Najdroższa minuta w obróbce CNC to postój

Intuicja podpowiada, że cena części z obróbki CNC bierze się ze skrawania: im więcej metalu do zdjęcia, tym drożej. Tymczasem w realnym warsztacie narzędzie często skrawa mniej niż połowę czasu, za który płacisz. Reszta to mocowanie, przezbrojenie, ustawianie narzędzi, pomiary. Ten artykuł jest o tej drugiej, niewidzialnej połowie ceny - i o tym, jak ją zmniejszać.

Rachunek, który zaskakuje

W podręczniku szacowania kosztów produkcji wydawanym przez SME jest tabela kosztów obróbki prostego wałka z pręta Ø24×38 mm ze stali niskowęglowej. Rozbicie czasu wygląda tak:

Czynności, w których narzędzie nie skrawa, to 0,66 minuty wobec 0,75 minuty skrawania - prawie połowa cyklu. I to jest przykład z produkcji seryjnej, gdzie setup rozłożył się na wiele sztuk. Przy jednej sztuce proporcje się odwracają: postój potrafi kosztować kilkanaście razy więcej niż samo skrawanie.

A to i tak optymistyczny obraz, bo dotyczy pojedynczego cyklu. W skali całego zakładu jest ostrzej: platforma MachineMetrics, zbierająca dane wprost ze sterowników tysięcy obrabiarek w setkach amerykańskich firm, zmierzyła w 2022 roku średnie wykorzystanie maszyn na poziomie około 26% (22-30% w poszczególnych miesiącach). Typowa obrabiarka przez trzy czwarte czasu nie wykonuje żadnego programu - czeka na materiał, przezbrojenie, program albo operatora.

Anatomia postoju, policzona co do setnej minuty

Ktoś mógłby uznać, że to teoretyzowanie. Nie jest - te czasy mierzy się i tabelaryzuje od dziesięcioleci. W polskich tablicach normowania czasu z 1972 roku czasy nieprodukcyjne mają własne rozdziały, z dokładnością do setnych części minuty. Kilka przykładów dla tokarek - wartości historyczne, ale mechanizm bez zmian:

• czynności organizacyjne przy przyjęciu i zakończeniu roboty: 10-14 minut na partię;
• uzbrojenie tokarki do obróbki jednym nożem: od 6-11 minut (w kłach) do 12-27 minut (na tarczy z kątownikiem i przeciwciężarem); każde kolejne narzędzie to dodatkowe 3-10 minut;
• kontrola pierwszej sztuki: 3-8 minut, a przy skomplikowanej obróbce z konsultacją u majstra jeszcze 5-15 minut więcej;
• zamocowanie i zdjęcie jednej sztuki: od 0,14 minuty w uchwycie pneumatycznym do 6,5 minuty w uchwycie czteroszczękowym z trudnym ustawieniem - różnica prawie pięćdziesięciokrotna, przy tej samej części;
• każdy pomiar suwmiarką, mikrometrem czy sprawdzianem: 0,1-1,35 minuty, tym więcej, im dokładniejszy.

Zsumujmy uczciwie: prosta robota tokarska na jedną sztukę, trzy narzędzia, mocowanie w uchwycie czteroszczękowym, kontrola pierwszej sztuki - to 40-60 minut, zanim w ogóle zacznie się skrawanie warte może 10 minut.

Ważne zastrzeżenie: to są liczby z epoki maszyn konwencjonalnych i dziś ich składniki wyglądają inaczej. Ale suma w produkcji jednostkowej jest wciąż tego samego rzędu - na frezarce CNC przygotowanie nowej roboty to realnie od pół godziny do dwóch godzin, bo czas zaoszczędzony na korbach i próbnych wiórach przejęły programowanie CAM, bazowanie i dokumentacja. Zmieniła się lista pozycji, nie skala zjawiska.

Co CNC zabiło, a co przeżyło

Maszyny CNC rozprawiły się z drobnicą z tablic Wołka: zmiana prędkości obrotowej (u Wołka 0,06-0,45 min "rękojeścią" lub "przystawką zębatą") dziś nie istnieje, wymiana narzędzia (0,6-1,4 min) trwa sekundy w magazynie narzędziowym, sondy przedmiotowe i narzędziowe - opisywane w prasie branżowej jako nowość już w 2008 roku - automatyzują ustawianie, które kiedyś robiło się próbnymi wiórami i mikrometrem.

