Technologie obrábění kovů + ekonomie výroby = maximalizace výstupu

Nejnovější poznatky v oblasti technologie obrábění kovů dokážou poskytnout maximální ekonomické výhody, pokud je proces obrábění považován za jeden konzistentní model. Je nezbytné porovnat různé možné technologické scénáře z hlediska globální ekonomiky výroby. Pragmatická definice globální ekonomiky výroby zní: „Zajistit maximální bezpečnost a předvídatelnost obráběcího procesu při dosažení co nejvyšší produktivity a co nejnižších výrobních nákladů.“ Před provedením 1:1 detailní optimalizace jednotlivých operací je potřeba vyvážit a optimalizovat celkový koncept produktivity a efektivity procesu z makroekonomického hlediska. Následně je možné dosáhnout dalšího zlepšení důkladným přezkoumáním situací, kde by bylo využití optimalizační strategie 1:1 přínosné.

Tradiční přístup k dosažení maximálních výsledků při obrábění kovů využívá úzce zaměřený mikro model založený na optimalizaci 1:1 – jeden nástroj v rámci jedné operace. Makro modely naopak zvažují výrobu z širšího pohledu. Z makroekonomického hlediska je mnohem podstatnější celková doba potřebná pro výrobu určitého obrobku.

Zjednodušený příklad globální optimalizace uvádí dva na sebe navazující stroje, které společně vyrábí určitou součást. Optimalizace doby obrábění a zvýšení výkonu u obráběcího stroje A nemá žádný smysl, pokud podobné zdokonalení nelze aplikovat na stroji B. Zvýšená produkce by měla za výsledek pouze vícenáklady způsobené hromaděním polotovarů, které čekají na zpracování druhým strojem. V tomto případě je mnohem lepší optimalizovat u stroje A náklady na obrábění. Může tím být sice omezena produktivita tohoto stroje, ale sníží se celkové náklady při zachování objemu výroby.

Naopak v situaci, kdy stroji B vznikají prostoje čekáním na zpracování dílů vyráběných strojem A, vzroste zvýšením výstupního výkonu stroje A také celkový výstup. Velký vliv má přitom způsob, jakým jsou v dílenském provozu organizovány výrobní operace: zda se provádí postupně, dávkově nebo souběžně. Zatímco neexistuje jedno ideální řešení, tyto příklady ilustrují potřebu širšího náhledu a demonstruje důvody, proč je nutné provádět mikro optimalizaci velmi opatrně.

Nutnost širšího pohledu se může týkat i samotných obráběcích strojů. Typickou situací je dílenský provoz s frézovacím strojem, který je plně vytížen 40 hodin týdně, a rozhodnutí nahradit stávající frézku za vysokorychlostní. Jakmile však bude nový stroj instalován a spuštěn, stráví polovinu času v nečinnosti. Potom bude mít dílna nové dilema a také vícenáklady se zajištěním většího objemu práce, aby byl nový stroj co nejvíce vytížen a investice do něj se vyplatila. Lepším řešením je nejprve zvážit věc z makroekonomického hlediska a dopředu kalkulovat, jaké následky bude mít navýšení výstupního výkonu stroje.

Optimalizace 1:1 se zaměřuje na jednu aplikaci a jeden obráběcí nástroj s cílem dosáhnout co nejvyšší rychlosti odebírání materiálu při co nejnižších nákladech. Proces zahrnuje výběr nejvhodnějších nástrojů pro obrobení součásti a využití co největších hloubek řezu a rychlostí posuvu. Maximální hloubky řezu a rychlosti posuvu jsou omezeny s ohledem na dostupný výkon a točivý moment stroje, stabilitu upnutí obrobku a bezpečné upnutí nástroje.

Posledním krokem optimalizace 1:1 je výběr odpovídajícího kritéria vzhledem k zaměření na minimalizaci nákladů nebo maximalizaci produktivity a výběr řezné rychlosti pro doladění podmínek splnění tohoto kritéria. Je potřeba mít na paměti Taylorův model určení životnosti nástroje. Tento model demonstruje, že pro danou kombinaci hloubky řezu a posuvu existuje určitý ideální rozsah rychlostí řezu, kdy je opotřebení nástroje bezpečné, předvídatelné a kontrolovatelné. Při práci v tomto rozsahu je možné kvalifikovat a kvantifikovat vztah mezi řeznou rychlostí, opotřebením nástroje a životností nástroje.

Se zvyšující se řeznou rychlostí zpočátku klesá doba obrábění a zvyšuje se produktivita. Po dosažení jistého bodu ale začnou znovu růst náklady. Při překročení určité řezné rychlosti se může životnost nástroje natolik zkrátit, že bude nutná jeho častá výměna. Ve výsledku to znamená, že zkrácení doby obrábění má menší efekt než rychle rostoucí náklady na nástroj. Přitom existuje určitá řezná rychlost, při které jsou tyto dvě nákladové položky v rovnováze a výsledkem jsou minimální celkové náklady.

