut či přehlížen. Je jím možnost zjednodušení procesu, použití méně odlišných nástrojů k dosažení konečného cíle. Prvními třemi z uvedených problémů jsme se zabývali v minulém článku. Předmětem tohoto pokračování bude čtvrtý faktor, kterým je racionalizace a zjednodušení procesu.

Reklama
Reklama

Výkonné nástroje a optimalizované řezné podmínky

K dosažení vyšší produktivity jsou nutné vysoce výkonné nástroje a optimalizované řezné podmínky. Pokud je cílem efektivnost nákladů, nástroje musejí být vybrány na základě nízkých nákladů na ostří, čemuž musí odpovídat i volba řezných podmínek. Pokud je prioritou kvalita obrobku, je na místě zvolit nástroje pro přesné obrábění. Ať už je cíl jakýkoliv, každý přístup vyžaduje specifické nástroje. Tím se však také zvyšuje riziko příliš úzkého zaměření na výsledek.

Nástroje společnost Seco Tools

V úsilí o dosažení produktivity musíme dát pozor na to, abychom nevěnovali příliš mnoho pozornosti detailům (jednotlivým operacím), ale dostatečně vyhodnotili celkovou situaci – především celkový čas k výrobě obrobku. Je deset sekund získaných v obráběcím čase použitím speciálního nástroje opravdu přínosem k celkovému výsledku, když při seřízení a výměně nástroje dojde k desetiminutové časové ztrátě?

Při maximalizaci efektivity nákladů by přílišná pozornost věnovaná pouhým nákladům na nástroje (pořizovací náklady, čisté náklady na obrábění) mohla vést ke zvýšení výrobních nákladů; to včetně všech nákladů na veškeré výrobní nástroje, náklady na stroj nevyjímaje.

Úskalí znesnadňující dosažení konečného cíle, kterým je především hospodárný a efektivní výrobní proces.

Se snížením řezné rychlosti roste životnost nástroje, zároveň se však zvyšuje i řezný čas. To by mohlo negativně ovlivnit stupeň využití nástroje (jaký počet ostří a v jakém čase provádí kolik operací). Co se týče nákladů, je mnohem přínosnější zaměřit se na stupeň využití nástroje než pouze na jeho životnost počítanou v minutách.

Makroekonomický model nákladů zohledňuje více globálních aspektů současně s mikroekonomickými vlivy.

Kromě toho příliš vysoké nároky na kvalitu obrobku (a technici se stále snaží docílit té nejlepší) vždy představují velký tlak na náklady a výrobní časy. Mohli bychom se ptát: „Jak dlouho by trvalo a kolik by stálo vyrobit ten nejhorší možný obrobek, který by byl stále ještě z hlediska funkčnosti přijatelný?“ Takovým přístupem bychom v důsledku mohli zvýšit produktivitu a snížit náklady.

Nepředvídané události

Profesor Stahl z Univerzity Lund, Švédsko (*), ve svém makroekonomickém modelu nákladů zohledňuje více globálních aspektů současně s mikroekonomickými vlivy (optimalizační strategie 1:1). Příkladem takových vlivů jsou přerušení výroby z důvodu „nepředvídaných“ událostí, jako je například selhání nástroje (nespolehlivý proces, příliš náročné řezné podmínky), zmetkovitost obrobku (kvalita obrobku), seřizovací časy atp. Abychom tyto vlivy eliminovali, je třeba mikroekonomické modely (jako ten, uvedený v první části této série článků) i nadále vyvíjet a zdokonalovat. Zvýšená řezná rychlost nemá dopad pouze na opotřebení nástroje a jeho životnost, ale také na kvalitu obrobku. Následkem by pak mohla být vyšší zmetkovitost kusů. Mikroekonomickým přístupem použijeme nejvýkonnější nástroj pro jednu aplikaci (optimalizační strategie 1:1). Makroekonomická strategie se zaměří na co možná nejvýkonnější nástroj, který bude spolehlivý v širší oblasti použití. Automaticky tak docílíme snížení řady důležitých skrytých faktorů, které jinak zvyšují náklady a snižují produktivitu, jako např. seřizovací časy, časy pro výměnu břitové destičky i nástroje, zmetkové obrobky (např. z důvodu prvního odjetí dílce), průběžných zásob polotovarů obrobků, atd. Univerzální nástroj je často nejlepším řešením pro dosažení celkové produktivity a nákladové efektivity procesu.

