【山高刀具】可持續性如何應用于制造業
2020-5-22 來源：-- 作者：-
如今，從漁業、家具到能源消耗和建筑，各行各業都將“可持續”一詞與其產品和活動聯系起來。這些行業聲明要保護自然資源和地球環境。事實上，從更狹義的角度來講，制造業的機械加工一直在追求某種形式的可持續性。加工價格具有競爭力的高質量產品可使制造商獲利，從而維持企業的持續經營。
縱觀歷史，制造商一直在努力尋求使加工過程更高效、更具成本效益的方法，包括不斷開發先進和精密的生產機械，改進切削刀具以及優化整個切削系統。具體策略包括高速加工、高進給加工、高性能加工和數字加工。
最近提出的一項可持續機械加工的計劃，旨在于整個產品生命周期中減少原材料的消耗、能源的使用和廢物的產生，使之至少達到與地球承載能力相平衡的水平。通常，關于可持續性的一般性討論都集中在宏觀的全球環境問題上，而忽略了價格、成本、客戶滿意度、工藝知識和可靠性等基本要素。談到機械加工的可持續性，真正的成功始于簡單、直接的步驟和分析。
可持續定價
每個企業都面臨著為其商品或服務設定可持續價格的挑戰。價格必須足以彌補成本并產生利潤，但又必須在市場競爭中吸引客戶。如果客戶認為產品物有所值，制造商便有設定更高價格的空間。
另一方面，如果來自客戶和競爭對手的壓力導致定價過低，利潤率就會受到影響。當價格低于生產成本時，就會造成損失。如果競爭壓力使得價格過低，那么產品設計和加工人員就必須找到更便宜、更快、更好的生產方法，以削減生產成本，維持可持續的利潤率。
不可見成本
在許多企業中，盈虧臨界點其實并不明確。這是因為真實成本本身也不清晰。有一些隱藏的、被忽略的或未知的因素未被計入成本。典型的不可見成本包括計劃外停工、不合格工件和破損刀具。這些成本被認為不具有代表性或不夠“真實”。這種對某些成本要素視而不見的態度或思維方式不僅限于生產人員，也可能存在于整個公司。
要實現可持續的成本結構，就必須讓不可見成本可視化。制造人員必須從整體上檢查和評估加工過程以及組織內活動的結構和流程，以發現隱藏的成本。
客戶滿意度
客戶滿意度是經濟可持續發展的關鍵要素。客戶關心的是訂單何時能夠交付。在客戶心目中，“交貨期”從下達訂單后就開始計算。并且交貨期不單單只是生產時間。如果加工一個零件需要三周，但是管理活動前前后后需要兩周時間，那么車間必須坦誠告知客戶交貨期為五周。包括山高刀具在內的金屬加工設備供應商提供刀具庫存管理、刀具識別和機床監控系統，使車間人員能夠跟蹤客戶作業，并最大限度地提高車間能力以滿足交貨1/4期目標并保持客戶滿意度。（請參閱附注）
浪費和度量
高效的制造可最大限度地減少時間、能源和原材料的浪費。加工過程產生的廢品（如切屑、切削油和冷卻劑等）所涉及的問題較為復雜。制造商習慣將廢品視為生產過程中不可避免的產物，并認為這種狀況難以改變，因此在這方面投入甚少。
要想有效減少浪費并節約資源，就需要全面了解工件材料的特性和加工工藝。這意味著我們需要精確度量加工工藝的關鍵參數，明確加工結果。要做到真正意義上的精確，就應當盡量避免使用舍入的數字，例如整數通常代表估值，不能完全呈現實際情況，并且會在我們作出調整時妨礙對結果的有效確定。如果一個車間聲稱其生產效率“高于 60%”，那究竟是 61% 還是 95%？畢竟這兩個數字都高于 60%。同樣的，例如“切削速度約200 米/分鐘”這樣的信息也不夠可靠。實際數值有可能是 195 米/分鐘或 206 米/分鐘，而不是一個整數估值。
在一個案例中，某車間老板確信其工廠的時間利用率為 70%（整數）。然而，仔細測算后發現實際利用率只有34%，原因在于工廠內每三臺機器中只有一臺在工作，另外兩臺處于閑置狀態。因此，車間負責人的估算并無意義。
薪酬與可持續性
在分析與全球勞動力成本相關的可持續性時，對勞動生產率的評估應排除工資成本。勞動生產率等于生產周轉率，減去購買商品和服務的成本，除以員工人數，再除以時間單位。
這一公式可在不考慮勞動力成本影響的情況下衡量勞動生產率，并對不同工資等級的國家或企業的勞動生產率進行有效比較。例如，西方國家一個熟練的機器操作員的工資可能是一個低薪國家操作員工資的十倍，但這種差異并不代表實際的生產力差異。低薪國家 10 名操作員生產的零件數量可能比西方國家 1 名操作員生產的要少，質量也更低。
然而，如果低薪國家的實際勞動生產率（按上述方法衡量）與西方國家處于同一水平，那么要在西方國家實現經濟上可持續的生產力，就必須投資于創新的技術和生產方法以及對制造業工作人員的持續教育。
高勞動生產率表明，制造人員對自己的工作有十足的把握，并具備綜合知識和技能。因此他們能夠更快地工作、充分發揮自身能力并獲得更高的工作滿意度。如今，在多品種、小批量的生產環境下經常會發生意料之外的事情，打亂生產計劃。然而，經驗豐富、訓練有素的操作人員可以快速調整操作，靈活應對生產瓶頸和其他破壞性事件。
可靠的加工工藝
可持續的加工過程是可靠且可預測的，并且能夠最大程度地減少能源浪費。不可靠的工藝會導致工件返工或報廢，以及因產品不合格而導致原材料、能源和勞動力的浪費。
