В современном машиностроении производительность оборудования напрямую влияет на себестоимость продукции, сроки выполнения заказов и прибыль предприятия. Даже высокотехнологичный станок с ЧПУ не гарантирует максимальную эффективность, если используются неоптимальные режимы обработки, неподходящий инструмент или отсутствует грамотная организация производственного процесса.
По оценкам производственных предприятий, от 20 до 40 % рабочего времени оборудования может теряться из-за длительных переналадок, ожидания заготовок, неправильного выбора режущего инструмента, неоптимальных программ обработки и незапланированных простоев.
Поэтому повышение производительности — это комплексная задача, включающая технические, организационные и технологические мероприятия.
В этой статье рассмотрим основные факторы, влияющие на эффективность оборудования, а также практические способы увеличить производительность без ущерба для качества обработки и ресурса станка.
Что такое производительность станка
Производительность станка — это количество деталей или объем обработанного материала, который оборудование способно изготовить за определенный промежуток времени при соблюдении требований к качеству.
Для оценки эффективности используют несколько показателей:
- количество деталей в час;
- время изготовления одной детали;
- коэффициент загрузки оборудования;
- время цикла обработки;
- коэффициент общей эффективности оборудования (OEE);
- процент времени простоя;
- себестоимость обработки одной детали.
На практике увеличение производительности не всегда означает повышение скорости резания. Во многих случаях больший эффект достигается за счет сокращения вспомогательного времени, автоматизации операций и оптимизации производственного процесса.
↑ К содержаниюЧто влияет на производительность оборудования
Производительность складывается из множества взаимосвязанных факторов.
Основные из них:
Режимы резания
Неправильно выбранная скорость резания или подача могут снизить производительность на десятки процентов. Слишком осторожные режимы увеличивают время обработки, а чрезмерно агрессивные — ускоряют износ инструмента и повышают риск брака.
Режущий инструмент
Современные твердосплавные инструменты с износостойкими покрытиями позволяют значительно увеличить скорость обработки и сократить количество замен.
Большое значение имеют:
- геометрия пластины;
- материал режущей части;
- качество покрытия;
- жесткость державки;
- балансировка инструмента.
Оснастка
Недостаточная жесткость приспособлений приводит к вибрациям, ухудшению качества поверхности и невозможности работать на высоких режимах резания.
Современная модульная оснастка сокращает время переналадки и повышает стабильность обработки.
Программы ЧПУ
Даже качественный станок не сможет работать эффективно при плохо оптимизированной управляющей программе.
Часто встречаются:
- лишние перемещения;
- неоптимальные траектории;
- большое количество холостых ходов;
- низкие ускорения;
- избыточные переходы между инструментами.
Оптимизация управляющих программ позволяет заметно сократить время цикла без каких-либо изменений оборудования.
Квалификация персонала
Даже самое современное оборудование требует грамотной настройки.
Опытный технолог способен:
- подобрать оптимальные режимы;
- сократить время переналадки;
- уменьшить расход инструмента;
- исключить брак;
- повысить загрузку оборудования.
Признаки низкой производительности
Многие предприятия сталкиваются с потерями, даже не подозревая об их истинных причинах.
Наиболее распространенные признаки:
- станок простаивает между операциями;
- оператор большую часть времени выполняет вспомогательные действия;
- инструмент быстро выходит из строя;
- высокая доля брака;
- частые переналадки;
- оборудование работает значительно ниже своих технических возможностей;
- производственный план регулярно не выполняется.
Если присутствуют несколько из перечисленных признаков, необходимо провести анализ технологического процесса.
↑ К содержаниюСпособ №1. Оптимизируйте режимы резания
Первое, с чего стоит начать повышение производительности, — это проверка режимов обработки.
На многих предприятиях используются параметры, установленные несколько лет назад. За это время могли измениться:
- инструмент;
- материал заготовки;
- программное обеспечение;
- возможности оборудования.
Даже небольшое увеличение скорости резания при сохранении стойкости инструмента позволяет значительно сократить время цикла.
Важно учитывать:
- скорость резания (Vc);
- подачу (f);
- глубину резания (ap);
- ширину обработки (ae);
- мощность шпинделя;
- жесткость технологической системы.
Оптимальный режим — это баланс между производительностью, качеством поверхности и сроком службы инструмента.
↑ К содержаниюСпособ №2. Используйте современный режущий инструмент
Экономия на инструменте часто приводит к противоположному результату.
Высокопроизводительный инструмент позволяет:
- увеличить скорость обработки;
- сократить количество проходов;
- повысить качество поверхности;
- уменьшить вибрации;
- увеличить стойкость режущих кромок;
- сократить время замены инструмента.
При выборе инструмента необходимо учитывать:
- материал заготовки;
- тип обработки (черновая, получистовая, чистовая);
- требования к точности;
- условия охлаждения;
- характеристики станка.
Правильно подобранный инструмент способен увеличить производительность без покупки нового оборудования.
↑ К содержаниюСпособ №3. Минимизируйте время переналадки
На многих производствах именно переналадки становятся основным источником потерь.
