Лазерная резка снижает трудозатраты в металлообработке

Реальное уравнение трудозатрат в металлообработке

Предприятия по металлообработке отслеживают трудозатраты почасово, однако реальные расходы скрываются там, где табели учёта рабочего времени не фиксируют ничего. При внедрении лазерной резки сокращение численности персонала — лишь наиболее очевидное преимущество. Более существенная экономия достигается за счёт устранения переделок, снижения расхода материалов и сокращения сроков выполнения работ, которые при ручной обработке или плазменной резке растягиваются на несколько смен.

Трудозатраты за пределами почасовой оплаты — скрытые статьи расходов

Оператор плазменного станка за 25 долларов в час — это прямая и понятная статья расходов. То, что редко учитывается, — это трудозатраты на последующие операции: шлифовка грубых кромок, рассверливание отверстий, удаление шлака и подгонка деталей перед сваркой. Эти вторичные операции могут потребовать в два–три раза больше времени, чем первоначальная резка. Лазерная резка обеспечивает кромки, не требующие никакой дополнительной отделки, полностью исключая целые категории трудозатрат без сокращения ни одной рабочей должности.

Проблему усугубляет транспортировка материалов. Детали, вырезанные плазменным или гидроабразивным способом, перемещаются между станциями резки, зачистки и контроля. Каждый такой переход занимает неучтённые минуты. Лазерная режущая система с автоматической загрузкой объединяет все эти перемещения в одну операцию, сокращая суммарное время контакта с деталями на 40–60 %.

Там, где ручная резка создаёт узкие места

Возникают три предсказуемых узких места. Во-первых, размещение заготовок — программист тратит от 20 до 45 минут на оптимизацию расположения деталей на листе, в то время как автоматизированное программное обеспечение для размещения выполняет эту задачу за несколько секунд. Во-вторых, контроль качества — детали, вырезанные вручную, требуют проверки размеров чаще, чем детали, вырезанные лазером, обладающие изначально высокой повторяемостью точности. В-третьих, итеративные пробные резы — при ручных процессах может потребоваться два или три пробных реза перед тем, как будут окончательно определены параметры серийного производства.

Как автоматизация лазерной резки меняет экономику производства

Рабочие процессы «один оператор — несколько станков»

Система лазерной резки волоконным лазером с автоматической загрузкой позволяет одному оператору управлять двумя или тремя станками одновременно. Во время цикла резки — от 8 до 15 минут на лист — оператор разгружает, сортирует и проверяет детали, полученные на предыдущем цикле. Такой перекрывающийся рабочий процесс объединяет три отдельные трудозатраты в одну должность. Для среднего по объёму производства, работающего в две смены, годовая экономия за счёт сокращения численности операторов с шести до двух может превысить 200 000 долларов США только за счёт прямой заработной платы, не считая расходов на льготы и текучесть кадров.

Компания Tianchen Laser зафиксировала данную тенденцию у своих клиентов по всему миру: предприятия, внедряющие лазерную резку волоконным лазером с автоматизированной обработкой, последовательно сообщают о коэффициентах консолидации операторов в диапазоне от 2:1 до 3:1.

Устранение вторичных операций финишной обработки

Коэффициент трудозатрат на вторичные операции является наиболее упускаемым из виду фактором стоимости. Резка низкоуглеродистой стали плазмой требует зачистки кромок, что добавляет от 3 до 7 минут на деталь. Волоконно-оптическая лазерная резка обеспечивает узкую пропилную щель и кромку без оксидов при резке с азотной подачей, что исключает необходимость зачистки в большинстве применений. При резке нержавеющей стали, где плазменная резка неприменима из-за окисления, лазерная резка заменяет многоступенчатые процессы, ранее требовавшие распила, фрезерования или гидроабразивной резки.

Практический пример: от кризиса сверхурочных до выпуска продукции в одну смену

Производитель металлоконструкций из Огайо, выпускающий кронштейны для производителей сельскохозяйственной техники, столкнулся с ростом заказов клиентов на 35 % в годовом исчислении, в то время как три плазменные станции — каждая с выделенным оператором — не справлялись с нагрузкой. Сверхурочная работа по выходным увеличила трудозатраты на 40 % премиальных расходов к и без того низкомаржинальным заказам.

