การตัดด้วยเลเซอร์ช่วยลดต้นทุนแรงงานในอุตสาหกรรมการผลิตโลหะ

สมการแรงงานที่แท้จริงในการผลิตชิ้นส่วนโลหะ

โรงงานผลิตชิ้นส่วนโลหะมักติดตามต้นทุนแรงงานตามชั่วโมงทำงาน แต่ค่าใช้จ่ายที่แท้จริงกลับแฝงอยู่ในจุดที่ใบบันทึกเวลาไม่เคยบันทึกไว้ เมื่อโรงงานลงทุนในระบบการตัดด้วยเลเซอร์ การลดจำนวนพนักงานคือประโยชน์ที่มองเห็นได้ชัดเจนที่สุด แต่การประหยัดที่ลึกซึ้งยิ่งกว่านั้นเกิดจากการกำจัดงานซ่อมแซมใหม่ ลดของเสียจากวัสดุ และย่นระยะเวลาการผลิตที่กระบวนการแบบดั้งเดิมหรือการตัดด้วยพลาสมามักใช้เวลานานหลายกะ

เหนือกว่าค่าจ้างรายชั่วโมง — ต้นทุนแรงงานที่ซ่อนอยู่

ผู้ปฏิบัติงานพลาสม่าที่ค่าแรงชั่วโมงละ 25 ดอลลาร์สหรัฐ เป็นรายการค่าใช้จ่ายที่เข้าใจได้ง่าย แต่สิ่งที่มักไม่ปรากฏในรายการคือแรงงานขั้นที่สอง เช่น การขัดขอบหยาบ การเจาะรูให้ได้ขนาดที่ต้องการ การกำจัดสลาค (slag) และการปรับชิ้นส่วนให้พอดีก่อนเชื่อม ซึ่งขั้นตอนรองเหล่านี้อาจใช้เวลาแรงงานมากกว่าขั้นตอนการตัดเริ่มต้นถึงสองถึงสามเท่า ขณะที่การตัดด้วยเลเซอร์ให้ขอบที่ไม่จำเป็นต้องผ่านกระบวนการตกแต่งเพิ่มเติมเลย จึงสามารถตัดหมวดแรงงานที่เกี่ยวข้องทั้งหมดออกไปได้โดยไม่ต้องลดตำแหน่งงานใดๆ เลย

การจัดการวัสดุยิ่งทำให้ปัญหาทวีความรุนแรงขึ้น ชิ้นส่วนที่ตัดด้วยพลาสม่าและเครื่องตัดด้วยน้ำแรงดันสูง (waterjet) ต้องเคลื่อนย้ายระหว่างสถานีตัด สถานีขจัดเศษโลหะ (deburring) และสถานีตรวจสอบ ซึ่งแต่ละการเคลื่อนย้ายจะสูญเสียเวลาที่ไม่ได้วัดค่าไว้ ระบบตัดด้วยเลเซอร์ที่มีระบบโหลดอัตโนมัติสามารถรวมการเคลื่อนย้ายทั้งหมดเหล่านี้ให้กลายเป็นเหตุการณ์การจัดการวัสดุเพียงครั้งเดียว จึงลดเวลาที่ชิ้นส่วนสัมผัสกับมนุษย์โดยรวมลง 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์

จุดที่การตัดแบบใช้แรงงานสร้างคอขวด

เกิดคอขวดที่คาดการณ์ได้สามประการ ประการแรก คือ การจัดเรียงชิ้นงาน (nesting) — โปรแกรมเมอร์ใช้เวลา 20 ถึง 45 นาทีในการปรับแต่งรูปแบบการจัดวางแผ่นวัสดุให้เหมาะสม ขณะที่ซอฟต์แวร์จัดเรียงอัตโนมัติสามารถทำสิ่งเดียวกันนี้เสร็จสิ้นภายในไม่กี่วินาที ประการที่สอง คือ การตรวจสอบคุณภาพ — ชิ้นส่วนที่ตัดด้วยมือจำเป็นต้องตรวจสอบความเที่ยงตรงของขนาดบ่อยครั้งกว่าชิ้นส่วนที่ตัดด้วยเลเซอร์ ซึ่งมีความแม่นยำซ้ำได้โดยธรรมชาติ ประการที่สาม คือ การทดลองตัดซ้ำ ๆ — กระบวนการแบบแมนนวลอาจต้องทำการตัดทดสอบสองหรือสามครั้งก่อนที่จะกำหนดพารามิเตอร์การผลิตที่เหมาะสมอย่างแน่นอน

