Что происходит после покупки лазерного станка?
Публикуем перевод статьи Фрэнка Артеаги (Frank Arteaga) из журнала The Fabricator (19 октября 2015 г.)
Производство металлических изделий при использовании тех же самых подходов и технологий, что и 10 лет назад, сейчас занимает много времени. Новая технология обеспечивает эффективность производственного процесса предприятия. И, если предприятие хочет максимизировать свою прибыль и оставаться впереди конкурентов, то ему нужно ее внедрить.

В бизнесе успех часто определяется видением компании, которое складывается из устремления в будущее и планов по созданию новых возможностей компании, а также по управлению ее ростом. Отличия от конкурентов является важным фактором для раскрытия и реализации этих возможностей.

Это обычно означает, что все нужно делать лучше, более эффективно и более экономично, чем кто-либо другой. Постоянные вызовы тому, как все делалось раньше и рассмотрение всего с новой точки зрения в конечном итоге приводит к созданию инноваций и появлению серьезного конкурентного преимущества.

Производители постоянно ищут способы более быстрого, более экономичного и более качественного производства. Правильное внедрение новой технологии требует тщательного анализа для оценки влияния на существующие процессы и бизнес в целом.

Предприятия заняты производством, и легче поддерживать статус-кво, чем найти время на проведение такой оценки. Но это является первым шагом к дифференциации от конкурентов. Разработка и реализация стратегии по внедрению новых технологий подталкивает производителей металлических изделий вперед и позволяет им выгодно отличиться от конкурентов.

Как может выглядеть такая стратегия, и какие преимущества и возможности она может обеспечить, лучше всего продемонстрирует пример. Давайте познакомимся с Карлом, владельцем предприятия среднего размера под названием The Fab House.

В бизнесе успех часто определяется видением компании, которое складывается из устремления в будущее и планов по созданию новых возможностей компании, а также по управлению ее ростом. Отличия от конкурентов является важным фактором для раскрытия и реализации этих возможностей.

Это обычно означает, что все нужно делать лучше, более эффективно и более экономично, чем кто-либо другой. Постоянные вызовы тому, как все делалось раньше и рассмотрение всего с новой точки зрения в конечном итоге приводит к созданию инноваций и появлению серьезного конкурентного преимущества.

Производители постоянно ищут способы более быстрого, более экономичного и более качественного производства. Правильное внедрение новой технологии требует тщательного анализа для оценки влияния на существующие процессы и бизнес в целом.

Предприятия заняты производством, и легче поддерживать статус-кво, чем найти время на проведение такой оценки. Но это является первым шагом к дифференциации от конкурентов. Разработка и реализация стратегии по внедрению новых технологий подталкивает производителей металлических изделий вперед и позволяет им выгодно отличиться от конкурентов.

Как может выглядеть такая стратегия, и какие преимущества и возможности она может обеспечить, лучше всего продемонстрирует пример. Давайте познакомимся с Карлом, владельцем предприятия среднего размера под названием The Fab House.

Карл рассматривает возможность приобретения волоконного лазерного станка

The Fab House недавно заключила длительный контракт на производство большого объема сложных деталей из листового металла толщиной от 0,040 дюйма до 0,375 дюйма (от 0,1 см до 1 см – прим.пер.). Карл рассматривает возможность модернизации процесса резки на своем предприятии при помощи волоконного лазерного станка.

Высокопроизводительные волоконные лазеры оказывали значительное влияние на производство, и появление одного из них на предприятии немедленно позволит дифференцироваться от конкурентов. Тем не менее, Карл должен учитывать, что более быстрое режущее оборудование повлияет на системы и процессы его предприятия. Поможет ли новая технология сократить время выполнения заказов, увеличить продуктивность и улучшить общую прибыльность?

Решение Карла о приобретении волоконного лазерного станка базируется на довольно очевидных особенностях, которые демонстрирует эта технология резки:

  1. Волоконные лазеры мощностью 6 кВт режут тонкие листы на 400% быстрее (см. рисунок 1), и в подавляющем большинстве случаев режут быстрее металл различной толщины (см. рисунок 2) по сравнению со стандартными углекислотными лазерами мощности 4 кВт.
  2. Технология волоконной лазерной резки требует в 1,5 раза меньше электроэнергии при получении той же мощности и в целом потребляет на 50% меньше при почасовом подсчете стоимости. Так как волоконный лазер использует высокоэффективные лазерные диоды для инициации процесса вместо высокого напряжения или радиочастот, требования к электропитанию и потреблению намного меньше, чем у технологии углекислотной лазерной резки. Вдобавок, волоконные лазеры не требуют использования газовых турбин, поскольку они не используют газы для инициации процесса излучения, в отличие от технологии углекислотной лазерной резки.
  3. Текущее обслуживание волоконного лазера не требует выполнения задач, которые могут занимать несколько часов в месяц, таких, как выравнивание луча на углекислотном лазере.
  4. Исчезают расходы на зеркала и излучающие газы, поскольку в волоконном лазере нет этих элементов.
  5. Сочетание увеличения скорости резки и снижения времени технического обслуживания волоконного лазерного станка предоставляет производителю больше возможностей по сравнению с углекислотным станком аналогичной мощности.
Когда Карл взглянул на сокращение общих расходов на операции (см. рисунок 3) и перспективу увеличения скорости в три раза, он признал, что может снизить себестоимость деталей и производить больше деталей в час. При этом оставался важный вопрос: «Какое влияние волоконный лазер окажет на весь производственный процесс?»

