Automatisiert von Anfang an

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Video einer Gantry-beladenen Drehmaschine

Es gibt viele Gründe, warum Lohnfertiger jetzt über Automatisierung nachdenken. Für einige zwingt der zunehmende Druck aus Niedriglohnregionen sie dazu, ihre direkten Arbeitskosten zu senken. Bei anderen fördert der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften den Einsatz von Robotern zum Be- und Entladen von Maschinen. Es kann sein, dass die Gründe für die Automatisierung überhaupt nicht mit der Arbeit zusammenhängen. Beispielsweise kann ein Qualitätsproblem die inhärente Wiederholbarkeit der Robotik attraktiv machen. Ganz gleich, ob Sie bei Null anfangen oder von der traditionellen Fertigung wechseln, viele Geschäfte können von der Automatisierung profitieren. Missverständnisse darüber, wie genau dies zu tun ist, bleiben jedoch weit verbreitet.

Viele Ladenbesitzer ziehen es vor, bei der Implementierung der Automatisierung einen sicheren, inkrementellen Ansatz zu wählen. Sie glauben, dass es besser ist, ein System zu kaufen, das für eine Familie von Teilen geeignet ist, und diese Teile einzeln in der Zelle zu perfektionieren. Dieser Ansatz ermöglicht es den Werkstätten, das Automatisierungskonzept zu testen und Themen wie Teileplatzierung, Präsentation und Programmierung zu perfektionieren, bevor sie in die Produktion gehen. Die Automatisierungstechnik kann entwickelt und verfeinert werden, und die Fähigkeiten der Zelle können bestimmt werden, bevor der Laden davon abhängig ist, um zur Einnahmequelle beizutragen.

CNC Machine Products wählte die weniger befahrene Straße und verfolgte einen umfassenden Automatisierungsansatz. Die Werkstatt war von Anfang an auf die automatisierte Verarbeitung von Teilen angewiesen, obwohl sie erkannte, dass sie vor einer steilen Lernkurve stand und Probleme schnell gelöst werden mussten.

Das Geschäft, das von Greg Scheurich, Präsident, geleitet wird, fertigt innere und äußere Lagerringe für Kunden in praktisch jeder Branche weltweit. Die kürzlich erfolgte Installation zweier roboterbeladener Doppelspindel-Drehmaschinen von Fuji Machine America (Vernon Hills, Illinois) hilft dem Unternehmen, seine Ziele für eine schlanke Fertigung zu erreichen, indem es mit ausländischen Herstellern konkurrenzfähig ist. Es schließt auch eine weitere Runde des Automatisierungsengagements des Shops ab.

IM GESCHÄFT, AUTOMATISCH

Das Hauptgeschäft von Herrn Scheurich war ein Werkzeugvertrieb, der Werkzeuge in der gesamten Region kaufte und verkaufte. Als er seine Runden durch die örtlichen Geschäfte machte, stellte er fest, dass die Leute ihn baten, Geschäfte zu empfehlen, die seiner Meinung nach für die Bearbeitung verschiedener Arten von Teilen qualifiziert waren. Als Mittelsmann brachte Herr Scheurich Kunden mit Lieferanten in Kontakt. Eines Tages schlug ein großer Lagerlieferant in der Region Herrn Scheurich vor, einige Maschinen zu kaufen und selbst mit dem Laufen von Lagerringen zu beginnen. Durch die Beziehungen zwischen den Werkzeughändlern kann C.N.C. Machine Products wurde 1988 gegründet

Das Geschäft in Joplin, Missouri, begann mit einem Paar Einspindel-Drehautomaten. Eine Original-Maschinenliste hängt an der Wand des Konferenzraums des Geschäfts als Erinnerung an die ursprüngliche Begründung für den Kauf der ersten beiden CNC-Chucker-Maschinen.

Herr Scheurich war von Anfang an klar, dass er eine automatisierte Strategie finden musste, um zu funktionieren. „Da dies ein Zweitgeschäft war, wollten wir wirklich nicht, dass es von unserem Hauptgeschäft ablenkt“, erklärt er. „Der Prozess musste gut genug sein, um automatisch ablaufen zu können.“ Seit 1988 hat das Unternehmen mehrere Expansionen erlebt. Das erste Geschäft von Herrn Scheurich war nur 5.000 Quadratmeter groß. Das zweite Gebäude war etwa 10.000 Quadratmeter groß. Das dritte ist jetzt mehr als 50.000 Quadratmeter groß.

