สรุปสั้นๆ

เวลาวงจรการผลิตในการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์ถูกกำหนดเป็นหลักโดยวิธีการขึ้นรูป: การปั๊มเย็น เป็นมาตรฐานของอุตสาหกรรมสำหรับความเร็วในการผลิตจำนวนมาก โดยทั่วไปจะสามารถทำได้ 20–60 จังหวะต่อนาที (SPM) หรือประมาณ 1–3 วินาทีต่อชิ้น ส่วน ในทางตรงกันข้าม การขึ้นรูปแบบร้อน (Hot Stamping หรือ Press Hardening) มีความเร็วที่ช้ากว่าอย่างมากเนื่องจากต้องใช้เวลาอบแข็งในแม่พิมพ์ โดยเฉลี่ยใช้เวลา 10–30 วินาทีต่อรอบ แต่ให้ความแข็งแรงดึงได้ดีเยี่ยมสำหรับชิ้นส่วนความปลอดภัย

สำหรับผู้ผลิต มาตรฐานวัดประสิทธิภาพมักเปรียบเทียบกับผู้นำเช่นโตโยต้า ซึ่งแต่ละขั้นตอนการขึ้นรูปสามารถทำได้ภายในเวลาเพียง 3 วินาที . ในขณะที่การตัดขึ้นรูปแบบเย็นสามารถให้อัตราการผลิตที่รวดเร็วสำหรับแผ่นตัวถังและชิ้นส่วนโครงสร้าง การตัดขึ้นรูปแบบร้อนยังคงมีความจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับเสาหลักและชิ้นส่วนเสริมแรง แม้จะใช้เวลานานกว่าก็ตาม การปรับปรุงรอบเวลาเหล่านี้ให้มีประสิทธิภาพสูงสุดจำเป็นต้องอาศัยเทคโนโลยีเครื่องอัดแบบเซอร์โวขั้นสูงและระบบถ่ายโอนอัตโนมัติ เพื่อลดระยะเวลาการจัดการที่ไม่ก่อให้เกิดมูลค่าเพิ่ม

รอบเวลาการตัดขึ้นรูปแบบเย็น: มาตรฐานสำหรับการผลิตจำนวนมาก

การตัดขึ้นรูปแบบเย็นยังคงเป็นหัวใจหลักของการผลิตรถยนต์ในระดับมาก เนื่องจากความสามารถในการผลิตชิ้นส่วนที่อุณหภูมิห้องได้อย่างรวดเร็วอย่างยิ่ง ในกระบวนการนี้ ม้วนเหล็กหรืออลูมิเนียมจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องอัดกลไกหรือเครื่องอัดแบบเซอร์โว โดยจะถูกตัด ขึ้นรูป และเจาะรูอย่างต่อเนื่องและรวดเร็ว เนื่องจากไม่มีคอขวดด้านความร้อน (ไม่ต้องรอให้วัสดุร้อนหรือเย็นลง) รอบเวลาจึงถูกจำกัดเพียงแค่กลไกของเครื่องอัดและความเร็วในการป้อนวัสดุเท่านั้น

เกณฑ์อ้างอิงของอุตสาหกรรมสำหรับประสิทธิภาพการขึ้นรูปเย็นมักอ้างอิงจากสายการผลิตของโตโยต้า โดยในกระบวนการขึ้นรูปมาตรฐานสี่ขั้นตอน (ดึงขึ้นรูป ตัดแต่ง งอ และเจาะ) แต่ละขั้นตอนใช้เวลาประมาณ 3 วินาที ในการดำเนินการ สายการผลิตต่อเนื่องความเร็วสูงและเครื่องกดแบบทรานสเฟอร์สามารถทำให้เร็วขึ้นไปอีก ตัวอย่างเช่น โรงงานกดชิ้นส่วนที่ Toyota Motor Manufacturing France ดำเนินการสายการผลิตที่ประมาณ 25 ครั้งต่อนาที (SPM) สำหรับชิ้นส่วนเดี่ยว ซึ่งเทียบเท่ากับเวลาไซเคิลเพียง 2.4 วินาทีต่อรอบ เมื่อทำงานสองชิ้น (สองชิ้นต่อหนึ่งรอบ) ผลผลิตจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แสดงให้เห็นถึงศักยภาพการผลิตจำนวนมากของการขึ้นรูปเย็น

