titStrojové dielne sa snažia vyrábať určitý počet dielov určitej kvality, za určitý čas, pri určitých nákladoch. Dôsledné dosahovanie týchto cieľov vyžaduje kontrolu množstva faktorov, vrátane rezných parametrov, nákladov na nástroje a času výmeny nástrojov, využitia obrábacích strojov, výdavkov na manipuláciu s obrobkami a nákladov na materiál a prácu.


Ekonómia výroby spočíva vo vyvážení procesných faktorov s cieľom dosiahnuť požadované výsledky. V priebehu viac ako dvoch storočí histórie strojového obrábania sa počet prvkov hospodárnosti výroby znásobil.
Výroba sa najprv vyvinula z jednopoložkovej výroby na remeselnej úrovni na hromadnú výrobu normovaných dielov pomocou obrábacích strojov. Zlepšenie metód výroby prinieslo druhú generáciu hromadnej výroby s výrobnými linkami a produkciou čoraz väčšieho počtu rovnakých dielov: variant s vysokým objemom a nízkou variabilitou produktov (high volume, low mix, HVLM). Potom CNC stroje a roboty prispeli k prechodu na tretiu generáciu efektívnosti hromadnej výroby. V súčasnosti digitálna technológia, ktorá sa uplatňuje v programovaní, ovládaní obrábacích strojov a v systémoch na manipuláciu s obrobkami, umožňuje vývoj štvrtej generácie priemyselnej výroby známej ako Industry 4.0, ktorá umožňuje nákladovo efektívnu výrobu s vysokou variabilitou pri nízkych objemoch (HMLV).

obr1
Vývoj výrobného procesu

 

Efektívne dosiahnutie prechodu z výroby HVLM na výrobu HMLV si predovšetkým vyžaduje, aby výrobcovia rozpoznali kvalitatívne a kvantitatívne zmeny v realite hospodárnosti výroby a vedeli využívať informácie a dostupné technológie na analýzu svojich činností a dosahovanie svojich cieľov. Kľúčovým prvkom transformácie je upustenie od príliš zjednodušených názorov a praktík, ako aj odhalenie skrytých nákladov, ktoré môžu podkopávať snahy o dosiahnutie maximálnej produktivity.

