Celbewerking met CNC-machines voor algemene doeleinden biedt voordelen

Het gebruik van meerdere, scherp geprijsde CNC-bewerkingsmachines in een celconfiguratie kan aanzienlijke voordelen bieden ten opzichte van het gebruik van duurdere machines voor speciale doeleinden die geconfigureerd zijn voor ‘alles-in-één’ processen. Dat blijkt uit een recent rapport van de Technische Universität (TU) Darmstadt in Duitsland.

Het rapport van de TU Darmstadt heeft als titel ‘Cellular Manufacturing to enable Lean Machining’ en werd opgesteld door medewerkers van het Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) van de universiteit.
Aanleiding voor het onderzoek was de waargenomen afwezigheid van de principes van lean manufacturing in courante bewerkingsprocessen bij maakbedrijven van elke omvang. In assemblage- en procestechniekomgevingen worden de principes van het creëren van flow in de processen volop toegepast als hoeksteen van lean manufacturing. Denk bijvoorbeeld aan volumeproductie in de automobielsector. Maar het concept van dergelijke werkstroomoptimalisering is nog niet vaak met succes toegepast voor bewerkingsprocessen. Meer nog, het is eerder zeldzaam in Europa.

De essentie van celproductie is dat een combinatie van heterogene apparatuur (in dit geval CNC-bewerkingsmachines) groepsgewijs werkt om een familie of groep van vergelijkbare onderdelen te maken. Kenmerkend voor het concept is dat de machines van boven gezien in een U-vorm worden opgesteld om de werkstroom te optimaliseren en het onderhanden werk te balanceren qua takttijd voor productie volgens het tempo waarop de klant de producten afneemt.

Om de potentiële voordelen van celproductie aan te tonen, werd in het Center für industrielle Produktivität (CiP) van het PTW zowel een ‘alles-in-één’ lijn geïmplementeerd als een bewerkingscel, die als referentie fungeerde. De ‘alles-in-één’ lijn telde twee bewerkingsmachines met high-end specificaties: enerzijds een CNC-gestuurd vierassig horizontaal bewerkingscentrum met opspanbloksysteem en anderzijds een CNC-gestuurde meerassige automatische draaimachine. De bewerkingscel telde twee drieassige Haas Super Mini Mill 2-bewerkingscentra en een CNC-gestuurde tweeassige Haas SL-10-draaimachine, evenals twee CNC-bewerkingscentra voor algemene doeleinden en een CNC-draaimachine van een andere bewerkingsmachinebouwer. Het rapport merkt op dat de investering voor de twee machines van de ‘alles-in-één’ lijn in totaal € 780.000 bedroeg, terwijl de investering voor de zes CNC-bewerkingsmachines van de celconfiguratie slechts € 340.000 bedroeg.

Een kostenvergelijking tussen de beide bewerkingsconfiguraties leverde verrassende resultaten op. Daarbij werd uitgegaan van 2.000 werkstukken per week en één operator per configuratie. De ‘alles-in-één’ lijn vereiste 15 shifts om de 2.000 werkstukken te voltooien. De setuptijd bedroeg 35 minuten, terwijl de berekende kosten per eenheid € 3,95 bedroegen (exclusief materiaalkosten). In de celconfiguratie waren er slechts 12,6 shifts nodig om de 2.000 werkstukken te voltooien volgens identieke specificaties, werd de setuptijd gereduceerd tot 10 minuten en bedroegen de kosten per eenheid slechts € 2,55.

Er werd ook een alternatief scenario onder de loep genomen: als twee operators werden ingezet in de bewerkingscel, stegen de kosten per eenheid als gevolg van de extra loonkosten lichtjes tot € 3,10 (wat nog steeds veel goedkoper is dan de € 3,95 bij de ‘alles-in-één’ lijn) en werd een reductie gerealiseerd qua shifts en setuptijd, respectievelijk van 12,6 tot 9,8 shifts en van 10 tot slechts 7 minuten.

Bij een capaciteitsvergelijking uitgaande van 15 shifts voltooit de ‘alles-in-één’ lijn 2.000 werkstukken, de bewerkingscel met één operator 2.377 werkstukken (een toename van 19%) en de bewerkingscel met twee operators 3.064 werkstukken (een toename van 29%).

In alle gevallen controleerden de onderzoekers dat de werkstuknauwkeurigheid en kwaliteitsnormen werden gehandhaafd en dat de minder dure machines voor algemene doeleinden op een vergelijkbaar hoog niveau konden produceren als de machines voor speciale doeleinden.

Toekomstige kosten zouden ook in aanmerking kunnen worden genomen bij het vergelijken van de verschillende benaderingen. In geval de productielijn moet worden uitgebreid, zal het introduceren van een nieuwe machine in de bewerkingscel aanzienlijk goedkoper zijn dan het introduceren van een machine in de ‘alles-in-één’ lijn vanwege de grote verschillen qua aankoopprijs.