Сократить их продолжительность помогают:
- быстросменная оснастка;
- заранее подготовленные комплекты инструмента;
- автоматические измерительные системы;
- стандартные карты наладки;
- предварительная настройка инструмента вне станка.
На серийном производстве даже уменьшение времени переналадки на 10–15 минут может дать значительный прирост полезного времени работы оборудования в течение месяца.
↑ К содержаниюСпособ №4. Сократите время цикла обработки
Многие предприятия концентрируются исключительно на скорости резания, забывая, что значительная часть времени уходит на вспомогательные операции. Именно поэтому сокращение времени цикла часто дает больший эффект, чем увеличение скорости обработки.
Время цикла включает:
- установку и закрепление заготовки;
- смену инструмента;
- измерение детали;
- холостые перемещения;
- обработку;
- выгрузку готовой детали.
Даже если сама обработка занимает всего 5 минут, дополнительные операции могут увеличить общее время цикла до 8–10 минут. Оптимизация этих процессов позволяет повысить производительность без покупки нового оборудования.
Что можно сделать
- Использовать оптимизированные управляющие программы.
- Сократить количество смен инструмента.
- Исключить лишние холостые перемещения.
- Применять комбинированный инструмент.
- Выполнять несколько операций за один установ.
Практический пример
При обработке корпуса из стали время цикла составляло 18 минут. После оптимизации траекторий инструмента, уменьшения количества холостых ходов и объединения двух операций цикл сократился до 14 минут. При выпуске 120 деталей в месяц предприятие получило дополнительный производственный ресурс без покупки нового оборудования.
Способ №5. Используйте современные CAM-системы
Современные CAM-системы позволяют автоматически рассчитывать эффективные траектории обработки и значительно сокращать машинное время.
Преимущества:
- плавные траектории движения;
- постоянная нагрузка на инструмент;
- уменьшение вибраций;
- сокращение износа инструмента;
- повышение скорости обработки.
Особенно заметен эффект при обработке сложных пространственных поверхностей, пресс-форм, штампов и деталей авиационной промышленности.
↑ К содержаниюСпособ №6. Автоматизируйте загрузку и выгрузку деталей
На многих предприятиях станок простаивает в ожидании оператора.
Автоматизация загрузки позволяет использовать оборудование практически непрерывно.
Для этого применяются:
- роботизированные манипуляторы;
- портальные загрузчики;
- автоматические податчики прутка;
- паллетные станции;
- накопители деталей.
Преимущества автоматизации
- сокращение времени простоя;
- возможность работы в ночную смену без постоянного присутствия оператора;
- стабильное качество установки заготовок;
- повышение безопасности производства.
Особенно быстро такие решения окупаются в серийном и массовом производстве.
Способ №7. Уменьшите количество установов
Каждый новый установ детали увеличивает вероятность погрешностей и требует дополнительного времени.
По возможности стоит использовать оборудование, позволяющее выполнять несколько операций за один установ.
Например:
- токарно-фрезерные центры;
- пятиосевые обрабатывающие центры;
- многофункциональные станки.
Преимущества:
- сокращение времени обработки;
- повышение точности;
- уменьшение накопленных погрешностей;
- снижение затрат на оснастку.
Способ №8. Правильно подберите систему охлаждения (СОЖ)
Смазочно-охлаждающая жидкость влияет не только на охлаждение инструмента, но и на стабильность процесса обработки.
Неправильно подобранная СОЖ может привести к:
- ускоренному износу инструмента;
- ухудшению качества поверхности;
- образованию нароста на режущей кромке;
- перегреву детали.
Современные решения
- подача СОЖ под высоким давлением;
- система подачи через инструмент;
- фильтрация жидкости;
- автоматический контроль концентрации.
При глубоком сверлении и обработке труднообрабатываемых материалов эффективность подачи СОЖ особенно важна.
↑ К содержаниюСпособ №9. Контролируйте износ инструмента
Работа затупившимся инструментом приводит к:
- увеличению нагрузки на шпиндель;
- росту времени обработки;
- ухудшению качества поверхности;
- повышению вероятности брака.
Современные станки позволяют автоматически контролировать ресурс инструмента и своевременно выполнять его замену.
Лучшие результаты дают системы, которые отслеживают:
- количество обработанных деталей;
- машинное время работы инструмента;
- нагрузку на шпиндель;
- вибрации;
- мощность резания.
Способ №10. Снизьте количество незапланированных простоев
Даже высокопроизводительный станок теряет эффективность при частых остановках.
Основные причины простоев:
- поломка инструмента;
- отсутствие заготовок;
- ожидание наладчика;
- неисправность оборудования;
- отсутствие управляющей программы.
Для снижения потерь рекомендуется внедрить систему профилактического обслуживания (Preventive Maintenance) и мониторинг состояния оборудования.
↑ К содержаниюПроизводительность зависит не только от скорости
Распространенная ошибка — стремление увеличить обороты шпинделя любой ценой. На практике это может привести к ускоренному износу инструмента, росту брака и увеличению расходов.
Максимальная эффективность достигается при комплексном подходе, когда одновременно оптимизируются:
- технология обработки;
- режимы резания;
- управляющая программа;
- инструмент;
- оснастка;
- организация производства.
