כיצד בתי מלאכה לעיבוד שבבי מרוויחים מחיתוך בלייזר

תמחור המבוסס על זמן חיתוך בלייזר בלבד יכול להוביל להזמנות ייצור, אך יכול גם להיות פעילות הפסדית, במיוחד כאשר שולי הרווח של יצרן יריעות המתכת נמוכים.
כשמדובר באספקה ​​בתעשיית המכונות, אנחנו בדרך כלל מדברים על הפרודוקטיביות של מכונות. כמה מהר חנקן חותך פלדה בחצי אינץ'? כמה זמן לוקח פירסינג? קצב התאוצה? בואו נעשה מחקר זמן ונראה איך נראה זמן הביצוע! אמנם אלו נקודות התחלה מצוינות, אבל האם הם באמת משתנים שאנחנו צריכים לקחת בחשבון כשחושבים על נוסחת ההצלחה?
זמן פעולה הוא בסיסי לבניית עסק לייזר טוב, אבל אנחנו צריכים לחשוב על יותר מאשר רק כמה זמן לוקח לצמצם את העבודה. הצעה המבוססת אך ורק על צמצום זמן יכולה לשבור את הלב, במיוחד אם הרווח קטן.
כדי לחשוף עלויות נסתרות פוטנציאליות בחיתוך לייזר, עלינו לבחון את צריכת העבודה, זמן הפעילות של המכונה, עקביות בזמן האספקה ​​ובאיכות החלקים, כל עיבוד חוזר פוטנציאלי וצריכת חומרים. באופן כללי, עלויות החלקים מתחלקות לשלוש קטגוריות: עלויות ציוד, עלויות עבודה (כגון חומרים שנרכשו או גז עזר משומש) ועבודה. מכאן, ניתן לפרק את העלויות לאלמנטים מפורטים יותר (ראה איור 1).
כאשר אנו מחשבים את עלות העבודה או את עלות החלק, כל הפריטים באיור 1 יהיו חלק מהעלות הכוללת. הדברים נהיים מעט מבלבלים כאשר אנו מתחשבים בעלויות בעמודה אחת מבלי להתחשב כראוי בהשפעה על העלויות בעמודה אחרת.
הרעיון של ניצול מרבי של חומרים אולי לא יעורר השראה באף אחד, אבל עלינו לשקול את יתרונותיו מול שיקולים אחרים. כשמחשבים את עלות החלק, אנו מגלים שברוב המקרים, החומר תופס את החלק הגדול ביותר.
כדי להפיק את המרב מהחומר, נוכל ליישם אסטרטגיות כמו חיתוך קולינארי (CLC). חיתוך CLC חוסך בחומר ובזמן חיתוך, מכיוון ששני קצוות של החלק נוצרים בו זמנית בחיתוך אחד. אך לטכניקה זו יש כמה מגבלות. היא תלויה מאוד בגיאומטריה. בכל מקרה, חלקים קטנים הנוטים להתהפך צריכים להיות מורכבים יחד כדי להבטיח יציבות התהליך, ומישהו צריך לפרק את החלקים הללו ואולי להסיר מהם שבבים. זה מוסיף זמן ועבודה שאינם באים בחינם.
הפרדת חלקים קשה במיוחד כשעובדים עם חומרים עבים יותר, וטכנולוגיית חיתוך לייזר מסייעת ליצור תוויות "ננו" בעובי של יותר ממחצית עובי החיתוך. יצירתן אינה משפיעה על זמן הריצה מכיוון שהקורות נשארות בחיתוך; לאחר יצירת לשוניות, אין צורך להכניס מחדש חומרים (ראה איור 2). שיטות כאלה עובדות רק על מכונות מסוימות. עם זאת, זוהי רק דוגמה אחת להתקדמות אחרונה שכבר אינה מוגבלת להאטת דברים.
שוב, CLC תלוי מאוד בגיאומטריה, כך שברוב המקרים אנו מבקשים להפחית את רוחב הרשת בקן במקום לגרום לה להיעלם לחלוטין. הרשת מתכווצת. זה בסדר, אבל מה אם החלק נוטה וגורם להתנגשות? יצרני מכונות מציעים פתרונות שונים, אך גישה אחת הזמינה לכולם היא הוספת היסט זרבובית.
המגמה של השנים האחרונות היא לצמצם את המרחק מהנחיר לחומר העבודה. הסיבה פשוטה: לייזרי סיבים הם מהירים, ולייזרי סיבים גדולים הם באמת מהירים. עלייה משמעותית בפריון דורשת עלייה בו זמנית בזרימת החנקן. לייזרי סיבים רבי עוצמה מאיידים וממיסים את המתכת בתוך החיתוך הרבה יותר מהר מאשר לייזרי CO2.