Карл понимал, что преимущества более быстрой резки будут бессмысленными, если остальные производственные процессы не будут идти с той же скоростью. Он мог видеть, что на входе требуется подавать гораздо больше материала, чем прежде, а на выходе возникает эквивалентная потребность принимать больше деталей вследствие увеличенной пропускной способности. Анализируя оба этих момента, Карл нашел скрытые возможности, которые сделали доступным использование преимуществ волоконного лазера.
Рисунок 1
Волоконная лазерная резка обеспечивает очевидные преимущества в скорости при резке тонких листов стали по сравнению с технологией углекислотной лазерной резки.

(Ось Х – толщина пластины (в дюймах), ось Y – скорость резки лазера (в дюймах в минуту), синий цвет – резка нержавеющей стали углекислотным лазером, красный цвет – резка волоконным лазером. В качестве вспомогательного газа используется азот)

Оптимизация входных процессов

Карл управляет современным эффективным предприятием, в котором программные системы позволяют организовать учет материалов и рассчитать рабочие траектории, а программное обеспечение автоматически настраивает станки для выполнения задач. Однако, все эти системы должны подтянуться до уровня увеличенной пропускной способности, обеспечиваемой новой технологией лазерной резки.

Насколько быстро могут заказы преобразовываться в задачи, готовые к выполнению? Это важный вопрос для Карла, поскольку может возникнуть эффект «горлышка бутылки» в том случае, если волоконный лазерный станок способен производить детали быстрее, чем к нему в очередь поставляется материал. Как только освободится место для следующей партии металла, программное обеспечение для раскроя материала должно создать программу, готовую к выполнению на волоконном лазере.

Помимо своевременного создания программ для раскроя материала, программным системам также необходимо обеспечивать максимальное использование листового материала, поскольку это ключевой элемент в себестоимости деталей. Как и большинство производителей, Карл знал, что основную часть стоимости детали составляют затраты на сам материал, затем следуют трудовые и временные ресурсы, затраченные на изготовление деталей.

Время, которое занимает обработка программы раскроя, также важно. (Эта программа позволяет настраивать скорость лазерной обработки и оптимизировать траектории резки). Сокращение затрат на использование материала и время обработки – это ключевые элементы для снижения себестоимости деталей.

Оптимизация использования материала. Также, как многие производители, Карл использует автономную систему на ПК, которая рассчитывает несколько вариантов раскроя материала, чтобы выбрать наилучший. При наличии достаточного времени, эта система рассчитывает оптимальный вариант раскроя листа, как определено алгоритмом ПО, и ее работа зависит от мощности процессора ПК. Здесь Карл нашел первую скрытую возможность для оптимизации.

Так как волоконный лазер обеспечивает возможности резки на более высоких скоростях, то Карл задумался, можно ли что-то сделать, чтобы оптимизировать раскрой материала на более высоком уровне. Он обнаружил, что, воспользовавшись услугами провайдера, который предлагает ПО как сервис (SaaS), можно использовать более сложные алгоритмы оптимизации, которые запускаются с использованием высокопроизводительных аппаратных и программных систем. Это решение, основанное на вебе, позволяет быстро выполнять сложные вычисления на множестве компьютеров и затем загружать их в центральный процессор для конечной оптимизации.

Этот современный процесс обеспечивает лучшее использование материала и более быструю оптимизацию, чем это могло быть сделано при помощи обычного автономного ПК. Карл обнаружил, что он также может сократить время, требуемое для резки, вследствие использования оптимизированных траекторий. База данных, содержащая более чем 300 параметров, предоставляет ему исчерпывающую информацию о поведении материала и идеальных траекториях резки. Результатом этой усовершенствованной оптимизации является не только безопасный процесс резки, но и то, что после нее остается мало отходов и снижается общее время этого процесса. В среднем, по сравнению с обычными алгоритмами, реализованными на ПК, дополнительно сохраняется до 10% металла и 15% времени обработки.

Использование SaaS уже обеспечивает целую инфраструктуру производства. Карлу не нужно инвестировать в дополнительные аппаратные, программные и IT-системы или беспокоиться об их обслуживании. Все, что требует заботы со стороны компании, уже реализовано в SaaS.

