Инжиниринг

Реалии современной экономики промышленного производства

Металлообрабатывающие предприятия стремятся производить определенное количество деталей определенного качества за определенное время и определенную плату. Последовательное достижение этих целей предусматривает контроль множества факторов, включая параметры резания, затраты на инструмент и время переналадки, загрузку станка, расходы на перемещение заготовок, стоимость материала и трудозатраты.
29 октября 2021

Суть экономики производства — уравновешивание факторов обработки для достижения желаемых результатов. За более чем двухсотлетнюю историю механической обработки увеличилось количество элементов экономики производства. Производство развивалось от поштучного кустарного изготовления до массового производства стандартизованных деталей с использованием станков. Затем, благодаря совершенствованию методов изготовления, появилось второе поколение массового производства, которое включало производственные линии и выпуск возрастающего количества одинаковых деталей, т. е. крупносерийное производство и узкая номенклатура (HVLM). Впоследствии станки с ЧПУ и роботы способствовали возникновению третьего поколения эффективного массового производства. В последнее время цифровые технологии, применяемые в системах программирования, управления станками и транспортировки заготовок, позволили создать четвертое поколение промышленного производства, известное как Industry 4.0, — экономически эффективное мелкосерийное производство и широкая номенклатура (HMLV).

инструмент seco

Для эффективного перехода производства от HVLM к HMLV крайне важно, чтобы производители понимали быстро меняющиеся реалии экономики производства и пользовались доступными технологиями и информацией для анализа деятельности и достижения целей. Ключевым элементом преобразования является отказ от чрезмерно упрощенных убеждений и методов, а также выявление скрытых затрат, которые могут свести на нет попытки добиться максимальной производительности.

Крупносерийное производство, узкая номенклатура, простая экономика?

Стандартизированные процессы металлообработки были разработаны в 19 веке для ускорения производства одинаковых изделий с взаимозаменяемыми деталями. В автомобилестроении этот подход HVLM был максимально усовершенствован с помощью автоматических станочных линий и других методов многократного производства сотен тысяч или миллионов одинаковых деталей на протяжении многих лет.

Долгосрочный характер производства HVLM позволяет производителям оптимизировать многочисленные факторы обработки для достижения максимальных показателей производительности, стабильности и низкой стоимости. Вспомогательные технологии, в том числе роботы и устройства смены инструментов и паллет, дополнительно минимизируют номенклатуру. При этом предполагается, что операция выполняется безупречно, обеспечивая 100-процентную производительность, прогнозируемые затраты, отсутствие незапланированных простоев, брака, доработок и дополнительных операций, таких как снятие заусенцев.

Одно из предположений заключается в том, что стоимость инструмента обычно составляет около трех процентов от общих производственных затрат. 3% — это удобный, но редко обоснованный эталон. Например, большое значение имеют особенности обработки материала: в случае перехода от стали к титану при обработке детали использование инструмента может увеличиться в пять раз. 3% становятся 15% при прочих равных условиях.

инструмент seco

Время контакта инструмента очень важно, но нельзя забывать о других факторах, таких как время простоев для смены инструмента. Учет только времени контакта инструмента искажает реальную картину. Производителям следует понимать, что время обработки, время наладки, время смены инструмента, загрузка/разгрузка и другие факторы влияют на процесс вместе и по отдельности.

Упрощенный пример непредвиденного взаимодействия факторов обработки: при обработке некой детали две минуты требуется для резания и две минуты — для загрузки и разгрузки заготовки. На смену инструмента уходит одна минута; срок службы инструмента — пять заготовок, то есть время индексации инструмента составляет 0,20 минуты на деталь. Для каждой детали требуется 4,2 минуты времени обработки, следовательно, производительность немного превышает 14 заготовок в час. Стоимость инструмента составляет 15 евро, а срок службы инструмента, равный пяти заготовкам, означает, что для производства 14 заготовок требуется 2,8 инструмента (42 евро). Стоимость станка — 50 евро в час. Итого стоимость производства 14 заготовок за один час составляет 92 евро.

