Miként vonatkozik a fenntarthatóság a gyártásra?

A vállalkozások ma a „fenntartható” kifejezést a halaktól és bútoroktól kezdve az energiafogyasztáson át az építészetig sokféle termékre és tevékenységre használják. Célkitűzéseik középpontjában a természeti erőforrások megőrzése és a Föld környezetvédelme áll. Szűkebb értelemben véve azonban a gyártás mindig is a fenntarthatóságról szólt. A versenyképes árú, magas minőségű termékek gyártása lehetővé teszi a gyártó számára, hogy nyereséget termeljen, hogy ezzel fenntarthassa üzleti tevékenységét.

A gyártók a történelem során arra törekedtek, hogy megmunkálási folyamataikat hatékonyabbá és költséghatékonyabbá tegyék. Ezek a törekvések magukban foglalják a fejlett és pontos gyártóberendezések folyamatos fejlesztését, a forgácsolóeszközök fejlesztését és a forgácsolórendszerek általános optimalizálását. A speciális stratégiák közé tartozik a nagy sebességű megmunkálás, a nagy előtolású megmunkálás, a nagy teljesítményű megmunkálás és a digitális megmunkálás.

A fenntartható megmunkálásnak nevezett közelmúltbeli kezdeményezés célja, hogy a nyersanyagfogyasztást, az energiafelhasználást és a hulladékkeletkezést a termék teljes életciklusa során olyan szintre csökkentse, amely legalább egyensúlyban van bolygónk teherbíró képességével. A fenntarthatóságról szóló általános vita gyakran nagy globális környezetvédelmi kérdésekre összpontosít, de figyelmen kívül hagyja az ár, a költség, az ügyfél-elégedettség, a folyamatok ismerete és megbízhatósága alapvető elemeit. A megmunkálás fenntarthatósága tekintetében a valódi siker egyszerű lépésekkel és elemzéssel kezdődik.

Fenntartható árképzés
Minden vállalkozás számára kihívást jelent, hogy fenntartható árakat kell meghatároznia árui vagy szolgáltatásai számára. Az árnak elég magasnak kell lennie ahhoz, hogy fedezze a költségeket és nyereséget termeljen, de elég alacsonynak ahhoz, hogy az ügyfeleket ne terelje a versenytársakhoz. A gyártó magasabb árat is beállíthat, ha a vevő úgy látja, hogy a termék elegendő értéket képvisel a kifizetett összeghez viszonyítva.

Másrészt, ha a vevők és a versenytársak által gyakorolt nyomás túl alacsony árat eredményez, a nyereségszint csökkenhet. Ha az ár a termék előállítási költségénél alacsonyabb, veszteség keletkezik. Ha a versenyszellem túl alacsonyra nyomja az árat, a termék tervezőinek és megmunkálóinak módot kell találniuk az olcsóbb, gyorsabb és hatékonyabb gyártásra a termelési költségek csökkentése és a fenntartható haszonkulcs érdekében.

Láthatatlan költségek
Sok vállalkozás esetében azonban nem világos, hogy hol végződik a kiadás, és hol kezdődik a nyereség. Ennek az az oka, hogy maguk a tényleges költségek sem egyértelműek. A rejtett, figyelmen kívül hagyott vagy ismeretlen tényezők nem képezik részét a költségszámításnak. A tipikus láthatatlan költségek közé tartoznak a váratlan leállások, a visszadobott munkadarabok és a szerszámtörések. Ezeket a költségeket nem tekintik reprezentatívnak vagy „valósnak”. A bizonyos költségtényezők láthatatlanná válását eredményező hozzáállás vagy gondolkodásmód nem csak a termelőszemélyzetet érinti, hanem vállalati szinten is érvényes lehet.

A fenntartható költségszerkezet eléréséhez láthatóvá kell tenni a láthatatlant. A rejtett költségek feltérképezése érdekében a gyártó személyzetnek meg kell vizsgálnia és ki kell értékelnie a megmunkálási folyamatot, valamint a szervezet tevékenységeinek általános szerkezetét és áramlását.

Ügyfél-elégedettség
Az ügyfél-elégedettség a gazdasági fenntarthatóság kulcsfontosságú eleme. Az ügyfél tudni akarja, hogy a megrendelése mikor érkezik meg. Az átfutási idő az ügyfél szerint a megrendelés leadásával kezdődik. Az átfutási idő pedig nem kizárólag gyártási idő. Ha egy alkatrész megmunkálása három hetes feldolgozási időt vesz igénybe, de az adminisztratív tevékenység két hétig tart, akkor a vállalkozásnak őszintének kell lennie önmagával és az ügyfelekkel szemben, és öt hetes átfutási időt kell megadnia. A fémmegmunkáló eszközök szállítói, többek között a Seco Tools is, olyan szerszámkészlet-kezelő, szerszámazonosító és gyártásellenőrző rendszereket kínálnak, amelyek lehetővé teszik, hogy a műhelyszemélyzet nyomon követhesse az ügyfeleknek végzett munkát, és maximalizálhassa annak lehetőségét, hogy a műhely tartani tudja a kitűzött átfutási időt és biztosítani tudja az ügyfél-elégedettséget. (Lásd a Kiegészítést.)