ความเร็วแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ เทียบกับ แม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์

ในการขึ้นรูปเย็น กลยุทธ์การออกแบบแม่พิมพ์มีผลโดยตรงต่อระยะเวลาไซเคิล:

• การปั๊มขึ้นรูปแบบไดโปรเกรสซีฟ (Progressive Die Stamping): นี่คือวิธีที่เร็วที่สุด เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กที่มีความซับซ้อน เช่น ตัวยึดและสกรู แถบโลหะจะถูกป้อนอย่างต่อเนื่องผ่านแม่พิมพ์เดียวที่มีหลายสถานี ความเร็วสามารถเกินได้อย่างง่ายดาย 60–80 SPM เนื่องจากชิ้นส่วนยังคงติดอยู่กับแถบลำเลียง ทำให้สามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำโดยไม่จำเป็นต้องใช้อาวุธถ่ายโอนที่ซับซ้อน
• การขึ้นรูปแบบทรานสเฟอร์ได (Transfer Die Stamping): ใช้สำหรับแผ่นตัวถังขนาดใหญ่และชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องแยกออกจากแถบเพื่อขึ้นรูป อุปกรณ์ถ่ายโอนแบบกลไกจะเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนระหว่างสถานี ถึงแม้ว่าจะช้ากว่าการตัดแบบโปรเกรสซีฟ แต่ระบบถ่ายโอนสมัยใหม่ที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวมอเตอร์ได้ปรับปรุงความเร็วจนเข้าสู่ช่วง 15–30 SPM โดยสามารถถ่วงดุลความสามารถในการจัดการขนาดชิ้นงานกับความเร็วการผลิตได้

ตารางด้านล่างแสดงตัวชี้วัดประสิทธิภาพทั่วไปสำหรับเทคโนโลยีการตัดเย็น

เวลารอบการตอกแบบร้อน: การแลกเปลี่ยนความแข็งแรงสูง

การตอกแบบร้อน หรือการขึ้นรูปด้วยความร้อน ทำงานบนช่วงเวลาที่แตกต่างโดยพื้นฐาน กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแผ่นเหล็กโบรอนถึงประมาณ 900°C (1,650°F) ในเตาความร้อน ก่อนส่งไปแม่พิมพ์ที่มีระบบระบายความร้อน ลักษณะสำคัญที่กำหนดรอบนี้ ไม่ใช่ความเร็วในการขึ้นรูป แต่คือ เวลาหยุด เวลาที่ต้องสำหรับการดับความร้อน ชิ้นงานต้องถูกยึดในแม่พิมพ์ที่ปิดภายใต้แรงดันในขณะที่เย็นอย่างรวดด่วน เพื่อเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคเป็นมาร์เทนไซต์ ทำให้ได้ความต้านแรงดึงสูงถึง 1,500 MPa

ขั้นตอนการดับไฟฟ้านี้สร้างช่องทางที่สําคัญ จักรพรรณการตราร้อนแบบปกติจะดําเนินการระหว่าง 10 และ 30 วินาที ซึ่งช้ากว่าการตีพิมพ์เย็น 5 ถึง 10 เท่า การแยกของวงจรการตราร้อนแบบมาตรฐานมักจะดูเหมือนอย่างนี้

1. การโอน (เตาอบไปแปรง) < 3 วินาที (สําคัญในการป้องกันการเย็นก่อนกําหนด)
2. การขึ้นรูป: 1–2 วินาที
3. การดับ (การพัก): 515 วินาที (ค่าใช้จ่ายเวลาหลัก)
4. การออกและถอนส่วน: 2–4 วินาที

