Экономика крупномасштабных операций по скрещиванию: анализ затрат и выгод

Область производства постоянно заставляет лиц, принимающих решения, согласовывать технические возможности с финансовой реальностью. Масштабная прокладка является ярким примером процесса, в котором первоначальные инвестиции могут быть сложными, но долгосрочные операционные выгоды часто оправдывают расходы. В этой статье разбивается экономика крупномасштабных прокладок - от реальной стоимости владения до количественных выгод - так что инженеры, руководители предприятий и финансовые команды могут выполнять тщательный анализ затрат и выгод, адаптированный к их производственным потребностям.

Понимание крупномасштабного взлома

Брохинг - это процесс обработки, который удаляет материал с помощью многозубного режущего инструмента, называемого брошью. В крупномасштабной прокладке заготовки обычно тяжелые, машины являются существенными, а задействованные силы значительны. Общие применения включают резку внутренних сплайнов в автомобильных передаточных передачах, формирование ключевых путей в больших валах и прокладку слотов из елки в газотурбинных дисках. Процесс ценится за его способность производить сложные геометрии одним плавным ходом - то, что фрезерование, формование или слотирование часто требуют нескольких установок и операций для достижения.

Виды крупномасштабной броши

Каждый тип имеет свою структуру затрат и профиль преимуществ.Внутренняя прокладка, например, часто требует специальной выдвижной или отжимной машины с длинным ходом, в то время как внешняя прокладка может использовать вертикальный или горизонтальный прокладочный пресс с большой площадью стола.

Отрасли, которые приносят наибольшую пользу

Подробный анализ затрат на крупномасштабное брокерство

Для проведения значимого анализа затрат и выгод необходимо разбить общую стоимость владения (TCO) на основные компоненты. Следующие категории являются наиболее значимыми при оценке крупной прокладки.

Капитальные затраты на оборудование

Наибольшие единичные расходы приходится на саму штриховочную машину. Высокопроизводительный вертикальный штриховочный пресс, способный обрабатывать детали длиной до 2 м, может легко превышать 500 000 долларов. Горизонтальные внутренние штриховальные машины с ходами 3-6 м могут стоить свыше 800 000 долларов США до 1,2 миллиона долларов США в зависимости от уровня автоматизации и сложности управления. Эти цифры включают:

Стоимость броши (Tooling Costs)

Инструменты для броша специализированы, часто изготавливаются из высокоскоростной стали (HSS) или карбида, с прогрессией зубов, которые увеличиваются в высоту. Одна большая брошь может стоить от 5000 до 50 000 долларов США, в зависимости от сложности, длины и материала. Для производства большого объема компании может потребоваться несколько брошей на машину (например, одна на машине, одна в затвердевании, одна в качестве запасной). Ключевые драйверы стоимости включают:

Например, если брошь стоит 20 000 долларов и производит 50 000 деталей до утилизации (включая перемолоду), стоимость инструмента на деталь составляет 0,40 доллара — приемлемая для многих дорогостоящих компонентов. Но если объем производства низкий, эта же стоимость инструмента становится непомерно высокой.

Оперативные расходы

Потребление энергии.] Крупные прокладочные машины потребляют значительную гидравлическую и электрическую энергию. Типичный гидравлический насос мощностью 75 кВт, работающий в две смены, может потреблять 15 000–25 000 долларов США в год (в зависимости от местных тарифов). Сервоэлектрические приводы могут сократить потребление энергии на 30–40 процентов по сравнению с обычными гидравлическими системами.

Потребляемые материалы. Охлаждение, фильтрационные среды и режущие жидкости добавляют к повторяющимся затратам. Брачинг генерирует большие объемы чипов (особенно при резке проточных материалов), которые должны быть фильтрованы или центрифугированы для поддержания качества охлаждающей жидкости. Ежегодные затраты на охлаждение и фильтрацию могут варьироваться от 10 000 до 50 000 долларов США для высокопроизводительной ячейки.

Обслуживание и запасные части.] Браконьерские машины требуют периодической замены уплотнений, насосов, направляющих и гидравлических клапанов. Хорошо обслуживаемая машина может понести 3-5 % от своей покупной цены при ежегодном обслуживании. Неожиданные поломки на линии критической части могут легко стоить 10 000 долларов в час при потерянном производстве.

Половое пространство и накладные расходы.] Большие прокладочные машины занимают значительный след — часто 100-300 футов2 на машину — и требуют прочных оснований для поглощения вибрации. Аренда или выделенные накладные расходы на квадратный фут могут работать от 50 до 200 долларов в год в промышленных условиях.

Требования к труду и навыкам

В то время как современные машины для прокладки труб очень автоматизированы, они по-прежнему требуют квалифицированных технических специалистов для замены инструментов, выравнивания креплений и мониторинга процессов. Типичный оператор может запускать две или три машины одновременно, но почасовая стоимость рабочей силы (включая преимущества) часто составляет 35-55 долларов США. Для трехсменной операции ежегодные затраты на рабочую силу на ячейку могут достигать 250 000-400 000 долларов США. Автоматизация может снизить это, но капитальные затраты на роботов и системы зрения должны быть учтены.

Количественная оценка преимуществ крупномасштабного взлома

Преимущества брошинга не просто качественные — они могут быть непосредственно переведены в возможности экономии затрат и доходов. Ниже приведены основные категории преимуществ с приблизительными показателями.

