Mencapai Keunggulan Pemesinan: Menseimbangkan Produktivitas, Kualitas, dan Biaya

Pendahuluan

Dalam memproduksi berbagai macam bagian dari bahan workpiece yang sangat berbeda, produsen menggunakan berbagai proses pemesinan. Terlepas dari itu, tujuan umum semua produsen adalah untuk menciptakan sejumlah workpiece dengan kualitas yang diinginkan, dalam waktu yang ditentukan dan dengan biaya yang tepat.

Banyak produsen mencapai tujuan itu dengan mengikuti model perspitifik sempit yang dimulai dengan pemilihan dan aplikasi alat dan menyelesaikan masalah secara reaktif. Membalik pendekatan tersebut, however, dapat mengurangi biaya dan meningkatkan efisiensi. Alih-alih menunggu masalah muncul dan kemudian melakukan penyesuaian pada operasi pemesinan individual, produsen harus berfokus terlebih dahulu pada perencanaan proaktif yang bertujuan untuk menghilangkan bagian yang ditolak dan waktu henti yang tidak terduga. Setelah proses yang stabil dan andal telah dirintis, penerapan konsep ekonomi produksi dapat membantu produsen menemukan keseimbangan antara laju produksi dan biaya manufaktur. Kemudian, membangun di atas dasar operasi yang aman dan kuat secara ekonomis, produsen dapat memilih alat dan kondisi pemotong yang akan sepenuhnya mengoptimalkan proses pemesinan.

Ekonomi produksi

Sebelum mengambil langkah untuk mengoptimalkan pemotongan logam, penting bahwa proses aman dan terpercaya, tanpa bagian cacat atau waktu henti yang tidak terduga. Mencapai keamanan proses memerlukan penciptaan lingkungan produksi yang stabil. Area yang harus dianalisis produsen meliputi pemeliharaan mesin perkakas, pemrograman CAM, sistem pemegang alat dan aplikasi pendingin. Otomatisasi penanganan pekerjaan seperti sistem muat/muat bagian palet atau robotik juga dapat menjadi bagian dari evaluasi.

Seni dan ilmu ekonomi produksi berfokus pada menjamin keamanan maksimum dalam, dan prediktibilitas dari, proses manufaktur, sambil mempertahankan produktivitas tertinggi dan biaya produksi terendah. Saat proses dan lingkungan pemotongan logam aman dan dapat diprediksi, ekonomi produksi menjadi upaya dua dimensi: menemukan keseimbangan antara output produksi dan biaya manufaktur yang tepat untuk situasi spesifik produsen. Contohnya, dalam produksi massal bagian sederhana, memaksimalkan output dengan biaya minimal mungkin menjadi pertimbangan utama. Di sisi lain, dalam manufaktur campuran tinggi, volume rendah bagian kompleks yang berharga, penekanan harus pada keandalan dan akurasi total sebelum membahas biaya manufaktur.

Mikro versus makro

Pendekatan tradisional untuk memaksimalkan output pemotongan logam melibatkan model mikro perspitifik sempit berdasarkan optimisasi alat individual dalam operasi individual. Model makro, di sisi lain, mempertimbangkan proses manufaktur dari perspektif yang lebih luas. Model-model ini berfokus pada total waktu lantai ke lantai yang diperlukan untuk menghasilkan workpiece tertentu.

Hubungan antara model mikro dan makro ekonomi dapat dibandingkan dengan perspektif seorang seniman saat menciptakan lukisan. Model mikro berfokus pada detail individual, sama seperti seniman akan berfokus pada sentulan kuas individual. Model makro mundur dan melihat proses produksi bagian secara keseluruhan, seperti melihat lukisan dalam keseluruhan. Jelas bahwa perhatian pada detail diperlukan, tetapi bukan dengan mengabaikan tujuan keseluruhan dari upaya.

