Den tilgang tager dog ikke højde for betydelige
omkostningsfaktorer som udgifterne til kasserede emner og spildtid
i produktionen. En strategi, der tager højde for
produktionsøkonomien i hele bearbejdningsprocessen, giver den
bedste balance mellem produktivitet og bearbejdningsomkostninger,
hvor alle omkostningsfaktorer er indregnet.
Omkostningsstyring
Nogle elementer af bearbejdningsomkostningerne har producenten ikke
kontrol over. Eksempelvis bestemmes typen af emnemateriale og
udgifterne til samme af, hvordan den bearbejdede komponent skal
anvendes. Man kan ikke spare penge ved at skifte gråt støbejern ud
med Inconel® i en turbinemotor. På samme måde er en fabriks
investering i maskiner, vedligeholdelse heraf og strømmen til at
drive dem en fast udgift, som sædvanligvis involverer løbende
afbetalinger på lån til udstyr. Udgifter til arbejdsløn er mere
fleksible, men er som minimum faste på kort sigt. Alle disse
omkostninger og værktøjsomkostninger skal dækkes af indtægterne fra
salget af bearbejdede komponenter. Hvis man øger
produktionshastigheden – den hastighed, hvormed emnerne omdannes
til færdige produkter – kan man opveje de faste udgifter.
Hurtigere er ikke nødvendigvis bedre
De elementer af bearbejdningsprocessen, som producenten kan styre,
omfatter de parametre, der anvendes på de skærende værktøjer.
Forskellige værktøjer, teknikker og strategier påvirker
produktionshastighederne. Derudover tror mange produktioner, at de
kan producere flere dele pr. tidsperiode – og dermed reducere
produktionsomkostningerne – ved blot at øge skærehastighederne.
Så simpelt er det bare ikke. Højere skærehastigheder har
en pris. Som tommelfingerregel kan man sige, at jo hurtigere en
opgave udføres, desto mindre stabil bliver den. Belastninger,
inklusive øgede skærekræfter og varmegenerering, påvirker både
værktøjet og emnet. Værktøjet slides hurtigere, og slitagen bliver
mere uforudsigelig. For eksempel kan et værktøj knække og ridse
emnet, og værktøjsslitage og -vibrationer kan medføre, at de
bearbejdede dele har forskellig størrelse, og/eller at kvaliteten
af overfladefinishen forringes. Resultatet er ødelagte emner, og
disse omkostninger skal trækkes fra fortjenesten. Afhængigt af
værdien af emnematerialet, og hvad komponenten skal bruges til –
for eksempel en dyr superlegering beregnet til en kompliceret
komponent til luftfartsindustrien – kan det være katastrofalt for
de samlede produktionsomkostninger at kassere et emne. Derudover
kan man ikke lade en proces, der er på grænsen til det ustabile,
køre uden eller kun med delvist opsyn, og derved udelukker man en
mulighed for besparelser på arbejdsløn.
Når man øger skærehastighederne, har det også en direkte
indvirkning på standtiden. For høje hastigheder slider værktøjerne
hurtigere, og i sidste ende betyder det hyppig udskiftning af
værktøj. Når værktøjerne slides hurtigere, skal der bruges flere
værktøjer til at bearbejde samme antal dele. De teoretiske fordele
i forhold til produktionsomkostninger og produktivitetshastigheder
reduceres pga. ekstra værktøjsudgifter og spildtid.
Omkostninger på grund af spildtid
Højere hastigheder giver højere udgifter til skærende værktøjer,
men sænker samtidig udgifterne til maskinen i starten. Idet
maskinen producerer flere dele pr. tidsperiode, kan der tilskrives
mere indtjening i forhold til maskinens faste udgifter. Når
hastighederne når et vist punkt, begynder udgifterne til maskinen
dog at stige igen. Standtiden bliver så kort, at de færre udgifter
til maskinen betyder mindre end de hurtigt stigende udgifter til
værktøjer og spildtid, som skyldes udskiftning af værktøjer.
Derudover kan ekstremt høje skærehastigheder og meget aggressive
bearbejdningsparametre i nogle tilfælde medføre øgede udgifter til
maskiner i form af vedligeholdelse og endda medføre spildtid
grundet uforudsete maskinfejl.
Optimal parameters
Anvendelse af højere skærehastigheder kan øge
produktionshastighederne, men kan også medføre højere udgifter til
værktøj og maskiner. Omvendt kan lavere skærehastigheder reducere
udgifter til værktøj og maskiner, men medfører generelt reduceret
produktivitet.