เพื่อลดความช้านี้ ผู้ผลิตมักใช้เครื่องพิมพ์หลายช่อง (พิมพ์ 2, 4 หรือแม้แต่ 8 ส่วนพร้อมกัน) เพื่อเพิ่มส่วนประสิทธิภาพต่อนาที แม้ว่าเวลารอบละจังหวะจะยังคงยาว ความก้าวหน้าล่าสุดในการออกแบบช่องลดความเย็นและเหล็กเครื่องมือที่มีความสามารถในการนําความร้อนสูง กําลังผลักดันเวลาเหล่านี้ลงช้า ๆ โดยมีสายที่ก้าวหน้าบางสายอ้างวายวินาทีใกล้ 8 10 วินาที แม้ว่านี่ยังไม่เป็นมาตรฐานที่แพร่หลาย

ปัจจัยสําคัญที่ส่งผลต่อความเร็วในการผลิต

นอกเหนือจากหลักฟิสิกส์พื้นฐานของการขึ้นรูปแบบร้อนและแบบเย็น ยังมีปัจจัยทางเทคโนโลยีหลายประการที่มีบทบาทสำคัญในการลดเวลาการผลิตให้สั้นลงได้ไม่กี่วินาที การเปลี่ยนผ่านจากระบบกลไกไปสู่ เทคโนโลยีเครื่องอัดแบบเซอร์โว เครื่องอัดด้วยเซอร์โว (servo press) ถือเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ ต่างจากเครื่องอัดระบบกลไกที่ใช้ล้อเหวี่ยงซึ่งหมุนด้วยความเร็วคงที่ เครื่องอัดเซอร์โวจะมีการเคลื่อนไหวของสไลด์ที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ วิศวกรสามารถตั้งโปรแกรมให้เครื่องทำงานช้าลงเฉพาะช่วงเวลาที่ต้องขึ้นรูปอย่างแม่นยำ และเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วในช่วงที่ไม่ได้ทำงาน (ขณะเข้าใกล้และคืนตำแหน่ง) การปรับแต่งเช่นนี้สามารถลดระยะเวลาไซเคิลได้ 30–60% เมื่อเทียบกับเครื่องอัดกลไกดั้งเดิม

ระบบอัตโนมัติและประสิทธิภาพในการเปลี่ยนเครื่องมือ มีความสำคัญไม่แพ้กัน ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่หลากหลาย คำว่า "เวลาไซเคิล" ไม่ได้หมายถึงแค่ความเร็วของการเคลื่อนที่เพียงอย่างเดียว แต่รวมถึงความสามารถในการใช้งาน (availability) ด้วย สายการตัดขึ้นรูปที่ทันสมัย เช่น สายการผลิตสำหรับ Toyota Yaris ใช้ระบบเปลี่ยนแม่พิมพ์อัตโนมัติและหุ่นยนต์จับชิ้นงานที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โว ซึ่งสามารถสลับการผลิตจากชิ้นส่วนหนึ่งไปยังอีกชิ้นหนึ่งได้ภายในเวลาไม่ถึง 180 วินาที . ความสามารถในการเปลี่ยนแม่พิมพ์ภายในหนึ่งนาที (SMED) นี้ทำให้เครื่องอัดแรงทำงานผลิตชิ้นส่วนได้นานขึ้น และลดเวลาที่เครื่องต้องหยุดนิ่ง

อย่างไรก็ตาม การบรรลุระยะเวลาไซเคิลที่เหมาะสมดังกล่าว จำเป็นต้องอาศัยพันธมิตรที่เข้าใจกระบวนการผลิตในทุกด้าน เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ เชี่ยวชาญในการปิดช่องว่างระหว่างการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วและการผลิตจำนวนมาก โดยใช้ศักยภาพของเครื่องอัดแรงสูงสุดถึง 600 ตัน และความแม่นยำตามมาตรฐาน IATF 16949 ซึ่งช่วยให้ลูกค้าในอุตสาหกรรมยานยนต์สามารถตรวจสอบและยืนยันการออกแบบได้อย่างรวดเร็วด้วยต้นแบบ ก่อนขยายไปสู่การผลิตในปริมาณมาก แนวทางบูรณาการนี้ช่วยให้วิศวกรสามารถระบุจุดตันของระยะเวลาไซเคิลได้ตั้งแต่ระยะออกแบบ ทำให้มั่นใจได้ว่าชิ้นส่วน เช่น คันควบคุม (control arms) และโครงย่อย (subframes) จะถูกออกแบบให้เหมาะสมทั้งด้านความเร็วและคุณภาพ ก่อนเริ่มการผลิตเต็มรูปแบบ

