根据成本/效果分析“优化”处理系统

作者：MICHAEL SANTOLUPO

欢迎访问e展厅 展厅 7 喷涂/清洗/表面工程展厅 PVD涂层设备, 电镀设备, 热镀锌设备, 超声波清洗机, 静电喷粉机, ... 金属精饰系统的优化不止一种含义，“优化”在这里定义为一种技术工艺，旨在概算满足加工企业经营目标所需的系统产能。优化过程也测算系统设备的某个物理特征，如设备的规格。本文附有简单的个案分析，说明“优化”的具体应用。 优化概观。优化工艺的目的在于使待选精饰（电镀、涂装等）系统的产能与企业经营所需的产量相匹配。因此，必须确定一定时间内所需加工“部件”的数量和类型，并确定市场所需金属成品的品质。此类数据由精饰需求和生产分析决定，优化过程还需说明资金情况和目标预算。 数据确定以后，则需确定优化工艺的预期产量、处理品质、设备的物理/功能特征以及核定预算等输出量，输出量则进一步成为工艺性能指标的基础，成为售方询价的一部分，如询问报价书。优化工艺各要素关系见图1。下文则分步说明图中所示之工艺功能。 生产分析。生产分析旨在确定达到预期产品品质所需的预期生产率。分析确定单位生产时间内精饰的部件总量（即产量）。分析需要以下数据： ● 目标产量 (即部件数/年) ● 可用生产时间 (即分钟数/年) ● 产品外观&运送，包括部件间距 处理系统的产量确定以后，必须对比上下游生产活动中的生产率，如产品的预加工以及最终组装。如果计算中的产量跟不上上游的生产节拍，精饰机组（生产线）就会产生瓶颈效应。反之，如果机组的产量过大，则会产生产能过剩的风险。 处理要求的品质。成品品质的系列要求是优化工艺的另一个输入量。精饰系统的产能必须结合预期的处理要求进行评估。例如，预期的处理要求可能包括一定量的抗腐蚀力、机械灵活性以及色彩变化。这些要求会影响到处理步骤以及系统停留时间。以上特征以及色彩变化所需的时间将对产量产生影响。 预期的处理品质一般来说是由企业营销策略的上游管理层决定的。这里的策略通常涉及以下要素： ● 产品外观的重要性 ● 产品的预期寿命 ● 产品使用期内的存放条件 ● 相对最终用途而言的产品处理的影响 资金制约。大多数情况下，优化会涉及到资金并影响精饰的成本，因此优化过程必须考虑所选精饰工具的目标预算。作为策略规划的一部分，上游管理层负责提供预算方案。 优化精饰设备。在一定输入量下，优化决定一定预算值内所选系统设备具有的功能/物理特征，预期品质以及产量需求。 预期产量。达到预期产量是优化处理设备的结果。这一结果由一些物理单位衡量，包括输送机的机组速度（英尺/分钟）、批量大小、批量数/班、磅数/小时等。 预期处理品质。预期的处理质量是优化工艺的另一结果。这一结果通常由一些工业标准衡量，包括ASTM系列检测方法等。这些方法提供预期处理的定量值。采用特定的检测方法，这些值成为精饰预期特征的评判标准（合格/不合格），取值包括抗腐蚀力、色彩、光滑度、耐溶剂性、灵活性等要素。 设备的物理/功能特征。优化还需定义精饰系统的主要物理/功能特征。这些特征包括但不限于： ● 主要设备元件及机械规格、系统级数、装载处理量 ● 动力需求、所需热能及可用工具 ● 材料及消耗品，例如化学制剂和涂料 核定预算。精饰设备优化为确定采购设备预算提供了充足的信息。 工艺性能规格及计划书。预期的品质和产量、物理/功能设备特征以及核定预算构成了原料及设备规格的基础。这些规格可构成企业所需采购的精饰系统的技术标准。规格汇编成以下文件： ● 精饰系统设备规格；记录系统的精饰设备，包括加热设备及可用工具 ● 精饰系统材料规格；记录精饰系统所用材料，包括涂料以及待加工的底材 因为大多优化方案都支持采购精饰系统，材料及设备规格成为计划书（RFP）和投标书中进行系统技术描述的基础。这些文件最重要的用途就是可被计划书采用，并最终完成优化工艺。所有的供应商会直接比较完全相同的精饰规格及其报价。这大大简化了检查技术是否达标及对预期精饰系统的选择。 案例研究。接下来的案例研究可演示优化工艺。在案例中，研究机构调查的是用粉末涂装替代液体涂料。上层管理者决定他们认定的可以增加产品（本案例为割草机）市场竞争力的具有某些品质的精饰。产品设计支持选用粉末涂装方案。管理部门指示制造工业部门考察待选的粉末涂装系统。考察重点落在产量和系统获得预期处理效果的能力。管理部门同样关心生产瓶颈和产能过剩的问题。 个案研究首先是进行生产分析。分析需得到的数据是在特定时段内待选精饰系统支持生产的可用时间。可用时间必须包括变换色彩、重新上漆以及未来生产、休息、午餐、清扫等工作耗费的时间。计算的结果通常以分钟/年来表示。在本案中，可用的精饰时间计算公式是： 7 小时×60 分钟×2 班×300 天 = 252,000 (分钟/年) 计算必须考虑精饰器件的物理特征以及器件所用的精饰系统方式。