Možnosti využití fréz systému Turbo.

Produktivní a nákladově efektivní nástroj

Je samozřejmě výhodné, pokud lze sloučit obojí: tedy když lze produktivní a nákladově efektivní nástroj (optimalizace 1:1) využít v celé řadě různých aplikací (univerzální přístup). Příkladem takového nástrojového systému je řada fréz Turbo. Tyto nástroje nabízejí všestrannost a flexibilitu v širokém spektru aplikací v kombinaci s efektivností nákladů a vysokým výkonem. Vzhledem k technickým vlastnostem těchto fréz je bezproblémová výroba s vysokou kvalitou hotových výrobků snadno dosažitelná. Pozitivní řezná geometrie snižuje spotřebu energie a vede k delší životnosti nástrojů, dále také umožňuje použití vyšších hloubek řezu a posuvů. Tímto způsobem snadno zrealizujeme první kroky uvedeného optimalizačního procesu (obrábění s vysokými hloubkami řezu a posuvem).

Optimalizační strategie

Každá situace ve výrobě je odlišná a zasluhuje si to nejvhodnější řešení. Nejlogičtějším začátkem každé optimalizační strategie je makroekonomické vyhodnocení procesu. Tím lze docílit požadované, plně optimalizované organizace výroby. Pro uplatnění tohoto přístupu jsou nutné dobře zvolené nástroje, které umožňují univerzální a flexibilní použití v širokém spektru aplikací. Ve výrobním procesu následně použijeme menší počet různých univerzálních nástrojů (v modelu prezentováno jako univerzální přístup). Přímé výhody jsou jednodušší objednávání a řízení skladových zásob, méně různých nástrojů na dílně, méně prostojů (kratší časy na seřízení stroje, výměnu nástrojů a najíždění výroby), méně problémů v důsledku špatného používání nástrojů atd. Pokud je tento přístup aplikován zkušenými operátory a programátory obráběcích strojů, kteří jsou schopni zvolit správné řezné podmínky pro nástroje v různých aplikacích, je velmi snadné tuto optimalizační metodu zrealizovat v praxi. Zkušený a erudovaný operátor zajistí, aby každý nástroj správně pracoval. Bude-li však v opačném případě sebevýkonnější nástroj v rukou méně kompetentní obsluhy, nelze zaručit jeho správné využití.

Správný přístup k aplikacím a konečnému cíli

Při realizaci tohoto přístupu je možné nechat otevřené možnosti i pro další podrobnější optimalizaci (mikroekonomickou). První volbou je CET, technologie pro konkrétní dílec – řešení vhodné pro velkosériovou výrobu. Speciálně vyrobené nástroje pro specifické aplikace zajistí, že v obráběcím procesu použijete menší množství nástrojů a nabízí možnosti pro optimalizační strategii 1:1. Nevýhodou takového řešení je vyšší pořizovací cena speciálních nástrojů, delší dodací lhůta a také delší čas a vyšší úsilí při najíždění dílce před uvolněním do výroby. Druhou volbou mohou být standardní nástroje, kde optimalizační strategie 1:1 přispívá k dosažení cíle, kterým je již uvedená plně optimalizovaná výroba. Je však třeba oba přístupy velmi pečlivě zvážit. Rizikem obou je totiž skutečnost, že celkové zvýšení produktivity a efektivity nákladů je směřováno k individuálním výsledkům. A toto riziko se může ještě zvýšit, pokud lidé, nemajíce přehled o celkovém výrobním procesu, přijímají rozhodnutí na základě příliš úzkého pohledu na jednotlivé operace.

