Tính toán hiệu suất thiết bị tổng thể (OEE) cho in 3D: từ định nghĩa thời gian tải, bảng phút của sáu tổn thất đến phương pháp xác minh tỷ lệ sản phẩm đạt

Giới thiệu: Vì sao tỷ lệ sử dụng giờ máy cao không đồng nghĩa thiết bị thực sự tạo ra sản lượng

Trong các xưởng in 3D kim loại, hiểu lầm phổ biến nhất về năng lực là: đèn thiết bị đang sáng, cửa buồng đã đóng và cơ cấu rải bột vẫn hoạt động, nên toàn bộ khoảng thời gian đó được tính là sản xuất hiệu dụng. Tuy nhiên, trong một ca LPBF điển hình, gia nhiệt tấm đế mất 40–90 phút, thay khí quyển buồng tạo hình mất 20–40 phút, còn hành trình không tải khi rải bột ở mỗi lớp có thể cộng dồn tới 15%–25% tổng giờ máy. Mẫu thử cùng mẻ, build thất bại, hay thao tác rửa lại và quét lại sau khi hàm lượng oxy vượt giới hạn đều không trở thành sản phẩm đạt có thể giao. Nếu chỉ dùng chỉ tiêu giờ máy bật ÷ giờ lịch, một thiết bị có OEE thực tế chỉ 45% có thể được báo cáo thành 85%. Lantú 3D xem quá trình từ bản vẽ thiết kế đến giao hàng vật lý là một chuỗi vòng đời; hiệu suất thiết bị phải quy về số phút trong kỳ thống kê thực sự chuyển thành sản phẩm đạt đã được kiểm tra lại CTQ và phê duyệt, thay vì một đường cong giờ máy bật đẹp mắt.

I. Trước hết phải cố định định nghĩa: thời gian tải không phải thời gian lịch

Trường dữ liệu đầu tiên có thể xác định trong OEE là thời gian tải (Loading Time). Định nghĩa phải được quy định cố định: thời gian tải = thời gian sản xuất kế hoạch − thời gian dừng có kế hoạch. Dừng có kế hoạch chỉ gồm bảo dưỡng đã lên lịch, thời gian nghỉ theo quy định, khoảng chờ vật liệu được khách hàng chấp thuận rõ ràng và bảo trì hạ tầng nhà máy theo kế hoạch; mọi sự cố không được lên lịch, thiếu bột hoặc chờ báo cáo kiểm tra đều không được khấu trừ, nếu không tổn thất sẽ bị xóa đi bằng định nghĩa. In 3D còn có một khó khăn xuyên ca: một build thường kéo dài 18–60 giờ, qua 2–3 ca hoặc thậm chí qua ngày. Quy tắc cần là phân tách timestamp bắt đầu/kết thúc của build theo từng phút vào kỳ thống kê tương ứng, đồng thời ghi quy tắc phân tách, mã phiên bản gói tham số và mã thiết bị vào Thẻ định nghĩa thống kê; không được thay đổi trong một quý. Một khi định nghĩa có thể tùy tiện điều chỉnh, cả ba yếu tố phía sau đều mất khả năng so sánh. Cũng nên cố định đồng thời bốn ranh giới: cách phân bổ giờ máy cho build đơn chiếc và build chung với nhiều chi tiết; build thất bại có được tính vào thời gian tải không (có, và toàn bộ thời gian được tính vào tổn thất chất lượng); cách quy đổi diện tích tạo hình và thời gian mà mẫu thử cùng mẻ chiếm dụng; và liệu thiết bị hậu xử lý, xử lý nhiệt có được đưa vào cùng đơn vị OEE hay không (khuyến nghị tách riêng, nếu không nhịp in và nhịp ủ nhiệt sẽ che lấp lẫn nhau).

