Kymmenen askelta parhaaseen tuottavuuteen

Kaikki konepajat ovat saman tehtävän edessä: ne jalostavat raaka-aineen viimeistellyiksi työkappaleiksi. Tuotteet on työstettävä tietyn laatutason mukaisesti, niitä on valmistettava tarvittava määrä ja ne on toimitettava toivotussa ajassa. Myös kestävän kehityksen näkökohdat ja ympäristöseikat on otettava huomioon. Kilpailukyvyn ja kannattavuuden säilyttämiseksi konepajat etsivät jatkuvasti mahdollisimman taloudellisia ja tuottavia valmistusmenetelmiä.

Huipputason esimerkki prosessien parantamispyrkimyksistä Euroopassa on teollisuus 4.0 -nimellä tunnettu strategia. Siinä yhdistyvät moderni tiedonkeruu ja tallennus- ja jakotekniikoiden integrointi valmistusprosessiin. Teollisuus 4.0 edustaa tämänhetkistä teollisen tuotannon kehityksen huippua ja se edellyttää johdon vahvaa sitoutumista, erikoistunutta henkilöstöä ja merkittäviä investointeja.

Valitettavasti sellaiset konepajat, joilta puuttuvat laajat resurssit, saattavat kokea, että tuottavuuden parantaminen on heidän ulottumattomissaan. Pienten, taloudellisesti kannattavien analyysien ja toimintojen vaikutukset pienten ja keskisuurten yritysten tuottavuudelle voivat kuitenkin olla huomattavia. Itse asiassa kaikkien konepajojen tulisi ensimmäiseksi toteuttaa perustuotantoanalyysi ja organisoida olemassa olevat laitteet ja käytännöt, ennen kuin ne investoivat uusiin tietokoneisiin, robotteihin tai henkilöstöön.

Kolme vaihetta ja kymmenen pientä askelta

Konepajan käytäntöjen organisointi alkaa tuotannon tarkastelemisesta kolmivaiheisena prosessina. Ensimmäisenä on valintavaihe, joka sisältää lastuamisstrategian, työkalujen ja lastuamisolosuhteiden valinnan. Seuraavana on keräysvaihe, jossa valitut työkalut ja strategiat kootaan työstöprosessiksi. Kolmas vaihe on toteutus, joka panee prosessin toimeen.

Monissa tapauksissa kolmannen vaiheen tulokset eivät vastaakaan odotuksia, ja vallitseva tilanne on tiettyjen toimenpiteiden avulla saatava vastaamaan valmisteluja. Nämä toimenpiteet voivat olla luonteeltaan teknisiä, kuten lastuamisvoimien heikentäminen, tai taloudellisia, joihin kuuluvat esimerkiksi kustannusten pienentämiseen tähtäävät toiminnot. Onneksi on olemassa kymmenen pienen askeleen menetelmä, jonka avulla konepajan toimintatapoja on mahdollista analysoida ja parantaa. Menetelmä kuvataan seuraavassa.

Älykäs budjetin hallinta

Yleinen tapa lähestyä budjetointia konepaja-alalla on hankkia kaikki prosessin ainesosat mahdollisimman edulliseen hintaan. Työkalujen valintaa ei kuitenkaan ole järkevää perustaa yksinomaan hintaan. Ennen hintakeskustelua tulisikin pohtia toivottuja lopputuloksia. Jos tavoitteena on laadukas, tiukan toleranssin osa, sen työstämiseen tarvitaan perustyökaluja kalliimpia tarkkuustyövälineitä.

Kun tavoitteena on valmistaa laadukkaita tuotteita, halpojen työkalujen kanssa kamppailemisesta ja lopulta tarkoitukseensa kelpaamattomista osista maksettava hinta on korkeampi kuin kalliimpien työvälineiden kustannukset. Toisaalta, jos laatuvaatimukset eivät ole niin tiukat, osa erittäin tarkkojen työkalujen suorituskyvystä menee hukkaan. Prosessin lopullisen tavoitteen tunnistaminen onkin ensimmäinen askel taloudellisesti kannattavien hankintapäätösten teossa.

Lastuamisolosuhteiden kaksivaiheinen valintamalli.

