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山高刀具 :制造業(yè)控制浪費的實用方法

發(fā)布時間:2017-07-06 | 來源:互聯(lián)網(wǎng) | 作者:
   2017 年 06 月 - 制造商們一直在追求生產(chǎn)力最大化和效率最大化。如今,制造商們往往會借助于云計算、數(shù)據(jù)驅(qū)動的制造、信息物理系統(tǒng)、工業(yè) 4.0 等新一代信息技術(shù)。這些先進的理念無疑將會拉動制造業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。然而,與之相悖的是制造業(yè)的現(xiàn)狀,制造環(huán)節(jié)中存在不少浪費現(xiàn)象,亟需加以控制。在討論數(shù)字化和優(yōu)化之前,制造商們有必要仔細檢查自身的操作流程,確定存在浪費的領(lǐng)域,并制定行之有效的方法來減少或消除浪費。控制浪費是制造企業(yè)準備采用先進智能制造戰(zhàn)略的第一步。

圖 1 - 制造工廠中各種要素及其相互關(guān)系的匯總圖(NEXT STEP 模型和概念)。


生產(chǎn)經(jīng)濟性基礎(chǔ)

制造由一系列轉(zhuǎn)化過程構(gòu)成。車間通過一系列單獨的轉(zhuǎn)化工序(例如鍛造、焊接或加工),將原材料加工成成品或半成品。每個工序包括許多單獨的要素。加工的基本要素包括刀具、機床、夾具、冷卻液供應(yīng)等。這些要素共同構(gòu)成了一個從生產(chǎn)系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備和組件獲得支持的加工系統(tǒng)。

規(guī)劃、編程和經(jīng)濟管理職能部門以生產(chǎn)系統(tǒng)為中心,構(gòu)成生產(chǎn)環(huán)境。生產(chǎn)環(huán)境的核心要素是人。盡管今天的制造業(yè)廣泛采用計算機、機器人和其他先進技術(shù),但控制整體環(huán)境的決策者是人。

加工工藝以一系列涉及刀具選擇、切削工況、編程、工件材料和工裝夾具的技術(shù)應(yīng)用細節(jié)為基礎(chǔ)。其他關(guān)鍵細節(jié)包括產(chǎn)量要求和成品工件的規(guī)定質(zhì)量等級。

這些技術(shù)應(yīng)用細節(jié)與經(jīng)濟效應(yīng)之間的關(guān)系及其發(fā)展變化規(guī)律,稱為生產(chǎn)經(jīng)濟性。生產(chǎn)經(jīng)濟性的目標是平衡所有涉及的因素。技術(shù)要素旨在工件質(zhì)量、數(shù)量和及時交貨方面產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果,但同時,為了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,必須控制運營成本。

加工工藝中產(chǎn)量與成本之間的平衡可以通過三個階段實現(xiàn)。第一階段是制定可靠的加工工藝流程。這對盡量減少意外事件(例如刀具斷裂、切屑不受控制以及由此產(chǎn)生的工件損壞)至關(guān)重要。通過選擇有能力滿足或超過加工工藝中產(chǎn)生的機械負荷、熱負荷、化學(xué)負荷和摩擦負荷的刀具,可確保車間操作的可靠性。

圖 2 - STEP 中開發(fā)的整體可加工性模型。


實現(xiàn)平衡生產(chǎn)經(jīng)濟性的第二階段涉及選擇切削工況,反映了現(xiàn)實情況對加工工藝的限制。理論上,切削刀具的適用性非常廣泛。然而,車間的特定現(xiàn)實情況限制了有效應(yīng)用參數(shù)的范圍。

例如,刀具的能力和性能會受以下因素影響:裝配該刀具的機床的功率大小、工件材料的加工特性、以及零件配置是否容易引起振動或變形。盡管在理論上可以選擇廣泛的切削工況,但事實上,刀具的選擇范圍是受現(xiàn)實限制的。

圖 3 顯示,結(jié)合特定切削應(yīng)用場合的現(xiàn)實情況,適用的切削速度、切削深度和進給量選擇已縮減。
 
圖 3 - 三維示圖顯示了可在切削環(huán)境限制下使用的所有切削工況組合。


應(yīng)用特定場合的應(yīng)用限制范圍之外的切削工況將會產(chǎn)生負面經(jīng)濟效應(yīng),導(dǎo)致成本增加、生產(chǎn)率降低。加工工藝中大約 90% 的問題都源于未重視車間現(xiàn)實情況對切削工藝的限制。

