【山高刀具】避免工藝不確定性因素，減少報(bào)廢和返工
2020-7-2 來源：-- 作者：-
產(chǎn)品質(zhì)量是制造業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵績效指標(biāo)。許多車間認(rèn)為獲得 ISO、NADCAP 和 API 等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證肯定了他們的工作質(zhì)量。但實(shí)際上，這些標(biāo)準(zhǔn)并沒有充分關(guān)注如何制造合格的成品工件，而是 專注于建立剔除不良零件的程序。
要真實(shí)了解產(chǎn)品質(zhì)量，可以去觀察車間質(zhì)量控制區(qū)域，尤其是貼有“重新檢查”貼紙或標(biāo)簽的零件的區(qū)域。如 果貼有這類標(biāo)簽，說明工件由于某種原因被拒絕或必須退回生產(chǎn)進(jìn)行返工。制造工藝達(dá)不到預(yù)期時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致 報(bào)廢和返工。有些工藝，特別是加工，由于許多可變因素的相互作用，某種程度上具有不確定性和不可靠性。 制造商必須確認(rèn)不確定性的來源，并找到解決這些問題的方法。然而，在許多情況下，不穩(wěn)定的工藝被認(rèn)定為 標(biāo)準(zhǔn)做法，其不穩(wěn)定性的來源被忽略了。最后，克服不確定性并限制報(bào)廢和返工要?dú)w結(jié)于車間員工的認(rèn)識(shí)、知 識(shí)和動(dòng)力。
不確定性的來源
競爭壓力促使制造商進(jìn)行成本降低分析，包括檢查物料、刀具和加工時(shí)間的花費(fèi)。找出生產(chǎn)運(yùn)營中浪費(fèi)時(shí)間的 環(huán)節(jié)為控制成本提供了重要機(jī)會(huì)（見圖 1）。成本分析方法包括 OEE 和精益計(jì)劃。然而，此類分析往往基于 這樣一種觀點(diǎn)，即制造流程是一個(gè)獨(dú)立的、簡單的盒子。車間將原材料或半成品放入盒內(nèi)，加工流程開始，然 后有一定數(shù)量的工件離開盒子，這些工件要么是成品，要么是半成品工件去往另一個(gè)盒子。
圖 1： 未優(yōu)化的加工生產(chǎn)耗用的時(shí)間
認(rèn)識(shí)加工可變因素
分析中經(jīng)常忽略的一點(diǎn)是，在實(shí)際生產(chǎn)中，并不能確保每一個(gè)離開盒子的產(chǎn)品都是合格的。不合格的產(chǎn)品必須 返工或報(bào)廢。
不合格工件的數(shù)量取決于制造流程中可變因素受到控制的程度。例如，鍛造等工藝并不復(fù)雜，也不需要極高的 精度。因此，這些工藝相對可控、可靠，并能夠始終如一地提供預(yù)期數(shù)量的合格工件。相比之下，其他制造流程涉及多個(gè)可變因素，這些可變因素會(huì)降低結(jié)果的可預(yù)測性。我們無法可靠地預(yù)測離開盒子的合格工件的數(shù)量。
稱所有加工工藝都不可靠有點(diǎn)兒夸張，但把它們描述為不完全可預(yù)測則是相當(dāng)準(zhǔn)確的。加工涉及到許多可變因 素。這使刀具和工件材料承受強(qiáng)大的切削力和高溫。力和溫度相結(jié)合會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜多變的情況。刀具的硬度決定 了刀具的有效切削能力，而硬度會(huì)在室溫和加工過程中產(chǎn)生的 800℃ 溫度之間發(fā)生變化。熱量還會(huì)影響工件 材料的加工特性。可變因素的影響是不可預(yù)測的。即使為特定應(yīng)用指定了加工參數(shù)，加工期間的確切值也未知。 不同的表面質(zhì)量或尺寸結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致零件返工或報(bào)廢。
如果零件不合格，則需要檢查兩個(gè)方面。一方面是技術(shù)：制造商需要了解實(shí)際發(fā)生的情況，識(shí)別導(dǎo)致意外結(jié)果 的可變因素，并決定如何解決問題。另一方面是確定生產(chǎn)不合格零件所產(chǎn)生的財(cái)務(wù)影響。這包括計(jì)算工件被拒 絕或返工導(dǎo)致的意外成本，并決定公司如何對此進(jìn)行解釋。
