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
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
    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.

    Slévárna navýší kapacitu výroby

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

    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.

    Související články
    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.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Unikátní technologie 3D tisku písku

    3D tisk písku neboli sandprint je technologie, která byla vyvinuta primárně pro výrobu pískových forem pro odlévání kovů.

    Automatické formování

    V polovině šedesátých let byl na výstavě GIFA v Německu poprvé vystaven průkopnický vertikální formovací stroj, schopný vyrábět daleko více vysoce kvalitních pískových forem za hodinu než do té doby výhradně používané tradiční horizontální stroje, a to při mnohem nižší spotřebě energie a v mnohem menším prostoru. Tehdy byl položen základ stroje, který dodnes představuje vysoké průmyslové standardy v kvalitě, přesnosti, rychlosti a efektivitě nákladů.

    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.

    Přesně lité odlitky ze superslitin na bázi niklu a kobaltu

    Článek se ve stručnosti zabývá historií slévárny v První brněnské strojírně ve Velké Bíteši, výrobním programem a užívanými materiály. Rovněž je uveden přehled výrobního zařízení pořízeného v rámci čtyř inovačních programů. Je zde i zmínka o úzké spolupráci s výzkumnými ústavy a vysokými školami.

    Keramická jádra v technologii lití hliníkových slitin na vytavitelný model

    Používání keramických jader pro odlitky lité na vytavitelný model je běžná praxe u odlitků ze superslitin a ocelí, zvláště pak u odlitků pro náročné aplikace v leteckém a energetickém průmyslu. Tato jádra jsou vyráběna technologií vstřikolisování směsi keramických komponent a vosků do kovových forem. Jádra se následně pálí v zásypu v keramických pouzdrech. Během výpalu dochází k vyhořívání vosku a ke vzniku keramické vazby.

    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.

    Optimalizace výroby těžkých kovářských ingotů

    Těžké kovářské ingoty jsou využívány zejména v těžkém strojírenství, např. pro výrobu zalomených klikových hřídelí pro lodní motory či speciálních dílů pro energetiku – jak pro klasickou, tak i jadernou (turbíny, výměníky, parogenerátory). Výroba těžkých kovářských ingotů je doprovázena výskytem segregací jednotlivých prvků ve struktuře oceli, které způsobují anizotropii mechanických vlastností. Ovšem v případě těchto strojírenských komponent musejí být tyto součásti prakticky bez vad, aby splnily nejnáročnější požadavky.

    Vysoce přesné odlitky pro energetiku

    V dnešní době je kladen důraz na dodávky přesných odlitků vyráběných metodou vytavitelného modelu, u kterých nebude nutné provádět již další operace obrábění. Za posledních pět až sedm let se požadavky na relativní přesnost odlitků zvedly několikanásobně.

    Aditiva s nanočásticemi a vlastnosti procesních kapalin

    Myšlenka, že lze v různých výrobních procesech použít kovoobráběcí kapaliny - Metalworking Fluids (MWF), aby se zajistila kvalita obrobku, snížilo opotřebení nástroje a zvýšila produktivita procesu, je velmi stará. Už Leonardo da Vinci vytvořil několik testovacích sestav umožňujících analýzu tření za různých podmínek.

    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.

    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