Inovace směřující k vyšší produktivitě

Pohledem do historie zjistíme, že mechanická dílna byla vždy místem pro mnoho inovací směřujících k dosažení vyšší produktivity. Významný krok na tomto poli učinil Henry Ford, zakladatel Ford Motor Company, když uvedl do provozu první moderní kontinuální výrobní linku.
Myšlenka přizpůsobit „na míru“ celkovou výrobní kapacitu je poměrně nedávným konceptem. Se zavedením numericky řízených strojů s automatickými systémy pro výměnu nástrojů došlo k dramatickému snížení časů potřebných pro výměnu nástroje a seřízení stroje. Roboty určené k manipulaci s obrobky a systémy automatického upínání obrobku minimalizovaly manipulační časy. Od té doby se však odborníci na proces obrábění většinou soustřeďují pouze na optimalizaci času nástroje v záběru (doba v řezu), zatímco optimalizace času pro manipulaci a řešení problémů je zcela přehlížena, a to zejména v situacích s mnoha různými aplikacemi. Pokud se tedy zaměříme na optimalizaci detailní operace, často je to více ke škodě nežli k užitku. Společnost Seco tento problém identifikovala už na počátku devadesátých let a reagovala zavedením přístupu správné volby (zavedení pořádku do chaosu). Omezením množství různých nástrojů v provozu a používáním univerzálních a flexibilních nástrojů je možné minimalizovat manipulační časy a časy nutné pro řešení problému. Výsledkem jsou velké zisky v produktivitě i nákladové efektivitě. Jakmile je tento normalizační krok uveden v praxi, je možné pokračovat optimalizační strategií 1:1. Tento celkový přístup nejprve maximalizuje volný výrobní čas (minimalizací manipulačního času s obrobkem, času pro výměnu nástroje a seřízení, najíždění výroby). Následně lze získaný volný výrobní čas optimalizovat podle strategie 1:1 za účelem dalšího zvyšování produktivity a nákladové efektivity (viz první článek této série).

Existuje mnoho způsobů, jak optimalizovat obráběcí proces – od jednoduchých po složité postupy.

Tento článek nabízí krátký popis prvních kroků pro realizaci optimálního procesu obrábění. Před zavedením každého jednotlivého optimalizačního kroku podle strategie 1:1 je nutné se ujistit, že celková produktivita a efektivita nákladů jsou v rovnováze. Při hodnocení produktivity a nákladů je zřejmé, že náklady a časové ztráty zapříčiněné neproduktivní činností (manipulace s obrobkem, seřízení stroje, výměna a nastavení nástroje) jsou značné, zatímco zavedení standardizovaných, univerzálních a snadno použitelných nástrojů otevírá široké pole možností procesních optimalizací. Jakmile tuto skutečnost přijmeme, můžeme pečlivým výzkumem docílit dalšího zdokonalení výrobního procesu díky přínosu optimalizační strategie 1:1.

Podrobné informace k této problematice lze získat také v rámci vzdělávacího programu STEP (Seco Technical Educational Programme). V případě zájmu kontaktujte zastoupení společnosti Seco. Pravidelně jsou společností Seco pořádána vzdělávací setkání k tomuto i dalším tématům.

Patrick De Vos, MSc.

(*) Profesor Stahl z Univerzity Lund uvádí ve své publikaci „Obrábění kovů, teorie a modely“, vydané ve spolupráci se společností Seco, následující: „Výkon řezných procesů má rozhodující vliv na celkové náklady, včetně nákladů na díl. Zmetkovitost a výskyt prostojů jsou dva hlavní faktory ovlivňující cenu dílu. Naproti tomu však doba, kdy je nástroj v záběru, bývá často přeceňována, co se týče odrazu v nákladech na díl. Moderní výrobní filozofie klade větší důraz na spolehlivě fungující systém zpracování než na dosažení maximální výrobní rychlosti. Poruchy ve výrobě mohou být analyzovány pomocí matice výrobní výkonnosti, s jejíž pomocí lze posoudit vlivy různých faktorů na konečný výsledek. Modely nákladů na zpracování se dělí do dvou základních skupin – mikro- a makromodely, přičemž mikromodely jsou využívány nejčastěji. Rozebírají řezný proces z poměrně úzkého pohledu. Jejich specifickou výhodou je propojení údajů o výrobě, například použité řezné rychlosti a posuvu a jejich přímé projevení v nákladech na díl. Makroekonomické modely, komplexnější a méně konkrétní, uvažují o výrobě z širšího pohledu. V těchto modelech hraje celkový čas potřebný k výrobě daného kusu zásadnější roli. Jednou z výhod makroekonomických modelů je skutečnost, že neinklinují k nadhodnocení nákladů spojených s řeznými nástroji a časů nástroje v záběru a současně nepodceňují jiné velké nákladové položky, určující celkové náklady na výrobu dílů či produktu jako celku.“

