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

Postój zajmuje prawie połowę cyklu, nawet w produkcji seryjnej. W przykładzie z podręcznika SME dla prostego wałka z pręta Ø24×38 mm czynności, w których narzędzie nie skrawa, trwają 0,66 minuty wobec 0,75 minuty skrawania. W skali zakładu jest ostrzej: MachineMetrics zmierzyło w 2022 roku średnie wykorzystanie maszyn na poziomie około 26%.

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"

Pojedynczy egzemplarz jest drogi, bo sam niesie cały czas przygotowania partii. Przy setupie 90 minut pojedyncza sztuka dźwiga całe 90 minut, dziesięć sztuk po 9 minut, a sto po 54 sekundy. Dlatego prototyp kosztuje kilkaset złotych, a dwie małe partie zamiast jednej większej to prawie dwa setupy.

Koszt postoju rządzi się prostym wzorem, który SME zapisuje jako $T_s = \frac{T_b}{Q}$: 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

Postoje skraca się przede wszystkim mniejszą liczbą zamocowań, szybszym bazowaniem, ustawianiem narzędzi poza maszyną i programowaniem offline, grupowaniem podobnych robót w rodziny części oraz jawnym liczeniem setupu w wycenie. Klient warsztatu może pomóc, łącząc zamówienia w większe partie, pytając o progi cenowe i nie dzieląc jednej partii na kilka terminów.

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, według rzetelnie policzonej stawki maszynogodziny, 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. Czasy i stawki liczone są dla maszyn, które zakład sam wprowadza i kalibruje: więcej na stronie park maszyn i kalibracja.

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.

Najczęstsze pytania o czas przezbrojenia i cenę części CNC

Dlaczego jedna sztuka z obróbki CNC jest tak droga?

Bo cały czas przygotowania partii rozkłada się na liczbę sztuk według wzoru $T_s = \frac{T_b}{Q}$. Przy setupie 90 minut jedna sztuka niesie całe 90 minut, dziesięć sztuk po 9 minut, a sto po 54 sekundy. Dlatego prototyp kosztuje kilkaset złotych, choć samo frezowanie trwa kilka minut.

Jaką część czasu obróbki CNC narzędzie faktycznie skrawa?

Często mniej niż połowę czasu, za który płacisz. W przykładzie SME czynności bez skrawania zajmują 0,66 minuty wobec 0,75 minuty skrawania, a przy jednej sztuce postój potrafi kosztować kilkanaście razy więcej niż skrawanie. Dane MachineMetrics z 2022 roku pokazują średnie wykorzystanie maszyn na poziomie około 26%.

Ile trwa przygotowanie nowej roboty na frezarce CNC?

Realnie od pół godziny do dwóch godzin. Czas zaoszczędzony na korbach i próbnych wiórach przejęły programowanie CAM, bazowanie i dokumentacja. Dla porównania tablice z 1972 roku dają 40-60 minut przygotowania prostej roboty tokarskiej na jedną sztukę, zanim zacznie się skrawanie warte może 10 minut.

Które czasy nieprodukcyjne przetrwały wprowadzenie CNC?

Przetrwały przezbrojenie i mocowania, kontrola pierwszej sztuki oraz czynności organizacyjne, a doszło programowanie CAM, które przy produkcji jednostkowej potrafi kosztować więcej czasu niż obróbka. Zniknęły za to drobne pozycje, takie jak zmiana prędkości obrotowej, a wymiana narzędzia trwa sekundy. Dlatego minimalizuje się liczbę maszyn, przezbrojeń i zamocowań.

Jak klient może obniżyć koszt przezbrojenia?

Łącząc zamówienia w większe partie, pytając o progi cenowe przy różnych ilościach i nie dzieląc jednej partii na kilka terminów bez potrzeby. Każdy termin to osobny setup, za który ktoś musi zapłacić. Zamówienie 5 sztuk teraz i 5 za miesiąc kosztuje realnie prawie dwa setupy, czyli więcej niż 10 sztuk od razu.