Концепция локального изготовления изделий (описание)

НИМАНИЕ! ЛОНГРИД! Данная статья является видением автора и основывается на личном опыте и накопленной информации. Применение основной идеи данной статьи несет предположительный характер. Спасибо за внимание.

Концепция локального изготовления изделий - это модель производства изделий для потребителя, на территории близкой к его местонахождению, цель которой - минимизация расстояния и времени на их получение.

Достичь целей данной концепции планируется за счёт локализации производства, применения современных производственных технологий, оптимизации логистических показателей, и других составляющих.

Предыдущую часть (введение) можно прочитать нажав сюда

Предпосылками к написанию данной концепции послужило изучение возможностей современного производственного оборудования и в целом современных производств, а также поиск областей, где можно его применить. В результате на основе полученных исследований было принято решение применить его в условиях локализации с целью уменьшения логистического плеча и других положительных качеств, которые выявились в ходе предварительного исследования.

В итоге определение концепции локального изготовления изделий получило следующий вид: локальное изготовление изделий (ЛИИ) (англ. Local Production Of Products (LPOP)) - это производство изделий для потребителя на территории близкой к его местонахождению, с целью минимизация расстояния и времени на их получение.

У потребителя возникает потребность в приобретении определённого изделия. Он обращается к ближайшему локальному изготовителю. При помощи локального производственного участка, расположенного на территории локального изготовителя, по предоставленной правообладателем информации и документации ему изготавливают необходимое изделие.

Данное описание и схема отражают суть концепции ЛИИ и являются упрощёнными.

С целью адаптации концепции ЛИИ в современные рыночно - потребительские отношения, заменим некоторых основных участников и составляющие системы без изменения их функций и ролей, которые они должны выполнять, придерживаясь описания работы концепции ЛИИ из основной концепции. «Локальный изготовитель» и «Изделие» заменим на «Производственный магазин» и «Продукт». Обозначение «Производственный магазин» было выбрано, т.к. на одной территории будет осуществляться деятельность производства и продажи. Термин «Изделие» будет заменен на «Продукт», данное название обозначает промышленное изделие, предлагаемое для рынка, и применяется в ходе рыночно - потребительских отношений. В результате получим преобразованное описание концепции ЛИИ и схему.

У потребителя возникает потребность в приобретении определённого продукта. Он обращается в ближайший производственный магазин. При помощи локального производственного участка, расположенного на территории производственного магазина, по предоставленной правообладателем информации и документации ему изготавливают необходимый продукт.

Положительные качества данной концепции:

     Для потребителя:

• Не нужно ожидать доставки требуемого продукта (время ожидания требуемого потребителем продукта будет соответствовать времени его изготовления, которое может быть меньше времени затраченного на его доставку).

• Возможность создания продукта под индивидуальные требования – кастомизация и персонализация.

• Изготовление продукта по собственным чертежам и требованиям потребителя.

• Возможность получить продукт, который уже не производится.

     Для правообладателя:

• Производство без производственных мощностей. Необходимый продукт для потребителя сможет изготовить организация использующая систему ЛИИ.

• Получение недополученной прибыли. Правообладатели могли бы получать прибыль, предоставляя возможность и информационные ресурсы для изготовления их продукции организациям, использующим концепцию ЛИИ.

• Возможность переориентировать производственные мощности, делегируя некоторые производственные процессы. Производитель сможет использовать освободившиеся производственные мощности на увеличение количества выпускаемой продукции и (или) на создание новых продуктов.

• Расширение списка предоставляемых услуг. Возможность предложить потребителю кастомизацию и персонализацию продукта и (или) его апгрейд.

• Тестирование спроса на новый продукт. Учитывая возможность данной системы «Производство по потребности» можно проанализировать спрос и получить ранние отзывы клиентов о новом продукте.

• Повышение лояльности клиентов и конкурентоспособности за счёт расширения сервиса. Предложение дополнительных услуг значительно увеличивает лояльность потребителей к продукту и бренду.

Применение данной концепции сможет хорошо отразиться на экономике в целом, т.к. продукты будут изготавливаться по потребности или учитывая количество при локальном спросе. Это приведёт к более рациональному распределению ресурсов.

Локальный производственный участок (ЛПУ).

Основным действующим звеном системы ЛИИ является локальный производственный участок (ЛПУ). Он должен комплектоваться оборудованием, которое при создании изделий будет соответствовать ряду требований:

• Возможность создания изделия относительно большого размера при максимально возможной компактности оборудования.

