สรุปสั้นๆ

การใช้วัสดุในการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์ เป็นอัตราส่วนสำคัญระหว่างน้ำหนักของชิ้นส่วนที่ผลิตสำเร็จกับน้ำหนักรวมของโลหะดิบที่ใช้ไป ซึ่งมีผลต่อต้นทุนการผลิตสุดท้ายของชิ้นส่วนได้สูงถึง 70% การเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดของค่านี้จำเป็นต้องก้าวข้ามการจัดวางแบบพื้นฐานไปสู่กลยุทธ์ขั้นสูง เช่น การจัดเรียงแบบ Two-Pair ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุได้มากกว่า 11% เมื่อเทียบกับวิธี One-Up มาตรฐาน คู่มือนี้อธิบายสูตรทางวิศวกรรม เทคนิคการจัดเรียง และการปรับปรุงกระบวนการที่จำเป็น เพื่อลดของเสียและปกป้องกำไรในกระบวนการผลิตจำนวนมาก

เศรษฐศาสตร์ของการใช้วัสดุ

ในโลกการผลิตรถยนต์ที่มีความเสี่ยงสูง วัตถุดิบไม่ใช่เพียงรายการหนึ่งในงบประมาณเท่านั้น แต่เป็นปัจจัยหลักที่กำหนดต้นทุน โดยข้อมูลอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่าสำหรับชิ้นส่วนที่ผ่านกระบวนการตัดขึ้นรูปส่วนใหญ่ วัตถุดิบคิดเป็น 60% ถึง 70% ของต้นทุนรวมของชิ้นส่วน เปอร์เซ็นต์นี้มีน้ำหนักมากกว่าต้นทุนแรงงาน พลังงาน และแม้แต่ค่าเสื่อมเครื่องมือซับซ้อน

ผลกระทบทางการเงินของอัตราส่วนนี้มีความรุนแรง เนื่องจากต้นทุนวัสดุเป็นค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นซ้ำอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่แม่พิมพ์ตัด (stamping die) เป็นการลงทุนครั้งเดียว แต่คอยล์เหล็กหรืออลูมิเนียมจะถูกใช้ไปอย่างต่อเนื่อง อัตราการใช้วัสดุที่ 60% หมายความว่า ทุกๆ 1 ดอลลาร์ที่ใช้จ่ายไปกับแผ่นโลหะ จะมีการสูญเสียถึง 40 เซนต์ในทันทีในรูปแบบของเศษวัสดุ (ของเสีย) ในกระบวนการผลิตรถยนต์ปริมาณมาก ซึ่งมักมีจำนวนเกินกว่า 300,000 คันต่อปี การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุเพียงเล็กน้อยก็สามารถแปลงเป็นการประหยัดได้หลายแสนดอลลาร์

ในทางกลับกัน การไม่ให้ความสำคัญกับการใช้วัสดุในช่วงการออกแบบ จะก่อให้เกิด 'ช่องว่างการได้รับ' (yield gap) ซึ่งเป็นต้นทุนเพิ่มเติมที่คงอยู่ตลอดอายุโครงการของรถรุ่นนั้น ผู้บริหารควรพิจารณาประสิทธิภาพการใช้วัสดุไม่ใช่เพียงแค่ตัวชี้วัดการลดของเสีย แต่ควรเห็นว่าเป็นกลไกหลักในการกำหนดราคาที่แข่งขันได้และสร้างกำไร

การคำนวณอัตราการใช้วัสดุ

เพื่อควบคุมต้นทุนวัสดุ วิศวกรจำเป็นต้องวัดการใช้ประโยชน์จากวัสดุอย่างแม่นยำ คำนิยามมาตรฐานของอุตสาหกรรมสำหรับการใช้ประโยชน์จากวัสดุ คือ เปอร์เซ็นต์ของวัสดุในม้วนหรือแผ่นที่กลายเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย

สูตรหลัก

การคำนวณนั้นตรงไปตรงมา แต่ต้องการข้อมูลป้อนเข้าที่แม่นยำเกี่ยวกับการจัดเรียงชิ้นงานเปล่า

เปอร์เซ็นต์การใช้ประโยชน์จากวัสดุ = (น้ำหนักสุทธิของชิ้นส่วน ÷ น้ำหนักรวมของวัสดุที่ใช้) × 100

• น้ำหนักสุทธิ: น้ำหนักสุดท้ายของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปเสร็จสมบูรณ์หลังจากการตัดแต่งและเจาะรูทุกขั้นตอน
• น้ำหนักรวม: น้ำหนักรวมของวัสดุที่ต้องใช้ในการผลิตชิ้นส่วนนั้น คำนวณโดยใช้ เสียง (ระยะห่างระหว่างชิ้นส่วนบนแถบวัสดุ) และ ความกว้างของ线圈 .