當(dāng)切削工況未超出車間應(yīng)用限制范圍時,從技術(shù)層面上來說,操作是安全的。然而,技術(shù)性安全的切削工況組合并不會產(chǎn)生相同的經(jīng)濟效益。切削工況改變時,加工工藝成本也會隨之變化。移向更激進但技術(shù)上仍安全的切削工況時,成品工件的產(chǎn)量會增加,但在到達某一點后,生產(chǎn)率便會下降,因為激進的切削參數(shù)會導(dǎo)致刀具壽命縮短。隨著時間的推移,由于換刀會花費更多的時間,零件產(chǎn)量也會下降。

切削工況組合在某一點可以實現(xiàn)產(chǎn)量和制造成本的平衡。圖 4 顯示了切削工況、生產(chǎn)率以及刀具和機床成本之間的關(guān)系。(圖形僅關(guān)注受切削工況影響的要素 - 不包括材料成本、間接成本以及管理和工程成本。)軸的右側(cè)是更為激進的切削工況,并在頂點獲得更高的生產(chǎn)率。圖形中間的淡藍色區(qū)域標志著能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)率(最高產(chǎn)量)和經(jīng)濟性(最低成本)平衡的切削工況組合。

圖 4 – 切削工況、生產(chǎn)率和加工成本之間的關(guān)系。這是一個簡化的模型,未考慮浪費因素。


因此,實現(xiàn)平衡生產(chǎn)經(jīng)濟性的第三階段涉及在給定條件下確定切削工況的最佳組合。需要考慮加工操作中的所有因素,采用可以實現(xiàn)所需生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的切削參數(shù)。

浪費對生產(chǎn)經(jīng)濟性的影響

然而,制造系統(tǒng)中的浪費會干擾平衡生產(chǎn)經(jīng)濟性的作用機制。制造系統(tǒng)中存在各種形式的浪費,這種浪費會破壞平衡。例如,在一個僅需 15kW 的連續(xù)切削應(yīng)用場合中使用 60kW 的機床就是一種能源和電力浪費。再比如,當(dāng)成品工件未達到要求的質(zhì)量等級時,由于產(chǎn)品不合格,加工工藝中投入的時間、金錢和資源就是種浪費。同樣,當(dāng)制造工件非必要地高出所需的質(zhì)量等級時,也是種浪費,因為更高的質(zhì)量意味著更多的成本投入。不充分利用或濫用智力資源也是種浪費,這種浪費往往未受到重視。公司某些員工可能擁有能夠幫助公司發(fā)展的知識或技能,但由于缺乏溝通、公司內(nèi)部政治等原因,其知識和技能未得到充分利用,因此浪費掉了。

減少浪費的工具

在確定浪費行為并進行分類后,車間應(yīng)制定一個減少或消除浪費的計劃。制造商可以借助于很多工具來查明、量化并盡量減少浪費行為。例如,對刀具使用、操作和性能下降的分析將有助于找出存在問題的環(huán)節(jié)。

這類分析已表明,在某些情況下,多達 20% 至 30% 的刀具被工作人員錯誤地判定為報廢,而實際上它們?nèi)匀豢梢允褂?- 剩余的刀具壽命就被浪費掉了。通過制定明確的刀具報廢標準并將標準傳達給車間工作人員,可以大大減少刀具壽命的浪費。

同樣,機床停機時間分析可以量化刀具裝夾、編程和換刀等活動所花費的時間。這些分析往往表明,通過更好地理解、執(zhí)行和協(xié)調(diào)這些必要但耗時的活動,可以避免多達 50% 至 60% 的停機時間。

借助采訪、調(diào)查和培訓(xùn)計劃,可以在處理那些導(dǎo)致智力資源和知識技能被浪費的人事問題時,發(fā)現(xiàn)很多有用的信息。由此,員工可以更好地開展工作,并培養(yǎng)自身的能力,從而最大限度地提高生產(chǎn)率。

管理增值活動、價值支持活動和非必要活動

20世紀初,美國機械工程師 Fredrick Taylor 對車間操作進行了大量研究,提出通過消除生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不會為最終產(chǎn)品增加價值的活動來推動生產(chǎn)率的提高?,F(xiàn)代“精益生產(chǎn)”原則遵循了同樣的理念。

在加工操作中,只有當(dāng)?shù)毒邔嶋H切削金屬并生成切屑時,才會發(fā)生真正的增值活動。其他例如零件裝載和固定等行為,稱為“價值支持活動”,這些活動不會直接增加產(chǎn)品的價值,但卻是實現(xiàn)增值所必須的活動。

加工系統(tǒng)中的第三種活動是非必要活動。這些活動既不創(chuàng)造價值,也不支持創(chuàng)造價值,相反消耗資源,不會帶來任何效益。純粹屬于浪費行為。解決問題就是一種非必要活動。如果起初就合理地設(shè)計并控制加工工藝,那么就不會產(chǎn)生問題,也無需浪費時間來解決。