Hulladék és mérés
A hatékony gyártás minimálisra csökkenti az elpazarolt időt, energiát és nyersanyagot. A megmunkáláskor keletkezett hulladék, például forgács, forgácsolóolaj és hűtőfolyadék kérdése összetett. A gyártók a hulladékképződést hagyományosan a folyamat elkerülhetetlen eredményének tekintik, és úgy vélik, hogy azt nehéz megváltoztatni, így az minimális. A megmunkálási iparág nagy részének hozzáállása az, hogy „így mennek a dolgok, ez pusztán egy dolog, amivel foglalkozni kell”.

A hulladék minimálisra csökkentése és az erőforrások megőrzése a munkadarab anyagjellemzőinek és a megmunkálási folyamatoknak az alapos megértését igényli. Ennek megértése magában foglalja a folyamatok tényezőinek pontos mérését, hogy pontosan meghatározhatók legyenek a tevékenységek, és azoknak pontosan mik az eredményei. A valódi pontosság kizárja a számok kerekítését; a kerek számok általában a folyamat nem megfelelő megértését jelzik, és a változások végrehajtásakor meggátolják az eredmények megfelelő értelmezését. Ha egy műhely azt állítja, hogy gyártási hatékonysága „60% feletti”, akkor az 61%-os vagy 95%-os? Mindkettő meghaladja a 60 százalékot. Hasonlóan a „200 m/perc körüli” vágási sebesség sem megbízható információ. A sebesség a valóságban 195 m/perc vagy 206 m/perc, nem pedig egy becsült kerek szám.

Az egyik esetben a műhely tulajdonosa meg volt győződve arról, hogy üzeme a megmunkáláshoz rendelkezésre álló idő 70 százalékát (ami egy kerek szám) használta fel. A gondos mérés azonban megállapította, hogy a tényleges kihasználtság csak 34 százalékos volt. Egyszerűen fogalmazva, az adott üzem három gépe közül csak az egy működik, a másik kettő tétlen. Így az üzlettulajdonos fegyelmezetlen mérése (becslése) lényegében értéktelennek bizonyult.

Munkabér és fenntarthatóság
A globális munkaerőköltségekkel kapcsolatos fenntarthatóság elemzése során a munkatermelékenység értékeléséből ki kell zárni a bérköltségeket. A munkatermelékenység egyenlő a termelési forgalom, mínusz a vásárolt áruk és szolgáltatások költségei, osztva az alkalmazottak számával, osztva egységnyi idővel.



Figure 1:
HQ_ILL_Labor Productivity.jpg

Ez a képlet a munkatermelékenységet méri a munkaerőköltségek befolyásoló hatása nélkül, és lehetővé teszi a munkatermelékenység érvényes összehasonlítását az eltérő bérszintű országok vagy vállalkozások között. Egy nyugati országban például egy szakképzett gépkezelő fizetése tízszer akkora lehet, mint egy alacsonyabb bérszintű ország gépkezelőjének fizetése, de ez a különbség nem jelent tényleges termelékenységet. Lehetséges, hogy egy alacsony bérszintű országban 10 gépkezelő kevesebb és gyengébb minőségű alkatrészt állít elő, mint a nyugati ország gépkezelője.

Ha azonban az alacsonyabb bérszintű országban a tényleges munkatermelékenység (a fent leírtak szerint) a nyugati országéval azonos szinten van, akkor a nyugati országban a gazdaságilag fenntartható termelékenység eléréséhez innovatív technológiai és termelési módszerekre, valamint a gyártószemélyzet folyamatos képzésére van szükség.

A magas munkatermelékenység azt jelzi, hogy a gyártószemélyzet tökéletesen tisztában van az elvégzett munkával, és átfogó ismeretekkel és készségekkel rendelkezik. Ez lehetővé teszi számukra a gyorsabb munkavégzést, teljes szakértelmük kiaknázását és a munkával való magasabb elégedettséget. A szakképzett gépkezelő számára frusztráló, ha váratlan események következnek be. Ez napjaink kisszériás gyártása során gyakran előfordul, mivel a termékek és a kis tételméretek nagyon gyorsan változnak. A szakképzett és átfogóbb szakértelmű gépkezelők azonban gyorsan kiigazíthatják a műveleteket a szűk keresztmetszetek és más zavaró események leküzdése érdekében.