批量生產(chǎn)方案通常會(huì)將不合格零件的數(shù)量與整體生產(chǎn)的成百成千個(gè)零件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較。在長時(shí)間的生產(chǎn)過程中， 車間可以分析加工情況，記錄導(dǎo)致不合格零件的因素，并優(yōu)化加工參數(shù)以最大限度地減少不確定性和提高可靠 性。
然而，在多品種小批量生產(chǎn)模式下，車間很少有時(shí)間檢查不合格零件并優(yōu)化加工工藝。如果生產(chǎn)運(yùn)行僅包含一 個(gè)項(xiàng)目，則挑戰(zhàn)更大。如果車間不熟悉工件材料并且最終客戶馬上就需要成品零件，那么情況會(huì)更復(fù)雜。涉及 單個(gè)零件的作業(yè)會(huì)產(chǎn)生不合格的結(jié)果，這就要求對另一個(gè)零件進(jìn)行加工，從而增加成本并令客戶失望。
在大批量生產(chǎn)模式下，消除不合格零件相對簡單。技術(shù)人員審核并修改工藝，試驗(yàn)并最終確認(rèn)解決方案。在真 正的大批量生產(chǎn)情況中，不合格工件的數(shù)量與總產(chǎn)量相比非常少，而且成本可以忽略不計(jì)。但是，在多品種小 批量甚至單個(gè)零件生產(chǎn)的情況下，不合格零件的成本會(huì)嚴(yán)重降低利潤率，甚至導(dǎo)致運(yùn)營損失。制造商只能在極 其有限的時(shí)間內(nèi)一次性生產(chǎn)出合格零件。
隱性成本或被忽略的成本
計(jì)算生產(chǎn)總成本時(shí)往往會(huì)忽略掉一些隱性成本。例如去毛刺成本。當(dāng)加工的表面質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)格，且其邊緣 和幾何形狀符合藍(lán)圖要求時(shí)，就會(huì)認(rèn)為工件已完成。帶毛刺的零件是未完成的。雖然毛刺表示加工質(zhì)量的缺陷， 但毛刺通常被視為工藝的正常結(jié)果，是可接受的。在任何情況下，都必須清除毛刺，而清除毛刺的成本可能會(huì) 很高。一個(gè)真實(shí)的例子是，一個(gè)擁有五軸銑床的高度自動(dòng)化車間生產(chǎn)了一系列需要手動(dòng)去毛刺的零件。最終， 去毛刺所涉及的時(shí)間和工時(shí)占據(jù)了成品工件成本的 20%。
在某些情況下，零件的成本和價(jià)格計(jì)算基于加工工藝，而不考慮去毛刺或其他二次加工的成本。此類成本可能 不可忽略。要準(zhǔn)確計(jì)算總制造成本，必須識(shí)別和降低隱性成本。
刀具選擇
使用適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)設(shè)備和刀具將最大限度地減少加工操作中的可變性。大型剛性機(jī)床可以抵抗導(dǎo)致工件尺寸不一 致的重載加工力。玻璃分劃尺、線性導(dǎo)軌和熱量管理系統(tǒng)等機(jī)床功能最大限度地提高了精度。
刀具的選擇在限制可變性方面起著舉足輕重的作用。在過去的二三十年中，刀具選擇方法在不斷發(fā)展。以前， 刀具的選擇基本上分為提供最大輸出速率的高性能刀具和提供最低單位零件成本的經(jīng)濟(jì)型刀具。但是，在某些 情況下，性能最高的刀具相對脆弱。當(dāng)它們工作良好時(shí)，這類刀具表現(xiàn)出色，但在操作時(shí)必須謹(jǐn)慎小心。價(jià)格 較低的刀具無法與高性能刀具的速度和輸出能力相匹敵，價(jià)格優(yōu)勢是以較低的產(chǎn)量為代價(jià)的。
如今在挑選刀具時(shí)，在選擇槽型、速度和進(jìn)給量之前的一個(gè)主要考慮因素是用戶對刀具性能方面的要求。對于 大批量生產(chǎn)作業(yè)，仍需要能夠最大限度地提高金屬切除率的刀具和能夠提供最大刀具壽命的刀具。精密加工要 求在開發(fā)刀具的制造尺寸、磨損特性和應(yīng)用參數(shù)時(shí)考慮極高的精度，即使刀具成本較高。
圖 2：為什么選擇 Next STEP – 產(chǎn)品質(zhì)量