ระบบอัตโนมัติการตัดด้วยเลเซอร์เปลี่ยนแปลงเศรษฐศาสตร์การผลิตอย่างไร

กระบวนการทำงานแบบผู้ปฏิบัติงานคนเดียวควบคุมเครื่องจักรหลายเครื่อง

ระบบตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ที่มีระบบโหลดอัตโนมัติ ช่วยให้พนักงานเพียงหนึ่งคนสามารถควบคุมเครื่องจักรได้พร้อมกันสองหรือสามเครื่อง ในระหว่างรอบการตัด — ซึ่งใช้เวลา 8 ถึง 15 นาทีต่อแผ่น — พนักงานจะทำการถ่ายวัสดุออก แยกชิ้นส่วน และตรวจสอบชิ้นส่วนจากวงจรก่อนหน้า กระบวนการทำงานแบบทับซ้อนนี้ทำให้สามารถรวมตำแหน่งงานแรงงานสามตำแหน่งแยกต่างหากเข้าเป็นตำแหน่งเดียวได้ สำหรับโรงงานขนาดกลางที่ดำเนินการสองกะต่อวัน การประหยัดค่าแรงโดยตรงต่อปีจากการลดจำนวนพนักงานจากหกคนเหลือสองคนอาจสูงกว่า 200,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ โดยยังไม่รวมค่าใช้จ่ายด้านสวัสดิการและค่าใช้จ่ายจากการเปลี่ยนแปลงพนักงาน

เทียนเฉิน เลเซอร์ ได้สังเกตเห็นแนวโน้มนี้ในกลุ่มลูกค้าทั่วโลก — โรงงานที่นำระบบตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์พร้อมระบบจัดการอัตโนมัติมาใช้งาน มักรายงานอัตราการลดจำนวนพนักงานลงอยู่ระหว่าง 2:1 ถึง 3:1 อย่างสม่ำเสมอ

การตัดขั้นตอนการตกแต่งเพิ่มเติมออก

ตัวคูณแรงงานสำหรับกระบวนการรองเป็นปัจจัยต้นทุนที่มักถูกมองข้ามมากที่สุด วิธีการตัดเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำด้วยพลาสม่าจำเป็นต้องมีการขัดขอบเพิ่มเติม ซึ่งใช้เวลา 3 ถึง 7 นาทีต่อชิ้นส่วน ในทางกลับกัน การตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ให้รอยตัดที่แคบและขอบที่ปราศจากออกไซด์เมื่อใช้ไนโตรเจนเป็นตัวช่วย จึงสามารถตัดงดขั้นตอนการขัดขอบได้ในส่วนใหญ่ของงาน สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งการตัดด้วยพลาสม่าไม่เหมาะสมเนื่องจากเกิดการออกซิเดชัน การตัดด้วยเลเซอร์จึงเข้ามาแทนที่กระบวนการหลายขั้นตอนที่แต่เดิมต้องอาศัยการเลื่อย การกัด (milling) หรือการตัดด้วยเจ็ทน้ำ

กรณีศึกษาจริง: จากวิกฤตการล่วงเวลาสู่การผลิตแบบกะเดียวจบ

ผู้ผลิตโครงสร้างเหล็กในรัฐโอไฮโอ ซึ่งผลิตชิ้นส่วนยึดสำหรับผู้ผลิตเครื่องจักรการเกษตร พบว่าคำสั่งซื้อจากลูกค้าเพิ่มขึ้น 35 เปอร์เซ็นต์ต่อปี ขณะที่สถานีตัดพลาสม่าจำนวนสามแห่ง ซึ่งแต่ละแห่งมีพนักงานเฉพาะหน่วย ไม่สามารถตามทันความต้องการได้ การทำงานล่วงเวลาในวันเสาร์-อาทิตย์ทำให้ต้นทุนแรงงานเพิ่มขึ้น 40 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งส่งผลให้งานที่มีกำไรบางส่วนลดลงจนแทบไม่มีกำไรเลย