• Способность создавать изделие за минимальное количество технологических операций и короткий промежуток времени.

• Работа разными видами материала или (и) возможность обработки разных видов материала.

• Максимально возможное высокое качество получаемого изделия.

• Минимально возможная стоимость оборудования.

• Безопасность. Быть экологичным. Необходимость иметь допуск на работу в закрытых помещениях или допуск на работу с применением вентиляционных систем. Опасные части и элементы должны быть закрыты.

• Надёжность. Минимальная возможность отказа.

• Низкий уровень производимого шума.

• Экономичность. Минимальное потребление электричества, расходных материалов и жидкостей. Долгий срок службы частей оборудования.

• Эргономичность. Удобство в использовании, наладке, ремонте, обслуживании.

• По возможности быть менее требовательным к квалификации работающего с ним персонала.

Планировка участка ЛПУ должна быть максимально компактной и удобной, не нарушая требования установленные местным законодательством.

     Технологические и конструктивные требования к изделиям производимых на ЛПУ:

• Изделия должны изготавливаться за минимальное число технологических операций.

• Конструкция изделий разрабатывается с учётом технологии изготовления на ЛПУ.

• Если разрабатывается аналог изделия с учётом технологии изготовления на ЛПУ, то он должен совпадать по характеристикам с оригиналом.

     Комплектация ЛПУ оборудованием и инструментом осуществляется в зависимости от изделий, которые будет изготавливать ЛПУ, требованиям к изготовляемому изделию, локального спроса, размеров производственного магазина.

Пример выбора оборудования для локального производственного участка на основе критериев выбора этого оборудования и требований, предъявляемых к нему по концепции ЛИИ.

При выборе оборудования для производства определенных изделий, в совокупности с рассмотрением номенклатуры и количества выпускаемых изделий, рассматривается технология их производства, она влияет на выбор производственного оборудования, благодаря которому эти изделия будут изготавливаться.

На момент написания статьи существует три основных метода формообразования при производстве различных изделий: аддитивный, субтрактивный и формирующий.

Рассмотрим эти методы и примеры технологий, благодаря которым создаются изделия. В качестве примера выбора технологии и оборудования, будут выбраны технологии и оборудование, применяемое в машиностроении.

Оборудование, использующее аддитивные технологии (3d-печать).

Аддитивные технологии (англ. Additive Manufacturing) — технологии послойного наращивания и синтеза объектов.

Изделие строится путём нанесения слоя на слой материала, из которого оно впоследствии и получается.

Методы, применяемые в аддитивных технологиях для создания изделий: ультрафиолетовое излучение, экструзия, струйное напыление, сплавление, ламинирование.

Применяемые материалы: пластик, нейлон, фотополимеры, воск, гипс, пластиковые порошки, металлические порошки, керамические порошки, акрил, полифенилсульфон.

Положительные качества аддитивных технологий:

• Низкое количество технологических операций.

• Высокий коэффициент использования материала.

• Снижение издержек и производственного цикла при мелкосерийном производстве.

• Высокая точность изделий.

• Возможность корректировки и изменения (кастомизации) изделия во время изготовления без значительных потерь во времени и экономике.

• Изготовление изделий сложной формы.

• Габаритный объём готового изделия больше или равен габаритному объёму материала, из которого оно изготовлено.

Недостатки аддитивных технологий:

• Качество поверхности. Из-за «слоистости» структуры изделие может не соответствовать заявленным конструкторским, эстетическим или другим требованиям.

• Возможность образования пор в структуре изделия. Может отрицательно сказаться на изделиях, где необходима герметичность.

• Относительно высокая стоимость изделий при массовом производстве.

• В некоторых случаях низкие механические свойства изделия.

• Сравнительно ограниченный список используемых материалов.

Аддитивные технологии, а конкретнее 3d-принтеры, с экономической точки зрения отлично подходят для изготовления сложных изделий при единичном или мелкосерийном типе производстве. Но у самых распространённых на сегодняшний день (доступных) 3d-принтеров существует недостаток в виде "слоистости" внешнего вида, пористости структуры изделий. Эти недостатки могут не удовлетворить требований потребителя. Технологии и материалы, позволяющие сделать приемлемое качество, на момент написания статьи, относительно дороги и могут существенно отразиться на конечной цене изделия. Поэтому в настоящее время аддитивные технологии чаще применяются в качестве прототипирования, но всё же находят место непосредственно в производстве изделий для потребителей.

Оборудование, использующее субтрактивный метод.