ระยะเวลาไซเคิล เทียบกับ ระยะเวลานำ เทียบกับ แท็คไทม์

ในกรณีการผลิตรถยนต์ "เวลา" อาจมีความหมายแตกต่างกันไปสําหรับผู้เกี่ยวข้องต่าง ๆ ความสับสนระหว่างคําเหล่านี้มักจะนําไปสู่ความคาดหวังที่ไม่ตรงกันระหว่างทีมวิศวกรรมและการจัดซื้อ มันจําเป็นต้องแยก เวลาจริง จากเมตรเวลาอื่นๆ

• เวลาจักรยาน (ความเร็วของเครื่องจักร) นี่คือเวลาในการดําเนินการบนหน่วยเดียว ในการตีพิมพ์ ถ้าเครื่องพิมพ์ทํางานที่ 20 SPM เวลารอบคือ 3 วินาที เมตรนี้เป็นความกังวลหลักของผู้จัดการโรงงานและวิศวกรกระบวนการที่เน้นการประสิทธิภาพของสายทันที
• เวลานํา (ลูกค้ารอ): นี่คือระยะเวลาทั้งหมดตั้งแต่การจัดทําการสั่งซื้อจนถึงการจัดส่ง สําหรับโครงการ stamping ใหม่, เวลานํารวมถึงการออกแบบเครื่องมือ, การผลิต die, และการทดสอบ 8–14 สัปดาห์ สําหรับการตายที่คืบหน้า แม้กระทั่งสําหรับชิ้นส่วนที่มีอยู่แล้ว เวลาในการนําไปใช้ ก็รวมถึงการกําหนดเวลาของวัสดุและการจัดสรรสินค้า
• เวลาการใช้ (ความต้องการ) เวลาการใช้งานจะคํานวณโดยหารเวลาการผลิตที่มีด้วยความต้องการของลูกค้า ถ้าลูกค้าต้องการชิ้นส่วน 1,000 รายวัน และโรงงานทํางาน 1,000 นาที, เวลา takt คือ 1 นาที. เวลาจักรยานต้องเร็วกว่าเวลาแทคต์เสมอ เพื่อหลีกเลี่ยงการขาดแคลน
• เวลาในการใช้งานของรถ: นี่คือเวลารวมในการประกอบรถครบถ้วน สําหรับข้อเทียบนี้ ขณะที่การตราแผ่นประตูใช้เวลาเพียงสองวินาที 15 ชั่วโมง โดยการวาดภาพมักเป็นครึ่งหนึ่งของระยะเวลานั้น

สรุป

การเข้าใจเวลารอบการผลิตของเครื่องยนต์ต้องมองไปนอกจากนาฬิกาเวลาและวิเคราะห์ความต้องการของกระบวนการ ขณะที่การตีพิมพ์เย็นให้ความเร็ว 20 60 SPM ที่จําเป็นสําหรับแผ่นภายนอกขนาดใหญ่ การตีพิมพ์ร้อนยอมรับวงจรช้า 10 30 วินาทีเพื่อให้ความแข็งแรงที่ช่วยชีวิตที่จําเป็นสําหรับกรงความปลอดภัย การเลือกครั้งน้อยๆ ก็เกี่ยวกับความเร็วเท่านั้น แต่เกี่ยวกับความสมดุลของคุณสมบัติวัตถุ, กณิตศาสตร์ และปริมาณ

