เครื่องล้างแบบหมุนแบบสถานีเดียว: กรณีชิ้นงานน้ำหนักต่ำกว่า 300 กิโลกรัม

ภาพรวม

เครื่องล้างแบบหมุนสถานีเดียวคือเครื่องจักรที่ดูธรรมดาที่สุดในแผนกทำความสะอาด และเป็นเครื่องที่พบได้บ่อยที่สุดในโรงงานที่ผลิตชิ้นส่วนหลายรุ่นในปริมาณปานกลาง ชิ้นงานถูกนำเข้าไปในเครื่อง ตัวยึดชิ้นงานจะหมุน หัวพ่นน้ำที่ติดตั้งคงที่รอบๆ ห้องล้างจะฉีดน้ำล้างชิ้นงานจากหลายทิศทาง แล้วชิ้นงานก็ออกมาจากเครื่องทั้งหมดนี้เกิดขึ้นภายในตำแหน่งเดียว

ข้อได้เปรียบของเครื่องนี้ไม่ใช่ความเร็ว เพราะสายการผลิตแบบหลายสถานีจะให้กำลังการผลิตสูงกว่าเสมอสำหรับชิ้นงานชนิดเดียวที่ผลิตจำนวนมาก ข้อได้เปรียบคือ เครื่องหนึ่งเครื่องสามารถรองรับชิ้นงานได้หลากหลายประเภท เพียงแค่เปลี่ยนตัวยึดชิ้นงานและปรับโปรแกรมใหม่ โดยใช้พื้นที่ติดตั้งเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ไม่จำเป็นต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่

บริษัท บิ๊ก เบิร์ด อินดัสเทรียล (เดิมชื่อ ชิมาดะ บิ๊ก เบิร์ด อินดัสเทรียล) ได้ผลิตระบบทำความสะอาดและขจัดเศษโลหะจากชิ้นส่วนระบบขับเคลื่อนยานยนต์มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2001 โดยเครื่องแบบสถานีเดียวในกลุ่มนี้ถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานเฉพาะด้านนี้อย่างแท้จริง คือ รองรับชิ้นส่วนหลายประเภทพร้อมกัน ปริมาณการผลิตระดับปานกลาง และความต้องการด้านความสะอาดที่มีความสำคัญจริง แต่ไม่จำเป็นต้องสูงมากเป็นพิเศษ

1. สถานีเดียวคืออะไร

ลักษณะสำคัญคือ ทุกขั้นตอนของกระบวนการเกิดขึ้นที่ตำแหน่งเดียวตามลำดับ ชิ้นงานไม่ต้องออกจากอุปกรณ์ยึดจับเลย

อุปกรณ์ยึดจับหนึ่งชุด หลายขั้นตอน

ขั้นตอนการล้าง ล้างออกด้วยน้ำสะอาด เป่าแห้ง และทำให้แห้งสนิท ทั้งหมดดำเนินการภายในห้องเดียวกัน โดยชิ้นงานถูกยึดจับไว้เพียงครั้งเดียว ส่งผลให้การจัดการชิ้นงานลดลงเหลือเพียงการโหลดเข้าและถอดออกเพียงครั้งละหนึ่งครั้ง ซึ่งเป็นแหล่งหลักของการประหยัดแรงงาน และยังขจัดข้อผิดพลาดจากการจัดวางใหม่ที่อาจเกิดขึ้นเมื่อชิ้นงานถูกย้ายไปยังสถานีต่าง ๆ

หมุนชิ้นงานแทนการเลื่อนหัวฉีด

อุปกรณ์นี้หมุนชิ้นส่วนผ่านแหวนหัวฉีดที่ติดตั้งคงที่ แทนที่จะเคลื่อนหัวฉีดรอบชิ้นส่วนที่อยู่นิ่ง การจัดวางเช่นนี้มีความเรียบง่ายทางกลไก: ใช้มอเตอร์ขับเพียงตัวเดียว มีชุดหัวฉีดเพียงชุดเดียว และไม่จำเป็นต้องใช้หุ่นยนต์ นอกจากนี้ยังเป็นเหตุผลที่ทำให้เครื่องจักรนี้มีราคาไม่สูงเกินไปแม้ในปริมาณการผลิตต่ำ เพราะการเคลื่อนที่เป็นแบบหมุน และการครอบคลุมพื้นผิวเกิดจากเรขาคณิตของแหวน

