Produkcja jednostkowa a produkcja seryjna. Choć współcześnie mówi się o malejącej roli produkcji wielkoseryjnej na korzyść produkcji małoseryjnej o coraz większym stopniu indywidualizacji (kastomizacji) produktu to jednak mamy do czynienia z istotnymi różnicami w procesach technologicznych. Produkcja małoseryjna to nadal produkcja seryjna, a więc taka, w której wykorzystanie specjalnego oprzyrządowania technologicznego (szczególnie uchwytów obróbkowych) jest ekonomicznie uzasadnione. Z czego to wynika? Koszt narzędzi i oprzyrządowania technologicznego specjalnego oraz specjalizowanego rozkłada się na każdą wyprodukowaną sztukę części. Produkcja jednostkowa charakteryzuje się wykorzystaniem przede wszystkim handlowo dostępnego oprzyrządowania technologicznego i narzędzi.

Nierzadko występuje sytuacja kiedy trzeba dorobić część na potrzeby naprawy, rekonstrukcji itp. Wówczas mamy do czynienia z reguły z częścią pierwotnie zaprojektowaną z myślą o produkcji seryjnej. Aktualna potrzeba to wykonanie 1, 2, może kilku takich części. Jeżeli nie jesteśmy producentem oryginalnej części to musimy niejako opracować proces technologiczny jej wytworzenia od samego początku. W przypadku produkcji jednostkowej dokumentacja technologiczna z reguły jest szczątkowa, choć ja osobiście jest zwolennikiem precyzyjnego dokumentowania swoich działań. To pozwala na analizę zebranych doświadczeń.

Produkcja seryjna

Produkcja seryjna polega wytwarzaniu produktu w określonej liczbie w powtarzających się seriach. Planowanie procesu technologicznego przy tego rodzaju produkcji wykorzystuje już narzędzia i oprzyrządowanie specjalne (ilustracja 1 i 2) oraz specjalizowane. Liczba operacji technologicznych z reguły będzie większa niż w przypadku produkcji jednostkowej. Park maszynowy obejmuje oprócz obrabiarek produkcyjnych, centrów obróbkowych CNC również obrabiarki specjalizowane. Na ilustracjach 1-4 przedstawiono uchwyt specjalny stosowany w procesie technologicznym z wykorzystaniem obrabiarek konwencjonalnych.

Zwróćmy uwagę (ilustracja 2), że przedmiot obrabiany to krążek z centralnym otworem. Dopiero po wywierceniu dwóch otworów w tej operacji technologicznej przedmiot nabierze cech wymagających ustalenia kątowego. Kołek pełny (2) i ścięty (1) na ilustracji 2 zapewniają dokładne ustalenie kątowe płyty wiertarskiej. Tuleje wiertarskie pełnią rolę prowadników dla wierteł. W sytuacji kiedy tuleje takie są wymienne mamy pewną możliwość zmiany średnicy wykonywanego otworu. Cechą charakterystyczną uchwytów obróbkowych specjalnych jest to, że są zaprojektowane wyłącznie do realizacji ściśle określonego zabiegu lub określonych zabiegów technologicznych w ramach jednej operacji technologicznej.

Współcześnie w produkcji seryjnej tak jak w produkcji jednostkowej z powodzeniem stosuje się tokarskie i frezarskie centra obróbkowe. Na ilustracji 5 przedstawiono uchwyt specjalny właśnie na frezarskim centrum obróbkowym CNC firmy FANUC. To stanowisko było zrobotyzowane, czyli robot przemysłowy obsługuje przedmiot obrobiany (w tym przypadku odlew części klasa tuleja i dysk). Uchwyt obróbkowy jest zautomatyzowany. Po włożeniu i ustaleniu przedmiotu obrabianego w uchwycie łapy dociskowe są automatycznie zamykane. Prezentowany na ilustracji 5 uchwyt jest zamontowany na płycie stołu uchylnego co dodatkowo umożliwia jego kątową orientację w przestrzeni obróbkowej centrum CNC.

