Совершенствование наладки (замена штампов и оснастки)

Наиболее эффективные способы совершенствования переналад­ки — одноминутная замена штампов (Single-Minute Exchange of Die — SMED) и замена штампов в одно касание (One-Touch Exchange of Die — OTED).

Например, в компании Mitsubishi Heavy Industries время перена­ладки на 8-шпиндельном сверлильном станке было сокращено с 24 часов до 2 минут 40 секунд в течение года. За такой же период налад­ка, связанная с заменой болтовысадочного станка в компании Toy­ota Motor была сокращена с 8 часов до 58 секунд. В швейцарской компании Н. Weidmann при наладке 50-унциевой (1415 граммов) формовочной машины для пластика время регулировки было умень­шено с 2,5 часа до 6 минут 35 секунд. И, наконец, в американской компании Federal Mogul Co. замена инструмента на размольной ма­шине вместо 2 часов стала занимать 2 минуты.

Все это типичные примеры улучшений, достигнутых с использо­ванием методов SMED и OTED. В среднем сокращение времени со­ставляет 80-95 %.

Пример 2.1 — зарождение SMED: различие между двумя типами наладки. В 1950 году мне предложили проанализировать возможности повышения эффективнос­ти на заводе Toyo Kogyo компании Mazda, чтобы устранить узкие места в работе трех больших кузовных прессов. После посещения цеха я попросил менеджера прессо­вого участка остановить производство на неделю, чтобы я смог найти решение для повышения имеющейся производительности 350-, 750- и 800-тонного прессов, ни один из которых не работал на полную мощность.

Менеджер ответил, что это бессмысленная потеря времени, ведь он и так уже поставил самых умелых и знающих рабочих на прессы для круглосуточной рабо-

 

ты. По его мнению, единственный путь повышения производительности — это покупка большего количества станков, хотя руководство с этим не согласно.

Тогда я сказал: «Мне хотелось бы поддержать вашу точку зрения, но для этого позвольте провести необходимое исследование. Если действительно нет другого способа устранить узкие места, я посоветую руководству купить новые станки». Это побудило менеджера разрешить изучение.

Замену штампа на 800-тонном прессе планировалось выполнить на третий день. После снятия старого штампа рабочий вдруг начал метаться и что-то искать. Я бе­гал за ним с блокнотом, пытаясь описать его действия. Наконец я спросил, что он ищет, и он ответил, что потерялся крепежный болт для нового штампа. «Уверен, что я положил его на полку для инструмента, но теперь его там нет». Мне остава­лось ждать, пока он найдет потерявшийся болт.

Примерно через час рабочий принес болт. Я спросил: «Вы отыскали его?» Он от­ветил: «Нет. Но выхода не было, и я взял болт с другого пресса. Я немного задер­жался, поскольку пришлось его укоротить и обточить».

Я сказал ему несколько поощрительных слов, но подумал: «Что же он будет де­лать, когда придет время установки другого пресса?»

Замена штампа заняла почти весь день. Когда ее закончили, я поинтересовался, всегда ли это продолжается так долго. «О да, почти всегда», — ответил рабочий.

Результаты изучения работы 800-тонного пресса показаны на рис. 17. Фактичес­ки пресс участвовал в операциях штамповки лишь 3 % рабочего времени. Замена штампа и сопутствующие действия занимали 67 %.

Этот пример подсказывает, что есть 2 типа операций наладки:

• внутренние операции наладки (Internal Exchange of Die —
IED) — операции, которые можно выполнять только на оста­новленном станке, такие, как монтаж или удаление штампа;

• внешние операции наладки (Outer Exchange of Die — OED) —
операции, которые можно выполнять, когда станок работает, та­
кие, как транспортировка штампа к месту хранения или от него.

При любом анализе операций наладки важно различать виды де­ятельности, которые можно проводить при работающей и останов­ленной машине. На заводе Toyo Kogyo при использовании этого принципа время внутренней наладки было снижено на 50 %.

