板金製造工場がレーザー切断で利益を生み出す方法

Apr 05, 2023

レーザー切断時間のみに基づいた見積もりだけでも製造注文を獲得できますが、特に板金製造業者のマージンが薄い場合には、赤字の仕事になる可能性もあります。

工作機械ビジネスの供給側では、機械の性能の観点から語る傾向があります。 窒素を含む0.5インチ鋼の切断速度はどれくらいですか? ピアスの長さはどれくらいですか？ 加速率？ 実行時間がどのくらいかを確認するために時間調査を行ってみましょう。 これらはすべて完璧に良い出発点ですが、成功の方程式を考えるときに本当に考慮すべき変数なのでしょうか?

稼働時間は優れたレーザー ビジネスを構築するための基盤ですが、ジョブを削減するのにどれくらいの時間がかかるかだけではなく、それ以上のことにも目を向ける必要があります。 カット時間のみに基づいて見積もりを行うと、特に余白が薄い場合には心が折れる可能性があります。

レーザー切断における潜在的な隠れたコストを見つけるには、労働力の利用状況、機械の稼働時間、実行時間と部品の品質の一貫性、潜在的な手戻り、および材料の利用状況を調査する必要があります。 大まかに言うと、部品のコストは、機器、作業コスト (購入した材料や使用したアシスト ガスなど)、および人件費の 3 つのカテゴリに分類されます。 そこから、コストをさらに詳細に分類できます (図 1 を参照)。

ジョブのコストまたは部品ごとのコストを計算する場合、図 1 のすべての項目が全体の値の一部を表します。 少し曖昧になるのは、別の列のコストへの影響を十分に考慮せずに、ある列のコストに対処する場合です。

物質の使用を最大限に活用するという考えは、誰もが啓示として思いつかないかもしれませんが、私たちはその利点を他の考慮事項と比較検討する必要があります。 部品のコストを計算すると、ほとんどの場合、材料がパイの最大の部分を消費することがわかります。

材料を最大限に活用するために、コモンライン切断 (CLC) などの戦略を実装できます。 CLC は、1 回のカットで 2 つのパーツ エッジを同時に作成するため、材料と切断時間を節約します。 ただし、この手法にはいくつかの制限があります。 それはジオメトリに大きく依存します。 傾きやすい小さな部品は、プロセスを安定させるためにタブで留める必要があり、誰かがそれらの部品を分解してバリ取りする必要があります。 これにより時間と労力が追加され、無料ではありません。

厚い材料の場合、部品の分離は特に困難になる可能性がありますが、ここではレーザー切断技術が切断厚さの半分以上に「ナノ」タブを作成するのに役立ちます。 ビームは切り口内に残るため、それらを作成しても実行時間には影響しません。 タブの作成後にマテリアルを再入力する必要はありません (図 2 を参照)。 このようなテクノロジーは、特定のマシンでのみ使用できます。 とはいえ、これは、最新の進歩の一部がもはや速度を下げるだけのものではなくなっていることを示す一例にすぎません。

繰り返しになりますが、CLC はジオメトリに大きく依存するため、ほとんどの場合、ネスト上のウェブの幅を完全に消すのではなく、狭くすることを目指します。 ウェブが狭くなります。 それは素晴らしいことですが、部品が傾いて衝突が起こったらどうでしょうか? 工作機械メーカーはさまざまなソリューションを提供していますが、誰もが利用できる 1 つのアプローチは、ノズル オフセットを増やすことです。

ここ数年の傾向は、ノズルからワークピースまでの距離を短くすることです。 その理由は単純です。ファイバー レーザーは高速であり、大型ファイバー レーザーは非常に高速です。 パフォーマンスを大幅に向上させるには、窒素流量の同時増加が必要です。 高出力のファイバーレーザーは、これまでの CO2 レーザーよりもはるかに速く切り溝内の金属を蒸発させて溶かします。

逆効果となる機械の速度を落とすのではなく、ワークに合わせてノズルを調整します。 これにより、圧力を増加させることなく、切り溝を通るアシストガス流量が増加します。 勝者のように聞こえますが、レーザーは依然として非常に高速で移動しており、チップアップがより問題になります。

図 1. 部品あたりのコストに影響を与える 3 つの主要な領域、すなわち、機器、作業コスト (使用する材料およびアシストガスを含む)、および労働力です。 3 つすべてが全体の価値の一部を担当します。

プログラムで部品のチップアップが特に困難な場合は、より高いノズル オフセットを使用する切断技術を選択するのが合理的です。 この戦略が意味があるかどうかは、アプリケーションによって異なります。 プログラムの安定性の要件と、ノズル オフセットの増加に伴うアシスト ガス消費量の増加を比較検討する必要があります。

部品の傾きを克服するもう 1 つのオプションは、手動またはソフトウェアで自動的に作成されたスラグ破壊を組み込むことです。 ここでもまた、私たちは選択を迫られています。 スラグ破壊操作はプロセスの信頼性を高めますが、消耗品のコストも増加し、プログラムの速度も低下します。

スラグ破壊を使用するかどうかを決定する最も論理的な方法は、部品が傾く可能性を考慮することです。 衝突の可能性があり、衝突の可能性を安全に回避するようにプログラムできない場合には、いくつかの選択肢があります。 マイクロタブで部品を固定したり、ナメクジを切断して邪魔にならないように安全に落とすこともできました。

問題の輪郭がパーツ自体である場合、代替手段は実際にはありません。タブで区切る必要があります。 内部の輪郭が問題を引き起こしている場合は、タブ加工とスラッグ破壊の時間とコストを比較する必要があります。