2. ประโยชน์ที่ได้จากการหมุน

การหมุนไม่ใช่เพียงวิธีหนึ่งในการนำเสนอพื้นผิวเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนพฤติกรรมของของเหลวบนชิ้นส่วนด้วย จึงมีการนำมาใช้ทั้งในขั้นตอนการล้างและการทำแห้ง

การครอบคลุมพื้นผิวจากเรขาคณิต

เมื่อชิ้นส่วนหมุนอยู่ภายในแหวนหัวฉีด จะมีการนำพื้นผิวโดยรอบทั้งหมดมาสัมผัสกับลำน้ำจากหัวฉีดเดียวกันภายในหนึ่งรอบการหมุน หัวฉีดสามารถปรับมุมให้สัมผัสกับพื้นผิวด้านหน้า รูเจาะ และโพรงต่าง ๆ ที่ตำแหน่งต่างกันตามการหมุน ซึ่งหมายความว่าแหวนสามารถปรับแต่งให้เหมาะสมกับกลุ่มชิ้นส่วน (part family) ได้ ไม่ใช่แค่กับชิ้นส่วนเดียว

การระบายน้ำและการขับของเหลวออกด้วยแรงเหวี่ยง

ชิ้นส่วนที่หมุนจะขจัดน้ำออกจากพื้นผิวซึ่งมักจะกักเก็บน้ำไว้เมื่ออยู่นิ่ง และการหมุนด้วยความเร็วสูงในช่วงท้ายของรอบการทำงานจะเหวี่ยงของเหลวออก แทนที่จะรอให้หยดลงเอง นี่คือเหตุผลที่เครื่องจักรแบบหมุนมีประสิทธิภาพในการทำให้แห้งดีกว่าที่แรงดันลมจะบ่งชี้

3. ช่วงปริมาณที่ระบบเครื่องจักรนี้ให้ผลลัพธ์ดีที่สุด

ระบบเครื่องจักรนี้ให้ผลลัพธ์ดีที่สุดในกรณีที่ปริมาณการผลิตต่อรหัสชิ้นส่วนต่ำเกินไปที่จะคุ้มค่ากับการลงทุนสร้างสายการผลิต แต่สูงเกินไปจนไม่สามารถใช้วิธีทำความสะอาดด้วยมือได้

การผลิตสำหรับการทดลองและการผลิตในปริมาณต่ำ

ชิ้นส่วนสำหรับการทดลองระบบส่งกำลัง ชิ้นส่วนสำหรับการผลิตก่อนเชิงพาณิชย์ และรุ่นที่ผลิตในปริมาณต่ำ ล้วนจัดอยู่ในกลุ่มเดียวกัน กล่าวคือ ชิ้นส่วนเหล่านี้เป็นของจริง ข้อกำหนดด้านความสะอาดเป็นของจริง และปริมาณการผลิตต่อปีไม่เพียงพอที่จะคืนทุนจากการลงทุนสร้างสายการผลิต ดังนั้น เครื่องจักรแบบสถานีเดียวที่ออกแบบมาสำหรับครอบคลุมชิ้นส่วนกลุ่มนี้ทั้งหมด จะสามารถรองรับชิ้นส่วนแต่ละชนิดได้ด้วยอุปกรณ์ยึดจับและโปรแกรมเฉพาะ

เมื่อเวลาไซเคิลที่ใช้ได้ตั้งแต่สองถึงสิบนาที

เครื่องจักรแบบหมุนแบบสถานีเดียวที่ทำงานหลายขั้นตอนตามลำดับจะสร้างรอบการผลิตที่วัดเป็นนาที แทนที่จะเป็นวินาที ซึ่งถือว่ายอมรับได้ในกรณีที่ปริมาณการผลิตอยู่ที่เพียงไม่กี่ร้อยชิ้นต่อสัปดาห์ แต่ไม่สามารถยอมรับได้หากปริมาณสูงถึงไม่กี่ร้อยชิ้นต่อชั่วโมง ขอบเขตที่เปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากหลักคณิตศาสตร์ และควรคำนวณไว้ล่วงหน้าก่อนจัดผังโรงงาน

