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生产效率意味着按时交货和客户满意
2020-2-16  来源:山高刀具(上海)有限公司   作者:Patrick de Vos
 
       机加工车间力求以最高效的方式交付满足客户质量要求的零件。传统上,制造企业以投资回报率来衡量效率。衡量成功的标准是持续不断地加工成千上万的零件,并且保持一台或多台机床的 稳定产量。如果满足这些条件,那么制造零件的机床被认为是高效的。
  
       如今,制造商越来越多地执行多品种/小批量的生产方案来满足各种不同的客户需求。批次大小可能从数百件 到数件不等。然而,即使车间的所有机床日夜不停地运转,客户仍可能需要排起长龙,翘首以待他们订购的零 件。大批量生产策略与小批量生产方案的灵活性和复杂计划要求相矛盾。
  
       在当前的制造环境中,生产效率意味着在以下两方面之间实现灵活的平衡:最大限度提高产量与按时履行各种 不同的个体客户订单。理想结果为:按时交货,客户满意。
  
       质量控制
  
       在平衡产量和需求的同时,制造商必须确保产品质量。处理质量不合格的零件将会打乱生产计划,耗费时间和 金钱,并且造成交货延期。无序的生产计划会导致生产停工,机床闲置,同时为了处理停工所造成的不可预见 的问题,车间的劳动力成本也会成倍增加。
  
       制造业的工件质量一般是指满足零件尺寸和表面粗糙度要求。质量的另一种衡量标准,即按时交货,可以称 为“流程质量”。制造商必须严格控制生产流程,确保计划的生产时间足以完成工作,并在承诺的期限内将产 品交付给客户。
  
  
       客户满意 VS 利润收入 
  
       车间的机床可以昼夜不停地运转,但如果不能按时交货,客户会失望并不再购买车间的产品,车间就会停工。 尽管让客户满意是首要目标,但仅关注客户满意度可能会危及车间的盈利能力。关注客户无疑是至关重要的, 但制造商必须最大限度地利用自身的设备,同时还要满足客户的零件数量、质量要求和交货要求。
  
       承诺和计划 
   
       成功的制造涉及到制造企业中多个团队的相互协调。一个团队负责在客户订购零件时,向客户作出一些关于成本、质量和交货时间的承诺。企业中的其他团队,包括设计、采购、车间工人和管理人员,负责确保这些承诺 得以遵守。
  
       不同的团队对效率的看法有所不同。加工人员希望优化单个加工流程以获得最大产量。技术加工流程之外的其 他团队关注的重点是提高系统的整体性能。他们分析整体设备效能 (OEE)、劳动生产率等问题。
  
       效率的核心 
  
       如果用基本生物学术语来描述制造效率,那么任何生产作业的核心(心脏)都是加工流程。虽然身体的心脏是 不可或缺的,但它本身并不起作用。除了心脏外,系统还包括大脑和身体的其余部分。
  
       在制造业,如果说“心脏”是加工技术,那么“身体”就是包括工程、业务计划和管理在内的整个制造组织。 组织的“大脑”是负责协调系统所有要素的人员。然而,大脑不能简单地让心脏加速跳动,就像一个人不能仅 仅通过认为心跳会加快来控制自己的心跳一样。同样,从理性的角度来看,加工流程并非总是可控的。
  
       在当今的数字技术和工业物联网 (IIoT) 领域,人们(特别是年轻人)希望掌握有关控制加工流程的答案和明 确规则。然而事实是,在许多情况下,并没有合理的规则,人们必须接受、应对和解决加工中出现的意外问题。
  
  
       意外问题和技术不熟练的工人 
  
       在理想状况下,车间工人拥有丰富的知识、技能和经验来处理加工流程中出现的意外问题。然而,许多车间管 理人员表示很难去培养一支技术精湛的员工队伍。尽管培训可以弥补技术工人的知识短缺,但员工缺乏学习新 技能的积极心态,因此这类培训常常徒劳无功。车间管理人员反映,员工往往认为自己掌握的技能足以应对工 作,不需要额外的培训。(见附注)
  
       总制造时间
  
       分析车间的效率并消除浪费通常可以获得额外的加工时间,从而更灵活、更快地响应客户的需求。制造一个零 件所需的总时间是许多环节的总和,包括实际加工时间、刀具装卸、工件操控、质量检查、计划外问题、等待 过程、管理任务等等。
  
       有些环节是必不可少的,例如换刀和工件操控。除了必要的流程外,车间还需要花时间处理不可预见的情况, 例如生产计划变更、质量问题和等待缺少的刀具或工件材料。
  
       在一份案例中,一个车间审查了加工某个零件所涉及的许多不同环节,以确定每个环节消耗的时间量(图 3)。 实际加工时间占总生产时间的 15%,机床装夹和等待过程消耗了四分之一的时间,而计划外问题,例如缺少或 延迟获取刀具或为清除过长的切屑而停工,则占 25% 的时间。通过减少计划外问题、机床装夹时间、刀具装 卸、等待和管理所需的时间,实际加工时间增加到总时间的 50%(图 4)。增加的时间为车间提供了更大的灵 活性,可使加工操作与客户的具体作业要求相匹配。
  
  
  
       省时措施的不可预见影响 
  
       在进行与上述类似的省时调查后,另一个车间把主轴有效切削零件的时间延长了三倍。不过,该车间发现,零 件产量并没有得到三倍的回报。
  
       通过进一步的研究,车间发现了导致该现象的一些问题。一个主要问题是,原来的加工时间包括机外去毛刺。 省时措施指出,在机床本身上可以更高效地去毛刺。但是,当把机外去毛刺作业移到机床上执行时,主轴的整 体运行时间因执行去毛刺作业而增加了。这种情况表明,在一个方面节省时间可能会导致在另一个方面增加时 间消耗,或导致效率显著下降。 
  