Biaya tersembunyi

Fiksasi yang berlebihan pada detail dapat mengalihkan perhatian dari hasil akhir proses. Contohnya, merugikan untuk mengurangi waktu pemotongan sepuluh detik ketika dicapai dengan alat tambah yang menambahkan sepuluh menit dalam waktu pengaturan dan indeks. Demikian pula, bekerja untuk mencapai kualitas produk di luar persyaratan pelanggan akan meningkatkan biaya dan waktu produksi. Hampir serius, seseorang bisa bertanya, “Berapa lama waktu yang dibutuhkan, dan berapa biaya yang dikeluarkan, untuk menghasilkan workpiece terburuk yang masih secara fungsional dapat diterima?”

Biaya operasional

Model untuk biaya pemesinan juga dapat mewakili perspektif mikro dan makro. Model mikro mempertimbangkan proses pemotong dari sudut pandang sempit, menghubungkan kondisi pemotong secara langsung dengan biaya pemotong. Model makro-ekonomi bekerja dari perspektif yang lebih luas, menekankan waktu keseluruhan yang diperlukan untuk menyelesaikan workpiece tertentu.

Produsen mengukur laju produksi dengan berbagai cara, dari bagian yang diselesaikan selama periode waktu hingga total waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan operasi. Banyak faktor mempengaruhi laju produksi, termasuk persyaratan geometri workpiece dan karakteristik bahan, aliran produk di seluruh fasilitas, input personel, pemeliharaan, periferal, dan masalah lingkungan, daur ulang, dan keselamatan.

Beberapa elemen biaya manufaktur adalah tetap. Kompleksitas workpiece dan bahan umumnya menentukan jenis dan jumlah operasi pemesinan yang diperlukan untuk membuat bagian. Biaya untuk mendapatkan dan memelihara alat mesin fasilitas dan daya untuk menjalankannya adalah biaya tetap dasar. Biaya tenaga kerja sedikit lebih fleksibel, tetapi secara efektif tetap untuk setidaknya jangka pendek. Biaya ini harus diimbangi dengan pendapatan dari penjualan komponen pemesinan. Meningkatkan laju produksi – kecepatan di mana bagian diubah menjadi produk jadi – dapat mengimbangi biaya tetap.

Optimasi individual

Setelah gambaran keseluruhan produktivitas dan efisiensi biaya proses seimbang dan dioptimalkan pada dasar makro, produsen dapat mencapai perbaikan lebih lanjut dengan optimasi hati-hati pada operasi individual. Kondisi pemotong—namanya kedalaman pemotongan, laju pemakanan dan kecepatan pemotong—memainkan peran kunci dalam menyeimbangkan produktivitas dan biaya. Kedua atau ketiga dari tiga dapat berkontribusi pada pengurangan waktu pemesinan, tetapi dampak masing-masing pada keandalan proses bervariasi secara luas. Kedalaman pemutaran pada dasarnya tidak memiliki efek pada umur alat. Laju pemakanan mempengaruhi umur alat sedikit. Namun, dampak kecepatan pemotong pada umur alat, serta pada keandalan proses pemotong, signifikan.

Banyak manajer bengkel percaya bahwa dengan hanya meningkatkan kecepatan pemotong akan menghasilkan lebih banyak bagian per periode waktu dan dengan itu mengurangi biaya manufaktur. Biasanya itu benar, tetapi ada trade-off yang terlibat. Secara umum, semakin cepat operasi berjalan semakin tidak stabil ia menjadi. Kecepatan tinggi menghasilkan lebih banyak panas yang mempengaruhi baik alat maupun workpiece. Aus alat terjadi lebih cepat dan kurang dapat diprediksi, dan aus alat atau getaran dapat menyebabkan dimensi bagian bervariasi dan finishing permukaan menurun.

Alat mungkin patah dan merusak workpiece. Selain itu, proses yang beroperasi di batas luar keandalan biasanya tidak dapat berjalan tanpa pengawasan atau setengah tanpa pengawasan, menghilangkan sumber potensi penghematan tenaga kerja. Kecepatan pemotong yang sangat tinggi dan parameter pemesinan agresif dapat meningkatkan biaya pemeliharaan mesin dan bahkan waktu henti yang timbul dari kegagalan mesin.