4. จุดที่คำตอบนี้เริ่มไม่เหมาะสมอีกต่อไป

เมื่อปริมาณการผลิตสูงเกินระดับหนึ่ง โครงสร้างแบบลำดับจะกลายเป็นคอขวด เนื่องจากแต่ละขั้นตอนต้องรอให้ขั้นตอนก่อนหน้าเสร็จสิ้นก่อน สายการผลิตที่ดำเนินการล้างและอบแห้งพร้อมกันในสถานีแยกต่างหากบนชิ้นส่วนที่ต่างกัน จะผลิตชิ้นงานได้หนึ่งชิ้นต่อเวลาหนึ่งรอบ ในขณะที่สถานีเดียวจะผลิตชิ้นงานได้เพียงหนึ่งชิ้นต่อผลรวมของเวลาแต่ละรอบ

ขีดจำกัดอีกประการหนึ่งคือมวลของชิ้นงาน การหมุนจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ยึดชิ้นงานและระบบขับเคลื่อนที่สามารถหมุนมันได้ เมื่อมวลเกินเพียงไม่กี่ร้อยกิโลกรัม ระบบขับเคลื่อน อุปกรณ์ยึดจับ และข้อกำหนดด้านความปลอดภัยจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วกว่าประโยชน์ที่ได้จากการเพิ่มอัตราการผลิต ทำให้การจัดการชิ้นงานเปลี่ยนไปใช้เครนและรถเข็นบนเครื่องจักรขนาดใหญ่ขึ้น

5. แม่พิมพ์และการเปลี่ยนแม่พิมพ์

บนเครื่องจักรที่ใช้กับกลุ่มชิ้นส่วนหนึ่ง ตัวยึดจับ (tooling) คือปัจจัยที่ให้ความยืดหยุ่น ตัวยึดจับที่วางตำแหน่งโดยอิงลักษณะร่วมกันของชิ้นส่วนทั้งหมดในกลุ่ม และมีส่วนรองรับที่ปรับได้เพื่อรองรับความแตกต่างระหว่างชิ้นส่วนแต่ละตัว สามารถเปลี่ยนผ่านได้ภายในไม่กี่นาที ส่วนตัวยึดจับที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับชิ้นส่วนเดียวจะใช้เวลาเปลี่ยนผ่านเป็นหลายชั่วโมง

โปรแกรมควบคุมส่วนที่เหลือ ได้แก่ ความเร็วในการหมุน ระยะเวลาของแต่ละขั้นตอน หัวพ่นใดบ้างที่ทำงาน และความเร็วในการหมุนแบบเหวี่ยง (spin speed) ท้ายขั้นตอนการอบแห้ง บนเครื่องจักรแบบหมุน การตั้งค่าทั้งสี่ประการนี้ทำหน้าที่ปรับตัวให้เข้ากับชิ้นส่วนต่าง ๆ เป็นหลัก จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมการเปลี่ยนผ่านบนเครื่องจักรที่ออกแบบมาอย่างดีจึงใช้เวลาน้อยแม้เครื่องจักรนั้นจะไม่มีหุ่นยนต์ให้ต้องเขียนโปรแกรมใหม่

6. การระบุข้อกำหนดสำหรับชิ้นส่วนเดียว

ข้อกำหนดสำหรับเครื่องล้างแบบหมุนสถานีเดียว ควรระบุขอบเขตของกลุ่มชิ้นส่วน (part family envelope) ทั้งในด้านความยาว เส้นผ่านศูนย์กลาง และมวล รวมถึงขั้นตอนการล้างและระยะเวลาของแต่ละขั้นตอน ความเร็วในการหมุนและความเร็วในการหมุนแบบเหวี่ยง ขีดจำกัดความสะอาดและเกณฑ์การอบแห้ง รวมทั้งระยะเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนผ่านระหว่างชิ้นส่วนสองชนิดที่ระบุชื่อไว้