การวิเคราะห์เปิดเผยว่าจุดที่เกิดความติดขัดคือการส่งมอบชิ้นงานจากขั้นตอนพลาสม่าไปยังขั้นตอนการตกแต่งสุดท้าย ซึ่งแต่ละโครงยึดต้องใช้เวลาขัดและเรียบขอบ 4.2 นาทีก่อนการเชื่อม สำหรับปริมาณ 1,200 ชิ้นต่อสัปดาห์ ขั้นตอนนี้ใช้แรงงานมากกว่า 80 ชั่วโมงต่อสัปดาห์ โดยไม่เพิ่มคุณค่าด้านมิติแต่อย่างใด

ผู้ผลิตชิ้นส่วนติดตั้งระบบตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์พร้อมระบบโหลดอัตโนมัติ ภายในหนึ่งไตรมาส เวลาแรงงานที่ใช้ในการขัดลดลงเหลือต่ำกว่า 0.5 นาทีต่อโครงยึด สถานีพลาสม่าสามแห่งถูกรวมเข้าเป็นเซลล์เลเซอร์เพียงหนึ่งเดียวที่ทำงานสองกะ โดยมีพนักงานปฏิบัติงานเพียงหนึ่งคนต่อกะ ทำให้ไม่จำเป็นต้องทำงานล่วงเวลาอีกต่อไป ต้นทุนอุปกรณ์ได้รับการคืนทุนภายในระยะเวลาเพียง 14 เดือนกว่าๆ จากการประหยัดค่าแรงและการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต ขณะเดียวกัน การจัดจำแนกระดับคุณภาพขอบตามมาตรฐาน ISO 9013 ยังช่วยแสดงให้ลูกค้าเห็นถึงความก้าวหน้าของกระบวนการอย่างเป็นรูปธรรมและวัดผลได้

การประเมินการลงทุนในระบบตัดด้วยเลเซอร์

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก

พิจารณาเกณฑ์อื่นๆ นอกเหนือจากความเร็วในการตัดที่ระบุไว้ โดยมีสามเกณฑ์หลัก ประการแรก คือ การใช้ก๊าซช่วยในการตัดที่ความหนาของวัสดุที่ใช้งานจริงโดยทั่วไป — ต้นทุนก๊าซไนโตรเจนและก๊าซออกซิเจนอาจสูงกว่าค่าใช้จ่ายในการผ่อนชำระเครื่องจักรสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมหรือเหล็กคาร์บอนธรรมดาที่มีความหนาสูง ประการที่สอง คือ เวลาในการเจาะรู (pierce time) สำหรับความหนาของวัสดุที่ใช้บ่อยที่สุด เนื่องจากวงจรการเจาะรูใช้เวลานานกว่าการตัดแบบเส้นตรงในชิ้นงานที่มีลักษณะภายในซับซ้อนจำนวนมาก ประการที่สาม คือ ความเร็วในการเร่งและปรับตำแหน่งระหว่างการตัด ซึ่งเป็นปัจจัยกำหนดอัตราการผลิตโดยรวมสำหรับแผ่นวัสดุที่วางเรียงกัน (nested sheets) ที่มีชิ้นส่วนขนาดเล็กจำนวนมาก

ข้อพิจารณาเกี่ยวกับการรวมระบบและการฝึกอบรม

การฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงานต้องใช้เวลาหนึ่งถึงสองสัปดาห์เพื่อให้มีทักษะพื้นฐาน — น้อยกว่าการฝึกผู้เชี่ยวชาญด้านพลาสม่าหรือการตัดด้วยมืออย่างมาก อินเทอร์เฟซระบบควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) ควรสามารถนำเข้าไฟล์จากฟอร์แมต CAD ทั่วไปได้โดยไม่ต้องแปลงรูปแบบกลางซึ่งอาจก่อให้เกิดข้อผิดพลาด ข้อกำหนดด้านการป้องกันเครื่องจักรตามมาตรฐาน OSHA 1910.212 ครอบคลุมข้อกำหนดทั้งหมด สำหรับการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน เช่น การทำความสะอาดเลนส์และการจัดแนวลำแสง ควรดำเนินการเป็นประจำทุกสัปดาห์เพื่อรักษาคุณภาพขอบการตัดให้สม่ำเสมอ

