Témata
Reklama

Vyplatí se investovat do simulačních softwarů?

V současné době se na Fakultě strojní ČVUT v Praze rozjíždí projekt, který si dává za úkol zmapovat ekonomickou situaci ve slévárnách v České republice. Hlavním cílem projektu je zmapování nákladových kalkulací jednotlivých typů sléváren a jejich srovnání s kalkulací nákladů na technologii, která je utvářena pomocí simulačního softwaru.

Výstupem tohoto projektu bude doporučení pro určitý typ slévárny, její objem výroby a počet zaměstnanců, kolik si může dovolit ročně investovat do moderních technologií. Tento projekt je podporován Výzkumným záměrem CEZ:J04/98:212200008.
Současná situace
Současná situace je charakterizována nárůstem požadavků trhu (zákazníků), vznikem globální konkurence a recesí slévárenské výroby (celkového objemu; většina zakázek je malosériových a středněsériových na úkor velkosériových). K tomu přistupuje nedostatek lidských zdrojů a prudký nástup nových technologií, včetně komplikací s jejich začleněním.
Za těchto podmínek jsou nejen slévárny, ale i ostatní průmyslové podniky neustále nuceny ke snižování svých výrobních nákladů, a to jak variabilních, tak fixních. Je rovněž požadována velká flexibilita. Při odlévání v malých sériích a u odlitků složitých tvarů má význam obzvláště snižování fixních nákladů. Snižováním fixních nákladů, a to zejména v přípravě výroby, se zabývá tato práce.
Reklama
Reklama

Požadavky na software

Simulační programy u nás používá asi 20 sléváren. Tyto programy pomáhají slévárenským technologům efektivně navrhovat tvary odlitků, následně navržené odlitky doplnit o vtokovou soustavu s nálitky a případné umístění filtrů. Umožňují též určit počet a rozmístění odlitků ve formě. U takto navržené soustavy lze ihned simulovat plnění a tuhnutí kovu ve formě. Z grafického znázornění je možné odhalit vměstky, staženiny a další vady, které jsou ve struktuře odlitku nežádoucí. Podle nalezených vad se dá upravit tvar odlitku, vtokové soustavy nebo nálitků a celý proces simulace následně opakovat. Při optimalizaci pomocí počítače dochází také ke zvyšování kvality odlitků a ke snížení zmetkovosti. Výhoda těchto programů spočívá v úspoře času a peněz, protože "metoda pokusů a omylů" při dolaďování vtokové soustavy a nálitků se dá aplikovat na počítači, tedy nikoliv přímo ve slévárně, kde by bylo nutné nákladně upravovat modelové zařízení. Takovéto odlaďování by bylo spojeno s odlitím mnoha zmetků.
Simulační software by měl splňovat několik základních kritérií. Je to například jednoduchá obsluha s možností ovládání slévárenským technologem bez vysokoškolského vzdělání, bezproblémový přenos 3D geometrie z CAD systému pomocí stereolitografického modelu či jiného univerzálního grafického formátu (např. IGES). Algoritmus řešení matematického modelu lití a tuhnutí by měl být na vysoké úrovni. Systém by měl obsahovat rozsáhlou databázi licích materiálů a formovacích a izolačních materiálů. Samozřejmostí při výběru simulačního programu je příznivá cena vzhledem k užitným vlastnostem i k jednotlivým modulům.