สำหรับวิศวกรยานยนต์ เส้นทางสู่การเพิ่มประสิทธิภาพอยู่ที่การใช้เทคโนโลยี เช่น เครื่องอัดแบบเซอร์โว และระบบถ่ายโอนอัตโนมัติ เพื่อลดเวลาที่ไม่ก่อให้เกิดมูลค่า เพิ่มเติม โดยการกำหนดความแตกต่างระหว่างเวลาไซเคิลและเวลานำเสนออย่างชัดเจน พร้อมทั้งเลือกวิธีการขึ้นรูปที่เหมาะสมกับการใช้งาน ผู้ผลิตสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่ประสานงานกันอย่างลงตัว ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของการผลิตรถยนต์ในยุคปัจจุบัน

คำถามที่พบบ่อย

1. กระบวนการขึ้นรูปทั้งหมดสำหรับตัวถังรถยนต์ใช้เวลานานเท่าใด

แม้ว่าชิ้นส่วนแต่ละชิ้นจะใช้เวลาไม่กี่วินาทีในการขึ้นรูป (โดยทั่วไปประมาณ 1–3 วินาทีต่อขั้นตอน) แต่ตัวถังรถยนต์หนึ่งคันประกอบด้วยชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปหลายร้อยชิ้น โรงงานขึ้นรูปสมัยใหม่จะผลิตชิ้นส่วนเหล่านี้เป็นชุด เวลาจริงที่แผ่นโลหะแต่ละแผ่นใช้ในสายเครื่องอัดนั้นสั้นมาก—มักจะน้อยกว่า 15 วินาที สำหรับกระบวนการสายเครื่องอัดแบบเทนเดอม 4 ขั้นตอนครบถ้วน—แต่การประสานงานด้านลอจิสติกส์เพื่อขึ้นรูปชิ้นส่วนทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับยานพาหนะหนึ่งคัน มักใช้เวลาหลายกะหรือหลายวันในการสะสมสต็อก

2. ขั้นตอนทั่วโดยทั่วในวงจรตอกขึ้นรูปในอุตสาหกรรมยานยนต์คืออะไร

สายการผลิตตอกขึ้นรูปยานยนต์มาตรฐานโดยทั่วมักประกอบของสี่ขั้นตอนที่แตกต่างดังนี้ การวาด (ขึ้นรูปรูปร่าง 3 มิติเริ่มต้น) การตัดแต่ง (ตัดโลหะส่วนเกินออก) การดัด/การพับขอบ (สร้างขอบที่แม่นยำและเพิ่มความแข็งแรง), และ การเจาะ/การตอกซ้ำ (เจาะรูและปรับรูปร่างสุดท้ายอย่างแม่นยำ) ในสายการผลิตแบบเทนเดอร์ ขั้นตอนเหล่านี้เกิดในเครื่องอัดแยกต่างๆ ในขณะที่ในระบบแม่พิมพ์แบบทรานส์เฟอร์ หรือแบบโปรเจรซีฟ ขั้นตอนจะเกิดตามลำดับภายในระบบเครื่องอัดเดียวกัน

3. ทำไมการตอกขึ้นรูปแบบร้อนช้ากว่าการตอกขึ้นรูปแบบเย็นมาก

การตอกขึ้นรูปแบบร้อนต้องการการให้ความโลหะถึงอุณหภูมิประมาณ 900°C แล้วทำเย็นอย่างรวดด่วน (quenching) ขณะที่ยังคงอยู่ภายในแม่พิมพ์ เพื่อล็อกโครงสร้างเหล็กมาร์เทนไซต์ การทำเย็นขั้นตอนนี้ หรือ "ระยะเวลาพักระหว่างทำงาน" โดยทั่วใช้เวลา 5–15 วินาที ซึ่งในช่วงเวลานี้เครื่องอัดไม่สามารถเปิด ในทางกลับกัน การตอกขึ้นรูปแบบเย็นไม่ต้องการช่วงเวลารอการเปลี่ยนอุณหภูมิ ทำให้เครื่องอัดสามารถทำงานอย่างต่อเนื่องเร็วตามกลไกที่อนุญาต