Produktion straffen: Automation von Tag eins an annehmen

Video: Portalbeladene Drehmaschine

Es gibt viele Gründe, warum Jobshops jetzt Automation in Betracht ziehen. Für einige zwingt erhöhter Druck aus Niedriglohnregionen zur Reduzierung direkter Arbeitskosten. Für andere fördert Fachkräftemangel den Einsatz von Robotern zum Be-/Entladen. Es kann sein, dass die Gründe nichts mit Arbeit zu tun haben. Ein Qualitätsproblem macht z.B. die inhärente Wiederholbarkeit von Robotik attraktiv. Ob von Null startend oder von traditioneller Fertigung wechselnd – viele Betriebe können von Automation profitieren. Doch Missverständnisse darüber, wie genau dies zu tun ist, bleiben weit verbreitet.

Viele Betriebsinhaber bevorzugen einen sicheren, inkrementellen Ansatz zur Automation. Sie glauben, es sei besser, ein System für eine Teilefamilie zu kaufen und diese Teile in der Zelle nacheinander zu perfektionieren. Dieser Ansatz erlaubt, das Automation-Konzept zu testen und Themen wie Teileplatzierung, Präsentation und Programmierung vor Produktion zu perfektionieren. Automationstechnik kann entwickelt und verfeinert werden, die Zellenfähigkeiten bestimmt, bevor der Betrieb darauf angewiesen ist, zum Umsatz beizutragen.

C.N.C. Machine Products wählte den weniger begangenen Weg und ging einen ganzheitlichen Automation-Ansatz. Der Betrieb setzte von Anfang an auf automatisierte Teileverarbeitung, obwohl er wusste, dass eine steile Lernkurve und schnelle Problemlösung nötig waren.

Der Betrieb, geführt von Greg Scheurich, Präsident, fertigt Innen- und Außenlagerlaufbahnen für Kunden in praktisch allen Branchen weltweit. Die jüngste Installation eines Paars zwillingspindeliger, roboterbeladener Drehmaschinen von Fuji Machine America (Vernon Hills, Illinois) hilft dem Unternehmen, seine Lean-Fertigungsziele zu erreichen, indem es wettbewerbsfähig mit ausländischen Herstellern bleibt. Es komplettiert eine weitere Runde des Automation-Engagements des Betriebs.

IM GESCHÄFT, AUTOMATISCH

Scheurichs Hauptgeschäft war ein Werkzeughandel, der Werkzeuge in der Region kaufte und verkaufte. Auf seinen Runden durch lokale Shops bat man ihn oft, Shops zu empfehlen, die er für qualifiziert hielt, verschiedene Teilarten zu bearbeiten. Als Mittelsmann brachte Scheurich Kunden mit Lieferanten zusammen. Eines Tages schlug ein großer Lagerlieferant vor, Scheurich solle Maschinen kaufen und selbst Lagerlaufbahnen fertigen. So entstand C.N.C. Machine Products 1988 aus Werkzeughandelsbeziehungen.

Der Joplin, Missouri Betrieb startete nur mit einem Paar einzelnspindliger Automatikdrehmaschinen. Eine originale Maschinenliste hängt im Konferenzraum als Erinnerung an die ursprüngliche Begründung für den Kauf der ersten zwei CNC-Futtermaschinen.

Von Anfang an fühlte Scheurich, es sei evident, dass er eine automatisierte Strategie finden musste. "Da dies ein Zweitgeschäft war, wollten wir nicht, dass es vom Hauptgeschäft ablenkt", erklärt er. "Der Prozess musste gut genug sein, um automatisch zu laufen." Seit 1988 erlebte das Unternehmen mehrere Erweiterungen. Scheurichs erster Shop war nur 5.000 sq ft. Das zweite Gebäude ca. 10.000 sq ft. Das dritte jetzt über 50.000 sq ft.

Von 1988 bis 2000 wuchs das Geschäft sehr schnell und erlebte viele Wachstumsschmerzen. 2000 übernahm das Unternehmen Richtlinien, die Wachstum kontrollierten und vorhersagbarer machten. Scheurich gibt zu, dass er früh auf einige Automation-Herausforderungen nicht vorbereitet war und mit Missverständnissen umgehen musste. Hier sind drei:

Missverständnis 1 – Automation ist zu teuer. C.N.C. Machine Products war erst paar Jahre im Geschäft, als es seine erste Roboterzelle kaufte. Scheurich erinnert sich an einen Verkäufer, der seit Längerem anrief und eine horizontal gegenüberliegende Doppeldrehmaschine mit Portalroboter zum Be-/Entladen anbot. Zu einer Zeit, als eine einzelnspindlige CNC-Drehmaschine für ca. 80.000 $ zu haben war, schienen 320.000 $ für die automatisierte Drehmaschine unerreichbar. (Vierfacher Preis für nur doppelte Spindeln.) Der Verkäufer war zufällig im Shop, als ein potenzieller Kunde anrief, und Scheurich ließ ihn das Teil basierend auf der Menge kalkulieren. Es stellte sich heraus, dass der Preis wettbewerbsfähig war und die Maschine in fünf Jahren abzuzahlen wäre.