在當(dāng)前多品種小批量的生產(chǎn)態(tài)勢下，在首次加工零件時(shí)，成品工件的質(zhì)量達(dá)到預(yù)期非常重要。關(guān)鍵是需要在各 種工況下都能使用且工藝開發(fā)時(shí)間最短的刀具。這也正是通用刀具的研發(fā)理念（參見附注）。如果生產(chǎn)工程師 和操作員了解刀具的功能及其使用限制，那么可靠而通用的刀具就會(huì)成為許多加工應(yīng)用的理想選擇。通過使用 一定數(shù)量的通用刀具，操作工可以學(xué)習(xí)和了解刀具隨時(shí)間變化的性能，同時(shí)適應(yīng)各種不同工件的加工。
了解通用刀具的應(yīng)用可以最大限度地減少不合格工件的生產(chǎn)，而提高的工藝可靠性可以幫助財(cái)務(wù)管理部門準(zhǔn)確 了解真實(shí)的成本和利潤率。
圖 3： STEP 圖示課程概念 2020
重要貢獻(xiàn)
目前全球爆發(fā)的流行性病毒疫情凸顯了人們在生產(chǎn)加工中的作用。由于許多生產(chǎn)人員都生病在家，荷蘭的一家 高度自動(dòng)化車間被迫減產(chǎn)。盡管機(jī)器人、計(jì)算機(jī)和人工智能大量出現(xiàn)，但在沒有人時(shí)，生產(chǎn)卻受到了影響。顯 然，人員仍然是生產(chǎn)效率的關(guān)鍵要素。一支受過教育、靈活且積極的生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)可以適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)情況， 并在快速發(fā)展的環(huán)境中出現(xiàn)未預(yù)見的問題時(shí)，提供快速響應(yīng)以加快生產(chǎn)速度。計(jì)算機(jī)操作技能必不可少，但對 加工流程工作原理的了解、對最終結(jié)果的預(yù)期以及對實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的渴望同樣重要。
（附注）
山高通用刀具滿足各種需求
大多數(shù)生產(chǎn)車間負(fù)責(zé)人認(rèn)為，他們需要的是“最好的刀具”，但在實(shí)際生產(chǎn)中，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。對于某些 車間而言，最大金屬切除率最為重要，而其他車間則需要較長且一致的刀具壽命，以實(shí)現(xiàn)安全可靠的無人值守 加工。
“最好的刀具”是完全適合特定車間的零件、工件材料、機(jī)床和生產(chǎn)計(jì)劃的刀具。在選擇刀具后，便可以開始 討論硬質(zhì)合金材質(zhì)等級、槽型、速度和進(jìn)給量了。
選擇刀具還需要檢查組織的整體工作內(nèi)容和流程。在最近的一個(gè)例子中，一位機(jī)械車間負(fù)責(zé)人意識(shí)到，他每年 在刀具方面的支出為 20 萬到 25 萬歐元。對其公司庫存刀具進(jìn)行的檢查顯示，庫存接近 70 萬歐元。原來， 該車間通常生產(chǎn)小批量的零件，而每次出現(xiàn)新的工件或材料時(shí)，車間負(fù)責(zé)人都添加了他認(rèn)為是最適合該作業(yè)的 性能最強(qiáng)的刀具。因此，該車間積累了大量的刀具庫存，車間中沒有人真正知道如何使用這些刀具，而且還有 一些刀具是為一次性工作而購買的且不會(huì)重復(fù)使用，因此也很少用到。
為了避免類似情況，山高提供了通用刀具選擇解決方案。這些刀具不一定能提供最佳性能，但卻可靠易用，并且經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，可在各種工件材料和零件槽型中高效應(yīng)用。通用刀具可在一天加工鋼材，第二天加工不銹鋼， 第三天加工鋁材，在周末加工鈦合金。它們不是備選刀具，而是實(shí)現(xiàn)性能和靈活性平衡的首選，這是高效處理 當(dāng)今制造的多品種小批量加工項(xiàng)目特點(diǎn)所必需的。借助通用刀具，熟練的操作員可以同時(shí)創(chuàng)造高效和經(jīng)濟(jì)的奇跡。
（來源：山高刀具）
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