Produkcja jednostkowa

W produkcji jednostkowej wytwarza się przedmioty w niewielkiej liczbie lub pojedyncze sztuki. Definicja uwzględnia masę części. W przypadku części o małej masie za produkcję jednostkową uznaje się wykonanie do 50 sztuk. Proces technologiczny przeprowadza się z zastosowaniem obrabiarek uniwersalnych oraz uniwersalnego oprzyrządowania technologicznego. Koszty obróbki powinny być jak najtańsze, z wyjątkiem sytuacji kiedy występują istotne kryteria ściśle określonych właściwości produktu finalnego. Stosowanie narzędzi i oprzyrządowania specjalnego oraz specjalistycznego nie jest ekonomicznie uzasadnione ze względu na koszty. Tu jednak mogą wystąpić wyjątki bo w zakresie produkcji jednostkowej można np. wykonać specjalne szczęki wymienne  dla imadła maszynowego. Współcześnie wykorzystywane są zarówno obrabiarki tradycyjne (konwencjonalne) jak i centra obróbkowego CNC. Na ilustracji wyróżniającej ten artykuł przedstawiono wielozadaniowe centrum tokarsko-frezarskie 5-osiowe Yamazaki MAZAK Integrex i-250H ST. Czas t_pz (czas przygotowawczo-zakończeniowy) w przypadku produkcji jednostkowej jest istotnie dłuższy. Produkcja jednostkowa może charakteryzować się większym udziałem obróbek ręcznych.

Produkcja jednostkowa a seryjna

Zatem gdzie występuje problem pomiędzy produkcją jednostkową a seryjną? Mamy w tym względzie mamy dwa główne aspekty. Pierwszy to materiał, drugi to konstrukcja, w tym ustalenie kątowe. Konstrukcja części w ujęciu produkcji jednostkowej może istotnie różnić się od konstrukcji dla produkcji seryjnej. Szczególnie jest to widoczne gdy wykorzystuje się druk 3D z metali (ilustracja 7). Kluczowe są powierzchnie istotne (funkcjonalne), pozostałe nieistotne można zaprojektować inaczej.

Na poniższych rysunkach konstrukcyjnych przedstawionych na ilustracjach 7 i 8 określony jest materiał – żeliwo. Zatem obie te części pierwotnie w produkcji seryjnej wykonywane są z odlewów jako półfabrykatów. W przypadku produkcji jednostkowej nie jest to możliwe i należy zastosować inny materiał, np. stal.

W artykułach Ustalenie kątowe w procesie technologicznym i Ustalenie przedmiotu. Część 1. Bazowanie na otworze odniosłem się nieco do problematyki ustalenia kątowego. Z reguły części posiadają powierzchnie zależne od siebie orientację kątową choć rzadko jest to określone wymiarami (ilustracja 7). Z reguły zorientowanie wynika z usytuowania względem osi głównych części. Na ilustracji 7 widzimy 2 otwory Ø10 z pogłębieniem Ø22 położone na osi pionowej. Względem tej samej osi mamy dwie symetryczne równoległe płaszczyzny. Do tego na osi prostopadłej (poziomej) znajduje się rowek wpustowy 8N9.

W produkcji seryjnej zastosujemy uchwyty specjalne zapewniające ustalenie kątowe w poszczególnych operacjach technologicznych. W przypadku prezentowanej powyżej części w tym celu wykorzystuje się powierzchnie już obrobione.

Natomiast w produkcji jednostkowej należy zweryfikować czy powierzchnie wzajemnie zależne w kontekście orientacji kątowej można obrobić w jednym ustaleniu i zamocowaniu. Generalnie czy można je obrobić z jednej strony. Wówczas przy użyciu centrum obróbkowego CNC nie stanowi to problemu gdyż w pełni kontrolowana jest pozycja przedmiotu obrabianego.

Na ilustracji 7 wszystkie powierzchnie zależne względem siebie kątowo można obrobić w jednym ustaleniu i zamocowaniu co ma istotne znaczenie. W produkcji jednostkowej taką część możemy obrobić na obrabiarce CNC przy pełnej kontroli kątowego położenia obrabianych powierzchni.

W sytuacji kiedy powierzchni wzajemnie powiązanych orientacją kątową nie można obrobić w jednym zamocowaniu (ilustracja 8) mamy do czynienia z problemem. Na ilustracja 8 mamy po 4 gwintowane otwory M8 usytuowane naprzeciw po dwóch stronach. W tym przypadku w jednej operacji technologicznej należy wykonać m.in. 4 otwory M8 oraz rowek wpustowy przelotowy o szerokości 30^+0,1. W kolejnej operacji technologicznej należy wykorzystać powierzchnie tego rowka do określenia położenia przedmiotu za pomocą sondy przedmiotowej. Zatem warunkiem koniecznym jest wykorzystanie centrum obróbkowego CNC.

Jeżeli konstrukcja części nie posiada powierzchni umożliwiających jednoznaczne określenie położenia kątowego jako przedmiotu obrabianego to pamiętajmy, że w produkcji jednostkowej możemy dokonać zmian konstrukcyjnych wprowadzając takie powierzchnie lub wykorzystać sztuczne bazy technologiczne. Jak pokazano produkcja jednostkowa wymaga odmiennego podejścia na etapie technologicznego przygotowania procesu technologicznego w opozycji do produkcji seryjnej.