Vysoký objem, nízka variabilita, jednoduchá ekonómia?
Štandardizované obrábacie procesy boli vyvinuté v 19. storočí s cieľom urýchliť výrobu rovnakých výrobkov s vymeniteľnými dielmi. V automobilovej výrobe sa tento prístup založený na HVLM v maximálnej miere zdokonalil zriadením prepravných liniek a uplatnením iných metód s cieľom vyrábať stovky, tisíce alebo milióny rovnakých dielov znovu a znovu celé roky.
Dlhodobý charakter výroby HVLM umožňuje výrobcom dolaďovať viaceré procesné faktory na dosiahnutie maximálneho výstupu, konzistentnosti a nízkych nákladov. Variabilitu ďalej minimalizujú pomocné technológie, vrátane meničov nástrojov a paliet i využívanie robotov. Predpokladá sa, že prevádzka beží dokonale a poskytuje 100-percentný výnos s predvídateľnými nákladmi, bez neplánovaných prestojov, bez zamietnutých dielov, bez prepracúvania a sekundárnych činností, ako je napríklad začisťovanie povrchov.
Jedným z predpokladov je, že náklady na nástroje spravidla predstavujú okolo troch percent celkových výrobných nákladov. Číslo tri percentá je vhodná orientačná hodnota, ale zriedka odzrkadľuje skutočnosť. Veľký vplyv má, napríklad, obrábateľnosť materiálu obrobku; prechodom z ocele na titán sa pri obrábaní dielu môže zvýšiť využitie nástroja päťnásobne.
Z trojpercentného podielu sa stane 15 percent, pokiaľ všetko ostatné zostane rovnaké. Sústredenie sa len na pracovný čas nástroja vedie k zanedbávaniu iných faktorov, ako sú napríklad časy prestojov pri výmene nástroja. Takýto prístup je v skutočnosti skrývaním sa pred realitou. Výrobcovia by mali pochopiť, že čas obrábania, čas nastavovania, čas výmeny nástroja, vloženie a vybratie obrobku a ďalšie faktory sa navzájom ovplyvňujú.
Zjednodušeným príkladom nepredvídanej interakcie procesných faktorov je dielenské obrábanie dielu, ktoré si vyžaduje dve minúty času rezania a celkovo dve minúty na vloženie a vybratie obrobku. Výmena nástroja trvá minútu a životnosť nástroja je päť obrobkov, takže čas výmeny nástroja predstavuje 0,20 minúty na diel. Keďže každý diel si vyžaduje čas spracovania 4,2 minúty, výstup je o trochu viac ako 14 obrobkov za hodinu. Každý nástroj stojí 15 eur a životnosť nástroja päť obrobkov diktuje, že výroba 14 obrobkov si vyžaduje 2,8 nástroja (42 eur). Náklady na stroj sú 50 eur na hodinu. Celkové výrobné náklady na 14 obrobkov v priebehu jednej hodiny predstavujú 92 eur.
Potom v snahe o zrýchlenie výstupu a produktivity dielňa zvýši reznú rýchlosť o 10 percent. Tým sa zníži rezný čas o 10 percent (na 1,8 minúty), ale tiež sa tým zníži životnosť nástroja približne o polovicu, čo znamená, že jednou reznou hranou sa pred potrebou výmeny nástroja vyrobí len dva a pol obrobku.
Čas výmeny nástroja je stále jedna minúta a čas vkladania/vyberania obrobku dve minúty. Čas na výrobu jedného obrobku zostáva 4,2 minúty (1,8 minúty rezanie, 2 minúty manipulácia s obrobkom a 0,4 minúty výmena nástroja) alebo 14 obrobkov za hodinu. Náklady na stroj a nástroje sú rovnaké, ale teraz musí hodinu bežať 5,6 nástroja (náklady na nástroje 84 eur). Napriek úsiliu o zrýchlenie výstupu je čas výroby 14 obrobkov rovnaký a cena vzrastie z 92 eur na 134 eur.
V tomto prípade sa zvýšením reznej rýchlosti nezvýšila produktivita. Zmena času rezania má vplyv na ostatné faktory v systéme obrábania, v tomto príklade na životnosť nástroja a čas výmeny nástroja. To znamená, že dielňa musí dôkladne uvážiť všetky dôsledky procesných zmien.
Ďalšiu formu skrytých nákladov predstavuje vykonávanie krokov v procese. V mnohých strojových dielňach je napríklad čas strávený výmenou doštičiek učebnicovým príkladom skrytých nákladov. Čas učený na výmenu doštičky môže byť jedna minúta. Ak sa však v dielni meria ako dlho to trvá v skutočnosti, môže sa zistiť, že môže ísť aj o dve, tri alebo desať minút, čo predstavuje rozdiel 60 až 600 sekúnd.

obr2
Náklady na výrobu a nástroje ako funkcia zvyšovania času prestojov

 