Субтрактивный метод – метод производства основанный на постепенном удалении материала до получения изделия требуемых размеров.

Одним из способов получения изделия при данном методе является механическая обработка резанием. К способам механической обработки резанием относятся точение, сверление, зенкерование, шлифование, фрезерование, развертывание, долбление, строгание и протягивание.

     Достоинства механической обработки резанием:

• Высокая точность.

• Высокое качество получаемой поверхности.

• Широкий спектр обрабатываемых материалов.

• Широкие возможности формообразования.

• Возможность применения универсального инструмента.

• Относительно низкая энергоёмкость процесса.

• Относительно высокие механические характеристики получаемых изделий.

Недостатки механической обработки резанием:

• Относительно низкий коэффициент использования материала. Часть материала, в зависимости от конфигурации изделия и заготовки, уходит в отходы.

• Габаритный объём готового изделия меньше или равен габаритному объёму заготовки.

Большими возможностями обладают многоосевые обрабатывающие центры с числовым программным управлением. Они позволяют получить изделие с минимальным числом технологических операций.

Достоинства многоосевых обрабатывающих центров с числовым программным управлением:

• Автоматизация производства.

• Точность и повторяемость при изготовлении изделий.

• Более высокая производительность по сравнению со станками без числового программного управления.

• Производственная гибкость.

• Многофункциональность.

• Относительно низкое число технологических операций. Возможность обработки изделия за одну установку.

     Недостатки многоосевых обрабатывающих центров с числовым программным управлением:

• Высокая стоимость оборудования и оснастки.

• Необходимость в квалифицированном персонале для работы на данном оборудовании.

Субтрактивный метод является одним из самых распространённых в машиностроении. Он позволяет получить простые (с технологической точки зрения) изделия за относительно короткий промежуток времени, и с минимальными энергозатратами. Также благодаря ему можно изготовить и сложные изделия, но с применением более передового оборудования.

Данный метод применяется при серийном производстве. Важное преимущество субтрактивного метода заключается в точности размеров изготавливаемых изделий и чистоте получаемой поверхности, последнее является важным т.к. это может быть необходимым как с конструкторской точки зрения, так и с потребительской.

Оборудование, использующее формирующий метод производства.

Формирующий метод производства — это создание формы изделия при помощи механического воздействия на заготовку в твёрдом состоянии, или создание конечной формы изделия относительно определённого объекта (формы) из вещества, находящегося в жидком состоянии с последующей кристаллизацией.

Пример технологий изготовления изделий, использующих этот метод.

При помощи механического воздействия (давления): прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная штамповка (горячая или холодная), листовая штамповка.

Из вещества, находящегося в жидком состоянии, с последующей кристаллизацией:

- Для металлов: литьё в песчаные формы, литьё в вакумно-плённочные формы, литьё в кокиль, литьё под давлением, литьё по выплавляемым моделям, литьё по газифицируемым моделям, центробежное литьё, литьё в оболочковые формы

- Для пластмасс: инжекционное литьё, интрузионное литьё, инжекционно-прессовое литьё, инжекционно-газовое литьё, многослойное литьё, сэндвич-литьё, соинжекционное литьё, литьё в многокомпонентные формы, ротационное литьё.

Достоинства формирующего метода производства:

При помощи механического воздействия (давления):

• Высокая производительность

• Низкая себестоимость

• В некоторых методах высокий коэффициент использования материала

• Высокая точность получаемых изделий

• Приемлемое качество поверхности

• Улучшение структуры материала и повышение его механических характеристик.

При помощи методов изготовления изделий из веществ находящихся в жидком состоянии с последующей кристализацией:

- При литье металлов (в зависимости от выбранного способа литья):

• Возможность получить изделия различной сложности.

• Широкий диапазон получаемых изделий по размеру и весу.

• Возможность изготовления изделий по невысокой стоимости.

• Высокая точность получаемых изделий

• Возможность получить изделия с высоким качеством поверхности.

• Широкий диапазон применяемых сплавов.

    - При литье пластмасс под давлением:

• Высокая производительность

• Высокая точность получаемых изделий.

• Высокое качество поверхности изделий.

• Благодаря автоматизации к работе можно допустить человека с низкой квалификацией.

• Высокая повторяемость изготавливаемых изделий.

• Относительно низкая стоимость сырья для производства.

Недостатки формирующего метода производства:

    - При помощи механического воздействия (давления):

• Высокая энергоемкость.

• Высокая стоимость формообразующего инструмента.