Megbízható folyamatok
A fenntartható megmunkálási folyamat megbízható és kiszámítható, és minimálisra csökkenti az energiapazarlást. A megbízhatatlan folyamatok a munkadarabok újramegmunkálásához vagy selejtezéséhez, illetve a visszadobott munkadarab előállításához felhasznált nyersanyag, energia és munka pazarlásához vezetnek.



Figure 2:
HQ_ILL_Next Step Streams In And Around A Machining Process.jpg

Hasonlóképpen, a fenntarthatóság szempontjából a folyamatban lévő munka (WIP) lényegében hulladék. Gazdasági szempontból a WIP anyagi veszteséget, időveszteséget és elpazarolt alapterületet jelent. Emellett mindig fennáll annak a lehetősége, hogy egy tárolt félkész munkadarab a logisztikai rendszeren való végighaladása során sérülhet. Ennek megfelelően a műhelynek a WIP értékét a lehető legkisebbre kell korlátoznia.

Energiafogyasztás csökkentése
A történelem során a gyártóipar több lehetőséget talált arra, hogy kevesebb energiával több eredményt érhessen el. Az 1980-as évek elején például számos műhelynek voltak 70 vagy annál több kilowatt teljesítményű gépei. Napjaink 7 kW teljesítményű marógépei olyan termelékenységet biztosítanak, amely az említett gépeknél tízszer nagyobb teljesítményű. A fenntartható megmunkálási folyamat minimálisra csökkenti a köbmilliméterenkénti eltávolított anyagra jutó energiafelhasználást. Az energiafogyasztás minimalizálása automatikusan csökkenti az energiapazarlást, ami a megmunkálást környezetbarátabbá teszi.

Hatékonyság maximalizálása
A 3. ábra egy öttengelyű megmunkáló központ egy napi elektromos energiafogyasztását mutatja. (Ezek az adatok csak egy gépre vonatkoznak és tájékoztató jellegűek.) Meglepő módon nem a főorsó használja fel a gép által felhasznált energia nagy részét. A főorsó és a tengelymeghajtó motorok általában az energia 30%-át használják fel, míg a különböző hűtőrendszerek a 44%-át, a maradékot pedig a szivattyúk, transzformátorok, gépvezérlők és más rendszerek. Következésképpen, ha a gép nem végez forgácsolást, a gép egyéb rendszerei továbbra is energiát fogyasztanak.



Figure 3:
HQ_ILL_Consumption Of Electrical Energy Of Atypical CNC Milling Machine In HMLV Production.jpg

A hatékony energiafelhasználás jelentősen növelheti a termelékenységet, és az energiafogyasztás összességében csak minimális mértékben növekszik. Egy esetben egy alkatrész tényleges megmunkálása egy órát vesz igénybe. Ha a programozás, a beállítás és a várakozási idő hat órát vesz igénybe, a gép nyolc óra alatt két alkatrészt állít elő. Amikor a gép forgácsol, az energiafogyasztás 100%-nak, vagy névlegesen egy egységnek tekinthető. A forgácsolási művelet az energia 20%-át használja fel, így ha a gép nem forgácsol, akkor az energiaegység 80%-át használja fel. Ezért a napi teljes energiafogyasztás 6,8 egység, míg a gép két alkatrészt állít elő.

A második forgatókönyv a folyamat elemzését követi, különös figyelmet fordítva az időpazarlás kiküszöbölésére. Az elemzés lehetővé teszi az üresjárati idő 5 órára történő csökkentését, ami 16,5%-os csökkentést jelent. Most három óra forgácsolási idő áll rendelkezésre, ami lehetővé teszi három alkatrész legyártását. A napi teljes energiafogyasztás 7 egység, ami 3 százalékkal több, mint az első esetben.

Egy munkadarab előállítása az első esetben 3,4 energiaegységet, míg a második esetben minden munkadarab előállítása 2,2 egységnyi energiát igényel. A munkadarabra vetített energiafogyasztás a második esetben a napi energiafogyasztás 3%-os növekedése mellett 36%-kal csökken. Ha az első esetben három munkadarabot állít elő, akkor a gépnek hosszabb ideig kell működnie, és több energiát kell felhasználnia. A fenntartható megmunkálás nem feltétlenül a kisebb energiafogyasztásról szól, inkább arról, hogy a felhasznált energiával minél több tevékenység legyen elvégezhető.

Összegzés
A gyártók régóta törekednek a gazdasági fenntarthatóságra a versenyképes árú, kiváló minőségű termékek megmunkálásával, amelyek lehetővé teszik számukra üzleti vállalkozásuk támogatását és fenntartását. A gazdasági fenntarthatóság számos összetevőből áll, de az összetevők általában alapvetőek és egyértelműek. Ezek többsége reális, őszinte és pontos értékelést, és a teljes gyártási folyamat minden területén a hulladék kizárását jelenti.

