Umgekehrte VTLs erleichtern Einzelstückfluss

Nur wenige Zerspanungsunternehmen rühmen sich eines Flaggschiffprodukts mit dem „coolen“ Faktor des Argo, eines amphibischen Geländefahrzeugs (ATV), das seit den späten 60er Jahren für Erkundungs-, Such- und Rettungs-, Industrie- und Freizeitaktivitäten eingesetzt wird. Allein in den letzten fünf Jahren hat der Hersteller Ontario Drive and Gear (ODG) jedoch mehr als 10 Millionen US-Dollar in neue Ausrüstung investiert, um einen bedeutenderen Teil seines Geschäfts zu unterstützen:die Getriebeherstellungsdienste, die er 1985 begann, um aus den Erfahrungen Kapital zu schlagen bei der Entwicklung und Herstellung des Argo-Getriebes gelernt. Darunter befindet sich eine Maschinengruppe, die besonders weitreichende Auswirkungen auf die Getriebefertigung bei ODG hatte:vier EMAG Karusselldrehmaschinen (VTL), bei denen die Automatisierung kein Zubehör, sondern fester Bestandteil der Konstruktion ist. Diese Maschinen waren ein Hauptgrund für die Umstellung auf eine zellulare Fertigungsstrategie im Einzelstückfluss, die den Durchsatz, die Flexibilität und die Teilequalität für einen kritischen Teil der Produktlinie des Unternehmens erheblich verbessert hat. Die 80/20-Regel ODG feiert sein 50-jähriges Bestehen und betreibt zwei Werke in New Hamburg, Ontario:eines für die ATV-Produktion, das andere für die Getriebe- und Getriebeseite des Geschäfts, die Getriebe- und Systemdesign, Getriebemontage und Leistungstests umfasst. ODG Gear zog im Jahr 2000 in das letztgenannte Werk. Es erstreckt sich über eine klimatisierte Produktionsfläche von 56.300 Quadratfuß, in der eine Reihe von CNC-Wälzfräsern, Stoß- und Zahnradschleifmaschinen sowie CNC-Drehmaschinen und -Fräsmaschinen untergebracht sind. Die 115 Mitarbeiter des Werks arbeiten an der Produktion von mehr als 850 unterschiedlichen Teilenummern in Mengen von 1 bis 75.000. Ungefähr die Hälfte der Ausrüstung in der Werkshalle wird für Vorgänge vor der Wärmebehandlung verwendet, und die andere Hälfte ist der Wärmenachbehandlung gewidmet. Die vier EMAG VTL glänzen in beiden Rollen, sagt Joel Wright, General Manager bei ODG. Sie sind derzeit in zwei Zellen für Vor- bzw. Nachwärmebehandlungsdrehvorgänge gepaart. Die Hauptarbeit der Maschinen besteht aus relativ kleinen, flachen Zahnrädern aus aufgekohltem Stahl, die nicht mehr als 2 Zoll dick sind und einen Durchmesser von 6 Zoll haben. Diese Komponenten repräsentieren nur 40 verschiedene Teilenummern. Wie bei vielen Herstellern machen diese 40 verschiedenen Teile jedoch einen erheblichen Teil der Arbeit der Getriebeabteilung aus. „Insgesamt machen etwa 20 Prozent der Teile hier 80 Prozent des Volumens aus“, sagt Herr Wright. Stop and Go Die Bedeutung dieser Arbeit machte sie zu einem vorrangigen Ziel für Effizienzsteigerungen. Trotzdem bleibt der Arbeitsablauf im Wesentlichen derselbe wie vor der Installation der VTLs. Die Produktion beginnt mit zwei Drehvorgängen („Op 10“ und „Op 20“), einer für jede Seite eines Zahnradrohlings. Die Teile werden geräumt, um alle erforderlichen Innenverzahnungen zu erzeugen, und dann weiter zum Wälzfräsen, um die Zahnradzähne zu formen. Nach dem Entgraten werden sie zur Wärmebehandlung geschickt, bevor sie zum beidseitigen Hartdrehen und abschließenden Fertigschleifen in die Anlage zurückkehren. Jetzt wird die Zeit, die für diesen gesamten Prozess benötigt wird, jedoch in Stunden statt in Wochen gemessen. Herr Wright erklärt, dass der Hauptunterschied nicht die Produktionssequenz ist, sondern eine neue Strategie, wie die Teile durch diese Sequenz fließen – eine Strategie, die durch die VTLs erleichtert wird. Vor der Installation dieser Maschinen machte ein Batch-and-Queue-Ansatz für die Produktion die Ineffizienz des Prozesses praktisch unvermeidlich. „Wir führten die ersten Drehoperationen an einer Charge von 600 oder tausend oder so durch, hielten dann an und bewegten alles weiter zur Räummaschine und so weiter auf der ganzen Linie“, sagt Mr. Wright. „Es war immer ein Mann, eine Maschine mit manueller Be- und Entladung. So stark jede Bediener-Maschinen-Kombination auch gewesen sein mag, die Tatsache, dass alles immer vollständig vom Bediener abhängig war, war ein großer Nachteil.