Способ №11. Повышайте коэффициент общей эффективности оборудования (OEE)
Одним из наиболее объективных показателей эффективности работы оборудования считается OEE (Overall Equipment Effectiveness) — коэффициент общей эффективности оборудования.
Этот показатель позволяет оценить не только скорость работы станка, но и качество выпускаемой продукции, а также влияние простоев на производственный процесс.
OEE рассчитывается по формуле:
OEE = Доступность × Производительность × Качество
Например:
- Доступность оборудования — 90 %;
- Производительность — 92 %;
- Качество продукции — 98 %.
В этом случае:
OEE = 0,90 × 0,92 × 0,98 = 81 %
Для большинства предприятий показатели выглядят следующим образом:
| Значение OEE | Оценка |
|---|---|
| менее 60 % | Низкая эффективность |
| 60–75 % | Средний уровень |
| 75–85 % | Хороший результат |
| более 85 % | Мировой уровень |
Если OEE ниже 70 %, практически всегда существуют значительные резервы повышения производительности без покупки нового оборудования.
↑ К содержаниюСпособ №12. Используйте цифровой мониторинг оборудования
Современные предприятия все чаще внедряют системы мониторинга станков в режиме реального времени.
Такие системы позволяют видеть:
- работает ли оборудование сейчас;
- сколько времени занимает изготовление детали;
- сколько времени станок простаивает;
- какие аварии происходят чаще всего;
- сколько деталей изготовлено за смену;
- фактическую загрузку оборудования.
Мониторинг позволяет принимать решения на основе данных, а не предположений.
Например, предприятие может обнаружить, что станок загружен лишь на 62 % времени, хотя визуально кажется, что оборудование постоянно занято.
Способ №13. Сократите внеплановые остановки оборудования
Незапланированные остановки зачастую обходятся значительно дороже, чем кажется.
Каждый простой означает:
- невыполнение производственного плана;
- увеличение себестоимости деталей;
- задержку поставок;
- переработки сотрудников;
- потерю прибыли.
Основные причины аварийных остановок:
- отсутствие технического обслуживания;
- износ направляющих;
- загрязнение системы охлаждения;
- неисправность шпинделя;
- отказ гидравлики;
- поломка инструмента.
Лучшим решением является переход от ремонта «по факту поломки» к системе профилактического обслуживания.
↑ К содержаниюСпособ №14. Оптимизируйте производственный поток
Даже идеально настроенный станок не сможет работать эффективно, если предприятие неправильно организовало производственный процесс.
Часто встречаются ситуации, когда оператор:
- ищет инструмент;
- ожидает кран;
- ожидает следующую заготовку;
- идет за измерительным инструментом;
- вручную оформляет документацию.
Каждая подобная операция занимает несколько минут.
За смену суммарные потери могут достигать одного-двух часов.
Для устранения подобных потерь используют:
- принципы Lean Manufacturing;
- систему 5S;
- стандартизированные рабочие места;
- визуальное управление;
- электронные маршрутные листы.
Способ №15. Обучайте персонал
Даже самый современный станок способен работать значительно ниже своих возможностей, если персонал не знает его полного функционала.
На практике многие предприятия используют лишь часть возможностей оборудования.
Регулярное обучение операторов позволяет:
- повысить скорость наладки;
- уменьшить вероятность ошибок;
- увеличить стойкость инструмента;
- использовать современные циклы ЧПУ;
- эффективнее применять CAM-программы.
Инвестиции в обучение персонала часто окупаются быстрее, чем покупка нового оборудования.
↑ К содержаниюТипичные ошибки, снижающие производительность
Наиболее распространенные ошибки:
Использование устаревших режимов обработки
Многие предприятия годами используют одинаковые режимы, несмотря на появление новых инструментов и технологий.
Экономия на инструменте
Дешевый инструмент может стоить значительно дороже из-за:
- более частой замены;
- увеличения машинного времени;
- брака;
- снижения скорости обработки.
Игнорирование анализа данных
Если предприятие не измеряет производительность, невозможно определить, какие мероприятия действительно дают результат.
Длительные переналадки
Переналадка оборудования должна быть максимально стандартизирована и выполняться по заранее подготовленным картам.
Работа «на глаз»
Современное производство должно опираться на измеряемые показатели:
- OEE;
- время цикла;
- коэффициент загрузки;
- время простоя;
- расход инструмента;
- себестоимость обработки.
Чек-лист аудита производительности
Если вы хотите быстро оценить эффективность работы оборудования, ответьте на следующие вопросы:
- Используются ли актуальные режимы резания?
- Есть ли анализ OEE?
- Контролируется ли время цикла?
- Измеряются ли простои оборудования?
- Применяется ли современный режущий инструмент?
- Используются ли CAM-системы?
- Автоматизирована ли загрузка деталей?
- Есть ли система мониторинга оборудования?
- Выполняется ли профилактическое обслуживание?
- Анализируется ли эффективность работы операторов?
Если хотя бы на три вопроса ответ отрицательный, у предприятия уже есть значительный потенциал для повышения производительности.
↑ К содержанию