Mori Seiki: японское решение дилеммы

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «СТАНКИ И ОБОРУДОВАНИЕ»

Mori Seiki. Resolving a Dilemma in a Japanese Manner
We continue to review Mori Seiki’s activity on the world market due to the fact that this is the most vivid example of Japanese machine-tool industry development. DCG, Box-in-Box and DDM conceptions made it possible to resolve “speed-quality dilemma” in a new way. Effective labour management and infomedia of Mori Seiki reflect the best traditions of Japanese technology development.

Миссия компании Mori Seiki — обеспечение инновационными технологиями существующих моделей и, за счет этого, предложение рынку наиболее эффективных и быстрых инженерных решений. Работу станка конструкторы Mori Seiki ассоциируют с движением живого организма, стремясь приблизиться к синхронности и точности работы его мускул. То, как эти подходы реализуются на практике, демонстрирует эволюция обычного токарного станка в обрабатывающий центр NT.

Эволюция токарного станка

Станки серии NT выпускаются на предприятии Mori Seiki в Чиба, обеспечивая ему около 70% от общего объема производства. На предприятии шутят, что какие бы клиенты ни пришли, им сначала показывают станки NТ. В демонстрационном зале завода в основном стоят эти станки, которые используются и для тестовой обработки деталей.

Небольшое предприятие обеспечивает 10% оборота Mori Seiki и 5% от натурального объема производимого оборудования. На этом заводе работает примерно 400 человек, около 100 из них занимаются сборкой станков, еще примерно 100 человек работают в конструкторском отделе.

Важным этапом развития предприятия стал запуск цеха механообработки в 2006 году. По своим площадям новый цех соответствует 2/3 площади сборочного цеха. До запуска механического производства шпиндельные узлы и ШВП изготавливались на заводе в Ига и доставлялись сюда в коробках. Сейчас большие и сложные компоненты продолжают изготавливаться в Ига, но значительную часть производства уже удалось перенести.

История обрабатывающего центра NT началась более 30 лет назад, когда компания ввела в производство обычный токарный станок. Следуя тенденции, возникшей в конце 80-х годов, функциональность токарных станков расширилась за счет операции фрезерования. В начале 90-х годов появилась возможность автоматической замены инструмента.

Следующим логичным шагом стала возможность перемещения по оси Y. Станок серии МТ появился в 1999 году. У станка сохранилась наклонная форма станины, что сохранило его схожесть с токарным станком. Но даже такая классическая форма позволяла считать станок серии МТ обрабатывающим центром, поскольку у него перемещалась инструментальная голова, выполняющая функцию фрезерования.

У конкурентов Mori Seiki, например компании Okuma, подобные станки также основаны на токарных моделях, когда станина предусматривает возможность установки дополнительного узла, позволяющего осуществлять обработку по оси Y. Но в конструкции станины станка сохраняется наклонная форма, и компоновка во многом повторяет токарный станок. У подобных моделей существуют проблемы жесткости и нехватки рабочей зоны.

Инновационная разработка DCG (привод по центру тяжести) позволила Mori Seiki вывести вертикально-фрезерные, горизонтально-фрезерные и токарно-фрезерные станки на действительно новый уровень. Идея DCG описывалась в первой части статьи. Суть ее заключается в установке двух синхронно работающих ШВП на узле, который в традиционных станках управляется одним приводом, что позволило разместить виртуальную точку перемещения привода в центре тяжести узла. В традиционных конструкциях станка центр тяжести и точка приложения нагрузки обычно не совпадают.

Например, на обычном вертикально-фрезерном станке шпиндель закреплен консольно, и его ось не совпадает с осью привода, что приводит к перекосам (рис. 1). Перекос возникает также при поперечном перемещении стола к крайним своим положениям, поскольку центр стола не соответствует оси Y.

На рис 2. показана реализация концепции «привод по центру тяжести» с парными приводами по осям Z и Y. Нулевой перекос обеспечивается размещением геометрических осей над точкой приложения нагрузки за счет использования дугоообразной конструкции колонн, между которыми заключен шпиндель и стол станка. Стол постоянно расположен над станиной станка, что повышает точность обработки контура детали в плоскости XY. Такая конструкция обеспечивает высокую точность и качество обработки.

Извечная проблема повышения производительности при горизонтально-фрезерной обработке заключается в обеспечении высокой скорости и больших динамических нагрузок, которые должен воспринимать станок. Помимо передачи высоких ускорений за счет использования технологии DCG, компания Mori Seiki сумела достичь высокой скорости перемещения узлов, применив конструкцию Box-in-Box.

