Úspěšná výroba především, aneb jak na to jít z druhé strany

 I přes velmi odlišné výrobní postupy a výsledné produkty mají výrobci společný cíl, kterým je výroba určitého množství obrobků v požadované kvalitě, za určitý čas a za přiměřenou cenu.

V zájmu dosahování ziskovosti při obrábění kvalitních dílů postupuje spousta výrobců klasickým způsobem, od výběru nástrojů pro konkrétní aplikaci, až po řešení problémů v reakci na nastalou situaci. Současné zkušenosti ale ukazují, že se vyplatí tento způsob uvažování obrátit a soustředit se nejprve na tři hlavní součásti nebo aspekty komplexního výrobního procesu.

Výrobci by měli začít přezkoumáním celého obráběcího procesu a soustředit se na eliminaci vadných dílů a neplánovaných prostojů, které představují zásadní překážky v dosahování jejich cílů. Po zavedení stabilního a spolehlivého procesu je nutno provést analýzu hospodárnosti výroby, aby bylo možné dosáhnout rovnováhy mezi rychlostí produkce a výrobními náklady. Plnou optimalizaci obráběcího procesu nakonec zajistí pečlivá volba nástrojů a řezných podmínek.

Kvalita na prvním místě

Hlavním cílem všech výrobců je dosažení konzistentní kvality produktů. Pokud obráběné díly nedosahují úrovně kvality dle požadavků zákazníka, vůbec nezáleží na tom, v jakém množství, jak rychle nebo s jakými náklady jsou vyráběny

Mezi standardy kvality patří tolerance, jakost povrchu a opakovatelná přesnost jednotlivých dílů. Výrobci vždy prohlašují, že kvalita dílů je samozřejmou a nedílnou součástí jejich výrobního procesu. Toto prohlášení je však často bohužel příliš optimistické nebo zavádějící. Ve skutečnosti je v průmyslové výrobě vysoké procento vadných obrobků, které se následně musí přepracovat, nebo, v horším případě, vyřadit vůbec.

Vznik vadných dílů znamená vysoké náklady, a to nejen z hlediska zmařeného materiálu, práce a strojního času, ale také z důvodu narušování plánů výroby. Někteří výrobci budí zdání spolehlivosti nebo předvídavosti zahrnováním předpokladu výskytu vadných dílů do výrobních harmonogramů. V případě, kdy zákazník vyžaduje deset dílů, mohou plánovači připravit výrobu pro obrábění dvanácti kusů v očekávání, že se u dvou z nich mohou objevit chyby. Takový přístup představuje plýtvání zdroji a časem a výsledkem jsou buďto skutečně vyrobené vadné díly, nebo nadbytečné skladové zásoby v případě, kdy se všechny kusy podaří vyrobit správně.

K produkci vadných dílů dochází, když jsou aspekty výrobního procesu špatně pochopeny, nebo když se vymknou kontrole. V  reakci na problémy s kvalitou dílů se někteří výrobci snaží intenzivně manipulovat s jednotlivými faktory výrobních postupů, které však v konečném důsledku nejsou návazné a v některých případech dokonce ignorují důležité stránky procesu.

Například snaha o dosažení maximálního výkonu pouze prostřednictvím snižování cyklových časů může mít negativní dopad na spolehlivost celého obráběcího provozu. Pokud z hlediska výkonu výroba neustále běží na samé hranici svých možností, dochází při jakémkoli výkyvu či neuváženém zásahu ke vzniku vadných obrobků a ztrátě času a peněz. Množství obrobených dílů musí být v rovnováze s obráběcími parametry, které zajišťují bezpečný výrobní proces.

Důvodem výroby vadných dílů mohou být na druhé straně i konkrétní problémy v jednotlivých fázích obráběcího procesu. U jednoho výrobce součástí pro letecký průmysl byly otřepy po obrábění příčinou celé řady zmetkových dílů, které byly pro jeho zákazníka zcela nepřijatelné. Protože musely být otřepy odstraňovány ručně, prodražilo to výrobu dílů o téměř 20 procent. Z rychlosti produkce se stal sekundární problém, neboť nejprve bylo nutné najít způsob, jak účinně eliminovat vznik otřepů již při samotném obrábění.