Ve snaze zvyšovat produktivitu by se dílny neměly příliš věnovat detailům. Mohlo by tak snadno dojít k nedostatečnému vyhodnocení celkového výrobního procesu, zejména pak celkového času potřebného k výrobě obrobku.

Úrovně kvality dílů, jaké jsou vyžadovány v dnešní době, jsou řádově vyšší, než tomu bylo dříve. Snaha o dosažení nejvyšší možné kvality se ale může někdy přehánět a být tak kontraproduktivní. Vysoká kvalita je dobrá, ale zbytečně vysoká kvalita je plýtvání penězi. Lze to shrnout do jednoduché formulace: „Jak vyrobit co nejhorší výrobek, který však ještě splňuje funkční požadavky.“ Přitom můžete drasticky snížit náklady a dramaticky zvýšit produktivitu jen tím, že se budete držet minimálních požadavků.

Podobně při výhradním zaměření na maximální produktivitu s ohledem na zkrácení doby cyklů se může zhoršit spolehlivost obráběcího procesu. Pokud jsou procesy dlouhodobě vytěžovány na hraně limitů nebo jsou tyto limity překračovány, je to za cenu nevyhovujících nebo zmetkových obrobků a ztraceného času.

Efektivita výroby zahrnuje tři faktory: kvalitu, výrobní čas a náklady na výrobu. Rovněž je potřeba zohlednit environmentální faktory, jako je spotřeba energie a likvidace nebo recyklace opotřebených nástrojů a nakládání s odpadem z obrábění, a také faktory bezpečnosti související se zdravím zaměstnanců.

Na efektivitu výroby má vliv množství jednotlivých technických faktorů. V případě procesů obrábění kovů není neobvyklé, že efektivitu může značně ovlivnit hned několik z 50 až 70 různých faktorů. Mezi typické faktory patří systémy nástrojů a nářadí, konfigurace obrobku a jeho materiál, kapacita strojního vybavení, lidský faktor, přídavné zařízení a faktor údržby.

Jedním z nejvýznamnějších faktorů je výsledek interakce mezi nástrojem a obrobkem. Pochopení opotřebení nástroje a různých typů poškození je pro řízení procesu obrábění nezbytné. Jevy související s opotřebením obecně nastávají postupně a jsou předvídatelné, zatímco jiné typy poškození (jako vylomení nástroje) nemají dostatečnou předvídatelnost potřebnou pro zajištění spolehlivosti řezného procesu.

Vyvážený plán produktivity, spolehlivosti a nákladů na nástroje vyžaduje obráběcí zařízení nabízející všestrannost a přizpůsobitelnost v širokém množství aplikací. Všestranné nebo univerzální nástroje (see sidebar below) jsou také odpovědí na jasný trend výrobců směrem k menším sériím. Přesun k menším výrobním sériím je výsledkem stále častěji využívaných výrobních strategií just-in-time a nárůstu outsourcingu.

Subdodavatelé se potýkají s menšími sériemi, které je potřeba vyrábět pravidelně, ale nikoli souvisle. V minulosti pomáhaly zkrátit prostoje při výměně nástrojů automatické měniče a použití paletových měničů snížilo prostoje vzniklé při manipulaci s obrobky. Univerzální nástroje sníží prostoje minimalizací doby nutné k výměně nástroje během výměny obrobku, a také eliminují nutnost nastavování a testování nového nástroje. Menší množství různých nástrojů v dílně zkracuje čas nutný pro manipulaci s nástrojem a prodlužuje dobu pro výrobní operace.

Tradiční uvažování o výběru nástrojů se obvykle řídí jejich použitím: požadujeme například nástroj vyvinutý pro obrábění oceli, nerezové oceli či určený pro hrubování nebo frézování. Důležitější než výběr nástroje pro jednotlivou operaci je ale zohlednit, jak tato operace zapadá do celkového plánu. Výběr by se měl dělat spíše s ohledem na produktivitu, nákladovou efektivitu, a zejména je třeba zvážit, co je nejlepší z hlediska celkového výrobního procesu.

Globální optimalizace výrobního procesu nemusí být nutně složitá, může představovat i jen velmi základní jednoduché akce a analýzy. Klíčovým příkladem je přezkoumání používaných nástrojů. Správná interpretace toho, jaké nástroje jsou k dispozici, může poskytnout širší náhled na dílenský provoz. Pokud jsou například standardně používány břitové destičky s 12mm řeznými hranami a opotřebení na nástrojích obvykle dosahují pouze 2 mm nebo 2,5 mm, používané břitové destičky jsou pravděpodobně příliš velké. Nástroje s 6mm řeznými hranami budou mnohem vhodnější a jsou také výrazně levnější než nástroje s 10mm řeznou hranou.

Jednoduchým zjištěním se tak dají snížit náklady na nástroje o 50 procent, a to bez ztráty produktivity.

-db-

Zdroj: MEPAX

Redakčně upraveno