ตัวอย่างเช่น หากโครงยึดสำเร็จรูปมีน้ำหนัก 0.679 กิโลกรัม แต่พื้นที่สี่เหลี่ยมที่มันครอบครองบนม้วนวัสดุ (pitch × ความกว้าง × ความหนา × ความหนาแน่น) มีน้ำหนัก 1.165 กิโลกรัม การใช้ประโยชน์จะอยู่ที่เพียง 58.2% เท่านั้น ส่วนที่เหลือ 0.486 กิโลกรัม ถือเป็นของเสียที่เกิดจากการออกแบบ การเพิ่มอัตราการใช้ประโยชน์นี้ให้สูงถึง 68% จะช่วยลดน้ำหนักรวมที่ต้องใช้ต่อชิ้นอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งส่งผลโดยตรงให้ "น้ำหนักที่สั่งซื้อ" ของม้วนวัสดุลดลง

กลยุทธ์การจัดเรียงแผ่นงานขั้นสูงเพื่อให้ได้ผลผลิตสูงสุด

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการปรับปรุง การใช้วัสดุในการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์ คือการจัดเรียงแผ่นเปล่า (blank nesting) — การเพิ่มประสิทธิภาพในการวางแนวและจัดเรียงชิ้นส่วนบนแถบคอยล์ การเลือกกลยุทธ์การจัดเรียงที่ไม่เหมาะสมคือสาเหตุหลักที่ทำให้ผลผลิตต่ำ

ด้านล่างนี้คือการวิเคราะห์เปรียบเทียบแผนผังการจัดเรียงทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนยึดติดรูปตัวแอล (L-shaped) ที่ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยข้อมูลที่ได้จากการจำลองในอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า การเลือกแผนผังมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการใช้วัสดุ

การเปรียบเทียบกลยุทธ์การจัดเรียงแผ่นงาน

ดังแสดง ซึ่งการเปลี่ยนจากกระบวนการพื้นฐาน One-Up ไปเป็นกระบวนการที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม Two-Pair สามารถเพิ่มผลผลิตได้มากกว่า 11 เปอร์เซ็นต์ ในกระบวนการผลิตจำนวน 300,000 ชิ้น การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยลดการใช้เหล็กทั้งหมดลงหลายตัน ทำให้ขจัด "ต้นทุนเพิ่มเติม" ที่เกิดจากกระบวนการตัดแผ่นที่ไม่มีประสิทธิภาพออกไปได้

เทคนิคการปรับปรุงวิศวกรรมและกระบวนการ

นอกเหนือจากการจัดเรียง (nesting) แล้ว การแทรกแซงทางวิศวกรรมขั้นสูงสามารถบีบให้เกิดประสิทธิภาพเพิ่มเติมในกระบวนการขึ้นรูปโลหะได้อีก ซึ่งเทคนิคเหล่านี้มักต้องอาศัยความร่วมมือระหว่างนักออกแบบผลิตภัณฑ์และวิศวกรการผลิตตั้งแต่ช่วงต้นของวงจรการพัฒนายานพาหนะ

การปรับปรุง Addendum และ Binder

ในกระบวนการขึ้นรูปลึก จำเป็นต้องมีวัสดุเพิ่มเติม (ส่วนเสริม) เพื่อยึดแผ่นโลหะไว้ในตัวยึดแม่พิมพ์ เพื่อควบคุมการไหลของวัสดุและป้องกันการเกิดรอยย่น อย่างไรก็ตาม วัสดุส่วนนี้จะถูกตัดทิ้งในขั้นตอนต่อมาและกลายเป็นของเสีย การใช้ซอฟต์แวร์จำลองเช่น AutoForm หรือ Dynaform ช่วยให้วิศวกรสามารถลดพื้นที่ผิวของส่วนเสริมได้โดยไม่กระทบต่อคุณภาพในการขึ้นรูป การลดขนาดแผ่นงานเพียงไม่กี่มิลลิเมตรบริเวณขอบตัวยึดสามารถสร้างการประหยัดวัสดุได้อย่างมากเมื่อผลิตในหลายล้านชิ้น