A gazdasági fenntarthatóság elérése érdekében a gyártók olyan kérdésekkel foglalkoznak, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy műveleteiknek a környezetre gyakorolt hatását is kezeljék és csökkentsék, valamint hogy globális értelemben fenntarthatóvá tegyék őket.

(Kiegészítés)
Mérés és fenntarthatóság
A technológiai tényezők és berendezések megszervezése és mérése jelentős lépés a hulladék kiküszöbölése és a fenntartható megmunkálási folyamatok megvalósítása felé. Annak érdekében, hogy pontosan tudjuk, hol jelentkezik idő- és energiapazarlás, a műhelyszemélyzetnek határozott számú tényező alapján kell dolgoznia, nem pedig becslések alapján, kerekített számok ismeretében.

A legalapvetőbb szinten a gyártó személyzetnek ismernie kell a rendelkezésre álló szerszámokat, valamint azt, hogy azok hol találhatók az üzemben. Ha ez az információ nem áll rendelkezésre, a műhelyszemélyzet becslésekre, feltevésekre kezd hagyatkozni és a szerszámokat keresnie kell. A helyzet műhelyvadászatként írható le. Az alkalmazottak tudják, hogy a szerszámok megtalálhatók a műhelyben, de nem tudják pontosan, hogy hol.

A Seco Tools szerszámazonosító és -kezelő rendszereket biztosít, amelyek célja a műhelyvadászat kiküszöbölése. A Seco készletkezelő rendszere például egy sokoldalú, ipari minőségű elemzőrendszer, amely teljes mértékben az üzem termelési folyamatába integrálható. Miután egy adott üzem szerszámigényeihez konfigurálták, a készletkezelés automatikusan átfogó jelentést nyújt a szerszámhasználat nyomon követéséhez és az esetleg problémát okozó szabálytalanságok feltérképezéséhez.

Az is alapvető fontosságú, hogy a gyártási folyamat során helyesen azonosítsuk az szerszámokat. A vizuális és tapintási azonosítás elégtelen lehet, ha számos hasonló szerszámról van szó. A Seco Tools és az IDEM partneri megállapodást kötött egy olyan digitális szerszámazonosító rendszer kifejlesztésére, amely rádiófrekvenciás azonosító (RFID) címkéket és egy Bluetooth címkeolvasót tartalmaz. A rendszer lehetővé teszi a kezelők számára, hogy egy natív iOS vagy Android alkalmazás segítségével azonnal kapcsolódjon egy több mint 900 000 szerszámot tartalmazó adatbázishoz. Az átfogó információk közé tartozik a szerszámspecifikáció és a szerszámelőzmények kezelése, valamint egyéb jellemzők, mint például a csoportos kommunikációs képesség az észrevételek és a projektrészletek több résztvevő közötti megosztására. A műhelyszemélyzet ugyanazt az RFID-technológiát használhatja a mérőeszközök és egyéb műhelyelemek azonosítására.

A valós idejű gépfelügyelet támogatja a gazdasági fenntarthatóságot, mivel lehetővé teszi a megmunkálások folyamatos nyomon követését. Ami a gazdasági fenntarthatóság ügyfél-elégedettségi elemét illeti, a nyomon követés lehetővé teszi a műhelyszemélyzet számára, hogy azonnal tájékoztassák az ügyfelet a rendelés munkafázisáról és a leszállítás időpontjáról.

A Seco gépfelügyelet megvalósítása érdekében a Seco Tools partneri megállapodást kötött az ipari internetre kötött dolgok (Industrial Internet of Things - IIoT) gépi platformot gyártó MachineMetrics vállalattal. A gépfelügyelet Ethernet, Wi-Fi és mobil kommunikációt tartalmaz a gép eszközvezérlő és vezérlőeszközére történő csatlakozása során. A digitális és analóg I/O konfigurálása és kezelése webes felületen keresztül történik. A felhőalapú rendszer használata egyszerű, teljes mértékben testreszabható és gyorsan telepíthető. A rendszer rögzíti a megmunkálási adatokat, és olyan gyártási elemzést biztosít, amely segít a felhasználónak megismerni a munkafolyamatot, és javítja a szerszámhasználat és -kapacitás minőségét. Lehetővé teszi továbbá a Seco forgácsolószerszám információs adatbázissal való együttműködést, hogy a felhasználók javíthassák folyamataikat, és teljes mértékben kihasználhassák a szerszám élettartamára, a sebesség és előtolás optimalizálására és a szerszámtörésre vonatkozó információkat.



Figure 4:
HQ_ILL_Seco Tools Digital Offering.jpg

Szerzők:
Patrick de Vos, a Seco Consultancy üzletfejlesztési vezetője és műszaki oktatási vezetője

  További információkért kérem forduljon …