圖 5 - 加工車間以及所有相關(guān)要素的示意圖。


結(jié)論

過去,非必要活動往往被視為制造工藝的一部分,而非干擾生產(chǎn)經(jīng)濟性平衡的主要因素。如今,人們開始關(guān)注消除或盡可能減少非必要活動。生產(chǎn)率和產(chǎn)能規(guī)劃的重點在于消除非必要活動,盡可能減少價值支持活動,并優(yōu)化增值活動。(參見圖 6)

圖6 - 增值活動(橙色)、價值支持活動(藍色)和浪費活動(紅色)概覽。人力(灰色)是實現(xiàn)最佳制造績效的關(guān)鍵因素。


消除浪費后,理論上的生產(chǎn)經(jīng)濟性就能得以實現(xiàn)。在這一點上,生產(chǎn)經(jīng)濟性的進步可以直接應(yīng)用于公司。然而,在努力消除每種浪費時,必須小心謹慎。關(guān)鍵是要量化浪費減少活動的投資回報。徹底消除浪費可能會涉及非常大的投資,從經(jīng)濟的角度來看,接受浪費或部分浪費并與之共存可能是更妥善的選擇。在做出此類決策時,需要遵從適當(dāng)?shù)亩糠治?,公司?nèi)部也需要平衡利弊。

附注: 山高咨詢服務(wù)

隨著產(chǎn)品制造變得越來越復(fù)雜,用戶需要更多應(yīng)用協(xié)助,從而從新技術(shù)中獲得最大利益。在加工中,初級協(xié)助是指導(dǎo)用戶為某一操作選擇合適的刀具。選擇刀具后,在選擇最佳切削工況、冷卻液的使用和其他考慮因素時,用戶需要進一步的指導(dǎo)建議。然后,如果刀具在該操作中不能發(fā)揮預(yù)期性能,刀具供應(yīng)商可以提供故障排除幫助。這三種協(xié)助模式構(gòu)成了傳統(tǒng)的刀具服務(wù)。

當(dāng)?shù)毒叻?wù)從單一應(yīng)用擴展到涵蓋一臺或多臺機床對工件進行多項加工的工藝時,最終用戶需要獲得有關(guān)安排工序、工件操作和其他方面的指導(dǎo),從而最大限度地提高效率和生產(chǎn)率。這種協(xié)助等級被稱為“工程服務(wù)”。制造商們越來越頻繁地尋求有關(guān)改善整個車間或企業(yè)的職能、產(chǎn)量和成本控制方面的指導(dǎo)。在這種情況下,一些獨立的咨詢公司開始開展所謂的“管理或制造咨詢”業(yè)務(wù)。然而,要對一家制造企業(yè)進行真正的評估,就必須全面理解該企業(yè)的核心業(yè)務(wù)。

數(shù)十年來,憑借長期積累且廣泛的加工工藝及刀具知識,山高一直致力于提供傳統(tǒng)的刀具服務(wù)、工程服務(wù),并在某種程度上還提供了更大規(guī)模的咨詢服務(wù)。這些都是在特定情況下為客戶提供的協(xié)助性服務(wù),但在 2016年,山高組建了自己的咨詢服務(wù)部門,從而為客戶提供一系列更精簡、更快速的制造服務(wù)。

山高咨詢服務(wù)包括廣泛的專業(yè)資源和交付方法。刀具選擇和應(yīng)用協(xié)助通過在線方式全天候為客戶提供,以滿足車間希望快速提高生產(chǎn)率的需求。

工程服務(wù)可以通過電子通訊提供,并在必要時進行現(xiàn)場查看。山高咨詢服務(wù)還包括對車間各職能部門的操作進行綜合全面的分析和指導(dǎo),以及有關(guān)機床維護、車間布局、物流和組織職能的咨詢。此外,還可就以下方面提供咨詢:人員技能和知識問題,以及企業(yè)生產(chǎn)戰(zhàn)略中制造技術(shù)與成本之間的關(guān)系。

所有山高咨詢關(guān)系都基于 NEXT STEP 概念,并且根據(jù)企業(yè)客戶的具體需求進行定制。此外,這也是山高和客戶的對話平臺,旨在實現(xiàn)共同目標。

山高總部設(shè)在瑞典法格斯塔市,在超過 45 個國家/地區(qū)設(shè)有辦事處,是為銑削、車削、孔加工和螺紋加工領(lǐng)域提供全面金屬切削解決方案的全球最大供應(yīng)商之一。另外,80 多年來,公司一直與各行各業(yè)的制造商密切合作,提供他們所需的刀具、工藝和服務(wù),幫助他們獲得最高的生產(chǎn)率和最大的利潤率。
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