Пример 2.2 — вторая встреча со SMED, В 1957 году меня попросили повысить возможности крупного одноколонного продольно-строгального станка, применяе­мого для обработки рам дизелей на судоверфи фирмы Mitsubishi в Хиросиме. Из-за больших габаритов рам и трудности замены инструментов чистое время рабо­ты станка составляло менее 50 %.

Анализ показал, что маркировка центра и размеров рамы делалась при останов­ленном станке, т. е. время работы станка значительно уменьшалось. При обсужде­нии этого с менеджером завода мне в голову внезапно пришла идея: почему не де­лать операции наладки для следующей рамы дизеля на втором столе станка? Поступая таким образом, можно менять столы точно так же, как мы переходим от одной партии к следующей, и значительно сократить перерывы операции строгания.

Такое усовершенствование позволило повысить производительность опера­ции на 40 %....

То, что мы сделали, было преобразованием внутренней операции наладки во внешнюю. Это — фундаментальный принцип совершен­ствования переналадки. Если бы я подошел к этому вопросу именно как к усовершенствованию наладки в принципе, а не как к решению конкретной рабочей проблемы, система SMED была бы создана на 13 лет раньше.

Пример 2.3 — третья встреча со SMED: преобразование внутренней наладки во внешнюю. В 1970 году я посетил кузовной цех на главном заводе компании Toyota Motor. Руководство попросило менеджера отделения г-на Сугиуру сократить вре­мя четырехчасовой переналадки на 1000-тонном прессе на 50 % (по-видимому, в это же время компания Volkswagen в Германии смогла довести время замены на та­ком прессе до 2 часов).

Я высказал два пожелания: во-первых, четко различать операции внутренней и внешней наладки; во-вторых, улучшить операции обоих видов. За 6 месяцев вре­мя переналадки было сокращено до 1,5 часа.

Через несколько месяцев я вернулся на завод и г-н Сугиура сказал, что теперь руководство желает сократить время переналадки до 3 минут! Услышав это, я был ошеломлен, но затем вспомнил улучшения на верфи компании Mitsubishi. Почему бы не преобразовать внутреннюю наладку во внешнюю? Тут же родились несколь­ко идей, и я быстро изобразил на доске конференц-зала 8 способов улучшений на основе этого принципа. За несколько месяцев новый подход позволил достичь трех­минутной переналадки.

Предполагая, что любую переналадку можно будет проводить менее чем за 10 минут, я назвал эту концепцию «одноминутной заме­
ной штампа», или SMED. Позже она была принята компанией Toy­
ota Motor как один из принципиальных элементов производствен­ной системы Тойоты. -

Г-н Тайити Оно, бывший вице-президент компании Toyota Mo­tor, а теперь консультант, написал о SMED в статье «Использование здравого смысла на предприятии» (Bringing Wisdom to the Factory) журнала «Management» Японской ассоциации менеджмента в июне 1976 года следующее:

«Примерно 10 лет назад производство в нашей компании происходило, насколь­ко было возможно, в обычное рабочее время. Замены же резцов, сверл и других инструментов проводились в ночные перерывы или вечерами. У нас существова­ла практика заменять резцы после каждых 50 изготовленных изделий, но за по­следнее десятилетие объем производства стал расти и операторы станков вынуж­дены были тратить много времени на подобные замены. Одну из наибольших за­держек вызывал многошпиндельный шлифовальный станок: замена абразивных кругов занимала полдня. Поскольку это могло задержать производство на все ут­ро, для выполнения соответствующих действий мы перевели рабочих на полсме­ны в воскресенье.

Это — неэкономичный и поэтому неприемлемый способ организации произ­водства. Действия по обслуживанию должны выполняться в регулярные рабочие

часы. Поэтому мы начали поиск путей для того, чтобы выполнение переналадок происходило как можно быстрее. Сигео Синго из Японской ассоциации менедж­мента для повышения производительности предложил метод «одноминутной пе­реналадки». Мы поняли, что этот метод может помочь в нашей ситуации, и начали внедрять его.

