naar top
Menu
Logo Print
08/06/2018 - PATRICK DE VOS (SECO TOOLS)

GLOBAL TOOL DETERIORATION ANALYSIS
KIJKT VERDER DAN BEWERKING

Het algehele productieproces van een fabrikant evalueren en verbeteren

Foto toolsSnijgereedschappen zijn fundamentele elementen in het verspaningsproces. Afhankelijk van hoe de gereedschappen worden gekozen en toegepast, bieden ze de mogelijkheid om de bewerkingsproductiviteit te maximaliseren of vormen ze juist knelpunten in de productie. Veel hangt af van hoe het gereedschapsgebruik wordt beheerd in verhouding tot het totale productieproces.

GLOBAL TOOL DETERIORATION ANALYSIS

Snijgereedschappen zijn van nature verbruiksgoederen; ze verslijten totdat ze niet meer effectief zijn. Een traditionele benadering van gereedschapsbeheer voor verspanen maakt enkel gebruik van slijtageanalyse, gericht op het manipuleren van gereedschapsmaterialen, geometrieën en verspaningsparameters om de productiviteit en de standtijd te verbeteren voor een specifieke bewerking. Het maximaliseren van het rendement van het gehele productieproces in een werkplaats vereist echter dat er een uitgebreide reeks factoren in overweging wordt genomen, naast gereedschapsslijtage alleen. Het is noodzakelijk om slijtage van het snijgereedschap of, meer in het algemeen, gereedschapscapaciteitsverlies te onderzoeken in het licht van het algehele of 'globale' productieproces.

Evaluatie gebruikte snijgereedschappen

Globaal productieprocesGlobal Tool Deterioration Analysis (GTDA) overstijgt een basismeting van gereedschapsslijtage door overwegingen te maken die gerelateerd zijn aan gereedschap, zoals de tijd die wordt besteed aan gereedschapsmanipulatie en andere problemen zoals productiekosten, organisatie van de werkplaats, attitude en kennis van personeel, waardestroombeheer en totale fabricagekosten. GTDA is gebaseerd op een regelmatige evaluatie van een groot aantal gebruikte snijgereedschappen in een werkplaats, die willekeurig zijn geselecteerd, om een uitgebreid beeld te schetsen van hun bijdragen aan de algehele fabricage op de site.

 

HET GLOBALE PRODUCTIEPROCES

De studie van gereedschapsslijtage is meestal beperkt tot een enkel gereedschap dat wordt gebruikt in een specifieke bewerking. Voor een maximaal voordeel is het echter noodzakelijk om gereedschapsslijtage of snijcapaciteitsverlies te onderzoeken ten opzichte van al het gereedschap in de productieprocessen van een site. Het productieproces begint met de aankoop van grondstoffen en het maken van de planning waarbij gebruik wordt gemaakt van menselijk intellect, technologische middelen en kapitaalinvesteringen. Het proces gaat verder met waardetoevoegende en waarde-mogelijk-makende activiteiten, maar kan hierbij worden beperkt door verspillingsgebeurtenissen die leiden tot het verlies van geld, tijd en intellectuele hulpbronnen, en bijgevolg de kwaliteit van werkstukken en opbrengst verlagen. De productie wordt gemeten in termen van kwaliteit van werkstukken, de gewenste hoeveelheid en de gewenste productietijd en -kosten.