同樣，從可持續性的角度來看，在制品 (WIP) 本質上也是一種浪費。從經濟角度來看，在制品代表金錢、時間和占地空間的浪費。此外，儲存的半成品在物流系統中移動時可能會損壞。因此，車間的在制品應盡可能減少。
降低能耗
縱觀歷史，制造業總能用更少能源消耗獲得更大成果。例如，在上世紀 80 年代初，許多車間的機床功率都在70 千瓦或以上。如今，功率為 7 千瓦的銑床所提供的生產率可以比那些十倍功率的銑床還要高。可持續的加工過程可將每立方毫米或立方英寸材料的能耗降至最低。最大限度地降低能耗，自然而然可減少能源浪費，使加工過程更加環保。
效率最大化
圖 3 顯示了一個五軸加工中心在一個工作日內的電能消耗（這些數據收集自一臺機器，可供一般性參考）。令人驚訝的是，這臺機器使用的大部分能量并不是被主軸消耗的。主軸和軸驅動電機通常只消耗 30% 的能量，而各種冷卻系統消耗 44%，其余的則由泵、變壓器、機器控制和其他系統所消耗。因此，當機床不在進行切削作業時，機床的大多數其他系統仍會繼續消耗能量。
高效利用能源可以在整體能源使用量小幅增加的情況下，顯著提高產品產量。假設在第一個場景里，一個工件的實際加工需要一個小時。通過編程，設置和等待時間需要 6 個小時，機床將在 8 小時內生產兩個工件。當機床進行切削時，能耗可視為 100% 或一個名義單位。切削操作消耗 20% 的能量，而機床不在切削時消耗80% 的能量單位。因此，機床一天的總能耗為 6.8 個單位，產出為兩個工件。
第二個場景，對過程進行了分析并著重考慮了如何削減浪費的時間。通過分析，可將閑置時間縮短至 5 個小時，減少了 16.5%。現在有三個小時的切削時間，可生產三個工件。每天的總能耗為 7 個單位，比第一個場景高出 3%。
在第一個場景中，生產一個工件需要 3.4 個能量單位，而在第二個場景中，每個工件的生產需要 2.2 個能量單位。第二個場景中每個工件的能耗減少 36%，而每日能耗僅增加 3%。在第一個場景中生產三個工件需要機器運行更長時間并消耗更多能量。由此可見，可持續加工不一定旨在消耗更少的能量，而是要用所耗能量做更多工作。
總 結
長期以來，制造商通過加工價格具有競爭力的高質量產品來追求經濟可持續性，從而支持和維持其業務發展。經濟的可持續性包含多個方面，但總的來說，這些組成部分都是基礎性且直接了當的。最重要的是，經濟的可持續性意味著制造商需要切實、準確地評估生產過程中各方面的浪費情況，并采取合理的應對措施。3/4制造商在實現經濟可持續性過程中所解決的問題，也使得他們得以應對和降低其業務對環境的影響，并實現全球意義上的可持續性。
（附注）
度量和可持續性
對加工工藝和設備的組織和測量，是消除浪費和實現可持續加工的重要步驟。為準確了解時間和能源浪費發生在哪個環節，車間人員需要使用確切的數字和事實，而不是依靠猜測和整數估值。
最基本的一個層面就是制造人員必須知道車間中有哪些可用刀具以及刀具的位置。如果對這些信息不夠了解，就會存在“車間游獵”的現象，也就是工作人員知道刀具在車間里，但不知道其確切位置，需要花費很多時間去找刀。
山高刀具提供了一系列刀具識別和管理系統，旨在消除車間游獵。例如，山高庫存管理系統是一個多功能的工業級自動分發系統，可以與工廠的生產流程完全聯網。在配置了工廠特定的刀具需求后，這一庫存管理系統會自動提供全面的報告，以跟蹤刀具使用情況并發現可能表明存在問題的異常情況。
在生產過程中正確識別刀具也至關重要。很多刀具外觀相似，僅靠視覺和觸覺識別可能是不夠的。山高刀具與IDEM 合作推出了一個數字刀具識別系統，該系統采用了射頻識別 (RFID) 標簽和藍牙標簽讀取器，允許操作人員通過本地 IOS 或 Android 應用程序實時連接到一個包含 900,000 多個刀具的數據庫。全面的信息包括刀具規格和刀具歷史記錄管理以及其他功能，如用于在多個參與者之間共享評論和項目詳細信息的群組通信功能。車間人員也可以使用相同的 RFID 技術來識別量具和其他車間物品。
實時機床監控可支持經濟的可持續性，因為它能夠持續跟蹤加工過程。采取實時監控后，車間人員將能夠即時告知客戶其訂單的生產進度和交付時間，從而提高客戶滿意度。
山高刀具已與工業物聯網 (IIoT) 機器平臺提供商 MachineMetrics 就山高機床監控系統開展合作。機床監控系統可在直連機床 PLC 和控件的同時，促進以太網、WiFi 和蜂窩通信。可通過 Web 界面對數字和模擬 I/O進行配置和管理。這一基于云的系統易于使用、可完全自定義且安裝迅速。該系統可捕獲加工數據并提供制造分析，幫助用戶了解其操作并提高機床的利用率和產能。它還支持與山高刀具信息數據庫和經驗的交互，以便用戶改進流程，并充分利用有關刀具壽命、速度和進給優化以及刀具破損的數據。
（來源：山高刀具 / 作者：Patrick de Vos，山高咨詢部門業務開發經理兼技術培訓經理）
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