Análise global de deterioração da ferramenta

No pico da era da produção em massa de alto volume de peças individuais, o desgaste da ferramenta foi simplesmente medido, manipulado e equilibrado para maximizar a vida da ferramenta e a saída da peça. À medida que as estratégias de fabricação evoluíram para uma produção just-in-time de componentes quase personalizados, o desgaste de ferramentas por si só tornou-se um elemento menos central do processo de fabricação em geral.

A Seco Tools, mais especificamente a Seco Consulting Services, analisa continuamente a evolução contínua da fabricação e desenvolveu o modelo de produção "Next Step" para lidar com as mudanças contínuas na indústria de manufatura (conforme figura acima).

O modelo Next Step baseia-se nos quatro principais padrões de usinagem, nomeados eficiência de custos, eficiência de tempo, qualidade e rendimento. Ele permite que os fabricantes estabeleçam e atinjam os padrões de usinagem para si mesmos através da análise da produção de resíduos, tecnologia de processo de usinagem, ferramentas e ciência do material, economia de produção e rendimento e o papel crítico de pessoas e liderança em suas operações.

A Análise global de deterioração da ferramenta é um componente chave da avaliação e melhoria geral do processo de fabricação. Ao examinar uma seleção aleatória de ferramentas que cobrem todas as áreas de usinagem de uma instalação e, em seguida, aplicar uma variedade de medidas de produção, um fabricante adquire uma ampla compreensão do papel que a ferramenta desempenha em todo o processo de usinagem.

A GTDA ajuda as empresas a descobrirem onde o desempenho da ferramenta pode ser melhorado para aumentar a produtividade e onde as questões relacionadas às ferramentas podem estar criando gargalos no fluxo de fabricação.

Ferramentas de corte são elementos fundamentais do processo de corte de metais. Dependendo de como as ferramentas são escolhidas e aplicadas, elas oferecem o potencial para maximizar a produtividade na usinagem ou, por outro lado, criar gargalos na produção. Muito disso depende de como o uso da ferramenta é gerenciado em relação ao processo de fabricação geral.


Ferramentas de corte são, por sua natureza, consumíveis; elas desgastam até não serem mais eficazes. Uma abordagem tradicional para o gerenciamento de ferramentas de corte dos metais emprega a análise de desgaste sozinha, focada em manipular materiais de ferramentas, geometrias e parâmetros de aplicação para melhorar a produção parcial e a vida útil da ferramenta em uma operação selecionada.

Maximizar a eficiência do processo completo de fabricação, no entanto, envolve a consideração de fatores de ampla gama além do desgaste da ferramenta. É essencial examinar o desgaste da ferramenta de corte ou, mais amplamente, a deterioração da ferramenta, à luz do processo de fabricação geral ou "global".

A Análise global de deterioração da ferramenta (GTDA) vai além da medida básica do desgaste da ferramenta para incluir considerações relacionadas a ferramentas, como o tempo gasto na manipulação de ferramentas, problemas além do desgaste, economia de produção, organização da produção, atitudes e premissas do pessoal, gerenciamento de fluxo de valor e custos totais de fabricação.

A GTDA baseia-se na avaliação normal de um grande número de ferramentas de corte usadas de uma produção escolhidas aleatoriamente para criar uma imagem abrangente de suas contribuições para os esforços gerais de fabricação.

O processo global de fabricação- O estudo do desgaste da ferramenta geralmente é limitado a uma única ferramenta utilizada em uma operação de usinagem específica. No entanto, para obter o máximo de benefícios, é essencial examinar o desgaste da ferramenta ou a deterioração em relação a todas as ferramentas de um processo de fabricação.

O processo de fabricação começa com a aquisição de matérias-primas e planejamento que envolve a utilização de inteligência humana, recursos tecnológicos e investimento de capital. O processo avança através de atividades de valor agregado e de valor capacitador, mas pode ser restringido por eventos que produzem resíduos, resultando na perda de dinheiro, tempo e recursos intelectuais e consequentemente reduzindo a qualidade e o rendimento das peças. A saída é medida em termos de qualidade das peças, a quantidade necessária e o tempo e custo de produção desejados.