EVOLUTIE VAN HET FABRICAGEPROCES

Grafiek 1
Grafiek 1: evolutie van het productieproces over generaties heen

De gebruikte methoden voor het analyseren en voorspellen van de standtijd hangen af van de wijze waarop het gereedschap wordt toegepast. In de loop der eeuwen zijn fabricageprocessen geëvolueerd van productie van afzonderlijke items op vakmanschapsniveau tot massaproductie van gestandaardiseerde werkstukken. Een verbetering van productiemethoden veroorzaakte vervolgens een tweede generatie van massaproductie die in staat was om steeds grotere volumes van soortgelijke onderdelen te produceren - een scenario met een hoog volume, lage productmix (HVLM). Tegenwoordig is digitale technologie, zoals toegepast in programmering, gereedschapsbeheer via machines en manipulatiesystemen voor werkstukken, verantwoordelijk voor een derde generatie van massaproductie waarmee een kostenefficiënte HMLV-productie mogelijk is. 
Hoewel de belangrijkste prestatieproblemen hetzelfde blijven, nl. het behalen van rendement op het gebied van kosten en tijd, een bepaalde minimumkwaliteit en een zekere mate van opbrengst, vereisen massaproductietechnieken van de tweede en derde generatie verschillende benaderingen van standtijdanalyse. In een HVLM-scenario van de tweede generatie worden identieke werkstukken vervaardigd uit hetzelfde werkstukmateriaal in oplagen die dagen, maanden of jaren kunnen duren, met dezelfde apparatuur en hetzelfde soort snijgereedschap. In die situatie is standtijdbeheer betrekkelijk eenvoudig. Werkplaatspersoneel gebruikt prototyping en tests bij het bepalen van de beste gemiddelde standtijd, en deelt de gewenste hoeveelheid werkstukken vervolgens door de verwachte levensduur van de afzonderlijke gereedschappen. Met consistente levensverwachtingsgegevens voor gereedschap kan een werkplaats gereedschapswissels plannen die gereedschapsgebruik maximaliseren en continue productie ondersteunen. HVLM-productiemethoden worden echter steeds minder gebruikt. Om een evenwicht te bereiken tussen vraag en voorraad en tegemoet te komen aan voortdurende constructiewijzigingen, bewerken fabrikanten steeds minder werkstukken in lange, onveranderlijke series.

Detailfoto 2Tegelijkertijd worden de HMLV-massaproductiestrategieën van de derde generatie steeds meer toegepast. Snel aanpasbare HMLV-processen komen goed overeen met hedendaagse voorraad- en engineeringdoelen, maar het planningsproces is veel complexer. Een productieserie van tien stuks kan worden gevolgd door partijen van twee, vijf of zelfs een enkel onderdeel. Werkstukmaterialen kunnen wisselen van staal naar aluminium naar titanium en de geometrieën van werkstukken kunnen variëren van eenvoudig naar complex. Er is daarbij niet voldoende tijd beschikbaar om de standtijd van de gereedschappen te bepalen door middel van tests. In dergelijke gevallen maakt een werkplaats gewoonlijk een conservatieve schatting over de verwachte levensduur van een gereedschap en om op zeker te spelen, wordt er een nieuw gereedschap gebruikt voor elke productieserie. Dat wordt vervolgens weggegooid, lang voordat het gereedschap de eigenlijke productieve levensduur bereikt. Een meer algemene benadering van de gereedschapsslijtageanalyse en voorspellingen kunnen bijdragen aan het terugdringen van de verspilling van snijgereedschap.

BINAIRE OPBRENGSTMOGELIJKHEDEN

Snel veranderende HMLV-fabricagemethoden vergroten de moeilijkheid om hoge opbrengsten voor machinale bewerkingen te behalen. In het geval van langetermijn-HVLM-productie kunnen tests en aanpassingen opbrengstpercentages van meer dan 90% bereiken. Aan de andere kant kan de HMLV-situatie wellicht binair zijn. Een succesvolle enkele productreeks betekent 100 procent rendement, maar als het werkstuk onaanvaardbaar is of een werkstuk defect is, is de opbrengst nul. Eisen aan kwaliteit, kosten en tijdsrendement blijven hetzelfde, maar de directe opbrengst wordt een dwingende eis. In dat geval is het vermijden van gereedschapsbreuk wellicht de belangrijkste overweging. Eén voordeel is dat gereedschapsslijtage een minimale zorg is in kortstondige situaties en een werkplaats kan, binnen de grenzen van de redelijkheid, agressievere en productievere snijparameters toepassen.

VAKMANSCHAP

Grafiek 2
Grafiek 2: kosten van de verschillende elementen van het bewerkingsproces en de totale kosten

Langdurige en onveranderlijke HVLM-productieseries neigen ernaar het belang van de menselijke bijdrage aan het productieproces te minimaliseren. Nadat een lange serie wordt geïnitieerd, kunnen werkzaamheden grotendeels worden geautomatiseerd. Zelfs in gevallen waarin een operator deelheeft aan elke overgang tussen werkstukken, minimaliseert de herhalende aard van deze situaties de invloed van operators en programmeurs. Flexibiliteit is niet nodig en wordt misschien zelfs ontmoedigd. Snel veranderende HMLV-scenario's daarentegen benadrukken de rol van de mens in het proces, tot het punt dat de werkzaamheden een vorm van traditioneel vakmanschap vereisen, waarbij creativiteit en flexibiliteit vereist zijn om de werkzaamheden efficiënt aan te passen aan de voortdurend veranderende werkstukken en snijomstandigheden die kenmerkend zijn voor HMLV-bewerking.