さて、問題はコストについてです。 マイクロタブを追加すると、部品やナメクジを巣から引き抜くのがさらに難しくなりますか? スラッグ破壊を行うと、レーザーの実行時間が増加します。 部品を分離するために追加の労働力を追加するほうが安いのでしょうか、それとも機械の時間単価で稼働時間を増やすほうが安いのでしょうか? 機械の時給が高いことを考えると、正確に何個のナメクジを安全な小さな断片に切断する必要があるかということになるだろう。

人件費はコストに大きく寄与する要素であり、人件費の低い市場と競争しようとする場合には、人件費を管理することが重要です。 レーザー切断には、機械の操作に関連する労力だけでなく、最初のプログラミングに関連する労力もかかります (ただし、その後の繰り返し注文ではコストは下がります)。 機械の自動化が進むほど、その仕事に適用できるレーザーオペレーターの時給の割合は小さくなります。

レーザー切断における「自動化」とは、材料の取り扱いや仕分けを指すことが多いですが、最新のレーザーにはさらに多くの種類の自動化が組み込まれています。 今日の機械には、自動ノズル交換、アクティブな切断品質監視、および送り速度制御が備わっています。 これらは投資ではありますが、結果として生じる労働力の節約によりコストを正当化できます。

レーザー マシンの時間料金はスループットによって決まります。 これまで 2 つのシフトで生産されていたものを 1 つのシフトで生産する機械を想像してください。 この場合、2 つのシフトから 1 つのシフトに変更すると、マシンの時給が 2 倍になる可能性があります。 各マシンの生産量が増えると、同じ量の作業を行うのに必要なマシンの数が減ります。 レーザーの数が半分になれば、人件費も半分になります。

もちろん、機器が信頼できない場合、これらの節約は無駄になってしまいます。 機械の状態監視、自動ノズル検査、切断ヘッドの保護ガラスの汚れを検出する散乱光センサーなど、さまざまな加工技術がレーザー切断の稼働時間を維持するのに役立ちます。 現在、最新のマシン インターフェイスのインテリジェンスを利用して、次のサービスまでの時間がどれくらいあるかを示すことができます。

これらすべての機能は、機械メンテナンスの特定の側面を自動化するのに役立ちます。 これらの機能を備えた機械を使用している場合でも、昔ながらの方法 (力を入れて積極的な姿勢で) で機器をメンテナンスしている場合でも、メンテナンス作業が確実に行われ、適切に行われ、タイムリーに完了する必要があります。

図 2. レーザー切断の進歩は、切断速度だけではなく、全体像に焦点を当て続けています。 たとえば、共通の線に沿って切断された 2 つのワークピースを接合するこのナノタブ法により、厚い部品の分離が容易になります。

その理由は簡単です。可用性 × パフォーマンス × 品質という高い総合設備効率 (OEE) を維持するには、機械が最適な稼働状態にある必要があります。 または、Web サイト oee.com で説明されているように、「[OEE] は、真に生産的な製造時間の割合を特定します。OEE スコア 100% は、100% の品質 (良品のみ)、100% のパフォーマンス (可能な限り高速) を意味します。 )、および 100% の可用性 (停止時間なし)。 ほとんどの状況では、100% の OEE を達成することは不可能です。 業界標準は 60% に近いですが、一般的な OEE はアプリケーション、マシンの数、運用の複雑さによって異なります。 いずれにせよ、OEE の完璧さは努力する価値のある理想です。

有名な大規模顧客から 25,000 個の部品の見積依頼 (RFQ) を受け取ったと想像してください。 この仕事を確保することは、当社の将来の成長に大きな影響を与える可能性があります。 そこで、100,000 ドルの見積もりを出し、顧客はこれを受け入れました。 それは良い知らせです。 悪いニュースは、当社の利益率が非常に薄いことです。 このため、OEE が可能な限り高いことを確認する必要があります。 利益を得るには、図 3 の青色の領域を増やし、オレンジ色の領域を減らすためにあらゆる手段を講じる必要があります。

利益率が低い場合、予期せぬ事態が利益を圧迫し、利益を失わせる可能性さえあります。 不適切なプログラミングによりノズルが破損していますか? 不適切な切断ルールが保護ガラスを汚染していませんか? 予期せぬダウンタイムが発生し、事後対応メンテナンスで運用を中断しなければなりません。これは運用にどのような影響を及ぼしますか?

プログラミングやメンテナンスが不十分な場合、予想していた送り速度、および合計実行時間の計算に使用した送り速度が短くなる可能性があります。 これにより、オペレーターが機械パラメータをいじるために生産を中断しなくても、OEE が低下し、総生産時間が長くなります。 機械の可用性とは別れましょう。

また、私たちが製造した部品は実際に顧客に出荷されているのでしょうか、それとも一部の部品はスクラップ箱に捨てられているのでしょうか? OEE 計算の品質スコアが低いと、非常に大きな問題となる可能性があります。

レーザー切断の生産コストは、単純にレーザー時間に対して請求するよりもはるかに詳細です。 最新の工作機械は、メーカーが競争力を維持するために必要な高いレベルの透明性を達成できるようにするための多くのオプションを提供します。 収益を維持するには、ウィジェットを販売するときに支払っているすべての隠れたコストをすべて知り、理解する必要があります。

図 3. 特に、非常に薄いマージンを使用する場合は、オレンジを最小化し、青を最大化する必要があります。