II. Tỷ lệ vận hành theo thời gian: ghi nhận từng phút tổn thất dừng máy đặc thù của sản xuất bồi đắp

Tỷ lệ vận hành theo thời gian = thời gian vận hành ÷ thời gian tải, trong đó thời gian vận hành = thời gian tải − tổn thất dừng máy. Trong sáu tổn thất kinh điển, dừng do hỏng hóc và chuyển đổi/điều chỉnh có những biểu hiện cụ thể tại xưởng sản xuất bồi đắp: thay bột và sàng bột, vệ sinh buồng và thay lưỡi gạt, làm sạch kính bảo vệ và kiểm tra lại đường quang, hiệu chuẩn công suất laser, thay lõi lọc khi chênh áp vượt giới hạn, cân bằng tấm đế trong xy lanh tạo hình. Mỗi hạng mục cần có thời gian chuẩn và tiêu chí kích hoạt, thay vì ghi chung chung là chuyển đổi. Ví dụ, khi nhiễm bẩn kính bảo vệ làm suy giảm mật độ năng lượng, nếu không có ngưỡng cứng như độ lệch chiều rộng vệt nóng chảy của mẫu chuẩn đầu tiên >8% thì dừng máy để vệ sinh, người vận hành thường kéo dài đến khi cả lô bị phế mới dừng. Khi đó, tổn thất thời gian có thể định lượng sẽ biến thành tổn thất chất lượng ẩn. Dừng chờ vật liệu phải được ghi riêng: mã lô bột chưa được phê duyệt, thiếu chứng thư độ tinh khiết khí trơ, hoặc gói bàn giao mô hình chưa qua các cổng D1–D4 đều là vấn đề của chuỗi dữ liệu thượng nguồn, không nên ghi thành tổn thất thiết bị, nhưng bắt buộc phải ghi số phút để truy ngược về khâu lập lịch và chuẩn bị đồng bộ. Mỗi bản ghi dừng máy tối thiểu phải có năm trường: timestamp bắt đầu/kết thúc, mã lệnh sản xuất, mã phân loại tổn thất, bộ phận chịu trách nhiệm và trạng thái có kích hoạt hành động khắc phục hay không.

III. Tỷ lệ vận hành theo hiệu năng: chu kỳ lý thuyết phải được tính từ số lớp và thời gian công đoạn mỗi lớp

Tỷ lệ vận hành theo hiệu năng = (chu kỳ lý thuyết × số lượng chi tiết đầu vào đạt) ÷ thời gian vận hành; điểm khó là chu kỳ lý thuyết không thể ước đoán cảm tính. Với LPBF, có thể thiết lập đường cơ sở theo công thức: chu kỳ lý thuyết = số lớp × (thời gian rải bột mỗi lớp + thời gian quét mỗi lớp + thời gian chuyển tiếp giữa các lớp) + giai đoạn cố định gia nhiệt và làm nguội. Trong đó, thời gian quét mỗi lớp được xác định từ chiều dài đường quét ÷ tốc độ quét cộng thêm thời gian nhảy tia; bắt buộc phải tính lại bằng gói tham số thực tế của chi tiết đó, gồm công suất laser, tốc độ quét, khoảng cách giữa các vệt và chiều dày lớp, không được dùng giá trị danh định của nhà sản xuất thiết bị. Vi dừng và tổn thất tốc độ đặc biệt khó thấy trong sản xuất bồi đắp: rửa lại do oxy tức thời vượt ngưỡng, quét lại sau biến động công suất laser, rải bột giảm tốc sau khi lưỡi gạt gặp cong vênh nhỏ, hoặc rải bù tại vùng thiếu bột cục bộ. Mỗi lần thường chỉ kéo dài 20–180 giây, không xuất hiện trong sổ dừng máy, nhưng có thể làm giảm tỷ lệ vận hành theo hiệu năng 10–20 điểm phần trăm. Khuyến nghị kích hoạt nhật ký sự kiện cấp giây tại tầng thiết bị, phân loại riêng các vi dừng