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【山（shān）高刀具】可持（chí）續性如何應用於製造業

2020-5-22 來源：-- 作（zuò）者：-

如今，從漁業、家具（jù）到能源消耗和建築，各行各業都將（jiāng）“可持續”一詞與其產品和活動聯（lián）係起來。這些行業聲明要保護自然資源和地球環境（jìng）。事實上，從更狹義的角度來講（jiǎng），製造業的機械加工（gōng）一直在追求（qiú）某種形式的可持續性。加工價格具有競爭力的高質量產（chǎn）品可使製造商獲利，從（cóng）而維（wéi）持企（qǐ）業的持續經營。

縱觀曆史，製（zhì）造商一直在努力尋（xún）求使加工過程更高效、更具成本效益（yì）的方法，包括不斷（duàn）開發先進和精密的（de）生產（chǎn）機械，改進（jìn）切削刀具以及優（yōu）化整個切削係統。具體策略包括高速加工（gōng）、高進給加工、高性能加工和數（shù）字加工。

最近提出的一項可持續機械（xiè）加工的計劃，旨在於整個產品生命（mìng）周期中減少（shǎo）原材料的消耗、能源的使用和廢物的產（chǎn）生，使之至少達到與地球承載（zǎi）能力相平衡的水（shuǐ）平。通常，關於可持續性的（de）一般性討論都集中在宏觀的全球環境問題上（shàng），而忽略了價格、成本（běn）、客戶滿意度、工（gōng）藝知（zhī）識和可靠性（xìng）等基本（běn）要素。談到機械加工的可持續性，真正的成功始於簡單、直接的步驟和分（fèn）析。

可持續定價

每個企業都（dōu）麵臨著為其（qí）商品或服務設（shè）定可持續價格的挑戰。價格必須足以彌補成本並產生利潤，但又必須在市（shì）場競爭中吸引客戶。如果客（kè）戶認為產品物有所值，製造商便有設定更高價格的空（kōng）間。

另一（yī）方麵，如（rú）果來自客戶和競爭對手的壓力導致定（dìng）價過（guò）低，利潤率就會受到（dào）影響。當價格低於生產成本時，就會造成損失。如果競爭壓力使（shǐ）得價格過低，那麽（me）產品（pǐn）設計（jì）和加工（gōng）人員就必須找到更便宜、更快、更好（hǎo）的生產方法，以削（xuē）減生產成本，維持可持（chí）續的利潤率。

不可見成本

在許多企業（yè）中（zhōng），盈虧臨界點其（qí）實並不明確。這是（shì）因為真實成本本（běn）身也不清晰。有一些隱藏的、被忽略的或未知的因素（sù）未被計入成本。典型的不（bú）可見成本包括計劃外停工、不（bú）合（hé）格（gé）工件和破損刀具。這些（xiē）成本被認（rèn）為不具有代（dài）表（biǎo）性或不夠“真實”。這種對某些成本要素視而不見的態度（dù）或思維方式不（bú）僅限於生產人員，也可能存在於整個公司。

要（yào）實現可持續的成本結構，就必須讓不可見成（chéng）本可視化。製造人員必（bì）須（xū）從（cóng）整體（tǐ）上檢查和評估加工過程以及組織內活動的結構和流程，以發現隱藏（cáng）的成本。

客戶滿（mǎn）意度

客戶滿意度是經濟可持續發展的關鍵要素。客戶關心的是訂單何時能夠交付。在客（kè）戶心目中，“交貨期（qī）”從下達訂單後就開始（shǐ）計算。並且交貨期不單單隻是生產時間。如果加工一個零件需要三周，但是管理活動前前後後需（xū）要兩周時間，那麽（me）車間必須坦誠告知客戶交貨期為五周。包括山高刀具在內的金屬加工設備供應商提供刀具庫存管理、刀具識別和機床監（jiān）控係統，使車間人員能夠跟蹤客戶作業，並最大限度地提高車間能力以滿足交貨1/4期目標並保持客（kè）戶滿意度。（請參閱（yuè）附注）

浪費和度量（liàng）

高（gāo）效的製造可最大限度（dù）地減少時（shí）間、能源（yuán）和原材料的浪費。加工過程產生的廢品（如切屑、切削油和冷卻劑等）所涉及的問題較為複雜。製造商習慣將廢（fèi）品視為生產過程中不可避免的（de）產物，並認（rèn）為這種狀況難以改變，因此在這方麵投入甚少。

要想（xiǎng）有效減少浪費並節約資源（yuán），就需要全麵了解工件材料的特性和加工（gōng）工（gōng）藝（yì）。這意味著（zhe）我（wǒ）們需要精確度量加（jiā）工工藝的關鍵參數，明確加工結果。要做到真正意義上的精確，就應當盡（jìn）量避免使用舍入的數字，例如整數通常代表估值，不能完全呈（chéng）現實際情況，並（bìng）且會在我們作出調整時妨礙對結（jié）果的有效確定（dìng）。如果一個車間聲（shēng）稱其生產效率“高於 60%”，那究竟是 61% 還是 95%？畢竟這兩個數（shù）字都高於 60%。同樣（yàng）的，例如“切削速度約200 米/分鍾”這樣的信息也不夠可靠。實際數值有可能是 195 米/分鍾或（huò） 206 米/分（fèn）鍾，而（ér）不是（shì）一個整數估值。