За использование услуг облачного программного обеспечения SaaS производители обычно платят только ежемесячную или ежегодную плату. Карл просто загружает свои заказы в облако через пользовательский портал, откуда скачивает конечные оптимизированные программы. Веб-портал также позволяет ему контролировать использование и просматривать историю операций.

Оптимизация процессов после обработки на лазерном станке

Так как детали вырезаются на волоконном лазерном станке быстрее, чем прежде, то Карлу было важно адаптировать последующие процессы для удовлетворения возникшей потребности в обработке большего количества деталей. В частности, требовалось настроить работу гибочного пресса. Это понятная цель для улучшение производственного процесса, учитывая наличие разных инструментов настройки и разнообразия ежедневно используемых программ. Когда станок простаивает, он непродуктивен и является активом, не приносящим доход. Карл начал исследовать пути для улучшения использования пресса.
Рисунок 2
Когда 7 лет назад на металлургическом рынке была представлена технология волоконной лазерной резки, эксперты считали, что она не сможет конкурировать с углекислотной технологией резки металла. Однако спустя некоторое время эта ситуация изменилась.

(Ось Х – толщина пластины (в дюймах), ось Y – скорость резки лазера (в дюймах в минуту), синий цвет – резка мягкой стали углекислотным лазером, красный цвет – резка волоконным лазером. В качестве вспомогательного газа используется кислород)

Сокращение непроизводительного времени. Первое, что сделал Карл, - поработал над сокращением времени настройки путем упорядочивания всех задач, которые требовали одних и тех же настроек. Это снизило общее число ежедневных изменений настроек и улучшило общую продуктивность. Это был хороший первый шаг, но определенно, требовалось сделать больше.

Наиболее важным аспектом снижения непроизводительного времени на прессе являлось использование возможностей автономного программирования. Несмотря на то, что Карл знал о преимуществах автономного программирования, он не использовал его для операций на гибочном прессе. Использование оператором управления пресса для программирования отнимает ценное время, которое можно использовать для обработки деталей. Вследствие этого оператор производит меньше деталей в день и выполняет меньше других задач.

Карл решил сделать шаг вперед и вскоре узнал, что хорошее автономное программирование позволяет делать больше, чем просто выбирать правильные инструменты и выполнять процесс гибки. Оно также предоставляет возможность настроить отображение инструмента и автоматически настроить дополнительные инструменты вдоль рабочей области, чтобы осуществить все необходимые изгибы. Вдобавок, программист может изменить любой последовательности изгибов, которую программное обеспечение рассчитало автоматически, и запустить симуляцию конечной программы, как если бы она выполнялась на прессе. Во время симуляции программа проверит возможные столкновения детали с инструментами или рабочей областью, предоставляя возможность внести коррективы, прежде чем программа будет отправлена на пресс для выполнения (см. рисунок 4). Это также сокращает непроизводительное время гибки.

Увеличение производительности гибочного пресса. В дополнение к сокращению времени простоя через последовательное и автономное программирование, Карл обнаружил возможность использования функций увеличения продуктивности для гибочного пресса, которые могут значительно сократить время настройки. Например, он обнаружил функцию быстрой смены инструментов, которой нужно обязательно пользоваться. На верхней части инструмента расположен механизм безопасности, который обеспечивает вертикальное переключение между сегментами инструмента при помощи простого нажатия на крепление (см. рисунок 5). В сочетании с системами гидравлического зажима это обеспечивает возможность быстрой смены инструмента – в большинстве случаев на 80 процентов быстрее, чем при использовании обычных креплений инструментов. Кроме того, верхние и нижние системы гидравлического зажима инструментов могут размещать, выравнивать и зажимать полный верхний и нижний наборы инструментов при помощи всего одного нажатия на кнопку.

Еще одна особенность механизма безопасности, которая понравилась Карлу, - это усовершенствованная система с использованием камеры, которая способна определять до начала работы, какой инструмент установлен. Это гарантирует, что оператор установил на станке нужный инструмент. В противном случае механизм просто не запустит задачу и отправит оператору сообщение об ошибке (см. рисунок 6).

Разнообразие технологических усовершенствований в конструкции гибочного пресса адресовано для решения тревожной проблемы для Карла и многих других производителей: критической нехватки обученных и опытных операторов. Среди этих усовершенствований - динамические гидравлические системы компенсации прогиба, измерения толщины и измерения углов. Они могут автоматически учитывать всю изменчивость процесса и определять, когда требуется корректировка со стороны оператора при переходе от одной задачи к другой. Вся эта информация теперь хранится в управляющем блоке пресса, и это означает, что Карл может нанять любых операторов и очень быстро научить их производить качественные детали.