FOCUS OP PROCESSEN

Vele pogingen tot analyse van het productieproces worden toegespitst op de herziening van eindresultaten in verhouding tot standtijd en werkstukproductie, zonder een grondig onderzoek naar het proces zelf. Problemen met betrekking tot snijgereedschappen, maar niet rechtstreeks tot standtijd, kunnen onopgemerkt blijven en knelpunten in de productie veroorzaken. Bramen zijn bv. doorgaans niet gerelateerd aan de standtijd, maar deze onderbreken het productieproces omdat er een andere bewerking ontwikkeld en geïmplementeerd moet worden om de bramen te verwijderen. Braamvorming is echter gerelateerd aan gereedschapsgeometrie en verspaningsparameters, en moet derhalve in overweging worden genomen in de gereedschapscapaciteitsverliesanalyse. Gereedschapsbreuk, een ander probleem dat meestal niet is gerelateerd aan gereedschapsslijtage, gaat gepaard met gereedschapsmateriaal, geometrie, verspaningsparameters evenals andere factoren voor bewerkingsgereedschap.

OPERATIONELE EXCELLENTIE

Detailfoto 1De basiscomponenten van productierendement zijn eliminatie van verspilling, flexibiliteit en variabiliteit. Een uitgebreide gereedschapscapaciteitsverliesanalyse houdt rekening met 5 elementen van operationele excellentie:

  • een volledig inzicht krijgen in het totale bewerkingsproces en de relatie van de bewerking tot het werkstukmateriaal;
  • verspilling door 'lean' productiestrategieën en andere initiatieven verminderen;
  • de concepten van de productie-economie moeten worden ingezet om te zorgen voor winstgevendheid;
  • doelstellingen voor rendementspercentages moeten in het licht van de productieomvang en verscheidenheid van werkstukken gezien worden; het maximaliseren van flexibiliteit moet worden beschouwd als een manier om knelpunten te minimaliseren, maar de variabiliteit dient onder controle te worden gehouden om te zorgen voor consequente werkstuktoleranties;
  • het belang van productiepersoneel moet worden onderstreept om maximaal voordeel te halen uit de unieke en onvervangbare bron aan kennis en expertise die deze factor vertegenwoordigt.

ANDERE OVERWEGINGEN

Globale gereedschapsanalyse vormt een aanvulling op de initiële meting van snijplaatslijtage met analyses van de rol van het gereedschap in de totale kostprijs van verkochte goederen (kostprijs), omstelprocedureanalyse (SMED - Single-Minute Exchange of Die), waardestroombeheer (VSM - Value Stream Management) en het OEE-productierendement (OEE - Overall Equipment Effectiveness).

Productiekosten

De meest elementaire economische overweging is duidelijk: gereedschap kost geld. In grafiek 2 worden de kosten getoond van de verschillende elementen van het bewerkingsproces en worden de totale kosten weergegeven. Met deze gegevens kan een werkplaats de verschillende elementen van de productiekosten vergelijken en contrasteren, met het oog op het vinden van kandidaten voor kostenreducties die meer operationele winstgevendheid tot resultaat hebben.

GereedschapsverslechteringsanalyseSingle-minute exchange of Die

Een andere economische factor is dat gereedschap tijd kost - de tijd die gemoeid is met het manipuleren van gereedschap buiten de werkelijke machinale bewerkingen. De tijd die wordt besteed aan gereedschapwisseling en gereedschapsinstellingen, wordt geanalyseerd via SMED-analysetechnieken die ook een beeld schetsen van de kosten, naast de gereedschapsslijtage- en -vervangingskosten. Een deel daarvan is terug te leiden op de aankoop en organisatie van gereedschap en de montage en het laden van programma's in het machinegereedschap.

 

 

Overall Equipment Effectiveness

OEE bepaalt hoeveel van de beschikbare productietijd efficiënt wordt gebruikt. Een OEE-analyse duidt verliezen en de voortgang van benchmarks aan en verbetert de productiviteit door het elimineren van verspilling. De totale tijd die beschikbaar is voor productie, wordt geïdentificeerd en vervolgens trekt de analyse de geplande uitvaltijd, ongeplande uitval, omsteltijd, kleine stops, tijd verloren snelheid, herbewerking en afgekeurde stukken hiervan af. Dat resulteert in de effectieve bewerkingstijd, uitgedrukt als een percentage van de totale beschikbare tijd. Een OEE van 100% - een nobel maar vrijwel onbereikbaar streven - betekent dat een werkstuk wordt geproduceerd met de voorgeschreven kwaliteit, zo snel mogelijk, zonder enige verspilde tijd.