Точность и качество

Броашинг обеспечивает высокую повторяемость допусков (обычно ± 0,0005 в или 0,013 мм) с отличной отделкой поверхности (16-32 Ра). Это устраняет необходимость в операциях вторичной отделки, таких как перегрузка, шлифовка или оттачивание. В случае, когда протянутая линия передач ранее требовала 10-минутной операции перегрузки, которая стоила 15 долларов за деталь, устранение этого шага экономит 15 долларов за деталь - значительно более тысячи деталей.

С помощью прокладки обычно ниже ставки по обрезке и переделке, потому что инструмент точно направляет разрез; хорошо обслуживаемая прокладка может производить тысячи деталей без дефектов, прежде чем потребуется повторное закрепление. Сокращение лома с 2% до 0,2% на линии большого объема может сэкономить десятки тысяч долларов в год.

Время цикла и пропускная способность

Основное преимущество прокладки заключается в том, что она завершает всю форму за один проход (или очень небольшое количество проходов). Сравните типичный цикл прокладки 30–60 секунд для внутренней линии размола с циклом фрезерования, который может потребовать 5–10 минут с несколькими настройками. Это 10-кратное сокращение времени цикла напрямую приводит к более высокой пропускной способности, часто позволяя одной прокладочной машине заменить три-пять обычных станков.

В крупносерийном автомобильном производстве сокращение времени цикла на одну деталь является основным экономическим фактором. Например, прокладка внутренней линии на концентраторе трансмиссионного сцепления может стоить 0,30 доллара США / часть в стоимости машины и оснастки по сравнению с 0,85 доллара США / часть для процесса фрезерования с более низкой пропускной способностью и более высоким износом оснастки.

Сокращение вторичных операций

Поскольку прошивка производит поверхности готового качества и точные размеры в процессе, детали часто идут непосредственно на сборку или термообработку без промежуточной обработки. Это снижает инвентаризацию процесса работы (WIP), требования к площади пола и затраты на обработку материалов. Типичное сокращение 3-5 дней WIP может освободить значительный денежный поток.

Гибкость и потенциал автоматизации

Современные машины для прокладки с ЧПУ позволяют быстро переключаться между семействами деталей (в течение нескольких минут, если используется система быстрой фиксации). В сочетании с роботизированной загрузочной станцией, прокладочная ячейка может обрабатывать несколько номеров деталей в среде выключения света. Эта гибкость особенно ценна для контрактных производителей, которые сталкиваются с частыми изменениями в смеси продуктов.

Сравнительный анализ затрат и выгод

Для проведения полного анализа затрат и выгод требуется сравнить общую стоимость одной детали для покрытия с наилучшей альтернативой (обычно фрезерование, формование или резка передач).

Точка безубыточности. Многие компании считают, что инвестиции в брошинг окупаются в течение 18-36 месяцев, когда годовой объем части превышает 10 000-20 000 единиц.

Такие расчеты должны также учитывать налоговые льготы, грантовое финансирование (например, для передового производства) и потенциальный рост доходов от более быстрых поставок.

Реальные мировые тематические исследования

Сплайны автомобильных трансмиссий

Крупный поставщик автомобильного Tier 1 заменил свой парк из четырех горизонтальных прокладочных машин двумя современными вертикальными внутренними прокладочными ячейками, каждая из которых оснащена робототехникой для обработки деталей. Старые машины имели высокий простои (15%) и требовали частых изменений инструмента. Новые ячейки снизили стоимость на часть на 22%, увеличили время безотказной работы до 96% и позволили заводу поглотить 30% увеличение производства без добавления площади. Окупаемость была достигнута за 14 месяцев.

Диск аэрокосмической турбины

Производитель газотурбинных компонентов для аэрокосмической промышленности столкнулся с высокими показателями утилизации (8%) при прокладке слотов для елки на дисках Inconel-718 с использованием обычных брошей HSS. Переход на броши с карбидом и внедрение строгой системы управления инструментами (адаптивный поток охлаждающей жидкости и мониторинг износа в режиме реального времени) сократил лом до 0,5 процента и удвоил срок службы броши. Хотя карбидная брошь стоила 48 000 долларов США (против 18 000 долларов США за HSS), общая стоимость за диск упала на 31 процент из-за меньшего количества отказов и более длительных интервалов использования инструмента. Объем безубыточности составлял всего 80 дисков в год.

Стратегические соображения по осуществлению

Для успешного развертывания крупномасштабной прошивки требуется больше, чем просто электронная таблица. Компании должны решать:

Заключение

Крупномасштабная брошь не является товарным процессом; ее экономика очень чувствительна к объему, сложности деталей, материалам и существующей производственной инфраструктуре. Однако, когда применяется к правильным семействам деталей, процесс обеспечивает убедительную отдачу за счет резко сокращенного времени цикла, превосходного качества, которое устраняет вторичные операции и снижает затраты на инструментальную часть в масштабе. Необходим тщательный анализ затрат и выгод, который включает общую стоимость владения, сравнительные затраты на процесс и реалистичные ставки дисконтирования. При разумном планировании инвестиции в крупномасштабную брошь могут быть одними из самых высоких решений о рентабельности инвестиций, которые может принять производитель, превращая капитальные затраты в долгосрочное конкурентное преимущество.

Для дальнейшего чтения о моделях затрат на брошинг и тематических исследованиях обратитесь к обзору брошинга Википедии , Структура анализа затрат Общества инженеров-производителей и Основы брошинга современного машинного магазина .