Von 1988 bis 2000 wuchs das Geschäft sehr schnell und erlebte viele Wachstumsschmerzen. Im Jahr 2000 verabschiedete das Unternehmen Richtlinien, die dazu beitrugen, das Wachstum zu kontrollieren und vorhersehbarer zu machen. Herr Scheurich gibt zu, dass er schon früh auf einige Herausforderungen der Automatisierung nicht vorbereitet war und mit einigen Missverständnissen umgehen musste. Hier sind drei:

Irrtum 1:Automatisierung ist zu teuer. CNC Machine Products war nur wenige Jahre im Geschäft, als es seine erste Roboterzelle kaufte. Herr Scheurich erinnert sich an einen Verkäufer, der ihn seit einiger Zeit besuchte und ihm eine gegenüberliegende Doppelspindel-Drehmaschine mit Portalroboter zum Be- und Entladen von Teilen anbot. Zu einer Zeit, als eine einspindlige CNC-Drehmaschine für etwa 80.000 US-Dollar zu haben war, schien die Zahlung von 320.000 US-Dollar für die automatisierte Drehmaschine außer Reichweite. (Es wäre das Vierfache des Preises für nur das Doppelte der Spindeln.) Dieser Verkäufer war zufällig im Geschäft, als ein potenzieller Kunde anrief, und Herr Scheurich erlaubte dem Verkäufer, das Teil basierend auf der betroffenen Menge anzubieten. Es wurde festgestellt, dass der Preis wettbewerbsfähig war und die Maschine in fünf Jahren bezahlt werden konnte.

Herr Scheurich gibt zu, dass er wirklich nicht geglaubt hat, dass die Werkstatt die Maschine lange genug laufen lassen würde, um dafür zu bezahlen, weil es viele Dinge gab, die schief gehen konnten. „Abgesehen von dem, was die Tabelle sagte, sagte mir mein Bauchgefühl etwas anderes“, bemerkt er. Tatsächlich sah die Realität für Herrn Scheurich so aus, dass die Maschine viel schneller als in fünf Jahren amortisiert war. Nachdem die erste Maschine installiert und in Betrieb war, wurde außerdem innerhalb weniger Monate nach der ersten eine zweite Maschine installiert. Während die automatisierten Maschinen in den Anschaffungskosten teurer waren als nicht automatisierte, brachten die Vorteile in Bezug auf die gewonnene Kapazität und die gesteigerte Produktivität langfristig größere Gewinne und einen höheren Durchsatz.

Missverständnis 2 – Automatisierung führt dazu, dass Arbeitnehmer Arbeitsplätze verlieren. Einige Betriebe wenden sich der Automatisierung zu, um den direkten Arbeitsanteil der Teilekosten zu senken. Während der Einsatz von Robotern dazu beiträgt, die direkte Arbeit zu reduzieren, C.N.C. Machine Products wandte sich hauptsächlich der Automatisierung zu, um die Kapazität zu erhöhen. „Die Roboterautomatisierung auf unseren Drehmaschinen hat nicht zu Entlassungen geführt“, sagt Herr Scheurich. „Früher hatten wir mehr Leute, als wir vollständig einsetzen konnten, aber die Nachfrage holte schnell auf.“ Die Automatisierung in der Werkstatt bedeutet, dass die Bediener mehr Zeit haben, Teile zu messen, Einsätze scharf zu halten und sicherzustellen, dass die Maschinen gewartet werden.

Gary Hoofnagle, Vice President und Manufacturing Manager des Shops, glaubt, dass die Automatisierung zwar das Wachstum des Shops ermöglicht hat, dieses Wachstum aber ohne engagierte Mitarbeiter nicht möglich gewesen wäre. Mr. Hoofnagle ist der Meinung, dass Automatisierung Menschen hilft, und Menschen helfen Automatisierung. Er glaubt, dass Menschen geschickter als Maschinen darin sind, sich an unterschiedliche Bedingungen anzupassen, während Maschinen für sich wiederholende Aufgaben besser geeignet sind als Menschen. Er sagt, wenn die beiden richtig verheiratet sind, ist das Ergebnis eine erfolgreiche, effiziente Automatisierung.