Scheurich gibt zu, er glaubte nicht wirklich, dass der Shop die Maschine lange genug laufen würde, um sie abzuzahlen, da vieles schiefgehen konnte. "Abgesehen von der Tabelle sagte mir mein Bauchgefühl etwas anderes." Tatsächlich wurde die Maschine viel schneller abbezahlt als in fünf Jahren. Zudem wurde nach Installation der ersten Maschine innerhalb von Monaten eine zweite installiert. Zwar waren die automatisierten Maschinen in der Anschaffung teurer als nicht-automatisierte, doch die Vorteile in gewonnener Kapazität und gesteigerter Produktivität brachten langfristig höheren Gewinn und höheren Durchsatz.

Missverständnis 2 – Automation führt zu Arbeitsplatzverlust. Einige Betriebe nutzen Automation, um den direkten Arbeitskostenanteil zu senken. Während Roboter den direkten Arbeitsanteil reduzieren, wandte sich C.N.C. Machine Products Automation primär zur Kapazitätserhöhung zu. "Roboterautomation an unseren Drehmaschinen hat keine Entlassungen verursacht", sagt Scheurich. "Einmal hatten wir mehr Leute, als wir voll auslasten konnten, aber die Nachfrage holte schnell auf." Automation bedeutet, dass Bediener mehr Zeit haben, Teile zu messen, Wendeschneidplatten scharf zu halten und Maschinenwartung sicherzustellen.

Gary Hoofnagle, Vizepräsident und Fertigungsleiter, glaubt, dass Automation zwar das Wachstum ermöglichte, dieses aber ohne engagierte Menschen nicht möglich gewesen wäre. Hoofnagle meint, Automation hilft Menschen, und Menschen helfen Automation. Er glaubt, Menschen sind anpassungsfähiger an variable Bedingungen, während Maschinen für repetitive Aufgaben besser geeignet sind. Wenn beides richtig vereint wird, ergibt sich erfolgreiche, effiziente Automation.

Missverständnis 3 – Automation nur für hohe Stückzahlen geeignet. C.N.C. Machine Products kaufte seine ersten automatisierten Maschinen für ein paar Verträge eines stabilen Lieferanten mit insgesamt 250.000 Lagerlaufbahnen jährlich. Doch jahrelange Automation-Erfahrung machte das Unternehmen profitabel bei High-Mix, Low-Volume Aufträgen von nur ca. 5.000 Teilen pro Jahr. Von damals bis heute hat sich bei der Rechtfertigung neuer Maschinen nichts geändert, außer dass Scheurich bereit ist, hohe Stückzahlen einer einzelnen Teilenummer gegen eine Teilefamilie mit geringerer Stückzahl zu tauschen. Verbesserungen in der Automatisierungsnutzung erlauben ihm, Aufträge mit 3-Jahresvertrag und Volumen zwischen 5.000 und 100.000 profitabel anzunehmen.

Obwohl einige Betriebe Maschinen festhalten, weil sie abbezahlt sind, hat C.N.C. Machine Products einen anderen Ansatz. Von Anfang an plante Scheurich, Maschinen nur fünf Jahre zu nutzen. Heute kann er den Zeitraum auf sieben oder acht Jahre verlängern, da mechanische und elektrische Designverbesserungen die Maschinenzuverlässigkeit erhöht haben. Das Unternehmen tauscht alte Modelle regelmäßig gegen neue aus, um Restwert zu maximieren und Genauigkeit zu erhalten. Dies bietet auch Gelegenheit, den Prozess routinemäßig zu prüfen und Personal mit aktueller Technologie zu beteiligen. In diesem Betrieb ist die Entwicklung der menschlichen Seite der Gleichung ein kritischer Schritt, um Automation flexibel und profitabel zu machen.

DIE VORTEILE

Eine Art, wie dieser Betrieb von der Automation von Anfang an profitierte, ist eine umfassende Produktivitätssteigerung. Hoofnagle schätzt, dass ein Paar einzelnspindliger Drehmaschinen ohne Automation, betreut von einem Bediener, 50 bis 65% Spindelauslastung hatten, abhängig vom Bediener. Andererseits bietet eine Anordnung von zwei automatisierten Maschinen (vier Spindeln) Spindelauslastung von 80 bis 90%.

In diesem Fall takten die Maschinen den Bediener, nicht umgekehrt. Der Roboter lädt Bolzen oder Ringe aus dem Werkstückspeicher in das Drehmaschinenfutter. Nach Bearbeitungsende nimmt der Roboter das Fertigteil aus dem Futter und legt es auf ein kleines Förderband am anderen Ende der Maschine. Die entstehende Teilelinie hält Fertigteile in Reihenfolge. Dies kann nützlich sein beim Perfektionieren von Prozessänderungen und fungiert als Warteschlange für den Bediener, sodass jedes Teil vor Versand an die Härteabteilung geprüft werden kann. Die Bediener sind stolz darauf, Beladetische voll und Entladerampen leer zu haben. Das hat Hoofnagle an den portalbeladenen Drehmaschinen bemerkt.