Анализ выявил передачу деталей от плазменной резки к финишной обработке в качестве узкого места. Каждый кронштейн требовал 4,2 минуты шлифовки и сглаживания кромок перед сваркой. При еженедельном объеме производства 1200 кронштейнов это занимало более 80 часов трудозатрат, не добавляющих никакой размерной ценности.

Изготовитель установил систему лазерной резки волоконным лазером с автоматической загрузкой. Уже в течение одного квартала время шлифовки на кронштейн сократилось до менее чем 0,5 минуты. Три плазменные станции были объединены в одну лазерную ячейку, работающую в две смены с одним оператором на каждую. Сверхурочные работы были полностью устранены. Затраты на оборудование окупились всего за чуть более 14 месяцев за счет экономии на трудозатратах и повышения производительности. Классификации качества кромок по стандарту ISO 9013 позволили количественно оценить улучшение для заказчиков как объективное подтверждение модернизации процесса.

Оценка инвестиций в лазерную резку

Ключевые показатели эффективности

Оценивайте не только заявленную скорость резки, а сразу три показателя. Во-первых, расход вспомогательного газа при типичной толщине обрабатываемого материала — стоимость азота и кислорода может превышать ежемесячные платежи за станок при резке нержавеющей стали или толстой низкоуглеродистой стали. Во-вторых, время пробивки для наиболее распространённой толщины материала, поскольку циклы пробивки занимают больше времени, чем прямолинейная резка деталей со множеством внутренних контуров. В-третьих, ускорение и скорость позиционирования между участками резки, определяющие производительность при раскрое листов с большим количеством мелких деталей.

Аспекты интеграции и обучения

Обучение оператора занимает одну–две недели для достижения базового уровня квалификации — значительно меньше, чем при освоении плазменной или ручной резки. Интерфейс ЧПУ должен поддерживать импорт файлов из распространённых CAD-форматов без промежуточных конвертаций, которые могут вносить ошибки. Требования к ограждению оборудования регламентируются стандартом OSHA 1910.212. Профилактическое обслуживание — очистка линз и юстировка луча — следует проводить еженедельно для обеспечения стабильного качества кромок.

Часто задаваемые вопросы

На сколько снижает трудозатраты лазерная резка по сравнению с плазменной?

Система лазерной резки волоконным лазером обычно сокращает прямые трудозатраты на резку на 50–67 % за счёт многомашинных рабочих процессов и устраняет 70–90 % трудозатрат на вторичную отделку. Совокупная экономия зачастую позволяет окупить инвестиции в течение 12–18 месяцев.

Какие материалы эффективно обрабатываются лазерной резкой волоконным лазером?

Лазерная резка волоконным лазером применяется для низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали, алюминия, латуни и меди. Для обработки отражающих металлов требуется защита от обратного отражения, которая является стандартной функцией современных систем таких производителей, как Tianchen Laser. Диапазон допустимой толщины материала — от фольги до более чем одного дюйма.

Почему лазерная резка обеспечивает более чистые кромки по сравнению с плазменной?

Ширина реза при лазерной резке составляет 0,1–0,3 мм по сравнению с 1,5–5 мм при плазменной резке. Более узкое энергетическое воздействие приводит к меньшему нагреву прилегающего материала и минимальному образованию шлака, что зачастую позволяет соблюсти допуски чертежа без необходимости вторичной обработки.

Может ли один оператор управлять несколькими станками лазерной резки?

Благодаря автоматической загрузке и выгрузке один оператор может управлять двумя–тремя станками. Естественные окна в цикле резки позволяют выполнять сортировку и контроль деталей. Это устраняет ограничение «один оператор на станок», характерное для ручных станций и станций плазменной резки.

Каков типичный срок окупаемости инвестиций в лазерную резку?

Большинство цехов окупают инвестиции в течение 12–24 месяцев за счёт экономии на оплате труда, снижения отходов и повышения производительности. Цеха с высокими затратами на отделочные операции и значительными объёмами сверхурочной работы достигают более быстрой окупаемости. При расчёте стоимости следует учитывать расходы на газ, электроэнергию и техническое обслуживание.

Требуется ли специальная подготовка помещения для лазерных систем резки?

Волоконно-оптические лазерные системы требуют трёхфазного электропитания, сжатого воздуха и адекватной вентиляции или системы отвода дыма. Для крупногабаритных станков необходимо учитывать нагрузку на пол. Большинство установок могут быть размещены в существующей инфраструктуре цеха по металлообработке.