En afbalanceret tilgang involverer reducerede
skærehastigheder sammen med tilsvarende proportionale stigninger i
tilspændingen og spåndybden. Ved at anvende den størst mulige
spåndybde reduceres antallet af nødvendige overløb, hvilket
medfører kortere bearbejdningstider. Tilspændingen bør også
maksimeres, selv om kravene til emnekvalitet og overfladefinish kan
blive påvirket af for høje tilspændinger. I nogle tilfælde kan en
forøgelse af tilspændingen og spåndybden ved samme eller lavere
skærehastigheder medføre en øget spånfjernelsesgrad i forhold til,
hvis kun skærehastighederne blev øget.
Når man har nået en stabil og pålidelig kombination af
tilspænding og spåndybde, kan skærehastighederne bruges til den
endelige finjustering af bearbejdningen. Målet er en højere
skærehastighed, der reducerer udgifterne til maskinen (pr.
produceret emne), men som ikke hæver udgifterne til skærende
værktøjer for meget (pr. produceret emne) grundet hurtigere
værktøjsslitage.
En effektivitetsmodel
I starten af det 20. århundrede udviklede den amerikanske
maskiningeniør F. W. Taylor en model til at bestemme værktøjers
standtid. Modellen viser, at for en given kombination af spåndybde
og tilspænding er der et vist skærehastighedsinterval, hvor
værktøjsnedbrydningen er sikker og forudsigelig og kan
kontrolleres. Når man arbejder inden for dette interval, er det
muligt at definerer forholdet mellem skærehastighed,
værktøjsslitage og standtid. Modellen tager både højde for
omkostningseffektivitet og produktivitet og giver et klart billede
af, hvad man skal stile efter, når man skal finde den optimale
skærehastighed til en opgave.
Ved lavere skærehastigheder giver de samlede omkostninger
til skærende værktøjer og maskine den maksimale økonomi, men på
bekostning af produktiviteten. På den anden side giver højere
hastigheder den maksimale produktivitet, men på bekostning af
økonomien. Den højeffektive skærehastighed findes mellem den mest
økonomiske skærehastighed og den hastighed, der giver den maksimale
produktivitet.
Som en sidebemærkning skal nævnes, at der somme tider er
sammenfald mellem økonomiske og teknologiske problemstillinger. For
eksempel nødvendiggør titaniums sejhed og dårlige
varmeledningsevne, at det bearbejdes ved lavere skærehastigheder,
mens lavere skærehastigheder generelt giver lavere
bearbejdningsomkostninger. I den situation vil emnets egenskaber
gøre, at man vælger bearbejdningsparametre, som giver en god
balance mellem produktivitet og økonomi.
En stabil proces er afgørende
Nøglen til at kunne opretholde en høj produktivitet, sikre
dele af høj kvalitet og undgå at kassere for mange emner er at
etablere en stabil bearbejdningsproces. En pragmatisk definition af
den globale produktionsøkonomi lyder således: “Man sikrer maksimal
sikkerhed i og forudsigelighed for processen, samtidig med at man
opretholder den højeste produktivitet og de laveste
produktionsomkostninger.”
Etablering af en stabil proces involverer bl.a., at man
skaber det optimale produktionsmiljø. Ud over at vælge det
værktøjsmateriale, den belægning og den geometri, der egner sig
bedst til emnet og de forestående opgaver, skal man sørge for at
optimere CAM-programmet til bearbejdning, værktøjsholdersystemerne
og tilførslen af kølemiddel. Automatiserede håndteringssystemer,
såsom palleløftere eller robotsystemer til læsning/aflæsning af
dele, bør også være en del af processen, idet håndtering af et
lager af ubearbejdede og færdige dele kan betyde betydelige mængder
spildtid på maskinerne.
Yderligere problemstillinger
Ud over de traditionelle mål for produktivitet og økonomi lægger
produktionsindustrien mere og mere vægt på forholdsvis nye områder
som eksempelvis miljøet. En afbalanceret tilgang til
produktionsøkonomien kan også hjælpe på dette område. Ved lavere
skærehastigheder kræves der mindre energi for at fjerne materiale
fra emnet, og mindre spåndybder kombineret med øget
tilspændingshastighed reducerer energiforbruget yderligere. Lavere
skærehastigheder giver længere standtid, hvilket reducerer
forbruget af værktøj og behovet for at kassere eller genbruge det.
Den reducerede varmegenerering grundet anvendelse af lavere
skærehastigheder kan gøre det muligt at bruge opstillinger med
minimal eller ingen brug af kølemiddel.
Konklusion
Implementering af globale strategier for produktionsøkonomi
kræver, at der foretages en overordnet analyse af
bearbejdningsmiljøet, og at man begynder at tænke i baner, der går
imod mange velkendte arbejdsgange inden for bearbejdning. Det kan
imidlertid medføre besparelser, give en bedre emnekvalitet og
muliggøre en mere miljøvenlig produktion at føre disse idéer ud i
livet, samtidig med at produktiviteten opretholdes i en samlet set
stabil og pålidelig produktionsproces.
Af:
Patrick de Vos, Corporate Technical Education Manager, Seco
Tools