Minimalizace neplánovaných prostojů

Hospodárné využití výrobních prostředků vyžaduje minimalizaci prostojů, tedy doby, kdy obráběcí stroj neprodukuje žádné třísky. Některé prostoje jsou nezbytné a plánované. Patří sem čas strávený programováním a údržbou obráběcího stroje, instalací přípravků, zakládáním a vyjímáním obrobků a výměnou nástrojů.

Výrobci s takovými prostoji ve svých časových harmonogramech počítají. Výroba nevyhovujících dílů však vede k prostojům  neplánovaným. Když je nutno zmetkový obrobek přepracovat, je čas spotřebovaný na jeho první obrobení promarněný a představuje neplánovaný prostoj.

Výrobci tradičně využívají ke snížení neplánovaných prostojů reaktivní přístup. Když nějaký problém zastaví výrobu, začne se hledat řešení. Daleko lepším postupem je zde však proaktivní plánování, které rozpoznává klíčové cíle provozu a směřuje k nim proces od samého začátku. Většina výrobců stráví 20 procent času přípravami, s následnými 80 procenty na implementaci a testování. Ideálním stavem by bylo investovat 80 procent času do přípravy a pouze malý zbytek do implementace a případných úprav. 

V rámci přípravy na obráběcí operaci by měl výrobce analyzovat své cíle a vypracovat spolehlivé procesy k jejich dosahování. Primární snahou není vždy jen zvýšení rychlosti výroby. Existují sice některé výrobní obory, jako je například výroba automobilových dílů, které jsou skutečnými příklady vysokoobjemové hromadné výroby, ale výrobní průmysl jako takový obecně směřuje ke scénářům vysoce rozmanité výroby s nízkými objemy výrobních dávek.

Ztráta 50 nebo 100 dílů při přípravě obráběcího procesu pro hromadnou výrobu, která bude ve výsledku dlouhodobě produkovat stovky nebo tisíce dílů, představuje jen drobné procento z celkového objemu a lze ji snadno absorbovat. Avšak u nízkoobjemové výroby s vysokou rozmanitostí musí být proces co nejdokonalejší ještě předtím, než produkce dílů vůbec začne. Taková výroba se totiž realizuje v malých dávkách, například do deseti kusů, nebo se dokonce může jednat o zakázkovou výrobu jednotkových počtů. V těchto případech pak několik vadných dílů představuje rozdíl mezi ziskem a ztrátou.

Proaktivní analýza procesů

Proaktivní analýza obráběcí operace, ač je bezpochyby velmi cenná a užitečná, může být sama o sobě časově náročná. Na spolehlivost procesu obrábění kovů má vliv spousta jednotlivých faktorů, jako například konfigurace obrobku a jeho materiál, kapacita strojního vybavení a dosažitelné parametry, nástroje a nástrojové systémy, lidský faktor, externí zařízení a kvalita údržby.

Spoustu důležitých faktorů ovlivňujících spolehlivost procesu určuje konečné využití produktu, a tudíž i materiál polotovaru, ze kterého je vyráběn. Například obrábění důležitých součástí pro letecký průmysl ze slitin na bázi niklu musí být analyzováno s ohledem na špatnou tepelnou vodivost materiálu obrobků a také na jeho zvýšenou náchylnost k deformačnímu zpevňování. Rovnováhu mezi produktivitou a konzistencí výroby zde zajistí nasazení ostrých řezných nástrojů s pevným břitem a relativně konzervativních obráběcích parametrů.

Hliníkové obrobky jsou oproti tomu považovány za snadno obrobitelné, vyžadují však obráběcí nástroje, které musí být velmi ostré a současně odolné vůči opotřebení, aby dobře snášely abrazivitu materiálu. Pro zajištění spolehlivosti při obrábění hliníku jsou také zásadní geometrie nástrojů ovlivňující tvar vznikající třísky a přídavná zařízení obráběcího stroje pro další řízení utváření a odvodu třísek, jako jsou vysokotlaké chlazení a dopravníky odpadu.

CNC stroje a automatizované systémy mohou pomoci se zajišťováním vysoké úrovně předvídatelnosti při obráběcích operacích, avšak jejich efektivní provoz stejně závisí na úkonech prováděných lidmi. Nedostatečná příprava či nedbalé programování vedou převážně k vysoce automatizované produkci vadných dílů. (Viz boční panel s informacemi o technologickém vzdělávání v oboru obrábění kovů.) Lidský faktor je podstatný i ve výrobě, kde musí být řádně prováděno zakládání a upínání obrobků a kde je také velmi důležitá řádná údržba strojních zařízení, aby nedocházelo k neplánovaným prostojům z důvodu poruch. 

