Työkappaleen kiinnitys tuotannon tehokkuuden kertoimena

Kun konepajan tuottavuutta halutaan parantaa, huomio kohdistuu usein uusiin koneisiin, automaatioon, työkaluihin ja ohjelmointiin. Työkappaleen kiinnitys jää helposti taka-alalle, vaikka se vaikuttaa käytännössä lähes kaikkiin koneistuksen vaiheisiin.

Suomalaisena kiinnitysjärjestelmien kehittäjänä ja valmistajana OK-Vise Oy haluaa laajentaa keskustelua siitä, miten kiinnitysratkaisuja kannattaa tarkastella osana koko tuotantoprosessia. Tavoitteena on tuoda esiin uusia näkökulmia, herättää ajatuksia ja rohkaista suomalaisia konepajoja pysähtymään hetkeksi kiinnitysratkaisujensa äärelle. Ok-Vise Oy:llä uskotaan, että järjestelmällisellä kehittämisellä myös työkappaleiden kiinnittämisestä voidaan rakentaa suomalaiselle valmistukselle kansainvälinen kilpailuetu.

Kiinnittimen näkyvin tehtävä on yksinkertainen: sen pitää paikoittaa työkappale ja pitää se tukevasti paikallaan koneistuksen aikana. Hyvin suunniteltu kiinnitysratkaisu voi kuitenkin vaikuttaa myös siihen, kuinka paljon koneen kapasiteetista saadaan käyttöön, kuinka nopeasti tuotantoa voidaan vaihtaa tuotteesta toiseen ja kuinka paljon työaikaa kuluu varsinaisen koneistuksen ulkopuolisiin tehtäviin.

Kiinnitys ei siis ole vain tekninen yksityiskohta. Se on osa koko tuotantoprosessia.

Tavoitteena koneajan maksimoiminen

Työstökoneen hankinnassa tarkastellaan usein karan tehoa, liikealueita, nopeuksia, tarkkuutta ja automaatiovalmiuksia. Lopul­linen tuotantokapasiteetti riippuu kuitenkin siitä, kuinka suuren osan käytettävissä olevasta ajasta kone todella valmistaa myytäviä kappaleita.

Kone ei tuota silloin, kun uutta työkappaletta ladataan tai kappaleasetuksiin tehdään muutoksia sen sisällä. Sama koskee työkalujen turhia vaihtoja, ovien avaamista, kappaleiden muuta käsittelyä ja muita lyhyitä keskeytyksiä.

Yksittäinen muutaman minuutin työvaihe ei välttämättä tunnu merkittävältä. Kun se toistuu useita kertoja päivässä usealla koneella, vaikutus kasvaa nopeasti. Kyse ei ole vain käytetystä työajasta, vaan menetetystä tuotantokapasiteetista.

Hyvän kiinnitysratkaisun pitäisi siksi tukea kahta tavoitetta: koneistuksen pitää olla vakaata ja luotettavaa, mutta samalla tuotannon ympärillä olevien työvaiheiden pitää olla mahdollisimman sujuvia.

Monikappalekiinnityksellä
voi saavuttaa useita etuja

Usean kappaleen koneistaminen samalla asetuksella voi parantaa tehokkuutta monella tavalla.

Kun koneeseen voidaan ladata useita työkappaleita kerralla, oven avauksia, kappaleenvaihtoja ja ohjelman käynnistyksiä tarvitaan vähemmän. Myös työkalujen käyttö tehostuu, kun samalla työkalulla voidaan koneistaa sama työvaihe useaan kappaleeseen ennen seuraavaa työkalunvaihtoa.

Hyöty ei synny ainoastaan pidemmästä yhtäjaksoisesta koneistusajasta. Samalla vähenee joukko pieniä, toistuvia toimintoja, jotka eivät lisää valmiin kappaleen arvoa. Tämän myötä kappalekohtainen koneaika lyhenee merkittävästi.

Monikappalekiinnitys ei tietenkään ole automaattisesti oikea ratkaisu kaikkiin töihin. Suuret kappaleet, lyhyet sarjat tai erityistä saavutettavuutta vaativat työt voivat hyötyä enemmän yksinkertaisesta yhden kappaleen asetuksesta. Kiinnityskonseptin on aina vastattava tuotannon todellista tarvetta.

Asetusaikaa kannattaa
tarkastella kokonaisuutena

Asetusaika mielletään usein ajaksi, joka kuluu vanhan kiinnittimen poistamisesta uuden kiinnittimen asentamiseen. Todelli­suu­dessa kokonaisuuteen voi kuulua paljon muutakin: kiinnittimen etsiminen ja siirtäminen, komponenttien kokoaminen, asemointi, mittaus, koeajo, ensimmäisen kappaleen tarkastus ja mahdolliset korjaukset. Tämän takia nopea kiinnittimen vaihto ei vielä välttämättä tarkoita nopeaa tuotannon vaihtoa.