Сейчас широко применяется высокоскоростная технология гибочных прессов. По мере расширения предприятия Карл сможет приобрести небольшие гибочные прессы, способные обрабатывать в два-три раза больше деталей за тот же промежуток времени, что и более крупный пресс. Более маленькие прессы работают быстрее за счет способности к ускорению и замедлению своих систем. На небольшом прессе намного быстрее могут изготавливаться небольшие и тонкие детали, что позволяет освободить ресурс большого пресса для обработки более крупных деталей.

Автоматизация для обеспечения согласованности процессов

Изменения во входных, основных режущих и последующих операциях поставили Карла перед необходимостью сделать последний шаг для увеличения продуктивности, экономии и качества: внедрить автоматизацию. В конце концов, решение проблемы на входе с помощью создания программы резки на этом не заканчивается. Материал для резки должен без задержек поступать на волоконный лазер для обработки. Как только лазер начинает свою работу, согласованность процессов разгрузки разрезанного материала и загрузки материала для обработки становится критической (см. рисунок 7). Завершение циклов разгрузки и загрузки пока станок еще обрабатывает лист металла, критично для поддержания преимуществ, которых мы хотим добиться от волоконного лазера.

Автоматизация – это ключ к созданию согласованности всех производственных процессов. Устранение неустойчивости каждого аспекта процесса позволяет гарантировать, что время обработки станет более предсказуемым и точным.

Предсказуемость и точность непосредственно влияют на многие другие аспекты производства. Когда процесс производства более точный, устраняется изменчивость в цене деталей. Цена и время поставки становятся более предсказуемыми.

Изменчивость также влияет на итоговую прибыль. Если процесс занимает больше времени, чем ожидается, это дополнительное время может быть учтено или не учтено в стоимости, в зависимости от того, насколько тщательно оценена изменчивость процессов. Когда Карлу потребовалось время, чтобы оценить все варианты, доступные для автоматизации производственного процесса, он начал видеть больше скрытых возможностей и мест, где можно было применить дополнительную экономию.
Рисунок 3
Поскольку резонаторы углекислотного лазера потребляют значительно больше энергии, производя очень горячий газ, которому требуется циркуляция и охлаждение, то стоимость его использования в час больше, чем у волоконного лазера.

(Сравнение стоимости использования станка в час:

CO2 – углекислотный лазер

Fiber – волоконный лазер

Laser source – лазерный источник

Electrical max – максимальная стоимость электроэнергии

Laser gas – расходы на лазерный газ

Short-term consumables – расходные материалы

Total – общие расходы)

Заключительный анализ

Внедрение волоконного лазера в процесс производства деталей из листового металла влечет за собой необходимость изменения статус-кво. Это инструмент, который может производить значительно больше деталей в час, поэтому все сопровождающие процесс изготовления системы испытывают значительное влияние от его появления. Оптимизация обработки заказов и программных систем улучшит работу процессов, которые выполняются перед обработкой на станке. Оптимизация загрузки материала для обработки и разгрузки вырезанных деталей улучшит входные и выходные процессы. Оптимизация работы гибочного пресса и других процессов, выполняемых после обработки на волоконном лазере, улучшит выходные процессы.

Увеличение скорости резки означает, что все сопутствующие процессы должны также увеличить свою скорость. Правильная технология для поддержания согласованности всех процессов производства вместе с инвестициями в станок обеспечивает производителей возможностью снизить себестоимость деталей, увеличивая потенциальную прибыль и выгодно отличаясь от конкурентов.

Компании The Fab House удалось успешно отличиться от конкурентов. Усовершенствованная технология производства может сделать то же самое для других операций при производстве металла.

Рисунок 4
Запустив симуляцию изгиба на автономном ПК, программист может определить, будут ли проблемы во время процесса гибки. После запуска успешной симуляции программист может отправить программу оператору станка для обработки детали.
Рисунок 5
В сочетании с системами гидравлического зажима обеспечивается возможность быстрой смены инструмента – в большинстве случаев на 80 процентов быстрее, чем при использовании обычных креплений инструментов. Кроме того, верхние и нижние системы гидравлического зажима инструментов могут размещать, выравнивать и зажимать полный верхний и нижний наборы инструментов при помощи всего одного нажатия кнопки.
Рисунок 6
Передовая система безопасности, использующая камеру, определяет наконечник инструмента до начала работы и гарантирует, что на станок установлен подходящий для данной задачи инструмент.
Рисунок 7
Автоматизация циклов загрузки и выгрузки материалов – это ключ к управлению согласованностью всех производственных процессов и снижению их неустойчивости.

Фрэнк Артеага

Подписываясь на новости нашего блога, вы сможете узнать мнения ведущих экспертов в области лазерной обработки о том, как оптимизировать производственные процессы, как добиться улучшения качества вашей продукции, как снизить затраты на производство и выжать максимум из вашего лазерного оборудования!

comments powered by HyperComments