Evolução do processo de fabricação- Os métodos utilizados para analisar e prever a vida útil dependerá da forma em que as ferramentas são aplicadas. Ao longo dos séculos, as práticas de fabricação evoluíram, de produções artesanais de itens individuais para produções em massa de peças padronizadas.

A melhoria dos métodos de fabricação originou uma segunda geração de produção em massa capaz de produzir volumes cada vez maiores de peças semelhantes – um cenário de alto volume e baixa mistura de produtos (HVLM). Mais recentemente, a tecnologia digital aplicada em programação, controles de máquinas e ferramentas e sistemas de manuseio de peças está facilitando uma produção em massa de terceira geração que permite a produção econômica, de alta mistura e baixo volume (HMLV)


Embora as principais questões de desempenho permaneçam as mesmas, nomeadamente a obtenção de eficiência de custo e tempo, uma certa qualidade mínima e um certo nível de produtividade, as técnicas de produção em massa de segunda e terceira geração requerem diferentes abordagens para a análise da vida útil da ferramenta.

Em um cenário HVLM de segunda geração, peças idênticas são usinadas a partir do mesmo material em execuções de produção que podem durar dias, meses ou anos usando o mesmo equipamento e o mesmo tipo de ferramenta de corte. Nessa situação, o gerenciamento da vida útil das ferramentas é relativamente simples.

Os funcionários da empresa usam prototipagem e testes para determinar a melhor vida média da ferramenta, em seguida, dividem o volume desejado de peças pela vida esperada de ferramentas individuais.

Os dados consistentes da expectativa de vida da ferramenta permitem que uma empresa planeje mudanças de ferramentas que maximizem a utilização da ferramenta e suporte a produção contínua. No entanto, os métodos de produção de HVLM estão em declínio em proeminência. Para equilibrar o inventário parcial com a demanda e acomodar mudanças de engenharia em andamento, os fabricantes estão usinando cada vez menos peças em execuções de produção longas e imutáveis.

Ao mesmo tempo, as estratégias de produção em massa HMLV de terceira geração estão crescendo em aceitação. Os processos HMLV rapidamente ajustáveis combinam bem com os objetivos atuais de inventário e engenharia, mas o processo de planejamento é muito mais complexo.

Uma série de dez peças pode ser seguida por partes de dois, cinco ou mesmo um único lote de componente. Os materiais podem mudar de aço para alumínio para titânio e as geometrias das peças de simples para complexas. Não há tempo disponível para determinar a vida da ferramenta através de testes.

Nesses casos, uma empresa tipicamente faz um palpite conservador sobre a vida projetada de uma ferramenta e, para garantir, emprega uma nova ferramenta para cada execução, em seguida, descarta-a bem antes que a ferramenta atinja sua vida útil produtiva real. Uma abordagem mais global da análise e das previsões do desgaste das ferramentas pode ajudar a minimizar o desperdício da capabilidade da ferramenta de corte.

Possibilidades de rendimento binário- Os métodos de fabricação de HMLV que mudam rapidamente aumentam a dificuldade de obter altos percentuais de rendimento para operações de usinagem. No caso da produção HVLM de longo prazo, testes e ajustes podem produzir até 90% de rendimento. Por outro lado, o rendimento na situação HMLV pode ser binário. A execução bem sucedida de uma única peça representa 100 por cento de rendimento, mas quando a peça é inaceitável ou está arruinada, o rendimento é zero.

As exigências de qualidade e eficiência de custo e tempo permanecem as mesmas, mas o rendimento pela primeira vez se torna um requisito primordial. Nesse caso, evitar a quebra de ferramentas é talvez a consideração mais importante. Uma vantagem é que o desgaste da ferramenta é uma preocupação mínima em situações de curto prazo e uma empresa pode aplicar, razoavelmente, parâmetros de corte mais agressivos e produtivos.