Současný způsob technologické přípravy odlitku

Klasický způsob technologické přípravy odlitku vychází z konstrukčního výkresu součásti. Dále je nakreslen technologický výkres odlitku s vtokovou soustavou, nálitkovou soustavou, přídavky na obrábění a úkosy podle slévárenských zásad. Tyto zásady jsou dány jednoduchými empirickými vzorci a pravidly. Pro určení technologie, nálitků, izolací různých tvarů apod. je nutná velká zkušenost technologa, aby nedošlo k závažným chybám ve struktuře odlitku, popřípadě k výrobě zmetků.
Tento postup se dá poměrně dobře aplikovat u jednoduchých odlitků, avšak u složitějších odlitků je velmi náročný, může trvat velmi dlouho a takto navržený odlitek a podle něj vyrobená forma nemusí být vhodné z hlediska kvality odlitku. Klasický způsob vyžaduje větší nároky na kontrolu jakosti odlitku, což prodražuje a prodlužuje výrobu. Je také velmi těžké navrhnout vhodnou a přitom hospodárnou technologii výroby. K tomu se přidává tlak na dodávku odlitku v co nejkratším čase a v co nejvyšší jakosti. Při nevhodném navržení technologie dochází minimálně ke ztrátám z důvodu nadbytečných nálitků, ale i ke ztrátám, které vzniknou nadbytečnou prací v cídírně, nebo dokonce vyrobením zmetku. Škody ve slévárně se mohou pohybovat ve hodnotách desítek až statisíců korun, a to neuvažujeme škody vzniklé nedodržením termínu, ztrátou zakázky nebo poškozením pověsti slévárny.

Návrh pomocí počítačové simulace

V případě počítačové simulace je odlévaná součást vymodelována v 3D systému. Tento 3D model je doplněn o vtokovou soustavu a nálitky. Model je pak převáděn do simulačních programů, kde je simulováno lití a tuhnutí odlitku. Z výsledků simulace může technolog určit, jak fungují jím navržené části formy. Simulace umožňuje zjistit rychlosti proudícího kovu, identifikovat místa s nadměrným vířením kovu, pozorovat, jak je zaplněna vtoková soustava, za jak dlouho se forma naplní apod. Počítačová simulace lití tedy umožňuje technologovi pozorovat jevy, které probíhají uvnitř formy a které by ani jinak pozorovat nemohl.
Z grafického znázornění je možné odhadnout umístění vměstků, staženin a dalších vad, které jsou ve struktuře odlitku nežádoucí. Podle nalezených vad, systémů a příčin jejich vzniku se dá doplnit tvar odlitku, vtokové soustavy nebo nálitků a celý proces simulace následně opakovat.
Tento postup odpovídá i současným snahám o začlenění do systému počítačem podporované výroby CIM (Computer Integrated Manufacturing) a tím i propojení s některými dalšími programy určenými pro vedení a řízení slévárny.

Sledování nákladovosti slévárenské výroby

Velmi důležitým faktorem pro zajištění konkurenceschopnosti slévárny je zprůhlednění nákladovosti vlastní výroby. Jedním z předpokladů pro to, aby slévárna dosahovala co největších zisků, je držet tržní cenu odlitku. V řadě jednotlivých případů se však náklady na výrobu odlitků mohou dostat nad tržní cenu. Proto je potřebné sledovat náklady na výrobu a z nich potom stanovovat konečnou cenu odlitků.
Hlavním úkolem kalkulace vlastních nákladů je naúčtovat jednotlivé druhy nákladů jejich nositelům. To znamená skupinám výrobků či určitému výrobku. Pokud neexistují žádné tržní ceny pro daný nebo srovnatelný odlitek nebo mají-li být ve veřejném zakázkovém řízení vytvořeny ceny na základě prokazatelných nákladů, kalkulace vlastních nákladů tvoří podklad pro stanovení ceny odlitku. Kalkulace vlastních nákladů je také podkladem pro stanovení rentability výroby určitého odlitku. Umožňuje srovnání výnosů z prodeje daného odlitku s vlastními náklady a porovnání různých výrobních postupů, konstrukčních alternativ, velikostí dávek, vlastní a cizí výroby.
Málokterá firma ví přesně, jak je pro ni konkrétní odlitek rentabilní. Zná pouze celkové náklady a výnosy. Není zohledněna technologie výroby a tvarová složitost výrobků. Při kalkulaci se tak stává určující kilogramová cena. V tom smyslu je nutné vypořádat se exaktně se zjišťováním nákladů na výrobu každého jednotlivého odlitku, protože z nákladovosti se odvozuje rentabilita výrobku a hospodárnost zavedené výroby. Při kalkulaci ceny odlitku získáme přehled, jak se která výrobní operace podílí na vlastních nákladech, které vznikají při výrobě odlitků.
Protože kalkulace je plánovaná předpověď, musí být její výsledek podroben srovnání plán v. skutečnost. Toto srovnání je třeba dále vyhodnotit. Výpočet nákladů podle nositelů a nákladových míst poskytuje také všechna výchozí data pro plánování podniku.
Kalkulace nákladů na odlitek můžeme provádět buď klasickou cestou, nebo s využitím programů, které jsou určeny ke kalkulaci ceny odlitku.