В прошлом, когда половина дня затрачивалась на переналадку, станок мог ис­пользоваться только 10 минут. Однако мы считали, что производственная опера­ция должна продолжаться как минимум такое же время, как и переналадка. Одна­ко это дало бы намного больше продукции, чем мы были в состоянии продать.

Теперь мы работаем над снижением времени замены до секунд. Конечно, об этом легче говорить, чем делать. Тем не менее мы намерены и далее уменьшать время переналадки».

Как показывает замечание г-на Оно, снижение времени перена­ладки помогает усовершенствовать производство в целом. По этой
причине система SMED и стала существенным элементом развития
производственной системы Тойоты. ^;

Методы SMED

Время переналадки обычно распределено между 4 функциями:

• подготовка материалов, штампов, приспособлений и т.п. — 30 %;

• закрепление и снятие штампов и инструментов — 5 %;

• центрирование и размещение инструмента — 15 %;

• пробная обработка и регулировка — 50 %.

Ниже рассматриваются 8 основных методов системы SMED, ис­пользуемых для снижения времени переналадки по каждой из этих функций.

Метод 1 — разделение внутренних

и внешних операций наладки

Необходимо четко определить, какие из операций наладки дол­жны выполняться при остановленном станке (внутренняя наладка, или IED), а какие могут выполняться при работающем станке (внеш­няя наладка, или OED). Например, все приготовления и транспорти­ровка новых штампов, инструментов, приспособлений и материа­лов к станку и от него могут проводиться при работающем станке. Внутреннюю наладку следует ограничить снятием старого штампа или инструмента и установкой нового.

Простым разделением и организацией внешних и внутренних операций время внутренней наладки (неизбежный простой станка) можно снизить на 30-50 %.

Метод 2 — преобразование внутренних действий во внешние

Этот метод является самым мощным в системе SMED. Без него одноминутная переналадка была бы невозможна. Преобразование требует пересмотра операций с целью проверки, не осталось ли сре­ди действий, отнесенных к внутренним, тех, которые на самом деле являются внешними.

Например, чтобы избежать затрат времени на внутреннюю на­ладку и регулировку высоты установки инструмента, действия по установке могут быть стандартизованы с помощью прикрепления блоков или клиньев для меньших штампов. Еще одно простое пре­образование — разогрев штампа перед формовкой, устраняющий необходимость его разогрева предварительной работой.

Метод 3 — стандартизация функций, а не формы

Стандартизация формы и размеров штампов может значительно снизить время наладки. Однако стандартизация формы требует зна­чительных затрат, поскольку все штампы должны подходить для наибольшего применяемого размера, что вызывает ненужные за­траты.

С другой стороны, стандартизация функции требует только од­нородности деталей, необходимых для операций наладки. Напри­мер, добавление пластины или блока к краю приспособления штам­па стандартизует размеры только этой детали и делает возможным применение одних и тех же зажимных устройств при различных на­ладках.

Метод 4 — применение функциональных зажимов или полное устранение крепежа

Наиболее часто используемое крепежное устройство — болт, но его применение порой требует очень большого времени. Например, болт с 15 витками резьбы нужно повернуть 14 раз, прежде чем он бу-

дет действительно затянут на последнем обороте. Но на практике нужен лишь последний оборот при затяжке и первый при ослабле­нии, остальные 13 — потерянные движения. Если назначение болта состоит только в закреплении или освобождении детали, он должен быть такой длины, чтобы затягиваться одним оборотом. Это сдела­ло бы болт функциональным зажимом. Такие зажимы включают в себя U-образные пазы, грушевидные отверстия и внешние зажимы.