Rajoitusten älykäs tarkastelu

Tosielämässä metallintyöstöä sitovat käytännön rajoitukset, kuten koneiden teho ja vakaus sekä asiakkaiden vaatimukset mittojen ja pinnanlaadun suhteen.

Lastuamisolosuhteita voidaan muunnella suurestikin, mutta lastuamisvoimien ja pinnanlaadun parametrien eri yhdistelmien vaikutukset saattavat rajoittaa käytettävissä olevia vaihtoehtoja.

Kaikesta huolimatta lastuamisparametrien pienentäminen kaiken kaikkiaan ei ole järkevä tapa käsitellä prosessin reunaehtoja. Esimerkiksi lastuamissyvyyden muutoksilla on suurempi vaikutus koneen virrankulutukseen kuin syöttönopeuden muutoksilla. Lastuamissyvyyksien pienentämisellä ja syöttönopeuden samanaikaisella lisäämisellä voidaan parantaa tuottavuutta tietyn konetehon asettamien rajojen puitteissa.

Työkalujen käytön järkeistäminen

Mahdollisia lastuavien työkalujen kokoonpanoja on käytännössä katsoen loputtomasti.

Konepajat tekevät työkalujen käyttöä koskevat valintansa tavallisesti toiminto kerrallaan: ensin valitaan tietty työkalu jonkin tietyn ominaisuuden toteuttamiseen ja sen jälkeen toinen toisenlaisen ominaisuuden työstämiseen.

Esimerkkitapauksessa käytetään kahta eri työkalua akselin sorvaamiseen ja laajan uran sekä kahden suorakulmaisen olakkeen valmistamiseen. Yksi työkalu sorvaa akselin halutun halkaisijan mukaisesti, työstää yhden olakkeen ja uran leveyden. Sen jälkeen toinen työkalu työstää toisen olakkeen. Kumpikin työkalu ohjelmoidaan ja optimoidaan erikseen, mikä tarkoittaa erillisiä ohjelmointi- ja hallintokuluja.

Vastakohtaisen työkalun valintastrategian tarkoituksena on kehittää pitkälle erikoistunut, räätälöity työkalu, joka voi toteuttaa useita ominaisuuksia yhden työstövaiheen aikana. Strategia on kätevä, mutta erikoistyökalujen suunnittelu ja valmistus on kallista.

Näiden kahden ääripään välissä on vaihtoehto, jossa hyödynnetään useamman kuin yhden toiminnon toteuttamiseen suunniteltua vakiotyökalua (monisuuntainen työkalu). Erinomainen esimerkki tällaisesta ovat Secon monisuuntaiset sorvaustyökalut (MDT).

Työkalu kykenee sorvaamaan halkaisijan, pistää olakkeen, siirtymään akselin poikki uran työstämiseksi ja vetäytymään sitten takaisin toisen olakkeen sorvaamista varten. Vaikka tällainen monisuuntainen työkalu ei toimi kahta erillistä työkalua varten optimoitujen lastuamisparametrien mukaisesti, säästöt työkalu- ja ohjelmointikustannuksissa ja työkalun vaihtoaika- sekä varastointikustannuksissa tekevät monisuuntaisesta työkalusta paremman vaihtoehdon.

Monitahoinen työkappale (ryhmätekniikka)

Kahden tai useamman toiminnon yhdistävien työkalujen käyttöön voidaan verrata mahdollisuutta valita työkaluja, jotka kykenevät luomaan samanlaisia ominaisuuksia koko valmistuserään. Yhdessä konepajassa saatetaan työstää useita erilaisia työkappaleita, mutta niissä kaikissa on yhteisiä piirteitä, esimerkiksi reikiä, lovia ja jyrsittyjä pintoja.

Monimutkaisten osien työstön nopeuttamiseksi samanlaisia ominaisuuksia voidaan tarkastella ryhmänä ja valita työkalu, joka on optimoitu tiettyyn toimintoon. Toiminto toistetaan kaikissa osissa. Optimoitu työkalu maksimoi tuottavuuden ja vähentää kustannuksia, kun otetaan huomioon suunnitteluaika, joka kuluu toistuvaan työkalujen ohjelmointiin kutakin eri osaa varten. Ryhmätekniikan avulla voidaan myös vähentää tarvittavien työkalujen määrää.