Missverständnis 3 – Automatisierung ist nur für hohe Volumen geeignet. CNC Machine Products erwarb seine ersten automatisierten Maschinen für einige Verträge von einem stabilen Lieferanten mit insgesamt 250.000 Laufringen pro Jahr. Die jahrelange Erfahrung mit der Automatisierung hat das Unternehmen jedoch mit High-Mix-Aufträgen mit geringem Volumen von nur etwa 5.000 Teilen pro Jahr profitabel gemacht. Von damals bis heute hat sich bei der Rechtfertigung neuer Maschinen nichts geändert, außer dass Herr Scheurich bereit ist, hohe Stückzahlen von einer einzigen Teilenummer gegen eine Teilefamilie mit geringerem Volumen einzutauschen. Verbesserungen bei der Nutzung der Automatisierung ermöglichen es ihm, Aufträge mit einem Dreijahresvertrag und Volumen zwischen 5.000 und 100.000 anzunehmen und trotzdem profitabel zu bleiben.
Obwohl einige Geschäfte versuchen, an Maschinen festzuhalten, weil sie ausgezahlt sind, hat C.N.C. Machine Products verfolgt einen anderen Ansatz. Von Anfang an plante Herr Scheurich, die Maschinen nur fünf Jahre zu nutzen. Heute kann er den Zeitraum auf sieben oder acht Jahre verlängern, weil Entwicklungen im mechanischen und elektrischen Design die Maschinenzuverlässigkeit verbessert haben. Das Unternehmen ersetzt regelmäßig alte Modelle durch neue, um den Restwert der Maschinen zu maximieren und die Genauigkeit zu erhalten. Dies bietet auch die Möglichkeit, den Prozess routinemäßig zu überprüfen und das Personal in die aktuelle Technologie einzubeziehen. In diesem Geschäft ist die Entwicklung der menschlichen Seite der Gleichung ein entscheidender Schritt, um die Automatisierung flexibel und rentabel zu machen.

DIE VORTEILE

Eine Art und Weise, wie dieses Geschäft von der Einführung der Automatisierung von Anfang an profitiert hat, ist eine allgemeine Verbesserung der Produktivität. Herr Hoofnagle schätzt, dass ein Paar Einspindel-Drehmaschinen ohne Automatisierung, die von einem Bediener bedient wurden, je nach Bediener eine Spindelauslastung von 50 bis 65 Prozent hatte. Andererseits bietet eine Anordnung von zwei automatisierten Maschinen (vier Spindeln) eine Spindelauslastung von 80 bis 90 Prozent.

In diesem Fall folgen die Maschinen dem Bediener, nicht umgekehrt. Der Roboter lädt Butzen oder Ringe vom Werkstückträger in das Spannfutter der Drehmaschine. Nach Abschluss der Bearbeitung nimmt der Roboter das fertige Teil aus dem Spannfutter und lässt es auf ein kleines Förderband am anderen Ende der Maschine fallen. Die sich bildende Teilekette hält fertige Teile in Ordnung. Dies kann bei der Perfektionierung von Prozessänderungen nützlich sein und fungiert als Warteschlange für den Bediener, sodass jedes Teil überprüft werden kann, bevor es an die Wärmebehandlungsabteilung gesendet wird. Die Fahrer sind stolz darauf, dass die Ladetische voll und die Entladerampen leer sind. Mr. Hoofnagle sagt, dass ihm das aufgefallen ist, wo die Drehmaschinen mit Gantry-Beschickung verwendet werden.

Eine Sache, die Herr Scheurich tut, um zu verhindern, dass Lagerengpässe die Arbeitsplanung stören, ist, einen ausreichenden Vorrat an Lagerbeständen vor Ort zu halten. Diese Praxis kann von einigen entmutigt werden, die sie als zusätzliches Inventar bezeichnen. Allerdings behandelt Herr Scheurich die Aktie wie ein eigenes Geschäft. Er kauft, wenn sich Gelegenheiten ergeben, und verkauft an sich selbst und andere, wenn Bedarf besteht. Dies hat dazu beigetragen, die Linien am Laufen zu halten, wenn Materialknappheit Stillstände bedeuten würde.

Neben der Steigerung der Produktivität am Arbeitsplatz ist ein weiterer Vorteil einer ausgereiften Automatisierung die Kapazitätssteigerung. Wenn automatisierte Prozesse natürlicher und zuverlässiger werden, erhöht sich die Zeit, die die Maschine am Ende der Schicht unbeaufsichtigt laufen kann. Das Hinzufügen weiterer Maschinen zur Zelle verteilt die direkte und indirekte Arbeit auf mehr Teile, und die Kosten beginnen zu sinken. Die besten automatisierten Jobshops sehen keine 40 oder gar 80 Stunden in einer Arbeitswoche. Sie sehen 168 mögliche Stunden (nicht für den Bediener, nur für die Maschinen). Den Maschinen zu vertrauen, dass sie immer das Richtige tun, ist der erste Schritt, um dieses Leistungsniveau zu erreichen.