במקום להאט את המכונה (מה שיהיה לא יעיל), אנו מתאימים את הפיה לחומר העבודה. זה מגביר את זרימת גז העזר דרך החריץ מבלי להגביר את הלחץ. נשמע כמו פתרון מנצח, אלא שהלייזר עדיין נע מהר מאוד והנטייה הופכת לבעיה גדולה יותר.
איור 1. שלושה תחומים עיקריים המשפיעים על עלות החלק: ציוד, עלויות תפעול (כולל חומרים המשמשים וגז עזר) ועבודה. שלושת אלה יהוו חלק מהעלות הכוללת.
אם לתוכנית שלך יש קושי מיוחד בהיפוך החלק, הגיוני לבחור בטכניקת חיתוך המשתמשת בהיסט גדול יותר של הפיה. האם אסטרטגיה זו הגיונית תלויה ביישום. עלינו לאזן בין הצורך ביציבות התוכנית לבין העלייה בצריכת גז עזר שמגיעה עם תזוזה הגדלה של הפיה.
אפשרות נוספת למניעת התהפכות חלקים היא השמדת ראש הנפץ, שנוצר באופן ידני או אוטומטי באמצעות תוכנה. וכאן שוב אנו ניצבים בפני בחירה. פעולות השמדת ראשי החלקים משפרות את אמינות התהליך, אך גם מגדילות את עלויות הצריכה ומאטות את התוכניות.
הדרך ההגיונית ביותר להחליט האם להשתמש בהרס slug היא לשקול הפלת פרטים. אם זה אפשרי ואיננו יכולים לתכנת בבטחה כדי למנוע התנגשות פוטנציאלית, יש לנו מספר אפשרויות. אנחנו יכולים לחבר חלקים עם מיקרו-תפסים או לחתוך חתיכות מתכת ולתת להם ליפול בבטחה.
אם פרופיל הבעיה הוא כל הפרט עצמו, אז באמת אין לנו ברירה אחרת, אנחנו צריכים לסמן אותו. אם הבעיה קשורה לפרופיל הפנימי, אז צריך להשוות את הזמן והעלות של תיקון ושבירת גוש המתכת.
כעת השאלה הופכת לעלות. האם הוספת תגיות מיקרו מקשה על חילוץ חלק או בלוק מקן? אם נהרוס את ראש הנפץ, נאריך את זמן הריצה של הלייזר. האם זול יותר להוסיף עבודה נוספת לחלקים נפרדים, או שזול יותר להוסיף זמן עבודה לתעריף השעתי של המכונה? בהתחשב בתפוקה השעתית הגבוהה של המכונה, זה כנראה תלוי בכמה חלקים צריך לחתוך לחתיכות קטנות ובטוחות.
עבודה היא גורם עלות עצום וחשוב לנהל אותו כשמנסים להתחרות בשוק בעלויות עבודה נמוכות. חיתוך בלייזר דורש עבודה הקשורה לתכנות ראשוני (אם כי העלויות מופחתות בהזמנות חוזרות לאחר מכן) כמו גם עבודה הקשורה להפעלת המכונה. ככל שהמכונות אוטומטיות יותר, כך נוכל לקבל פחות משכר השעה של מפעיל הלייזר.
"אוטומציה" בחיתוך לייזר מתייחסת בדרך כלל לעיבוד ומיון של חומרים, אך ללייזרים מודרניים יש גם סוגים רבים נוספים של אוטומציה. מכונות מודרניות מצוידות בהחלפת זרבובית אוטומטית, בקרת איכות חיתוך אקטיבית ובקרת קצב הזנה. זוהי השקעה, אך החיסכון בעבודה הנובעת מכך עשוי להצדיק את העלות.
תשלום שעתי של מכונות לייזר תלוי בפריון. דמיינו מכונה שיכולה לעשות במשמרת אחת את מה שבעבר דרש שתי משמרות. במקרה זה, מעבר משתי משמרות למשמרת אחת יכול להכפיל את התפוקה השעתית של המכונה. ככל שכל מכונה מייצרת יותר, אנו מפחיתים את מספר המכונות הנדרשות כדי לבצע את אותה כמות עבודה. על ידי צמצום מספר הלייזרים בחצי, נחצית את עלויות העבודה.
כמובן, חיסכון זה ילך לאיבוד אם הציוד שלנו יתברר כלא אמין. מגוון טכנולוגיות עיבוד מסייעות לשמור על חיתוך לייזר תקין, כולל ניטור מצב המכונה, בדיקת זרבובית אוטומטית וחיישני תאורת סביבה המזהים לכלוך על זכוכית המגן של ראש החיתוך. כיום, אנו יכולים להשתמש בבינה של ממשקי מכונה מודרניים כדי להראות כמה זמן נותר עד לתיקון הבא.