При традиционной компоновке горизонтально-фрезерного станка (рис. 3) центр его тяжести не совпадает с осью X. Ввиду большой массы перемещаемой колонны и шпинделя эта конструкция не позволяет повышать скорость обработки за счет ускорения перемещений узлов станка. В данном случае речь идет о необходимости пожертвовать точностью ради скорости (или наоборот).

Использованная Mori Seiki конструкция Box-in-Box (рис. 4) предполагает жесткую фиксацию колонн, в которых заключен суппорт, перемещаемый по оси X. Первая большая коробка — это цельная литая станина, которая обеспечивает высокую жесткость. Вторая коробка — это инструментальная голова, которая находится в большой коробке. Такая компоновочная схема позволяет достичь хорошего баланса перемещаемых узлов.

При обработке на горизонтально-фрезерных станках компоновка Box-in-Box играет большую роль при передаче высоких скоростей и ускорений, в то время как низкий уровень вибраций обеспечивается применением технологии DCG.

50%-е снижение нагружения станка по оси Х, помимо повышения жесткости за счет закрепления обоих сторон суппорта, было достигнуто благодаря миниатюризации и максимальному облегчению конструкции. На горизонтально-фрезерных станках и обрабатывающих центрах Mori Seiki используется оригинальная разработка компании — прямой встроенный привод DDM (Direct Drive Motor). По состоянию на 2007 год станков, оснащенных DDM, было выпущено более 1500 штук.

Концепция встроенного привода позволила обойтись без ремней и шестерен при передаче вращения инструменту. DDM позволил существенно повысить скорость вращения, а за счет отсутствия механической передачи были исключены люфты и достигнута высокая точность привода. Помимо точности и скорости прямая передача имеет и другие преимущества. Инструментальная голова станка, оснащенного DDM, может наклоняться на ±120%. Наличие большого свободного пространства позволяет улучшить отвод стружки.

Совмещение сразу трех свежих технических решений — концепций DCG, Box-in-Box и DDM — позволило по-новому решить дилемму скорости и качества обработки. Большая рабочая зона позволяет за один установ обрабатывать деталь, которая на традиционных станках потребует изменения положения. Понятно, что при этом, помимо увеличения времени на обработку, теряется точность.

Единственный недостаток конструкции Box-in-Box вытекает из ее основного преимущества. Станок становится выше при требовании увеличить рабочую зону. Также радикальное решение проблемы жесткости привело к тому, что станок конструкции «коробка в коробке» стал в полтора раза тяжелее, чем предыдущая модель.

Концепция интегрированного обрабатывающего центра NT появилась как комбинация существовавших у Mori Seiki конструкций токарного и горизонтально-фрезерного станков. При этом была применена разработка «коробка в коробке», которая использовалась на станках NH. Тем самым конструкторы Mori Seiki смогли добиться существенного увеличения рабочей зоны, достигнуть точности горизонтального обрабатывающего центра при сохранении функциональности токарного станка.

Сегодня NT стал флагманом среди токарно-фрезерных обрабатывающих центров производства Mori Seiki. С лета 2006 года по середину лета 2007 года на рынок было поставлено 750 станков типа NT. Из них 30 станков ушли в Россию. В целом же по объемам продаж первое место занимает Япония (половина объема), затем идут США, Франция, Германия и Россия.

Эти станки могут быть различной конструкции и комплектации. Стандартная компоновка — инструментальная голова и один шпиндель. Вместо задней бабки можно установить второй шпиндель, в этом случае даже нельзя выделить основной и контршпиндель, поскольку они будут обладать одинаковой функциональностью. Опцией является установка второй нижней инструментальной головы, которая может выполнять фрезерную функцию. Замена инструмента осуществляется за 1,25 с, то есть близка к скорости замены инструмента на универсальном обрабатывающем центре.

Станки серии NT выпускаются с различным межцентровым расстоянием. Недавно компания Mori Seiki запустила в производство станки с большим межцентровым расстоянием (порядка 6 м). В конце текущего года станок НТ6600 с межцентровым расстоянием 4 м, отправится в Санкт-Петербург. На начало года у компании были заказы на производство еще 5–6 таких станков.

На станках с большим межцентровым расстоянием устанавливаются программируемые люнеты с механическим зажимом. Люнеты достаточно сложны и сопоставимы по цене с небольшим станком. На подобном оборудовании изготавливаются валы и коленвалы судов, оборудование для бурения.

Организация труда

Американские исследователи выявили, что отставание автомобильной индустрии западных стран возникло не вследствие высокой стоимости рабочей силы, короткой продолжительности рабочего времени и прочих исходных условий, а из-за существенного проигрыша в технологическом времени, качестве изготовления и сборки. При этом японцами используется только половина временных, людских и материальных ресурсов, для того чтобы изготовить одну и ту же продукцию.