ความร่วมมือเพื่อความแม่นยำ

การดำเนินการปรับปรุงเหล่านี้ต้องอาศัยความสามารถที่เชื่อมโยงช่องว่างระหว่างการออกแบบเชิงทฤษฎีกับความเป็นจริงทางกายภาพ สำหรับผู้ผลิตที่ต้องการตรวจสอบกลยุทธ์เหล่านี้ เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ ให้บริการโซลูชันการขึ้นรูปแบบครบวงจร โดยอาศัยความแม่นยำที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน IATF 16949 และความสามารถของเครื่องอัดแรงดันสูงถึง 600 ตัน ซึ่งช่วยให้ลูกค้าในอุตสาหกรรมยานยนต์สามารถเปลี่ยนผ่านจากขั้นตอนต้นแบบอย่างรวดเร็วไปสู่การผลิตจำนวนมากได้อย่างราบรื่น ไม่ว่าคุณจะต้องการตรวจสอบกลยุทธ์การจัดวางแผ่นโลหะด้วยชิ้นต้นแบบ 50 ชิ้นภายใน 5 วัน หรือขยายการออกแบบที่เพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุไปสู่การผลิตหลายล้านชิ้น บริการด้านวิศวกรรมของพวกเขาก็รับประกันความสอดคล้องอย่างเคร่งครัดตามมาตรฐานของผู้ผลิตรถยนต์ระดับโลก

ข้อกำหนดม้วนเหล็กและ TWB

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพคือรูปแบบของวัตถุดิบเอง ความกว้างของม้วนเหล็กมาตรฐานอาจทำให้ผู้ผลิตต้องยอมรับเศษวัสดุที่มากเกินไป การสั่งความกว้างของม้วนที่ตัดพิเศษให้สอดคล้องกับระยะการจัดวางแผ่นเฉพาะเจาะจงสามารถช่วยลดเศษขอบที่สูญเสียไปได้ นอกจากนี้ Laser Welded Blanks (TWB) ช่วยให้วิศวกรสามารถเชื่อมแผ่นโลหะที่มีความหนาหรือเกรดต่างกันเข้าด้วยกันก่อนขึ้นรูป โดยวางโลหะที่หนาและแข็งแรงกว่าไว้เฉพาะจุดที่ต้องการ (เช่น โซนการชน) และใช้โลหะบางในบริเวณอื่น ซึ่งช่วยลดน้ำหนักของแผ่นเปล่าโดยรวมและปรับปรุงอัตราส่วนการใช้วัสดุของรถ

การจัดการของเสียและการพัฒนาอย่างยั่งยืน

แม้จะใช้กลยุทธ์การจัดเรียงแผ่นโลหะอย่างมีประสิทธิภาพที่สุด แต่ก็ยังคงมีของเสียเกิดขึ้นได้ ของเสียประเภทนี้มักเรียกว่า "ของเสียตามวิศวกรรม" โดยทั่วไปประกอบด้วยช่องเปิดภายในชิ้นงาน (รูตรงกลางชิ้นส่วน) และโครงนำทาง (carrier web) อย่างไรก็ตาม มาตรฐานด้านประสิทธิภาพสมัยใหม่มองของเสียเหล่านี้ว่าเป็นทรัพยากรที่อาจนำไปใช้ประโยชน์ได้ มากกว่าจะมองว่าเป็นของเสียล้วนๆ

• การผลิตโดยใช้ของเสียจากของเสีย สำหรับแผงตัวถังขนาดใหญ่ เช่น ประตูหรือซุ้มล้อ ช่องเปิดขนาดใหญ่ที่ตัดออกบางครั้งอาจมีขนาดใหญ่พอที่จะนำมาขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ เช่น เหล็กยึดหรือแหวนได้ เทคนิคการจัดเรียงแบบนี้ที่เรียกว่า "การจัดเรียงภายในของเสีย" ทำให้ได้วัสดุสำหรับชิ้นส่วนเล็กๆ โดยแทบไม่ต้องเสียค่าวัสดุเพิ่มเติม
• ผลกระทบด้านความยั่งยืน การเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้วัสดุสัมพันธ์โดยตรงกับการดูแลรักษาสิ่งแวดล้อม โดยการลดน้ำหนักรวมของเหล็กที่ต้องใช้ในยานพาหนะ ผู้ผลิตสามารถลดปริมาณคาร์บอนฟุตพรินต์ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตและการขนส่งเหล็กได้ กระบวนการตัดแผ่นโลหะที่ให้ผลผลิตสูงสนับสนุนเป้าหมายตามมาตรฐาน ISO 14001 และข้อกำหนดด้านความยั่งยืนของผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ (OEM) โดยการลดการใช้พลังงานต่อโลหะที่ใช้ได้จริงหนึ่งกิโลกรัม