Mengenali masalah ini, insinyur mekanik AS F.W. Taylor, pada awal abad ke-20, mengembangkan model untuk penentuan umur alat. Model menunjukkan bahwa untuk kombinasi yang diberikan dari kedalaman pemotongan dan laju pemakanan ada jendela tertentu untuk kecepatan pemotong di mana kerusakan alat aman, dapat diprediksi dan dapat dikontrol. Model Taylor memungkinkan untuk mengukur hubungan antara kecepatan pemotong, aus alat dan umur alat, menyeimbangkan efisiensi biaya dan produktivitas dan memberikan gambaran jelas tentang kecepatan pemotong optimal untuk operasi.

Secara umum, produsen harus memilih kedalaman pemotongan terbesar dan laju pemakanan tertinggi yang mungkin untuk setiap operasi, tunduk pada stabilitas klamping alat, fikstur workpiece dan mesin perkakas, serta daya mesin perkakas. Keselamatan operasional, dalam hal pembentukan dan pengosongan chip, getaran dan deformasi workpiece, juga harus dipertimbangkan. Pendekatan yang seimbang melibatkan kecepatan pemotong yang dikurangi yang cocok dengan peningkatan proporsional dalam laju pemakanan dan kedalaman pemotongan. Menggunakan kedalaman pemotongan yang sebesar mungkin mengurangi jumlah lepas pemotongan yang diperlukan dan dengan itu mengurangi waktu pemesinan. Laju pemakanan harus dimaksimalkan juga, meskipun persyaratan kualitas dan finishing permukaan workpiece dapat terpengaruh oleh laju pemakanan berlebihan. Dalam sebagian besar kasus, peningkatan laju pemakanan dan kedalaman pemotongan sambil mempertahankan atau menurunkan kecepatan pemotong akan menghasilkan laju penghapusan logam yang setara dengan yang dicapai oleh kecepatan pemotong yang lebih tinggi sendirian.

Biaya produksi adalah jumlah biaya alat dan biaya mesin. Seiring bertambahnya kecepatan pemotong, waktu pemesinan menjadi lebih pendek dan biaya mesin menurun. Namun, dari titik tertentu biaya keseluruhan naik karena umur alat yang lebih pendek meningkatkan biaya tooling dan waktu penggantian alat cukup untuk melampaui penghematan biaya mesin.

Saat kombinasi yang stabil dan terpercaya dari laju pemakanan dan kedalaman pemotongan telah tercapai, kecepatan pemotong dapat digunakan untuk kalibrasi akhir operasi. Sasaran adalah kecepatan pemotong yang lebih tinggi yang mengurangi biaya waktu mesin tetapi tidak secara berlebihan meningkatkan biaya alat pemotong melalui aus alat yang dipercepat.

Masalah non-pemotongan

Masalah lingkungan dan keselamatan mewakili faktor yang semakin penting dalam ekonomi produksi. Produsen berada di tekanan untuk menghemat energi. Penggunaan dan pembuangan pendingin dan minyak pemotong semakin diatur dan mahal. Pendekatan yang seimbang terhadap kondisi pemotong dapat membantu produsen menangani hal-hal serupa. Kecepatan pemotong yang lebih rendah digabungkan dengan laju pemakanan yang meningkat dan kedalaman pemotongan yang lebih kecil mengurangi jumlah energi yang diperlukan untuk menghilangkan logam. Kondisi yang seimbang juga meningkatkan umur alat, mengurangi konsumsi alat dan masalah pembuangan. Konsumsi energi yang lebih rendah menghasilkan generasi panas yang berkurang, menawarkan kesempatan untuk pemesinan pendingin minimal atau nol.