В первую очередь при объяснении столь существенной разницы эффективности производства стоит отметить высокую технологическую оснащенность японских предприятий. Большинство производственных систем полностью компьютеризированы и автоматизированы при помощи роботов, что позволяет говорить о фактически «безлюдных» технологиях.

Например, на предприятии Mori Seiki в Ига расположен уникальный участок, состоящий из 80 горизонтальных обрабатывающих центров. На этих станках используются накопители емкостью 32 паллеты и высотой в два этажа. Система управления накопителями позволяет легко изменять последовательность и приоритеты в обработке деталей. Оборудование цеха также работает круглосуточно, но операторов практически не видно — они работают в одну смену. На этом же заводе шлифование крупных деталей осуществляется в специальном приспособлении, которое автоматически меняет свое положение. При этом используются паллеты, которые загружаются рабочими в течение смены, но оборудование работает в течение суток.

На участке обработки небольших деталей их загрузку осуществляют роботы. Используется оптическая система анализа изображений, система обучения робота распознаванию отдельных деталей. На станках установлены ручные зажимные приспособления, но вместо операторов ими управляют роботы. Роботы очищают установочные поверхности заготовки, базируют ее в приспособлении и фиксируют с использованием гайковерта.

По всей территории Японии 8 000 станков производства Mori Seiki объединены в систему Mori-Net, которая позволяет удаленно диагностировать их состояние, используя Интернет. Естественно, эта система используется и самой компанией.

Mori-Net контролируются одним человеком. На монитор выводится цветовая индикация по каждому станку, которая сразу позволяет определить, работает ли он в данный момент, произошла ли авария или, может быть, станок вообще отключен от питания. Mori-Net предусматривает возможность посылки сообщения об ошибке в работе станка на мобильный телефон ответственного человека, работающего в сервисной службе.

Хотя эти примеры демонстрируют технологический уровень японского предприятия, существование столь серьезного контраста в эффективности работы западных и японских компаний нельзя объяснить только разницей в оснащении производства. Скорее можно сказать, что автоматизация позволяет сотрудникам японского предприятия сместить акценты из области управления технологическим процессом в область планирования и организации труда. Потому что именно в организации заключается секрет эффективности.

В отечественных и западных компаниях при планировании запасов придерживаются системы, которую иногда называют «на всякий случай» (just-in case), то есть предприятие накапливает значительные объемы запасов, которые гарантируют, что производство не придется останавливать.

Японский производитель использует систему «точно в срок» (just in time), полностью полагаясь на своих сотрудников и поставщиков, которые должны доставить детали как раз в то время, когда они понадобятся для сборки. Поэтому в производственной системе японских предприятий огромное внимание уделяется стабильности поставок и контролю длительности производственного цикла.

Практика Mori Seiki показывает, что экономичность и потенциал оборудования обеспечиваются организацией предварительных и дополнительных работ. Особенно хорошо это демонстрирует производственный процесс предприятия Mori Seiki в Ига. С целью оперативности работы на этом заводе было решено каждый сборочный комплект формировать самостоятельно изготовленными деталями.

Основная производственная задача — своевременное снабжение сборочного поста полным набором деталей. Но на сборочном участке нет больших складов, потому что обработанные детали или собранные узлы сразу направляются на следующий участок на протяжении всей производственной цепочки. Поскольку запасы на предприятии практически отсутствуют, работа построена на полной синхронизации механообрабатывающего производства и сборки, когда участки работают в четком соответствии с расписанием. При нарушении цикла оборудование будет простаивать или, ввиду ограниченности пространства, образуется затор. Но этого не происходит, так как работники компании отлично знают и контролируют текущий ход выполнения работ.

Как и на многих современных предприятиях, в Mori Seiki используется кодировка деталей с занесением информации в операционные листы. При этом информация собирается по всей производственной цепочке и заносится в компьютерную систему, где она хранится и обрабатывается. Таким образом, работникам компании всегда известно, где изготавливалась конкретная деталь, частью какой сборочной единицы, какого именно станка она является. Чтобы занести информацию в систему или получить из нее какие-то данные, операторы используют ручные сканеры. Например, рабочий может быстро узнать, что конкретная деталь прошла две операции обработки, и ей предстоит пройти еще три.

Систему диагностики износа инструмента на предприятии Mori Seiki обслуживает только один человек, который проверяет состояние инструмента на всех станках. Используется достаточно много специфических инструментов, например с алмазным покрытием. В накопителях инструментального цеха хранится около 15 000 инструментов, цикл жизни которых составляет от месяца до года. Но благодаря тому, что каждый инструмент снабжен чипом, мастер всегда может узнать, находится он в данный момент на складе или на каком станке работает. О каждом инструменте сохраняется вся необходимая статистическая информация (число переточек, длительность работы и т. д.).