Die Automatisierung hat auch einen interessanten Nebeneffekt:verbesserte Qualitätskennzahlen. Da die Maschinen jedes Mal genau dasselbe tun, tauchen Prozessfehler schnell auf. Maschinen werden keine kleinen Dinge tun, die menschliche Bediener unbewusst tun, um diese Bedingungen zu mildern, es sei denn, sie sind dafür konzipiert. Es muss zum Beispiel daran gedacht werden, Chips jedes Mal zum Brechen zu bringen. Chip Bird-Nesting ist etwas, das von Menschen beladene Maschinenzellen nicht zu sehr versuchen, zu eliminieren. Es gilt als unaufhaltsam und der Bediener reinigt das Werkzeug ohnehin beim Laden des Teils, also warum sich die Mühe machen? In automatisierten Zellen muss jedoch die Spanbildung und -abfuhr mit Bedacht berücksichtigt werden. Die Fuji TNW-3500R Maschinen, die C.N.C. Die kürzlich installierten Maschinenprodukte gehen einen innovativen Ansatz für diese Situation ein. Die Maschinen verwenden eine Kombination aus Kühlmittel durch die Spindel und programmierten Luftstößen, um die Teile zu waschen und die Spannfutter zu spülen. Sie verwenden auch Wendestationen, um die Teile mehrmals von einem Arbeitsgang zum anderen zu wenden. Dies führt dazu, dass alle verbleibenden Späne während des Wendens von den Teilen fallen. Maschinen, deren Spindeln sich zum Austauschen des Teils treffen, verfügen normalerweise nicht über diese Fähigkeit.

ARBEITSKRÄFTEMANGEL – WO IST DER NIEDRIGSTE?

Abgesehen von diesen Vorteilen zeichnet sich ein weiterer Grund ab, Webstühle zu automatisieren. Für einige ist das Problem des Arbeitskräftemangels jetzt präsent – ​​die Kluft zwischen dem benötigten und dem verfügbaren Bediener wird jeden Tag größer. Institutionen wie Tooling U (www.toolingu.com) bieten eine Online-Schulungsressource, um die Lücke zu schließen. Außerdem haben viele Werkzeugmaschinenhersteller Zeit und Geld investiert, um Benutzern dabei zu helfen, Personal für optimale Leistung zu schulen. Aber was ist, wenn der Tag kommt, an dem sich niemand auf eine offene Stelle bewirbt? Nach jüngsten Statistiken des Arbeitsministeriums werden bis 2015 schätzungsweise 40 Millionen „Baby-Boomer“ in Rente gehen, während nur 11 Millionen Ersatz auf den Markt kommen werden. Die Vorbereitung auf einen schwerwiegenden Arbeitskräftemangel durch den Einsatz von Automatisierung kann dazu beitragen, diese begrenzte Belegschaft weit genug auszulasten, um in Zukunft über die Runden zu kommen.

NICHT AUSLÖSEN

Herr Scheurich und Herr Hoofnagle warnen Geschäfte, die an eine Automatisierung denken, davor, ihre manuellen Prozesse sorgfältig zu prüfen, bevor sie sich für eine Automatisierung entscheiden. In einigen Fällen ist der manuelle Prozess nicht sehr zuverlässig und muss ohnehin aktualisiert werden – gehen Sie nicht einfach davon aus, dass der manuelle Prozess gut für die Automatisierung geeignet ist. Beginnen Sie bei Bedarf mit einem leeren Blatt Papier und bewerten Sie den Prozess für die Automatisierung, bevor Sie sich entscheiden, fortzufahren. Informieren Sie sich über alle verfügbaren Verbesserungen bei Maschinen, Vorrichtungen und Schneidwerkzeugvorschüben und -geschwindigkeiten, um der Automatisierung die besten Erfolgschancen zu geben. Nutzen Sie alle erweiterten Funktionen der Maschinensteuerung, wie z. B. Werkzeuglebensdauerverwaltung, redundante Werkzeuge und In-Prozess-Messung. „Automatisierung funktioniert gut bei C.N.C. Produkte, weil die Teile zum Prozess passen und der Prozess gut mit der Ausrüstung zusammenarbeitet“, sagt Herr Hoofnagle.