Minimaalinen mutta tarkoituksenmukainen työkappaleen laatu

Vaikka tämä konsepti voi aluksi tuntua oudolta, konepajoissa on ymmärrettävä, että on tärkeää saavuttaa vain alhaisin mahdollinen työkappaleen laatu, joka täyttää asiakkaan määritelmät ja toiminnalliset vaatimukset. Vaatimuksia ei tarvitse ylittää. Jos osan toleranssi on 5 mikrometriä, 3 mikrometrin tavoittelu on ajan- ja rahanhukkaa. Tiukemman toleranssin saavuttamiseen tarvitaan laadukkaampia työvälineitä ja tarkempia prosesseja. Asiakkaat eivät kuitenkaan maksa korkeammasta laadusta, jota he eivät ole tilanneet, joten työ tuottaa konepajalle tappiota.

Tietyt laatuseikat, kuten jäysteet, on tietenkin selvitettävä. Lisäksi on tilanteita, joissa vähäiset

kustannusseikat ovat epäolennaisia: muutaman euron tai sentin erot työkalukustannuksissa ovat

merkityksettömiä verrattaessa niitä työkalun työstämän suuren, ilmailuteollisuudessa käytettävän

titaanikomponentin arvoon. Mahdollisimman hyvän kustannustehokkuuden saavuttamiseksi konepajan tulee räätälöidä tuotannon laatu työkappaleen toiminnallisten ja laatuun kohdistuvien vaatimusten mukaan.

Ennakoiva työkalujen huolto

Perinteinen työkalujen huolto on reagoimista ongelmiin: kun työkalu kuluu tai rikkoutuu, se vaihdetaan. Tällainen menetelmä aiheuttaa usein varsinaista työkalua suurempia kustannuksia. Ennaltaehkäisevä työkalujen huolto menee askeleen reaktiivista työkalujen huoltoa pidemmälle.

Jopa täysin samanlaisten työkalujen käyttöikä vaihtelee tavallisesti keskimääräisen käyttöiän molemmin puolin. Ennaltaehkäisevä työkalujen huolto perustuu työkalun vaihtamiseen ennen kuin sen lyhin odotettavissa oleva käyttöikä on saavutettu. Siten varmistetaan, että työkalu vaihdetaan, ennen kuin se kuluu liikaa tai rikkoutuu. Tällä tavalla kuitenkin haaskataan työkaluja, joiden kestoikä on vähintään keskimääräisen käyttöiän tasoa.

Suhteellisen uudessa, työkalun kestoiän mallintamiseen perustuvassa menetelmässä hyödynnetään tietokonelaskentaa ja -simulaatiota. Ne tuottavat ennakoivaa tietoa työkalun kulumisesta ja ilmoittavat, milloin vaihto on suoritettava. Hieman kalliimman anturitekniikan ansiosta saatuja tuloksia voidaan vielä hienosäätää, sillä anturit seuraavat työkalun kulumista reaaliaikaisesti. Ennakoivan työkalujen huollon avulla työvälinekustannuksia on mahdollista pienentää 15 %, 20 % tai jopa enemmän.

Työkaluvaraston hallintaa

Tarkasteltaessa metallintyöstön toista vaihetta, eli työkaluvalikoimaa, on tärkeää huomata, että

työkaluvaraston hallinta ei tarkoita samaa kuin työkalujen hallinta. Työkalujen hallinnalla tarkoitetaan olemassa olevan työkaluvaraston organisointia ja sen saattamista tuotannon käyttöön. Tähän tehtävään on olemassa useita automatisoituja työkalujen hallintajärjestelmiä. Työkaluvaraston hallinnassa sen sijaan on kyse pyrkimyksestä järkeistää ja vakauttaa konepajan omistamien työkalujen määrää ja keskittyä todellisiin tarpeisiin. Jos työkaluvalikoimaa ei ole järkeistetty ennen kuin työkalut ladataan automatisoituun työkalujen jakelulaitteeseen, tuloksena on yksinkertaisesti vain automatisoitu kaaos.