A mão de obra e a contribuição humana- As operações de produção de HVLM longas e imutáveis tendem a minimizar a importância das contribuições humanas para o processo de fabricação. Após uma longa execução, as operações podem ser essencialmente automatizadas.

Mesmo nos casos em que um operador participa de todas as mudanças de peças, a natureza repetitiva dessas situações marginaliza a influência de operadores e programadores. A flexibilidade não é necessária, e talvez até desencorajada.

Pelo contrário, os cenários HMLV em rápida mudança enfatizam o papel dos seres humanos no processo, ao ponto de as operações exigirem uma forma de artesanato tradicional envolvendo criatividade e flexibilidade para se adaptarem eficientemente às peças e condições de corte que mudam continuamente, características da usinagem HMLV.

Foco no processo antes dos resultados -Muitos esforços de análise de processo de fabricação se concentram em revisar os resultados finais em relação à vida da ferramenta e produção parcial sem examinar minuciosamente o próprio processo.

Problemas relacionados a ferramentas de corte, mas não diretamente à vida útil da ferramenta, podem ser perdidos e criam gargalos de produção. Por exemplo, as rebarbas geralmente não estão relacionadas à vida da ferramenta, mas sua ocorrência interrompe o processo de fabricação porque outra operação deve ser desenvolvida e implementada para remover as rebarbas.

A formação de rebarbas está, no entanto, relacionada à geometria da ferramenta e parâmetros de aplicação e, portanto, deve ser considerada na análise de deterioração da ferramenta. A quebra da ferramenta, outro problema que geralmente não está relacionado ao desgaste da ferramenta, envolve material, geometria, parâmetros de aplicação, bem como fatores da ferramenta da máquina.

Elementos de excelência operacional- Os componentes básicos da eficiência na fabricação são a eliminação de resíduos, inflexibilidade e variabilidade. A análise detalhada da deterioração da ferramenta leva em consideração cinco elementos de excelência operacional.

Em primeiro lugar, é essencial entender completamente o processo geral de usinagem e a relação da operação de usinagem com o material.

Em segundo lugar, deve ser dada atenção à redução de resíduos, através de estratégias de fabricação enxuta e outras iniciativas.

Em terceiro lugar, os conceitos de economia de produção precisam ser empregados para garantir a rentabilidade.

Em quarto lugar, os objetivos percentuais de produção devem ser vistos de acordo com o volume de fabricação e variedade parcial; a maximização da flexibilidade deve ser vista como uma forma de minimizar os gargalos, mas a variabilidade deve ser controlada para garantir tolerâncias de peças consistentes.

Por último, é necessário enfatizar o valor da equipe de fabricação para obter o máximo benefício do recurso único e insubstituível que representa.

Considerações além do desgaste da ferramenta- A análise global de ferramentas complementa a medida inicial do desgaste da aresta da pastilha com análise da função das ferramentas nos totais dos Custos de Mercadorias Vendidas (COGS), Análise da Troca de Matriz em Um Minuto (SMED), resultados do Gerenciamento de Fluxo de Valor (VSM) e as percentagens de Eficiência Geral do Equipamento (OEE).

A consideração econômica mais básica relacionada às ferramentas é clara: as ferramentas custam dinheiro. A próxima Figura apresenta o custo de vários elementos do processo de usinagem e os totalizam como COGS. Esses dados permitem que uma empresa compare e contraste os vários elementos dos custos de produção, com o objetivo de encontrar candidatos para redução de custos que irão aumentar a rentabilidade operacional.

Outro fator econômico relacionado à ferramenta é que as ferramentas custam tempo – o tempo envolvido na manipulação de ferramentas fora das operações de usinagem reais. O tempo gasto na troca e configuração de ferramentas é analisado através de técnicas analíticas SMED que também fornecem uma visão dos custos, além daqueles gerados pelo desgaste e substituição da ferramenta. Parte dessa despesa é incorrida na aquisição e organização das ferramentas, montagem e carregamento de programas na ferramenta da máquina.