สรุป: กำไรอยู่ที่การใช้ทรัพยากรอย่างคุ้มค่า

อัตราการใช้วัสดุในการขึ้นรูปรถยนต์เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพการผลิตที่แน่นอน เนื่องจากราคาวัสดุเป็นส่วนใหญ่ของต้นทุนชิ้นส่วน ความแตกต่างระหว่างอัตราผลผลิต 58% กับ 69% จึงเป็นตัวกำหนดผลกำไรของโครงการ โดยการนำกลยุทธ์การจัดเรียงข้อมูลเชิงลึกมาใช้ การใช้การจำลองเพื่อลดพื้นที่เสริม (addendum) และการร่วมมือกับผู้ผลิตที่มีศักยภาพในการดำเนินงาน วิศวกรยานยนต์สามารถลดของเสียได้อย่างมาก ในอุตสาหกรรมที่กำไรวัดกันเป็นเศษสตางค์ การใช้ทุกมิลลิเมตรของคอยล์ให้เกิดประโยชน์สูงสุดไม่ใช่แค่วิศวกรรมที่ดี แต่เป็นกลยุทธ์ทางธุรกิจที่จำเป็น

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

1. อัตราการใช้วัสดุดิบในการขึ้นรูปคืออะไร

อัตราการใช้วัสดุดิบคืออัตราส่วนของน้ำหนักชิ้นส่วนที่สำเร็จรูปและสามารถใช้งานได้ต่อน้ำหนักรวมของวัสดุดิบทั้งหมด (คอยล์หรือแผ่น) ที่ใช้ในการผลิต ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ (Net Weight / Gross Weight) * 100. เปอร์เซ็นต์ที่สูงกว่าบ่งชี้ถึงของเสียที่น้อยลงและต้นทุนวัสดุที่ต่ำลง

2. ทำไมการใช้วัสดุให้เกิดประโยชน์สูงสุดจึงมีความสำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์?

วัตถุดิบโดยทั่วไปมีสัดส่วนประมาณ 60-70% ของต้นทุนรวมในการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์ เนื่องจากปริมาณการผลิตรถยนต์มีจำนวนมาก การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้วัสดุเพียงเล็กน้อย (ลดของเสีย) จึงนำไปสู่การประหยัดต้นทุนอย่างมากเมื่อคิดรวมกัน และยังช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

3. ความแตกต่างระหว่างการเรียงผังแบบ One-Up กับ Two-Up คืออะไร?

การเรียงผังแบบ One-Up จะขึ้นรูปชิ้นงานหนึ่งชิ้นต่อแต่ละครั้งที่เครื่องกดทำงาน ซึ่งมักทำให้ได้อัตราการใช้วัสดุต่ำ (เช่น ~58%) เนื่องจากการจัดวางไม่คุ้มค่า ในขณะที่การเรียงผังแบบ Two-Up จะผลิตชิ้นงานสองชิ้นต่อรอบการกด ทำให้สามารถจัดเรียงรูปร่างของชิ้นงานให้เข้าล็อกกันได้ดีขึ้น (การ nesting) ส่งผลให้อัตราการใช้วัสดุเพิ่มขึ้นอย่างมาก (มักมากกว่า 60%) และเพิ่มความเร็วในการผลิต

4. วัสดุชนิดใดที่นิยมใช้ในการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์?

เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดเนื่องจากมีความแข็งแรงและราคาไม่แพง มีให้เลือกหลายเกรด เช่น เหล็กอ่อนและเหล็กความแข็งแรงสูง (HSS) นอกจากนี้ ยังมีการใช้อะลูมิเนียมผสมมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับการลดน้ำหนักเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง แม้ว่าจะมีความท้าทายมากกว่าในการขึ้นรูปก็ตาม