傳統(tǒng)機(jī)加工行業(yè)如何可持續(xù)發(fā)展

制造商一直在尋求能使加工過程更高效、更具成本效益的方法，包括不斷開發(fā)先進(jìn)和精密的生產(chǎn)機(jī)械，改進(jìn)切削刀具以及優(yōu)化整個切削系統(tǒng)。具體策略包括高速加工、高進(jìn)給加工、高性能加工和數(shù)字加工。而可持續(xù)機(jī)械加工的計(jì)劃，旨在于整個產(chǎn)品生命周期中減少原材料的消耗、能源的使用和廢物的產(chǎn)生，使之至少與地球承載能力相平衡。通常，關(guān)于可持續(xù)性的討論都集中在宏觀的全球環(huán)境問題上，忽略了價格、成本、客戶滿意度、工藝知識和可靠性等基本要素，而機(jī)械加工可持續(xù)性真正的成功，正始于簡單、直接的步驟和分析。

可持續(xù)定價

為商品或服務(wù)設(shè)定可持續(xù)價格是每個企業(yè)都會面臨的挑戰(zhàn)，既需要足以彌補(bǔ)成本并產(chǎn)生利潤，又必須在市場競爭中吸引客戶。如果客戶認(rèn)為產(chǎn)品物有所值，制造商便有設(shè)定更高價格的空間。

另一方面，如果來自客戶和競爭對手的壓力導(dǎo)致定價過低，利潤率就會受到影響。當(dāng)價格低于生產(chǎn)成本時，就會造成損失。如果競爭壓力使得價格過低，那么產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工人員就必須找到更便宜、更快、更好的生產(chǎn)方法，以削減生產(chǎn)成本，維持可持續(xù)的利潤率。

不可見成本

在許多企業(yè)中，盈虧臨界點(diǎn)并不明確，這是因?yàn)檎鎸?shí)成本本身也不清晰。有一些隱藏的、被忽略的或未知的因素未被計(jì)入成本。典型的不可見成本包括計(jì)劃外停工、不合格工件和破損刀具等，這些成本被認(rèn)為不具有代表性或不夠“真實(shí)”。這種對某些成本要素視而不見的態(tài)度或思維方式不僅限于生產(chǎn)人員，也可能存在于整個公司。

要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的成本結(jié)構(gòu)，就必須讓不可見成本可視化。制造人員必須從整體上檢查和評估加工過程以及組織內(nèi)活動的結(jié)構(gòu)和流程，以發(fā)現(xiàn)隱藏的成本。

客戶滿意度

客戶滿意度是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵要素，其中，客戶最關(guān)心的是訂單何時能夠交付。在客戶心目中，“交貨期”從下達(dá)訂單后就開始計(jì)算。并且交貨期不單單只是生產(chǎn)時間。如果加工一個零件需要三周，但是管理活動前前后后需要兩周時間，那么車間必須坦誠告知客戶交貨期為五周。金屬切削設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)提供刀具庫存管理、刀具識別和機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)，使車間人員能夠跟蹤客戶作業(yè)，并最大限度地提高車間能力以滿足交貨期目標(biāo)并保持客戶滿意度。

浪費(fèi)和度量

高效的制造可最大限度地減少時間、能源和原材料的浪費(fèi)。加工過程產(chǎn)生的廢品(如切屑、切削油和冷卻劑等)所涉及的問題較為復(fù)雜。制造商習(xí)慣將廢品視為生產(chǎn)過程中不可避免的產(chǎn)物，并認(rèn)為這種狀況難以改變，因此在這方面投入甚少。

要想有效減少浪費(fèi)并節(jié)約資源，就需要全面了解工件材料的特性和加工工藝。這意味著我們需要精確度量加工工藝的關(guān)鍵參數(shù)，明確加工結(jié)果。要做到真正意義上的精確，就應(yīng)當(dāng)盡量避免使用舍入的數(shù)字，整數(shù)通常代表估值，不能完全呈現(xiàn)實(shí)際情況，并且會在我們作出調(diào)整時妨礙對結(jié)果的有效確定。如果一個車間聲稱其生產(chǎn)效率高于 60%，那究竟是 61% 還是 95%?。同樣，如切削速度約 200 m/min這樣的信息也不夠可靠。實(shí)際數(shù)值有可能是 195 m/min或 206 m/min，而不是一個估值。

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(shù))。然而，仔細(xì)測算后發(fā)現(xiàn)實(shí)際利用率只有 34%，原因在于工廠內(nèi)每三臺機(jī)器中只有一臺在工作，另外兩臺處于閑置狀態(tài)。因此，車間負(fù)責(zé)人的估算并沒有意義。

薪酬與可持續(xù)性

在分析與全球勞動力成本相關(guān)的可持續(xù)性時，對勞動生產(chǎn)率的評估應(yīng)排除工資成本。勞動生產(chǎn)率等于生產(chǎn)周轉(zhuǎn)率，減去購買商品和服務(wù)的成本，除以員工人數(shù)，再除以時間單位。