• Появление окалины, трудность поддержания постоянной температуры, неоднородность структуры и свойств и неточность получаемых размеров при горячих методах обработки давлением.

• В некоторых методах, низкий коэффициент использования материала.

• Низкая стойкость инструмента.

- При помощи методов изготовления изделий из веществ находящихся в жидком состоянии с последующей кристаллизацией:

     - При литье металлов (в зависимости от выбранного способа литья):

• Энергоемкость некоторых технологических процессов.

• При литье в песчаные формы единичное и мелкосерийное производство приводит к высокой трудоемкости.

• При использовании некоторых методов, возможно нестабильное качество, нестабильность геометрии и размеров, поверхности получаемых изделий.

• Возможно появление проблематичности при литье тонкостенных отливок.

• Низкие экологические показатели.

    - При литье пластмасс под давлением:

• Высокая стоимость пресс форм.

• Необходимость в квалифицированном персонале при обслуживании и наладке оборудования.

• Значительные ограничения в размерах и весе изготавливаемых изделий.

Формирующий метод позволяет получать изделия различной конфигурации за относительно короткий промежуток времени, и в больших количествах. Но для запуска производства на основе этого метода, необходимо изготовить формообразующий инструмент или формы. В зависимости от качества поверхности и количества изготавливаемых изделий, стоимость и время изготовления инструмента и форм может отличаться. Также стоит отметить, что данный метод может быть значительно энергозатратным. Данный метод целесообразно применять в массовом производстве или в случаях, когда это целесообразно по экономическим или другим требованиям.

Выбор метода наиболее подходящего под задачи локального производственного участка.

Исходя из задач концепции локального изготовления изделий (ЛИИ) и требований предъявляемых к локальному производственному участку (ЛПУ), наиболее подходящим методом изготовления изделий в условиях концепции ЛИИ является аддитивный метод. Он полностью или частично удовлетворяет большинство требований к ЛПУ:

• Возможность создания изделия относительно большого размера при максимально возможной компактности оборудования.

• Способность создавать изделие за минимальное количество технологических операций и короткий промежуток времени.

• Работа разными видами материала или (и) возможность обработки разных видов материала.

• Максимально возможное высокое качество получаемого изделия.

• Минимально возможная стоимость оборудования.

• Безопасность и надежность оборудования в процессе эксплуатации.

• Низкий уровень производимого шума.

• Экономичность и эргономичность (удобство в использовании, наладке, ремонте, обслуживании).

• По возможности отсутствие высоких требований к квалификации работающего с ним персонала.

Главное преимущество аддитивного метода - габаритный объём готового изделия больше или равен габаритному объёму материала, из которого оно изготовлено. Это позволяет транспортировать меньший объем по сравнению с готовыми изделиями и производить изделия с минимальными отходами.

Основные недостатки - скорость изготовления изделий, ограниченный выбор материала, качество поверхности.

Исправление и улучшение этих недостатков является делом времени, так как аддитивный метод производства изделий активно развивается. Для примера появившаяся возможность внедрить в низкобюджетные фотополимерные 3d-принтеры высокопроизводительную матрицу, позволила увеличить скорость печати в 4-8 раз.

Встречаются случаи, когда изделиям требуется частота поверхности, которую при помощи аддитивных методов получить проблематично или невозможно. Тогда можно доработать изделие при помощи других методов, например при помощи субтрактивного метода.

Допустим, напечатанное на 3d-принтере изделие можно доработать при помощи механической обработки резанием, до получения необходимой частоты всей или определённой поверхности.

В зарубежных статьях о децентрализации производства аддитивные технологии считают основными при локализации производства. Профессор Авнер Бен-Нер (школа менеджмента Карлсона при университете Минесоты) и профессор Энно Зимсен (Висконсинская школа бизнеса) в своей статье указывают основной проблемой внедрения децентрализации производства эффект экономии на масштабе. Благодаря этому эффекту, производители при массовом производстве снижают удельные затраты на каждой единице продукции. Из-за этого эффекта небольшие компании могут быть вытесненными с рынка более крупными, что является барьером для входа новых компаний на рынок.

В своей статье ученые предполагают, что если затраты на производство единицы изделия при традиционных и аддитивных методах производства будут примерно одинаковы, то это даст возможность небольшим компаниям применить аддитивный метод и конкурировать на рынке. Особенно в тех отраслях и нишах, где потребители ценят разнообразие и индивидуальный подход. И особенно при локализации производства, где сроки поставки имеют решающее значение, а у продукта существует короткий жизненный цикл. Также авторы статьи отмечают, что компаниям, которые будут осуществлять локальное изготовление изделий, не нужно искать удаленных покупателей, чтобы достичь определенного масштаба производства. Это приведет к продажам, более ориентированным на местные и региональные рынки.