ตัวเลขสองค่าที่มักถูกละเลยบ่อยที่สุด ได้แก่ ความเร็วในการหมุนตอนสิ้นสุดขั้นตอนการอบแห้ง และเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนผ่าน ค่าแรกกำหนดว่าเกณฑ์ความแห้งแล้งสามารถบรรลุได้หรือไม่เลยด้วยซ้ำ ส่วนค่าที่สองกำหนดว่าเครื่องจักรนั้นจะสามารถรองรับครอบครัวที่ซื้อมาใช้งานจริงได้หรือไม่ อีกหนึ่งค่าที่ควรเพิ่มเข้าไปคือ เวลาที่ใช้ในการทำให้เครื่องร้อนถึงอุณหภูมิทำงานจากสภาพเย็น เพราะในกรณีเครื่องที่ใช้งานแบบไม่ต่อเนื่อง ค่านี้จะเป็นตัวกำหนดว่าช่วงเวลาใดของรอบการทำงานจะนำไปใช้ประโยชน์ได้จริง

7. พลังงาน น้ำ และขนาดของถังอาบน้ำ

เครื่องจักรแบบสถานีเดียวมีถังขนาดเล็ก และข้อเท็จจริงเพียงข้อนี้ก็ส่งผลต่อพฤติกรรมการปฏิบัติงานโดยรวมของเครื่องทั้งในแง่บวกและลบ

เหตุใดถังขนาดเล็กจึงเป็นข้อได้เปรียบ

ปริมาตรเล็กทำให้ความร้อนกระจายได้รวดเร็ว หมายความว่าเครื่องพร้อมใช้งานภายในไม่กี่นาทีหลังเริ่มต้น แทนที่จะต้องรอเป็นชั่วโมง นอกจากนี้ยังหมายความว่าการเปลี่ยนสารละลายในถังใช้สารเคมีและเวลาหยุดทำงานน้อยมาก จึงสามารถเปลี่ยนถังใหม่ได้บ่อยครั้งแทนที่จะยืดระยะเวลาออกไป สำหรับงานที่มีปริมาณน้อย นี่ถือเป็นข้อได้เปรียบที่แท้จริง เพราะถังที่ไม่ได้ใช้งานเป็นเวลาหลายวันอยู่แล้วจะเสื่อมคุณภาพไปเอง

เหตุใดจึงเป็นข้อจำกัดด้วย

ถังขนาดเล็กมีความสามารถในการรองรับสิ่งปนเปื้อนได้น้อยมาก ชิ้นส่วนที่มีคราบน้ำมันหนาแน่นเพียงชุดเดียวอาจทำให้ถังเต็มไปด้วยสิ่งปนเปื้อนภายในเวลาทำงานหนึ่งกะ และเครื่องจักรไม่มีสำรองไว้เพื่อเจือจางสิ่งปนเปื้อนนั้น ผลที่เกิดขึ้นจริงคือ ระบบกรองและระบบแยกน้ำมันมีความสำคัญยิ่งกว่าเดิมเมื่อเทียบกับเครื่องจักรขนาดใหญ่ และการลดทอนประสิทธิภาพของระบบทั้งสองนี้คือสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดที่ทำให้เครื่องล้างแบบสถานีเดียวทำงานต่ำกว่ามาตรฐาน

หลักการเดียวกันนี้ใช้ได้กับขั้นตอนการล้างออกด้วย บนเครื่องจักรขนาดเล็ก ถังล้างออกก็มีขนาดเล็กเช่นกัน หากถังนี้รับน้ำจากถังล้างแทนที่จะรับจากแหล่งจ่ายน้ำแยกต่างหาก มันจะมีระดับสิ่งปนเปื้อนเท่ากับถังล้างภายในไม่กี่รอบการใช้งาน การมีวงจรล้างออกแยกต่างหากพร้อมระบบกรองเฉพาะตัวจึงไม่ใช่สิ่งฟุ่มเฟือยสำหรับเครื่องจักรประเภทนี้ แต่เป็นสิ่งที่กำหนดว่ากระบวนการนั้นเป็นการล้างออกอย่างแท้จริง หรือเป็นเพียงการเปียกชื้นชิ้นงานซ้ำด้วยของเหลวที่สกปรก