在一個案例中，某車間老板確信其工廠的時間利用率為 70%（整數）。然而，仔細測算後發現實際利用率隻有34%，原因在（zài）於工廠內每三台（tái）機器中隻有一台在工作，另外兩台處於閑置狀態。因此，車間負責人的估算並無意義。

薪酬與可持續性

在分析與全球勞動力成本相關的可持續性時（shí），對勞動生產率（lǜ）的評估應排除工資成（chéng）本。勞動生產率等於生產（chǎn）周轉率，減去購買（mǎi）商品和服務的成本，除以員工人數，再除以時間單位。

這一公式可在不考慮勞動（dòng）力成本（běn）影響的情況下衡量勞動生產率，並對不同工資等（děng）級的國家或企業的勞（láo）動生產率進行有效比較（jiào）。例如，西方國家一個熟練的機器操作員的工資可能是（shì）一個低薪國家操作員工資的十倍，但這（zhè）種差異並不代表實際的生產力差異。低薪國家 10 名（míng）操（cāo）作員生產的零件數量可能比（bǐ）西方國家 1 名操作員生產的要（yào）少，質量（liàng）也更低。

然而，如果低薪國家（jiā）的實際勞（láo）動生產率（按上述方法衡（héng）量）與西方國（guó）家處於同一水平，那麽要在西方國家實現經濟上可持續的生產力，就必須投資於創新的技術和生產方（fāng）法以及對製造業工作人員（yuán）的持續教育。

高勞動生產率（lǜ）表明，製造人員對自（zì）己的工（gōng）作有十足的把（bǎ）握，並（bìng）具備（bèi）綜合知識和（hé）技能（néng）。因此他們能夠更快地工作、充分發揮自身能力並獲得更（gèng）高的工作滿意（yì）度。如今，在多品種、小批（pī）量的生產環境下經常會發生意料之外的事情，打亂生產計劃。然而，經驗（yàn）豐富、訓練有素的操作人員可以快速調整操作，靈活應對（duì）生產瓶頸和其（qí）他破壞性事件。

可（kě）靠的加工工藝

可持續的加工過程是可靠且可預測的，並且能夠最大程度地減少能源浪（làng）費。不可靠（kào）的工藝會導（dǎo）致工（gōng）件返工或報廢，以及因產品不合格（gé）而導致原材料、能源和勞動力的浪費。

同樣，從可持續性的角度來（lái）看，在製品 (WIP) 本質上也是一種浪費。從經濟角度來看，在製品代表金錢、時間和占地空間的浪費。此外，儲存的（de）半成品在物流係統中移動時可能會損壞。因此，車（chē）間的在製品應盡可能（néng）減少。

降低能耗

縱觀（guān）曆史，製造業總能用更少能源消耗獲得更大成果。例如，在上世紀 80 年（nián）代初，許多車間的機床功（gōng）率都在70 千瓦（wǎ）或以上。如今，功率為 7 千瓦的銑床所提供（gòng）的生產率可（kě）以比那些十倍功率的（de）銑床還要高。可持續的加工過程可將每（měi）立方毫米或（huò）立（lì）方英（yīng）寸材料（liào）的能耗降（jiàng）至最低。最大限度地降低能耗（hào），自然而然可減少能源浪費，使加工過程更加環保。

效率最大化

圖 3 顯示了一個五軸加工中心在一個（gè）工作日內的電能消耗（這些數據（jù）收集自一台機器，可供一般性參考）。令人驚訝的是，這台機器使用的大部分能量並不是被主軸消耗的。主軸和軸驅動電機通常隻消耗 30% 的能量，而各種冷卻係統消耗 44%，其餘（yú）的則由泵、變壓器、機器控製和其他係統所（suǒ）消耗。因此，當機床不在進行切削作業時，機床的大多（duō）數（shù）其他係（xì）統（tǒng）仍會繼（jì）續消耗能量。

高效利用能源可以在整體能源使用量小幅增加的情況下，顯著提高產（chǎn）品產量。假設在第一個場景（jǐng）裏（lǐ），一（yī）個工件的實際加工需要一個小時。通過編程，設置和等待時間需（xū）要 6 個小時，機床將在 8 小時內生產兩個工件（jiàn）。當機床進行切削時，能耗可視為 100% 或一個名義單位。切（qiē）削（xuē）操作消耗 20% 的能量，而機床不在切削時消耗80% 的能量單位。因（yīn）此，機（jī）床（chuáng）一天（tiān）的總能耗為 6.8 個單位，產出為兩個工件。