Seco Tools CZ

www.secotools.com/cz
seco.cz@secotools.com

Reklama
Seriál
Související články
Modulární závitník snižuje náklady na nástroje

Recept na úspěch modulárního závitníku spočívá v kombinaci hlavy se závitem ze slinutého karbidu s tuhou ocelovou stopkou. Spojení je konstruováno jako rozebiratelné. V praxi je tak možné zvýšit řeznou rychlost oproti závitníkům z ocele více než dvakrát a současně snížit náklady na nástroje o 50 %.

O všem rozhoduje stav řezné hrany

Doba životnosti břitových destiček, po kterou jsou schopné efektivního obrábění kovů s uspokojivou kvalitou obrobené plochy, má při současném vysokorychlostním soustružení ocelí přímou souvislost s neporušeností jejich řezné hrany. Tajemství úspěchu při soustružení v široké a značně různorodé aplikační oblasti P25 spočívá ve snížení rychlosti spojitého a dobře kontrolovatelného opotřebení a vyloučení nespojitého a často i nekontrolovatelného opotřebení. Pokud v důsledku nevhodného typu opotřebení dojde k poškození řezné hrany, má to za následek velmi rychlý rozvoj defektu, což se projeví nepřijatelnými rozměry nebo kvalitou obrobených součástí a vede ke ztrátě bezpečnosti obráběcího procesu.

Komplexní obrábění rotačních dílů

Následující článek poskytuje reference rakouského výrobce obráběcích strojů Emco u svých klíčových zákazníků. V dnešním vydáním přineseme pohled z laakirchenského závodu na výrobu rotačních dílů Miba Gleitlager Austria GmbH a v příštím vydání reportáž ze salcburské firmy MTE Metalltechnik Elsenhuber specializující se od kusové až po sériovou výrobu dílů a sestav.

Související články
Úspora času a nákladů s technologií MQL

Myšlenka snížit spotřebu chladicího maziva při obrábění není nová. Naopak - technologie minimálního množství maziva (MQL) byla popsána a zavedena již před 20 lety. Stejně jako v mnoha jiných případech, technologie musela projít dlouhou cestou vývoje.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
MSV představí svět budoucnosti

Mezinárodní strojírenský veletrh vstupuje do svého již 61. ročníku. Během let se z něj stal nejrenomovanější oborový veletrh. Je tedy jasné, že řídit jej tak, aby renomé neztratil, není nic snadného a vyžaduje to člověka nejen schopného, ale i zkušeného. Současný ředitel, Ing. Michalis Busios, bezesporu splňuje obojí. Dokladem je skutečnost, že pro veletrh úspěšně pracuje již od roku 2008.

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.

Názorové fórum odborníků

Na tomto místě budeme pravidelně přinášet názory odborníků k tématům, která se objeví v aktuálním vydání MM Průmyslového spektra. V dubnovém vydání jsme zástupcům vysokých škol a firem položili následující otázku:

EMO Hannover 2013, část 2 - MM Award Ocenění pro nejlepší exponáty

I v letošním roce proběhlo z iniciativy německých kolegů časopisu MM MaschinenMarkt udílení ocenění exponátům, které jsou něčím zajímavé a zaujaly odbornou porotu. Protože značky MM, VDW a EMO překročily hranice Německa a Evropy, nelze si dovolit přehlížet ocenění, které společně tyto značky zastřešují.