Резьбовые болты — отнюдь не единственный способ закрепления изделий, поэтому не следует думать, что зажимы необходимы всегда. Методы закрепления в одно касание, использующие клинья, пальцы и защелки или пружины как захватные приспособления, просто сое­диняющие две детали, снижают время установки до секунд.

Для выбора метода закрепления важны два параметра — направ­ление и величина требуемой силы. Зажимы можно закреплять в трех направлениях: X (влево-вправо), Y (вперед-назад) и Z (вверх-вниз). Поскольку мы не всегда знаем величину или направление требуе­мой силы, необходим анализ этих критериев.

Например, в компании Mitsubishi Heavy Industries в каждый из шпинделей сверлильного станка ввертывались стопоры, ограничи­вающие глубину сверления. Операция их установки была трудна и длительна, так как стопоры нужно было закреплять в очень неудоб­ном положении. Но в таком закреплении не было реальной необхо­димости. Хотя стопоры ограничивали перемещение инструмента при обработке, они удерживались конусом самого шпинделя, а для их удаления требовалось лишь небольшое усилие.

Когда мы это поняли, то смогли улучшить операцию удалением резьбы и цилиндрической вставкой. Мы прорезали канавки у конца шпинделей и прикрепили три пружины вокруг конца каждого сто­пора (рис. 18). Когда стопор надевался на конец шпинделя, пружи­ны входили в канавку и давление пружин удерживало стопор на мес­те. Это значительно сократило время установки и снятия стопоров.

Метод 5 — использование дополнительных приспособлений

Некоторые из задержек, связанные с регулировками при внутрен­ней наладке, можно устранить путем использования стандартных приспособлений. Когда обрабатывается заготовка, закрепленная в одно приспособление, следующая заготовка устанавливается во вто­рое приспособление. Когда обработка первой заготовки закончена, второе приспособление легко ставится на станок для обработки.

Например, на копировально-фрезерном станке обрабатываются блоки специальной формы для телевизионных кинескопов. Размет­ка и установка шаблона и заготовки по высоте осуществляются как внутренняя наладка на столе станка. Из-за множества выставляе­мых на блоке размеров это сложная и длительная операция. Были сконструированы два приспособления, размеры которых позволя­ли устанавливать их на стол станка одновременно. Когда обрабаты­вается одно изделие, шаблон и следующее изделие крепятся к друго­му приспособлению на столе, регулируются и устанавливаются на необходимую высоту.

Поскольку приспособления стандартизованы, регулировка и по­зиционирование занимают меньше времени, снижая время как внеш­ней, так и внутренней наладки. Для быстрого и легкого монтажа при­способлений на столе применяются зажимы.

Дополнительные приспособления также могут использоваться на крупных прессах с несколькими штампами разных размеров и дли­ны хода. Здесь они применяются, чтобы провести операции внут­ренней регулировки и закрепления вне станка. При таком усовер­шенствовании пресс нужно останавливать, когда при помощи по­грузчика подводится дополнительное приспособление с уже закреп­ленными штампами.

Методб — применение параллельных операций

Операции на формовочных станках для пластмассы или круп­ных прессах для стального литья обычно предусматривают устано­вочные действия со всех сторон станка — слева и справа, спереди и сзади.

Если эти операции выполняет только один рабочий, то много времени и сил затрачивается на ходьбу вокруг станка. Но когда па­раллельные операции выполняют одновременно два человека, вре­мя наладки обычно снижается более чем вдвое благодаря экономии движений. Например, операция, занимающая у одного рабочего 30 минут, у двух рабочих займет всего 10 мин.

При использовании таких параллельных операций затраты на пе­реналадку остаются теми же или немного меньше, чем при работе одного рабочего, но фактическая загрузка станка увеличивается. К сожалению, менеджеры часто отклоняют этот способ, полагая, что не могут выделить еще одного рабочего. Когда переналадка сокра­щается до 9 минут или менее, от помощника требуется только 3 ми­нуты, а с такими упрощенными действиями по установке даже от неумелого рабочего можно ожидать результативной помощи.