Závěr

Společným cílem všech výrobců je výroba určitého počtu obrobků v potřebné kvalitě, v daném čase a za rozumnou cenu. Dosahování požadované kvality dílů je zásadní, protože vadný díl je bezcenný – bez ohledu na to, jak rychle nebo levně byl vyroben. Mnoho výrobců řeší problémy s kvalitou dílů pouze v nejnutnějším rozsahu a v jednotlivých konkrétních případech. Lepší, byť složitější, je ovšem analyzovat nejprve celkové cíle zamýšlené produkce a plánovat postup proaktivně tak, aby výrobní proces skutečně vedl k požadovaným výsledkům.

Po vypracování spolehlivých postupů pro výrobu dílů dostatečné kvality musí výrobci zvážit i hospodárnost výroby, aby byla zajištěna ziskovost nutná k přežití firmy. A teprve úplně nakonec je na místě vybírat nejvhodnější obráběcí nástroje a stanovit pro ně řezné parametry, které zaručí jejich technické i ekonomické využití a zajistí co nejlepší výsledky celého snažení.

Kvalifikované obrábění kovů

Technologie obrábění kovů se neustále vyvíjí. Tento vývoj umožňují i pokroky v oblasti materiálů a geometrií nástrojů, v oblasti zvyšování výkonu a přesnosti obráběcích strojů a v oblasti správy dat ze softwarových CNC systémů.

Vazba mezi obráběcími technologiemi a znalostmi potřebnými k jejich využití je stále důležitější. Úroveň znalostí v uživatelské sféře však za intenzivním vývojem a výzkumem připravujícím tyto nové technologie výrazně zaostává. Navíc se ve výrobním průmyslu bohužel stále snižuje počet pracovníků, kteří tyto potřebné znalosti a praktické zkušenosti skutečně mají.

Aby společnost Seco výrobcům pomohla s pochopením a plným využitím stále složitějšího procesu obrábění kovů, připravila programy technického vzdělávání STEP (Seco Technical Education Programmes). Společnost své zaměstnance průběžně vzdělává, aby zajistila, že její zákazníci budou spolupracovat s co možná nejkvalifikovanějšími a nejlépe vyškolenými profesionály v oboru obrábění kovů. Programy STEP jsou však navrženy tak, aby přímo i zákazníci a uživatelé zůstávali s tímto rychle se měnícím oborem v neustálém kontaktu a aby společnosti mohly dosahovat maximální účinnosti výroby. 

Při vývoji technologie obrábění kovů je nezbytně důležité porovnávat několik možných scénářů. Pro náročnou aplikaci mohou být například potřeba nové nástroje, nebo, jako alternativa, může úprava obráběcí strategie zajistit lepší obrobitelnost dílů z určitých materiálů v případech, kdy běžné přístupy ke spolehlivé a produktivní výrobě nevedou. Znalosti získané prostřednictvím programů STEP uživatele seznamují s alternativními způsoby výroby navrhovanými společností Seco a ostatními dodavateli v tomto oboru.

Programy STEP jsou dostupné prostřednictvím vzdělávacích lekcí, seminářů a tištěných materiálů publikovaných společností Seco, jako jsou Metal Cutting, Theories and Models (Obrábění kovů, teorie a modely) a Metal Cutting, Theories in Practice (Obrábění kovů, teorie v praxi), dostupných i v českém překladu. Celý program se skládá ze tří postupně navazujících částí. STEP Core Curriculum (Základní obsah) je vyčerpávajícím úvodem do obrábění a nástrojových technologií pro vzdělávání na úrovni řadových techniků. STEP Advanced Curriculum (Rozšířený obsah) staví na základním obsahu a rozšiřuje znalosti na úroveň potřebnou pro kvalifikované pracovníky. NEXT STEP (Další krok) přidává materiály týkající se hospodárnosti výroby pro vzdělávání kvalifikovaných techniků na akademické úrovni. Program STEP firmám působícím v oboru obrábění kovů celkově pomáhá zvýšit jejich konkurenceschopnost prostřednictvím informací o možnostech výrazného nárůstu produktivity, snížení nákladů a zvýšení kvality výrobků.