“ Auch begründete Kaffee- oder Mittagspausen können sich direkt auf die Zykluszeit auswirken. Strenge Anforderungen an die statistische Prozesskontrolle (SPC), die häufige In-Prozess-Inspektionen vorschrieben, halfen wenig. Auch wenn Fehler keineswegs üblich waren, konnten einfache Fehler auf der ganzen Linie Auswirkungen haben. Zum Beispiel sagt Herr Wright, dass er sich an einige Fälle erinnern kann, in denen Bediener Teile falsch in die Spannfutter der horizontalen Drehmaschinen geladen haben, die vor den VTLs verwendet wurden. Lassen Sie es fließen ODG kaufte 2010 seine erste EMAG VTL, eine VL3 mit einem 8-Zoll-Spannfutter. Damals war das Unternehmen mitten im Austausch veralteter Anlagen, eine Routine, die alle paar Jahre wiederkehrt, sagt Ed Das, Process Development Manager. Wie sich herausstellte, lösten Designelemente der VL-Serie eine Überarbeitung des problematischen Batch-and-Queue-Produktionsprozesses aus. Bis Ende 2011 hatte der Shop drei VL5 mit 10-Zoll-Futter integriert. „Nicht, dass uns die EMAGs allein dorthin gebracht hätten, aber ihre kompakte Stellfläche und integrierte Automatisierung veranlassten uns, einen stärker zellularen Fertigungsansatz zu wählen“, sagt Herr Das. Dieser Ansatz beginnt mit den anfänglichen Soft-Turning-Operationen Op 10 und Op 20, die jeweils auf einem separaten VL5 durchgeführt werden. Alle Maschinen der VL-Serie sind mit integrierten Förderern ausgestattet, die Teile zum und vom Arbeitsbereich transportieren. Im Gegensatz zum vorherigen Prozess, der mehrere, zeitaufwändige Lade-/Entladeschritte für jeden Zahnradrohling erforderte, können Bediener bis zu 14 Teile gleichzeitig auf dem Förderband des ersten VL5 bereitstellen. Dies geht schnell und einfach dank sechseckiger Trägerprismen an jeder Station, die eine gleichmäßige Beladung gewährleisten, sagt Herr Das. Solange ein Teil irgendwo im Prisma platziert wird, erklärt er, wird es unabhängig von seiner Form oder Größe in den Ecken verschachtelt, die durch die sechseckige Form entstehen. Innerhalb der Arbeitszone senkt sich die vertikal ausgerichtete Spindel der Maschine von oben ab, um Teile zu greifen und sie einem scheibenförmigen Werkzeugrevolver mit 12 Stationen im Maschinensockel zum Op 10-Drehen zuzuführen. Die vertikale Konstruktion stellt sicher, dass Späne und Kühlmittel vom Werkzeug und Werkstück wegfallen, bemerkt Herr Das. Dann werden die Teile über eine einfache Wendestation, die die beiden Maschinen verbindet, automatisch zum Förderband des zweiten VL5 transportiert. Wenn die Teile nach Op 20 auf dem Förderband der zweiten Maschine auslaufen, bewegt der Bediener sie zu einem anderen Förderband, das zum Räumen, Wälzfräsen und anderen nachgelagerten Prozessen führt, und führt manchmal vorher eine Inspektion an einer Messstation durch. „Die Teile halten nicht an, sie bewegen sich einfach von Prozess zu Prozess“, sagt er. „Die Programme laufen nicht schneller, aber die Automatisierung und die Konsistenz der Maschinen im Gegensatz zu einem Bediener ermöglichen Produktionsraten, die typischerweise 40 Prozent schneller sind als zuvor. Es spuckt Teile einfach aus wie Popcorn.“ Vielleicht ebenso bedeutsam ist die Tatsache, dass die maschinenintegrierte Automatisierung es dem Unternehmen ermöglicht, diese dedizierte Zelle beliebig aufzuteilen, um sie an wechselnde Produktionsanforderungen anzupassen. Zum Vergleich nennt Herr Das das Beispiel eines zweispindligen Drehzentrums. Das Durchführen von Teilen zwischen der Haupt- und Gegenspindel könnte die gleichen Vorteile bieten wie die Wendestation, die die VL5s verbindet. Ebenso könnte ein Portallader oder ähnliches Zubehör die gleiche Rolle spielen wie die integrierten Förderer. Dieser Lösung würde jedoch der Vorteil fehlen, unabhängig betriebene Spindeln zu haben, die leicht getrennt und zu verschiedenen Abschnitten der Anlage bewegt werden können, ohne die Automatisierungsfähigkeit zu verlieren. Wie Herr Wright es ausdrückt:„Wir können sie wie Legos kombinieren und neu kombinieren.“ Die VTLs haben auch zu einer verbesserten Teilequalität beigetragen. Letztendlich ist das genauso wichtig wie die Zeitersparnis – obwohl beides in diesem Fall Hand in Hand geht, sagt Mr. Wright. Im direkten Sinne ermöglicht die starre Konstruktion der VL3 und VL5, die zum Drehen nach der Wärmebehandlung verwendet werden, Toleranzen von +/- 0,0005 Zoll im Gegensatz zu +/- 0,001 Zoll bei früheren Systemen. Bemerkenswert sind jedoch auch die indirekten Qualitätsverbesserungen, die sich aus der Umstellung auf den automatisierten Einzelstückfluss ergeben. Dies ermöglicht es den Bedienern, weniger Zeit mit der Pflege des Prozesses und mehr Zeit mit der Inspektion von Teilen zu verbringen. „Wenn Sie einen besseren Zahnradrohling herstellen können, haben Sie letztendlich bessere Bezugspunkte, und Sie werden später bessere Arbeit beim Wälzfräsen, Zahnradschleifen usw. leisten“, schließt Herr Wright. „Die EMAG Maschinen haben unsere Leistungsfähigkeit in dieser Hinsicht enorm verbessert.“