Затем, пытаясь ускорить выработку и производительность, цех увеличивает скорость резания на 10%. Это сокращает время резания на 10% (до 1,8 минуты), но при этом снижает срок службы инструмента примерно вдвое. Это значит, что одна режущая кромка обработает только две с половиной заготовки до того, как потребуется индексация. Время индексации инструмента по-прежнему составляет одну минуту, а загрузка/разгрузка заготовки — две минуты. Время производства одной заготовки остается 4,2 минуты (1,8 минуты резания, 2 минуты перемещение заготовки и 0,4 минуты индексации инструмента) или 14 заготовок в час. Стоимость станка и инструмента неизменны, поэтому требуется использовать в час 5,6 инструмента (стоимость инструмента 84 евро). Несмотря на попытку повысить производительность, время обработки 14 заготовок остается прежним, а затраты повышаются с 92 до 134 евро.

В данном случае увеличение скорости резания не повышает производительность операции. Изменение времени резания влияет на другие факторы в системе обработки: в этом примере — на срок службы инструмента и время индексации инструмента. Соответственно, цех должен тщательно учитывать все последствия изменений процесса. 

Другая форма скрытых затрат включает выполнение шагов в процессе. Например, на многих металлообрабатывающих предприятиях классическим примером скрытых затрат является время, затраченное на индексацию пластин. Время, отводимое на индексацию пластины, может составлять одну минуту. Однако время, фактически измеряемое в производственном помещении, может быть на две, три или десять минут больше, что означает разницу от 60 до 600 секунд.

Широкая номенклатура, мелкосерийное производство, комплексные факторы

В последнее время глобальная конкуренция побуждает производителей создавать разные версии своей продукции в соответствии с потребностями небольших подгрупп пользователей. Современные вычислительные технологии позволяют быстро менять конструкцию деталей и программы обработки, а также легко отслеживать вариации и номенклатуру продукции. В результате произошел переход к мелкосерийному производству и широкой номенклатуре (HMLV). Сегодня такой подход достаточно развит для того, чтобы обеспечить эффективное изготовление не более десяти деталей или даже поштучное производство.

инструмент seco

Широкие возможности производства HVLM позволяют целенаправленно планировать и оптимизировать факторы обработки. Планирование отличается в зависимости от конкретных ситуаций HMLV. Компьютеризированные технологии проектирования и номенклатуры поддерживают быстрые изменения типов продукции и требований производительности. Следовательно, процесс планирования HMLV должен быть комплексным и реактивным. После заказа на десять деталей может последовать заказ на две, пять или даже одну деталь. Может меняться как материал заготовки (сталь, алюминий, титан), так и геометрия детали (простая или сложная). Времени для определения срока службы инструмента с помощью испытаний бывает недостаточно.

Для управления сроком службы инструмента в ситуациях HMLV цех обычно делает предположения относительно планируемого срока службы, основываясь на предыдущем опыте, и на всякий случай использует новый инструмент для каждой следующей серии, а затем утилизирует его, прежде чем срок службы инструмента полностью истечет. Время резания — лишь один из факторов в общей картине. В производстве HMLV время, требуемое для управления разными заготовками и зажимными приспособлениями, замены инструментов и индексации пластин, зачастую будет превышать фактическое время резания. Такие факторы, как инструменты, станки, время простоя, прямые трудозатраты и материал заготовки, могут подразумевать скрытые затраты. Новейший подход к экономике производства учитывает затраты на инструмент и материал заготовки, стоимость оборудования и производства, стоимость оборудования во время простоя, а также затраты на заработную плату и техническое обслуживание.

Из-за стремительного изменения требований к продукции HMLV становится все сложнее достичь высокой производительности. В условиях крупносерийного производства HVLM испытания и корректировки могут обеспечить производительность выше девяноста процентов. С другой стороны, производительность HMLV может быть неоднозначной.