Value stream management

VSM en rendement van het systeemDe VSM-analyse illustreert de noodzaak om prestatieverbeteringen van alle elementen van het productieproces in evenwicht te brengen. In de grafische weergave (rechts) zijn de effecten van de verbetering van de prestaties van één element van een systeem te zien, zonder verbetering van andere elementen. Denk aan afzonderlijke personen in een roeiboot. Betere prestaties door één roeier zouden de algehele prestaties van de boot zelfs kunnen verslechteren.
Verbeteringen in delen van het proces moeten worden gemaakt op grond van hun verhouding tot de omvang en verscheidenheid van de productie, werkstukmateriaaleigenschappen, geometrieën, vereisten voor machines en werkstukklemsystemen, en overige aandachtspunten voor het bereiken en handhaven van een productieproces dat over het algemeen in balans is.

GLOBAL TOOL DETERIORATION ANALYSIS

Globale gereedschapsverslechteringsanalyseGTDA is eigenlijk een eenvoudig proces. De snijkanten van een groot aantal willekeurig gekozen gereedschappen vanuit de hele werkplaats worden stuk voor stuk onderzocht om te bepalen welke snijkanten versleten zijn. De slijtage wordt gerangschikt volgens het type en de grootte. De traditionele gereedschapsslijtageanalyse concentreert zich op een gereedschap in één bewerking; GTDA verzamelt informatie over gereedschapsslijtage en andere, aan gereedschap gerelateerde, problemen voor de hele werkplaats en past vervolgens COGS, SMED, VSM, OEE en andere analytische hulpmiddelen toe om aanvullende gegevens te verzamelen voor de planning en uitvoering van de verbeteringsprogramma's.
Om succesvol te zijn, moet een werkplaats de discipline hebben om een GTDA-programma te starten en, even belangrijk, gereedschapsonderzoek en analyse van de gegevens op een regelmatige basis voort te zetten. Een andere vorm van discipline, namelijk eerlijkheid, is ook vereist. Een werkplaats moet de resultaten van de analyse eerlijk en objectief aanvaarden en bereid zijn om te handelen naar aanleiding van de bevindingen, ongeacht de tradities en het beleid van de werkplaats of niet-onderbouwde opinies over toepassingsparameters van het gereedschap.

CONCLUSIE

Gereedschapsslijtage is onvermijdelijk en het beheer ervan is essentieel voor succesvolle machinale bewerkingen. Maar gereedschapsslijtage is slechts één voorbeeld van de vele invloeden van snijgereedschap op het rendement van het algehele productieproces van een site. GTDA kijkt verder dan de slijtageanalyse van één soort gereedschap en omvat alle gereedschappen in de werkplaats evenals een breed scala van belangrijke, aan gereedschap gerelateerde invloeden buiten het snij-proces.

GTDA: WAAROM EN HOE?
Op het hoogtepunt van het tijdperk van massaproductie met een hoog volume van identieke werkstukken werd gereedschapsslijtage gewoon gemeten, gemanipuleerd en in evenwicht gebracht om de standtijd en de werkstukproductie te maximaliseren. Naarmate productiestrategieën zijn geëvolueerd naar een meer just-in-timeproductie van niet-identieke componenten, is gereedschapsslijtage op zichzelf een minder centraal onderdeel van het productieproces geworden.
De globale gereedschapscapaciteitsverliesanalyse is een belangrijk onderdeel om het algehele productieproces te kunnen evalueren en verbeteren. Door het bestuderen van een willekeurige selectie van gereedschappen die alle bewerkingsgebieden van een faciliteit dekken, en vervolgens een verscheidenheid aan metingen toe te passen, kan een fabrikant een breed inzicht verkrijgen en de rol begrijpen die gereedschap speelt in het gehele bewerkingsproces. GTDA helpt werkplaatsen te ontdekken waar gereedschapsprestaties kunnen worden verbeterd om de productiviteit te verhogen en waar aan gereedschap gerelateerde problemen tijd- en geldverslindende knelpunten in het productieproces zouden kunnen creëren.