Идентификация изделия и информационная поддержка работников на всех этапах его изготовления является частью системы контроля качества японских предприятий. Система кодировки изделий и инструмента на заводах Mori Seiki — это современная интерпретация системы канбан, которая до появления компьютера регулировала приток деталей и узлов на сборочную линию и сокращала операционные процессы.

Разработанная компанией Toyota система канбан — это средство коммуникации при организации производства и управлении запасами по системе «точно в срок». В буквальном смысле слова канбан — это карточки, прикрепленные к корпусу автомобиля на сборочном заводе. Работники предприятия должны осмысленно подходить к чтению и интерпретации информации и знаков на бирках. При таком подходе, даже если они совершают ошибку при сборке, выбрав не ту деталь, эта ошибка будет носить единовременный характер и не распространится на следующую операцию.

Устранение ошибок происходит систематически и дублируется на многих уровнях. Например, на заводах Mori Seiki каждый операционный лист по отдельной детали храниться в папке определенного цвета. Цвета папки соответствуют неделям. Так операторы даже без компьютера контролируют срок изготовления детали и сразу определяют приоритеты в их изготовлении. Но, естественно, определенная последовательность обеспечивается и компьютерной системой, которая дополнительно контролирует, чтобы все было выполнено в срок.

Основная информация работникам подается в абсолютном выражении и в виде коэффициентов, нормы которых известны. Так, на каждом участке находится табло, которое отображает план и реальное число обработанных деталей. Отображается расписание на месяц и расписание на каждый день. Кроме того, всем известно количество бракованных деталей, которое довольно часто превышает запланированное. Конечно, наше и японское преставление о браке отличаются. Для многих узлов, которые проходят визуальный контроль, дефектом считается даже небольшая царапина.

На японских предприятиях используется такая система мотивации, когда инженер или рабочий считает потребителем результатов своего труда не только того, кто покупает станок, но и того, кто выполняет последующий производственный процесс, принимая у него работу. Продвижение по службе отчасти зависит от того, насколько работник отзывчив к требованиям других подразделений и служб. Обратная связь и координация с другими подразделениями являются частью его повседневной работы.

При синхронизации механообработки и сборки необходимо часто переналаживать оборудование, соответственно, время на переналадку становится критичным. В частности, в общем фонде рабочего времени доля механообработки составляет 70–80%, а остальное время уходит на переналадку. Конечно, долю времени на механообработку можно было бы повысить до 90%, но в этом случае завод не смог бы самостоятельно выпускать полные комплекты деталей на сборку.

Хотя предприятие Mori Seiki в Ига имеет весьма развитую производственную базу, оно, как и многие другие японские предприятия, все же весьма зависит от внешних поставщиков. Для большинства местных производителей нормальным является самостоятельно выпускать половину деталей и комплектующих, а вторую половину приобретать. Даже основные детали могут изготавливаться сторонними предприятиями, но при этом поставщики, как и сотрудники предприятия, несут повышенную ответственность за сроки и качество. Хотя некоторые западные компании также тесно интегрированы с поставщиками, в их взаимоотношениях нет такой согласованности и доверия, которые существуют у японских партнеров.

Например, литую заготовку станины на завод в Ига поставляет сторонний поставщик. Форма отливки очень сложная, с множеством площадок и поверхностей под обработку. Такая форма обусловлена повышенными требованиями к жесткости станка и отказом от ряда присоединяемых элементов.

Длительность контурного фрезерования отливки составляет 9 часов. Если припуск на обработку окажется завышен, то нельзя просто увеличить съем материала, поскольку при обработке не используются зажимные приспособления. Дело в том, что установка осуществляется за счет фиксаторов позиции и собственного веса детали, поэтому прилагаемая нагрузка может повлиять на точность обработки. Непозволительно потратить дополнительные 9 часов еще на один проход фрезы при существующей организации производственного процесса. Возникает критическое требование: заготовка станины должна поставляться с очень точными припусками под обработку.

Конечно, согласованность и доверие — плод длительного сотрудничества компаний. Как правило, поставщики разделяются на «надежных» и «проходящих проверку». При этом большое значение имеет тесная коммуникация и взаимное соблюдение обязательств. Если работа поставщика была качественной в течение определенного периода, то он, конкурируя с другими поставщиками, может перейти в категорию «одобренных». Такие компании в первую очередь получают заказы, поощряются материально и получают сертификаты, которые имеют большой вес для репутации фирмы.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.