這一公式可在不考慮勞動力成本影響的情況下衡量勞動生產(chǎn)率，并對不同工資等級的國家或企業(yè)的勞動生產(chǎn)率進(jìn)行有效比較。例如，西方國家一個熟練的機(jī)器操作員的工資可能是一個低薪國家操作員工資的十倍，但這種差異并不代表實(shí)際的生產(chǎn)力差異。低薪國家 10 名操作員生產(chǎn)的零件數(shù)量可能比西方國家 1 名操作員生產(chǎn)的要少，質(zhì)量也更低。

然而，如果低薪國家的實(shí)際勞動生產(chǎn)率(按上述方法衡量)與西方國家處于同一水平，那么要在西方國家實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上可持續(xù)的生產(chǎn)力，就必須投資于創(chuàng)新的技術(shù)和生產(chǎn)方法以及對制造業(yè)工作人員的持續(xù)教育。

高勞動生產(chǎn)率表明，制造人員對自己的工作有十足的把握，并具備綜合知識和技能。因此他們能夠充分發(fā)揮自身能力，更快地工作并獲得更高的工作滿意度。如今，在多品種、小批量的生產(chǎn)環(huán)境下經(jīng)常會發(fā)生意料之外的事情，打亂生產(chǎn)計(jì)劃。然而，經(jīng)驗(yàn)豐富、訓(xùn)練有素的操作人員可以快速調(diào)整操作，靈活應(yīng)對生產(chǎn)瓶頸和其他破壞性事件。

可靠的加工工藝

可持續(xù)的加工過程是可靠且可預(yù)測的，并且能夠最大程度地減少能源浪費(fèi)。不可靠的工藝會導(dǎo)致工件返工或報廢，以及因產(chǎn)品不合格而導(dǎo)致原材料、能源和勞動力的浪費(fèi)。

同樣，從可持續(xù)性的角度來看，在制品 (WIP) 本質(zhì)上也是一種浪費(fèi)。從經(jīng)濟(jì)角度來看，在制品代表金錢、時間和占地空間的浪費(fèi)。此外，儲存的半成品在物流系統(tǒng)中移動時可能會損壞。因此，車間的在制品應(yīng)盡可能減少。

降低能耗

縱觀歷史，制造業(yè)總能用更少能源消耗獲得更大成果。例如，在上世紀(jì) 80 年代初，許多車間的機(jī)床功率都在 70 kW或以上，而如今功率為 7 kW的銑床所提供的生產(chǎn)率比當(dāng)年那些十倍功率的銑床還要高。可持續(xù)的加工過程可將每立方毫米或立方英寸材料的能耗降至最低。最大限度地降低能耗，自然而然可減少能源浪費(fèi)，使加工過程更加環(huán)保。

效率最大化

下圖顯示了一個五軸加工中心在一個工作日內(nèi)的電能消耗(這些數(shù)據(jù)收集自一臺機(jī)器，可供一般性參考)。這臺機(jī)器所使用的大部分能量并不是被主軸消耗的，主軸和軸驅(qū)動電機(jī)通常只消耗 30% 的能量，而各種冷卻系統(tǒng)消耗 44%，其余的則由泵、變壓器、機(jī)器控制和其他系統(tǒng)所消耗。因此，當(dāng)機(jī)床不在進(jìn)行切削作業(yè)時，機(jī)床的大多數(shù)其他系統(tǒng)仍會繼續(xù)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(chǎn)量。假設(shè)在第一個場景里，1個工件的實(shí)際加工需要1個小時。通過編程，設(shè)置和等待時間需要 6 h，機(jī)床將在 8 h內(nèi)生產(chǎn)2個工件。當(dāng)機(jī)床進(jìn)行切削時，能耗可視為 100% 或1個名義單位。切削操作消耗 20% 的能量，而機(jī)床不在切削時消耗80% 的能量單位。因此，機(jī)床1天的總能耗為 6.8 個單位，產(chǎn)出為2個工件。

第二個場景，對過程進(jìn)行了分析并著重考慮了如何削減浪費(fèi)的時間。通過分析，可將閑置時間縮短至 5 h，減少了16.5%。現(xiàn)在有3個小時的切削時間，可生產(chǎn)3個工件。每天的總能耗為 7 個單位，比第一個場景高出3%。

在第一個場景中，生產(chǎn)1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(chǎn)需要 2.2 個能量單位。第二個場景中每個工件的能耗減少 36%，而每日能耗僅增加 3%。在第一個場景中生產(chǎn)3個工件需要機(jī)器運(yùn)行更長時間并消耗更多能量。由此可見，可持續(xù)加工不只旨在消耗更少的能量，還要用所耗能量做更多工作。

總結(jié)

長期以來，制造商通過加工價格具有競爭力的高質(zhì)量產(chǎn)品來追求經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性，從而支持和維持其業(yè)務(wù)發(fā)展。經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性包含多個方面，但總體而言，這些組成部分都是最基礎(chǔ)、最直接的。最重要的是，經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性意味著制造商需要切實(shí)、準(zhǔn)確地評估生產(chǎn)過程中各方面的浪費(fèi)情況，并采取合理的應(yīng)對措施。

制造商在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性過程中所解決的問題，也使得他們得以應(yīng)對和降低其業(yè)務(wù)對環(huán)境的影響，并實(shí)現(xiàn)全球意義上的可持續(xù)性。