Но кроме экономии на масштабе, существуют и другие критерии, которые препятствуют внедрению локального изготовления изделий. Эти критерии связанны как с физическими и потребительскими свойствами изделия, изготовленного методами локального изготовления, так и с экономическими (ценообразование и прибыль).

Экономические показатели и условия, при которых локальное изготовление изделий будет востребовано.

Одним из условий потребительского выбора является то, что потребитель сам стремится выбрать лучший продукт по соотношению цена-качество.

На сегодняшний день, для того чтобы локальное изготовление изделий стало возможным и актуальным необходимо работать над такими показателями, как качество изделий, скорость их изготовления, и цена. И при внедрении такой альтернативы традиционным методам производства важно соблюсти условия, при которых потребителю нужно предложить товар, не имеющий разницы по качеству и цене.

Цена изделия, произведенного в условиях локального изготовления изделий, должна быть равной цене изделия, произведенного традиционными методами, чтобы быть конкурентоспособным по отношению к изделию, произведенному традиционными методами.

Специфика расчёта стоимости в условиях локального изготовления изделий зависит от конкретного способа изготовления. Характеристики и параметры конкретного способа производства влияют на ценообразование и различаются в зависимости от способа. Например, для одного способа необходимым будет снижение цены на материал, для другого - увеличение скорости производства, для третьего - работа над качеством поверхности изделия, а для четвертого всё в совокупности. Поэтому нужно проводить соответствующие исследования и экономические расчеты для конкретных изделий с участием специалистов и потребителей.

Заключение.

Широкое внедрение производственной системы по типу концепции локального изготовления изделий, может существенно изменить рынок производства:

• Количество и частота появления новых продуктов возрастёт, т.к. правообладатели освободят часть своих производственных мощностей благодаря делегированию выпуска продукции, и при этом дополнительно получая прибыль.

• Возникнет рынок продуктов, создаваемых компаниями и людьми, не имеющих своих производственных мощностей, эти изделия изготовят потребителю «производственные магазины», использующие систему ЛИИ.

• Офисы транспортных компании оснастятся и уже оснащаются оборудованием, использующим метод 3d-печати, для предоставления услуг, связанных с изготовлением различных изделий с целью уменьшения времени и затрат на логистику.

• Потребителю станет проще найти и получить необходимый продукт, даже если он уже не выпускается.

• Создание несложных изделий делегируется малым локальным компаниям, благодаря чему большие компании получат мотивацию создавать более высокотехнологичные изделия.

• Использование локального производственного участка (ЛПУ) сделает возможным персонализацию продукта под конкретного потребителя. Потребитель сам сможет создать то, что ему необходимо при помощи редактора на веб-сайте или в приложении. Это может быть как кастомизация потребителем продукта, предлагаемого правообладателем, так и полностью новый продукт созданный потребителем, который не имеет аналогов.

Но для создания такой системы необходимо многое освоить и исследовать, чтобы обеспечить соответствующие экономические, технологические и организационные условия.

• Большое количество изделий из-за сложности технологии изготовления, энергоёмкости производственных процессов и размеров на сегодняшний день изготовить проблематично или невозможно в условия ЛИИ. Например, такими изделиями являются электронные компоненты изделий.

• Обеспечить сравнительно хорошее качество изделий при высокой скорости изготовления и приемлемой цене относительно традиционных методов производства.

• Необходимо обучение людей, которые будут работать в условиях ЛИИ. Проработка всех процессов для создания инструкций и прочих должностных обязанностей с целью максимальной эффективности выполнения поставленных целей.

В государственном смысле внедрение системы производства на основании концепции ЛИИ имеет все шансы стать методом прорыва, так как это позволит делегировать производство изделий определённых категорий и создавать кастомизированые товары, тем самым повышая удовлетворенность потребителей.

Освободившиеся мощности компании смогут направить на производство более передовых изделий, обладающих более высокой прибылью. Создание и стимулирование такого вида производства позволит ускорить усовершенствование и оптимизирование технологий, которые можно применить в ЛИИ, значительно увеличить разнообразие различных материалов и уменьшить их стоимость.

На сегодняшний день производственные технологии обладают достаточной базой для начала создания системы локального изготовления изделий. Её внедрение создаст новый вид услуги, предлагаемой потребителю, и положительно отразится на жизни человека.