Vysoká variabilita, nízky objem, zložité úvahy
V súčasnosti globálna hospodárska súťaž motivuje výrobcov k vytváraniu rôznych verzií svojich výrobkov, aby vyhoveli aj potrebám menších skupín používateľov. Moderné počítačové technológie umožňujú rýchlu zmenu konštrukcie dielov a obrábacích programov a umožňujú aj jednoduché sledovanie obmien výrobkov a zásob. Výsledkom bol posun k scenárom výroby s vyššou variabilitou a nižším objemom (HMLV). V súčasnosti je tento prístup už dostatočne vyvinutý na to, aby umožňoval efektívnu výrobu s jednocifernými alebo dokonca jednopoložkovými výrobnými cyklami.
Rozšírený časový horizont výroby HVLM umožňuje cielené plánovanie a dolaďovanie výrobných faktorov. Plánovanie je v situáciách scenára HMLV odlišné. Počítačové technológie v oblasti inžinierstva a zásob podporujú rýchle zmeny v type výrobku a výstupe, čo však znamená, že proces plánovania pri scenári HMLV musí byť komplexný a reagovať na zmeny. Za objednávkou na desať dielov môžu potom nasledovať dvoj-, päť- alebo dokonca jednopoložkové dávky rôznych častí. Materiály na obrobky sa môžu meniť z ocele cez hliník na titán a geometria dielov z jednoduchej na zložitú. Pritom nie je k dispozícii dostatok času na určenie životnosti nástroja prostredníctvom skúšok.
Pri riadení životnosti nástrojov v situáciách scenára HMLV sa na pracovisku spravidla vytvorí konzervatívny odhad predpokladaného životného cyklu nástroja a v záujme bezpečnosti sa pre každý cyklus používa nový nástroj, ktorý sa zlikviduje skôr, ako dosiahne skutočnú produktívnu životnosť. Čas rezania je v rámci celkového obrazu len jedným z faktorov. Pri výrobe HMLV bude čas potrebný na manipuláciu s rôznymi obrobkami a prípravkami, na výmenu nástrojov a výmenu doštičiek často dlhší, ako čas samotného rezania. Faktormi, ktoré môžu v sebe zahŕňať skryté náklady, sú nástroje, obrábacie stroje, časy prestojov, priama práca a priamy materiál obrobkov. Pri najnovšom prístupe k hospodárnosti výroby sa berú do úvahy náklady na materiál nástrojov a obrobkov, náklady na zariadenia a prevádzkové náklady, náklady na zariadenia počas prestojov, náklady na mzdy a údržbu.

obr3
Ekonómia výroby

 

Rýchlo sa meniace požiadavky na výrobky v rámci scenára HMLV zvyšujú náročnosť dosiahnutia vysokých percentuálnych výnosov. V prípade dlhodobej výroby HVLM môžu skúšky a úpravy vyprodukovať percentuálne výnosy vysoko nad deväťdesiat percent. Na druhej strane môže byť výnos v situácii HMLV binárny. Úspešný cyklus jedného dielu predstavuje 100-percentný výnos, ale ak je daný diel neprijateľný alebo sa obrobok zničí, výnos je nulový.
Požiadavky na kvalitu, nákladová a časová efektívnosť zostávajú rovnaké, ale prvotný výnos sa stáva dôležitejšou požiadavkou.
V takomto prípade je predchádzanie zlomeniu nástroja pravdepodobne tým najdôležitejším faktorom. Jednou z výhod je, že opotrebovanie nástroja predstavuje v krátkodobých situáciách minimálny problém a prevádzka môže v rozumnom rozsahu uplatniť agresívnejšie a produktívnejšie rezné parametre. Súvisiacou premennou je určenie, kedy je vhodné vymeniť nástroj. Príliš dlhé čakanie môže mať za následok zlomenie nástroja a prinajmenšom prerušenie výroby, ak nie aj poškodenie obrobku.
Na druhej strane, príliš častým vymieňaním nástroja sa môžu zvyšovať výdavky, pokiaľ ide o náklady na samotný nástroj, ako aj o čas stratený zastavovaním obrábania a výmenou nástroja.
Určenie, kedy sa má vymeniť nástroj, si vyžaduje preskúmanie vzťahu medzi výmenou a celkovým systémom obrábania, vytvorenie protokolu výmeny nástroja a jeho následné disciplinované dodržiavanie. Vzťahy faktorov v systéme rezania kovov nie sú priamočiare. Zmena rezných podmienok, materiálov obrobkov alebo objemu výrobkov bude mať vplyv na životnosť nástrojov, ako aj na mnohé ďalšie aspekty systému obrábania. Na účely ekonómie výroby vo výrobnej linke je dôležité uvedomovať si tieto vzťahy a vyvíjať stratégie na ich pragmatické zohľadnenie.

TEXT: Patrick de Vos, podnikový manažér technického vzdelávania spoločnosti Seco Tools FOTO: archív Seco Tools