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
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
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.

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nástroje a řešení pro moderní obrábění

Současné obráběcí provozy neznají chvíli oddechu. Zakázky jsou stále složitější, tolerance přísnější a dodací lhůty kratší. Nezbývá téměř žádný prostor na testování, optimalizaci a určení nejlepšího řešení pro každou aplikaci. Je třeba prokázat technickou způsobilost – a to hned. Ani „Průmysl 4.0“ už není jen vize vzdálené budoucnosti – digitální transformace výroby již probíhá a největší výzvu představuje překlenutí propasti mezi fyzickým vybavením a digitálními prostředky. I tyto faktory zohledňuje společnost Seco Tools při vývoji a implementaci nových nástrojů a řešení.

Odborné vzdělávání v rukou praxe

Znalosti kvalifikovaného personálu a poznání všech firemních souvislostí hrají mj. jednu z klíčových rolí při zavádění nových technologií a jejich efektivního využívání směrem k ekonomické stabilitě daného subjektu. Kdo je však nositelem oněch potřebných znalostí? Stát v oblasti odborného vzdělávání bohužel dlouhodobě pokulhává a důsledky nekoncepčnosti práce ministerstva školství především v oblasti středního stupně se aktuálně projevují v plné míře.

Efektivní vrtání

Široká nabídka produktů řady WTX-Change společnosti WNT s vyměnitelnými TK vrtacími hlavami se nyní ještě rozšiřuje o dvě nové geometrie. Výhody z toho plynoucí mohou nyní využívat především firmy specializující se na obrábění ocelí s vyšší pevností a na obrábění šedých litin. Další již známou přidanou hodnotu představuje možnost výměn TK vrtacích hlav na ocelovém nosiči.

Možnosti využití vizualizace v ekodesignu

Stále rostoucí požadavky na snižování emisí skleníkových plynů, zejména emisí oxidu uhličitého (CO2), vyvolávají potřebu integrace principu udržitelného rozvoje i do již pevně zaběhnutých vývojových postupů u různých typů produktů. Z pohledu chystaných legislativních požadavků může být u nových výrobků významné prokázat, že při jejich vývoji byla zvolena strategie, která v rámci jejich celého životního cyklu nejméně zatěžuje životní prostředí.

Nové trendy v nabídce nástrojů

Seco Tools uvedlo v nedávné době do své nabídky řadu novinek. V tomto článku vám ty nejzajímavější z nich představíme.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Automatizace výroby s minimálními personálními nároky

Ať už s možností frézování, nebo soustružení, 4osého, nebo 5osého obrábění, s výměnou palety, či bez ní, s kruhovým zásobníkem palet, věžovými upínacími přípravky pro vícenásobné upínání obrobků, automatizací a progresivním ovládacím panelem, univerzální 5osá obráběcí centra lze flexibilně přizpůsobit a rozšířit pro každou aplikaci.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

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