Ale trzy najcięższe pozycje przeżyły, a jedna doszła:

1. Przezbrojenie i mocowania - imadła, przyrządy, bazowanie; każde dodatkowe zamocowanie części to nowy cykl ustawiania i nowe ryzyko błędu.
2. Kontrola pierwszej sztuki - dziś tak samo obowiązkowa jak w 1972 roku, szczególnie przy ciasnych tolerancjach, o których pisaliśmy tydzień temu.
3. Czynności organizacyjne - rysunek, karta, materiał, dokumentacja jakościowa.
4. Programowanie CAM - pozycja, której Wołk nie znał: przy jednostkowej produkcji program potrafi kosztować więcej czasu niż obróbka.

Wniosek praktyczny z podręcznika SME brzmi dziś identycznie jak wtedy: przy planowaniu obróbki minimalizuj liczbę maszyn, liczbę przezbrojeń i liczbę zamocowań - bo to one, nie parametry skrawania, robią różnicę w koszcie.

Designed by Magnific

Matematyka partii, czyli dlaczego jedna sztuka kosztuje "jak złoto"

Koszt postoju rządzi się prostym wzorem, który SME zapisuje jako Ts = Tb / Q: czas przygotowania partii dzielony przez liczbę sztuk. Ta jedna kreska ułamkowa wyjaśnia większość "dziwnych" zjawisk w wycenach:

• przy setupie 90 minut: jedna sztuka niesie całe 90 minut, dziesięć sztuk - po 9 minut, sto - po 54 sekundy;
• dlatego prototyp kosztuje kilkaset złotych, choć "to przecież pięć minut frezowania";
• dlatego zamówienie 5 sztuk teraz i 5 za miesiąc kosztuje realnie prawie dwa setupy, czyli więcej niż 10 sztuk od razu;
• i dlatego, jak zauważają autorzy SME, w produkcji jednostkowej trudno o wzór na setup - właściciel małego warsztatu szacuje go z doświadczenia. A doświadczenie, jak każda wiedza trzymana w jednej głowie, bywa różnie dostępne w piątek o 15:00.

Jak zmniejszać niewidzialną połowę ceny

Dla warsztatu dźwignie są znane od dekad, zmieniły się tylko narzędzia:

• mniej zamocowań - obróbka wielostronna, obróbka z jednego zamocowania, sensowna kolejność operacji;
• szybsze bazowanie - przyrządy modułowe, systemy punktu zerowego, sondy przedmiotowe zamiast "namierzania" czujnikiem;
• ustawianie narzędzi poza maszyną i programowanie offline - maszyna skrawa, gdy technolog programuje kolejną robotę;
• rodziny części - grupowanie podobnych robót, żeby jeden setup obsłużył kilka pozycji;
• uczciwe liczenie setupu w wycenie - nie "w cenie", nie "na oko", tylko jawnie i osobno, bo tylko wtedy widać, co się opłaca.

Dla klienta warsztatu wnioski są jeszcze prostsze: łącz zamówienia w większe partie, pytaj o progi cenowe przy różnych ilościach i nie dziel jednej partii na kilka terminów bez potrzeby - każdy termin to osobny setup, za który ktoś musi zapłacić.

Policzone, nie zgadywane

W dobrej wycenie czas postoju nie jest domysłem - jest osobną, policzalną pozycją, tak jak w tablicach z 1972 roku. Dokładnie tak liczy to silnik MetronQ: setup zależny od złożoności części i liczby zamocowań, programowanie CAM, kontrola pierwszej sztuki - wszystko rozkładane na partię obok kosztu samego skrawania, z progami cenowymi widocznymi dla różnych ilości. W wycenie MetronQ klient sam widzi, jak cena jednostkowa spada z ilością - i przestaje się dziwić, czemu jedna sztuka tyle kosztuje.

Bo najdroższa minuta w warsztacie naprawdę jest ta, w której maszyna stoi. Druga w kolejności: ta, w której ktoś ręcznie liczy, ile te postoje będą kosztować.

PS Ile kosztuje zautomatyzowanie tego liczenia - sprawdź w cenniku.