       因此必须考虑与整个制造流程相关的操作变化。这是一个难以达成的平衡,除了尽可能有效地利用可用的时间 外,没有任何通用的规则。
  
       改变计划
  
       要实现出色的效率和灵活性,需要不断地适应日益变化的生产需求。改变通常源于外部因素,例如客户修改产 品设计或更改所需的零件数量。制造车间必须根据需要改变自身的计划,但这可能会扰乱车间的整体计划,导 致生产混乱无序,进而引发更严重的生产中断。
  
       当生产计划混乱无序时,一些车间会随意地安排工件加工,他们在任何可用的机床上开展生产,并造成诸多问 题。这种情况会变成恶性循环。一旦出现计划问题,它们便会像病毒一样蔓延。轻微的干扰很快就会演变成严 重的混乱。就像人体病毒一样,这种破坏是难以解决的。
  
       备用产能选项 
  
       有效提高车间效率和灵活性的一种方法是增加备用加工产能。备用产能的概念对于大多数车间来说是陌生的, 车间的财务部门可能会支持投资新的加工产能,但要求新的设备不能闲置。他们把机床视为一两百万欧元(或 美元)的投资,无法容忍斥巨资采购的设备只是作为备用产能,并且这些设备可能会闲置不用,只是偶尔投入 生产。但实际上,备用产能确实起到了一些重要的作用:确保让客户满意。这是一种有用的备份,可以提高车 间的灵活性,并且便于车间处理一些不可预见的问题。
  
       某些情况下,车间会使用自身的设备,而不是购买备用机床,直到车间因不堪重负而求助于分包商。但是,如 果该分包商同样面临工作量过大、人员不足的问题,那么责任就会转移到另一方。由于购买的设备最多就是偶 尔使用一下,因此很难说服车间建立备用产能。
  
       长交货期 VS 按时交货
  
       按时交货的压力可能会增加实际生产时间。如果在正常条件下完成一份制造订单需要一周的时间,但客户希望 得到按时交货的绝对保证,那么车间可能规定提前两周交货,以提供时间缓冲。另一种情况是,如果客户要求 车间在某个日期之前提供一个成品工件,车间可能会启动两个工件的生产,以备在第一个工件出现意外情况时 使用第二个工件。这些临时做法无谓地消耗了生产时间且增加了费用,并且导致实际交货时间越出了正常交货 时间。
  
       多功能方案 
  
       另一种可以提高车间效率和灵活性的方法是,采用多功能机床和托盘共用系统实现生产的自动化,不过这种方 法成本较高。车间可以快速地将自动化单元从一个作业转换到另一个作业,并使用托盘来构建和存储未来的装 夹工具。可以围绕一台多功能机床构建此类系统,该系统由多个工件托盘包围,并附有一个包含多种刀具的刀 具库,并且所有工作都由一个机械手完成。在这种配置中,白班工人可以装夹用于加工各种零件的机床和托盘, 而夜班工人可以生产这些零件。然而,这种解决方案有些昂贵,并非每家公司都能负担得起。
  
       多功能方案的障碍 
  
       多功能方案在组织方面的障碍是工厂通常仅会根据功能来安排机床,例如建立单独的铣削部门、车削部门等。 在许多情况下,最好将机床安排到多个制造单元内,使得每组机床都具有某些加工能力,适合加工一组或一系 列特定的工件。简单地按功能对机床分组也有助于车间工人(例如车床操作工或铣床操作工)以有限的方式描 述自己的加工。培训操作工时,应着眼于多重任务的培训,让其能够操作不同类型的机床,从而使车间可以灵 活地平衡自身的内在产能问题。
  
       总结 
  
       要提升当今制造业的效率,除了寻找最佳的零件加工方法外,还应高度重视客户满意度。制造商必须始终致力 于在按时交货与盈利需求之间取得良好的平衡。除了优化加工操作外,制造商还应注意零件和工艺质量等问题, 从整个制造企业的角度进行生产规划,并持续分析消耗加工时间的因素,从而大幅度增加零件的加工时间,提 高灵活性和效率。
  
       (附注) 
  
       支持高效制造理念 
  
       制造策略的演变对加工人员提出了一系列新的挑战。高度自动化的机床、直观的软件和先进的刀具减少了加工 人员的工作量。然而,在这种先进制造技术的环境下,一些制造人员对自己的工作技能比较自负。
  
       许多车间管理人员发现,一些员工在接受工作培训时并不认真,他们觉得自己有足够的技能来应对日常工作。 这些员工缺乏在新的制造环境中成长和进步所需的心态。
  
       在佛兰德斯,人们用这样一句谚语来描述这种心态:“如果猫头鹰不能或不愿意读书,给它一支蜡烛和一副眼 镜是没有用的。”与美国这句谚语如出一辙的是,“牵马到河易,强马饮水难。”事实上,工厂一般都会为员 工提供一切便利措施来帮助他们实现目标,但如果员工自身不想参与,那么这种努力是徒劳的,这在世界任何 地方都一样。
  
       在如今大多数机加工车间里,硬件、刀具和加工程序都普遍存在,而且功能强大。因此,员工成为制造效率的 关键要素。除了具有前瞻性思维外,如今需要的一项特殊技能是能够读懂加工流程 — 不是通过使用计算机, 而是通过站在机床旁聆听和观察加工流程。
  
       一般来说,观察流程就能了解加工状态,就像一个人可以倾听自己的内心,感受它是好是坏一样。这种意识不 是用公式计算出来的。了解加工环境中应注意的问题和有利因素是非常重要的。山高提供多种形式的技术培训、 加工知识和支持服务。当车间员工拥有正确的心态时,山高会帮助他们学习并运用所需的知识,从而取得成功。
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