การเปิดประตูคือปัจจัยด้านพลังงานอีกประการหนึ่ง ทุกครั้งที่โหลดเข้าสู่เครื่องจะปล่อยความร้อนและไอน้ำเข้าสู่ห้อง และหากเครื่องทำงานซ้ำหลายรอบต่อชั่วโมง พลังงานที่สูญเสียผ่านประตูจะมากกว่าที่สูญเสียผ่านผนัง นี่คือเหตุผลหนึ่งที่เครื่องแบบสถานีเดียวเหมาะกับจำนวนรอบการทำงานระดับปานกลาง ไม่ใช่ระดับสูง: เมื่อความถี่เกินค่าหนึ่งไป ความสูญเสียผ่านช่องเปิดจะกลายเป็นปัจจัยหลัก การดูดไอน้ำจากช่องเปิดประตู แทนที่จะดูดจากเพดานของห้อง จะจับจับไอน้ำในจุดที่ปล่อยออกมาโดยตรง และทำให้ห้องแห้งยิ่งขึ้น

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องแบบสถานีเดียวสามารถบรรลุขีดจำกัด 2 มิลลิกรัมได้หรือไม่

สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่มีช่องทางปิดล้อม บางครั้งอาจทำได้ แต่สำหรับชิ้นส่วนที่มีระบบหม้อน้ำหรือช่องทางส่งน้ำมัน ขั้นตอนที่สำคัญคือการปิดผนึกด้วยปลั๊กหรือการล้างแบบแทรกเข้าไป ซึ่งเครื่องแบบหมุนอย่างง่ายไม่มีความสามารถดังกล่าว

การหมุนดีกว่าการตรึงชิ้นส่วนไว้แล้วเคลื่อนหัวพ่นหรือไม่

การหมุนมีต้นทุนต่ำกว่าและมีโครงสร้างเชิงกลที่เรียบง่ายกว่า หัวพ่นที่เคลื่อนที่สามารถเข้าถึงลักษณะเฉพาะที่แหวนแบบหมุนไม่สามารถทำได้ จึงเป็นเหตุผลที่ระบบช่องทางแรงดันสูงใช้หัวพ่นแบบลำกล้อง (lances) แทนที่จะใช้อุปกรณ์ยึดแบบหมุน

ผลิตชิ้นส่วนได้กี่ชิ้นต่อชั่วโมง

ขึ้นอยู่กับผลรวมของเวลาแต่ละขั้นตอนทั้งหมด ลำดับที่ใช้เวลาห้านาทีจะผลิตได้สูงสุดเพียงสิบสองชิ้นต่อชั่วโมง ส่วนลำดับที่ใช้เวลาสองนาทีจะผลิตได้สามสิบชิ้นต่อชั่วโมง ค่าดังกล่าวควรระบุร่วมกับลำดับการดำเนินงาน ไม่ควรระบุแยกต่างหาก

จำเป็นต้องใช้หุ่นยนต์สำหรับการโหลดหรือไม่

ไม่จำเป็นเสมอไป หลายระบบใช้การโหลดด้วยมือ เนื่องจากชิ้นส่วนมีน้ำหนักเบาและปริมาณการผลิตไม่มาก การโหลดด้วยมือจึงมักเร็วกว่าการใช้หุ่นยนต์ในกรณีที่ชิ้นส่วนวางตัวไม่สม่ำเสมอ

สรุป

เครื่องล้างแบบหมุนสถานีเดียวเหมาะสมที่สุดเมื่อครอบคลุมชิ้นส่วนหลากหลายประเภท ปริมาณการผลิตต่อชิ้นไม่มาก และพื้นที่ติดตั้งจำกัด การหมุนช่วยให้ทำความสะอาดได้ทั่วถึงและระบายน้ำได้ดี โดยใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนเพียงตัวเดียว แทนที่จะใช้หุ่นยนต์

เมื่อผลรวมของเวลาแต่ละขั้นตอนไม่สามารถตอบสนอง takt time ได้ หรือเมื่อมวลของชิ้นส่วนเกินขีดความสามารถของอุปกรณ์ยึดจับแล้ว เครื่องชนิดนี้ก็จะไม่เหมาะสมอีกต่อไป ทั้งสองขีดจำกัดนี้สามารถคำนวณล่วงหน้าได้ ซึ่งก็คือเหตุผลที่ต้องระบุไว้ในข้อกำหนดทางเทคนิค