Tuottavuus ja kustannustehokkuus ovat saavutettavissa eri keinoin.

Käytännön työn analysointi

Teoksessaan ”On the Art of Cutting Metals” amerikkalainen insinööri Fredrick Winslow Taylor huomautti, että jotkin konepajan toiminnoista, kuten pinnan jyrsintä, lisäävät selvästi työkappaleen arvoa. Toisaalta hän myös muistutti, että monet viimeistellyn työkappaleen tuottamisen kannalta välttämättömät toiminnot eivät suoranaisesti tuo lisäarvoa.

Taylor totesi, että lisäarvoa tuottamattomat tehtävät tulisi suorittaa mahdollisimman nopeasti. Automaation avulla voidaan suorittaa osien lastaamisen ja kiinnittämisen tyyppisiä tehtäviä ja säästää samalla sekä aikaa että rahaa.

Konepajat uskovat tyypillisesti, että paras tapa lyhentää työstöaikaa on suurentaa työstöparametreja. Useimmissa konepajoissa ei täysin tunnisteta esimerkiksi suunnittelun kaltaisiin toimintoihin kuluvaa aikaa. Suunnittelu voi kuitenkin viedä jopa 40 % kokonaisajasta, jonka osa tarvitsee edetäkseen suunnittelupöydältä jakeluun. Myös suunnittelemattomat seisokit saattavat jäädä huomiotta. Työtehtäviä ja kustannuksia analysoitaessa on erittäin tärkeää ottaa kaikki osan tuotantoaikaan vaikuttavat tekijät huomioon.

Optimoinnin soveltaminen käytäntöön

Metalliosien tuotannon kolmannessa vaiheessa, toteutuksessa, otetaan käyttöön ensimmäisessä vaiheessa valitut ja toisessa vaiheessa kerätyt työkalut ja strategiat. Prosessi toimii vain harvoin tarkalleen suunnitelmien mukaan. Siksi tässä vaiheessa on tärkeää optimoida toimintojen nopeus, luotettavuus ja muut mahdolliset tekijät. Monet konepajat pyrkivät myös parantamaan meneillään olevia prosesseja. Vaiheissa yksi ja kaksi suoritettujen organisointi- ja järkeistämisvaiheiden jälkeen käytännön optimoinnin avulla voidaan vielä löytää teknisiä ja taloudellisia etuja lastuamissyötön, -nopeuden ja -syvyyden yhdistelmistä, jotka tuottavat toivotunlaisia tuloksia.

Työstöprosessien kehitys.

Uuden tekniikan älykästä käyttöönottoa

Valmistajat kohtaavat nykyisin suhteellisen uudenlaisia haasteita, joihin kuuluvat myös kestävään

kehitykseen ja ympäristönsuojeluun liittyvät vaatimukset. Uusien tekniikoiden ja prosessien älykäs

käyttöönotto auttaa konepajoja vastaamaan näihin haasteisiin. Esimerkiksi kuivatyöstön ansiosta

tuotantolaitos voi vähentää jäähdytysnesteiden käyttöä, mikä puolestaan vähentää näiden nesteiden mahdollisia ympäristövaikutuksia sekä niiden turvallisesta hävittämisestä syntyviä kustannuksia. Lyijyttömien työkappaleen materiaalien lisääntyneen käytön on tarkoitus auttaa hävittämään haitallisia metalleja luonnosta. Prosessiparametrien ja tuotantotyökalujen suorituskyvyn parantamisen tuloksena on merkittäviä säästöjä energiakuluissa.

Kun kaikenkokoiset konepajat jo hyödyntävät kymmenen pienen askeleen menetelmää toimintojensa parantamiseen, lisätään tuotantoprosessiin neljäs vaihe, joka käsittää meneillään olevan sisäisen koulutuksen. Se varmistaa, että konepajan henkilöstö ymmärtää, etteivät tuotanto-ongelmien ratkaisut aina edellytä valtavia investointeja, huipputekniikkaa tai työntekijämäärän paisuttamista.

 

Tekijä: Patrick de Vos, Seco Tools Groupin teknisestä koulutuksesta vastaava johtaja