Návratnost investice

Fakt, že simulační programy jsou funkční po technické stránce, byl již mnohokrát dokázán, ale ještě nikdo se nezabýval tím, zda je úspora, které používáním těchto programů dosáhneme, dostatečná pro zajištění návratnosti investice. Rozhodující totiž není odpověď, zda něco funguje, ale zda a jak to poslouží podniku.
Přínosy využití simulačního softwaru byly dokumentovány porovnáním nákladů na výrobek, u něhož je příprava výroby nejprve provedena klasickou cestou a posléze za pomoci počítačové simulace. Jedná se o tři skutečně vyráběné odlitky, jež jsou zároveň reprezentativními odlitky, které pokrývají výrobní sortiment slévárny. Ve slévárně se provádí zejména lití hliníku do písku, průměrný počet kusů v sérii je 150, průměrná velikost odlitku je 25 kg, objem roční produkce je 212 tun hliníkových odlitků. Slévárna zaměstnává 60 pracovníků.
Z porovnání kalkulací (viz tabulka) vyplývá, že příprava výroby s použitím počítačové simulace je levnější u všech tří odlitků. Počet nově zaváděných odlitků ročně je cca 45. Po započtení faktu, že tyto tři odlitky tvoří pouze část výroby slévárny, činí předpokládaná úspora při používání simulačních softwarů přibližně půl milionu korun za rok.
Návratnost investice do simulačního softwaru závisí na:
  • velikosti slévárny (čím větší slévárna, tím rychlejší návratnost investice);
  • zavádění nových výrobků do výroby (čím více je nových výrobků, tím rychlejší je návratnost investice);
  • počtu kusů v zakázce (čím více kusů v zakázce, tím je úspora menší);
  • složitosti výrobků (u složitějších výrobků je návratnost rychlejší);
  • dodatečných úpravách modelového zařízení a druhu těchto úprav (je-li nutno upravit model, nebo jenom přidat chladítka).
  • Případní zájemci z řad sléváren, kteří by chtěli být zapojeni do tohoto projektu, mohou kontaktovat autory článku (e-mail:hermana@fsid.cvut.cz, tel.: 02/24 35 27 52, 24 35 26 29).
    Reklama
    Vydání #1,2
    Kód článku: 10113
    Datum: 31. 01. 2001
    Rubrika: Trendy / Slévárenství
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Odlitek nebo výkovek - vždy perfektně tryskaný

    Rozmanitost slévárenských a kovárenských technologií vyrábějících díly nezná mezí. U výkovků a odlitků jsou nepostradatelnými pracovními procesy odstranění okují, písku a jader a tryskání pro sjednocení povrchu. Zvláště pro tyto průmyslové účely byly vyvinuty různé koncepty tryskacích zařízení na míru – včetně automatizace.

    Slévárna navýší kapacitu výroby

    Uplynulý rok 2015 byl ve slévárně Kovosvitu MAS obdobím řady důležitých změn a rozhodnutí.

    Technologie pro zpracování druhotného odpadu

    Tváří v tvář současným náročným ekonomickým podmínkám závody na zpracování hliníku napříč celou Evropou hledají lepší a efektivnější způsoby, jak zpracovat druhotný kovový odpad. Z finančního hlediska je to logické, ale přináší to kromě zajímavých možností také komplikace.

    Související články
    Virtuální testování aneb není čas na hrdinství

    Pokud tlačí zákazník a trh do komplikovanějších, složitějších a rizikovějších projektů a pokud je zvažováno, zda vůbec daný projekt přijmout? Jestli je možné ještě snížit náklady při zachování kvality výrobků? Numerická simulace technologických procesů sama řešení nevymyslí, avšak stává se významným pomocníkem při hledání odpovědí.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Výroba modelových zařízení a forem

    Výroba modelových zařízení a kovových forem patří neoddělitelně ke slévárenství. Modelárny vyrábí velmi složité tvary nejrůznějšími technologiemi. K tradičním postupům patří třískové obrábění, stále častěji s využitím elektronicky řízených obráběcích center dále CNC).