Eine Maßnahme, die Scheurich ergreift, um Materialengpässe vom Arbeitsplan fernzuhalten, ist das Vorhalten eines ample Materialvorrats vor Ort. Diese Praxis wird von manchen als Extra-Lagerbestand kritisiert. Doch Scheurich behandelt den Vorrat wie ein eigenes Geschäft. Er kauft, wenn Gelegenheiten entstehen, und verkauft an sich und andere bei Bedarf. Dies hielt Linien am Laufen, wenn Materialengpässe Stillstände bedeutet hätten.

Neben Produktivitätssteigerung am Arbeitsplatz bringt gut konzipierte Automation auch Kapazitätserhöhung. Wenn automatisierte Prozesse natürlicher und verlässlicher werden, steigt die Zeit, die die Maschine am Schichtende unbeaufsichtigt laufen kann. Hinzufügen weiterer Maschinen zur Zelle verteilt direkte und indirekte Arbeitskosten auf mehr Teile, Kosten sinken. Die besten automatisierten Jobshops sehen nicht 40 oder 80 Stunden in der Arbeitswoche. Sie sehen 168 mögliche Stunden (nicht für den Bediener, nur für die Maschinen). Den Maschinen zu vertrauen, immer das Richtige zu tun, ist der erste Schritt zu diesem Leistungsniveau.

Automation hat auch einen interessanten Nebeneffekt: verbesserte Qualitätsmetriken. Da Maschinen exakt dasselbe jedes Mal tun, kommen Prozessfehler schnell ans Licht. Maschinen machen nicht die kleinen Dinge, die menschliche Bediener unbewusst tun, um solche Bedingungen abzumildern, es sei denn, sie sind dafür ausgelegt. Beispiel: Man muss sich Gedanken machen, wie Späne jedes Mal brechen. Späne-Vogelnester sind etwas, das menschbeladene Zellen nicht allzu hart zu eliminieren versuchen. Man sieht es als unvermeidbar an, der Bediener reinigt das Werkzeug beim Beladen sowieso, also warum sich bemühen? In automatisierten Zellen jedoch muss vorausschauend Spänebildung und -evakuierung berücksichtigt werden. Die Fuji TNW-3500R Maschinen, die C.N.C. Machine Products kürzlich installierte, gehen innovativ damit um. Die Maschinen nutzen Kombination aus Spindelinnenkühlung und programmierten Luftstößen, um Teile zu waschen und Futtern zu spülen. Sie nutzen auch Wendeeinrichtungen, um Teile mehrmals von einer Operation zur nächsten zu drehen. Dadurch fallen verbleibende Späne während des Wendens von den Teilen. Maschinen, bei denen sich Spindeln zum Teileaustausch treffen, haben diese Fähigkeit typischerweise nicht.

ARBEITSKRÄFTEMANGEL – WO IST DAS ENDE?

Abgesehen von diesen Vorteilen droht ein weiterer Grund für Automation am Horizont. Für einige ist das Fachkräfteproblem jetzt präsent – die Lücke zwischen benötigtem und verfügbarem Bediener wird täglich größer. Institutionen wie Tooling U (www.toolingu.com) bieten Online-Trainingsressourcen, um die Lücke zu schließen. Auch viele Werkzeugmaschinenhersteller investieren Zeit und Geld, um Anwender bei der Personalschulung für optimale Leistung zu unterstützen. Aber was, wenn der Tag kommt, an dem sich niemand auf eine offene Stelle bewirbt? Laut aktuellen Arbeitsministeriumsstatistiken werden schätzungsweise 40 Millionen "Babyboomer" bis 2015 in Rente gehen, während nur 11 Millionen Ersatzkräfte in den Markt eintreten. Vorbereitung auf schweren Fachkräftemangel durch Automation kann helfen, diese begrenzte Belegschaft weit genug zu strecken, um in Zukunft über die Runden zu kommen.

NICHT STOLPERN

Scheurich und Hoofnagle warnen Betriebe, die über Automation nachdenken, ihren manuellen Prozess sorgfältig zu prüfen, bevor sie automatisieren. In manchen Fällen ist der manuelle Prozess nicht sehr zuverlässig und braucht ohnehin Aktualisierung – nicht einfach annehmen, dass der manuelle Prozess gut für Automation passt. Mit einem weißen Blatt Papier beginnen, falls nötig, und den Prozess für Automation bewerten, bevor man loslegt. Alle verfügbaren Verbesserungen in Maschinen, Vorrichtungen und Schneidwerkzeug-Vorschüben/-Drehzahlen prüfen, um Automation die beste Erfolgschance zu geben. Alle fortschrittlichen Funktionen der Maschinensteuerung nutzen: Werkzeugstandzeitmanagement, redundante Werkzeuge, In-Prozess-Messung. "Automation funktioniert bei C.N.C. Products gut, weil die Teile zum Prozess passen und der Prozess gut mit der Ausrüstung harmoniert", sagt Hoofnagle.