Успешная серия из одной детали характеризуется производительностью 100%, но в случае брака или повреждения заготовки производительность равна нулю. Требования к качеству и эффективности материальных и временных затрат не изменились, однако при этом на первый план вышло производство без доработки. В этой ситуации, пожалуй, самым важным требованием становится надежность инструмента. В мелкосерийном производстве внимание к износу инструмента снижается, и цех может неоправданно применять более агрессивные и производительные параметры резания.

Соответствующая переменная определяет целесообразное время индексации инструмента. Отсутствие своевременной смены инструмента может привести к его поломке и, как минимум, к перерыву в производстве, если не к повреждению заготовки. С другой стороны, при смене инструмента слишком часто увеличиваются расходы (с точки зрения стоимости самого инструмента, а также времени, потерянного при остановке обработки и индексации инструмента). Для определения времени смены инструмента требуется оценить ее влияние на весь процесс обработки, создать и затем неукоснительно соблюдать протокол смены инструмента.

Заключение

Соотношение факторов в металлообработке иное, чем 1:1. Изменение условий резания, материалов заготовки или объемов производства повлияет на срок службы инструмента, а также на многие другие аспекты обработки. Задача экономики производства на производственном предприятии заключается в определении этих соотношений и разработке стратегий для осознанной работы с ними. К сожалению, не каждый рабочий цеха может произвести компетентные расчеты и располагает временем для тщательного анализа этих отношений. В результате поставщики предлагают услуги по анализу и управлению процессом (см. материал на врезке), которые показывают производителям комплексную картину конкретных операций и определяют способы повышения производительности и экономической эффективности их усилий. Производители часто жалуются на убытки, несмотря на большие объемы работы и платежеспособных клиентов. Решение их проблем заключается в признании многих факторов, действующих в современной экономике производства, а также в выявлении и ликвидации пренебрегаемых и скрытых затрат, чтобы достигать максимальной прибыльности производственных операций.

инструмент seco

Автоматизированный анализ

С появлением массового производства многократно увеличилось количество факторов, влияющих на производительность труда и затраты. Усложнялись не только операции обработки и оборудование, но и отношения между элементами производственных систем. Ни один из элементов не существует самостоятельно. Например, изменение требований к объему выпускаемой продукции повлияет на инструменты, оборудование, техническое обслуживание, трудозатраты и другие расходы.

Определение количества и взаимозависимости задействованных факторов представляет собой большую проблему. Для ее решения требуется системный подход к производственным процессам, а именно к их оценке, контролю и управлению.

Система анализа производительности и стоимости (РСА) компании Seco, основанная на многолетнем опыте и исчерпывающих знаниях в области обработки, изучает весь производственный процесс, чтобы определить способы снижения затрат и повышения производительности. Компания Seco применяет эти знания в сочетании с современным компьютерным анализом и алгоритмами, включая методы автоматического моделирования затрат Монте-Карло.

Квалифицированный представитель Seco выполняет анализ PCA, который оценивает все инструменты и технологии, используемые в процессе, для составления всеобъемлющего отчета о технологии (инструментах и режимах резания) и затратах (стоимости детали, почасовой производительности и капитальных затратах). Анализ PCA оценивает процессы, начиная от одной операции станка и заканчивая полным циклом заводского производства заготовки.

Основное внимание уделяется повышению производительности, которое оказывает наибольшее влияние на затраты. Система учитывает «узкие места» или эксплуатационные ограничения и выявляет моменты, для которых необходим более детальный анализ.

Исходя из сравнительного исследования времени и затрат, требуемых для операции или предприятия, программное обеспечение PCA на начальном этапе анализирует факторы инструментов, включая параметры обработки, продолжительность цикла и требования по производительности. Второй этап предусматривает аналогичный процесс, но вносит коррективы в условия резания и применяемые инструменты. Третий этап может включать изменение процесса, объединение операций и изучение более значительных изменений, таких как модернизация станков.

Производители, использующие систему PCA компании Seco, как правило, могут рассчитывать на общую экономию затрат до 30% и рост производительности до 40% независимо от отрасли промышленности, в которой они работают.