Jos seuraava asetus valmistellaan koneen ulkopuolella, suuri osa työstä voidaan tehdä samalla, kun kone jatkaa edellisen sarjan valmistamista. Nollapistejärjestelmät, vaihdettavat paletit ja toistettavat kiinnitysrajapinnat lyhentävät aikaa, jonka kone odottaa uuden työn alkamista.

Palettipoolit, joustavat valmistusjärjestelmät, kuten FMS-järjestelmät ja automaattiset paletinvaihtajat hyödyntävät tätä periaatetta jo lähtökohtaisesti. Sama ajatus voi kuitenkin tuoda merkittäviä hyötyjä myös yksittäisille koneistuskeskuksille ja pienemmille konepajoille. 

Mikä on oikea tapa tulkita kiinnitininvestointia?

Useimmat tuotannon ammattilaiset tietävät, että hankintahinta on vain yksi osa kiinnittimen kokonaiskustannusta. Silti asetusaikojen, koneen käyttöasteen ja käyttäjältä vaadittavan työn vaikutus jää helposti liian pienelle huomiolle, kun vaihtoehtoja verrataan.

Kaksi kiinnitintä voi valmistaa teknisesti hyväksyttävän kappaleen, mutta niiden päivittäinen vaikutus tuotantoon voi olla hyvin erilainen.

Edullisempi ratkaisu voi vaatia enemmän ylimääräistä säätöä, mittausta ja käyttäjän huomiota. Toinen voi maksaa enemmän, mutta tarjota toistettavan paikoituksen, nopeamman valmistelun ja paremman mahdollisuuden käyttää samoja komponentteja myöhemmissä töissä.

Ero voi näkyä käytettävissä olevissa karatunneissa, kapasiteetissa, ensimmäisen kappaleen hyväksynnässä, toimitusvarmuudessa ja siinä, kuinka paljon uusia kiinnittimiä joudutaan tulevaisuudessa suunnittelemaan.

Kiinnitininvestoinnin arvioinnin ei silti tarvitse perustua monimutkaiseen laskentamalliin. Jo vuotuisten asetustuntien, konekustannuksen, suunnittelutyön ja tuotantomäärän karkea vertailu auttaa näkemään, mikä tekijä vaikuttaa kokonaisuuteen eniten.

Kiinnityksen vaikutus
kertautuu ajan myötä

Kiinnitysratkaisun arvoa on vaikea arvioida yhden asetuksen tai yhden koneistusjakson perusteella. Todellinen vaikutus syntyy siitä, kuinka usein sama työvaihe toistuu.

Jos asetus- ja koneaikaa voidaan lyhentää esimerkiksi 15–20 minuuttia, yksittäinen säästö voi tuntua pieneltä. Kun sama asetus tehdään viikoittain tai päivittäin, vapautuu vuoden aikana kuitenkin huomattava määrä koneaikaa varsinaiseen tuotantoon.

Sama kertautuminen koskee myös kiinnitinsuunnittelua. Yhden uuden kiinnittimen suunnittelu, valmistus ja dokumentointi ei välttämättä muodosta suurta kustannusta. Jos jokainen uusi sovellus aloitetaan alusta, työmäärä kasvaa vuosien mittaan merkittäväksi. Samalla lisääntyvät ylläpidettävien ja varastoitavien kiinnittimien määrä sekä niiden hallintaan liittyvä työ.

Siksi kiinnityksen kustannuksia ja hyötyjä kannattaa tarkastella koko käyttöajan ja toistuvan tuotannon näkökulmasta, ei vain yhden hankinnan tai asetuksen perusteella.

Kiinnitys osana toimivaa tuotantokokonaisuutta

Työkappaleen kiinnitys on yksi monista tekijöistä, jotka vaikuttavat koneistuksen tehokkuuteen. Sen merkitys korostuu erityisesti silloin, kun asetuksia tehdään usein, tuotevalikoima vaihtelee tai koneiden käyttöastetta halutaan parantaa.

Toistettava paikoitus, hallittu asetusten valmistelu ja tuotantoon sopiva kappalemäärä vähentävät tarpeetonta työtä ja helpottavat konekapasiteetin hyödyntämistä. Hyödyt syntyvät kuitenkin aina yhdessä toimivan suunnittelun, osaavan henkilöstön, sopivien työkalujen ja tarkoituksenmukaisen automaation kanssa.

Siksi kiinnitystä kannattaa tarkastella osana koko valmistusprosessia. Hyvin valittu ratkaisu tukee muuta tuotantoa ja auttaa saamaan enemmän hyötyä jo käytössä olevista koneista ja toimintatavoista.