คำถามที่พบบ่อย

การตัดด้วยเลเซอร์สามารถลดแรงงานลงได้มากน้อยเพียงใดเมื่อเปรียบเทียบกับการตัดด้วยพลาสม่า

ระบบตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์มักช่วยลดแรงงานในการตัดโดยตรงลง 50 ถึง 67 เปอร์เซ็นต์ผ่านกระบวนการทำงานแบบหลายเครื่องจักร และลดแรงงานสำหรับขั้นตอนการตกแต่งเพิ่มเติมลง 70 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ การประหยัดรวมกันมักทำให้คืนทุนภายใน 12 ถึง 18 เดือน

วัสดุใดบ้างที่สามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์

การตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถใช้กับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เหล็กสแตนเลส อลูมิเนียม ทองเหลือง และทองแดง สำหรับโลหะที่สะท้อนแสงได้ดี จำเป็นต้องมีระบบป้องกันการสะท้อนย้อนกลับ ซึ่งมีอยู่ในระบบสมัยใหม่ของผู้ผลิต เช่น Tianchen Laser ความหนาของวัสดุที่สามารถตัดได้มีตั้งแต่ระดับฟอยล์ไปจนถึงมากกว่าหนึ่งนิ้ว

เหตุใดการตัดด้วยเลเซอร์จึงให้ขอบที่สะอาดกว่าการตัดด้วยพลาสมา

การตัดด้วยเลเซอร์มีความกว้างของรอยตัด (kerf width) อยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 0.3 มิลลิเมตร เมื่อเทียบกับพลาสมาที่มีความกว้าง 1.5 ถึง 5 มิลลิเมตร การป้อนพลังงานที่แคบกว่านี้ทำให้วัสดุบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมีน้อยลง และเกิดเศษโลหะ (dross) น้อยมาก จึงมักสามารถบรรลุความคลาดเคลื่อนตามแบบแปลนได้โดยไม่จำเป็นต้องผ่านขั้นตอนการตกแต่งเพิ่มเติม

ผู้ปฏิบัติงานเพียงหนึ่งคนสามารถควบคุมเครื่องตัดด้วยเลเซอร์ได้หลายเครื่องพร้อมกันหรือไม่

ด้วยระบบการโหลดและปลดโหลดอัตโนมัติ ผู้ปฏิบัติงานเพียงหนึ่งคนสามารถควบคุมเครื่องจักรได้สองถึงสามเครื่อง ช่วงเวลาที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติระหว่างรอบการตัดแต่ละรอบ ทำให้สามารถจัดเรียงชิ้นส่วนและตรวจสอบคุณภาพได้ ส่งผลให้ไม่จำเป็นต้องใช้ผู้ปฏิบัติงานหนึ่งคนต่อหนึ่งเครื่อง ซึ่งเป็นข้อจำกัดของสถานีตัดแบบใช้มือหรือด้วยพลาสม่า

ระยะเวลาคืนทุนโดยทั่วไปสำหรับการลงทุนในระบบตัดด้วยเลเซอร์คือเท่าใด

ร้านส่วนใหญ่สามารถคืนทุนได้ภายใน 12 ถึง 24 เดือน โดยมาจากการประหยัดค่าแรง ลดของเสีย และเพิ่มปริมาณการผลิตต่อหน่วยเวลา ร้านที่มีค่าแรงสำหรับงานตกแต่งสูงและมีการทำงานล่วงเวลาอย่างมากจะเห็นผลคืนทุนได้เร็วกว่า ทั้งนี้ การประเมินต้นทุนควรรวมค่าก๊าซ ค่าไฟฟ้า และค่าบำรุงรักษาด้วย

ระบบตัดด้วยเลเซอร์ต้องการการเตรียมสถานที่พิเศษหรือไม่

ระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ต้องการแหล่งจ่ายไฟสามเฟส อากาศอัด และระบบระบายอากาศหรือดูดควันที่เหมาะสม สำหรับเครื่องจักรขนาดใหญ่ ต้องคำนึงถึงความสามารถในการรับน้ำหนักของพื้นด้วย อย่างไรก็ตาม การติดตั้งส่วนใหญ่สามารถดำเนินการได้ภายในโครงสร้างพื้นฐานของโรงงานผลิตชิ้นส่วนโลหะที่มีอยู่แล้ว