Kesimpulan

Mengadopsi konsep ekonomi produksi memerlukan analisis keseluruhan lingkungan pemesinan dan menerima cara berpikir yang bertentangan dengan banyak praktik pemotongan logam yang berdirinya. Namun, melakukan strategi yang direkomendasikan dapat meningkatkan penghematan biaya dan kualitas workpiece dan memungkinkan produksi yang lebih ramah lingkungan, sambil pada saat yang sama mempertahankan produktivitas dan keuntungan dalam proses manufaktur yang stabil dan terpercaya secara keseluruhan.

Perspektif fasilitas seluruhnya

Manfaat dari melihat proses pemesinan dari perspektif makro melampaui operasi pemotongan logam individual. Pandangan luas mempertimbangkan interelasi dari semua langkah dalam produksi. Contoh yang disederhanakan melibatkan dua mesin perkakas yang digunakan secara beruntun untuk menghasilkan komponen. Jika mesin perkakas A dioptimalkan untuk meningkatkan outputnya tetapi hasil dari mesin B tidak dapat ditingkatkan, bagian dari mesin pertama akan menunggu mesin kedua sebagai inventaris setengah jadi, meningkatkan biaya. Dalam kasus ini, dengan hanya mengoptimalkan biaya pemotong (daripada output) pada mesin pertama akan menurunkan biaya pemesinan secara keseluruhan sambil mempertahankan output.

Di sisi lain, dalam situasi di mana mesin B menunggu untuk memproses bagian dari mesin A, meningkatkan output mesin pertama akan meningkatkan total output. Hampir tergantung pada apakah alur produksi bengkel diorganisir dalam garis, batch atau urutan paralel.

Biaya akuisisi mesin perkakas juga dapat dievaluasi relatif terhadap bisnis keseluruhan produsen. Situasi yang umum melibatkan bengkel yang menjalankan mesin pemotong penuh beban 40 jam seminggu dan memutuskan untuk menggantinya dengan mesin yang lebih mahal, lebih canggih, dan kecepatan lebih tinggi. Namun, ketika mesin baru berjalan, ia menghabiskan setengah waktu untuk tidak aktif.

Bengkel menghadapi tantangan dan biaya untuk menemukan lebih banyak pekerja untuk menjaga mesin baru tetap sibuk dan membenarkan investasi padanya. Selanjutnya, pekerjaan yang memanfaatkan sepenuhnya kemampuan mesin baru mungkin tidak cocok dengan sisa operasi atau pasar bengkel. Jalur yang lebih baik akan terlebih dahulu memeriksa gambaran besar dan meramalkan apa yang akan timbul dari output yang lebih besar dari mesin baru. Mesin yang lebih murah, kurang canggih mungkin cocok dengan kebutuhan bagian saat ini dan yang diantisipasi serta volume produksi. Dipasangkan dengan mesin lama, mesin perkakas yang dipilih lebih hati-hati juga dapat memberikan fleksibilitas dan redundansi yang diperluas untuk menangani waktu henti mesin yang dijadwalkan atau tidak dijadwalkan.

Mengambil pandangan komprehensif terhadap optimisasi proses juga dapat melibatkan tindakan dan analisis yang sangat dasar dan sederhana. Pemeriksaan alat yang digunakan memberikan gambaran luas tentang apa yang terjadi di bengkel. Contohnya, jika bengkel umumnya menggunakan sisip dengan tepian pemotong panjang 12 mm tetapi pola aus pada alat hanya mencapai 2 mm atau 2½ mm, bengkel mungkin menggunakan sisip yang terlalu besar untuk apa yang mereka lakukan. Alat dengan tepian pemotong 6 mm akan lebih dari cukup, dan alat dengan tepian pemotong panjang 6 mm jauh lebih murah daripada alat dengan tepian pemotong 12 mm. Pengamatan sederhana ini dapat mengurangi biaya alat hingga 50 persen tanpa mempengaruhi produktivitas.

Sebelumnya ditampilkan di SecoTools.com.