    Proteinové pojivo - alternativa při výrobě odlitků

    Článek popisuje princip použití proteinových pojiv ve slévárenské výrobě, jejich technologické, ekologické a ekonomické výhody. Ukazuje také výsledky provozních zkoušek těchto pojiv provedených v několika slévárnách při výrobě odlitků ze slitin hliníku a šedé litiny.

    Náhrada drahých legur v metalurgii slitin neželezných kovů

    Přesto, že tradiční a ověřené slévárenské procesy v posledních desetiletích nezaznamenaly významné změny, nedá se totéž říci o procesech metalurgických. Mimo jiné je kladen stále větší důraz na chemické složení slévárenských slitin a to jak z hlediska jejich čistoty, resp. obsahu nežádoucích či doprovodných prvků, tak z hlediska přídavků prvků zlepšujících jejich vlastnosti.

    Jediná slévárna hořčíkových slitin v ČR

    V posledních dvaceti letech zaznamenaly hořčíkové slitiny ve světě značný rozmach. V České republice je bohužel situace odlišná a využití hořčíkových slitin upadá. Tento trend je způsoben zejména malým povědomím konstrukčních a výrobních firem o výhodných vlastnostech těchto slitin a o existenci slévárny hořčíkových slitin v ČR.

    Nejmodernější slévárna litin v Evropě

    V příspěvku jsou stručně popsány segmenty výroby tekutého kovu a bentonitových forem pro odlitky ve slévárně Kasi postavené na zelené louce v letech 2010 a 2011 v Novém Bydžově - Zábědově.

    Rheocasting otevírá nové možnosti tlakově litých odlitků

    Požadavky automobilového průmyslu, jako úspora hmotnosti, zvyšování užitných vlastností a snižování nákladů vytvářejí na všechny výrobní technologie, tlakové lití nevyjímaje, tlak na zvýšení hodnot mechanických vlastností, eliminaci vnitřních vad a stabilitu procesu. Požadavkům na vyšší pevnost a tažnost jde tlakové lití vstříc především zaváděním nových sofistikovaných slitin. Tyto slitiny jsou ovšem výrazně dražší a navíc kladou vysoké požadavky jak na proces tavení, tak na vlastní proces lití, který se tak dostává na samotnou hranici stability v sériové výrobě.

    Tradice a perspektivy slévárenství

    Slévárenství je jedním z nejstarších výrobních oborů, odlitky velmi úspěšně nahrazují součásti, vyráběné svařováním nebo obráběním z hutních polotovarů. Slévárenství umožňuje vyrobit velmi složité dílce pro nejrůznější odvětví průmyslu. Odlitky jsou využívány také v lékařství (kloubní náhrady, dentální odlitky a podobně), slévárenské postupy jsou využívány ve šperkařství a dalších výtvarných oborech (drobné plastiky, prsteny, náramky, brože, reliéfy, sochy a podobně).

    Slévárna, která exportuje také na západní trhy

    Díky téměř stomilionové investici a včasné diverzifikaci výroby jsou nyní pro slévárnu Kovosvitu MAS hlavními exportními partnery Německo, Švýcarsko a Anglie.

    Dispečink na telefonu v dlani jedné ruky

    Až čtyřicet pět procent z celkových nákladů na provoz slévárny tvoří spotřebovaná energie. Řešení, které umožňuje efektivně nastavovat využití energie v reálném čase podle potřeby jednotlivých zakázek, tak uspoří deset až patnáct procent její celkové spotřeby.

    Nové trendy v technologii výroby slévárenských forem

    V současné době stojíme na historickém prahu změny jednoho z fundamentů slévárenské výroby, protože technologicky jsme schopni vyrábět odlitky bez nutnosti zhotovit modelové zařízení a každý odlitek tedy vyrobit jako originál.

    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