这些数据会直接影响确定器件物理尺寸大小的计算结果。器件呈现必须为安全运送带来清洁，并以提升最大的精饰效率为导向。相关的器件物理特征包括长度、宽度、高度、重量和热容量。 生产分析余下的一个数据是待加工精饰器件的总量。就割草机的生厂商而言，管理方提供以下指导。在本案中，器件的总量由理论上的年输送机长度总量表示。注意吊挂中心尺寸包括输送机上的部件间距，精饰系统必须支持未来5年的预期生产目标。 确定了精饰系统的可用性和目标总量以后，用输送机的设计生产线速度表示所需生产率的计算公式如下： ● 设计生产线速度 (FPM) = 年输送机长度总量 (英尺) /可用精饰时间(分钟) = 2,597,871 (英尺) / 252,000 (分钟) = 10.3 英尺每分钟(FPM) 根据设计生产线速度，什么类型的系统最实用呢？批量系统、传送系统还是二者的组合？当设计生产线速度为6 FPM时，可以考虑使用批量系统，否则应该首选传送系统。两种系统各有优缺点，具体细节详列表1和表2。 以下关系式可用来优化批量系统： ● 精饰系统批数 = 可用时间总量 (分钟)/器件周期耗时总量 (分钟) ● 产品批量尺寸 = 生产总量/精饰系统批数 复合系统尽管不如批量或传送系统常用，但可在低效率或特殊情况下使用。例如，相对于预处理和批量喷涂周期，大型部件可能需要较长的固化周期，在此情形下，必须使用循环输送器将器件送至固化炉。 确定了精饰系统设备的“足迹”以后，还要考虑质量要求。例如，更多的色彩选择可能需要更多的相关设备，高的耐腐蚀性则需要更多的预处理。 在本案中，预期质量要求至少能达到500个小时的耐盐雾性，因此预处理将使用5级洗涤机，停留时间以秒计算，公式如下： ● 500 小时盐雾 = 5 级洗涤机 (60, 30, 60, 30, 30) = 3.5分钟 ● 第1和3级加热 (90℉ -140℉) 使用此前计算的约10FPM的设计生产线速度，停留时间带来的各站程分别是：10、5、10、5、5英尺。现在可以看到生产线速度较慢时，站程会缩短，而生产线速度加快，站程则会增加。 预期的处理质量必须支持色彩变化。生产计划预期每班5种色彩变化，然而最多可达8种之多。对此情况，粉末涂装设备供应商的初步反馈方案是： ● 5个/班 = 2个喷漆室 + 5个集尘器 ● 8个/班 = 3个喷漆室+ 8个集尘器 至此我们清楚地看到优化工艺提供了选用精饰系统的关键设备数据，包括材料输送、预处理以及粉末涂装相关设备。系统的其他构成，例如烘干炉、固化炉等数据也可以通过优化工艺来确定，方法是把粉末的热负荷、热容量和固化需求跟预期生产率联系起来。同样的方法也可用于预处理的加热阶段上。 和所有的工艺一样，待选的精饰系统必须符合一定的预算要求。影响精饰系统采购价格参数有： ● 产品大小和重量 ● 生产率 (FPM, 批量大小) ● 处理质量 (效能、外观、功能等) ● 系统灵活性 (色彩变化、JIT-适时控制、自动化等) 在本案中，预处理设备的长度预期为35英尺。假如本设备售价为每英尺2500美元，核算成本= 35英尺×每英尺2500美元 = 87,500美元。粉末涂装喷漆室和集尘器的成本，可以采用同一方法计算。 其他影响待选精饰系统运行成本的参数有： ● 小时运行累计动力及人工成本/美元 ● 处理产品平方英尺数累计涂装和化学制剂成本/美元 系统越大，动力及人工成本越高。例如，预计钢处理炉1000磅/小时对应成本为5000磅/小时，对应的热能消耗分别是37,500 BTU/小时及187,500 BTU/小时（BTU为英国热量单位）。 最后，上游生产如果跟不上精饰系统的生产量，每件产品精饰成本也将提高。例如，待选处理生产线的固定成本假如是每小时100美元，那么每小时处理100件= 每件1美元，每小时50件= 每件2美元。 总结 本文的目的是概述精饰系统的优化工艺，还提供了预期的粉末喷涂处理系统的个案研究。本案旨在进一步说明优化工艺各步骤及其相互关系。 优化工艺的主要贡献包括确定设备和材料的规格。这些数据有助于上层管理者做出明智的采购决定。数据还可以为预期的精饰系统所需的报价书/投标书提供技术参数。数据还有助于销售商比较产品，因为所有的供应商都会对相同的规格做出反馈。 最后，这些规格还构成了验收测试的基础。一般来说，这些规格会写入销售合同。当列出的每一规格及功能达到买方的要求，购买商就会按照进度付款。 粉末涂装咨询公司开创并不断完善的这一精饰设备“优化”方案已有20多年。在此期间，我们帮助大量客户确定他们的精饰目标，实现生产和处理目标。如果您在使用上述方法制定“优化”方案时遇有任何困难，请拨打我们的咨询电话：(800) 97 POWDER。本公司竭诚为您服务。(end)

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