כל התכונות הללו מסייעות להפוך היבטים מסוימים של תחזוקת מכונות לאוטומטיים. בין אם אנו בעלי מכונות עם יכולות אלו או מתחזקים את הציוד בדרך הישנה והטובה (עבודה קשה וגישה חיובית), עלינו להבטיח שמשימות התחזוקה יושלמו ביעילות ובזמן.
איור 2. ההתקדמות בחיתוך בלייזר עדיין מתמקדת בתמונה הגדולה, לא רק במהירות החיתוך. לדוגמה, שיטה זו של ננו-הדבקה (חיבור שני חלקי עבודה שנחתכו לאורך קו משותף) מאפשרת הפרדת חלקים עבים יותר.
הסיבה פשוטה: מכונות צריכות להיות במצב תפעולי מעולה כדי לשמור על יעילות ציוד כוללת גבוהה (OEE): זמינות x פרודוקטיביות x איכות. או, כפי שאומר אתר oee.com: "[OEE] מגדיר את אחוז זמן הייצור היעיל באמת. OEE של 100% פירושו 100% איכות (חלקים איכותיים בלבד), 100% ביצועים (הביצועים המהירים ביותר) ו-100% זמינות (ללא זמן השבתה)." השגת 100% OEE היא בלתי אפשרית ברוב המקרים. הסטנדרט בתעשייה מתקרב ל-60%, אם כי OEE טיפוסי משתנה בהתאם ליישום, מספר המכונות ומורכבות הפעולה. כך או כך, מצוינות ב-OEE היא אידיאל שכדאי לשאוף אליו.
דמיינו שאנו מקבלים בקשת הצעת מחיר עבור 25,000 חלקים מלקוח גדול ומוכר. הבטחת ביצוע חלק של עבודה זו יכולה להשפיע באופן משמעותי על הצמיחה העתידית של החברה שלנו. לכן אנו מציעים 100,000 דולר והלקוח מסכים. אלו חדשות טובות. החדשות הרעות הן ששולי הרווח שלנו קטנים. לכן, עלינו להבטיח את רמת ה-OEE הגבוהה ביותר האפשרית. כדי להרוויח כסף, עלינו לעשות כמיטב יכולתנו כדי להגדיל את האזור הכחול ולהקטין את האזור הכתום באיור 3.
כאשר שולי הרווח נמוכים, כל הפתעה עלולה לפגוע ברווחים או אפילו לבטל אותם. האם תכנות לקוי יהרוס את הפיה שלי? האם מד חיתוך פגום יזהם את זכוכית הבטיחות שלי? יש לי השבתה לא מתוכננת ונאלצתי להפסיק את הייצור לצורך תחזוקה מונעת. כיצד זה ישפיע על הייצור?
תכנות או תחזוקה לקויים עלולים לגרום לקצב הזנה צפוי (וקצב הזנה המשמש לחישוב זמן העיבוד הכולל) להיות נמוך יותר. זה מפחית את ה-OEE ומגדיל את זמן הייצור הכולל - אפילו מבלי שהמפעיל יצטרך להפסיק את הייצור כדי להתאים את פרמטרי המכונה. תגידו שלום לזמינות המכונית.
בנוסף, האם החלקים שאנו מייצרים אכן נשלחים ללקוחות, או שחלק מהחלקים נזרקים לפח האשפה? ציוני איכות גרועים בחישובי OEE יכולים ממש לפגוע.
עלויות ייצור בחיתוך בלייזר נלקחות בחשבון בפירוט רב יותר מאשר רק חיוב עבור זמן לייזר ישיר. מכונות הכלים של ימינו מציעות אפשרויות רבות שיעזרו ליצרנים להשיג את רמת השקיפות הגבוהה הדרושה להם כדי להישאר תחרותיים. כדי להישאר רווחיים, עלינו רק לדעת ולהבין את כל העלויות הנסתרות שאנו משלמים בעת מכירת ווידג'טים.
תמונה 3 במיוחד כשאנחנו משתמשים בשוליים דקים מאוד, אנחנו צריכים למזער את הכתום ולמקסם את הכחול.
FABRICATOR הוא מגזין עיבוד המתכת המוביל בצפון אמריקה. המגזין מפרסם חדשות, מאמרים טכניים ותולדות מקרים המאפשרים ליצרנים לבצע את עבודתם בצורה יעילה יותר. FABRICATOR משרתת את התעשייה מאז 1970.
גישה דיגיטלית מלאה ל-The FABRICATOR זמינה כעת, ומעניקה לכם גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
גישה דיגיטלית מלאה למגזין Tubing זמינה כעת, ומעניקה לכם גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
גישה דיגיטלית מלאה ל-The Fabricator בספרדית זמינה כעת, ומספקת גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
מיירון אלקינס מצטרף לפודקאסט The Maker כדי לדבר על המסע שלו מעיירה קטנה לרתך במפעל...