第二（èr）個場景，對（duì）過（guò）程進行了分（fèn）析並著重考（kǎo）慮了如（rú）何（hé）削減浪費（fèi）的時間。通過分析，可將（jiāng）閑置（zhì）時間縮短至 5 個小時，減少了（le） 16.5%。現在有三個小時的切削時間，可生產三（sān）個工件。每天的總能耗為 7 個單位，比第一個場（chǎng）景高出 3%。

在第（dì）一個場景中，生產（chǎn）一個工件需要 3.4 個能量單位，而在第二個場景中，每個工件的生產需要 2.2 個能量單位。第二個（gè）場景中每個工件的能耗減少 36%，而每日能耗僅增加 3%。在（zài）第一（yī）個場景中生（shēng）產（chǎn）三個工件需要機器運行（háng）更長時間並（bìng）消耗更多能量。由此可見，可（kě）持續加工不一定旨在消耗更少的能量（liàng），而是要用所耗能量做更多工作。

總結

長期以（yǐ）來，製造（zào）商通過加工價（jià）格具有競爭力的高質量產（chǎn）品來追求經（jīng）濟可持續（xù）性，從而支持和維持其業務發展。經（jīng）濟的可持續性包含多個方麵，但（dàn）總的來說，這些組成部分都是基礎性且直接了當的。最重要的是，經濟的可持續性意味著製造商需要切實（shí）、準確地評估生產（chǎn）過（guò）程（chéng）中各方麵（miàn）的浪費情況，並采取合理的應對措施。3/4製造商在（zài）實現經濟可（kě）持續性過程中所解決的問題，也使（shǐ）得他們（men）得以應對和降低其業務對環境（jìng）的影響，並實現全球意義上的可持續（xù）性（xìng）。

（附注（zhù））

度量和可持續性

對加工工藝和設備的組織和測量，是消除浪費和（hé）實現可持續加工的重要（yào）步驟。為準確了解時間和能源浪費發（fā）生在哪個環節，車間人員需要使用確切的數字和（hé）事實，而（ér）不是依靠猜測和整數估值（zhí）。

最基本的一個層麵就（jiù）是製造人員必須知道車間中有哪些（xiē）可用刀具以（yǐ）及刀具的位置。如果對這些信（xìn）息不夠了解，就會存在“車間遊獵”的現象，也就是工作人員知道刀具在車間裏，但不（bú）知（zhī）道其確（què）切位置，需要花費很多（duō）時間去找刀。

山（shān）高刀具提供了一係列刀具識別和管理係統，旨在消除車間遊獵。例如，山高庫存管理係統是一個多功能的工業級自動分發（fā）係統，可以與工廠的生產流（liú）程完全聯網。在配置了工廠特定（dìng）的刀具需求後，這一庫存管理係統會自動（dòng）提供全麵的報（bào）告，以跟蹤刀具使用情況並發現可能表（biǎo）明存在問題的異常情（qíng）況。

在生（shēng）產過程中正確識別刀具也至（zhì）關（guān）重要。很多刀具外（wài）觀相似，僅靠視覺和觸覺識（shí）別可（kě）能是不夠的。山高（gāo）刀具與IDEM 合（hé）作（zuò）推出了一個數字刀具識別係統，該係統采用了（le）射頻識（shí）別 (RFID) 標簽和藍牙標簽讀取器，允許（xǔ）操作人員通過本地 ioses 或 androids 應用程（chéng）序實時連接到一個包含 900,000 多個刀具的數據（jù）庫。全麵的信息包括刀具規格和刀（dāo）具曆史記錄管理以及其他功能，如用於在多個參與者之間共享評（píng）論和項目詳細信息的群組通信功能。車間人員也可以使用相同的 RFID 技（jì）術來（lái）識別量具和其他車間（jiān）物品。

實時機床監控可支持經濟的可持續性，因為它能夠持續跟蹤加工過程（chéng）。采取實時監控後，車間（jiān）人員將能夠即時告（gào）知客戶其訂單的生產進度（dù）和交付時間，從（cóng）而提高客（kè）戶滿意度。

山高刀（dāo）具（jù）已與工業物聯網 (IIoT) 機器平台提供商 MachineMetrics 就山高機床監控係統開展合作。機床監控係（xì）統可在直連機床 PLC 和控件的同時，促進以太網、WiFi 和蜂窩通信。可通過 Web 界麵對數（shù）字和（hé）模擬 I/O進（jìn）行配置和管理。這一基於雲的係統（tǒng）易於使用（yòng）、可完全自定（dìng）義且（qiě）安（ān）裝迅速。該（gāi）係（xì）統可捕獲加工數據並提供（gòng）製造分析，幫助用（yòng）戶了解（jiě）其操作並提高機床的利用（yòng）率和產能。它還支持與山高刀具信息數據庫和經驗的交（jiāo）互，以便用戶改（gǎi）進流程，並（bìng）充分利用有關刀具壽命、速度和（hé）進給優化以及刀具破損的數據。

（來源：山高刀（dāo）具 / 作者：Patrick de Vos，山高谘詢部門業務開發經理兼技（jì）術培訓經理）

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