OEE determina quanto do tempo de fabricação disponível é usado efetivamente. A análise do OEE mostra as perdas, o progresso dos benchmarks e melhora a produtividade, eliminando o desperdício.

O tempo total disponível para a produção é identificado, então a análise subtrai o tempo de inatividade planejado, as falhas não programadas, as mudanças, as paradas menores e a velocidade perdida, e sucata e faz o trabalho novamente para chegar ao tempo de usinagem efetivo expresso em porcentagem do tempo total disponível. Um OEE de 100% – um objetivo nobre, mas praticamente inatingível – significa que uma peça é produzida na qualidade especificada, o mais rápido possível, sem tempo desperdiçado.

A análise VSM ilustra a necessidade de equilibrar melhorias de desempenho entre todos os elementos do processo de fabricação. A Figura 5 é uma representação gráfica dos efeitos da melhoria do desempenho de um elemento de um sistema sem melhorar outros. Pense em pessoas que remam um barco. Um desempenho mais alto por um remador realmente prejudicaria o desempenho geral do barco.

As melhorias em partes do processo devem ser feitas em vista de sua relação com o volume e variedade de produção, características do material da peça, geometrias das peças, ferramenta mecânica e requisitos de fixação e outras considerações para alcançar e manter uma operação de fabricação global.


Análise global de deterioração da ferramenta- A GTDA é basicamente um processo simples. As arestas de corte de um grande número de ferramentas escolhidas aleatoriamente em toda empresa são examinadas, uma aresta por vez para determinar quais arestas são usadas. O desgaste é classificado de acordo com seu tipo e quantidade.

A análise tradicional do desgaste da ferramenta foca em uma ferramenta em uma única operação; A GTDA reúne informações sobre desgaste de ferramentas e outros problemas relacionados a ferramentas de toda a empresa. Em seguida, aplica COGS, SMED, VSM, OEE e outras ferramentas analíticas para compilar dados adicionais que irão orientar o planejamento e implementação de programas de melhoria.

Para ser bem sucedida, uma empresa deve ter a disciplina de iniciar um programa GTDA e, igualmente importante, continuar a análise de ferramentas e de dados regularmente. Outra forma de disciplina, honestidade, também é necessária. Uma empresa deve aceitar honesta e objetivamente os resultados da análise e estar disposta a agir sobre os resultados sem considerar tradições e políticas de compras ou opiniões não suportadas quanto aos parâmetros de aplicação da ferramenta.

Conclusão

O desgaste das ferramentas é inevitável e a gestão é essencial para conseguir operações de usinagem bem-sucedidas. No entanto, o desgaste da ferramenta é apenas um exemplo das muitas influências das ferramentas de corte sobre a eficiência do processo geral de fabricação de uma produção.

A GTDA vai além da análise de desgaste de ferramentas únicas para incluir todas as ferramentas em uma empresa, bem como uma ampla gama de influências significativas relacionadas a ferramentas fora do processo de corte.

Sobre o assunto específico da GTDA, a Seco Consulting Services produziu um livro intitulado “Tool Deterioration: Best Practices” (Deterioração de ferramentas: melhores práticas). O livro apresenta a deterioração da ferramenta como um ponto de equilíbrio para os modelos de usinabilidade, observando que a maioria dos problemas nos processos de usinagem pode ser classificada como eventos relacionados à deterioração da ferramenta.

O guia discute diferentes aplicações em corte dos metais e pretende fornecer uma visão dos fenômenos que causam a deterioração da ferramenta, ao mesmo tempo em que oferece uma visão geral de "melhores práticas" sobre como identificar, manipular e controlar os processos de deterioração da ferramenta.

(*) Patrick de Vos é gerente de Educação Técnica Corporativa da Seco Tools

Fonte Usinagem Brasil



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