Метод 7 — устранение регулировок

Обычно регулировки и пробный запуск занимают 50-70 % вре­мени внутренней наладки. Их устранение дает поразительную эко­номию времени.

Устранение регулировок начинается с осознания того, что уста­новка и регулировка — две разные и самостоятельные функции. На­пример, когда изменяется положение конечного выключателя, про­водится установка, а когда этот выключатель испытывается и по­вторно устанавливается на новое положение — регулировка. Пред­положение о неизбежности регулировки ведет к неоправданно дли­тельным действиям внутренней наладки и требует больших навы­ков и опыта оператора. Однако регулировки можно ликвидировать, если использовать прибор для точного определения правильного положения конечного выключателя. Тогда единственно необходи­мая операция — это установка. Важность регулировки снижается, если установка становится точнее. Поэтому первый шаг к исключе­нию регулировки — сделать калибровки, которые устранят необхо­димость полагаться на интуицию. Если требуется лишь аппрокси-

 

мация, вполне достаточно градуированной шкалы, хотя это и не мо­жет полностью устранить регулировку. Бульшая точность достига­ется при использовании измерительного прибора или цифрового устройства управления.

В компании Togo Manufacturing стопор, устанавливающий раз­мер обработки, перемещался с помощью винтового шпинделя. Ког­да положение стопора менялось с 50 мм на 60 мм, шпиндель прохо­дил весь интервал между этими пределами. Но зачем были все эти повороты шпинделя, если стопор всегда ставился в положение либо 50 мм, либо 60 мм? В этом случае универсальность установки оказа­лась излишней. Чтобы устранить ненужное вращение, шпиндель с резьбой удалили, а снизу поставили U-образный упор, позволяю­щий рабочему устанавливать стопор в то или иное крайнее положе­ние и закреплять его винтом. Это сделало переналадку стопора про­стой и быстрой.

Этот пример описывает часто возникающий барьер для устране­ния регулировки — использование устройств, допускающих неог­раниченную и плавную регулировку положения, хотя в реальности нужны дискретные ступенчатые изменения.

Безусловно, лучшая регулировка — отсутствие регулировки. На­пример, система «наименьшего общего кратного»* основана на прин­ципе, что регулировку можно исключить полностью, когда число положений ограничено и неизменно.

На одном заводе для ограничения крайнего положения обработ­ки валов использовался конечный выключатель. Поскольку пред­полагалось 5 значений длины валов, выключатель имел 5 разных положений. Но каждый раз его нельзя было правильно располо­жить без четырех пробных регулировок. Эту проблему устранили, установив пять конечных выключателей с электрическими тумбле­рами в разных положениях (рис. 19).

Другой пример LCM-подхода показан на рис. 20. В данной опера­ции используется сверло для зенкования отверстия под стационар­ный винт на валу сердечника электромотора. Так как сердечники бывают восьми различных типоразмеров (длин), фиксаторы при­ходилось переставлять каждый раз при смене операции, что делало необходимыми повторные испытательные запуски и регулировки. Они были устранены помещением восьми стопорных пальцев раз­ной высоты на одной пластине. Чтобы изменить операцию, пласти­на просто поворачивалась в основании, устанавливая стопор нуж­ной высоты. Этот метод в одно касание сократил внутреннюю на­ладку до секунд.

Подход LCM, а также метод одного касания упрощают установку и позволяют исключить регулировку. Последнюю указанную цель нужно помнить, чтобы избежать потери очевидных преимуществ. Например, некоторые прессы выпускаются с регулируемыми высо­тами хода, так как у разных потребителей разные требования. Одна­ко это не значит, что переменная высота хода нужна определенной компании. Потребителям следует либо стандартизировать высоту хода, либо покупать прессы, приспособленные для их нужд.

Та же ложная логика очевидна, когда дорогие прессы снабжаются функциями регулировки высоты подъема и очень точной регули­ровки. Зачем тратиться на такие функции, когда намного эконо­мичнее устранять регулировки стандартизацией?