Komodita Machine Tool je japonskou jistotou. Jak dlouho?

Japonsko. U Evropana tato destinace stále vyvolává pocit neznáma a určitého tajemna. Je to země kruté historie ovlivněné přímo i nepřímo lidskými rozhodnutími, jenž zanechaly v celé řadě generací znatelný šrám projevující se uzavřeností a prvotní osobní nedůvěřivostí a i určité váhavosti projevující se například z obavy ze sdělení negativního názoru spoluřečníkovi, aby se případně necítil uražen. V komunitě Japonců jste pokaždé udivováni obrovskou vzájemnou úctou a respektem. Budiž jejich chování vzorem pro ostatní národy.

Step by step...but fast

Neexistuje mnoho komodit na světě, kde by výrobky, řekněme prvních TOP deseti firem, byly na tak podobně špičkové technické úrovni, jako je tomu v oblasti řezných nástrojů. Globalizace a fúze, jejíž jsme v poslední době svědky, hraje v těchto případech prim a pomáhá firmám těžit z celé řady výhod vyplývajících ze členství v nadnárodních korporacích. Od většího objemu financí do centralizovaného výzkumu a inovací, využívání dílčích know-how, přes snadnější přístup na trhy, kde jsou ostatní členové uskupení již dobře etablováni, až po upevňování vazeb se stávajícími a získávání nových zákazníků jenž reflektují jejich inovace a profesionální servisní služby vycházející z jejich globálního působení. Na druhou stranu však zákazníci nadnárodních koncernů mohou postrádat individuální přístup více se koncentrující na spokojenost konkrétního zákazníka v dané lokalitě a jsou "obětmi" dosažení každoročních nárůstů obratu, jenž stanovuje management působící na druhé polokouli světa. Pozitiva z globálního uskupení jsou bezesporu však převažující.

Jak začlenit udržitelnost do průmyslové výroby

V dnešní době připojujeme výraz "udržitelnost" k nejrůznějším produktům i činnostem. Od ryb přes nábytek až po spotřebu energie a architekturu. Míníme tím uchování přírodních zdrojů a ochranu životního prostředí. Obrábění v průmyslové výrobě přitom určitou formu udržitelnosti sledovalo vždy. Obrobky v konkurenceschopných cenách a s vysokou kvalitou totiž umožňují výrobci dosáhnout zisku a udržet tak existenci své firmy.

Další krok: propojení technologie obrábění kovů s ekonomikou výroby (2. část)

Proces obrábění kovů je způsob výroby, kdy jsou obrobky vyráběny odebíráním materiálu ve formě třísek. Ostří nástroje vtlačováno do materiálu obrobku, ten se deformuje tak silně, až dojde k oddělení materiálu ve formě třísek. Základním prvkem v tomto procesu je řezná hrana, která provádí skutečný řezný proces. Pochopení vzájemného působení mezi břitem a materiálem obrobku je základem pro důkladné porozumění procesu obrábění kovů.

Příručka pro technology: Profesionální obrábění kovů … mýtus nebo realita?

Řezné procesy obrábění kovů představují jednu z nejvýznamnějších skupin metod používaných při výrobě obrobků, neboť přinášejí velmi vysokou přidanou hodnotu. Základními užívanými procesy jsou soustružení, vrtání, frézování, vyvrtávání a vystružování a některé další. Cílem využití těchto procesů je výroba obrobků s vysokým stupněm efektivity, tzn. dosažení požadované kvality v daném čase a s vynaložením přiměřených nákladů.

Příručka pro technology: Kompenzační přístup při frézování - řezná rychlost

Výroba správně opracovaného komponentu je záležitostí přeměny hrubého obrobku v dokonalý finální kus tím nejúčinnějším a nejefektivnějším způsobem. Toho lze docílit správnou volbou geometrie (dráha frézy) v kombinaci s vhodnou technologií (výběr frézy a řezných podmínek).

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