Метод 8 — механизация

Хотя замена небольших резцов, приспособлений, штампов и при­боров не составляет проблемы, механизация часто существенна для эффективного использования крупных штампов, литейных и пре­ссовых форм. Для удобного закрепления в одно касание штампов можно применить давление воздуха или масла. И, конечно, механи­зированная регулировка высоты подъема, упомянутая выше, тоже полезна.

Однако инвестиции в механизацию следует оценивать очень тща­тельно. Недавно многие компании осуществили стандартизацию размеров зажимных пластин и их обработку с высокой точностью. Теперь закрепление в одно касание выполняется введением этих пластин в специальные фиксирующие приспособления. Но изделия все-таки формируют штампы. Поэтому, принимая во внимание на­значение операции, обрабатывать зажимные пластины с высокой точностью расточительно.

Механизацию следует рассматривать тогда, когда приложены все усилия по улучшению процесса переналадки описанными способа­ми. Первые 7 методов могут сократить 2-часовую переналадку до 3 минут, а механизация, вероятно, уменьшит ее еще на одну минуту.

SMED — это аналитический подход к совершенствованию налад­ки и переналадки, а механизация — только один из его компонен­тов. Применение механизации, вполне вероятно, сократит время пе­реналадки вначале, но не избавит от основных причин неэффектив­ности плохо разработанного процесса переналадки. Намного лучше механизировать переналадку после всестороннего ее исправления при помощи методов SMED.

На рис. 21 показана взаимосвязь рассмотренных методов SMED.

Четыре концептуальные стадии SMED

SMED предусматривает прогрессивный подход к совершенство­ванию переналадки. При этом необходимо пройти 4 основные ста­дии. Каждая из них описана ниже.

Стадия 1

На этой предварительной стадии не делается различия между внутренними и внешними действиями. Много внешних действий, таких, как поиск инструментов и подготовка штампа, выполняются при остановленном станке. Это вызывает ненужное удлинение пе­реналадки.

i

Стадия 2

Это наиболее критичная стадия при внедрении SMED. Она пред­усматривает разделение операций внутренней и внешней наладки. Составьте контрольный листок, включив в него все узлы, условия выполнения операций и шаги, которые нужно выполнять при рабо­тающем станке. Затем проверьте функционирование всех узлов, что­бы избежать задержек при внутренней наладке. Наконец, нужно ис­следовать и внедрить наиболее эффективный способ транспорти­ровки штампов и других частей при работе станка.

Стадия 3

Проанализируйте текущий процесс переналадки, чтобы опреде­лить, можно ли какое-либо из внутренних действий преобразовать во внешние. Например, разогрев литейной формы, когда станок еще работает, устраняет необходимость разогрева формы во время оста­новки станка.

Стадия 4

Изучите операции внутренней и внешней наладки с целью выяв­ления дополнительных возможностей для улучшений. Рассмотрите возможности исключения регулировок и изменения методов креп­ления.

За долгие годы из нескольких сотен усовершенствований SMED наиболее результативными оказались:

• четкое разделение внутренней и внешней наладки;

• по возможности полное преобразование внутренней наладки
во внешнюю;

• устранение регулировок;

• осуществление крепления без винтов.

Эти способы могут сократить установку примерно в 20 раз по сравнению с начальным временем. Фактически замены можно иног­да выполнить за считанные секунды, устранив регулировки и при­меняя систему «наименьшего общего кратного», описанную выше. Наиболее быстрый путь сменить инструмент — не менять его вооб­ще. Например, на рис. 19 пять конечных выключателей осуществля­ют одну функцию — ограничение длины обработки валов — без всякой регулировки. Чтобы сделать SMED реальностью, просто про­демонстрируйте ее основные способы рабочим и позвольте им са­мим начать революцию SMED.

На рис. 22 показана последовательность стадий при внедрении SMED.